兰州市水源地生态风险评价

齐国翠　汤萃文　苏研科　高建富

摘 要：依据美国环境保护署（US EPA）的生态风险评价导则，通过研究区域的界定与分析、风险源分析、暴露分析、危害分析及生态风险综合评价的评价框架，对兰州市的主要水源地——黄河新城桥段进行了生态风险评价。通过风险源分析，识别出主要生态风险源为点源污染源、面源污染源、内污染源等；以水质变化为评价终点，通过暴露、危害分析，采用基于因子权重的评价方法进行综合评价。结果表明，对黄河新城桥段生态风险中贡献最大的因子为有机污染物，其次为营养盐及有机污染综合指标和重金属污染物，权重值分别为0.246和0.217。

关键词：生态风险评价；水源地；生态风险因子；黄河新城桥段

中图分类号：FX820.4 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2015）02-0078-04

生态风险是指生态系统及其组分所承受的风险。是一个种群、生态系统或整个景观的正常功能受外界胁迫，从而在目前和将来减少该系统内部某些要素或其本身的健康、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值的可能性[1，2]。生态风险评价在20世纪80年代由安全风险和健康风险评价发展而来，在美国、欧盟等发达国家得到广泛应用[3-5]，被视为环境决策的重要基础[6]。我国目前的环境风险研究主要集中在危险化学品的突发事故上，对生态风险评价还没有明确的法律规定[6-8]。生态风险评价的研究也多侧重于重金属污染、难降解有机毒物方面[9-11 ]。对区域生态风险评价的危害分析和综合评价都建立在生态脆弱性和生态损失度的基础上，对城市水源地生态风险评价的研究关注较少[12-14]。

水源地是一个城市生存和发展的必要条件，目前随着城市化进程的加快，城市供水遇到前所未有的压力，引入环境风险管理，对城市水源地进行生态风险评价成为城市水源地保护研究的重点内容之一[6]。本文参考依据美国环境保护署（US EPA）分布的生态风险评价导则提出的城市水源地生态风险评价的基本框架对兰州市水源地——黄河兰州新城桥段进行生态风险评价，以期为当地政府选择城市水源地或加强水源地的保护提供相关依据。

一、城市水源地生态风险评价方法

US EPA将生态风险评价的基本内容分为问题的形成、分析过程、风险表征及风险管理等部分。国内学者按照该原则提出为以研究区的界定与分析、受体分析、风险源分析、暴露与危害分析及生态风险综合评价为主要步骤的城市水源地生态风险评价的基本框架[6]。

（一）研究区的界定与分析

进行生态风险评价首先要确定拟评价的区域，即评价的范围，同时要对拟评价的区域有充分的了解和认识。根据水源地类型的不同，研究区域的界定方法也有差别：地下水水源地以地下水的补给范围来界定，以水文地质单元来划分，重点考虑地面环境因素（如固体废物和生活垃圾堆场等）对地下水的影响；湖泊以湖泊主体及小流域来确定；河流以流域范围来确定[15]。

（二）受体分析

1.受体

“受体”即风险承担着，在风险评价中指生态系统中可能受到来自险源的不利作用的组成部分，它可能是生物体，也可能是非生物体；通常是生态系统中对外部风险压力最敏感的因子[10]。

2.评价终点

区域生态风险评价中的评价终点是指在具有不确定性风险源的作用下，风险受体可能受到的损害，以及由此发生的区域生态系统结构与功能的损伤。评价终点的选择主要基于生态相关性，对胁迫因子（污染物）的易感性，以及管理目标的相关性[16]。

（三）风险源分析

“风险源分析”是指对区域中可能对生态系统或其组分产生不利作用的干扰进行识别、分析和度量[6]。这一过程又可分为风险识别和风险源描述两部分。根据评价目的找出具有风险的因素，即进行风险识别。水源地区域的基本风险源见表1。风险源描述是对研究区域内各种风险源进行定性、定量分析，确定风险发生的概率、强度、时间和空间的变化。

（四）暴露与危害分析

“暴露分析”是研究各风险源在评价区域中的分布、流动及其与风险受体之间的接触暴露关系[10]。各风险源对水源地的胁迫作用都通过一定的形式表现出来，如通过水量及水质的变化趋势、富营养化状态等进行分析[6]。

