环境风险全过程评估与管理模式研究及应用.pdf
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1、中国环境科学2 0 1 0,3 0(6):8 5 8 8 6 4C h i n aE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e环境风险全过程评估与管理模式研究及应用李风英址,毕军p,曲常胜1,黄蕾1,杨洁1,一,宛文博1(1 南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京2 1 0 0 9 3:2 南京信息工程大学环境科学与T 程学院,江苏南京2 1 0 0 4 4:3 苏州科技学院,江苏苏州2 1 5 0 1 1)摘要:基于环境风险“全过程管理”与“优先管理”的理念,提出了环境风险全过程评估与管理的概念框架和理论体系,涵盖了风险源识别、受体易损
2、性评估、环境风险表征、风险鹿急控制决策以及风险事故损失后评估等关键步骤并以某化上园区食业为例,以硝基苯储罐塌陷为初始事件,采用蝴蝶结方法进行风险源识别,得到硝基苯储罐泄漏事件蝴蝶结。通过G I S 空阋分析办法揭示居民对地表水水源污染易损性的字间分异,分析结果不仪为事故安全防范与应急控制提供关键节点,而且有助于在日常风险管理中增强受体抗风险能力关键词:环境风险伞过程评估;风险管理;易损性;地珲信息系统(G I S);蝴蝶结中囤分类号:X 8 2 0 A文献标识码:A文章编号:1 0 0 0-6 9 2 3(2 0 1 0)0 60 8 5 8 0 7W h o l e p r o c e s
3、se n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n ta n dm a n a g e m e n ta n di t sa p p f i c a t i o n L IF e n g-y i n 9 1 0B IJ u n p,Q uC h a n g-s h e n g,H U A N GL e i l,Y A N GJ i e“,W A NW e n b 0 1(1 S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fP o l l u t i o nC o n t r o la n dR e s o u r c e
4、 sR e u s e,S c h o o lo f t h eE n v i r o n m e n t,N a n j i n gU n i v e r s i t y,N a n j i n g2 1 0 0 9 3,C h i n a:2 S c h o o lo f E n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,N a n j i n gU n i v e r s i t yo f I n f o r m a t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,N
5、 a n j i n g2 1 0 0 4 4,C h i n a:3 S u z h o uU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,S u z h o u 2 1 5 0 1 1,C h i n a)C h i n a E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e,2 0 1 0,3 0(6):8 5 8 8 6 4A b s t r a c t:Ap r o c e d u r eo fw h o l e-p r o c e s se n v i r o n m e n t
6、a lr i s ka s s e s s m e n ta n dm a n a g e m e n t(W E R A M)w a sp r o p o s e df o ra s s e s s i n ga c c i d e n t a li n d u s t r i a lr i s k s b a s e do nt h ec o n c e p t i o n so f w h o l e p r o c e s sm a n a g e m e n t a n d“p r i o d t i z e dm a n a g e m e n t”T h ep r o c e d
