《浅析水源地水污染风险的评估指标体系构建》8300字

浅析水源地水污染风险的评估指标体系构建目录TOC\o"1-2"\h\u30578浅析水源地水污染风险的评估指标体系构建 1143351.4.1评估指标选择 288581.4.2评估指标等级划分标准 2281431.4.3评估指标分析及等级划分 331406水质污染风险指标 36060水资源短缺风险指标 72232生态环境风险指标 1026737水资源管理指标 11评估指标体系的构建以水源地风险评估基本内容为基础，综合考虑水源地区域水循环过程以及饮用水水源地的结构和功能特性，使评估指标体系能够全面有效地体现水源地风险的组成。本文采用理论分析与实际调查相结合的方法，全方位分析影响水源地风险状态的各个因素，基于PSR概念模型，引入水质污染—水资源短缺—生态环境—水资源管理复合系统（见图1.2），建立由目标层、准则层、指标层三个层次组成的、具有多层递阶结构的水源地风险评估指标体系。目标层表示饮用水水源地水污染风险，从宏观上体现水源地水污染风险的综合情况，综合反映河流型水源地的功能特性和与社会发展、人口居住、资源分配、生态环境保护的关系。准则层旨在进一步揭示水源地水污染风险系统中的子系统对风险评估的影响。根据水源地风险内涵和对水污染风险的分析，提出具有水质污染风险、水资源短缺风险、生态环境风险、水资源管理风险四个类别的准则层，用以综合表征水源地水污染风险的情况。指标层由描述水源地各方面风险状况的基础指标组成，属于评估指标体系中最小的组成单元，按类别可划分为描述水源地水质、水量、生态环境、管理安全的具体因子。图1.2水质污染—水资源短缺—生态环境—水资源管理复合系统结构图1.4.1评估指标选择依据水源地风险评估的基本内容，结合长江南京段河流型饮用水水源地的具体情况，查询和比较相关资料，借助专家咨询法、寻求专家意见，以水源地水污染的内涵、风险识别方法和PSR概念模型等为基础，去除难以获取、可操作性较低的数据指标，从各指标的实际意义出发、分析各指标间的关系后筛除无法构成数据序列的冗余指标，确定了水源地水污染风险评估指标体系，见表1.1。表1.1水源地水污染风险评估指标体系目标层水源地水污染风险评估指标体系O准则层水质污染风险X1水资源短缺风险X2生态环境风险X3水资源管理风险X4压力指标层一般污染物指数A1有毒污染物指数A2人口自然增长率B1农药化肥使用强度C1水源地所在工程供水规模D1状态突发污染事故发生概率A3排污口分布情况A4取水口水质达标率A5水量供需比B2易损率B3植被覆盖率C2水土流失率C3管理人员专业水平D2水源地管理与保护机构D3响应水源地水质监测频率A6水资源开发率B4年度引水量保证率B5工程供水能力B6水环境自净能力C4法律法规体系建设与执行力度D4应急水源地建设D5应急监测系统建设D61.4.2评估指标等级划分标准构建水源地水污染风险评估指标体系后，需要确定水源地水污染评估体系的指标等级划分标准。为使不同量纲、不同评估标准的指标能综合为一个数值化的评估结果，须对每个评估指标无量纲化，即将指标值与其标准值进行比较。故对各评估指标分级，确定各级对应的标准值在综合评估的过程中是非常重要的参考国内外划分标准和水源地实际情况，指标等级划分标准的确定主要以这几个方面的划分标准为依据：国际、国家、行业和地方规定的标准，类比标准，在科学研究中得到公认且被广泛使用的标准，背景和本底标准，以及采用专家征询法获得的暂无定论的其他标准。依据以上资料并对水源地历史情况进行分析，根据水源地的风险特征将水源地风险评估标准分为5个等级，分别用低风险度、较低风险度、一般风险度、较高风险度、高风险度五个级别来描述。为便于量化计算，引入风险值来描述对应的风险等级评语集：指标等级划分标准见表1.2。表1.2指标等级划分标准等级划分评估等级风险值范围等级含义Ⅰ低风险度(0,0.2]水源地受到风险因子的影响非常低，带来的影响可以忽略不计Ⅱ较低风险度(0.2,0.4]水源地受到风险因子的影响较低，造成的损失在可接受范围内Ⅲ一般风险度(0.4,0.6]水源地受到风险因子的影响一般，通过一定的风险控制措施可将风险水平降低在可接受范围内Ⅳ较高风险度(0.6,0.8]水源地受到风险因子的影响较高，一旦风险发生，对社会、经济、环境产生较大影响Ⅴ高风险度(0.8,1.0]水源地受到风险因子的影响非常大，一旦风险发生，对社会、经济、环境产生严重影响，造成巨大损失1.4.3评估指标分析及等级划分水质污染风险指标水质情况评估参照《地表水环境质量标准：GB3838-2020》，根据《全国城市饮用水水源地安全状况评价技术细则》进行。