CN118114801A - 一种高原区域突发水环境事件风险预测方法 - Google Patents

一种高原区域突发水环境事件风险预测方法 Download PDF

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CN118114801A CN202311673674.3A CN202311673674A CN118114801A CN 118114801 A CN118114801 A CN 118114801A CN 202311673674 A CN202311673674 A CN 202311673674A CN 118114801 A CN118114801 A CN 118114801A
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金伟
潘学军
李贵弘
王刚
莫倩雯
林澎
李田富
阮虹嘉
廖志成
何欢
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Abstract

本发明公开一种高原区域突发水环境事件风险预测方法，属于环境风险评估技术领域。包括如下步骤：本发明通过对评价区域水环境风险受体、水环境风险源开展基础资料收集，识别水环境风险受体和水环境风险源；并采用模型计算热点区域进一步调整评价范围；在评价范围内开展网格模型计算；根据地表水水域环境功能、高原湖泊、长江干流和重要支流、珠江干流和重要支流等敏感性确定地表水环境敏感特征；将地表水环境敏感特征指数及水环境风险源危险特性指数带入模型确定网格区域环境风险等级；筛选典型突发环境事件情景进行水环境影响预测分析，最终确定水环境风险重点管控区域清单、重点管控风险源清单，因地制宜提出合理有效的环境风险管理方案。

Description

一种高原区域突发水环境事件风险预测方法
技术领域
本发明涉及一种高原区域突发水环境事件风险预测方法，属于环境风险评估技术领域。
背景技术
突发环境事件是指由于污染物排放或者自然灾害、生产安全事故等因素，导致污染物或者放射性物质等有毒有害物质进入大气、水体、土壤等环境介质，突然造成或者可能造成环境质量下降，危及公众身体健康和财产安全，或者造成生态环境破坏，或者造成重大社会影响，需要采取紧急措施予以应对的事件。
目前没有一套系统、细致的高原区域突发水环境事件风险评价及系统。风险评估是应急管理的重要环节，是环境应急预案编制和修订的重要基础。现有评估方法存在推荐评估指标适用性不强；部分名词定义模糊不清，存在歧义；已有的评估方法只有原则性要求，无具体推荐操作方法或模型；现有一些推荐评估方法取值范围较广，没有针对性。
发明内容
本发明的目的在于一种高原区域突发水环境事件风险预测方法，建立了完整、细致的高原区域突发水环境事件风险预测方法及系统，具体包括以下步骤：
（1）资料收集：对评价区域围绕水环境风险受体、水环境风险源开展基础资料收集；
（2）水环境风险受体识别：根据收集整理的环境风险受体相关资料，识别水环境风险受体；
（3）水环境风险源识别：根据收集整理的环境风险源相关资料，识别水环境风险源；
（4）水环境风险评价范围划定：河流、湖库及主要支流边界外扩1km范围及与之相连的风险源分布热点区域外扩范围确定为评价范围；汇水区范围内无风险源分布的水环境风险受体不再进行后续评价；评价范围内全部水环境风险源参与该受体水环境风险受体评价；
针对评价范围，以网格为单元进行水环境敏感受体区域环境风险分析，网格精度可根据评估区域大小和实际需求确定，网格不大于5km×5km，如果河流在横向上确定的评价范围仅为边界外扩1km范围，可按照河流宽度加两侧各外扩1km加和长度合理划分1-2个网格；
（5）水环境风险受体敏感性表征：水环境风险受体敏感性以Vn表征，Vn具体根据地表水功能敏感性分区取值取V1、V2、V3，分别为100、80、40；
（6）水环境风险源危险特性表征：采用线性递减函数构建水环境风险场强度计算模型，假设最大影响范围为10km；区域内某一个网格的水环境风险场强度可表示为：
式中：Ex为某一个网格的水风险场强度；Qi为第i个风险源环境风险物质最大存在量与临界量的比值；Px为风险场在某一个网格出现的概率；li为网格中心点与风险源的距离，单位为km；n为风险源的个数；
为便于各个网格水环境风险场强度的比较，对各个网格的水环境风险场强度进行标准化处理，公式如下：
式中：Exs为某一个网格的标准化处理后水环境风险场强度；Ex为某一个网格的水环境风险场强度；Emax为区域内网格的最大水环境风险场强度；Emin为区域内网格的最小水环境风险场强度；
（7）水环境风险评价：利用公式 进行各个网格环境风险值的计算；根据网格环境风险值的大小，将环境风险划分为四个等级：高风险R>75、较高风险50<R≤75、中风险25<R≤50、低风险R≤25；整个评价区域的环境风险值可用所有网格风险值的平均值计算；
（8）对典型水环境风险情景进行预测，包括河流完全混合模式、湖库完全混合模型、河流二维模型不稳定排放源模型、部分混合水质模式、湖泊环流二维稳态混合模式、湖泊推流衰减模式、三维瞬时排放源模型、溢油粒子模型；
