黄河兰州段突发水污染事故级别预测

逯晔坤　靳春玲　贡力

摘要：突发水污染事故威胁人类健康，破坏生态环境。为了降低黄河兰州段突发水污染事故的损失，对突发水污染事故进行级别预测。采用PSR模型建立评价指标体系，通过主客观结合的AHP-熵权法确定各指标权重，运用和谐度方程（HDE）综合评价的方法，根据兰州段突发水污染事故评价指标数据，确定突发水污染事故级别。结果表明：黄河兰州段突发水污染事故和谐度为-0.078，属于重大事故级别（Ⅱ级），符合实际情况。黄河沿岸企业类型、水质类别、事故应急处理机制分别为压力、状态、响应指标中权重最大的影响因素，应重点关注其对黄河水环境的影响，从而全面把控黄河水环境。

关键词：突发水污染;事故评价;PSR;AHP-熵权法;和谐度方程;黄河兰州段

中图分类号：TV882.I;X522

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2019.06.014

突发水污染事故是指固定或移动的污染源突然排放污染物、自然灾害导致污染物或放射性物质等有毒有害物质经环境介质进入水体，导致水质恶化，从而破坏人类、社会、经济的正常活动及水生态平衡的事故¨]。突發水污染事故诱因众多且威胁人类健康，破坏生态环境，制约经济、社会发展，已成为全世界极为关注的问题之一[2-3]。近年来，水污染事故正在成为危害人们生存健康的重大环境问题，突发水污染事故危害更大。针对突发水污染事故，水利部黄河水利委员会颁布《黄河重大水污染事件报告办法》《黄河重大水污染事件应急调查处理规定》等，提出了黄河流域突发水污染事故应急机制的初步处理办法。

突发水污染事故预测是突发事故发生后及时采取有效应急控制和处置措施的基础[4]。国外对突发水污染事故的研究起始于海上溢油事件，国内起始于2005年的松花江水污染事件。目前，国内外对突发水污染事故研究较多，但大多集中于风险分析，对突发水污染事故级别的研究较少。Huang L等[5]提出了基于多指标综合评价法的环境风险识别模型：Hou D等[6]提出了基于突发水污染事故不确定性分析和风险评估的实时动态预警模型：林长喜[7]应用PSR模型建立评价指标体系，并采用AHP -综合指数法对跨界重大水污染风险进行评估：李二平等[8]采用三角模糊函数修正了传统的水质健康风险评价模型，较准确地对浓度随时间和空间不断变化的水质进行了风险评价。

笔者以黄河流域兰州段突发水污染事故为研究对象，采用环境评价PSR模型[9]建立评价指标体系，利用AHP-熵权法[10-11]确定指标权重，应用和谐论的和谐度方程（ HDE）评价方法确定兰州段突发水污染事故级别，以期为流域突发水污染事故级别预测提供参考。

1 和谐度方程评价方法

和谐度方程是左其亭[12]为定量表达和谐程度首次提出的，并构建了以和谐论量化研究为主要特色的和谐理论方法体系[13]。和谐度方程从提出到现在已在众多领域得到了应用，左其亭等[14-16]应用和谐度方程进行了人水关系和谐程度的评价和调控、水污染物总量控制及现代水资源管理等方面的研究：梁士奎等[17]应用和谐度方程进行了水资源优化配置：马军霞[18]提出了水质评价的和谐度方程评价方法。

1.1 和谐度方程

和谐度方程表达式：

HD=ai - bj

（1）式中：HD为和谐度，其取值范围为[-1，1]，HD∈[-l，0]表示处于敌对状态，HD∈（0，1]表示处于和谐状态，HD值越大，和谐程度越高;a为统一度，表示和谐参与者按照和谐规则具有“相同目标”所占的比重：b为分歧度，表示和谐参与者对照和谐规则和目标存在分歧情况所占的比重，a、b ∈[O，1]，且a+b≤l;i为和谐系数，反映和谐目标的满足程度，可依据和谐目标计算确定，i ∈[O，l];j为不和谐系数，反映和谐参与者对存在分歧现象的重视程度，可根据分歧度计算确定，j∈[O，1]。

1.2 “综合程度评价”的HDE评价流程

确定评价指标及指标标准;确定各指标的统一度、分歧度、和谐系数、不和谐系数;将上述参数代人和谐度方程中确定各指标子和谐度：确定指标权重：确定综合程度评价值HD：将综合程度评价值HD与评价标准进行对比，确定最终评价结果。

