辽河流域辽宁段累积性水环境风险评估研究*

施 恩 尚彦辰 李亚峰

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168)

辽河流域是我国七大流域之一，然而截至2018年，辽河干流104个检测断面中，Ⅴ类及劣Ⅴ类水质占比仍超过30%，水环境污染压力依然很大[1]，这是由于辽河流域自然资源长期不合理开发和工农业的大规模发展导致的[2]。辽宁省作为振兴东北老工业基地的龙头，相较于流域内其他省份，经济和社会发展速度更快，重化工企业更加发达，因此更容易发生水污染事故[3]，而且辽宁省位于辽河流域下游，其承受的水污染压力更大。为有效规避水污染事故可能对辽宁省的社会生产生活产生不良影响，有必要对其水环境风险进行评估。“十二五”以来，我国已将环境风险防控作为生态环境保护工作的重要任务。王炳权等[4]将环境风险划分为突发性环境风险和累积性环境风险。随着环境风险评估研究逐渐由单源转向多源、单途径转向多途径，累积性环境风险评估越来越受到重视[5]。

累积性水环境风险问题具有风险源种类繁多、空间分布复杂、易受上下游传输累积的影响等特点[6-7]。美国环境保护署(USEPA)提出了一种累积性风险评估方法，主要包括规划与问题分析、风险分析和风险表征3个阶段[8]。MACDONELL等[9]对USEPA的评估方法进行了更新。而后，世界自然基金会(WWF)和德国投资与开发有限公司(DEG)共同发布了全球水环境风险评估工具，提出了物理风险、监管风险和声誉风险3个子系统[10]。为了使该评估工具更加适应我国的情况，王浩等[11]对其进行了本土化改造，使其可以更加准确地分析环境容量、流域生态环境、政府监管等因素对水环境风险的影响，但不能针对累积性水环境风险进行评估。本研究在USEPA提出的累积性风险评估方法基础上，结合本土化后的水环境风险评估工具形成了适用于辽河流域辽宁段累积性水环境风险的评估体系，并对2005—2017年辽河流域辽宁段累积性水环境风险进行评估，筛选出主要影响因素，为辽河流域特别是辽宁段的水环境管理提供科学参考。

1 方 法

1.1 指标体系建立

按照USEPA提出的规划与问题分析阶段要求，确定辽河流域辽宁段的风险来源、影响范围、受影响的相关者、管理方法、问题关注点等，并结合水环境风险评估工具中的子系统分类构建累积性水环境风险评估体系。

(1) 物理风险子系统

根据辽河流域辽宁段水环境风险的实际情况，从水环境的危险性、暴露性、脆弱性3个角度分析其物理风险子系统。危险性主要考虑水资源量、面源污染和点源污染3个方面[12]。水资源量指标选取主要参考文献[13]，水资源富余率指当年人均水资源量和人均用水量的差值与当年人均水资源量之比，气候变化影响指当年气温和评价期平均气温的差值与评价期平均气温之比；辽河流域辽宁段面源污染以农业污染为主，因此主要分析农用化肥施用量和有效灌溉面积；点源污染主要分析工业废水排放量和生活污水排放量。暴露性主要考虑人口和经济两个方面，人口方面选取城市人口密度为指标，经济方面选取国内生产总值(GDP)年增长率和万元GDP耗水量为指标；脆弱性主要考虑水质现状和水处理现状两个方面，水质现状方面选取达到或优于Ⅲ类水质的断面比例为指标，水处理现状方面选取城市污水处理率和农村卫生厕所普及率为指标。

(2) 监管风险子系统

监管风险子系统分成监督和管理两个角度，监督主要是指国家及地方政府对流域管理相关的法律、法规和规划等的实施情况[13]，本研究选取法律法规体系的复杂性和透明度、法律法规体系的实施效果两个指标；管理主要是指对水利建设和水环境保护的投入，本研究选取环保投资占GDP比例和污水处理投资额两个指标。

(3) 声誉风险子系统

声誉风险子系统按照全球水环境风险评估工具中的指标，从人们对水环境的重视程度和媒体对水环境问题的关注程度两个角度进行分析，分别选取水在当地文化或宗教中的重要性和媒体对水环境问题的报道次数作为指标。

指标权重采用层次分析法(AHP)确定，并通过一致性检验[14-16]，各项指标的权重见表1。

表1 累积性水环境风险指标权重Table 1 Cumulative water environment risk indexes weights

1.2 数据来源

由于没有专门针对辽河流域辽宁段的统计数据，因此本研究使用辽宁省或辽河流域的统计数据近似评价辽河流域辽宁段。辽宁省的气温、农用化肥施用量、有效灌溉面积、生活污水排放量、工业废水排放量、人口、城市人口密度、GDP、GDP年增长率数据来源于2006—2018年发布的辽宁省统计年鉴；辽宁省的总用水量、人均水资源量、农村卫生厕所普及率、环保投资占GDP比例以及辽河流域达到或优于Ⅲ类水质的断面比例数据来源于2006—2018年发布的中国环境统计年鉴，人均用水量通过总用水量除以人口得到，万元GDP耗水量通过总用水量除以GDP得到；辽宁省的污水处理投资额数据来源于2006—2018年发布的中国统计年鉴；辽宁省城市污水处理率数据来源于2006—2018年发布的中国第三产业统计年鉴；法律法规体系的复杂性和透明度、法律法规体系的实施效果、水在当地文化或宗教中的重要性3个主观指标，使用德尔菲法[17]专门针对辽河流域辽宁段进行专家意见咨询，统计后结果见表2；媒体对水环境问题的报道次数以2005—2017年《安全与环境学报》数据统计与分析板块的辽河流域辽宁段环境事件报道次数为准。

