[发明专利]输水工程突发水污染事件的风险评价方法

摘要

本发明公开了一种输水工程突发水污染事件的风险评价方法，该方法首先综合输水工程特点、突发水污染事件及其影响的特征，依据DPSIR模型构建指标体系，提出了涵盖驱动力、压力、状态、影响和响应五方面的风险评价指标、指标分级标准以及指标计算模型；在此基础上提出了基于层次分析法的风险评价指标权重确定方法；最后采用综合评价法确定突发水污染事件对输水工程的整体影响及其风险等级。该方法及风险等级评价成果可有效判定突发性水污染事件对输水工程的影响程度，建立更为准确的风险评价，可为输水工程管理人员制定科学有效的预警预案提供决策信息支持，具有广阔的实用前景。

主权项

一种输水工程突发水污染事件的风险评价方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、构建评价指标体系基于DPSIR模型并结合输水工程特性，构建突发水污染事件风险评价指标体系，包括下述5项主题层因子下的风险评价指标：1)驱动力因子是指突发水污染事件的污染途径，包括：船舶倾覆I1‑1、路桥车辆侧翻I1‑2、区间污染汇入I1‑3是指区间侧向工业企业污染物汇入、上级污染汇入I1‑4是指来自输水河渠上游段的高浓度污水短时间内集中下泄；2)压力因子是指突发水污染事件特性，包括污染源类型I2、污染源量级I3和距输水河渠距离I4，所述污染源量级I3包括漂浮油类I3‑1和可溶污染I3‑2，所述距输水河渠距离I4是指污染源距输水干渠的横向距离；3)状态因子是指污染受体在事故下所处的状态，包括突发水污染事件下输水水量保证率I5、输水水质I6、闸泵工程I7以及河段敏感性I8；4)影响因子是指污染受体在压力作用下受到的影响，包括突发水污染事件的暴露人口数量I9、社会经济影响I10、水环境和水生态影响I11；5)响应因子是指为应对突发水污染事件时的安全响应对策，包括安全管理制度I12、设备水平及人员素质等级I13和应急预案I14；步骤二、确定步骤一构建的评价指标体系的分级标准1)风险等级分级标准将输水工程突发水污染事件风险等级划分为四级，分别为：特别重大突发水污染事件Ⅰ、重大突发水污染事件Ⅱ、较大突发水污染事件Ⅲ和一般突发水污染事件Ⅳ，风险值分别为[0.75,1.0]，[0.5,0.75]，[0.25,0.5]，[0,0.25)；2)指标体系的分级标准船舶倾覆I1‑1：＞1000，[500,1000]，[100,500]，[10,100]，单位：吨；路桥车辆侧翻I1‑2：＞20，[10,20]，[5,10]，[2,5]，单位：吨；区间污染汇入I1‑3：＞100，[50,100]，[10,50]，[1,10]，单位：吨；上级污染汇入I1‑4：＞1000，[500,1000]，[100,500]，[10,100]，单位：吨；污染源类型I2：＜0.0001，[0.0001,0.05]，[0.05,0.1]，[0.1,1]，单位：mg/L；漂浮油类I3‑1：＞1000，[100,1000]，[10,100]，[1,10]；可溶污染I3‑2：＞10，[5,10]，[2,5]，[1,2]；距输水河渠距离I4：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；输水水量保证率I5：[80,100]，[40,80]，[10,40]，[0,10]，单位：％；输水水质I6：＞5，[4,5]，[3,4]，[2,3]；闸泵工程I7：[80,100]，[50,80]，[20,50]，[0,20]，单位：％；河道敏感性I8：＞0.01，[0.008,0.01]，[0.005,0.001],[0.008,0.005]暴露人口数量I9：[80,100]，[40,80]，[10,40]，[0,10]，单位：％；社会经济影响I10：＞100，[50,100]，[10,50]，[1,10]，单位：百万；水环境和生态影响I11：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；安全管理制度I12：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；设备水平及人员素质I13：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；事故应急预案I14：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；步骤三、风险评价指标的计算模型1)突发水污染事件的污染途径指标即船舶倾覆I1‑1、路桥车辆侧翻I1‑2、区间污染汇入I1‑3和上级污染汇入I1‑4的指标值由具体突发水污染事件信息确定；所述突发水污染事件信息的来源至少包括在线监测、现场汇报和巡测；2)突发污染源类型按照《地表水环境质量标准‑GB3838‑2002》Ⅲ类标准中该污染物的允许浓度值确定；3)不同类型污染物在不同污染途径下的污染源量级不同，计算公式为：①突发漂浮油类突发污染源量级计算方法为：$I_{3-oil}=\frac{A_{oil}}{A_{water-suf}}---\left(1\right)$式(1)中：A_oil为突发水污染事件下溢油污染能够形成的最大油膜面积，单位：m²，计算中，油膜厚度可取0.001m或根据静水油膜试验测定；A_water‑suf为事故河段水体表面面积，单位：m²；②船舶倾覆、桥梁车辆侧翻情景下，突发可溶性水污染事件污染源量级计算方法：$I_{3-sol-s-c}=\frac{{10}^{6}M}{V_t}/C_t---\left(2\right)$式(2)中：M为突发水污染事件污染总量，单位：g；V_t为事故河段水量，单位：m³；C_t为事故所处河段指标污染物在正常调水时的浓度，单位：mg/L；③可溶污染物区间汇入污染源量级：$I_{3-sol-l}=\frac{VC+V_L{C}_L}{V+V_L}---\left(3\right)$式(3)中：V为事故段水量，单位：m³；C为事故段中污染物的本底浓度，单位：mg/L；V_L为侧向入流污水量，单位：m³；C_L为侧向入流污水中污染物的浓度，单位：mg/L；④上级积蓄高浓度污水短时内汇入量级为：$I_{3-sol-up}=\frac{VC+Q_u{\mathrm{\ΔtC}}_u}{V+Q_u\mathrm{\Δ}t}---\left(4\right)$式(4)中：Q_u为进入下级输水河渠的上级污水来流量，m³/s；Δt为上级污水来流持续时间，s；C_u为上级污水中的污染物浓度，单位：mg/L；4)突发污染距输水干渠横向距离为：I₄＝1‑L_t   (5)式(5)中：L_t为突发污染事故位置距输水干渠的横向距离，km，突发污染事件对输水干渠影响的有效距离L_t≤1km；5)输水水量保证率计算公式：$I_5=1-\frac{Q_t}{Q_d}---\left(6\right)$式(6)中：Q_t为突发污染事件下输水河渠中的可调水量，m³/s；Q_d为输水工程正常运行时的总调水量，m³/s；6)输水水质指标计算方法：$I_6=\frac{{10}^{6}M}{V_t}---\left(7\right)$式(7)中，I₆为事故河段中污染物浓度值，将I₆与《地表水环境质量标准‑GB3838‑2002》中该污染物的水质等级进行对比，得到I₆值；当I₆≥C₅时，I₆＝5；当C₄≤I₆＜C₅时，I₆＝4；当C₃≤I₆＜C₄时，I₆＝3；当C₂≤I₆＜C₃时，I₆＝2；当I₆＜C₂时，I₆＝1；其中，C₅,C₄,C₃,C₂分别为地表水Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ和Ⅱ类标准时该污染物的浓度；7)闸泵工程指标计算方法为：$I_7=\frac{{\mathrm{NPP}}_t}{NPP}---\left(8\right)$式(8)中：NPP_t为由突发污染事件事故段闸泵关停而起其他段闸门和泵站参与应急调控的闸泵总数；NPP为输水工程沿线的闸泵总数；8)河段敏感性指标计算公式为：$I_8=S=\frac{dH}{dQ}\frac{Q_0}{H_0}---\left(9\right)$式(9)中：S为河道敏感性指标；Q₀和H₀为输水工程正常运行状态下事故段河道的下游闸前水位和入流流量，单位分别为m和m³/s；dH/dQ为河道下游闸前水位随入流流量的变化率；9)暴露人口数量公式如下：$I_9=\frac{{\mathrm{NP}}_t}{NP}---\left(10\right)$式(10)中：NP_t为突发污染事件下的暴露人口数量；NP为输水工程沿线受益人口总数；10)社会经济影响计算公式为：I₁₀＝L_w+L_s+L_aq+L_ec+L_et   (11)式(11)中：L_w,L_s,L_aq,L_ec,L_et分别为供水、航运、水产养殖、闸泵应急调控成本和水利风景区门票损失，万元；11)水环境和水生态影响包括两个方面，计算公式如下：I₁₁＝0.5(1‑R)+0.5R_t   (12)式(12)中：R为生态环境系数，R＝1/(1+e^(3‑1En))，En为突发污染事件所在区域的恩格尔系数；R_t为事故段所处功能区对水环境和水生态的影响值，在源头水保护区、国家自然保护区，R_t＝1.0；在集中式生活饮用水地表水源地保护区，R_t＝0.8；在工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区，R_t＝0.4；在农业用水区及一般景观要求水域，R_t＝0.1；12)安全管理制度包括安全标识设置、安全培训教育、安全责任落实与监督检查、安全奖惩制度，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：$I_{12}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{12}}{100}---\left(13\right)$式(13)中：score₁₂为安全制度得分；13)设备水平和人员素质包括设备水平达标和人员素质达标两项；其中，设备水平若达到生产工艺要求，则为40分，不合格记为0分；人员素质达标可依据操作人员是否持证上岗而确定指标值，经考核合格后持证上岗，则得60分，不合格则记为0分；计算公式如下：$I_{13}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{13}}{100}---\left(14\right)$式(14)中：score₁₃为设备水平和人员素质得分；14)应急预案包括联动方案、处置方案、保障方案、预案宣传演习四个方面，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：$I_{14}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{14}}{100}---\left(15\right)$式(15)中：score₁₄为应急预案得分；步骤四、指标体系权重采用1‑9刻度法并结合DPSIR的层次结构模型，获得指标I_i(i＝1～14)的权重W_T‑I‑ij(i,j＝1～14)；步骤五、突发水污染事件风险等级综合评价$R_s=\underset{i,j=1}{\overset{n}{\Σ}}{W}_{T-I-ij}\×I_i---\left(16\right)$式(16)中：R_s为突发水污染事件风险等级计算值；W_T‑I‑ij(i,j＝1～14)为各指标权重；I_i(i＝1～14)为各指标计算值，根据步骤二确定的风险等级分级标准确定本次评价的突发水污染事件的等级。