CN105512797A - 一种控制断面污染风险溯源及风险程度展示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制断面污染风险溯源方法，包括如下步骤：将目标流域进行水文分析，划分子流域；根据影响水环境质量的因素,采用层次分析法构建综合指标体系并对各指标进行影响等级划分及赋分；同时根据各指标对水环境中目标污染物的影响程度设定权重系数；针对目标控制断面，在实际调查分别计算每个子流域相对于该控制断面的所有指标值；计算该指标值的得分，根据指标得分与权重系数进行综合评价，得到每个子流域对控制断面的风险综合评分值；最后将分值作为判定该子流域对目标控制断面污染影响程度和GIS中自定义色带展示的依据。本发明的污染风险溯源方法，能够通过较少的资料大大缩小排查子流域数量，并大大提高了污染源追溯的效率。

Description

一种控制断面污染风险溯源及风险程度展示方法

技术领域

本发明属于流域水污染控制领域，具体涉及一种控制断面污染风险溯源及风险程度展示方法。

背景技术

近年来,水污染事件频发刺激着国人的神经，而作为污染倒追机制的污染源溯源、倒追机制任然没有很好的得到建立。究其原因，溯源技术的不完善是造成追溯困难的主要原因。当目前的水污染控制技术，主要是有各地环境监测部门在主要河道设立监控断面，进行长期水质监控来开展的。而监控断面通常可以分为国控、省控、市控、县控及县控以下几大类，分别有各地方监测部门负责。当监测到监测断面出现水质异常时，需要对监控断面上下游的不同河道断面进行全方位取样，并这些水样进行检测分析、比对，不断缩小可疑范围，直至最终找到源头，实现排查和追溯机制。但在部分产业密集、发达地区，若上游的可疑排污企业较多，则势必会导致污染溯源的工作量大，耗费大量的时间精力，不能及时有效地开展污染源排查、溯源工作。因此，常常会导致发现了有污染现象，但却因无法找到源头而不了了之的情况，无法对非法排污形成有效地震慑。

溯源的基本要求是尽可能的缩小可疑目标所在的范围。而在安全领域，风险度量方法是一种较为成熟的以概率的方式来描述风险发生可能性的方法。但将其应用于环境领域时，由于实际应用中统计资料的缺乏，计算有时会变得很复杂甚至难以计算，同时也降低了风险的可信度。模糊方法以模糊参数来描述不确定性的影响，在很大程度上弥补了概率论方法的不足。风险是一个相对模糊的概念，各项评判指标标准的选取也具有模糊性，将糊数学中隶属度的方法应用于风险等级判别有着较为理想。同时，风险的类型不同，其危害形式也不同，衡量危害后果的度量有多种表征法，如人员伤亡，工日损失、财产损失、生态破坏等。为了进行风险评价，需要有能够定量描述危害后果的指标，而且这种指标能够统一衡量各种不同性质的危害后果。目前风险的度量单位多采用“死亡/年”，这一借鉴于安全领域的度量方法在实际应用中存在量化表征的障碍，在水环境领域的应用中难以建立起对应的量化关系，在实践中存在量化对应及转换障碍。因此，需要建立一种简洁直观的指数方法进行结果的表征，便于水环境风险管理的开展。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，并提供一种控制断面污染风险溯源方法，具体技术方案如下：

一种控制断面污染风险溯源方法，包括如下步骤：

1)将目标流域进行水文分析，划分为若干个子流域；

2)根据影响水环境质量的因素,采用层次分析法构建污染物综合指标体系，污染物为COD、NH₃-N、TN和TP中任意一种；

3)针对步骤2)中得到的综合指标体系对各指标进行影响等级划分，确定影响等级的最高和最低阈值，并对不同等级进行赋分；同时根据各指标对水环境中目标污染物的影响程度设定权重系数I_i；