7、 u r ec o n s i s t so fr i s ks o u r c ei d e n t i f i c a t i o n,v u l n e r a b i l i t ya s s e s s m e n t,r i s kc h a r a c t e r i z a t i o n,p r i o r i t i z a t i o no fe m e r g e n c yc o n t r o lm e t h o d sa n dp o s t e v a l u a t i o no fl o s s e sc a u s e db ya c c i d e n
8、 t s Ac a s es t u d yw a sc a r r i e do u ti nac h e m i c a li n d u s t r yp a r ki nC h i n a F i r s t l y,ab o w-t i eW a se s t a b l i s h e df o r“v e s s e lc o l l a p s e o fat a n kc o n t a i n i n gn i t r o b e n z e n e,i d e n t i f y i n gk e ys t o n e so fs a f e t ym a n a g e
9、 m e n ta n de m e r g e n c yr e s p o n s e S e c o n d l y,g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m(G I S)W a sa p p l i e dt or e v e a ls p a t i a lh e t e r o g e n e i t yo fr e s i d e n t s v u l n e r a b i l i t yt os u r f a c ew a t e rs o u r c ep o l l u t i o n T h er e s
10、 u l t sp r o v i d en o to n l yi n s t r u c t i o n s f o rb u i l d i n gu pr i s kt a r g e t s r e s i s t a n c e,b u ta l s od e c i s i o ns u p p o r t sf o re m e r g e n c yr e s p o n s et oa c c i d e n t sp o l l u t i n gs u r f a c ew a t e rs o u r c e K e yw o r d s:w h o l e-p r
11、o c e s se n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n t:r i s km a n a g e m e n t;v u l n e r a b i l i t y;g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m(G I S);b o w-f i e工业化进程带来高速经济发展的同时,也伴随严峻的环境风险挑战环境风险评价是识别和评价风险活动对生态系统、人类产生不利影响的过程,通过风险评估可以识别潜在风险。从而进行风险管理决策国内外研究表明,风险评价科学体系和风险管理的模式已基本形
12、成1 1。2 1 然而,新兴工业化国家的环境风险事故仍然不断发生,环境风险管理的对象、程度、关键控制节点等不明晰,导致风险管理行动缺乏针对性,风险管理方案实施效率不高风险管理的潜在“节点”可能存在于环境风险事故的任何环节因此,须对环境风险事故全过程进行管理p J 而环境风险决策和管理效率的改善,有赖于更有效的环境风险评估模式环境风险评估自发展以来,广为接受的基本框架是美国科学院提出的“危害识别一剂量一响应分析一暴露评估一风险表征”四步法随后的收稿日期:2 0 0 9-1 0-2 0基金项目:周家“8 6 3”项E l(2 0 0 7 A A 0 6 A 4 0 2,2 0 0 7 A A 0
