地表水水源地突发水污染风险评价方法现状

胡成 程浩 马巍峰 高楷贺 田苗苗 董万里

（1. 沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳 110168；2. 辽宁省生态环境厅，辽宁沈阳 110161；3. 辽宁水道诚环境科技有限公司，辽宁沈阳 110168）

1 引言

饮用水直接影响民众的生命安全与身体健康，关系着经济的发展和社会的稳定。随着经济技术的发展，化学物质的广泛使用，突发性水污染事故对水源地造成的威胁越来越大，由于水源地脆弱性较强，其发生的突发性水污染事故相较于普通流域水体带来的后果更为严重。随着《水污染防治法》与《饮用水水源地保护区划分技术规范》等水源地相关法律规范的更新，饮用水水源安全问题已经受到极高的关注，风险防控的工作思路也逐渐得到重视。本文对地表水水源地突发性水污染事故和水源地的关系进行简要分析，划分了诱发事故产生的因素和风险源，对国内外评价方法做出了总结，指出了其不足之处和发展方向。

2 突发水污染事故分析

突发性水污染事故是一种未知事件，具有不确定性［1］和模糊性。地表水水源地分为湖库型和河流型，突发水污染事故对不同类型的水源地产生影响的时间、程度等也不尽相同。湖库型水源地呈封闭或半封闭状态，水源地水量多，水体交换周期长，水环境容量大，对于水污染事故的抵抗性较河流型水源地强，但是污染事件发生后污染物质容易积累，污染持续时间长，处理较难；河流型水源地呈长窄型，河流水体活跃，发生水污染事故往往会短时间内对取水口水质产生影响，但水体交换快，污染持续时间短，容易间接引发流域型污染，风险源多，突发水污染事故发生几率大。评价方法的研究主要针对事故影响的空间维度展开。

3 风险源项的识别

对于可能引发突发水污染事故的风险源项从以下两个方面对其进行分析。

3.1 人为因素

人为因素分为人为失误或蓄意所为，人为因素中又可以细化为固定型和流动型。固定型为企业安全事故、企业违法排污、尾矿库排污等；流动型有交通事故和码头河道航运事故造成的化学危害物质泄漏、人为投毒恐怖事件等。

3.2 非人为因素

非人为因素多由自然或构筑物坍塌引起，如企业构筑物坍塌、暴雨降水、气候急剧变迁、自然灾害等引发的突发水污染事件，多为尾矿库溃坝渗漏［2］、水力波动导致河道底泥泛起［3］、洪水潮汐入侵等。

人为因素是导致突发事故产生的重要原因。目前对于风险源项识别的方法有层次分析法［1］、历史事故分析法［4］、现场调查法［5］、故障树分析法［6］和贝叶斯网络法［7］等。

引发突发水污染事故的因素复杂，对风险源项准确的识别，是科学、规范、全面地对水源地突发水污染事故风险进行评价的前提。

4 评价方法

国内外对突发水污染事故的风险评价研究已经趋于成熟，但是针对于受体为地表水水源地的评价研究并不多见。目前评价方法大多集中在人为因素导致突发水污染事故的研究中，大体可以分为3种：第一种是体系构建法，对风险源和受体构建风险评价体系；第二种是模型模拟法，用数学模型对水污染事故进行数值模拟；第三种综合评价法是对前2 种方法的结合。

在目前运用较多的体系构建法和模型模拟法中，体系构建法多用于大尺度、多风险因素的水源地，如河流型水源地、流域型水源地群等，最后以风险等级的形式表达；模型模拟法多用于小尺度、风险因素较少的湖库型水源地，对一种或者几种突发水污染事故进行模拟，以量化数据的形式表达。

对于非人为因素所引发突发事故的风险评价，由于其产生概率低，涉及地质、气象等领域复杂，目前研究较少；涉及因素同样复杂的跨界污染问题在水源地的风险评价中也相当匮乏。非人为因素引发的突发事故和跨界污染问题仅在体系构建法中出现指标的设立，尚未形成完整评价方法。

4.1 体系构建法

体系构建法是基于研究者对突发水污染事故两个方面的认识衍生而来，一种是对突发水污染事故比较清晰的认识，并以明确的指标对突发事件给予限定［8］，如层次分析法、专家打分法；另外一种是立足于突发事故发生的模糊性，如模糊数学法。结合这两个层面对区域多种因素进行评价，发展为以层次分析法、专家打分法和模糊数学法等相结合的体系构建法，并随着研究的深入融合了PSR 模型［9］、Seveso Ⅲ指令［10］等体系框架，使此类型的评价方法愈发完善。

