專利名稱：一種流域累積環(huán)境風(fēng)險評價的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境科學(xué)、環(huán)境風(fēng)險與管理領(lǐng)域，尤其涉及一種利用GIS和Excel技術(shù)，綜合評價流域累積環(huán)境風(fēng)險的方法。該評價方法可廣泛應(yīng)用于區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃、土地利用規(guī)劃與環(huán)境風(fēng)險管理以及污染事故預(yù)防措施和應(yīng)急預(yù)案的制定中。
背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)化程度和規(guī)模不斷擴(kuò)大，區(qū)域尺度的產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)。我國這種區(qū)域性的發(fā)展模式通常以工業(yè)，尤其是化工業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，以經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)或工業(yè)園區(qū)為載體。然而，在工業(yè)化進(jìn)程迅速推進(jìn)的過程中，大量有毒有害污染物的排放對人體健康及其賴以生存的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的危害。尤其是近年來突發(fā)污染事故頻發(fā)，威脅著社會的安定和經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。此外，由于資源、交通等的便利，我國化工業(yè)大都集中在沿江、沿河區(qū)域。從2005年國家環(huán)保總局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知在全國21000個化工企業(yè)中，50 %以上都分布在長江、黃河兩岸，企業(yè)一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想(潘岳，2006)。 我國流域環(huán)境風(fēng)險日益凸顯。流域環(huán)境風(fēng)險具有風(fēng)險源繁多，空間分布復(fù)雜、且環(huán)境風(fēng)險受上下游傳輸累積影響等特點(diǎn)，因此，流域環(huán)境風(fēng)險評價的一個重要方面是進(jìn)行累積環(huán)境風(fēng)險評價。流域累積環(huán)境風(fēng)險評價的目的就是分析與評價整個流域內(nèi)、環(huán)境風(fēng)險在上下游傳輸過程中對生態(tài)環(huán)境和人類活動的影響，從而為區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整、企業(yè)選址、重點(diǎn)風(fēng)險源監(jiān)控等提供科學(xué)依據(jù)。目前，國外區(qū)域累積環(huán)境風(fēng)險的研究主要集中在有毒化合物對公眾健康的影響上，并制定了健康風(fēng)險累積評價導(dǎo)則(EPA，1997)。此外，國外學(xué)者對區(qū)域環(huán)境風(fēng)險的研究大都集中在分析災(zāi)難性事故風(fēng)險方面，尤其是對大型化工區(qū)具體的環(huán)境風(fēng)險源及其污染事故誘因分析。Kuijen(1987)完成了對河口堪為島石油化工區(qū)的危險性識別，并對技術(shù)防范措施進(jìn)行了改進(jìn)，使得污染事故風(fēng)險下降了 20倍；世界銀行(198 對荷蘭石油化工密集的津經(jīng)盟德地區(qū)運(yùn)用一些定性的、專家的經(jīng)驗(yàn)判斷來識別區(qū)域環(huán)境風(fēng)險，并提出了有效的事故防范措施，Petts (1997)論述了了大尺度工業(yè)區(qū)風(fēng)險評價的方法，Dobbins (2003) 等以密西西比河下游某河段為研究對象，通過定位、監(jiān)測、模擬等技術(shù)建立了區(qū)域環(huán)境風(fēng)險數(shù)據(jù)庫，依此作為區(qū)域環(huán)境風(fēng)險分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為政府環(huán)境的宏觀風(fēng)險管理提供科學(xué)依據(jù)，(ihonemy和Watts (200 對區(qū)域環(huán)境風(fēng)險中的不確定性做了進(jìn)一步的研究，通過對危險累積或危險分布圖進(jìn)行擬合和疊圖，從而得到區(qū)域環(huán)境風(fēng)險綜合指數(shù)，Arunraj和 Maiti (2009)以印第安東部工業(yè)區(qū)為例，構(gòu)建R = HXV的風(fēng)險模型對突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險后果進(jìn)行分析，并提出基于后果分析的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險評價概念框架；在國內(nèi)，畢軍(1994)應(yīng)用“風(fēng)險頻數(shù)”及相關(guān)指標(biāo)對沈陽地區(qū)過去30年環(huán)境風(fēng)險的時空格局進(jìn)行了分析，楊曉松 (2000)等給出了區(qū)域環(huán)境風(fēng)險計算的原則和一般的計算方法，主要有邏輯分析法、統(tǒng)計分析法、公式評價法、模糊數(shù)學(xué)法、圖形迭加法等，胡二邦O000)提出了包含危害識別、事故頻率和后果估算、風(fēng)險計算以及風(fēng)險減緩四個階段的風(fēng)險評價體系，石劍榮O005)推導(dǎo)了一套危險源鑒別、特征等濃度線確定、事故特征危害區(qū)與危險期估算等方面的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險分析模型，林立忠000 等建立了一種基于可靠性理論的評價模型來計算區(qū)域環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險，該理論把區(qū)域環(huán)境視為一個整體系統(tǒng)的觀念很好，考慮了各種因素之間的相互影響，以及各影響因素與污染物之間的相互作用，利用污染物與環(huán)境的“壓力 強(qiáng)度 失效” 關(guān)系來評價區(qū)域環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險，楊潔O006)提出了區(qū)域環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)理論，指出應(yīng)根據(jù)風(fēng)險系統(tǒng)的特征確定評價指標(biāo)體系，在對各單因子分級評分的基礎(chǔ)上，通過直接疊加或加權(quán)疊加對區(qū)域環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行評價，徐琳瑜O007)將網(wǎng)格法和信息擴(kuò)散法相結(jié)合，通過風(fēng)險信息矩陣計算區(qū)域內(nèi)環(huán)境風(fēng)險值，曲常勝等O010)構(gòu)建了由危險性指標(biāo)和脆弱性指標(biāo)兩大類指標(biāo)組成的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險綜合評價指標(biāo)體系，引入時序加權(quán)平均算子(TOWA)對區(qū)域環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行評價。近年來，隨著環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)理論和計算機(jī)技術(shù)的日趨成熟，Excel強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析功能，以及GIS技術(shù)數(shù)據(jù)輸入、儲存、管理、空間分析和顯示的能力，為區(qū)域環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)要素特征的分析、環(huán)境風(fēng)險評價模型的構(gòu)建、環(huán)境風(fēng)險的運(yùn)算及結(jié)果的空間表達(dá)提供了有力的支持，基于GIS和Excel技術(shù)的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險研究可對大尺度范圍內(nèi)的環(huán)境風(fēng)險源、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等進(jìn)行綜合分析，可以針對區(qū)域范圍內(nèi)環(huán)境風(fēng)險多源、多危險物質(zhì)、風(fēng)險迭加、風(fēng)險受體復(fù)雜等問題進(jìn)行具體化研究，使環(huán)境風(fēng)險評價的單元從行政單元轉(zhuǎn)換到地理單元，從而更完整的了解環(huán)境風(fēng)險要素的空間分異規(guī)律，為區(qū)域環(huán)境風(fēng)險的重點(diǎn)控制，污染物的集中治理以及指導(dǎo)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和制定環(huán)境保護(hù)規(guī)劃提供重要依據(jù)。!