（9）水环境风险区划与管理。
优选的，本发明步骤（4）中风险源分布热点区域划分可采用克里金法或核函数分析法，取分布密度高于平均值以上区域作为热点区域。
优选的，本发明所述水环境风险受体敏感性以Vn表征，具体为：
敏感V1：地表水水域环境功能为Ⅱ类及以上，高原湖泊，长江干流和重要支流、珠江干流和重要支流；涉跨国界断面的；生态保护红线划定区；集中式饮用水源地；农村及分散式饮用水源地；自然保护区；重要湿地；珍稀濒危野生动植物天然集中分布区；重要水生生物的自然产卵场及索饵场、越冬场和洄游通道；世界文化和自然遗产地；风景名胜区；或其他特殊重要保护水域区域的；
较敏感V2：地表水水域环境功能为Ⅲ类；涉跨省界的；水产养殖区的。
低敏感V3：上述地区之外的其他地区。
优选的，本发明所述河流完全混合模式：
式中：为完全混合后混合水中污染物的浓度，mg/L；Qp为污水流量，m3/s；cp 为污水中污染物的浓度，mg/L；Qh为河水流量，m3/s；ch为未混合前河水中污染物的浓度，mg/L。
优选的，本发明所述湖库完全混合模型：沃伦威得尔假定，湖泊中某种污染物的浓度随时间的变化率，是输入、输出和在湖泊内沉积的该种污染物的量的函数，可以用下述质量平衡方程表示：
式中，V为湖库的容积，m3；Q为湖库出流的流量，m3/a；s为湖库中的污染物沉积速度常数,1/a；Ic为某种污染物总负荷，g/a；为t时刻湖库污染物浓度，mg/L；
定义Q/V=r为冲刷速度常数，则上式可写成：
初始条件为：t=0时，=c0，可求得上式的解析解为：
在湖泊、水库的出流、入流流量及污染负荷稳定的情况下，当t→∞时，可以达到污染物的平衡浓度cp：
设湖泊的水面面积为As (m2)，平均水深为h (m)，水力停留时间Tw=V/Q=1/r，单位面积污染负荷Lc=Ic/As，则上式成为：
优选的，本发明所述河流二维模型不稳定排放源模型，解析解方程为：
如果污染源不是稳定连续排放，则任意一点的浓度是时间的函数；如果在t=0的那一时刻，在x=0处向河流中投放了M克的污染物，则称为瞬时点源排放；对于瞬时点源排放，可以得到无边界条件下解析解如下：
如果有河宽为B（B>0），点源离岸边距离为a(0≤a≤B)，考虑一次虚源反射可得：
当a=0或a=B时，相当于点源在岸边排放；a=B/2，相当于河中心排放；
以上算式中，并未考虑河流本底浓度的叠加；若要叠加本底浓度，则按不扩散，只 降解的原则，在以上计算结果的基础上，再叠加上即可；
以上式子中：x 为预测点离排放点的距离，m；y 为预测点离排放口的横向距离，m；t 为预测时刻，s；c(x,y)为预测点(x,y)处污染物的浓度，mg/L；W为为单位时间的污染物排放量，g/s；a 为污水排放口离河岸距离，0≤a≤B，m；H 为河流平均水深，m；Mx 为河流纵向混合系数，m2/s；My为河流横向混合系数，m2/s；ux 为河流纵向平均流速，m/s；uy为河流横向推流平均流速，m/s；B为河流平均宽度，m；K 为河流中污染物降解速率，1/d；ch为河流中污染物的本底浓度，mg/L；n为计算反射次数；π为圆周率。
优选的，本发明所述部分混合水质模式：
式中，Rc=Qp/Qc，K 1 为湖库污染物降解速率，1/d；K1的确定可采用实验室测定法确定，三级也可以采用类比调查法；V为湖库体积，m3；cp为污水的污染物浓度，mg/L；Qp为污水量，m3/s；ch为湖库污染物本底浓度，mg/L；Qc为循环水量，m3/s；c为湖库内污染物平均浓度，mg/L。
优选的，本发明所述湖泊环流二维稳态混合模式
岸边排放
非岸边排放
式中：x为预测点离排放点的距离，m；y为预测点离排放口的横向距离，m；c(x,y)为 预测点(x,y)处污染物的浓度，mg/L；a为污水排放口离湖岸距离，0≤a，m；cp为污水中污染物的浓度，mg/L；Qp为污水流量，m3/s；ch为湖库污染物的本底浓度，mg/L；H为湖库平均水深，m；My为湖库横向混合系数，m2/s；u为湖库环流流速，m/s；π为圆周率；
湖泊推流衰减模式：
式中，r为预测点离排放口的距离，m；cr为预测点处污染物的浓度，mg/L；
Qp为污水流量，m3/s；cp为污水中污染物的浓度，mg/L；H为湖库平均水深，m；φ为混合角度，弧度；φ可根据湖（库）的岸边形状和水流情况确定，湖心排放取2π弧度，平直岸边取π弧度；K 1 为湖库污染物降解速率，1/d；ch为湖库水中污染物本底浓度，mg/L；本式适用于点源排放。
优选的，本发明所述三维瞬时排放源模型
三维瞬时排放源模型方程为
瞬时排放源，非稳态解（烟团模式）为：
式中，M为瞬时投放的污染物量，g；
三维模型解析解均未考虑边界约束；
以上算式中，并未考虑河流本底浓度的叠加。若要叠加本底浓度，则按不扩散，只 降解的原则，在以上计算结果的基础上，再叠加上即可；
