专利名称：一种确定区域生态风险预警的方法
技术领域：
本发明涉及一种确定区域生态风险的方法，更具体的说是一种确定区域生态风险 预警的方法。
背景技术：
近年来，葛磊工业园区尤其化工园区排出的大量富含N、P、COD等污染物的工业废 水以及HCL、苯等有毒有害气体、以及持久性有机污染物(POPS)对区域的环境有着长期、潜 在的影响。化工生产排出的污水，一般具有有害性、好氧性、酸碱性、富营养性、油覆盖性、高 温等特点；化工废气，则具有易燃易爆、有毒性、刺激性、腐蚀性、含尘等特点；化工生产过 程中的废渣对环境的污染对土壤水域和大气的影响也日益收到重视。化工生产的这些特 点，对地下水、地面水都会产生极大的影响，从而影响到人和其它生物的生活与生存。区域 各类化工安全事故时有发生，给周围居民的生命与财产安全以及生态系统造成了潜在的风 险。针对这些风险防范的热点已经从人体健康评价转入生态风险预警及评价，风险压 力因子也从单一的化学因子，扩展到多种化学因子及可能造成生态风险的事件，风险受体 也从人体，发展到种群、群落、生态系统、流域景观水平。生态风险(EcologicalRisk)是指 一个种群、生态系统或整个景观的正常功能受外界胁迫，从而在目前和将来减少该系统内 部某些要素或其本身的健康、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值的可能性。而区域生 态风险评价是在区域尺度上描述和评价环境污染、人为活动或自然灾害对区域内的生态系 统结构和功能等产生不利作用的可能性和危害程度，涉及的风险源可能是自然或人为灾 害，也可能是其他社会、经济、政治、文化等因素，具有多风险源、多受体险源、时空尺度大、 空间异质性等特点。区域生态风险预警的目的在于为区域建立生态风险预警机制，实现有 效生态风险管理提供理论和技术支持。随着风险评价尺度的扩大，传统的概念模型已经不能满足区域水平的涉及多风险 源、多压力因子、多风险影响的预警及评价要求，需要综合考虑各类因素。区域生态风险预 警就是对人类活动导致的区域生态风险即生态系统和环境质量负向演替、退化、恶化的及 时报警，以便及时采取措施，促使区域生态环境变负向演替为正向演替。预警按照可以分为 渐变型和突变型。生态风险评价是生态风险预警的基础，生态风险预警是生态风险管理的 重要组成部分。我国生态风险评价及预警尚处于起步阶段，研究主要集中在对水环境和自然灾害 生态风险评价、重金属沉积物的生态风险评价、农田系统与转基因作物、生物安全以及项目 工程的生态风险评价及对突发污染事故水质或大气质量的预警。近年来，也开始对区域生 态风险及预警进行研究。付在毅等以江河三角洲湿地为研究范围进行了区域生态风险评 价理论和方法的探讨，进行了分级评价并提出度量生态环境重要性和脆弱性的指标，运用 遥感资料和地理信息系统(GIS)技术，完成了区域生态风险综合评价。肖杨等从景观尺度 研究了人类活动和自然胁迫造成的生态风险，构建了景观生态风险指数，并以山西省平遥
3县作为研究案例，得出了该县景观生态风险的空间分布特征。卢宏玮等以洞庭湖地区的东、 南、西三部分作为研究区域，将工业污染、农业污染及血防污染作为其污染类风险源，引入 毒性污染指数与自然灾害指数和系统本身的生态指数，完成了对洞庭湖流域的区域生态风 险评价。孙心亮等通过研究城市生态风险的内涵与动因，建立了生态风险评价的数学模型， 并利用该模型从不同角度计算出河西走廊7个城市的生态环境风险强度，在此基础上分析 了河西城市化过程中生态风险变化的规律性。王瑞玲等在剖析土壤污染物来源的基础上， 根据研究地区的特殊性，构建了包括评价模型、预测模型、预警模型的农田生态环境质量预 警体系，并运用对郑州市郊区农田进行了动态预警实证研究。刘邵权等论述了农村聚落生 态环境预警的概念，提出农村聚落生态环境预警评价指标体系和指标分级，并选择三峡库 区中低山石灰岩山地典型聚落作实例研究，对该聚落自然演替状态和必要调控状态的生态 环境质量及演化趋势进行预测和预警分析。喻光明等在土地整理风险识别的基础建立土地 整理生态风险识别指标体系，采用层次分析法计算出各指标在评价体系中的权重并建构综 合生态风险评价指数。总体而言，目前的生态风险评价及预警研究主要集中于自然灾害、化学物质或基 因工程的生态风险等，而区域生态风险中长期预警是被忽略的重要领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种确定区域生态风险预警的方法，借鉴区域生 态风险的实际发生中存在的问题，综合运用GIS等技术手段，考虑风险源、受体敏感性等特 点，确定区域生态风险的预警程度，为环境风险防范提供支持。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种确定区域生态风险预警的方法，其包括以下步骤a)确定区域生态风险综合指数根据区域环境环境状态指数、化工风险压力指 数、生态风险管理指数指标评价标准确定的指标及指标分值对各评价单元进行赋值，接着 将矢量格式转换为栅格格式，研究区域进行GIS网格采样分析，得到各采样网格对应分指 标的数值，并运用空间插值得到各指标的空间插值栅格图；同时对各具体指标数据进行无 量纲化处理，利用所建立的评价指标体系，针对不同指标选择适当的评价方法，计算得出各 评价单元的生态风险值，根据确定的各层指标权重值，各级指标均采用AHP加权评价模型计算区域生态风 险综合指数。R{t) = YjQMt)(1)