危害分析是确定风险源对生态系统及其风险受体的损害程度。风险源产生的压力会影响或降低生态环境因子的质量和功能，危及经济的正常发展。水源地的风险危害主要是造成供水企业的经济损失、城市居民生活缺水、当地经济发展受限以及饮用不合格水而带来的人体健康危害等[17]。“危害分析”是区域生态风险评价的重要部分，其目的是确定风险源对生态系统及其风险受体的损害程度。

（五）生态风险综合评价

风险评价是前述各评价部分的综合阶段，它将暴露分析和危害分析的结果结合起来，并考虑综合效应，将区域生态风险评价的其他组分有机结合起来，得出区域范围内的综合生态风险值[18]。

二、结果与分析

（一）研究区的界定与分析

兰州市水源地类型为河流，因此以流域范围来进行界定。黄河兰州新城桥段是兰州市主要的水源地，穿行于峡谷与川地之间，由于深居内陆，海洋暖湿气流不易到达，所以成雨机会较少，大部分地区十年九旱，气候干燥，多年平均降水量在200～400mm之间，水量很不稳定，91%的降水集中在夏秋雨季（5～10月），11月至次年4月为枯水季节。

（二）受体分析

1.受体

新城桥水源地属于黄河兰州段的一部分，在对新城桥进行生态风险评价时，选择水生生态系统作为生态风险评价的受体。

2.评价终点

评价终点可以在任意组织水平上被确认，包括个体水平、种群水平、群落水平，以及生态系统水平与景观层次上确认[19]。新城桥水域目前最重要的功能为城市水源地功能，因此以水质变化作为评价终点。

（三）风险源分析

1.风险识别

兰州新城桥段分布着大量工厂，而大多数工厂直接将废水排入河水中，造成点源污染。同时，上游的大面积农田以渠道灌溉为主，大量的残留农药、化肥随河水流入水源地造成直接的面源污染。综合表1分析后，确定新城桥水域的主要生态风险源为：点源污染、面源污染和内污染。

2.风险源描述

（1）点源污染

点源污染是指工业废水与城市生活污水在小范围内的大量集中排放。甘肃兰州市自来水厂的安全直接受其上游甘肃刘化集团、兰州新西部维尼纶有限责任公司排污的影响，国家和甘肃省环保局都非常重视，已将其列为治理的重点。

（2）面源污染

面源污染是指分散的小企业和分散的居民在大面积上的少量分散排放，如夹带着化肥、农药的农田径流，无序排放的农村废弃物，水土流失等；另外，还包括大量乡镇企业就地无序排放的废水，畜禽养殖业排放的废水、废物以及农户生活污水等。

流域内大量的化肥、农药随雨水或灌溉流入排水沟后汇入黄河，成为重要的面源污染。此外，畜禽粪便的还田率只有30%多，大部分未被利用或处理就直接通过排水沟汇入黄河。流域内土壤疏松，水土流失严重，随暴雨径流进入河流的泥沙，往往携带大量氮、磷元素，影响河流水质。在农业方面，不合理的大量使用农药、化肥，畜禽养殖、秸秆腐烂等污染随水土流失和农田退水进入水体，增加了水体中COD和TN、TP的污染物总量，成为影响水质的重要因素。

（3）内污染

内污染又称二次污染，是指江河湖库水体内部由于长期污染的积累产生的污染再次排放，黄河干支流与水库中的沉积物以及水库的养殖场，是主要的内污染源。

（四）暴露分析

从新城桥水域的水质变化方面对其进行暴露分析。根据黄河兰州段污染物监测中的22项主要指标的统计结果[20]分析，各暴露因子的权重层次排序中挥发酚和石油类在前两位，粪大肠杆菌群和总大肠杆菌群所占权重居第二，重金属汞居第三，pH指标在层次总排序中较为靠后，总硬度和水温所占权重最小。