上式中： x 为预测点离排放点的纵向距离，m； y为预测点离排放口的横向距离，m；z 为预测点离排放口的竖向距离，m；t 为预测时刻，以污染物投放时刻计t=0，s； c(x,y, z,t)为预测点(x,y,z)在t时刻的污染物浓度，mg/L；M为在t=0时刻的污染物排放量，g；Ex为河流纵向扩散系数，m2/s；Ey 为河流横向扩散系数，m2/s；Ez 为河流竖向扩散系数，m2/s；ux为河流纵向平均流速，m/s；uy为河流横向平均流速，m/s；uz为河流竖向平均流速，m/s；K为河流中污染物降解速率，1/d；ch为河流中污染物的本底浓度，mg/L；π为圆周率。
优选的，本发明所述溢油粒子模型
漂移：粒子方法将运动过程分为两个主要部分，即平流过程和扩散过程；宜采用确定性方法模拟溢油的输移过程；单个粒子在△t时段内由平流过程引起的位移可表达为下式：
式中：代表第i粒子在△t时段内由平流过程引起的位移；/>代表质点初始位置处的平流速度；/>表示风应力直接作用在油膜上的风导输移速度。
水平扩散过程：宜采用随机走步方法来模拟湍流扩散过程。随机扩散过程可以用下式进行表达：
式中：为a方向上的湍流扩散距离，a代表x、y坐标；R为[-1,1]之间的均匀分布 随机数；为a方向上的湍流扩散系数；为时间步长；
因此，单个粒子在△t时段内的位移可表示为：
油粒子团在运动过程中，可能到达陆地的边界；这时，认为这些粒子粘附在陆地上，不再参与后续计算。
本次发明建立了完整、细致的高原区域突发水环境事件风险预测方法及系统。解决目前没有一套系统、细致的高原区域突发水环境事件风险评价及系统的技术问题；现有评估方法存在推荐评估指标适用性不强；部分名词定义模糊不清，存在歧义；已有的评估方法只有原则性要求，无具体推荐操作方法或模型；现有一些推荐评估方法取值范围较广，没有针对性等问题，本发明所述方法可以有效的进行高原区域突发水环境事件风险评价，为应急管理提供充分依据。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为实施例1中水系图及水环境风险受体图；
图3为实施例1中水环境风险源识别结果；
图4为实施例1中风险源分布热点区域划分采用核函数分析法分析结果图；
图5为实施例1中评价范围划分结果图；
图6为实施例1中网格化水环境风险评价等级结果划分图；
图7为实施例1中水环境风险管控分区图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例以云南省某市为例，进行突发水环境事件风险评价，附图2~7是采用ArcGis软件绘制后导出的。
实施例1
步骤一：资料收集准备
对评价区域进行资料收集与调查，围绕水环境风险受体、水环境风险源开展基础资料收集，包括区域水环境功能区划与空间布局、水环境风险受体（河流、湖泊、水库等）、水系图、水环境风险源（工业企业及运输移动源），区域各类环境风险源突发环境事件应急预案、环境风险评估报告；针对未开展环境风险评估和环境应急预案编制的环境风险源，收集基本信息、环境风险物质存储量与运输量等。
步骤二：水环境风险受体识别
根据收集整理的环境风险受体相关资料，识别水环境风险受体，列表说明水环境风险受体基本情况，包括受体类别、名称、起始点（关键点）地理坐标以及规模等信息；高原地区水环境风险受体主要包括河流、跨界断面、高原湖泊、水库、集中式饮用水源地（地市级集中式饮用水源地、县级集中式饮用水源地、乡镇级集中式饮用水源地、千吨万人级饮用水源地）、其他水生态环境敏感区（生态保护红线划定或具有水生态服务功能的其他水生态环境敏感区和脆弱区），水系图及水环境风险受体图见图2。
步骤三：水环境风险源识别
根据收集整理的环境风险源相关资料，识别水环境风险源，列表说明水环境风险源基本情况，包括风险源类别、名称、地理坐标、规模、主要环境风险物质名称和数量以及风险等级等信息；高原地区水环境风险源主要包括生产、使用、存储或释放涉及突发环境事件风险物质的企业，存储和装卸环境风险物质的港口码头，环境风险物质内陆水运及道路运输载具，尾矿库，石油天然气开采设施，集中式污水处理厂，危险废物经营单位（运输及处置），集中式垃圾处理设施，加油站，加气站，石油天然气及成品油长输管道，危化品运输企业及涉及的运输道路等，水环境风险源识别结果见图3。
步骤四：水环境风险评价范围划定
以高原特有的山谷、盆地等地形按照分水岭等实际情况调整初步划定水环境风险受体汇水区范围；饮用水源地可参照一级保护区、二级保护区及准保护区范围，再用汇水区范围内水环境风险源分布情况划定热点区域，根据风险源分布热点区域和汇水区范围叠加情况，在汇水区范围内进行调整，最终得到水环境风险评价范围，评价范围确定为河流、湖库及主要支流边界外扩1km范围及与之相连的风险源分布热点区域外扩范围；汇水区范围内无风险源分布的水环境风险受体不再进行后续评价。风险源分布热点区域划定见图5。
评价范围内全部水环境风险源参与该受体水环境风险受体评价。
针对评价范围，以网格为单元进行水环境敏感受体区域环境风险分析，网格精度可根据评估区域大小和实际需求确定，原则上网格不应大于5km×5km，建议按照1㎞×1㎞划分网格；如果河流在横向上确定的评价范围仅为边界外扩1km范围，可按照河流宽度加两侧各外扩1km加和长度合理划分1-2个网格；网格划分及网格分析结果见图6。
风险源分布热点区域划分可采用克里金法或核函数分析法，取分布密度高于平均值以上区域作为热点区域，分析方法如下：
