环境损害鉴定评估技术研究综述

於方，张衍燊，赵丹，徐伟攀，齐霁，刘静

（环境保护部环境规划院，北京100012）

鉴定综述Review

环境损害鉴定评估技术研究综述

於方，张衍燊，赵丹，徐伟攀，齐霁，刘静

（环境保护部环境规划院，北京100012）

随着新环境保护法以及环境刑事犯罪、环境公益诉讼、环境侵权民事诉讼相关司法解释的出台，环境管理部门在处置环境纠纷和环境事件以及环境诉讼部门在判罚环境案件时，均面临大量的与环境损害相关的专业性问题，环境损害鉴定评估、环境损害司法鉴定工作在这样的背景下得到确立并快速发展。本文全面分析了环境损害鉴定评估工作可能采用的技术方法或手段，重点对13种调查监测技术方法、溯源技术方法、模型技术方法、环境价值量化技术方法的研究进展与应用实例进行了介绍，为环境损害鉴定评估从业人员提供基本方法与工具参考。

环境损害鉴定评估；调查监测；溯源；模型；价值量化

Abstract:Great progress has been made in China’s environmental legislation.New environmental laws were enacted,as well as legislative explanations regarding criminal cases of environmental pollution,environmental public interest litigations and tort litigations.Meanwhile,both environmental administrations and justice departments are facing increasing technical challenges in assessing environmental damages and handling the disputes when environmental incidents occur.The field of environmental damage assessment has been advanced with the push from practical needs in China.The research reviews methodologies applied in the field and focuses on thirteen commonly used methods in the process of damage assessment, including survey and monitoring,tracing contamination,modeling and quantifying damage and the application of the relevant methodologies.The goal of the review is to provide an inclusive toolbox and reference for practitioners in environmental damage assessment.

Keywords:environmental damage assessment;survey and monitoring;trace contamination;model;quantifying damage

1 引言

由于环境中的污染物质来源广泛，性质各异，它们进入环境中以后，相互之间以及它们与环境要素之间往往会发生复杂的物理、化学或者生物化学反应，同时，还会基于其自身的物理、化学与生物特性，发生迁移、扩散、富集等现象，从而使得损害过程变得异常复杂。如何在诉讼或者其他非诉讼纠纷处理中科学地确定污染损害责任的大小，特别是如何科学客观地判断环境污染或破坏与环境损害之间的因果关系，确定环境损害的赔偿数额，成为环境管理、环境司法、环境责任保险理赔面临的现实问题，环境损害鉴定评估工作正是在这样的技术需求背景下应运而生。

在我国和环境损害鉴定评估[1]非常相近的另外一个概念是环境损害司法鉴定[2]，本文认为这两个概念的实质是基本相同的，所使用的技术方法也基本一致，只是前者主要服务于环境管理和责任保险等非诉活动，后者主要服务于环境司法的诉讼活动，两者的主要区别在于其使用主体和服务对象的差异[3]。本文主要针对环境损害鉴定评估活动中涉及的技术方法进行回顾性综述，为环境损害鉴定评估从业人员提供技术参考，为环境科学、环境工程和环境经济领域的研究人员提供研究思路。

2 环境损害鉴定评估的技术分类

环境损害鉴定评估的基本工作程序包括鉴定评估准备、损害调查确认、因果关系分析、损害实物量化、损害价值量化、恢复效果评估[4]。

环境损害鉴定评估准备阶段主要用到的技术方法包括资料收集分析、现场踏勘、座谈走访、文献查阅和问卷调查；损害调查确认阶段除了上述技术方法外，主要利用环境监测和生物调查的手段获取受损生态和环境的数据，在数据分析的基础上确定损害类型、范围和程度，如果涉及污染物性质鉴别，则需要借助资料检索、分析检测、毒理学等实验方法，对污染物的基本理化性质、危险特性和毒性进行判别；因果关系分析主要针对污染物来源、迁移路径、受体暴露风险和损害机制，或破坏行为与生态损害之间的作用机制开展分析推定，常用到的技术方法包括同位素技术、示踪技术、指纹图谱技术、污染运移概念模型、生态破坏机理模型；环境损害实物量化选择适当的实物量化指标，利用对比分析、统计分析、空间分析和模型模拟等技术方法对损害的程度以及时间和空间范围进行物理量的表征；环境价值量化用到的主要技术方法包括基于环境恢复的替代等值分析法和基于环境经济学的环境价值量化法；环境恢复实施效果评估主要采用环境监测、生物调查和问卷调查等方法开展。

以上提到的各类技术方法在不同工作阶段会交叉应用，本文按照上述技术方法的基本用途将其分为调查监测技术和方法、溯源技术和方法、模型技术和方法、价值量化技术和方法四类，选择环境损害鉴定评估经常用到的环境监测、生物调查、遥感影像分析、同位素法、指纹图谱技术、替代等值分析、生态环境恢复技术与大气污染源受体模型、土壤和地下水污染运移模型、生态损害模拟模型，以及多变量统计模型等13种技术方法给予重点介绍。

