流域水环境风险评估与预警技术研究进展

吴 丹，闫艳芳，夏广锋，张 雪

(1.辽宁大学 环境学院，辽宁 沈阳 110036； 2.辽宁省环境科学研究院，辽宁 沈阳 110031)

流域水环境风险评估与预警技术研究进展

吴 丹1，闫艳芳1，夏广锋2，张 雪1

(1.辽宁大学 环境学院，辽宁 沈阳 110036； 2.辽宁省环境科学研究院，辽宁 沈阳 110031)

水环境风险与预警技术对于解决流域水环境问题和加强流域水环境管理是至关重要的.围绕水环境风险分区及评估技术、水环境监控预警技术和水环境应急管理技术三方面对流域水环境风险评估与预警技术的研究进展加以概述，以系统反映水环境风险与预警技术的研究状况，为完善流域水环境管理技术提供技术支持.

流域；水环境；风险评估；预警

0 引言

近年来，我国流域水环境污染严重影响到经济与环境的发展，威胁水环境生态安全，需要转变水环境管理理念(由被动式应急管理向主动风险管理)，加强对水环境风险评估与预警的管理.开展流域水环境风险评估与预警工作有利于及时发现水环境存在的问题并快速解决，对解决流域水环境问题和进行科学的流域水环境管理是至关重要的.

本文对流域水环境风险评估与预警技术的研究进展进行评述，以系统反映水环境风险评估与预警管理技术的现状，为流域水环境安全管理提供参考，以期为国家水环境风险评估与预警管理平台的构建提供基础研究.

1 流域水环境风险评估与预警技术研究

流域水环境风险评估预警技术体系，主要包括风险源识别标准、风险评估指标、风险监控及管理、预警模型预测及其信息管理和特征污染物应急控制技术等相关技术.这一体系是应对水环境风险问题的一个完整的技术链，为流域水环境风险应急管理提供技术支撑.其中，国家《流域水环境风险评估与预警技术研究与示范项目》对流域水环境风险评估预警技术体系展开研究，辽河流域作为主要示范流域之一，基于其流域特征与个性化环境管理需求，构建水环境风险评估与预警技术平台，该平台广泛应用在饮用水源地、城市景观水体风险预警等方面[1].

根据流域水环境管理技术库的分类标准，流域水环境风险评估与预警技术大致分为三种关键技术：流域水环境风险分区及评估技术、流域水环境监控预警技术和流域水环境应急处理技术.

1.1 流域水环境风险分区及评估技术

水环境风险分区技术是流域水环境风险与预警技术体系的主要部分.流域水环境风险分区技术的意义在于通过剖析流域内水环境风险的分布规律，把风险水平相似的单元划分为同一风险等级，并确定不同风险等级环境管理的先后次序，从而制定相关的环境风险管理策略，人民的幸福福祉相应也就得到了保障.张艳军等[2]以三峡库区重庆辖区为例，实现了区县级行政单元的水环境风险分区，并结合分区分级结果，为水环境风险管理策略提供了建设性意见.相关研究[3-4]也曾以松花江干流为研究对象，应用分区技术将其划分为四个区：高风险区、较高风险区、较低风险区以及低风险区，并依照风险性和风险受体结果，提出了分区管制的意见.

流域水环境风险分区和风险评估技术密不可分，前者为后者的顺利开展提供了基础.流域水环境风险评估是水环境污染防治的前提，其关键是全方位分析风险源和风险级别，为建立流域水环境风险评估指标体系提供条件.刘晓晖等[5]基于流域特征辨识了风险源及其影响因子，探讨了氮磷、有机物、重金属对流域水环境风险等级评估方法，并建议加大流域水环境治理力度.还有部分研究从社会经济发展与水环境质量之间的关联性出发分析流域水环境风险源及其他有关因素，如董文平等[6]分别探讨了企业和工业园区两方面的水环境风险指标体系，并剖析了有机物、重金属、氮磷的风险来源和成因、风险等级划分、风险相关因素及评估方法等，同时提出了流域水环境风险调控的策略.

1.2 流域水环境监控预警技术

流域水环境监控预警技术是分析和评价某一特定水域或断面的特定状态，以得出相应级别的警戒信息，并对水环境发生的影响变化进行分析，以期实现对水环境的未来情况的预测，并对流域水环境存在的问题加以控制或提出对应的解决办法[7].