①克里金法：IDW（反距离加权法）和样条函数法插值工具被称为确定性插值方法，因为这些方法直接基于周围的测量值或确定生成表面的平滑度的指定数学公式；第二类插值方法由地统计方法（如克里金法）组成，该方法基于包含自相关（即，测量点之间的统计关系）的统计模型；因此，地统计方法不仅具有产生预测表面的功能，而且能够对预测的确定性或准确性提供某种度量。
克里金法假定采样点之间的距离或方向可以反映可用于说明表面变化的空间相关性；克里金法工具可将数学函数与指定数量的点或指定半径内的所有点进行拟合以确定每个位置的输出值；克里金法是一个多步过程；它包括数据的探索性统计分析、变异函数建模和创建表面，还包括研究方差表面，具体公式如下：
（1）
其中：Z(si) 为 第i个位置处的测量值，即风险源危险系数；λi 为 第i个位置处的测量值的未知权重；s0 为 预测位置，风险源区域；N 为 测量值数，即风险源个数。
在反距离权重法中，权重 λi 仅取决于预测位置的距离；但是，使用克里金方法时，权重不仅取决于测量点之间的距离、预测位置，还取决于基于测量点的整体空间排列；要在权重中使用空间排列，必须量化空间自相关；因此，在普通克里金法中，权重 λi 取决于测量点、预测位置的距离和预测位置周围的测量值之间空间关系的拟合模型。
②核函数分析法
核函数可基于研究对象的分布特征，用来估计未知的密度函数，能够使得研究对象的分布概率表现得更直观；密度值的高低表示研究对象空间集聚程度的大小；密度分析的基本思想是地理事件在密度大的区域发生的概率大，在密度小的区域发生的概率小；密度分析不仅可以用于点状要素的密度，同时也可以用于线状要素的密度分析；计算公式如下：
（2）
其中k()为核函数；(x-xi)为估计点到样本xi的距离；h为带宽(即搜索半径)；n为距离位置xi的路径距离小于或等于h的点数。
根据空间配置和输入点数计算默认带宽的步骤为：（1）计算这些点的平均中心到所有点的平均中心的距离，这些距离的中值(Dm)和标准距离(SD)；（2）计算带宽的公式如下：
（3）
风险源分布热点区域划分采用核函数分析法分析结果图见图4。
步骤五：水环境风险受体敏感性表征：水环境风险受体敏感性以Vn表征，Vn具体根据地表水功能敏感性分区取值取V1、V2、V3。
表1 地表水功能敏感性分区
步骤六：水环境风险源危险特性表征：
水环境风险主要通过水系(或流域)扩散，本发明采用线性递减函数构建水环境风险场强度计算模型，假设最大影响范围为10km(可根据评价区域地理水文特征适当调整)；区域内某一个网格的水环境风险场强度可表示为：
（4）
式中：Ex为某一个网格的水风险场强度；Qi为第i个风险源环境风险物质最大存在量与临界量的比值；Px为风险场在某一个网格出现的概率，一般可取10-6/a(可根据评估区域风险源特征适当调整)；li为网格中心点与风险源的距离，单位为km；n为风险源的个数。
为便于各个网格水环境风险场强度的比较，本发明对各个网格的水环境风险场强度进行标准化处理，公式如下：
（5）
式中：Exs为某一个网格的水环境风险场强度；Emax为区域内网格的最大水环境风险场强度；Emin为区域内网格的最小水环境风险场强度。
Q值计算：参考《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ169-2018）、《企业突发环境事件风险分级方法》（HJ941-2018），计算工业企业及运输移动源所涉及的每种危险物质的厂界内、运输移动源内的最大存在总量与其临界量的比值Q；在不同厂区的同一种物质，按其在厂界内的最大存在总量计算；对于长输管线项目，按照两个截断阀室之间管段危险物质最大存在总量计算；对于运输移动源按照当次最大运输量计算。
当只涉及一种危险物质时，计算该物质的总量与其临界量比值，即为Q；
当存在多种危险物质时，按下式计算物质总量与其临界量比值（Q）：
（6）
式中：q1， q2， ...， qn为每种危险物质的最大存在总量，单位t；Q1， Q2， ...， Qn为每种危险物质的临界量，单位t。
步骤七：水环境风险评价
水环境风险指数表征：利用公式(7)进行各个网格环境风险值的计算；根据网格环境风险值的大小，将环境风险划分为四个等级：高风险(R>75)、较高风险(50<R≤75)、中风险(25<R≤50)、低风险(R≤25)；整个评价区域的环境风险值可用所有网格风险值的平均值计算；网格划分及网格分析结果见图6。
（7）
步骤八：典型水环境风险情景预测
列表综合分析中风险、较高风险、高风险区域可能发生的突发环境事件类型、特征污染物、主要影响受体等，并较高风险、高风险区域筛选典型突发环境事件情景进行水环境影响预测分析；典型水环境风险情景预测按照计算液体泄漏量及进入水体中环境影响预测分析。
液体泄漏可按下式进行计算。
液体泄漏速度用 QL 柏努利方程计算：
（8）
QL为液体泄漏速度，kg/s；P为容器内介质压力，Pa；P0为环境压力，Pa；ρ为 泄漏液体密度 kg/m3；g为重力加速度，9.81m/s2；h为裂口之上液位高度，m；Cd为液体泄漏系数，液体雷诺数（Re）＞100，取0.55-0.65；液体雷诺数（Re）≤100，取0.4-0.5；A为裂口面积，m2。