13、6 A 4 0 5),“十一五”国家科技支撑计划(2 0 0 6 B A C 0 2 A 1 5)责任作者,教授,j b i n j u e d u 饥万方数据6 期李风英等:环境风险全过程评估与管理模式研究及应用8 5 9致癌风险评估、致畸风险评估、暴露评估、场地风险评估等健康风险评估和生态风险评估,都是在“网步法”的基础卜进行延伸和发展的1 1,4 5 这套评估程序通过科学导向性的风险分析为风险管理提供关键的科学信息,但应用到环境风险事故管理决策中,仍然缺乏决策导向性的风险分析欧盟各国在欧盟塞维索二号指令(S e v e s oI ID i r e c t i v e)的框架下联合开展了“
14、工业事故风险评估方法”(A R A M I S)项目研究,通过危害识别、安全措施评估、安全管理效率、事故情景识别、事故严重性和受体易损性评估,不仅满足了风险管理不同阶段和部门的决策需求,而且保障了更加透明和连贯的决策过程1 6 J 其缺陷在于未考虑风险事故发生时如何应对和发生后如何修复与补偿D a r b r a 等【7】基于模糊逻辑提出了工厂毒性物质事故排放风险的评估程序,该方法分为3 步:物质危害表征、土壤和地下水脆弱性界定,工厂防护措施识别,并通过案例进行了验证,但是该程序只适用于土壤和地下水污染事故,而未考虑通过空气传播的风险事故国内环境风险研究缺乏一个全过程的理念和框架,本文旨在将环
15、境风险事故整个发生、发展过程的各方面信息综合起来,为风险全过程管理提供科学支撑1环境风险全过程评估与管理模型基于K a s p e r s o n 等【8】的风险解析理论,结合前述风险研究与管理领域存在的问题,对环境风险事故潜伏、发生和发展的动态过程进行解析,揭示各阶段的因果联系和可能存在的风险控制节点,构建环境风险全过程评估与管理体系(图1)I 一事前预防+_ 一事l f l 响应叫+一事后赔偿,修复_ 叫风工业活动风除源风险冈了释放传播受体暴露后果险污染环境污染全-_ I 泄漏在大气水体吸入生态破坏过工业牛产,爆炸土壤I I 传播经济损失程储存运输摄入燃烧和扩散皮肤接触人体建康损害垂圆圆圆
16、圆圃_ 冼磊r 控制竹点全过嘴项H 燃H 鬻忖瓣薯制悃程评估图l 环境风险全过程评估与管理模型F i g 1W h o l e-p r o c e s sa s s e s 锄e n ta n dm a n a g e m e n to fe n v i r o n m e n t a lr i s k该体系从事前预防、事中响应和事后修复与赔偿3 个方面进行风险控制,以化工行业为例,事前预防是在工业布局、选址、设计阶段和口常运行过程中,通过安全规划和管理降低风险事故发生概率和潜在后果:事中响应是通过风险预警和快速处置避免风险因子在环境中的释放和扩散,并采取应急救援措施降低受体在风险场的暴露强度
17、:事后修复与赔偿是对事故造成的生态破坏和环境污染进行修复,并通过损害赔偿减轻事故不利影响环境风险全过程管理采用优先管理,即按某种优先顺序进行风险管理各阶段的风险评估筛万方数据中国环境科学3 0 卷选出的重点风险源、敏感风险受体、高风险区、优先实施的控制措施、重点损害对象和规模等风险控制关键节点,是实施环境风险“优先管理”的基石全过程风险评估的程序包括风险源识别与评估、受体易损性评价、风险表征、风险应急多目标决策以及风险事故损失后评估1 1 风险源识别与评估图2 风险源识别与评估的一般流程F i g 2G e n e r a lp r o c e d u r eo fi d e n t i 匆i
18、 n ga n da s s e s s i n gr i s kS O U r C e S风险源识别与评估的目的是识别需进行风险管理的风险物质、设备和管理节点,并评估潜在风险事故的发生概率国外研究通常仅通过物质类型及数量或工艺固有安全性来判断危险源风险水平,评价方法简单,风险源识别结果存在较大偏差【91 2 J 本文提出的风险源识别与评估程序包括风险物质识别、风险设备识别、风险源管理节点辨识、风险源管理有效性评估和可能的风险事故情景识别及概率评估(图2)在风险物质和设备识别的基础一L,进行蝴蝶结分析【6】,即采用故障树和事故树相结合的方法分析事故的前冈和后果,构建可能的事故情景,识别 形成事
19、故发生、演化的节点,也就是风险源管理的关键节点1 2 风险受体易损性评估环境风险事故情景确定之后,为明确事故影响范围内潜在受体的可能损害和反应,需进行受体易损性分析根据环境风险系统理论1 3 J,以及自然灾害领域的受体易损性研刭1 3 j,将“环境风险受体易损性”界定为“受体可能暴露于某一风险冈子的程度,以及受体对风险的应对能力的综合度量”许多学者研究了人口结构、经济水平、应急资源可获得性等社会易损性影响冈素,建立了层次分析法、专家咨询法以及G I S 空间分析方法等研究方法 1 3-1 6 J,可以为研究和表征环境风险受体易损性提供参考图3 环境风险受体易损性概念模型F i g 3C o n