^edra等(1996)有GIS與模擬模型結(jié)合開發(fā)了基于圖形界面的風(fēng)險信息系統(tǒng)用于區(qū)域的宏觀規(guī)劃，Iawrence等(1997)將風(fēng)險暴露模型用于土地利用規(guī)劃，采用GIS與模擬模型拓展了風(fēng)險模型在區(qū)域和規(guī)劃層面的預(yù)測能力，Kuchuk等(1998)應(yīng)用歐洲環(huán)境與健康地理信息系統(tǒng)顯示暴露的人群健康的類型與趨勢，并依此將人群健康風(fēng)險進(jìn)行了空間上歸類和劃分，用于指導(dǎo)與健康有關(guān)的決策，Anil (2002)通過對自然風(fēng)險和工業(yè)系統(tǒng)相互作用潛在不利影響的分析，提出工業(yè)區(qū)選址對于區(qū)域風(fēng)險管理尤為重要，在ArcGIS支持下， 設(shè)計了區(qū)域環(huán)境風(fēng)險制圖方法；在我國，楊潔等O006)對區(qū)域多個風(fēng)險因素綜合分析與評價的基礎(chǔ)上，得到區(qū)域環(huán)境風(fēng)險綜合指數(shù)，編制區(qū)域環(huán)境風(fēng)險分布圖，徐琳瑜O007)基于 ArcGIS網(wǎng)格分析的功能，運(yùn)用信息擴(kuò)散法對廣州市南沙工業(yè)園進(jìn)行了環(huán)境風(fēng)險評價，并根據(jù)風(fēng)險大小，得到環(huán)境風(fēng)險分區(qū)圖，用于指導(dǎo)工業(yè)園的環(huán)境風(fēng)險管理，蘭冬東等O009)在構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險分區(qū)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，提出環(huán)境風(fēng)險量化模型，并以上海市閔行區(qū)為例，將該區(qū)域分為高、中、低、較低四個風(fēng)險區(qū)，為當(dāng)?shù)卣块T優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、制定風(fēng)險預(yù)防和應(yīng)急管理措施提供依據(jù)。目前，環(huán)境風(fēng)險評價相關(guān)研究已有一些發(fā)明專利。如申請?zhí)枮?00810143693. 4，名稱為一種用于環(huán)境風(fēng)險評價的改進(jìn)型事故樹分析法，公開號為CN101477643的發(fā)明專利， 它將設(shè)置隸屬度的方法引入事故樹分析法，并采用加權(quán)求平均的方法，進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險評價， 克服運(yùn)用原事故樹分析法進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險評價時存在的“非此即彼”的缺陷，更有效地發(fā)揮環(huán)境風(fēng)險評價對環(huán)境風(fēng)險預(yù)測、事故預(yù)防的作用，又如申請?zhí)枮?00710168376. 3，名稱為基于地理信息系統(tǒng)的水上交通風(fēng)險評價及預(yù)測方法，公開號為CN101344937，它基于地理信息系統(tǒng)，通過構(gòu)建水域事故風(fēng)險評價和預(yù)測模型，直觀地體現(xiàn)水域風(fēng)險的地理分布，一定程度上避免了定性方法評價的粗淺化，具有網(wǎng)格化、動態(tài)化的特點(diǎn)。
從以上這些研究中可以看出，區(qū)域環(huán)境風(fēng)險評價研究在國內(nèi)外已取得一定成果， 國內(nèi)外已有將其應(yīng)用于區(qū)域或城市產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃或環(huán)境風(fēng)險管理的案例，研究表明，利用 GIS等技術(shù)對區(qū)域環(huán)境風(fēng)險評價數(shù)據(jù)處理與空間分析，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境風(fēng)險空間信息與屬性信息的高效綜合處理，提高環(huán)境風(fēng)險分析與評價的速度與精度。流域?qū)儆趨^(qū)域的范疇，流域環(huán)境風(fēng)險最重要的特點(diǎn)是水流為主要的風(fēng)險傳輸介質(zhì)，流域環(huán)境風(fēng)險要充分考慮上下游環(huán)境風(fēng)險累積的特性，但目前針對這些特征進(jìn)行流域累積環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行評價及空間化的研究薄弱，隨著松花江污染事故、沱江污染事故、北江污染事故等重大水污染事故的爆發(fā)，以及人們生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，流域污染事故的預(yù)警與應(yīng)急已成為當(dāng)前社會穩(wěn)定發(fā)展的迫切需要，促使流域累積環(huán)境風(fēng)險評價的方法亟待成熟與完善。