k=l其中R(t)为t时刻评价单元区域生态风险综合指数值，Qk为K指标权重，Ak(t) 为t时刻指标值；b)根据区域生态风险综合指数，进行区域环境风险状态预警不良状态预警，对区域环境恶化状态做出预警，R(t) < P (2)式中，P为预警临界值；c)区域环境风险趋势预警区域环境风险恶化速度预警是对已处于恶化的环境
4做出预警，可进一步分为缓慢恶化预警和迅速恶化预警，其计算公式为负向演化预警R(t2) > P, R(t2) > R(tl)，t2 > tl (3)区域生态系统趋势为向负向演化，环境风险增大；恶化速度预警缓慢恶化预警，区域生态系统虽未达到恶化程度，但在不采取措施的情况下，会开 始向恶化方向变化的环境状况做出预警；式中ΔΡ恶化速度预警临界值， 迅速恶化预警，对从比较好或不坏的状态向恶化方向发展，且恶化趋势迅猛，有可 能在短时间内达到恶化程度的环境做出预警， 所述步骤a)中区域生态风险综合指数(R)指标体系分为三级，第一级指标为区 域环境环境状态指数、化工风险压力指数、生态风险管理指数，第二级指标为各子系统评价 要素，第三级指标为具体指标，分属不同的二级指标，采用AHP以及Delphi法相结合确定权 重，具体评价指标见下表表1区域生态风险综合指数(R)指标体系
5 有益效果本发明提供了一种确定区域生态风险预警的方法，在对研究区域环境 要素进行遥感调查的基础上，结合区域工业发展胁迫的特点，考虑风险源、受体敏感性等特 点，运用系统动力学、景观生态学以及GIS分析、ΑΗΡ、Delphi等理论和方法，构建区域生态 风险评价指标体系，确定如何采用区域生态风险预警。本发明将为区域生态风险管理提供 科学的依据和支持。
具体实施例方式连云港化工行业在最近几年发展迅速。区域化工园区集中，截至2008年底，连云 港省级以上化学工业园区近10个。这些园区集中处理设施应急系统建设工作还刚刚起步， 技术、人才、资金都比较缺乏。园区排出的大量富含N、P、C0D等污染物的工业废水以及HCL、 苯等有毒有害气体、以及持久性有机污染物(POPS)对区域的环境有着长期、潜在的影响。 化工生产排出的污水，一般具有有害性、好氧性、酸碱性、富营养性、油覆盖性、高温等特点； 化工废气，则具有易燃易爆、有毒性、刺激性、腐蚀性、含尘等特点；化工生产过程中的废渣对环境的污染对土壤水域和大气的影响也日益收到重视。化工生产的这些特点，对地下水、 地面水都会产生极大的影响，从而影响到人和其它生物的生活与生存。近年来，区域化工安全事故时有发生，给周围居民的生命与财产安全以及生态系 统造成了潜在的风险。据不完全统计，从2006年-2009年连云港市域共发生5起化工污染 事故。本次风险评价风险源主要考虑连云港以化工为主的园区，同时考虑了相邻地区化工 园区的对研究区域的生态风险影响。1.区域风险受体分析本发明的风险受体是区域环境以及生态系统。连云港属陆海交互地带，环境较为 脆弱，生态系统易快速退化。随着沿海地区经济的迅速发展，N、P等大量的陆域污染物进入 海岸湿地水域，海滨湿地水质逐年恶化。目前，区域河流均已受到不同程度的污染 ’近海海 域环境质量呈下降趋势，部分海域水质污染已经相当严重；部分城镇环境空气质量超标严 重；沿海自然生态功能正在遭到破坏，围垦、酸沉降等原因造成沿海部分滩涂湿地的生态功 能明显下降。连云港共有包括云台山风景名胜区、临洪河重要湿地、大伊山风景名胜区等重要 生态功能区32个。从区域来看，苏北滩涂湿地是我国沿海生物多样性保护的三大关键地区 之一，是东北亚到澳大利亚候鸟迁徙大通道的主要停栖地和重要越冬地，具有重要的国际 地位。同属沿海区域、与连云港毗邻的盐城市有珍禽国家级自然保护区和大丰麋鹿2个国 家级自然保护区。区域环境敏感为区域内的开发活动提出了较高的自然生态保护要求。区域化工风险响应能力分析为规避化工污染、爆炸等事故风险，连云港市近年来采取了积一系列应对措施，主 要包括颁发危险化学品生产企业安全生产许可证、对危险化学品生产企业进行等级分类 (分成红色、橙色和蓝色)和强化监管等级、年度进行危险化学品生产企业安全专项整治方 案等。