4)针对目标控制断面，在实际调查基础上，分别计算每个子流域相对于该控制断面的综合指标体系中所有指标值；

5)将步骤4)得到的每个指标值与步骤3)中的影响等级的阈值进行比较，若指标值落入影响某一等级的最高和最低阈值范围内，则将该等级预设的赋分作为该指标的得分P_i；

6)针对目标控制断面，根据指标得分与权重系数进行综合评价，得到每个子流域对控制断面的风险综合评分值M，计算公式为式中n为综合指标体系中指标个数；

7)将各子流域的风险综合评分值M作为判定该子流域对目标控制断面污染影响程度的依据，M值大小与影响程度正相关，从而确定不同子流域影响该目标控制断面的概率，达到溯源目的。

作为优选，所述的综合指标体系中的指标包括：子流域内点源排放企业所处的主导行业、子流域内点源污水排放量、子流域内点源排放污水的水质复杂程度、子流域内点源排放企业的工艺水平、子流域内氮肥施用强度、子流域内磷肥施用强度、子流域内畜禽养殖数量、子流域内生活污水接管率、目标监控断面控制类别、子流域到目标监控断面的河道沿程距离、目标监控断面水质、子流域所在地水环境功能区划的目标水质、目标监控断面流量；所述的目标污染物为COD、NH₃-N、TN、TP中任意一种。

作为优选，所述的综合指标体系中各指标进行的影响等级划分及各等级的赋分如下表所示：

其中子流域内点源排放污水的水质复杂程度的具体评判标准为：

复杂：污染物类型数≥3；或者只含有2类污染物且需预测其浓度的水质参数数目≥10；

中等：污染物类型数＝2且需预测其浓度的水质参数数目＜10；或者只含有1类污染物且需预测其浓度的水质参数数目≥7；

简单：污染物类型数＝1且需预测其浓度的水质参数数目＜7；

所述的子流域内点源排放企业的工艺水平根据行业协会数据库确定或采用专家评分法确定。

作为优选，所述的综合指标体系中各指标的权重系数如下表所示：

基于上述溯源方法，本发明还提供了一种控制断面污染风险程度展示方法，在GIS中根据权利要求1得到的各子流域的风险综合评分值M为基础，自定义色带对各子流域的显示颜色进行渲染，以色彩深浅展示不同子流域对目标控制断面的污染风险程度。M值越大，色彩越深，以此直观展现风险的高低。

本发明建立了一种简单、有效地控制断面污染风险溯源方法，能够通过较少的资料达到较为精确地溯源目的。且所需的基础资料对环境监测部门来说较为容易获得。另外，本发明建立的控制断面污染风险程度展示方法以色带来清晰地表达该子流域对目标控制断面污染风险的程度，从而为环境管理部门提供了一种能够直观、清晰展示优先排查地区的工具，大大提高了污染源追溯的效率。

附图说明

图1为实施例1中1#子流域对不同控制断面的风险综合评分值；

图2为实施例1中不同子流域的位置分布。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

一种控制断面污染风险溯源方法，包括如下步骤：

1)将目标流域进行水文分析，划分为若干个子流域；

2)根据影响水环境质量的因素,采用层次分析法构建污染物综合指标体系，污染物为COD、NH₃-N、TN和TP中任意一种；

3)针对步骤2)中得到的综合指标体系对各指标进行影响等级划分，确定影响等级的最高和最低阈值，并对不同等级进行赋分；同时根据各指标对水环境中目标污染物的影响程度设定权重系数I_i；

4)针对目标控制断面，在实际调查基础上，分别计算每个子流域相对于该控制断面的所有指标值；

5)将步骤4)得到的每个指标值与步骤3)中的影响等级的阈值进行比较，若指标值落入影响某一等级的最高和最低阈值范围内，则将该等级预设的赋分作为该指标的得分P_i；

6)针对目标控制断面，根据指标得分与权重系数进行综合评价，得到每个子流域对控制断面的风险综合评分值M，计算公式为式中n为综合指标体系中指标个数；

7)将各子流域的风险综合评分值M作为判定该子流域对目标控制断面污染影响程度的依据，M值大小与影响程度正相关，从而确定不同子流域影响该目标控制断面的概率，达到溯源目的。