（1）一般污染物项目指数。依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低将水环境分为五类，Ⅰ类主要适用于源头水和国家自然保护区，Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵幼鱼的索饵场等。根据《江苏省水环境功能区划》，2010年及2020年水厂取水口所处的饮用水源地水质目标均为Ⅱ类。计算一般污染物项目指数的步骤如下：①计算单项指标指数。当评价项目i的监测值Ci位于评价标准分级值Ciok和Ciok+1之间时，此评价指标的指数为：（1.1）式中：Ci为i指标的实测浓度；Ciok为i指标的k级标准浓度；Ciok＋1为i指标的k＋1级标准浓度；Iiok为i指标的k级标准指数值。②计算综合指数WQI，即各单项指数的算术平均值。（1.2）式中：n为参与评价的指标数目。③确定评价类别：1）当0＜WQI≤1时，水质指数为1，对应风险度为低风险度；2）当1＜WQI≤2时，水质指数为2，对应风险度为较低风险度；3）当2＜WQI≤3时，水质指数为3，对应风险度为一般风险度；4）当3＜WQI≤4时，水质指数为4，对应风险度为较高风险度；5）当4＜WQI≤5时，水质指数为5，对应风险度为高风险度。一般污染物指数的综合指数WQI分为1、2、3、4、5这五个级别，对应低、较低、一般、较高、高这五个级别的风险度，一般污染物评价项目、单项指数标准和指数见表1.3。表1.3一般污染物评价项目、单项指数标准和指数单位：mg/L项目评价标准及指数序号指数123451溶解氧≥7.5≥6≥5≥3≥22高锰酸盐指数≤2≤4≤6≤10≤153化学需氧量≤15≤20≤30≤404生化需氧量（BOD5）≤3≤4≤6≤105氨氮（NH3-N）≤0.15≤0.5≤1.0≤1.5≤2.06铜≤0.01≤1.07锌≤0.05≤1.0≤2.08硫化物（以S2-计）≤0.05≤0.1≤0.2≤0.5≤1.09硫酸盐（SO42-）未检出≤250＞25010氯化物（CL-）未检出≤250＞25011铁未检出≤0.3＞0.312锰未检出≤0.1＞0.113硒≤0.01≤0.02（2）有毒污染物项目指数。步骤如下：①计算单项指标指数与计算一般污染物项目指数相同。②将各单项指数最大值作为有毒物项目指数，即采取水质状况评价最差的一项作为有毒物项目的评判结果（最差项目赋全权）。依据《地表水环境质量标准：GB3838-2002》，有毒污染物项目指数分为1、2、3、4、5这五个级别，同样对应低、较低、一般、较高、高这五个级别的风险度，有毒污染物评价项目、单项指数标准和指数见表1.4。表1.4有毒污染物评价项目、单项指数标准和指数单位：mg/L项目评价标准及指数序号指数123451挥发性酚类（以苯酚计）≤0.002≤0.005≤0.01≤0.12石油类≤0.05≤0.5≤1.03硝酸盐（N）≤10≤20≤254氟化物≤1.0≤1.55砷≤0.05≤0.16汞≤0.00005≤0.0001≤0.0017镉≤0.001≤0.005≤0.018铬≤0.01≤0.05≤0.19铅≤0.01≤0.05≤0.110氰化物≤0.005≤0.05≤0.2（3）突发污染事件发生概率。对大多数城市水源地而言，对取水口有突发性污染威胁的潜在风险源主要有以下七种：工业污染源、废水处理厂、危险品仓库与废物填埋厂、装卸码头、航运及陆运移动源、农业污染源、潮汛和水灾引起的大面积非点源污染[69]。根据饮用水水源地各保护区范围及特性描述和历史突发性污染事件统计，综合分析水源地突发水污染事件发生概率，确定不同等级风险度。评估标准见表1.5。