CN109447347B - 一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法 - Google Patents

一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法，属于环境科学与环境风险技术领域，包括以下三个步骤：步骤1：计算饮用水源地周边各个风险源大小Si、事故发生概率Pi，得到风险源风险值Rsi；步骤2：基于风险源风险值，结合事故危害程度，利用软件ArcGIS 10.2，采用反距离权重插值法，构建饮用水源地风险等值分布图；步骤3：划分饮用水源地风险等级，按照风险规避原则提出水源地优化选址方案或环境风险源调整方案。本发明的一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法，综合考虑了风险源大小、事故发生概率与危害程度，构建了水源地环境风险评价与风险规避方法，有利于避免主观判断的不确定性，为保障水源地的供水安全提供技术支持。

Description

一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法
技术领域
本发明属于环境科学与环境风险技术领域，具体涉及一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法。
背景技术
水是生命之源，生产之要，生态之基。饮用水安全直接关系到公众健康，关系到经济社会的可持续发展，保障和提供安全饮用水已成为社会各界及各级政府关注的焦点。湖泊、河流是我国主要饮用水源地，维护河湖水质安全和水生态健康是保障饮用水安全的基础。
近年来，随着社会经济快速发展和人类活动强度加剧，水源地周边污染源密度逐渐上升，部分高危点源的污染负荷排放导致水源地达标率出现严重下滑。部分水源地岸线开发利用布局不合理，上下游岸线建有码头、化工企业、高新工业开发区，通过排污口或雨污混排口排放废水形成污染带，直接威胁水源地的供水安全，同时制约了局部优良岸线的开发利用。
目前，针对高强度岸线开发背景下饮用水源地的优化布局研究尚处于起步阶段，国内外对水源地的风险评估大多集中于计算污染源对水源地水质影响的直接风险，相关技术手段有待进一步提升。
因此，亟需提出一种针对高强度岸线利用下饮用水源地环境风险评估和规避的技术方法，为高风险水源地规避风险和优化选址提供技术依据，对于降低水源地环境风险和支撑水源地供水安全具有重要意义。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法，避免主观判断的不确定性，为保障水源地的供水安全提供技术支持。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法，包括以下三个步骤：
步骤1：计算饮用水源地周边各个风险源大小Si、事故发生概率Pi，得到风险源风险值Rsi；
步骤2：基于风险源风险值，结合事故危害程度，利用软件ArcGIS 10.2，采用反距离权重插值法，构建饮用水源地风险等值分布图；
步骤3：划分饮用水源地风险等级，按照风险规避原则提出水源地优化选址方案或环境风险源调整方案。
进一步的，步骤1中，所述的风险源大小Si获取方式包括如下步骤：
(1)收集水源地取水口及水源地保护区的地理信息；
(2)收集水源地保护区上下游10km范围内的排污口地理信息、行业类别、年均排污量、废水达标排放率；
(3)收集水源地保护区上下游10km范围内港口码头的地理信息、行业类别、年均吞吐量、岸线利用长度、危化品比例；
(4)收集水源地保护区上下游10km范围内入河支流的地理信息、年均流量、年均污染物浓度、入河污水排放达标率；
(5)将获取的数据进行标准化处理，采用层次分析法计算各风险源的大小Si，如式(I)所示：
Figure BDA0001844674170000021
式(I)中，根据层次分析法确定权重ωj，并根据各指标大小将各指标划分为若干级别，并对各级别进行赋值得到Sij，进而得到风险源大小Si(数据1)，如表5所示。式(I)中，n为饮用水源地保护区上下游10km范围内环境风险源的个数。