（五）危害分析

兰州黄河上游流域内排放的点源污染和面源污染等不利风险因素对黄河的累积作用，可能会引发大的污染事件，水质下降，导致完全丧失其特有功能，如饮用水源地功能；更为重要的是，一旦黄河水源地遭到严重污染，则兰州市上百万居民的生活用水无法保障，兰州市的经济将会迅速衰退，城市的发展将会遇到瓶颈，经济的发展会受到制约，带来严重的社会影响。保证黄河的水源地功能，就要控制分析黄河水各污染物指标，提早做出预防和处理，防止水质进一步恶化。

（六）生态风险综合评价

通过以上分析，确定理化指标、营养盐及有机污染综合指标、无机阴离子、金属及其化合物、有机污染物和生物指标6大类指标作为兰州黄河新桥段城市水源地生态风险评价的指标。

由于各主要风险源对风险受体的作用强度是不同的，对形成区域性生态风险的作用大小也有差异，因此，我们采取层次分析法对新城桥段水域进行生态风险综合评价，确定各风险指数的权重[21]，据此进行综合评价。

将新城桥段主要生态风险源两两相互比较，按比较重要性大小根据表2进行仿数量化，得到的数量值构成一个判断矩阵，并且通过一致性检验。从而获得黄河兰州新城桥段水源地生态风险的权重分别为理化指标0.054、营养盐及有机污染0.217、无机阴离子0.078、金属及其化合物0.217、有机污染物0.246、生物指标0.187（表3）。

三、讨论

暴露分析结果显示各暴露因子权重大小为挥发酚和石油类>粪大肠杆菌群和总大肠杆菌群>重金属汞居第三>pH指标>总硬度和水温所。说明其上游甘肃刘化集团、兰州新西部维尼纶有限责任公司等化工企业排污引起的点源污染主要的风险暴露因子，其次是农业和畜牧业养殖引起的生物性及化学性面源污染。

生态风险综合评价结果显示水质综合评价6类大指标所占权重有机污染物>营养盐及有机污染综合指标和金属及其化合物>生物指标>无机阴离子>理化指标，说明有机污染物对水质影响最大，也就是说有机污染物对水源地生态风险的贡献率最大，营养盐及有机污染综合指标和重金属污染物指次之，而只是影响感官的理化指标贡献率最小。说明各种点源污染、面源污染及内污染是兰州市水源地主要的生态风险因子。而由化工企业排污及农业施肥、污灌等引起的有机物污染及重金属污染是重点控制对象。

四、结论

1.识别出新城桥水源地的主要生态风险源为：电源污染、面源污染和内污染。

2.位于该水域上游的化工企业排污引起的点源污染和由农业和畜牧业养殖引起的生物性及化学性面源污染是主要的生态风险暴露因子。

3.在地表水水质综合评价体系6类大的指标中，有机污染物对兰州市水源地生态风险的贡献率最大，其次是营养盐及有机物然综合指标和重金属污染物指标，是风险管理的重点控制对象。

4.兰州黄河新城桥段处于污染和水土流失严重的的黄河流域，多种污染源及不同污染物的复合污染的胁迫下，水质恶化不断加剧，对居民的用水安全造成极大威胁。为保障兰州市居民用水安全，必须将生态风险评价及管理引入到对水源地的保护中，加强对水源地复合风险、多种污染的协同作用、累积作用的研究，制定出针对各种污染源及污染物的综合、宏观的水源地管理和保护模式。

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Abstract：On the basis of American Environmental Protection Agency （US EPA） guidelines for ecological risk assessment，through the research region and analysis，risk source analysis，exposure assessment，hazard analysis framework of comprehensive analysis and evaluation of the ecological risk of Lanzhou City，the main source of water -- the Yellow River metro section of ecological risk assessment. Through the risk source analysis，identify the main ecological risk source as a point source pollution source，non-point source pollution source，pollution source；to water quality changes as the assessment endpoint，by exposure，hazard analysis，the comprehensive evaluation by the method which is based on the weights of evaluation factor. The results show that，on the contribution of the Yellow River metro section of ecological risk in the largest factor of organic pollutants，followed by nutrient and organic pollution indicators and heavy metal pollutants，the weight values were 0.246 and 0.217.

Key words：ecological risk assessment；water source；ecological risk factor；the Yellow River Xincheng Bridge

[责任编辑 柯 黎]