3 调查监测技术与方法

3.1 资料收集分析

资料收集分析是环境损害鉴定评估的重要技术手段，主要为环境损害鉴定评估工作提供基础背景信息，为生态环境基线的确定、环境损害的确认提供依据，也为溯源或因果关系提供线索。通过收集和分析历史资料，掌握评估区域的背景信息（如自然条件、环境质量、环境敏感点、产业结构布局以及自然资源状况等）、基线信息（如自然地理生态、生态环境状况历史数据和生态环境质量信息）、环境污染和生态破坏信息（如污染源数量、位置，污染物排放时间、方式、去向、频率等，污染物种类、排放量、排放浓度等）、受体生态环境质量信息（如卫星图片、航拍图片、环境质量变化等）和污染清理情况。查阅资料、检索文献、人员访谈是资料收集分析的基本工作手段。

3.2 现场踏勘

现场踏勘和人员访谈对于了解和核实污染环境或破坏生态行为的事实、初步掌握环境损害的范围和程度具有重要意义。调查人员应根据环境损害的具体情况，结合环境损害鉴定评估的需求，开展现场踏勘和人员访谈，填写现场踏勘和人员访谈记录表。环境损害鉴定评估中，对于污染环境行为造成的生态环境损害，应以污染源、污染物的迁移途径、受损生态环境损害的区域为主要的踏勘范围；对于破坏生态行为造成的生态环境损害，应以受损或退化的生物所在的区域和生态系统为主要踏勘的范围。现场踏勘的对象包括污染来源的现场勘查，污染物迁移路径的勘查与分析，由于污染造成的环境影像范围、程度和潜在影响区域的勘查与分析，区域地形地貌、水文地质、环境敏感点等的现场勘查，受影响生物种群、群落的现场调查以及生态系统变化的现场观测。人员访谈的对象包括当地政府官员、环境保护行政主管部门人员、相关领域专家、企业或场地所有者、熟悉现场的第三方、实际或潜在受害人员。主要的方法包括现场观测、监测分析、面谈或电话访谈、问卷调查等。现场踏勘过程中，可采用现场快速检测手段对区域环境中的大气、地表水、土壤、沉积物、地下水等进行监测分析，同时保存不低于20%比例的样品，以备复查。

3.3 环境监测

监测分析是环境损害司法鉴定中普遍应用的方法，对于环境损害调查确认、溯源分析、因果关系分析和损害程度量化均起到重要的作用。获取准确可靠的环境监测数据对于环境损害鉴定评估至关重要。环境监测需要根据研究目的制定并实施适当的采样和分析计划，这一过程包括确定问题、确定总体和决策单元、确定置信区间、优化抽样方案以及现场质量控制等。

常规的环境监测工作已有一系列标准方法和技术规范可以参考，但其目的是服务于环境管理，而环境损害鉴定评估中的监测分析有其自身的一些特点：（1）样品需要有足够的代表性，要能在时间、空间上反映污染源、迁移途径和损害受体的情况。一般要根据实际情况灵活布点，局部加密并合理选择对照点位，有时也会根据污染物性质在不同季节开展多次监测。（2）对于一些特殊检测项目，需要使用非标准检测方法。环境监测分析要求数据的准确度、精密度和可比性，一般必须使用环境标准方法和标准样品。但由于环境污染问题复杂多样，而标准的制定相对滞后，在面对一些没有标准方法的检测项目时，需要采用其他相对稳定可靠的检测方法。

目前，对环境样品中污染物的分析，多采用化学分析方法和仪器分析方法。近年来很多新技术在环境监测分析中已经得到应用。色谱-质谱联用技术的发展，对复杂污染物质的筛选提供了强力支撑，能分离识别更多种类的污染物质[5]；生物监测技术能够反映污染因素对环境影响的综合效应，在环境监测分析领域也有应用[6]。

3.4 生物调查

按照生物种类，调查对象包括植物、动物和微生物；按照生态系统，调查对象包括陆域生态系统和水域（海洋）生态系统。环境保护部发布了全国植物物种、动物物种、淡水生物、海洋生物、微生物资源调查的试行技术规定，每个种类下还有分类更加详细的分类规定，海洋局、林业局、农业部也发布过类似的技术规定[7]。本文从生态环境损害鉴定评估的实用性和常用性出发，列举一些技术和方法。在实地的调研中，应该根据受损的生态系统类型和调查的对象，查阅对应的调查手册和技术标准，确保野外收集数据的质量，能够真实的反映受损生物资源或生态系统的状况。