所述的综合指标体系中的指标包括：子流域内点源排放企业所处的主导行业、子流域内点源污水排放量、子流域内点源排放污水的水质复杂程度、子流域内点源排放企业的工艺水平、子流域内氮肥施用强度、子流域内磷肥施用强度、子流域内畜禽养殖数量、子流域内生活污水接管率、目标监控断面控制类别、子流域到目标监控断面的河道沿程距离、目标监控断面水质、子流域所在地水环境功能区划的目标水质、目标监控断面流量；所述的目标污染物为COD、NH₃-N、TN、TP中任意一种。

所述的综合指标体系中各指标进行的影响等级划分及各等级的赋分如下表所示：

上表中，子流域内点源排放企业所处的主导行业一栏不同行业以逗号隔开。目标监控断面水质的阈值和等级与污染物类型密切相关，COD、NH₃-N、TN和TP分别取其所在行记载的等级和阈值。

上表中子流域内点源排放污水的水质复杂程度的具体评判标准为：

复杂：污染物类型数≥3；或者只含有2类污染物且需预测其浓度的水质参数数目≥10；

中等：污染物类型数＝2且需预测其浓度的水质参数数目＜10；或者只含有1类污染物且需预测其浓度的水质参数数目≥7；

简单：污染物类型数＝1且需预测其浓度的水质参数数目＜7；

所述的子流域内点源排放企业的工艺水平中:Ⅳ级、Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级总体上分别代表国内落后、国内平均、国内先进、国际先进水平。该评价值可根据行业协会数据库确定或采用专家评分法确定。一般行业协会对本行业内各企业的主导工艺水平均有相应的数据库进行记录，在评价时可参考相关的记录。当该数据缺失时，可采用专家组评议的方法进行确定，并尽可能多的选择专家进行评价，得出基本符合实际情况的结论和意见。

所述的综合指标体系中各指标的权重系数如下表所示：

上表第2～5列中的相应数值分别代表该数值所在行第一格中指标的权重。如该表格三行二列的数值为0.14，代表COD的综合指标体系中，指标“子流域内点源污水排放量”的权重为0.14。

上述综合指标体系、影响等级阈值、等级赋分及权重系数均是在申请人对区域污染源影响风险数十年的监测数据上进行分析得出的，同时在权重确定过程中也综合了业内专家组的评议意见，因此具有科学性和严谨性，符合地区水污染风险的自然规律。

实施例1

以浙江省嘉善市为例，进行监控断面风险溯源。基于申请人关于水环境累积性风险评估的大量研究成果，结合专家意见和杭嘉湖平原河网特点，主要从风险源和风险受体等主要方面开展评估，其中风险受体即水环境本身，包括河道和断面的水质、水量、功能区划等，属于直接评价指标类型；风险源分为点源和面源等两方面，包括工业废水排放量、农田化肥施用情况、畜禽养殖情况、生活污水排放情况等影响水环境状况的因素，通过分析这些因素，预测评价水环境风险，属于间接评价指标类型。

(1)指标体系框架

指标体系框架采用层次分析法进行确定，包括三个层级：一级指标层、二级指标层和因素层。

水环境累积性风险评价按COD、氨氮、TN、TP这4个因子分别进行，对应的指标体系具体指标体系框架见表1。

表1评价指标体系框架

具体指标体系框架的说明

A、水环境评价指标

水环境评价中的水质评价是我国环境质量评价中一个发展最快、进步最大的分支，方法很多，有二、三十中水质评价方法在国内外被广泛采用。其中应用较多的几种包括单因子评价法、综合指数法、污染指数法、模糊综合评价法、灰色评价法等。依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)不同水质类别对应的水质指标值，结合水环境功能区划、控制断面信息、水量等信息，对水环境状况进行评价。