典型水环境风险情景下水环境影响预测参照现有HJ2.3《环境影响评价技术导则地表水环境》等进行，对于油品类泄漏事故，流场计算按照HJ2.3中相关的要求，选取适用的预测模型，溢油漂移扩散过程按GB/T19485中的溢油粒子模型进行溢油轨迹预测；其他事故地表水风险事故下环境影响预测模型及参数参照HJ2.3。
典型预测模型如下：
（1）河流完全混合模式
（9）
式中：为完全混合后混合水中污染物的浓度，mg/L；Qp为污水流量，m3/s；cp 为污水中污染物的浓度，mg/L；Qh为河水流量，m3/s；ch为河水中污染物的浓度（指未混合前），mg/L。
（2）湖库完全混合模型
对于停留时间很长、水质基本处于稳定状态的湖泊和水库，可以被作为一个均匀混合的水体进行研究；沃伦威得尔假定，湖泊中某种污染物的浓度随时间的变化率，是输入、输出和在湖泊内沉积的该种污染物的量的函数，可以用下述质量平衡方程表示：
（10）
式中，V为湖库的容积，m3；Q为湖库出流的流量，m3/a；s为湖库中的污染物沉积速度常数,1/a；Ic为某种污染物总负荷，g/a；为-t时刻湖库污染物浓度，mg/L。
定义Q/V=r为冲刷速度常数，则上式可写成：
（11）
初始条件为：t=0时，=c0，可求得上式的解析解为：
（12）
在湖泊、水库的出流、入流流量及污染负荷稳定的情况下，当t→∞时，可以达到污染物的平衡浓度cp：
（13）
设湖泊的水面面积为As (m2)，平均水深为h (m)，水力停留时间Tw=V/Q=1/r，单位面积污染负荷Lc=Ic/As，则上式成为：
（14）
（3）河流二维模型不稳定排放源模型
二维模型不稳定排放源解析解方程为：
（15）
如果污染源不是稳定连续排放，则任意一点的浓度是时间的函数；如果在t=0的那一时刻，在x=0处向河流中投放了M克的污染物，则称为瞬时点源排放；对于瞬时点源排放，可以得到解析解（无边界条件下）如下：
（16）
如果有河宽为B（B>0），点源离岸边距离为a(0≤a≤B)，考虑一次虚源反射可得：
（17）
当a=0或a=B时，相当于点源在岸边排放；a=B/2，相当于河中心排放。
应说明，本式中的坐标原点是排放口，x方向指向下游，y方向指向对岸（如果a=B,则河中所有计算点y坐标均应为负值）；实际计算时，通常只取1次反射即可。
以上算式中，并未考虑河流本底浓度的叠加；若要叠加本底浓度，则按不扩散，只 降解的原则，在以上计算结果的基础上，再叠加上即可。
以上式子中：
x 为预测点离排放点的距离，m；y 为预测点离排放口的横向距离（不是离岸距离），m；t 为预测时刻，s；c(x,y)为预测点(x,y)处污染物的浓度，mg/L；W为为单位时间的污染物排放量，g/s；a 为污水排放口离河岸距离(0≤a≤B)，m；H 为河流平均水深，m；Mx 为河流纵向混合(弥散)系数，m2/s；My为河流横向混合(弥散)系数，m2/s；ux 为河流纵向平均流速，m/s；uy为河流横向推流平均流速，m/s；B为河流平均宽度，m；K 为河流中污染物降解速率，1/d；ch为河流中污染物的本底浓度，mg/L；n为计算反射次数；π为圆周率。
（4）部分混合水质模式(循环利用湖水的小湖库)
（18）
式中，Rc=Qp/Qc
式中，K 1 为湖库污染物降解速率，1/d；K1的确定可采用实验室测定法确定，三级也可以采用类比调查法；V为湖库体积，m3；cp为污水的污染物浓度，mg/L；Qp为污水流量，m3/s；ch为湖库污染物本底浓度，mg/L；Qc为循环水量，m3/s；c为湖库内污染物平均浓度，mg/L。
（5）湖泊环流二维稳态混合模式，近岸环流显著的大湖库）
岸边排放
（19）
非岸边排放
（20）
式中：x为预测点离排放点的距离，m；y为预测点离排放口的横向距离（不是离岸距离，有正负值0≤a+y），m；c(x,y)为预测点(x,y)处污染物的浓度，mg/L；a为污水排放口离湖岸距离(0≤a)，m；cp为污水中污染物的浓度，mg/L；Qp为污水流量，m3/s；ch为湖库污染物的本底浓度，mg/L；H为湖库平均水深，m；My为湖库横向混合(弥散)系数，m2/s；u为湖库环流流速，m/s；π为圆周率。
本式相当于河宽无限大的河流二维稳态模型。
（6）湖泊推流衰减模式（无风时的大湖库)
（21）
式中，r为预测点离排放口的距离，m；cr为预测点处污染物的浓度，mg/L；
Qp为污水流量，m3/s；cp为污水中污染物的浓度，mg/L；H为湖库平均水深，m；φ为混合角度，弧度；φ可根据湖（库）的岸边形状和水流情况确定，湖心排放取2π弧度，平直岸边取π弧度；K 1 为湖库污染物降解速率，1/d；ch为湖库水中污染物本底浓度，mg/L；本式适用于点源排放。
（7）三维瞬时排放源模型
三维瞬时排放源模型方程为
（22）
瞬时排放源，非稳态解（烟团模式）为：
（23）
式中，M为瞬时投放的污染物量，g。
三维模型解析解均未考虑边界约束。
以上算式中，并未考虑河流本底浓度的叠加。若要叠加本底浓度，则按不扩散，只 降解的原则，在以上计算结果的基础上，再叠加上即可。