3.4.1 陆域生态系统调查

陆域生态系统植被的调查方法通常包括样方法、样线法和样点法。样方法选择代表调查区植被特征的基本采样单元开展调查，根据调查对象确定样方面积，一般乔木和大型灌木层100～400 m2，灌木层16～36 m2，草本层1～4 m2。样线法是在样地内设置一定数量、一定长度的样线开展调查，在样线两侧0.5m范围内记录每种植物的个体数量。草地通常选择6条10 m的样线，灌木通常选择10条30 m的样线，乔木通常选择10条50m的样线[8]。样点法多用于固定观测点的定期观测。

调查对象根据生物资源或生态系统的特征确定，以典型的森林系统为例，包括乔木层、灌木层和草本层，具体调查指标见表1。实践中可以根据受损的森林生态系统类型增减调查指标，比如，对于热带雨林还应对藤本植物和附生植物进行调查，而在一些半干旱地区，则可能只有灌木和草本。

表1 森林生态系统调查对象和内容

兽类调查难于植被调查，传统上多采用样线（带）、样方调查法，由于动物的移动性，现在多采用红外相机自动拍摄、踪迹判断和卫星定位追踪等技术和方法，结合种群模型估测种群密度。调查内容主要是动物种群的参数，如密度、性别比、年龄结构、出生率、死亡率、迁出率和迁入率，以及生活史参数[9]。

鸟类的调查方法更加多样，除了样点法、样线法和红外相机自动拍摄之外，还有直接计数法、标图法、网捕法、鸣声录音回放法。鸟类的调查对鸟类分类的要求较高，对调查数量也有一定的要求。比如，要了解林地鸟类种群，至少要布设10 km样线或者50个样点[10]。

3.4.2 水域生态系统调查

水域生态系统调查涉及湖库、河流、河口及海域等不同水体类型，调查对象包括水体、沉积物以及生物种群或群落，如细菌、真菌、原生动物和植物、浮游动物、大型藻类、大型水生植物、大型底栖动物、鱼类、水鸟、水生脊椎动物和无脊椎动物，调查指标包括水体理化指标、水文指标、生境指标和生物指标。

国际上有关水生生物常用的调查方法主要包括英国淡水生态研究所“河流无脊椎动物预测及分类系统”（RIVPACS），澳大利亚在英国RIVPACS方法基础上，开发了“澳大利亚河流评价计划”，欧盟执行现有的AQEM/STAR技术指南，包括水文地貌（河流生境）以及鱼类、大型底栖动物、硅藻及大型水生植物方案。美国EPA、NOAA、USGS为配合资源保护和恢复法案的实施，制定了20余个相关指南，其中，对于河流制定了“溪流和浅河快速评估方案：着生藻类、大型底栖动物和鱼类”（RBP）、“深水型（不可涉水）河流生物评价的概念与方法”（EMAP）以及针对湖库的生物评价及生物基准技术指南文件，指南强调生境评估和物理参数的调查分析[11]。我国在借鉴国际先进经验的基础上，分别针对河流、湖库水生态以及内陆水域鱼类和水生维管植物的生物多样性监测或观测技术导则[7]。

总体来说，不同的水体类型应进行不同类型的分区监测，一般将湖库划分为入口区、深水区（或湖心区）、出口区、沿岸带，或污染区和相对清洁区等不同区域，根据断面的方向，每隔一定距离设置样点，或在断面的中部和靠岸的左、右两侧分别设置若干样点；而河流则划分为河口区、下游河段、中游河段、上游河段，以及汇口区进行设置，采样点可根据河流宽度、流速、底质类型等灵活设置。而溪流和可涉水河流在布点样时，由于生物物种分布与生境高度相关，栖息地环境异质性程度越高，监测布点需越加密。

对于突发水环境事件的水域生态系统调查，在布设点位时应遵循连续性和代表性的原则，连续性是指生物观测的点位尽可能与水文测量、水质理化指标监测点位相同，代表性是指对于污染的水体，应该在一定范围内加大采样密度。此外，除了目标点位外，还应该分别在事故点的上下游100～1000m处各设置至少3个监测点位或断面；对于大范围的区域性调查，至少应设置10个点位。

3.5 遥感影像分析

计算机技术、数字成像技术、图像处理技术及数字制图技术的发展，推动遥感技术、地理信息系统和全球地位系统在环境损害鉴定评估中的广泛应用，主要利用历史遥感影像所呈现的信息对污染环境或破坏生态行为的发生时间及其造成的损害的时空范围进行逻辑或一致性推断。

航空摄影、地形测绘和摄影测量技术可以可视化分析自然和人为特征的空间关系，并反映简单而定量的历史条件的变化。卫星或航空图片可以提供特定时间地球表面客观详细的特征记录，因此，在环境损害鉴定评估中具有非常重要的价值。卫星或航空图片可以采用摄影测量技术收集精确的测量和位置信息，也可以采用专门遥感影像解译技术获取植被死亡率、漏油损失、水体生态质量等信息。此外，也可以通过卫星或航空图片掌握场地的位置、范围、历史变化等重要信息[12]。