2 黄河兰州段突发水污染事故级别预测评价方法

2.1 评价指标体系构建

采用PSR模型，从压力、状态、响应三方面建立兰州段突发水污染事故级别预测评价指标体系。其中：压力方面主要影响因素为废水排放量、沿河危险企业数和行业类型，状态方面主要影响因素为水质类别、人口居住密度、水资源开发利用率和水生生态风险，响应方面主要影响因素为应急救援水平和事故应急处理机制。这9个指标形成递阶层次结构，从而构建兰州段突发水污染评价指标体系，见图1。

2.2 指标的分级标准

根据《全国环境统计公报》对突发环境事件的分级，将突发水污染事故风险划分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，各指标具体分级标准见表1。

2.3 确定指标子和谐度HDk

（1）计算统一度a。采用模糊思想将统一度划分为0-0.25、0.25 - 0.50、0.50 - 0.75、0.75 - 1.00，依次隶属于I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级突发水污染事故风险，根据指标分级标准建立线性方程，计算出指标的统一度a。

（2）计算分歧度b。分歧度b可基于统一度a来确定，即b=l-a。

（3）计算和谐系数i。和谐系数i可根据指标分级标准采用两节点公式确定[19]。

（4）计算不和谐系数j。不和谐系数j反映对分歧现象的重视程度，因此通过分歧度6确定其数值，即j=6。

（5）将各参数代人和谐度方程，计算出指标的子和谐度HDk 。

2.4 指标权重ωk的确定

采用AHP-熵权法确定各评价指标的权重。AHP法是主观意志的反映，缺少客观分析：熵权法不能反映研究人员的主观意志，受离散极值的影响。针对两种方法的缺陷，建立主观和客观结合的方法确定突发水污染事故级别预测评价指标的权重。

2.4.1 AHP法權重确定

（1）建立相对重要矩阵，通过专家评判，确定兰州段突发水污染事故级别预测评价指标的权重向量。

（2）上述每位专家针对兰州段突发水污染事故级别预测评价指标所得的权重向量构成权重矩阵C=（c）mm（其中m为专家个数，n为评价指标个数）。

3 兰州段突发水污染事故级别预测案例

黄河兰州段全长152 km。黄河从兰州市穿城而过，是兰州市工农业和生活用水的主要来源。兰州市人口密集，工业众多，故黄河兰州段水安全状况对环境安全和居民健康有着重要影响。

3.1 指标子和谐度计算

通过《兰州市统计年鉴》《兰州市环境状况公报》及有关资料获取各指标数据，分别计算各指标的统一度a、分歧度b、和谐系数i、不和谐系数j，各指标计算方法见参考文献[19]，利用和谐度方程得出指标的和谐度HD，计算结果见表3。

3.2 AHP-熵权法确定指标权重

选取8位专家进行权重评定，采用层次分析法计算各指标权重并进行一致性CI检验，结果小于0.1，达到要求。根据偏离程度，最终采纳6位专家（淘汰专家4、专家8）的意见确定兰州段突发水污染事故级别预测各评价指标的权重ωλ;将兰州段近4 a各指标的相关数据进行标准化处理，其中指标Sl、S4、R1、R2为正向指标，其余为负向指标，随后运用熵权法确定各指标的权重ωs;最后进行熵权法对AHP法的修正，将主客观思想合理地结合起来，尽量消除两种方法的弊端，确定最终权重ωk，结果见表4。

3.3 黄河兰州段突发水污染事故级别确定

根据确定的兰州段突发水污染事故级别预测各评价指标的和谐度和权重，采用和谐度方程加权平均计算公式得出准则层压力、状态和响应3个指标的和谐度分别为-0.162、0.031、0.113，计算确定压力、状态和响应3个指标的权重为0.621、0.241、0.138，并计算确定兰州段突发水污染事故和谐度为-0.078。对照和谐度范围和事故级别匹配关系（见表5），确定黄河兰州段突发水污染事故级别将为重大事故。