进一步的，步骤1中，所述的风险源事故发生概率Pi获取方式如式(II)所示：
Figure BDA0001844674170000022
式(II)中，Pave为行业平均事故概率，Ps为不同类型风险源事故概率，Pa为不同受体事故概率，Pm为不同管理水平事故概率。
进一步的，步骤1中，各风险源风险值Rsi获取方式如式(III)：
Rsi＝Si×Pi (III)
根据各个风险源大小与事故发生概率，得到该风险源的风险值。
进一步的，步骤2中，包括以下步骤：
(1)将水源地相关信息输入至软件ArcGIS 10.2中；
(2)将各个风险源地理信息及其风险值输入至软件ArcGIS 10.2中；
(3)采用反距离权重插值法，计算风险等值线分布图。
进一步的，步骤3中，包括以下步骤：
(1)根据风险等值线分布图，得到各个水源地的最大风险值；
(2)求得各个水源地风险值Ri的平均值μ与标准差s，如式(IV)和式(V)所示：
Figure BDA0001844674170000031
Figure BDA0001844674170000032
式(IV)和式(V)中，n为研究区域中饮用水源地的个数；
(3)判断水源地风险等级：当Ri≥μ+1.15s时，该水源地处于高风险；当μ+1.15s>Ri>μ－0.05s时，水源地处于中风险；当Ri≤μ－0.05s时，水源地处于低风险；
(4)水源地风险规避
基于经济性、有效性、合理性、可操作性并重的原则，针对高风险水源地，将饮用水源地从高风险区迁移或合并到低风险区，或通过关闭和迁移水源地周边环境风险源的方式降低饮用水源地的环境风险值，从而达到对高风险水源地进行风险规避的目的。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法，综合考虑了风险源大小、事故发生概率与危害程度，构建了水源地环境风险评价与风险规避方法，有利于避免主观判断的不确定性，为保障水源地的供水安全提供技术支持。
附图说明
图1为饮用水源地优化选址和风险规避方法示意图；
图2为长江南京段县级以上集中式饮用水源地和取水口GIS示意图；
图3为长江南京段县级以上集中式饮用水源地、取水口和环境风险源GIS示意图；
图4为环境风险源的GIS反距离权重插值示意图；
图5为长江南京段县级以上集中式饮用水源地的环境风险场等值线分布示意图；
图6为基于环境风险计算的饮用水源地优化选址技术流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
目前国内外对水源地的风险评估大多集中于直接计算污染源对水源地风险，无法指导水源地选址风险规避，关于高强度岸线周边水源地周边选址的风险规避尚有待进一步完善。因此，本发明针对高强度岸线利用周边水源地风险的影响因素数量众多、类型复杂、差异明显的特点，提出了一种水源地选址的风险规避方法。本发明高强度岸线周边污染源与水源地出发，根据风险三要素(风险源大小、事故发生概率、事故危害程度)，构建了水源地环境风险评价与风险规避方法。
图6为基于环境风险计算的饮用水源地优化选址技术流程示意图。一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法，包括以下三个步骤：
步骤1：计算饮用水源地周边各个风险源大小Si(数据1)、事故发生概率Pi(数据2)，得到风险源风险值Rsi(数据3)；
步骤2：基于风险源风险值Rsi，考虑事故危害程度，利用软件ArcGIS 10.2，采用反距离权重插值法，构建饮用水源地风险等值分布图；
步骤3：划分饮用水源地风险等级，按照风险规避原则提出水源地优化选址方案或环境风险源调整方案。
以下分别对上述三个步骤进行详细描述。
步骤1中风险源大小Si(数据1)获取方式如下：
(1)收集水源地取水口及水源地保护区的地理信息，如表1所示；
(2)收集水源地保护区上下游10km范围内的排污口地理信息、行业类别、年均排污量、废水达标排放率，如表2所示；
(3)收集水源地保护区上下游10km范围内港口码头的地理信息、行业类别、年均吞吐量、岸线利用长度、危化品比例如表3所示；