B、风险源评价指标

影响水环境质量的因素中，污染源是最为关注的背景因子，按分布特性可以分为点源和面源，按来源可以分为工业源、生活源、农业源。水环境累积性风险评估的一级指标——风险源，其二级指标层包括点源和面源，因素层涵盖工业、农业、生活三方面，点源主要考虑工业源的行业类型、废水排放、废水水质复杂程度、生产工艺水平等因素，面源考虑化肥施用情况、畜禽养殖情况、生活污水的排放情况等因素。本项目中的风险源评价指标，侧重分析因污染源长期排放，对受纳水体水质的累积性影响。

(2)指标评价等级划分

指标评价标准及赋分见表2。

表2指标评价标准及赋分情况

项判别指标标准的确定原则如下：

1)水环境评价指标

河道主要监测断面具有对应的断面控制类型，据此给出断面控制类别对应的不同分值，国控断面的级别最高，省控其次，再者是市控，县控及以下最低。

累积性风险评价区域的小流域出口至断面的距离远近，会对断面的水质变化产生一定影响，根据一维稳态水质模型模拟计算衰减，参考水环境功能区划取水口上下游保护距离的划分等，给出小流域出口至控制断面的距离评价阈值。

断面水质指标标准值参考《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中不同水质类别对应的水质标准值。

河段功能区划目标水质的指标标准值参考《浙江省水功能区、水环境功能区划分方案》。

河流流量的评价标准值划分参考水利行业标准《水域纳污能力计算规程》(SL348-2006)中大中小型河道类型的划分。

2)风险源评价指标

点源的4个评价指标和课题组一致。主导行业类型划分参考《国民经济行业分类》(GB/T4754-2011)、环境保护部办公厅函“关于印发《上市公司环保核查行业分类管理名录》的通知”(环办函[2008]373号)，结合专家意见，考虑各行业对水环境的污染影响程度，划分行业所属指标等级；污水排放量参考流域点源废水排放情况；污水水质复杂程度参考地面水环境环评技术导则中按行业分类的特征水质参数表以及水质复杂程度类型的判定方法；主导行业工艺水平参照行业相关工艺发展情况。

面源的氮肥施用强度和磷肥施用强度评价指标标准值，参考《化肥施用环境安全技术导则说明》及国际氮肥施用情况，综合杭嘉湖地区农田施肥情况给出；畜禽养殖数量评价规模划分是结合浙江省地方标准和国家标准的集约化养殖区的适用规模划分表给出，畜禽养殖种类排污的折算方法参照《浙江省畜禽养殖业污染物排放标准》(DB33-593-2005)；生活污水接管率参考研究区域内生活污水接管处理情况。

(3)评判指标权重确定

在多项指标构成的评价指标体系中，由于事物本身发展的不平衡性，有的指标重要程度较高，有的指标重要程度则较低，为了表示不同指标对评价结果的影响程度，需要将评价指标进行加权处理，权重系数的大小表明了指标的潜在危险性和其安全的重要性。本次研究以层次分析法和专家组协议的方法对风险指标权重进行确定，各项指标权重见表3

表3风险评判模型权重值

(4)风险评价

在示范区的DEM资料基础上，运用D8水文算法，划分计算子流域，评价每个子流域对示范区境内主要控制断面的风险程度。子流域位置如图2所示。

指标体系中各因素的数据来源见表4。

表4评价数据来源说明表

以划分形成的某个计算子流域(1#子流域)为例，它对凤桐大桥、池家水文站、红旗塘大坝、红旗塘大桥、枫南大桥、罗星水产、魏塘卖鱼桥、民主水文站、下甸庙大桥、陆斜塘北、陆斜塘南、白水塘桥、太浦河取水口等13个断面的风险等级见图1。1#计算子流域影响较大的前4个断面，依次分别是太浦河取水口、池家水文站、红旗塘大坝、枫南大桥。结合分析计算子流域位置，1#计算子流域与13个控制断面的相对位置：太浦河取水口位于1#计算子流域内，其次池家水文站较近，再次是红旗塘大坝，民主水文站、下甸庙大桥、红旗塘大桥、枫南大桥差不多，凤桐大桥、陆斜塘北、陆斜塘南、罗星水产、魏塘卖鱼桥、白水塘桥都比较远；也就是说，一般来看，距离断面越近，计算子流域对其的风险等级就越高；但是也有例外，例如枫南大桥，说明评价指标体系中除距离外的其他因素影响明显。