表1.5突发性水污染指标等级划分等级划分沿岸情况分析历史污染事件分析Ⅰ（低风险度）工厂、码头数量少，船舶通航密度小，作业量小历史污染事件发生频次低，污染强度低Ⅱ（较低风险度）工厂、码头数量一般，船舶通航密度较小，作业量一般历史污染事件发生频次较低，污染强度较低Ⅲ（一般风险度）工厂、码头数量较为密集，船舶通航密度较大，作业量大历史污染事件发生频次一般，污染强度一般Ⅳ（较高风险度）工厂、码头数量密集，船舶通航密度大，作业量大历史污染事件发生频次较高，污染强度较高Ⅴ（高风险度）航道有弯曲段，工厂、码头数量密集，船舶通航密度大，作业量大历史污染事件发生频次高，污染强度高（4）排污口分布情况。水源地水质受到沿岸企业工厂造成污染的方式主要为直接向水体排泄未达标污水。长江南京段水源地保护区内的排污口开放受到严格管控，不存在违规情况，则本项指标主要考虑水源地保护区范围外排污口分布以及污染物排放情况对水源地水质的影响，根据水源地排污口的调查统计情况划分风险等级，具体见表1.6。表1.6水源地排污口情况指标等级划分等级划分具体描述Ⅰ（低风险度）排污口位于保护区下游且距离较远，废水、污染物排放量低Ⅱ（较低风险度）排污口位于保护区下游且距离较近，废水、污染物排放量低Ⅲ（一般风险度）排污口位于保护区上游且距离较近，废水、污染物排放量低Ⅳ（较高风险度）排污口位于保护区上游且距离较远，废水、污染物排放量高Ⅴ（高风险度）排污口位于保护区上游且距离较近，废水、污染物排放量高注：排污口距取水口小于10km，评判为较近；排污口距取水口大于10km，评判为较远；污水总排放量大于1000万吨，判断为高排放；污水总排放量小于1000万吨，判断为低排放。（5）取水口水质达标率。水源地取水口水样的水质监测结果可以直接表明水体水质的实时情况，具体监测数据来自于南京市水文局的水质监测结果。将水源地的取水口水质达标率对应该项指标的风险等级，见表1.7。表1.7取水口水质达标率指标等级划分等级划分取水口水质达标率Ⅰ（低风险度）98%~100%Ⅱ（较低风险度）95%~98%Ⅲ（一般风险度）90%~95%Ⅳ（较高风险度）85%~90%Ⅴ（高风险度）0~85%（6）水源地水质监测频率。根据《生活饮用水水质水源标准：CJ3020-1993》，饮用水水源地水质检验基本项目和补充项目每月不应少于一次监测次数，已使用的水源至少每季度采样一次作全分析检验。将每年水源地的水质基本项检测次数对应该项指标的风险等级，见表1.8。表1.8水质监测频率指标等级划分等级划分一年中累计检测次数Ⅰ（低风险度）24~36Ⅱ（较低风险度）18~24Ⅲ（一般风险度）12~18Ⅳ（较高风险度）6~12Ⅴ（高风险度）0~水资源短缺风险指标（1）人口自然增长率人口自然增长率是反映人口自然增长速度和趋势的指标。人口自然增长率是指在通常为一年的一定时期内人口自然增加数与该时期内平均总人口数之比，一般用千分数表示，并且人口自然增加数为出生人数减去死亡人数。水源地存在的供水压力与需要供给的人口是成正比的，人口增长以过快速度增加时将会导致水资源紧缺等问题。因此水资源的动态压力可用本指标表示，指标等级划分标准见表1.9。表1.9人口增长率指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）人口增长率（‰）(-∞,0)[0,1)[1,5)[5,10)[10,15)（2）水量供需比水量供需比表示水源地可供水资源量与所供水区域需水量的比值，可以体现水源地水量是否供需平衡。一方面，水量供大于求的表现是该比值比1大，水资源供给压力较小；另一方面，水量供不应求的表现是该比值比1小，水资源供给压力较大。指标等级划分标准见表1.10。表1.10水量供需比指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）水量供需比[2,+∞)[1.5,2)[1,1.5)[0.5,1)(0,0.5)（3）易损率易损率用于反映供水破坏导致后果的严重程度，一般用平均缺水量与平均需水量的比值来表示。因饮用水水源地主要的功能特性是为居民供给生活用水，则采用居民缺水率表示易损率，指标等级划分标准见表1.11。根据《城市居民生活用水量标准：GB/T50331-2002》，城市居民生活用水量（waterquantityforcity’sresidentialuse）指使用公共供水设施或自建供水设施的，城市居民家庭日常生活的用水量。