表2 主观指标专家评估结果Table 2 Evaluation results of subjective indexes by experts

1.3 指标体系等级划分

指标的等级划分见表3。

表3 累积性水环境风险评价指标等级划分Table 3 Classification of cumulative water environment risk assessment indexes

按照五级五分制计算方法，各单项指标的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级分别赋予1、2、3、4、5分，其中法律法规体系的复杂性和透明度、法律法规体系的实施效果、水在当地文化或宗教中的重要性直接使用表1中的得分进行评价更加方便、准确，将各单项指标对应的得分乘以相应的各层权重得到单项指标的最终得分，再进行加和得到最终的综合风险得分。

最终的综合风险得分也划分为5个风险等级：无风险或者可接受风险、低风险或者约束性风险、中风险、高风险和极高风险(见表4)。

表4 累积性水环境风险综合等级划分Table 4 Grades standard of comprehensive cumulative water environment risk

2 结果与讨论

2.1 各子系统指标分析

物理风险子系统的各单项指标最终得分见图1。从图1(a)的危险性角度来看，除面源污染方面的农用化肥施用量2005—2017年保持不变外，其他指标均有一定的波动，其中水资源富余率波动最为明显，历年最终得分平均值最大的指标是工业废水排放量，最小的是有效灌溉面积。点源污染方面与面源污染方面相比较，辽河流域辽宁段应重点考虑点源污染，因为面源污染会造成水体富营养化而水体富营养化主要发生在湖泊、水库等密封式水体中，对于辽河流域而言水体富营养化并不严重。从图1(b)的暴露性角度来看，城市人口密度2007年后基本保持稳定；GDP年增长率对累积性水环境风险的影响2012年后有明显的上升，这与辽宁省经济下滑导致响应能力减弱有直接关系；万元GDP耗水量由一开始的逐年下降过渡到稳定的状态，这是由于辽宁省工业技术改革提高了水的重复利用率[18]。从图1(c)的脆弱性角度来看，达到或优于Ⅲ类水质的断面比例历年最终得分平均值最大，2012年前有波动，2012年后基本保持稳定；城市污水处理率历年最终得分平均值较小且有下降趋势，经分析发现，辽宁省目前的城市污水处理率已达到较高水平，因此对累积性水环境风险的影响较小且呈下降趋势；农村卫生厕所普及率的得分情况与城市污水处理率基本相似，说明辽河流域辽宁段的农村卫生厕所普及率也在提高。

图1 物理风险子系统指标Fig.1 Subsystem indexes of physical risk

监管风险子系统的各单项指标最终得分见图2。污水处理投资额的历年最终得分平均值最大，而且波动较大，与经济状况有直接关系，孙钰等[19]也发现，污水处理投资额对累积性风险评估结果有较大影响。环保投资占GDP比例基本保持平稳，2013年后有一定的上浮，主要与辽宁省的经济状况有关，据张伟等[20]分析，环保投资既能降低环境风险又可以发展经济。法律法规体系的复杂性和透明度、法律法规体系的实施效果均呈缓慢下降趋势并且两者的最终得分比较接近，相关系数达到0.963 1。

图2 监管风险子系统指标Fig.2 Subsystem indexes of regulatory risk

声誉风险子系统的各单项指标最终得分见图3。水在当地文化或宗教中的重要性保持不变而且最终得分都较低。媒体对水环境问题的报道次数具有波动性，但辽河流域辽宁段2005—2017年基本没出现大的水环境问题，不过小范围的水污染问题仍需要提高警惕。

图3 声誉风险子系统指数Fig.3 Subsystem indexes of reputation risk

2.2 综合风险得分分析

辽河流域辽宁段累积性水环境风险综合风险得分见图4。

图4 辽河流域辽宁段累积性水环境风险综合风险得分Fig.4 Comprehensive risk scores of cumulative water environment risk of Liao River Basin in Liaoning Province

总体上来看，2005—2017年辽河流域辽宁段累积性水环境风险等级处于中高风险水平，而且大部分年份处于高风险水平，与历年的辽宁省环境状况公报报道的辽河流域辽宁段水质处于地表水Ⅳ类及Ⅳ类以下水质的实际情况相符。

从趋势来看，2005—2017年辽河流域辽宁段累积性水环境风险综合风险得分呈波动下降趋势。

3 结 论

在USEPA提出的累积性风险评估方法基础上，结合本土化后的水环境风险评估工具，建立了适用于辽河流域辽宁段累积性水环境风险的评估体系。分析物理风险子系统可以得出，辽河流域辽宁段应重点关注点源污染问题；分析监管风险子系统发现，环保投资既能降低环境风险又可以发展经济，因此应增大环保投资占GDP比例；分析声誉风险子系统得出，小范围的水污染问题仍需要提高警惕。

2005—2017年辽河流域辽宁段累积性水环境风险等级处于中高风险水平，而且大部分年份处于高风险水平，从趋势上看综合风险得分呈波动下降趋势。