地理信息系统（GIS）用于管理、分析和展示地理信息。在环境损害鉴定评估中可用于污染来源分析，污染范围和运移分析，非点径流模拟和应急响应支持等。地理信息系统能够验证环境观测、其他影像及历史信息之间的空间关系[13]。

全球定位系统（GPS）是基于卫星的导航系统，可为地球表面绝大部分地区提供高精度的三维位置信息。使用便携式GPS接收机，现场分析人员可以轻松记录泄漏地点，采样位置和其他环境特征的位置。全球定位系统不仅采集空间信息，还可用于评估和量化现有数字地图数据的空间精度，并为现有航空照片和其他遥感数据提供控制点。

4 溯源技术与方法

污染物识别和溯源方面，分析化学方法仍是目前主要使用的技术手段。分析化学方法具有较好的准确度和精密度，能够有效的鉴定分析污染物质的成分，并进行定量。除了传统的分析方法，近年来新兴的仪器分析方法如二维色谱法、同位素分析法也已经运用到了环境损害鉴定评估领域中。

4.1 常用的污染物表征识别方法

无机物的表征识别，包括阳离子分析和阴离子分析。阳离子分析主要有化学分析法、原子吸收光谱法、发射光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法；阴离子分析主要有化学分析法和离子色谱法[14]。金属阳离子的检测，传统方法为原子吸收法，具有灵敏度高、选择性好等优点，但也有样品测定时间相对较长等缺点。目前，电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和电感耦合等离子体发射质谱法（ICP-MS）已经得到了广泛应用。

有机物方面，色谱法以及色谱-质谱联用技术则被广泛使用。根据污染物的挥发性、热稳定性等性质，气相色谱一般用于挥发性物质，液相色谱一般用于高沸点或热稳定性差的物质。二维色谱技术是近年来发展的新兴色谱技术[15]。与传统的一维色谱相比，具有峰容量大、分辨率高、灵敏度高、分析时间短等优势，特别适用于复杂样品的分析，目前在环境损害鉴定评估领域已有应用实例[16-17]。

4.2 同位素法

同位素组成的测定包括两类。一是测定全部物质的总同位素，二是使用色谱分离后，测定个别物质的同位素组成[18-19]。总同位素在环境损害鉴定评估研究中已有应用[20-21]，但在近二十年，个别化合物的同位素比值有更为广泛的应用[22-24]。

同位素在环境损害鉴定评估中的应用可分为两大领域：与稳定同位素有关的研究和与放射性同位素有关的研究。放射性同位素通常用于识别污染物的排放年代，而稳定同位素则通常用来进行污染物溯源、评价污染物的自然衰减点和程度。环境损害鉴定评估中常用于沉积物和地下水测年的放射性同位素包括137Cs、210Pb、3H，14C等。稳定同位素在环境研究中的应用范围比放射性同位素更为广泛。

4.3 指纹图谱技术

指纹图谱是指某些复杂物质，采用一定的分析手段，获得能够显示其特征的谱图。和传统的特征物质图谱相比，指纹图谱包含更多的信息，更具有专一性。分析化学中的光谱、色谱、色谱-质谱以及分子生物学中多种方法都可以进行指纹图谱分析。

在环境损害鉴定评估领域中，指纹图谱技术广泛应用于原油泄漏中的溯源。使用气相色谱（GC）和气相色谱-质谱（GC-MS），对泄漏物质和疑似来源中特定化合物的分子分布进行相关性分析[25-26]。需要考虑的是，某些情况下，由于蒸发、氧化、溶解、生物降解等过程，污染物中组分发生了变化，导致GC和GC-MS数据可能含糊不清、和原始来源相比不具有一致性[27-28]。例如，在原油泄漏的最初几小时内，由于蒸发作用，挥发性物质去除较快；如果泄漏发生在水环境中，短链烷烃和一些水溶性高于石蜡的芳香族化合物等水溶性较强的组分会溶解在水中[29]；同时，生物降解也会影响个别化合物的分布[30-31]。

5 模型技术与方法

5.1 大气污染源受体模型

受体模型是大气环境损害鉴定评估因果关系分析所主要依靠的模型工具。从20世纪70年代出现至今，经历了近40年的发展，受体模型作为源解析的一种重要手段，已应用于城区、区域乃至全球大气环境相关科学研究和决策支持[32-33]。近年，随着环境损害鉴定评估技术体系的逐步建立，受体模型也逐步应用于中小尺度大气污染损害鉴定评估技术研究之中。受体模型不要求对污染源进行详细调查，不过多依赖于气象资料和大气化学的特性参数，可以通过分析大气颗粒物化学成分和物理特性来推断污染物来源，给出污染物对各类排放源的分担率，该方法适合于环境损害鉴定评估工作的要求，结果也可作为大气环境损害鉴定的依据。