4 结论

采用PSR模型建立黄河兰州段突发水污染事故级别预测评价指标，并采用主客观赋权的方法确定指标权重，在分析和谐度方程的基础上，根据“综合程度评价”的HDE思路，结合兰州段突发水污染事故级别预测评价指标数据，详细介绍了和谐度方程评价方法在突发水污染事故级别预测中的应用。和谐度方程中和谐系数i和不和谐系数j的确定较其他方法灵活，结合突发水污染事故级别预测的模糊性，使评价结果更符合实际。

预测结果表明，黄河兰州段突发水污染事故等级为Ⅱ级，属于重大事故。其评价结果符合实际情况，具有较强的实用性。通过AHP -熵权法确定权重，黄河沿岸企业类型、水质类别、事故应急处理机制分别为压力、状态、响应指标中权重最大的影响因素，应重点关注其对黄河水环境的影响，从而全面把控黄河水环境。兰州市是唯一的一座黄河穿城而过的省会城市，黄河是兰州市重要的水资源，应建立黄河水污染应急机制，对突发水污染事故级别进行预判，确保降低突发事件带来的危害，提高其承载力。

参考文献：

[1] 靳春玲，王运鑫，贡力.基于模糊层次评价法的黄河兰州段突发水污染风险评价[J].安全与环境学报，2018，18（1）：363-368.

[2] 靳春玲，王运鑫，贡力.突发水污染风险的马尔科夫链贝叶斯网络预测[J].人民黄河，2018，40（4）：65-68，95.

[3]练继建，孙萧仲，马超.等，水库突发水污染事件风险评价及应急调度方案研究[J].天津大学学报（自然科学与工程技术版），2017，50（ 10）：1005-1010.

[4] 赵然杭，彭弢，王好芳，等，南水北调东线山东段干渠突发水质污染事故快速预测[J].农业工程学报，2018，34（8）：93-99.

[5]

HUANC L，WAN W B，ⅡF Y，et al.A Two-Scale System toIdentify Environmental Risk of Chemical Industry Clusters[J].Joumal of Hazardous Materials， 2011， 186（1）：247-255.

[6] HOU D，CE X，HUANC P，et al.A Real-Time， DynamicEarly- Waming Model Based on Uncertainty Analysis andRisk Assessment for Sudden Water Pollution Accidents[J].Environmental Science&Pollution Research， 2014， 21（14）：8878.

[7] 林长喜，跨界重大水污染事故风险源识别技术体系的研究与应用[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009：5-16.

[8]李二平，尤宏，刘宝玲，等，跨界水污染事故危害实时判定方法的建立[J].安全与环境学报，2012，12（2）：257-260.

[9] 吕龙龙，李新宝，蒋晓辉，等.基于PSR模型的刁口河流路生态完整性评价[J].人民黄河，2014，36（4）：79-81.

[10] 刘大海，宫伟，邢文秀，等，基于AHP-熵权法的海岛海岸带脆弱性评价指标权重综合确定方法[J].海洋环境科学，2015 ，34（3）：462-467.

[11]尹鹏，杨仁树，丁日佳，等，基于熵权法的房地产项目建筑质量评价[J].技术经济与管理研究，2013（3）：3-7.

[12] 左其亭，和谐论的数学描述方法及应用[J].南水北调与水利科技，2009，7（4）：129-133.

[13] 左其亭，韩春辉，马军霞，等，和谐度方程（HDE）评价方法及应用[J].系统工程理论与实践，2017，37（ 12）：3281-3288.

[14] ZUO Q T，ZHAO H， MAO C C，et al.QuantitativeAnalysis of Hunman - Water Relationships and Harmony -Based Regulation in the Tarim River Basin[J].Journal ofHydrologic Engineering，2015，20（8）：1-11.

[15] 左其亭，庞莹莹.基于和谐论的水污染物总量控制问题研究[J].水利水电科技进展，2011，31（3）：1-5，12.

[16] 左其亭，马军霞，陶杰.现代水资源管理新思想及和谐论理念[J].资源科学，2011，33（ 12）：2214-2220.

[17] 梁士奎，左其亭.基于人水和谐和“三条红线”的水资源 配置研究[J].水利水电技术，2013，44（7）：1-4.

[18] 马军霞.水质评价的和谐度方程（HDE）评价方法[J].南水北调与水利科技，2016，14（2）：11-14.

[19]左其亭.和谐论：理论一方法一应用[M].2版，北京：科学出版社，2016：38-84.

【责任编辑吕艳梅】