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流域是一种重要的生态经济系统。流域管理是指为了充分发挥流域内土地、水域、草原、森林、动物等自然资源的生态、经济和社会效益而以流域为单元,通过全面规划,合理安排各产业用地并因地制宜地布设综合治理措施,对水土及其他自然资源进行保护、改良与合理利用的管理模式。随着经济开发活动的加强和城市化进程的加快,流域在给人类提供丰富的直接和间接服务功能的同时,自身却遭受着来自自然和人为各个方面的破坏,面临严峻的突发性和非突发性生态风险问题。在流域管理中引入环境风险评价,重点关注流域中人类开发行为可能产生的不利生态效应,并评定其危害的大小及范围,对流域开发利用过程中规避生态风险、构建生态友好型的流域管理模式具有重要的理论意义和现实意义。
针对目前国内以建设项目为对象,以单一有毒有害或易燃易爆物质的突发性事故为重点的环境风险评价无法满足流域尺度环境保护与风险控制需求的情况,本文基于流域水环境的特性,综合考虑流域内多风险源与胁迫因子、多生境与评价终点之间的交互作用的实际情况,以美国1998年《生态风险评价指南》为依托,提出以改进后的相对风险评价模型进行流域尺度的水环境风险评价,并以目前大宁河流域巫溪境内的人类开发行为为对象进行案例研究,同时探讨了不确定条件下流域水生态风险管理方案的最优化选择问题。具体研究内容包括:
(1)丰富并完善了生态风险的评价理论与评价方法。对环境风险评价理论中多个重要或有争议问题进行了分析和阐述,详细分析了多个术语的用法变化,并通过对证据链和证据力分析方法的比较,指出在美国1998年《生态风险评价指南》放弃证据力分析而片面强调证据链作用的做法的不可取,并指明语言型多属性决策方法或模糊评判法等技术手段可以解决证据力分析中定性语言判据的比选问题。
(2)建立并完善了流域水环境风险评价程序及其内容。基本步骤被概括为:计划编制阶段、问题描述阶段、风险分析阶段、风险表征阶段、风险交流与决策等5个部分,而不确定性分析环节伴随着从问题描述到风险表征的各个阶段。
研究认为,在计划编制阶段,科学家、管理部门和利益相关方不仅需要讨论和确定评价的重点、范围和评价的深度,甚至必须首先确定风险评价是不是解决他们所关心的流域管理问题的最佳工具,因为运用任何一种相对可靠的科学方法都需要付出相应的代价。问题描述是经典风险评价的第一阶段。与一般风险评价在问题描述中仅简单说明研究区域的自然和社会环境概况不同,本研究认为,问题描述阶段及要完成对暴露和生态效应的初步解释,对已经掌握的科学资料和需要获取的科学资料的说明,同时也要完成关键因素的选择,评价的范围和目标的确定。研究认为,这个阶段的成果应该包含以下五项:风险假设、终点选择、测度的确定、概念模型和一个风险分析计划。风险分析阶段包括两个主要环节,即暴露分析和生态效应分析。前者研究某胁迫因子与一个或多个有价值的生态实体(受体)之间的接触、共存等关系；后者评估在特定的环境条件下因暴露于胁迫因子而给受体带来的负面效应的性质、范围和程度。本文从定性分析(如专家判断法)和定量分析(如层次分析,科学证据权重分析)综合运用的角度出发对这种不完备信息下复杂系统复合风险评价的暴露／响应关系的科学表征进行了方法学上的探索。风险表征包括两个主要环节:风险评估和风险表达。研究提出在风险评估中借助GIS技术,以数学模型和可视化技术来对暴露风险值与危害风险值的关系进行统计分析和归纳。在风险表达中,研究强调对生态显著性的解释。在风险交流中,研究认为,评价者必须帮助决策者和利益相关方完整地理解评价的前提、结论和评价的局限性。