目前的研究方法主要包括化学质量平衡法（CMB）、因子分析法（FA）、正交矩阵因子分解法（PMF）、主成份分析法（PCA）、富集因子法（EF）、多元线性回归法（MLR）、投影寻踪回归法（PPR）、粗集理论（RS）、基于遗传算法（GA）以及混合方法等[34]。其中，化学平衡法（CMB）是相对发展成熟，应用广泛的一种方法[35]。化学质量平衡法通过物种丰富度和源贡献的分析组合，定量评价各种源对污染物中各元素的浓度贡献值，化学质量平衡法基于质量守恒，原理清晰，解析结果与实际较吻合，适用于解析污染源数目多的体系[36]。化学质量平衡法也是美国EPA推荐应用于大气污染物源解析的方法，其系统软件已发展到CMB8.0。目前化学质量平衡法在大气颗粒物的源解析应用上比较广，在大气环境损害评估技术研究中也有尝试。

5.2 土壤和地下水运移模拟模型

5.2.1 土壤中污染物运移模拟模型

土壤中污染物的运移主要包括土壤中蒸汽的运移和液体的运移。

土壤中蒸汽运移模型主要用于评估土壤中挥发性有机污染物的健康风险以及修复过程中污染物的去除，在各类健康风险评估软件（RBCA、CLEA、HERA）中都有体现。蒸汽运移的主要机制是扩散和平流。用于描述土壤中蒸汽入侵的模型很多[37-43]，主要基于反映污染物在土壤中的气相扩散、炭吸附和生物降解过程的方程建立。

土壤中污染物随水分的运移涉及吸附解吸、对流弥散、氧化还原、生物降解、作物吸收、挥发、淋溶等一系列物理化学和生物过程。描述包气带中溶质运移的数值模型主要包括代表水流运动的Richards方程和代表溶质运移的对流-弥散方程，以上述两个方程及其改进方程为基础，不同领域的研究人员开发出了多种数值模型，用来模拟包气带中污染物的运移，WAVE、CTSPAC等模型主要用于解决农业问题，VS2D、SUTRA、HYDURS-1D等模型主要用于解决水文问题，FEMWATER、2DFATMIC等模型主要用于解决环境问题，TOPOG_Dynamic、WAVES等模型主要用于解决生态问题[44-49]。这些模型基于需要解决问题的差异，涉及的介质不同，如非饱和土壤、饱和土壤、地下水、植物和大气等；包含的过程不同，如水分运移、溶质运移、热运移、碳运移、微生物运移等；采用的数值方法也不同，如有限单元法、有限差分法、混合有限单元和有限差分法等[50]。其中，HYDURS-1D模型经过不断改进和完善，得到了广泛应用，尤其是在饱和带和非饱和带污染物的运移方面。模型应用的难点主要在于水分运动参数和溶质运移参数的获取，包括吸附动力学参数、弥散系数和生物降解系数等。

5.2.2 地下水中污染物运移模拟模型

地下水中污染物运移模型的建立包括概念模型构建、校准和灵敏度分析等步骤，主要用于预测污染羽的扩散情况以及根据污染羽的现状反演污染源的释放和污染历史[51-54]。国外开发了许多功能多样的地下水数值模拟软件，包括Visual MODFLOW、FEFLOW、GMS、Visual Groundwater、Processing-MODFLOW、HydroGeo Analyst、Groundwater Vistas、WHIUnSat Suite、ArcWFD等，其中国内最常用的是Visual MODFLOW、FEFLOW、GMS等。对于小区域污染场地的溶质迁移问题，所研究污染物浓度相对较低，考虑到高精度、不追求计算速度的特殊要求，适于选用基于有限元的FEFLOW作为数值模拟模型的软件平台；针对大区域的水流、水位等问题，不细考虑复杂的地质条件，要求较高的计算速度，采用Visual MODFLOW比较合适[55]。

地下水模型模拟的关键因素包括边界条件和污染物降解参数的确定。边界条件取决于水力传导性、地下水流梯度、水位高差等信息。污染物降解参数受一系列与微生物有关的生物地球化学机制影响。求解地下水模型的方法有解析法、数值法和物理模拟法，数值法是目前求解模型所用的主要方法，包括有限差分法、有限单元法、边界单元法和有限体积法等，其中有限差分法和有限单元法最常用[56]。

5.3 多元统计模型

环境损害鉴定评估工作经常面临污染源不明确、仅有污染受体基本信息的情况，仅用化学分析方法难以确定污染源与污染事实之间的关系，可以通过统计学的方法分析验证，更有效地识别污染源。在统计分析手段中，多元统计模型具有应用简单、不需要预知污染源的组成、对污染源监测依赖度低的特点，可以通过数据分析发现数据中隐含的联系和规律，从大量数据信息中提取出有用的信息，进而分析污染源与事实之间的关系，同时多元统计分析可以提供定量化、精细化、多元化的分析过程和结果表达，可以有效支持环境损害鉴定工作中的因果关系分析[57]。