与1#子流域相同，依次计算不同子流域对目标控制断面的影响M值，再进行排序便可获得不同子流域对该控制断面影响风险的排序，从而可以根据该排序对不同子流域进行排查，达到溯源目的。

基于上述溯源方法，可在GIS环境中构建一种控制断面污染风险程度展示方法，具体为：在GIS中根据权利要求1得到的各子流域的风险综合评分值M为基础，自定义色带对各子流域的显示颜色进行渲染，以色彩深浅展示不同子流域对目标控制断面的污染风险程度，即M值越大，色彩越深。由此可见，本发明的溯源方法清晰地反映了各子流域对监控断面污染风险的大小。而且在本方法的实际应用过程中，也多次准确地溯源到了环境污染事件的源头。因此，本发明的方法在实际水环境溯源领域中具有重要的应用意义。

Claims (6)

1.一种控制断面污染风险溯源方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将目标流域进行水文分析，划分为若干个子流域；

2)根据影响水环境质量的因素,采用层次分析法构建污染物综合指标体系；

3)针对步骤2)中得到的综合指标体系对各指标进行影响等级划分，确定影响等级的最高和最低阈值，并对不同等级进行赋分；同时根据各指标对水环境中目标污染物的影响程度设定权重系数I_i；

4)针对目标控制断面，在实际调查基础上，分别计算每个子流域相对于该控制断面的所有指标值；

5)将步骤4)得到的每个指标值与步骤3)中的影响等级的阈值进行比较，若指标值落入影响某一等级的最高和最低阈值范围内，则将该等级预设的赋分作为该指标的得分P_i；

6)针对目标控制断面，根据指标得分与权重系数进行综合评价，得到每个子流域对控制断面的风险综合评分值M，计算公式为式中n为综合指标体系中指标个数；

7)将各子流域的风险综合评分值M作为判定该子流域对目标控制断面污染影响程度的依据，M值大小与影响程度正相关，从而确定不同子流域影响该目标控制断面的概率，达到溯源目的。

2.如权利要求1所述的控制断面污染风险溯源方法，其特征在于，所述的污染物为COD、NH₃-N、TN和TP中任意一种。

3.如权利要求1所述的控制断面污染风险溯源方法，其特征在于，所述的综合指标体系中的指标包括：子流域内点源排放企业所处的主导行业、子流域内点源污水排放量、子流域内点源排放污水的水质复杂程度、子流域内点源排放企业的工艺水平、子流域内氮肥施用强度、子流域内磷肥施用强度、子流域内畜禽养殖数量、子流域内生活污水接管率、目标监控断面控制类别、子流域到目标监控断面的河道沿程距离、目标监控断面水质、子流域所在地水环境功能区划的目标水质、目标监控断面流量；所述的目标污染物为COD、NH₃-N、TN、TP中任意一种。

4.如权利要求3所述的控制断面污染风险溯源方法，其特征在于，所述的综合指标体系中各指标进行的影响等级划分及各等级的赋分如下表所示：

其中子流域内点源排放污水的水质复杂程度的具体评判标准为：

复杂：污染物类型数≥3；或者只含有2类污染物且需预测其浓度的水质参数数目≥10；

中等：污染物类型数＝2且需预测其浓度的水质参数数目＜10；或者只含有1类污染物且需预测其浓度的水质参数数目≥7；

简单：污染物类型数＝1且需预测其浓度的水质参数数目＜7。

5.如权利要求4所述的控制断面污染风险溯源方法，其特征在于，所述的综合指标体系中各指标的权重系数如下表所示：

6.一种控制断面污染风险程度展示方法，其特征在于，在GIS中根据权利要求1得到的各子流域的风险综合评分值M为基础，自定义色带对各子流域的显示颜色进行渲染，以色彩深浅展示不同子流域对目标控制断面的污染风险程度。