决策者尤其应当理解评价报告的局限性,因为决策者必须知道自己根据风险评价的结论采取管理行动时,将承担多大的决策风险。本研究认为,完整意义上的流域环境风险评价研究应包括如何对保护对象面临的风险进行分析、预测及表征的理论、技术与方法学研究,也包括在管理流域的过程中,面对流域这样一个具有众多不确定性因素的复杂巨系统时,根据前期评估的结论,管理者如何制定、比较和选择管理方案,即基于不确定性信息进行风险决策的技术和方法学的探索。
(3)在充分分析相对风险评价模型的初始假设、基本步骤、优缺点和成功案例的基础上,针对该模型的假设与设计缺陷,本研究以降低模型各类不确定性,提高模型分析、预测的精度,增强模型分析预测的稳定性作为该风险评价方法改进的基本思路,从风险评价的方法学入手,对相对风险评价模型自身进行改进从而尝试获得对关注的区域或流域一种更加真实的认识。为此,论文从改进暴露系数、响应系数赋值和降低在风险源和生境等级划分方面的不确定性两个方面提出解决方案。前者强调更科学地描述胁迫因子与受体之间的内在联系,从而修正最后的风险大小；而后者则通过强调风险源的潜在危害和管理者对不同生境的重视程度,从而影响不同子流域之间的最终风险等级的判定。
在风险源和生境等级划分上,研究提出从等级数量、风险源等级评判指标集选取原则与标准等方面改进传统RRA模型,在国内学者提出用比值法代替分段赋值法,使原来离散的密集度等级值变为连续的分值的改进思路上,提出用模糊隶属度处理风险组分等级划分中的临界点取值归类问题。
在暴露筛分系数、响应筛分系数的改进上,研究针对传统RRA模型中系数种类不完整、赋值区间不完整、取值标准不科学等问题,提出扩大筛分系数的分类,丰富其取值区间,补充其赋值标准等改进措施,并提出了证据力分析的判据和对各判据数据处理的加权综合评判方法。
(4)案例研究中,以维持河流水生生态系统和河岸带湿地生态系统结构和功能稳定,控制特定自然与地质灾害,确保流域内经济开发过程中的人类活动对水生生态系统的危害降到最低为流域环境风险管理目标,应用RRM模型开展了大宁河流域巫溪段水环境风险评价,选择水质恶化、水量不稳和水生态系统受损作为评价的生态终点,构建了大宁河流域水环境风险源-胁迫因子-生境-终点的暴露和响应路径的概念模型,针对不同胁迫因子、风险源类型、不同生境、终点、不同风险小区计算出潜在的风险值。实证研究表明:研究区内低风险区2个,中等风险区1个,高风险区2个。其中,R4位于大宁河巫溪段流域下游,接纳上游来的大量污染,并且城市和工矿业密集,潜在风险最高。R1位于大宁河流域上游,潜在风险最低,因为该地区人口较少、工矿业不发达,主要风险源为农牧业面源污染和水电站工程对水生生态系统的干扰与破坏。虽然目前该子区域在整个研究区域内相对风险值最低,但随着城市化进程和水电站工程的建设进度加快,潜在风险将有扩大的趋势,评价结果与实地调研和实测数据结论吻合较好。
(5)针对目前包括RRA、多指标综合评价模型、单一危险化学品暴露-响应关系分析等方法在内的流域环境风险评价中不重视风险管理方案设计,忽视风险决策方案的比选的研究现状,本文认为,尽管任何一种管理方案都不可能降低某评价终点遭受的所有风险,但研究多方案比选,从而从整体上降低研究区域或研究区域中某子区域内的相对风险仍然具有很大的理论意义和实践价值。本研究在经典多属性决策基本原理的基础上,基于改进后的BORDA计分法,以模糊理想解的相对贴近度为评判依据,设计了一种模糊多属性群决策分析模块,融入传统RRA模型当中,满足对不同的风险决策方案进行比选的管理需求。