基于PSR 模型评价体系在目前大尺度、多风险源水源地突发水污染事故的评价中应用成为趋势。PSR 模型是由国际经济合作与发展组织（OECD）和联合国环境规划署（UNEP）共同研究开发的模型框架［11］。PSR 模型是以压力—状态—响应的因果逻辑［12］建立的综合性风险评价体系，PSR 模型可以充分反映人类活动和环境之间的复杂关系。

体系构建法的相关研究进展见表1。

表1 体系构建法

体系构建法对突发水污染事故确定是依靠指标分析和模糊认识，综合考虑了事故产生前后多种因素的影响，对于大尺度水源地的评价适用性较强，多污染源与单污染源的体系构建也可以看出评价体系运用的灵活；但是体系评价过于宏观，并且其评价方法如专家打分法、层次分析法等趋于主观［22］，在细节考虑和人为主观判断的影响下容易产生误差。

4.2 模型模拟法

模型模拟法主要针对风险源较少的小尺度湖库型水源地，用数学模型或水质模型软件对该区域内重要风险源的事故爆发后对水源地产生的影响进行模拟，将模拟结果以数据量化，给予决策者准确的数据支持与动态图形展示。

目前水质模型软件根据其研究重点的不同可以大体分为河流型和综合型。河流型模型弱化了垂直方向的水质变化，侧重一维和二维模拟，应用较为广泛的河流型模型为QUAL［23］系列及MIKE 系列模型软件；综合型则对水环境纵向的变化情况及大气、泥沙、生态物种等多种因素进行了添加和优化，考虑更为综合，模拟更趋于实际水环境状态，较为先进多用的综合型模拟模型为WASP［24］，Delft－3D［25］，EFDC［26］等。另外，国外学者针对突发事故不确定性对模型模拟尝试的误差影响也取得了一定成果，Vidal－Dorsch Doris E 等［27］对受污染河流中的新兴污染物质种类和浓度进行了分析，Hou D等［28］提出了动态预警的模型来抵消不确定性产生的影响。模型模拟法的相关研究进展见表2。

表2 模型模拟法

模型模拟法以其严格的水动力、水质变化理论的支撑，加以计算机软件友好的前后处理功能、动态展示的数据量化功能等优点，频繁应用于突发水污染事故的模拟中，对污染物质模拟的污染范围、扩散余量等给予决策者明确的数据信息，为预警应急系统提供量化依据；但是模型的模拟仅仅是对某种爆发点的模拟，无法对区域的整体进行掌控，一个爆发点连带的各种反应也很难进行预测，因此事故模拟的方式显得十分局限，并且对数据依赖性强的缺点也使得模型模拟法存在误差的风险。

4.3 综合评价法

结合了上述2 种方法的综合评价法充分发挥和弥补了二者的优缺点，使评价的体系及内容更科学、规范，评价研究也更为综合，见表3。

表3 综合评价法

综合评价法先对评价区域内风险因素做出综合评价分级，最后将识别出的重大污染源做水污染事故的水质模拟，既考虑了风险评价中多种影响因素，又对重大污染事故做出细化分析，集合了前2种评价方式优点，综合评价法应该作为今后水源地突发水污染事故评价方法的主流。

5 不足与展望

5.1 不足

（1）体系构建法评价尺度和方法趋于宏观、主观性，在细节和主观问题上易产生误差；

（2）模型模拟法分析单一，统筹考虑能力较差，数据依赖性强，易产生数据误差放大；

（3）评价方法中对非人为因素引发的事故和跨界问题研究较少，难以较好应对此类综合事件。

5.2 展望

（1）体系构建法后续应该考虑以实际评价区域的情况增加相应的细节因素指标，并且考虑加入客观的评价方法，如齐奇［22］在评价体系中加入了偏于客观的熵权法，以中和主观判断产生的误差。

（2）模型模拟法应该与互联网、实时监测系统、地理信息系统、大数据系统等综合运用，以综合准确的数据支撑起对水环境生态系统的模拟，使模拟评价更为准确全面，更加贴近水环境生态系统。

（3）对于非人为因素事故及跨界事故，应该与ArcGIS 软件、水文气象数据系统、地质勘探系统等大尺度先进系统软件连用，并配合多个部门以提供信息数据支持，构建较为完善的评价体系和评价方法。