生态风险应急能力在不断提高。但由于基础设施尚不完善，同时缺乏资金投入和制度建设，沿海地区在应急反应 能力建设上还很不完善。缺乏完备的应急反应体系，缺乏风险源数据库，缺乏可行的预案， 缺乏应急现场的监测能力，无法面对复杂的环境灾难。2区域生态风险综合预警方法2. 1区域生态风险综合评价(1)指标选取及权重确定根据科学性、可操作性、动态性与静态性相结合原、定性与定量相结合以及因地制 宜的原则，根据江苏沿海自然环境特点、主要生态风险问题和人口社会经济状况，选取代表 性强、表征明显、简明且易于统计量化的要素和因子，在传统数学模式的基础上，借鉴P-S-R 概念模型，引入区域化工风险压力、化工园区风险度、区域环境敏感指数等指数，建立基于 化工胁迫的江苏沿海区域生态风险指标体系(见表1)。区域生态风险综合指数(R)指标体系分为三级，第一级指标为区域环境环境状 态指数、化工风险压力指数、生态风险管理指数，第二级指标为各子系统评价要素，第三级 指标为具体指标，分属不同的二级指标。采用AHP以及Delphi法相结合确定权重。评价指 标体系如表1所示。(2)指标值确定及评价方法
7
指标评价标准根据国际、国家标准，参考专家、学者的研究成果。对缺乏相应标准 的指标进行评价时，可采用历史数据作为依据进行比较分析。指标分值对各评价单元进行赋值，接着将矢量格式转换为栅格格式。利用 Acrgis9. 0对研究区域进行GIS网格采样分析，得到各采样网格对应分指标的数值，并运用 空间插值得到各指标的空间插值栅格图。同时对各三级指标数据进行无量纲化处理。利用所建立的评价指标体系，针对不 同指标选择适当的评价方法，计算得出各评价单元的生态风险值。根据确定的各层指标权重值，各级指标均采用AHP加权评价模型计算区域生态风 险综合指数。R{t) = YjQkAit)(1)
k=\其中R(t)为t时刻评价单元区域生态风险综合指数值。Qk为K指标权重，Ak(t) 为t时刻指标值。2. 2风险预警方法根据区域生态风险评价结果，可进行生态风险状态以及趋势预警。确定预警具体 方法如下(1)区域环境风险状态预警不良状态预警，对区域环境恶化状态做出预警。R(t) < P (2)式中，P为预警临界值。(2)区域环境风险趋势预警区域环境风险恶化速度预警是对已处于恶化的环境做出预警，可进一步分为缓慢 恶化预警和迅速恶化预警。其计算公式为a负向演化预警R(t2) > P, R(t2) > R(tl)，t2 > tl (3)区域生态系统趋势为向负向演化，环境风险增大。b恶化速度预警缓慢恶化预警，区域生态系统虽未达到恶化程度，但在不采取措施的情况下，会开 始向恶化方向变化的环境状况做出预警；式中ΔΡ恶化速度预警临界值。R(t2) > R(tl)
邓2)-邓1)(/2-/1)‘
(4)迅速恶化预警，对从比较好或不坏的状态向恶化方向发展，且恶化趋势迅猛，有可 能在短时间内达到恶化程度的环境做出预警。R(t2) > R(tl)⑴3案例分析_连云港化工风险预警研究及建议3. 1连云港化工风险预警研究
(1)评价单元确定考虑到数据可得性，以镇为单位，将整个区域划分为大小不同的63个风险小 区.(注缺连云港市的东海县、赣榆县和盐城市的阜宁县、建湖县、盐都区部分区域数据， 下同)。则每个风险小区在生态风险源方面具有区内同质性和区间异质性.(2)现状评价结果以镇为评价单位，根据构建的评价指标体系，每个评价单元得出一个区域生态风 险综合值，作为评价单元中心点的生态风险水平。(2)结果分析从化工风险压力指数来看，化工园区分布集中的赣榆县江苏赣榆经济开发区、赣 榆海洋经济开发区所在区域、连云港市区北部大浦化工区及江苏连云港高新技术产业园所 在区域、以及灌河入海口附近连云港化学工业园区、双港化工园区、陈家港化工园区等化工 园区集中区域化工风险压力较大。化工园区累积风险影响较大。从化工风险受体状态来说，连云港云台山自然保护区以及花果山地质公园一带敏 感性最高，从环境应急管理能力来看，连云港市区北部以及灌河口一带较弱，综合考虑区域 化工风险压力、区域敏感性以及环境应急管理能力来看，赣榆县的东南部区域、连云港市区 北部及东北部区域以及灌河口附近区域化工生态风险较高，需要重点关注。(3)连云港风险状态预警根据指标体系内容结合评价结果，确定区域生态风险状态预警分级如表2所示。表2区域生态风险状态预警分级
指标变量无警轻警Φ警重警巨警区域生态风险综合指数RERI
本发明的确定区域生态风险预警的方法，不仅限于具体实施例选取的城市。
1权利要求