多元统计模型分为主成分分析线性回归法、绝对因子多元线性回归法、非负约束因子分析法、正定矩阵因子分解模型等模型方法[58]。多元统计模型判定污染来源及贡献在美国损害评估相关工作中已经得到应用，比如在宾夕法尼亚洲的汽车电池回收设施附近住宅土壤中的铅污染评估中，研究人员利用多元统计模型确定了场地污染来源，以及造成的污染贡献[59]。

统计学模型的建立具有一定的条件，且分析结果存在一定的不确定性，因此有特定的适用条件。多元统计模型要求污染源组成和贡献率相对稳定，同时单一污染物的通量变化与其浓度成正比，因此更多适用于历史累积型环境损害的因果关系分析和污染源贡献率计算。对于突发环境事件或者源强不稳定的环境损害类型并不适用，如何结合GIS、大数据等技术完善并优化多元统计分析因果关系模型是下一步环境损害鉴定评估技术研究的方向。

5.4 生态毒理模型

生态毒理模型主要解决有毒物质进入环境对组成生态系统的生物种群和生物群落所产生的生态效应问题，通常包括分布暴露评价和生态效应评价两部分。其中，分布暴露模型表征化学物质在环境介质中的浓度与生物体内的负荷，效应模型将环境介质中化学物质的浓度转化成对生物个体、种群、群落、生态系统乃至生物圈的影响或效应，前者回答污染物在环境介质中的分布与浓度和生物体内的富集与蓄积问题，后者回答污染物是否会对生物受体产生急性或慢性影响。

常用的分布暴露模型包括用于模拟环境的外暴露与预测生物体内暴露两类，前者如基本质量平衡模型、逸度模型、多介质平衡分配模型，以及大尺度的区域、洲际乃至全球尺度模型，后者如生物吸收与毒代动力学模型、毒效动力学模型，以及生物富集与食物网模型。有学者针对该领域开展了大量研究，Thomann等[60]分析了不同营养级的数据，建立了食物链模型，将其应用于Erie湖大尺度的规划，模型显示，随着食物链营养级的递增，潜在的有毒物质的浓度升高；Seip[61]将浓缩因子、分泌、流体分布纳入到数学模型中，建立了藻类对重金属的吸收数学模型；Christensen等[62]基于扩散方程，用Eulerian模型描述了污染物质（硫）在气体和流体中的扩散。

生态效应模型研究污染物对不同生物层级年龄结构、时滞、迁移、种内种间竞争、取食行为以及功能响应的影响，如Lam等[63]基于流体力学，研究了水体中自由铅离子对藻类、无脊椎动物和鱼的毒害效应；Kohlmaier等[64]研究运用临界点模型，计算由于空气污染（连续累积的污染物排放）对工业区的杉木病害的影响；Schaalje等[65]通过修改标准化年龄结构模型（Standard age-structured Models），建立了昆虫种群模型，揭示了杀虫剂对昆虫种群的影响。生态效应模型还用于大尺度的生态风险评估，如Naito等[66]利用综合水生态系统模型（CASMSUMA）评估了日本湖区污染物的生态风险，该模型对于确定水生生态系统中污染物的生态防护水平提供了很好的基础。AQUATOX模型早年被广泛用于北美地区水体中有机氯农药、多环芳烃、多氯联苯及酚类化合物的生态风险评估，松花江硝基苯污染事件和大连石油泄漏事件也曾用该模型对事件的生态影响进行模拟[67]。近年来，改进的AQUATOX模型已经很好的应用于美国的自然资源损害评估案例，在墨西哥湾漏油事故中模拟溢油事故造成的近岸物理生境改变，研究确认近岸海水的环境基线。此外，AQUATOX和CASM还用于辅助获得生态效应阈值或环境基线阈值[68]。

5.5 生态系统服务评估模型

对于生态破坏类型的事件，还需要对生态系统功能和服务进行评估。生态系统服务是指生态系统在过程中所形成的维持人类赖以生存的自然环境条件和效用。尽管在生态系统服务的分类上还存在争议，但是由联合国的千年评估[69]（MA，2005）提出的生态系统服务功能分类得到了广泛的认可。该评估将生态系统服务归纳为支持服务、供给服务、调节服务和文化服务四大类。支持服务作为基础，支撑起其余的三类服务。