20、 c e p t u a lm o d e lo fh u m a nv u l n e r a b i l i t yt oe n v i r o n m e n t a lr i s k s易损性可以从2 个层面进行剖析,一是受体系统内在的物理易损性,通过环境风险评价经典“四步法”中的剂量一响应分析与暴露评估,确定受体受到风险因子的胁迫强度,这部分易损性决定了是否需要采取风险规避措施以保护受体,例如在规划建设中受体只需避开对其造成不利效应的风险因子,风险事故发生时应重点针对暴露在风险场中的敏感受体采取应急救援措施:二是万方数据6 期李风英等:环境风险全过程评估与管理模式研究及应用8 6 1
21、由受体系统外部决定的社会易损性,反映受体对风险响应能力与应急资源的不足,是加强受体抗风险能力的关键本文结合卜述理论构建了环境风险受体易损性概念模型(图3)1 3 环境风险表征风险表征的要旨在于客观地向风险决策者及其他受众反馈已知的科学信息,包括风险因子引起不利效应的性质、关键暴露参数、相关的毒理数据、受体信息、模型与数据的变化和不确定性以及其他相关信息【1 7】结合风险源评估与受体易损性评估结果,构建基于风险概率一后果严重性的风险矩阵,以表征风险大小要有效地阐释或总结风险信息,应对关键暴露参数或剂量一响应评估的内在不确定性、模犁假设或者分析卜的缺陷以及风险评估过程存在的其他不确定性做充分的探讨
22、1 4 风险应急控制的多目标决策风险评估的目的是根据可利用的信息为风险管理者提供决策支持,制定一定社会经济条件下适宜的风险控制对策,在满足社会、经济、技术约束及最优化目标的前提下,应尽可能降低区域内的总体环境风险水平f 3】从风险管理的需求和风险特征看,亟需发展在不确定条件下进行风险控制方案分析的决策方法,建立统一的框架处理和表征风险控制成本、效果、技术可行性等不同类型的数据因此。应基于成本一有效、经济技术可行等原则,建立多目标决策模型【1 8-1 9 ,进行科学评估和决策1 5 风险事故损失后评估目前环境风险管理中经常面临事后评估法律职责不清、损失难以定量、责任认定和损失赔偿难以落实等问题1
23、 2 0-2 1】。需加强环境风险损害赔偿的立法研究,包括污染损害赔偿责任的认定,明确环境污染致财产人体健康损害的赔偿范I 司,并设立我困环境损害鉴定评估机构,建市环境污染事故损害评估体系环境风险事故损失是指环境风险事故由于破坏环境、资源和财产而对食业自身以及社会、经济和环境带来的损失对风险事故损失进行科学定量的评估,可以为环境风险损害赔偿提供科学信息支持常用的损失评估方法有机会成本法、影子工程法、改进的人力资本法、资源等价分析法等2 2】2 案例研究2 1 研究区概况某化学工业园区区位见图4 园区所涉及的原料、辅料、中间产品、产品和燃料等许多物质均属于危险性物质居民饮用水源位于园区南端一旦发
24、生环境风险事故,周边乡镇居民饮用水安全将受到严荤威胁本文选择容器塌陷为关键事件,对液体危险化学物质泄漏进行蝴蝶结分析,并针对其造成的饮用水污染进行居民易损性评估2 2 基于蝴蝶结方法的风险源识别以液体储罐塌陷作为初始事件,采用蝴蝶结分析法进行典犁环境风险事件分析(图5)液体储罐塌陷是由容器内部压力过低(低于容许压力下限)引起的,而具体原因又有3 种:温度下降、化学反应消耗气体与容器快速排空故障树的底层事件则针对上述3 种原因进一步分析,得出一系列“意外事件”;从事故演变历程看,液体储罐塌陷会形成液池,而液池可能在一定条件下着火,产生池火、毒云造成热辐射和有毒效应,甚至可能由于应急不当将消防废水
25、排入雨水管网并最终污染水体,污染物亦有可能商接通过雨水、污水管网排入自然水体,沿江储罐可能超过围堰高度直接从地面流入自然水体造成地表水污染蝴蝶结分析结果可以为环境风险源安伞管理以及事故应急控制提供有效控制节点图5 中,从横向看,各列是不同层次的节点,故障树部分从右到左,渐渐细化,直到可以操作和控制的细节,例如针对寒冷天气应采取一定的防御措施,加热器要及时维修和保障有效运行、避免吸热反应等,这些控制节点都可以阻止温度下降,从而避免事故的发生;事件树部分从左到右,则是在初始事件发生后将控制目标渐渐明确的过程,例如一旦发生容器塌陷,形成了液池,控制目标就明确为避免液池着火,同时关掉相关的雨水污水阀门
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