一种确定区域生态风险预警的方法，其包括以下步骤a)确定区域生态风险综合指数根据区域环境环境状态指数、化工风险压力指数、生态风险管理指数指标评价标准确定的指标及指标分值对各评价单元进行赋值，接着将矢量格式转换为栅格格式，研究区域进行GIS网格采样分析，得到各采样网格对应分指标的数值，并运用空间插值得到各指标的空间插值栅格图；同时对各具体指标数据进行无量纲化处理，利用所建立的评价指标体系，计算得出各评价单元的生态风险值，根据确定的各层指标权重值，各级指标均采用AHP加权评价模型计算区域生态风险综合指数； <mrow><mi>R</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>3</mn></munderover><msub> <mi>Q</mi> <mi>k</mi></msub><msub> <mi>A</mi> <mi>k</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中R(t)为t时刻评价单元区域生态风险综合指数值，Qk为K指标权重，Ak(t)为t时刻指标值；b)根据区域生态风险综合指数，进行区域环境风险状态预警不良状态预警，对区域环境恶化状态做出预警，R(t)＜P(2)式中，P为预警临界值；c)区域环境风险趋势预警区域环境风险恶化速度预警是对已处于恶化的环境做出预警，可进一步分为缓慢恶化预警和迅速恶化预警，其计算公式为负向演化预警R(t2)＞P，R(t2)＞R(t1)，t2＞t1(3)区域生态系统趋势为向负向演化，环境风险增大；恶化速度预警缓慢恶化预警，区域生态系统虽未达到恶化程度，但在不采取措施的情况下，会开始向恶化方向变化的环境状况做出预警；式中ΔP恶化速度预警临界值，R(t2)＞R(t1) <mrow><mfrac> <mrow><mi>R</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>R</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>t</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></mfrac><mo><</mo><mi>ΔP</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mn>2</mn><mo>></mo><mi>t</mi><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>迅速恶化预警，对从比较好或不坏的状态向恶化方向发展，且恶化趋势迅猛，有可能在短时间内达到恶化程度的环境做出预警，R(t2)＞R(t1) <mrow><mfrac> <mrow><mi>R</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>R</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>t</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></mfrac><mo>≥</mo><mi>ΔP</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mn>2</mn><mo>></mo><mi>t</mi><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>.</mo> </mrow>
2.根据权利要求1所述的一种确定区域生态风险预警的方法，其特征在于所述步骤a) 中区域生态风险综合指数指标体系分为三级，第一级指标为区域环境环境状态指数、化工 风险压力指数、生态风险管理指数，第二级指标为各子系统评价要素，第三级指标为具体指 标，分属不同的二级指标，采用AHP以及Delphi法相结合确定权重。
全文摘要
本发明提供了一种确定区域生态风险预警的方法，属于生态风险防范领域。其步骤为确定区域生态风险综合指数；根据区域生态风险综合指数，进行区域环境风险状态预警；确定不良状态预警和区域环境风险趋势预警，进一步确定为缓慢恶化预警和迅速恶化预警。本发明在对研究区域环境要素进行遥感调查的基础上，结合区域工业发展胁迫的特点，考虑风险源、受体敏感性等特点，运用系统动力学、景观生态学以及GIS分析、AHP、Delphi等理论和方法，构建区域生态风险评价指标体系，确定如何采用区域生态风险预警。本发明将为区域生态风险管理提供科学的依据和支持。
文档编号G06Q10/00GK101882274SQ20101023156
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者凌虹, 夏晶, 尹荣尧, 朱晓东, 李扬帆 申请人:南京大学