现阶段，水环境监控预警技术研究主要集中在利用遥感和地理信息系统、水环境预警模型模拟和单指标预警三个方面[8-10].Petri网常用于描述分布式系统，经典的Petri网由库所、变迁、有向弧、令牌等构成，广泛应用于仿真建模中[11].高坤宇等[12]利用GIS软件及流域模型模拟软件DHI-MIKE，建立了水动力模型，分析模拟了某段河流流量及BOD浓度随时间变化的一维和二维动态效果图，并采用Petri网仿真计算系统，模拟了流域附近某一大型畜禽养殖企业工艺流程，并计算污染物的产量和浓度，对工业点源向流域水环境的排污情况进行实时监测，为流域水环境的改善及管理提供了技术支撑和依据.利用数学模型进行水环境预警研究存在一定的弊端，实用性不强，有些学者对此作出修正，如谭立波等[13]以辽宁段的三合屯和阿吉堡为研究对象，结合熵权法，利用并引申韦伯—费希纳定律，选取部分辽河流域水环境质量评价指标，通过确定水环境综合影响指数K值与水环境状态的关系，进而建立水环境预警模型，为确保流域水环境安全提供基础研究.

单一的水环境信息化平台的构建，难以满足水环境综合管理的需求，因此，利用先进技术建立有针对性的水环境管理综合性平台及技术体系就上升为新的趋势.林华[14]通过分析浑河流域水环境监测、监控和管理的等方面的信息化基础，提出了建立浑河流域水环境风险预警平台的软件架构，适应了浑河流域水环境风险评估、预警和应急响应的要求，为浑河流域的水环境预警管理、应急响应等工作提供了可靠依据.

辽河流域在水库型饮用水源地方面也做了大量的监控预警工作.陈忠林等[15]通过监测桓龙湖水库丰水期、平水期和枯水期4个断面浮游藻类的种类和密度，对桓龙湖水库水质状况及变化进行分析和预测，并根据模型构建了以综合营养指数为指标的分级预警方案.史玉强等[16]以大伙房水库为研究对象，采用水质、鱼类、藻类自动在线监测技术对大伙房水库水质生态安全进行监控预警，为辽河流域水库型饮用水源地污染监控预警技术提供了技术支撑.

1.3 流域水环境应急处理技术

突发性流域水污染事件的频繁发生，在警示我们新型的流域水环境管理，不但需要对流域水环境进行风险评估和及时的监控预警，更需要对突发的流域水环境问题展开应急处理.

流域水环境污染应急监测是水环境应急管理中不可或缺的一环.流域水环境污染应急监测能够及时准确掌握污染的程度和范围，准确预测污染的进度，保证污染控制措施的有效实施.穆肃等[17]在调查研究近几年长江三角洲流域发生的水污染事件监测过程的基础上，依据流域水环境应急监测目的和要求的差异性，对水环境应急监测质量控制措施进行等级划分，提出了各有侧重、适应不同监测需要的的各个阶段的质控措施.这一手段的实施大大提升了质量控制措施的科学性和有效性，使应急监测的时间和分析成本得以优化，在真正意义上统一了监测数据质量和监测宗旨.

现阶段我国在构建水环境流域应急指挥中心和数据管理平台方面的研究基本属于空白，多数还是使用传统的方式，存在些许弊端，不能快速有效的应对突发性流域水环境污染事件.建立水环境应急管理平台的目的在于在突发性水环境污染事件发生的第一时间收集污染情报，及时作出应对.高峰[18]通过分析近几年流域水环境的研究结果，依照辽河流域水环境突发性污染应急管理的实际需求，结合蒲河、清河和凡河应用示范，构建辽河流域水环境管理平台，平台框架大致分为6个层次，为辽河流域水环境应急管理提供数据支撑.

面对步入高发期的突发性水环境污染事故，事先确定针对具体污染物的应急处理技术是做好流域水环境应急管理的关键所在[19].李青云等[20]对于这种状况，根据污染物的性质，对突发性水污染事故产生的有毒有机污染物、生物性污染物、溢油污染物和重金属污染物这四类主要污染物的应急处理技术展开论述，并提出在水污染事故得到有效控制后长期生态恢复建设的办法，目的在于为深入研究突发性水污染事故的应急处理技术提供理论参考.沉积物作为大多数环境污染物在环境中迁移转化的主要载体和归宿地[21-23].然而对于沉积物有毒有机污染物的监测方法的研究少之又少.对于沉积物监测，主要体现在在研究和构建重金属及有毒有机污染物监测方法体系，形成流域沉积物中有毒有机污染物的监测技术规范.

2 辽河流域水环境风险评估与预警技术实施效果评估

2.1 研究区域概况

辽河流域，全长1 390 km，流域总面积为21.96万km2，温带、暖温带半湿润大陆性季风气候，是重要的钢铁、化工、石油和粮食生产基地.辽河流域主要干流出现在辽宁省境内，流域面积约为6.92万km2，全长1 345 km，覆盖抚顺、本溪、铁岭等8个市和黑山县等3个县(市).

为构建辽河流域水环境安全动态监控与检测体系，完善辽河流域水环境风险评估与预警体系，辽河流域已建成11座水质自动监测站，并于2013年8月搭建了清河、凡河流域水环境管理应急指挥平台基础环境，同年10月应用于铁岭市环境应急响应，发挥了监测数据、视频监控、应急指挥调度等作用[24].