因此，在已有區(qū)域環(huán)境風(fēng)險評價成果的基礎(chǔ)上開發(fā)一種流域積累環(huán)境風(fēng)險評價的方法，并使之高效、經(jīng)濟(jì)、廣泛的應(yīng)用于流域污染事故的預(yù)警應(yīng)急以及風(fēng)險的管理具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對流域環(huán)境事故風(fēng)險源、風(fēng)險受體繁多復(fù)雜，多個風(fēng)險源的疊加效應(yīng)，風(fēng)險受體之間的相互作用，及其產(chǎn)生的危害難以預(yù)測等特征，提供了一種基于GIS技術(shù)累積點(diǎn)有效插元的流域累積環(huán)境風(fēng)險評價方法。該方法包括如下幾個步驟首先，以流域范圍內(nèi)沿江化工園作為環(huán)境風(fēng)險評價點(diǎn)源，通過相關(guān)的量化模型，如火用(Exergy)，對環(huán)境風(fēng)險源危險性進(jìn)行量化；然后，建立GIS空間累積模型，并耦合流域水質(zhì)擴(kuò)散的一維水質(zhì)模型，計算流域環(huán)境風(fēng)險累積場，將流域風(fēng)險累積場通過取水口作用于取水口的服務(wù)范圍；對沿江環(huán)境受體的脆弱性進(jìn)行評價；最后通過風(fēng)險強(qiáng)度與受體脆弱性評價等級的運(yùn)算結(jié)果，確立區(qū)域風(fēng)險高低，基于GIS的空間顯示功能，生成流域環(huán)境風(fēng)險分級圖，實(shí)現(xiàn)流域累積環(huán)境風(fēng)險的評價和空間化，具有充分考慮流域環(huán)境風(fēng)險空間異質(zhì)性，對流域環(huán)境風(fēng)險評價科學(xué)、全面、適用范圍廣等特點(diǎn)。本發(fā)明的特征在于運(yùn)用GIS技術(shù)分析流域尺度上下游風(fēng)險的空間耦合和累積作用，通過取水口作用于區(qū)域空間，明確區(qū)域環(huán)境風(fēng)險的大小，實(shí)現(xiàn)流域環(huán)境風(fēng)險的累積評價。本發(fā)明的目的在于提供一種綜合全面、科學(xué)、適用范圍廣、操作性強(qiáng)的流域累積環(huán)境風(fēng)險評價方法，以解決現(xiàn)有的評價方法的不足，與現(xiàn)有評價方法相比，本發(fā)明專利具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)對流域環(huán)境風(fēng)險評價綜合而全面本發(fā)明是根據(jù)典型的環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)，分析流域范圍內(nèi)環(huán)境風(fēng)險源、累積環(huán)境風(fēng)險場及環(huán)境風(fēng)險受體的空間分異規(guī)律，選擇合理的評價模型，對流域環(huán)境風(fēng)險通過有效插元進(jìn)行累積，實(shí)現(xiàn)了流域環(huán)境風(fēng)險綜合而全面的評價。(2)適用范圍廣本發(fā)明適用于任何流域環(huán)境風(fēng)險評價。(3)科學(xué)本發(fā)明是基于GIS技術(shù)平臺，通過一維穩(wěn)態(tài)河流混合衰減模型將流域范圍內(nèi)多個風(fēng)險點(diǎn)源相互作用，實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)險源風(fēng)險值在流域的疊加累積，取風(fēng)險區(qū)段的平均值來代表流域內(nèi)某段河流的風(fēng)險值。實(shí)現(xiàn)流域累積環(huán)境風(fēng)險的科學(xué)評價。


圖1為流域累積環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)路線圖； 圖2為流域環(huán)境風(fēng)險累積計算過程示意圖3為流域環(huán)境風(fēng)險分級圖。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)的說明本發(fā)明的工作原理和實(shí)施方式首先對流域尺度環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)進(jìn)行一定的簡化和假設(shè)(1)風(fēng)險源只考慮沿江 (河)化工園區(qū)的環(huán)境風(fēng)險，且只考慮泄露、非正常排放等對流域水體產(chǎn)生主要影響的事故類型；( 不考慮河流運(yùn)輸中的移動源事故；C3)除對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響外，環(huán)境事故通過取水口與灌溉對流經(jīng)的區(qū)域產(chǎn)生風(fēng)險影響，如無沿江(河)取水口，則認(rèn)為不產(chǎn)生風(fēng)險；(4)在流域這個尺度上，沿江(河)化工園抽象為一個風(fēng)險源點(diǎn)，環(huán)境事故風(fēng)險的為點(diǎn)源風(fēng)險。