上式中： x 为预测点离排放点的纵向距离，m； y为预测点离排放口的横向距离（不是离岸距离），m；z 为预测点离排放口的竖向距离（不是离水面距离），m；t 为预测时刻(以污染物投放时刻计t=0)，s； c(x,y,z,t)为预测点(x,y,z)在t时刻的污染物浓度，mg/L；M为在t=0时刻的污染物排放量，g；Ex为河流纵向扩散系数，m2/s；Ey 为河流横向扩散系数，m2/s；Ez 为河流竖向扩散系数，m2/s；ux为河流纵向平均流速，m/s；uy为河流横向平均流速，m/s；uz为河流竖向平均流速，m/s；K为河流中污染物降解速率，1/d；ch为河流中污染物的本底浓度，mg/L；π为圆周率。
（8）溢油粒子模型
漂移：粒子方法将运动过程分为两个主要部分，即平流过程和扩散过程；宜采用确定性方法模拟溢油的输移过程；单个粒子在△t时段内由平流过程引起的位移可表达为下式：
（24）
式中：代表第i粒子在△t时段内由平流过程引起的位移；代表质点初始位 置处的平流速度；表示风应力直接作用在油膜上的风导输移速度。
水平扩散过程：宜采用随机走步方法来模拟湍流扩散过程。随机扩散过程可以用下式进行表达：
（25）
式中：为a方向上的湍流扩散距离（a代表x、y坐标）；R为[-1,1]之间的均匀分 布随机数；为a方向上的湍流扩散系数；为时间步长。
因此，单个粒子在△t时段内的位移可表示为：
（26）
油粒子团在运动过程中，可能到达陆地的边界；这时，认为这些粒子粘附在陆地上，不再参与后续计算。
步骤九：水环境风险区划与管理
在环境风险评价的基础上，按照分级原则将评价区域划分为四个风险等级区域：即高风险区域、较高风险区域、中风险区域、低风险区域，对应列出重点管控区域清单、重点管控风险源清单，进行水环境风险管理差距分析，因地制宜提出合理有效的环境风险管理方案。风险重点管控区域见图7。

Claims (10)

1.一种高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）资料收集：对评价区域围绕水环境风险受体、水环境风险源开展基础资料收集；
（2）水环境风险受体识别：根据收集整理的环境风险受体相关资料，识别水环境风险受体；
（3）水环境风险源识别：根据收集整理的环境风险源相关资料，识别水环境风险源；
（4）水环境风险评价范围划定：河流、湖库及主要支流边界外扩1km范围及与之相连的风险源分布热点区域外扩范围确定为评价范围；汇水区范围内无风险源分布的水环境风险受体不再进行后续评价；评价范围内全部水环境风险源参与该水环境风险受体评价；
针对评价范围，以网格为单元进行水环境敏感受体区域环境风险分析，网格精度可根据评估区域大小和实际需求确定，网格不大于5km×5km，如果河流在横向上确定的评价范围仅为边界外扩1km范围，按照河流宽度加两侧各外扩1km加和长度合理划分1-2个网格；
（5）水环境风险受体敏感性表征：水环境风险受体敏感性以Vn表征，Vn具体根据地表水功能敏感性分区取值取V1、V2、V3，分别为100、80、40；
（6）水环境风险源危险特性表征：采用线性递减函数构建水环境风险场强度计算模型，假设最大影响范围为10km；区域内某一个网格的水环境风险场强度可表示为：
式中：Ex为某一个网格的水风险场强度；Qi为第i个风险源环境风险物质最大存在量与临界量的比值；Px为风险场在某一个网格出现的概率；li为网格中心点与风险源的距离，单位为km；n为风险源的个数；
为便于各个网格水环境风险场强度的比较，对各个网格的水环境风险场强度进行标准化处理，公式如下：
式中：Exs为某一个网格的标准化处理后水环境风险场强度；Ex为某一个网格的水环境风险场强度；Emax为区域内网格的最大水环境风险场强度；Emin为区域内网格的最小水环境风险场强度；
（7）水环境风险评价：利用公式 进行各个网格环境风险值的计算；根据网格环境风险值的大小，将环境风险划分为四个等级：高风险R>75、较高风险50<R≤75、中风险25<R≤50、低风险R≤25；整个评价区域的环境风险值可用所有网格风险值的平均值计算；
（8）对典型水环境风险情景进行预测，包括河流完全混合模式、湖库完全混合模型、河流二维模型不稳定排放源模型、部分混合水质模式、湖泊环流二维稳态混合模式、湖泊推流衰减模式、三维瞬时排放源模型、溢油粒子模型；
（9）水环境风险区划与管理。
2.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：步骤（4）中风险源分布热点区域划分可采用克里金法或核函数分析法，取分布密度高于平均值以上区域作为热点区域。
3.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：水环境风险受体敏感性以Vn表征，具体为：
敏感V1：地表水水域环境功能为Ⅱ类及以上，高原湖泊，长江干流和重要支流、珠江干流和重要支流；涉跨国界断面的；生态保护红线划定区；集中式饮用水源地；农村及分散式饮用水源地；自然保护区；重要湿地；珍稀濒危野生动植物天然集中分布区；重要水生生物的自然产卵场及索饵场、越冬场和洄游通道；世界文化和自然遗产地；风景名胜区；或其他特殊重要保护水域区域的；