(4)收集水源地保护区上下游10km范围内入河支流的地理信息、年均流量、年均污染物浓度、入河污水排放达标率如表4所示；
(5)将表1～表4中获取的数据进行标准化处理，采用层次分析法计算各风险源的大小Si，如式(I)所示：
Figure BDA0001844674170000051
式(I)中，根据层次分析法确定权重ωj，并根据各指标大小将各指标划分为若干级别，并对各级别进行赋值得到Sij，进而得到风险源大小Si(数据1)，如表5所示。式(I)中，n为饮用水源地保护区上下游10km范围内环境风险源的个数。
表1水源地信息
Figure BDA0001844674170000052
表2排污口及直排企业信息
编号 名称 经度 纬度 行业类别 年均排污量 废水排放达标率
… … … … … … …
表3港口码头信息
Figure BDA0001844674170000053
表4入河支流信息
编号 名称 经度 纬度 年均流量(亿/m<sup>3</sup>) 水质达标率
… … … … … …
表5各风险源大小Si
编号 名称 经度 纬度 风险源大小S<sub>i</sub>
… … … … …
步骤1中风险源事故发生概率Pi(数据2)获取方式如式(II)所示：
Figure BDA0001844674170000054
式(II)中，Pave为行业平均事故概率，Ps为不同类型风险源事故概率，Pa为不同受体事故概率，Pm为不同管理水平事故概率。上述各项概率的取值如表6所示。
表6风险源各项概率取值
Figure BDA0001844674170000061
步骤1中各风险源风险值Rsi(数据3)获取方式如式(III)：
Rsi＝Si×Pi (III)
根据各个风险源大小与事故发生概率，可以得到该风险源的风险值，如表7所示。
表7各风险源风险值
编号 名称 经度 纬度 风险源大小 事故发生概率 风险源风险值
… … … … … … …
所述步骤2主要包括以下内容：
(1)将水源地相关信息输入至软件ArcGIS 10.2中。
(2)将各个风险源地理信息及其风险值输入至软件ArcGIS 10.2中。
(3)采用反距离权重插值法，得到风险等值线分布图。
所述步骤3主要包括以下内容：
(1)根据风险等值线分布图，得到各个水源地的最大风险值。
(2)求得各个水源地风险值Ri的平均值(μ)与标准差(s)，如式(IV)和式(V)所示：
Figure BDA0001844674170000071
Figure BDA0001844674170000072
式(IV)和式(V)中，n为研究区域中饮用水源地的个数。
(3)判断水源地风险等级。
当Ri≥μ+1.15s时，该水源地处于高风险；当μ+1.15s>Ri>μ－0.05s时，水源地处于中风险；当Ri≤μ－0.05s时，水源地处于低风险。
(4)水源地风险规避。
基于经济性、有效性、合理性、可操作性并重的原则，针对高风险水源地，将饮用水源地从高风险区迁移或合并到低风险区，或通过关闭和迁移水源地周边环境风险源的方式降低饮用水源地的环境风险值，从而达到对高风险水源地进行风险规避的目的，如图1所示。
以长江江苏段27个集中式饮用水源地为实施案例，对本发明的技术方案进行阐述。
步骤1：计算饮用水源地周边各个风险源大小Si(数据1)、事故发生概率Pi(数据2)，得到风险源风险值Rsi(数据3)。
(1)收集水源地取水口和水源地二级保护区的地理信息，如表8。
表8水源地信息
Figure BDA0001844674170000081
(2)收集水源地周边排污口及直排企业的地理信息、行业类别、年均排污量、废水达标排放率，如表9。
表9排污口及直排企业信息
Figure BDA0001844674170000082
(3)收集水源地周边港口码头的地理信息、行业类别、年均吞吐量、岸线利用长度、危化品比例如表10。
表10港口码头信息
Figure BDA0001844674170000083
Figure BDA0001844674170000091
(4)收集水源地周边入河支流的地理信息、年均流量、年均污染物浓度、周边城镇入河污水排放达标率如表11。
表11入河支流信息