2.2 辽河流域沈阳段水环境效果评估

现阶段，我国对水环境管理技术方面的评估基本还处于起步阶段.评估方法常用的是对比分析法、模糊综合分析法、专家打分法和数学模型模拟法.由于水环境管理技术的实施效果最直观的是人的感受，专家打分法具有定性评估且无法定量评估的指标的特点，所以专家打分法适宜作为对流域水环境效果评估的一种方法.

本次评估的范围是辽河流域沈阳段，包括康平县、法库县、沈北新区和新民市.为了全方位掌握辽河流域沈阳段水环境管理及治理情况，课题相关人员多次对辽河流域沈阳段进行实地调研，并从当地有关部门收集辽河流域沈阳段水环境管理工作实施情况、入口排污量和辽河沈阳段干流监测断面水质监测数据等相关资料，对辽河流域沈阳段的水环境现状进行效果评估.结合辽河流域沈阳段的环境特征，根据水环境相关管理政策和一些规划方案、标准性文件等，制定效果评估指标体系，具体指标见表1.

表1 辽河流域沈阳段水环境效果评估指标

在辽河流域沈阳段的一级支流中，2012年7月与2011年相比，小河子河、长河、秀水河、养息牧河、南窑村无名小河和燕飞里排干的平均水质均有所改善；也有部分支流污染更加严重，如拉马河；其他支流的水质基本没有变化，维持在Ⅴ类和劣Ⅴ类.在辽河流域沈阳段干流及长河等支流河沿线建设污水处理厂，其中在县域地区建设乡镇污水处理设施，确保乡镇中大部分的污水得到有效处理；污水处理厂的综合整治政策(如法库县关掉所有直接排入拉马河的排污口，所有城镇污水在法库县污水处理厂得到处理)的实施以及河道绿化、疏浚等工程的建设，有效地改善了支流的水质，其中2011年前半年沈阳段干流COD降至13mg/L.与2009年相比，在生物多样性方面，辽河流域植物种类增加60多种，大型底栖动物增长近百种[25]，得到显著改善.

通过对每个具体的评估指标项进行赋值(最高分为10分)，实现对辽河流域沈阳段水环境的效果评估，评估结果综合得分为79.5分.从评估结果来看，辽河流域沈阳段在采取了完善水环境风险评估与技术体系、建设污水处理厂、统筹河道工程整治、加强各部门间的合作等一系列措施之后，其水生态环境得到很大程度的改善，且辽河流域水环境管理能力有所提升，为建立辽河流域综合管理体制提供决策依据.

3 结论

1) 流域水环境风险评估与预警技术体系主要从以下三方面研究：流域水环境的风险分区及评估是针对流域水环境风险源具有的特征，对风险源进行分级从而实现风险管制，建立流域水环境风险分区体系和评估体系，以达到消除风险的目的；流域水环境监控预警是监测并分析某一具体的水域或断面的特定状态，以得出相应级别的警戒信息，以实现对水环境的预测，提出对应的解决办法；流域水环境应急管理是针对突发性水环境污染事件爆发的情况，发挥应急指挥作用，如应急预案的执行等.

2) 建立水环境风险评估及预警体系的目的在于及时提供准确的数据，将风险分区与风险评估、风险防范、监测与预警管理平台和应急管理体系统一起来，有助于提高流域水环境风险监管水平，全面提升流域水环境风险评估与预警决策能力.

3)以辽河流域沈阳段为例，对其水环境展开效果评估，这为进一步推进辽河流域水环境管理工作提供科学决策依据，同时为全国重点流域水环境风险与预警技术的推广和运行提供支持，为流域水环境管理体制战略转变提供可靠依据.

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(责任编辑 李 超)

A Short Review of Risk Assessment and Early Warning of Basin Water Environment

WU Dan1，YAN Yan-fang1，XIA Guang-feng2，ZHANG Xue1

(1.CollegeofEnvironmentalSciences，LiaoningUniversity，Shenyang110036，China； 2.LiaoningAcademyofEnvironmentalSciences，Shenyang110031，China)

Water environmental risk assessment and early warning is very important for solving the problem of basin water environment and strengthening the management of water environment.In this paper,the basin water environmental risk assessment and early warning technique is overviewed in risk zoning and assessment,monitoring and early warning,and emergency management.The purpose of this paper is to present research situation of the environmental risk and early warning technique systematically and to provide technical support for the improving the water environmental management technology.

basin；water environment；risk assessment；early warning

2016-10-12

国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题(2012ZX07505-005-002)

吴丹(1979-)，女，辽宁抚顺人，博士，副教授，主要从事污染控制技术研究，E-mail:lnuwudan@126.com.

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1000-5846(2017)01-0081-06