较敏感V2：地表水水域环境功能为Ⅲ类；涉跨省界的；水产养殖区的；
低敏感V3：上述地区之外的其他地区。
4.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：河流完全混合模式：
式中：为完全混合后混合水中污染物的浓度，mg/L；Qp为污水流量，m3/s；cp 为污水中污染物的浓度，mg/L；Qh为河水流量，m3/s；ch为未混合前河水中污染物的浓度，mg/L。
5.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：湖库完全混合模型：沃伦威得尔假定，湖泊中某种污染物的浓度随时间的变化率，是输入、输出和在湖泊内沉积的该种污染物的量的函数，可以用下述质量平衡方程表示：
；
式中，V为湖库的容积，m3；Q为湖库出流的流量，m3/a；s为湖库中的污染物沉积速度常数,1/a；Ic为某种污染物总负荷，g/a；为t时刻湖库污染物浓度，mg/L；a为常数；
定义Q/V=r为冲刷速度常数，则上式可写成：
；
初始条件为：t=0时，=c0，可求得上式的解析解为：
；
在湖泊、水库的出流、入流流量及污染负荷稳定的情况下，当t→∞时，可以达到污染物的平衡浓度cp：
；
设湖泊的水面面积为As (m2)，平均水深为h (m)，水力停留时间Tw=V/Q=1/r，单位面积污染负荷Lc=Ic/As，则上式成为：
。
6.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于，河流二维模型不稳定排放源模型，解析解方程为：
如果污染源不是稳定连续排放，则任意一点的浓度是时间的函数；如果在t=0的那一时刻，在x=0处向河流中投放了M克的污染物，则称为瞬时点源排放；对于瞬时点源排放，可以得到无边界条件下解析解如下：
如果有河宽为B（B>0），点源离岸边距离为a(0≤a≤B)，考虑一次虚源反射可得：
，
当a=0或a=B时，相当于点源在岸边排放；a=B/2，相当于河中心排放；
以上算式中，并未考虑河流本底浓度的叠加；若要叠加本底浓度，则按不扩散，只降解的原则，在以上计算结果的基础上，再叠加上即可；
以上式子中：x 为预测点离排放点的距离，m；y 为预测点离排放口的横向距离，m；t 为预测时刻，s；c(x,y)为预测点(x,y)处污染物的浓度，mg/L；W为为单位时间的污染物排放量，g/s；a 为污水排放口离河岸距离，0≤a≤B，m；H 为河流平均水深，m；Mx 为河流纵向混合系数，m2/s；My为河流横向混合系数，m2/s；ux 为河流纵向平均流速，m/s；uy为河流横向推流平均流速，m/s；B为河流平均宽度，m；K 为河流中污染物降解速率，1/d；ch为河流中污染物的本底浓度，mg/L；n为计算反射次数；π为圆周率。
7.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：部分混合水质模式：
式中，Rc=Qp/Qc，K 1 为湖库污染物降解速率，1/d；K1的确定可采用实验室测定法确定；V为湖库体积，m3；cp为污水的污染物浓度，mg/L；Q p 为污水量，m3/s；ch为湖库污染物本底浓度，mg/L；Qc为循环水量，m3/s；c为湖库内污染物平均浓度，mg/L。
8.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：湖泊环流二维稳态混合模式
岸边排放
；
非岸边排放
；
式中：x为预测点离排放点的距离，m；y为预测点离排放口的横向距离，m；c(x,y)为预测点(x,y)处污染物的浓度，mg/L；a为污水排放口离湖岸距离，0≤a，m；cp为污水中污染物的浓度，mg/L；Q p 为污水流量，m3/s；ch为湖库污染物的本底浓度，mg/L；H为湖库平均水深，m；My为湖库横向混合系数，m2/s；u为湖库环流流速，m/s；π为圆周率；
湖泊推流衰减模式：
式中，r为预测点离排放口的距离，m；cr为预测点处污染物的浓度，mg/L；
Qp为污水流量，m3/s；cp为污水中污染物的浓度，mg/L；H为湖库平均水深，m；φ为混合角度，弧度；φ可根据湖（库）的岸边形状和水流情况确定，湖心排放取2π弧度，平直岸边取π弧度；K 1 为湖库污染物降解速率，1/d；ch为湖库水中污染物本底浓度，mg/L；本式适用于点源排放。
9.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：三维瞬时排放源模型
三维瞬时排放源模型方程为：
瞬时排放源，非稳态解（烟团模式）为：
式中，M为瞬时投放的污染物量，g；三维模型解析解均未考虑边界约束；
以上算式中，并未考虑河流本底浓度的叠加；若要叠加本底浓度，则按不扩散，只降解的原则，在以上计算结果的基础上，再叠加上即可；