Figure BDA0001844674170000092
(5)用层次分析法计算各风险源的大小Si。
Figure BDA0001844674170000093
根据层次分析法确定权重ωj(如表12)，并根据各指标大小将各指标划分为若干级别，并对各级别进行赋值得到Sij(如表13)，进而得到Si数据1，如表14所示。
表12各指标权重ωj
Figure BDA0001844674170000094
Figure BDA0001844674170000101
表13各风险源指标分级及其赋值Sij
Figure BDA0001844674170000102
表14各风险源大小Si
Figure BDA0001844674170000103
Figure BDA0001844674170000111
步骤1中风险源事故发生概率Pi(数据2)获取方式如下：
Figure BDA0001844674170000112
式中，Pave为行业平均事故概率，Ps为不同类型风险源事故概率，Pa为不同受体事故概率，Pm为不同管理水平事故概率。各项概率的取值如表15所示。
表15风险源各项概率取值
Figure BDA0001844674170000113
Figure BDA0001844674170000121
步骤1中各风险源风险值Rsi(数据3)获取方式如下：
Rsi＝Si×Pi (III)
根据各个风险源大小与事故发生概率，可以得到该风险源的风险值，如表16所示。
表16各风险源风险值Rsi
Figure BDA0001844674170000122
步骤2：基于数据3，考虑事故危害程度，利用软件ArcGIS 10.2，采用反距离权重插值法，构建饮用水源地风险等值分布图。
(1)将水源地相关信息输入至软件ArcGIS 10.2中，如图2所示。
(2)将各个风险源地理信息及其风险值输入至软件ArcGIS 10.2中，如图3所示。
(3)采用反距离权重插值法，得到风险等值线分布图。
对风险值进行反距离权重插值，如图4所示。
进而得到风险等值线图，如图5所示。
步骤3：划分饮用水源地风险等级，按照风险规避原则提出水源地优化选址方案或环境风险源调整方案。
(1)根据风险等值线分布图，计算各个水源地的最大风险值Ri，如表17所示。
表17长江江苏段各水源地风险值Ri
水源地 R<sub>i</sub> 水源地 R<sub>i</sub> 水源地 R<sub>i</sub>
子汇洲水源地 1.253 黄港水源地 1.004 长青沙水源地 1.930
夹江水源地 1.133 三江营水源地 0.629 张家港水源地 1.385
江浦水源地 1.102 二墩港水源地 1.214 狼山水源地 0.975
燕子矶水源地 1.949 永安洲水源地 1.175 洪港水源地 0.954
八卦洲水源地 1.115 魏村水源地 0.918 常熟水源地 1.126
龙潭水源地 2.205 西石桥水源地 2.446 海门水源地 1.075
仪征水源地 0.918 小湾水源地 0.631 浪港水源地 0.959
瓜洲水源地 0.881 肖山水源地 0.636 浏河水源地 1.166
征润州水源地 0.993 蟛蜞港水源地 1.064
(2)根据式(IV)和式(V)，求得水源地风险值的平均值(μ)和标准差(s)分别为1.186和0.457。
(3)判断水源地风险等级。
当Ri≥1.71时，水源地为高风险；当1.71>Ri>1.16，水源地为中风险；当Ri≤1.16时，水源地为低风险。根据环境风险等级划分标准，燕子矶水源地、龙潭水源地、西石桥水源地、长青沙水源地为高风险；子汇洲水源地、二墩港水源地、永安洲水源地、张家港水源地和浏河水源地为中风险，其余16个水源地均为低风险。
(4)水源地风险规避。
燕子矶水源地、龙潭水源地、西石桥水源地、长青沙水源地为高风险饮用水源地。
通过迁移或合并水源地、迁移或关闭风险源等措施对高风险水源地进行风险规避，如表18所示。
表18高风险水源地风险规避对策
Figure BDA0001844674170000131
Figure BDA0001844674170000141