參考一維穩(wěn)態(tài)河流混合衰減模型，計算點(diǎn)狀風(fēng)險源風(fēng)險累積值，然后再取風(fēng)險區(qū)段的平均值來代表這段的風(fēng)險值。計算點(diǎn)主要包括沿江化工園區(qū)點(diǎn)、河流交匯點(diǎn)、以及為減少誤差在較長河段的增加的切割點(diǎn)，從而降低計算誤差，當(dāng)計算點(diǎn)足夠多的時候，可最大程度上接近真實(shí)值。同樣，計算時下游的點(diǎn)風(fēng)險值為上游風(fēng)險值的累加。實(shí)施例1某流域自然區(qū)位條件優(yōu)越，人口密度高，社會經(jīng)濟(jì)極為發(fā)達(dá)，且該區(qū)域化工石化業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，流域范圍內(nèi)化工園密布，水源地和取水口大都沿江分布，流域環(huán)境風(fēng)險十分嚴(yán)峻。根據(jù)流域環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)的特點(diǎn)，構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)體系，在對化工園環(huán)境風(fēng)險危險性量化的基礎(chǔ)上，基于GIS計算流域累積環(huán)境風(fēng)險場，根據(jù)環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示，計算流域環(huán)境風(fēng)險值并獲得該流域環(huán)境風(fēng)險分級圖，如附圖3所示。該流域處于高風(fēng)險區(qū)的有四個區(qū)域，主要風(fēng)險因素為風(fēng)險累積源，較高風(fēng)險區(qū)的有五個區(qū)域，主導(dǎo)因素為風(fēng)險累積源，中風(fēng)險區(qū)的有四個區(qū)域，主導(dǎo)因素為風(fēng)險累積源，較低風(fēng)險區(qū)的有三個區(qū)域，主要因素為受體敏感，低風(fēng)險區(qū)的有六個區(qū)域，主導(dǎo)因素為受體敏感。表1某流域累積環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)分級
權(quán)利要求
1. 一種流域累積環(huán)境風(fēng)險評價的方法，其特征在于通過對流域環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)特征的分析，構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)體系，在對風(fēng)險源危險性評價的基礎(chǔ)上，建立Gis空間累積模型，并耦合流域水質(zhì)擴(kuò)散的一維水質(zhì)模型，計算流域環(huán)境風(fēng)險累積場，將流域風(fēng)險累積場通過取水口作用于區(qū)域空間范圍，最后通過風(fēng)險強(qiáng)度與受體脆弱性評價等級的運(yùn)算結(jié)果，確立區(qū)域風(fēng)險高低后，基于GIS的空間顯示功能，生成流域環(huán)境風(fēng)險分級圖，實(shí)現(xiàn)流域累積環(huán)境風(fēng)險的評價和空間化。
全文摘要
本發(fā)明針對流域環(huán)境風(fēng)險風(fēng)險源多樣，上下游累積，風(fēng)險受體復(fù)雜繁多等特征，提出了一種基于GIS技術(shù)有效插元的流域累積環(huán)境風(fēng)險評價的方法。該方法包括以下幾個步驟首先，以流域范圍內(nèi)沿江化工園作為環(huán)境風(fēng)險評價點(diǎn)源，通過相關(guān)的量化模型，如火用(Exergy)，對環(huán)境風(fēng)險源危險性進(jìn)行量化；然后，建立GIS空間累積模型，并耦合流域水質(zhì)擴(kuò)散的一維水質(zhì)模型，計算流域環(huán)境風(fēng)險累積場，將流域風(fēng)險累積場通過取水口作用于取水口的服務(wù)范圍；對沿江環(huán)境受體的脆弱性進(jìn)行評價；最后通過風(fēng)險強(qiáng)度與受體脆弱性評價等級的運(yùn)算結(jié)果，確立區(qū)域風(fēng)險高低，基于GIS的空間顯示功能，生成流域環(huán)境風(fēng)險分級圖。該評價方法可廣泛應(yīng)用于區(qū)域環(huán)境風(fēng)險評價、區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃、土地利用規(guī)劃與環(huán)境風(fēng)險管理以及污染事故預(yù)防措施和應(yīng)急預(yù)案的制定中。具有效率高、成本低、精度高、適用范圍廣等特點(diǎn)。
文檔編號G06Q10/00GK102364508SQ20111019417
公開日2012年2月29日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者張力小, 楊志峰 申請人:北京師范大學(xué)