如得出结果为负值，则结果取零，表明本区域不缺水。易损率的计算公式为： （1.3）（1.4）（1.5）式中，y为易损率，l为缺水量，b为居民生活用水量标准，w为计算生活用水量，W为饮用水水源地供水总量，a为用水人口数。表1.11易损性指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）易损性（%）[0,3](3,5](5,10](10,15](15,20)（4）水资源开发率水资源开发率是指流域或区域供水区域用水量占多年平均水资源总量的比率，体现的是水资源开发和利用的程度。国际上公认开发利用一条河流不能超过其水资源量四成的警示线。指标等级划分标准见表1.12。表1.12水资源开发利用率指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）水资源开发利用率（%）(0,10)[10,30)[30,40)[40,70)[70,100)（5）年度引水量保证率年度引水量保证率是体现保障水源地供水能力的重要指标，该指标用以表征丰水年、平水年和枯水年时期水源地引水量是否得到良好的保障，是监督水源地水量的指标数据。指标等级划分标准见表1.13。表1.13年度引水量保证率指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）年度引水量保证率（%）[100,60)[60,50)[50,40)[40,30)[30,20)（6）工程供水能力工程供水能力是饮用水水源地现状供水量与设计供水量的比值。工程供水能力主要取决于工程规模大小以及水资源被利用的程度，供水量不同是因为工程类型、规模上的差异所导致。并且来水水资源量同样影响着供水能力，来水越多，供水工程才能有条件供水越多。工程供水能力是综合反映供水工程规模，水资源量以及利用程度的指标。指标等级划分标准见表1.14。表1.14工程供水能力指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）工程供水能力（%）[0,20)[20,40)[40,60)[60,80)[80,100)生态环境风险指标（1）农药化肥使用强度农药化肥使用强度是指水源地供水区域所使用农药和化肥的总量与耕地总面积的比值，该项指标数值越大，表示农业生产过程中使用农药化肥的程度越过分，容易加重农业生产造成的面源污染，对水源地水质产生负面影响。指标等级划分标准见表1.15。表1.15农药化肥使用强度指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）农药化肥使用强（kg/hm2）[0,450)[450,650)[650,750)[750,850)[850,1500)（2）植被覆盖率植被覆盖率是指植被覆盖面积占据区域陆地面积的比例。作为衡量水源地生态风险的关键指标，数值若较低则代表着地表径流较大，水土流失极易发生，严重的情况下导致生态环境恶化，威胁周边环境。指标等级划分标准见表1.16。表1.16植被覆盖率指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）植被覆盖率（%）[60,100][45,60)[30,45)[10,30)[0,10)（3）水土流失率水土流失现象是指因自然或人为因素造成地表水分和土壤同时离开原来的位置，流失到别处。水土流失率是水土流失面积在土地总面积中的占比，用以表征地区水土流失程度。过度的土地开发导致了严重的水土流失现象，水土流失造成大量泥沙下泄，引起更大的生态环境危机，水资源开发利用受到影响。指标等级划分标准见表1.17。表1.17水土流失率指标等级划分指标等级划分Ⅰ（低风险度）Ⅱ（较低风险度）Ⅲ（一般风险度）Ⅳ（较高风险度）Ⅴ（高风险度）水土流失率（%）[0,8)[8,10)[10,30)[30,40)[40,50]（4）水环境自净能力自净能力是水体自我保护的一种能力，主要取决于区域内水环境的总量。水环境自净是指水体受污染后自然净化，有害物质浓度降低，转化为无害物质，可分为物理、化学、生物三种净化方式。