陆地上的森林、草原和湿地三大生态系统，每个系统所提供的服务在类型和数量上有巨大的差异。反映在生态破坏的事件的则需要注意区分生态系统的核心功能和服务[70]（NOAA，NRDA，1997），将受损的生态系统放在区域的大背景中考虑，首先选取生态系统的核心服务作为评估对象。比如在评估森林生态系统的破坏事件中，森林的固碳释氧功能在城市生态系统中显得尤为重要，在干旱/半干旱地区，应该把森林的防风固沙服务作为首要的评估内容；在评估湿地生态系统的破坏事件中，调蓄洪水和净化水质的功能和服务在城市的湿地中显得格外的重要。在进行损害评估的时候，生态系统的核心服务在所有服务中所占的比例最大，其受损程度应作为评估重点。

根据联合国SEEA生态实验账户框架[71]，供给服务的物理量是生态系统提供的产品，一般包括农、林、牧、渔的产品。调节服务以水源涵养为例，通常利用公式法或模型法进行计算，公式法是利用水量平衡方程，设定水循环是闭合的回路，涵养的水量等于降雨量减去蒸发量和径流量，模型法以生态系统服务与权衡综合评价模型[72]（Integratevaluation of Ecosystem Services and Tradeoffs tool，InVEST）中的产水量子模型为代表，该模型由美国斯坦福大学、世界自然基金会和大自然保护协会联合开发。

6 损害量化评估技术与方法

6.1 替代等值分析

在损害量化技术方法方面，20世纪70～80年代损害评估方法研究集中在传统社会福利经济学的货币化评价方法。90年代后，囿于传统环境价值评估技术存在的不确定性和实施成本高的问题，基于环境恢复的实物量评估方法的替代等值分析法成为环境损害量化的主流化、法规化方法。

替代等值分析方法[73]以恢复受损环境为目标制定恢复方案或评估恢复费用，保证实施恢复手段后环境所拥有的资源和所提供的生态服务与污染或破坏发生前等量、或好于污染或破坏发生前的基线状况。该方法的关键在于确定因生态环境损害而导致的资源或服务的类型和数量的损失（该损失随时间变化），以及弥补该损失所采取的措施类型及其数量[74]。

根据评价指标的不同，替代等值分析方法分为资源等值分析方法、服务等值分析方法和价值等值分析方法。基于实物量恢复的理念，应优先采用资源对等法和服务对等法，即对环境和资源的恢复应与受损的环境和资源具有可比性，要尽量采用与受损的环境、资源和服务的类型和质量相同或相似的环境、资源和服务进行恢复。当找不到与受损的环境、资源和服务具有可比性的修复对象，则采用价值对等法。

根据恢复目标和阶段的不同，生态环境恢复分为基本恢复、补偿性恢复和补充性恢复。由于基本恢复的实施时间，即期间损害的持续时间会影响补偿性恢复的规模与成本，因此，在方案比选时应综合考虑两个方案的时间与成本因素，合理确定基本恢复与补偿性恢复方案。需要注意的是，当受损的环境无法恢复至基线时，基本恢复也会采用替代性恢复方案。

6.2 生态环境恢复技术

生态环境恢复是一项复杂且长期的过程，技术的选择不仅与损害场地或区域的污染破坏特征有关，在某种程度上更取决于相关方对于恢复方案实施成本和时间的接受度。本文主要基于自然生态和污染破坏特性对恢复方案的设计与实证进行讨论。生态环境恢复根据处置阶段，可以人为地划分为污染控制、环境修复与生态恢复三个过程，如图1所示。实践中，污染控制、环境修复和生态恢复三者密不可分，甚或合二为一或合三为一。应综合考虑总体修复/恢复目标、修复策略、自然地理条件、修复/恢复技术特点，对各种可行技术进行合理组合，注重污染控制、环境修复、生态恢复目标和技术之间的衔接。

图1 生态环境恢复的阶段划分

污染控制通常发生在应急处置阶段，一般以污染物急性暴露基准为控制目标，为防止污染物扩散迁移、保障人体健康和生态安全而采取的污染清理、筑坝拦截、引流导流等主动处置措施以及人员疏散、禁止用水、环境监测等被动防护措施。其中，主动措施主要用于水环境事件，包括以水利工程调度为主的稀释方案，结合筑坝拦截工程利用吸附、氧化分解、化学沉淀等化学技术的水体修复方案，针对藻类泛滥和石油泄漏采用的物理回收清除方案，其目的都是快速减轻污染或生态破坏的危害。

环境修复通常指应急终止后，为进一步阻隔污染、降低环境中污染物浓度，将环境污染引发的人体健康或生态风险降至可接受风险水平而开展的必要的、合理的行动或措施，一般以环境质量标准、慢性暴露风险基准值或风险筛选值为控制目标。环境修复通常主要针对土壤、地下水和沉积物开展，土壤通过阻隔填埋、淋洗洗脱、固化稳定化等物理化学技术以及生物通风和植物修复等生物技术进行修复；地下水通过多相抽提、原位阻隔、原位还原氧化、微生物等技术修复；沉积物主要通过疏浚、抽取等技术治理修复。