发明目的和意义：本发明描述了一种高强度岸线利用背景下基于风险规避的饮用水源地优化选址方法，全面考虑了污染源的风险大小与水源地的脆弱性，构建了由污染源大小、事故发生概率和危害程度三个要素组成的饮用水源地环境风险评价模型，提出了基于风险规避的水源地优化选址方法。本发明有利于实现对饮用水源地环境风险水平的全面评估，为降低饮用水源地环境风险、保障饮用水源地供水安全提供技术指导，具有重要的应用价值和指导意义。
本发明的描述和应用实例是说明性的，发明使用范围并非限制在上述实施例中。本发明专利使用人员及本领域技术人员须知晓并执行的是，如对本发明技术方案的细节或形式进行的合理修改或替换，均落入本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于环境风险规避的水源地优化选址方法，其特征在于：包括以下三个步骤：
步骤1：计算饮用水源地周边各个风险源大小Si、事故发生概率Pi，得到风险源风险值Rsi；
步骤2：基于风险源风险值，结合事故危害程度，利用软件ArcGIS 10.2，采用反距离权重插值法，构建饮用水源地风险等值分布图；
步骤3：划分饮用水源地风险等级，按照风险规避原则提出水源地优化选址方案或环境风险源调整方案；步骤1中，所述的风险源大小Si获取方式包括如下步骤：
(1)收集水源地取水口及水源地保护区的地理信息；
(2)收集水源地保护区上下游10km范围内的排污口地理信息，以及行业类别、年均排污量、废水达标排放率的指标信息；
(3)收集水源地保护区上下游10km范围内港口码头的地理信息，以及行业类别、年均吞吐量、岸线利用长度、危化品比例的指标信息；
(4)收集水源地保护区上下游10km范围内入河支流的地理信息，以及年均流量、年均污染物浓度、入河污水排放达标率的指标信息；
(5)将获取的数据进行标准化处理，采用层次分析法计算各风险源的大小Si，如式(I)所示：
Figure FDA0002410494890000011
式(I)中，根据层次分析法确定指标权重ωj，并根据各指标大小将各指标划分为若干级别，并对各级别进行赋值得到Sij，进而得到风险源大小Si，其中，各指标包括步骤(2)-步骤(4)所收集的指标信息，式(I)中，m为饮用水源地保护区上下游10km范围内第i个风险源的指标个数；步骤1中，所述的风险源事故发生概率Pi获取方式如式(II)所示：
Figure FDA0002410494890000012
式(II)中，Pi指第i个风险源发生事故的概率，Pavei指第i个风险源所处行业的平均事故概率，Psi指第i个风险源相应类型的事故概率，Pai指第i个风险源对应的受体事故概率，Pmi指第i个风险源对应的管理水平事故概率；步骤1中，各风险源风险值Rsi获取方式如式(III)：
Rsi＝Si×Pi (III)
根据各个风险源大小与事故发生概率，得到该风险源的风险值；步骤2中，包括以下步骤：
(1)将水源地相关信息输入至软件ArcGIS 10.2中；
(2)将各个风险源地理信息及其风险值输入至软件ArcGIS 10.2中；
(3)采用反距离权重插值法，计算风险等值线分布图；步骤3中，包括以下步骤：
(1)根据风险等值线分布图，得到各个水源地的最大风险值；
(2)根据所述的步骤2得到的构建饮用水源地风险等值线分布图计算各个水源地的最大风险值Ri，并计算Ri的平均值μ与标准差s，如式(IV)和式(V)所示：
Figure FDA0002410494890000021
Figure FDA0002410494890000022
式(IV)和式(V)中，n为研究区域中饮用水源地的个数；
(3)判断水源地风险等级：当Ri≥μ+1.15s时，该水源地处于高风险；当μ+1.15s>Ri>μ－0.05s时，水源地处于中风险；当Ri≤μ－0.05s时，水源地处于低风险；
(4)水源地风险规避
基于经济性、有效性、合理性、可操作性并重的原则，针对高风险水源地，将饮用水源地从高风险区迁移或合并到低风险区，或通过关闭和迁移水源地周边环境风险源的方式降低饮用水源地的环境风险值，从而达到对高风险水源地进行风险规避的目的。
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