上式中： x 为预测点离排放点的纵向距离，m； y为预测点离排放口的横向距离，m；z为预测点离排放口的竖向距离，m；t 为预测时刻，以污染物投放时刻计t=0，s； c(x,y,z,t)为预测点(x,y,z)在t时刻的污染物浓度，mg/L；M为在t=0时刻的污染物排放量，g；Ex为河流纵向扩散系数，m2/s；Ey 为河流横向扩散系数，m2/s；Ez 为河流竖向扩散系数，m2/s；ux为河流纵向平均流速，m/s；uy为河流横向平均流速，m/s；uz为河流竖向平均流速，m/s；K为河流中污染物降解速率，1/d；ch为河流中污染物的本底浓度，mg/L；π为圆周率。
10.根据权利要求1所述高原区域突发水环境事件风险预测方法，其特征在于：溢油粒子模型
漂移：粒子方法将运动过程分为两个主要部分，即平流过程和扩散过程；宜采用确定性方法模拟溢油的输移过程；单个粒子在△t时段内由平流过程引起的位移可表达为下式：
式中：代表第i粒子在△t时段内由平流过程引起的位移；/>代表质点初始位置处的平流速度；/>表示风应力直接作用在油膜上的风导输移速度；
水平扩散过程：宜采用随机走步方法来模拟湍流扩散过程。随机扩散过程可以用下式进行表达：
式中：/>为a方向上的湍流扩散距离，a代表x、y坐标；R为[-1,1]之间的均匀分布随机数；/>为a方向上的湍流扩散系数；/>为时间步长；
因此，单个粒子在△t时段内的位移可表示为：
油粒子团在运动过程中，可能到达陆地的边界；这时，认为这些粒子粘附在陆地上，不再参与后续计算。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102622670A (zh) * 2012-02-20 2012-08-01 中国环境科学研究院 一种突发水环境污染事故涉嫌风险源的溯源方法
CN105930975A (zh) * 2016-04-26 2016-09-07 天津大学 输水工程突发水污染事件的风险评价方法
CN109740971A (zh) * 2019-02-01 2019-05-10 华南理工大学 一种危化品生产企业突发流域水环境的风险评估方法及系统
CN110222988A (zh) * 2019-06-11 2019-09-10 南京江岛环境科技研究院有限公司 一种基于水质模型的区域环境风险评估方法
WO2021120765A1 (zh) * 2019-12-19 2021-06-24 北京工业大学 一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法和系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102622670A (zh) * 2012-02-20 2012-08-01 中国环境科学研究院 一种突发水环境污染事故涉嫌风险源的溯源方法
CN105930975A (zh) * 2016-04-26 2016-09-07 天津大学 输水工程突发水污染事件的风险评价方法
CN109740971A (zh) * 2019-02-01 2019-05-10 华南理工大学 一种危化品生产企业突发流域水环境的风险评估方法及系统
CN110222988A (zh) * 2019-06-11 2019-09-10 南京江岛环境科技研究院有限公司 一种基于水质模型的区域环境风险评估方法
WO2021120765A1 (zh) * 2019-12-19 2021-06-24 北京工业大学 一种突发大气污染事故动态应急预警评估与决策支持方法和系统

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周夏飞 等: ""东江流域突发水污染风险分区研究"", 《生态学报》, vol. 40, no. 14, 31 July 2020 (2020-07-31), pages 4813 - 4822 *
周夏飞;曹国志;於方;刘琦;马国霞;杨威杉;: "长江经济带突发水污染风险分区研究", 环境科学学报, no. 01, 19 January 2020 (2020-01-19), pages 336 - 344 *
王丽萍 等: "《环境系统工程》", 30 November 2010, 中国矿业大学出版社, pages: 44 - 45 *
环境保护部环境工程评估中心 编: "《海洋工程类环境影响评价》", 31 October 2012, 中国环境科学出版社, pages: 150 *
生态环境部环境工程评估中心 编: "《2019年版环境影响评价技术导则与标准》", 28 February 2019, 中国环境出版集团, pages: 93 *
胡辉 等: "《环境影响评价 第二版》", 31 December 2017, 华中科技大学出版社, pages: 156 - 162 *
黄中华 等: "《环境模拟与评价 第2版》", 30 September 2019, 北京航空航天大学出版社, pages: 68 *
黄中华 等: "《环境模拟与评价》", 31 August 2015, 北京航空航天大学出版社, pages: 96 *

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