本文选用水源地保护区陆面范围内年产水模数作为计算自净能力等级的特征量[70]。（1.6）（1.7）式中，M为水环境自净能力等级，R为多年平均年产水模数（104/m3·km-2），W为某地区水资源总量（104/m3），S为地区总面积数（km2）。指标等级划分标准见表1.18。表1.18水环境自净能力指标等级划分等级划分自净能力等级MⅠ（低风险度）[7,+∞)Ⅱ（较低风险度）[5,7)Ⅲ（一般风险度）[3,5)Ⅳ（较高风险度）[2,3)Ⅴ（高风险度）[0,2)水资源管理指标（1）工程规模被管理的对象对管理人员的工作难度和工作量产生直接的影响，水源地工程作为被管理的对象，河流型水源地管理难度与工作量受其规模大小的直接影响。水源地工程规模可根据工程规模等级和供水人口数量来综合评判，指标等级划分标准见表1.19。表1.19水源地工程规模指标等级划分等级划分指标具体描述Ⅰ（低风险度）属于小型工程规模，供水人口<100万Ⅱ（较低风险度）属于小型工程规模，供水人口100-200万Ⅲ（一般风险度）属于小型工程规模，供水人口>200万Ⅳ（较高风险度）属于中型工程规模Ⅴ（高风险度）属于大型工程规模注：年取水量2亿m3，为小型工程规模；2亿m3＜年取水量＜5亿m3，为中型工程规模；年取水量＞5亿m3，为大型工程规模。（2）管理人员专业技术水平管理人员是否具有专业的技术水平足以体现水源地的管理水准，主要考虑管理人员的受教育水平情况、操作仪器设备是否熟练等几个方面来划定指标等级，见表1.20。表1.20管理人员专业技术水平指标等级划分等级划分指标具体描述Ⅰ（低风险度）接受过高等教育，能够熟练操作相应的仪器Ⅱ（较低风险度）接受过高等教育，能独立操作相应的仪器Ⅲ（一般风险度）部分管理人员接受过高等教育，能够操作相应的仪器Ⅳ（较高风险度）接受教育水平较低，能够操作相应的仪器Ⅴ（高风险度）接受教育水平较低，不能独立操作相应的仪器（3）水源地管理与保护机构饮用水水源地日常运行、维护、管理、监测以管理组织机构为主体，功能齐全的水源地管理与保护机构是水源地稳定安全运行的主要支撑。水源地是否设立专门的管理与保护机构，日常管理能否达到建设基本标准要求是很关键的。指标等级划分标准见表1.21。表1.21管理与保护机构指标等级划分等级划分指标具体描述Ⅰ（低风险度）管护机构、制度完善，各部门职能明确Ⅱ（较低风险度）管护机构、制度较完善，各部门职能较明确Ⅲ（一般风险度）管护机构、制度不完善，各部门职能较不明确Ⅳ（较高风险度）管护机构、制度不完善，各部门职能不明确，互相推诿Ⅴ（高风险度）无管护机构、制度（4）法律法规体系建设与执行力度水源地所在政府首先要严格执行国家级和省级的法规条例，还应因地制宜地制定、出台并落实具有实际操作性的水源地安全管护法则，从根源上保障水源地的安全。指标等级划分标准见表1.22。表1.22法律法规体系建设与执行力度指标等级划分等级划分指标具体描述Ⅰ（低风险度）严格贯彻执行国家、省级有关法规条例，并制定完善配套的管理保护条例Ⅱ（较低风险度）贯彻执行国家、省级有关法规条例，制定配套管理保护条例Ⅲ（一般风险度）未能很好的执行国家、省级有关法规条例，配套管理保护条例陈旧Ⅳ（较高风险度）未能较好的执行国家、省级有关法规条例，尚未制定配套管理保护条例Ⅴ（高风险度）从不执行国家、省级有关法规条例（5）应急水源地建设城市应急备用水源是降低城市供水系统的供水风险、保障特殊时期水源供水安全的重要手段之一。应急水源地是在常规水源地遭遇突发性事件无法照常运作时，在合理调度后可以及时启动为当地水厂提供符合饮用水标准水源的水源地。可以从这几方面来评估应急水源地的建设：当地是否设置相应的应急水源地；突发事故时应急水源地能否及时启动以保证供水；应急供水能力能否满足受事故影响用户的最低需求；应急水源地的管理保护是否按照法律规章严格执行。指标等级划分标准见表1.23。表1.23应急水源地建设情况指标等级划分等级划分指标具体描述Ⅰ（低风险度）可以迅速启动，供水保证率达100%，日常保护措施完善Ⅱ（较低风险度）可以较快启动，供水保证率达85%，日常保护措施良好Ⅲ（一般风险度）可以及时启动，供水保证率75%，日常采取一定的保护措施Ⅳ（较高风险度）常规保护措施不足，启动时间较长，且供水保证率不