生态恢复是指采取必要的、合理的措施将生态环境及其生态系统服务恢复至基线水平，并针对期间损害制定替代性恢复方案，最终保证被恢复区域生态环境的稳定、健康和可持续性。生态恢复重在重建或恢复受损生态系统的功能和服务，根据受损生物或生态系统的特点，可以分为个体、种群、群落、生境和生态系统等不同水平的恢复。生态恢复模式与技术的确定要考虑受损类型及程度以及当地的地形地貌、气候条件、排水、植被情况以及人文环境，结合自身系统特征及退化影响因子综合确定。

不同的生态恢复技术目前已经在世界范围内被广泛应用于矿区、森林、草地和湿地等不同类型的生态系统恢复。复垦是露天矿地生态系统修复的一个有效途径，国内外都有大量的实践案例[75-76]，Wong[77]通过植物萃取、根须过滤、植物稳定进行了重金属矿区生态环境的有效恢复，选择多种重金属耐受性好、且能够容忍干旱和营养贫瘠等生长条件的合适植物品种尤为重要。Reis[78]和Zahawi等[79]将聚种技术成功应用于巴西和哥斯达黎加区域热带或亚热带森林生态系统的恢复，这种技术可以通俗地理解为通过人工干预的方式，把生态环境被破坏前的物种重新聚集起来，如，建造动物庇护所和植物种子库、移位培植幼苗组、建造人工栖息地等手段。在中欧和西欧湿地生态系统的恢复案例中综合应用了回湿、去营养化和重新引入物种等多种技术，利用被恢复地区的水分保持模型与水质模型分别对水量和水质进行分析，保证湿地水的数量和质量符合总体恢复方案的要求[80]。此外，实验室模拟或场地实验是生态恢复的有效辅助手段，通过模拟被恢复场地的地形地貌，可以估算出需要种植的植被品种和数量，需要引入的外来品种和本地生物种的比例，以及需要挖掘改造的溪流湿地，并通过实验模拟测试出被恢复地区的生物多样性和功能[81]。仿自然地貌生态修复法就是一种基于被恢复区域最初自然形态的实验室模拟恢复技术，它利用计算机及数学物理技术设计出与自然地理形态非常近似的人工修复模型，对径流路径、地形地表整理、表土疏松和播种以及灌溉和养护等自然生态恢复全过程进行人工模拟设计，并按照设计模型施工[82-83]。上述提到的植被恢复、种子库恢复、面源削减以及仿自然地貌自然生态修复等技术在我国森林、草地、湿地、矿区等生态系统恢复中也得到了广泛应用[84-85]。

常用的陆地水域生态恢复技术包括生态沟渠、生态坝等水文连通恢复技术和地貌修饰基本生境恢复技术，人工鱼巢、珍稀种群培育等物种恢复技术，以及人工鸟巢招引、生物食物链构造等水禽生境恢复技术；在海洋生态系统中应用了清除淤泥、调节淡水流量、人工鱼礁、基质改造等恢复技术[86]。

与国际相比，我国生态系统恢复工程技术存在侧重人工修复、自然恢复以及人工促自然恢复重视不够，缺少生态恢复重建的生态结构功能综合成效评估方法，以及自然恢复与人工促自然恢复的标准阈值，恢复对象层次相对单一等问题，亟待开展相关内容的研究与实践。

7 结语

本文所讨论的技术方法既有资料收集、文献检索、环境监测、生物调查、分析化学等传统的工作方法和手段，也有遥感影像分析、同位素分析、指纹图谱、污染运移模型、生态毒理模型、替代等值分析等近10～20年得到快速发展的新兴方法和技术，如何从工作实际出发，科学、合理、灵活地使用这些技术方法，是今后需要环境损害鉴定评估从业人员共同探索和努力的方向。

环境损害鉴定评估几乎涉及与环境相关的所有学科，环境科学、环境工程、生态学、环境经济学的很多研究成果在环境损害鉴定评估工作中可以得到很好的应用，同时在环境损害鉴定评估实践中也可以发现自然科学、工程科学、经济学和资源环境法学需要深入研究的课题，工作与学术相互促进，将极大推动相关学科的发展以及研究成果向环境管理与环境司法应用的转化。

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（本文编辑：马栋）

Review on the Assessment of Environmental Damage

YU Fang,ZHANG Yan-shen,ZHAO Dan,XU Wei-pan,QI Ji,LIU Jing
（Chinese Academy for Environmental Planning,Beijing 100012,China）

X21

Adoi∶10.3969/j.issn.1671-2072.2017.05.004

1671-2072-（2017）05-0018-12

2017-09-12

於方（1972—），女，研究员，主要从事环境损害与环境风险评估的研究。E-mail:yufang@caep.org.cn。