水污染环境风险分区综合评价与信息化管理系统研究

摘要

随着中国经济的快速发展，化工企业的数量迅速增加，对周边水环境安全造成了严重威胁。在中国经济步入新常态的形式下，风险内涵和外延的变化，使得水环境风险成为一项越来越复杂的管理命题。以前静态的、以行政区划为整体单元以及只重视源主体评价管控的风险管理模式已经不能满足当代的风险管理的新形势。于是，提出符合当代高复杂管理命题的风险管理模式，是目前风险管理者迫切需要的。信息化高度发展的今天，信息多维模型建模与信息化协同技术是支撑社会上高复杂度问题处理的有效技术手段。信息化技术超强的计算力、深度的数据挖掘力和敏捷的网络在线传输力，使得水环境风险实现实时的、动态的、精细化的管理成为可能。
　　面对水污染事故风险管理，本文根据风险的动态精细化管理模式提出相对应的风险评价体系，依托信息技术建立与之相匹配的信息系统平台，从而完成一种普适性的水污染事故环境风险评价方法构建和信息化管理系统的搭建的新方法。
　　本文根据当代风险评价与管理的需求提出了SARM分区时空管理模式：主体上，将管理对象细化为S（风险源）、A（区域）、R（直接受体-河流）三大主体；时间上实现风险源动态管理，避免了传统的静态评价缺乏时间继承性的弊端；空间上实现分区管制，避免了传统风险评价以行政单位为总体评价单元由于地物空间分布不均所造成的评价精度不高的弊端。
　　依据SARM分区时空管理模式，分别建立与对象S、A、R相对应的H（事故危险性）、V（环境脆弱性）、E（受体暴露性）三套指数评价指标体系，并分别进行三类指数评价，并且将E指数分为动态和峰值两套计算模型分别参与下一步的风险动态分区评价和风险峰值分区评价。采用多变量统计结合GIS技术对H、V、E指数进行分析评价。利用多变量统计方法中的自组织映射（SOM）对S、A、R三类主体的评价样本点进行聚类分析。最后采用哈斯图技术（HDT）对各项聚类进行偏序排序划分等级，分别得出H、V、E三项指数值，并根据结果分析出相应主体S、A、R的风险主导因素。在空间上引入距离权重，在时间上引入时间轴，对风险指数模型进行了相应的改进，构建了风险动态分区评价模型、风险峰值分区评价模型和区域风险综合评价模型。既得出了每个风险源在不同时间的风险变化趋势，还得到了风险源在全河段的最高强度级别。
　　根据SARM分区时空管理模式及HVE评价体系方法，建立一套完整的基于云计算、大数据、物联网和GIS集成技术的水污染事故环境风险管理信息平台SARMIS。通过云计算三层架构，可以完成风险源管理所需计算物理资源的整合。完整设计基于云计算三层架构的系统架构，明确SARM管理模式的核心评价模型的集成模式、技术和方法。通过对SARMIS总体设计、业务流程设计、界面设计和核心程序模型设计等工作，最低成本的满足SARM管理模式的需要，逐步设置和完成管理模式所需的各项功能。使整套管理模式具有完整的信息化平台作为支撑，实现风险评价与管理的动态化与精细化。
　　选取哈尔滨市作为SARMIS应用研究对象，验证了SARMIS的实用性和可行性。通过SARMIS平台得出了哈尔滨市H、V、E指数评价结果，以及进行综合评价分析形成了动态分区、峰值分区等级和区域总风险等级成果。根据结果得出以下结论：高危险性风险源包括ZM煤化工的多元酚和甲醇罐1、LX石化的苯酚和两个苯罐、YM集团的甲醇、SL药业的乙醇以及HE化工的液氯。低危险性风险源为DJ厂的甲苯和HY集团的丙酮；哈尔滨环境高脆弱地区为西部尤其是哈尔滨市区以及东北部，中部为低脆弱区；LX石化的苯酚和两个苯罐在整个哈尔滨市处于最高预测暴露等级且高等级影响范围最广，暴露等级最低的为DJ厂的甲苯，ZM煤化工所含的4个风险源在哈尔滨市影响范围较小但暴露预测强度较高；ZM煤化工的多元酚和甲醇罐1、LX石化的苯酚和两个苯罐对影响区域范围产生的风险值最高且Ⅰ级分区面积最大，DJ厂的甲苯产生的风险值最低且分区等级最高的仅为Ⅳ级；LX石化所含的5个风险源对哈尔滨市产生的风险总值处于最高等级，ZM煤化工所含的4个风险源由于受到坐落位置的因素限制风险强度较高但区域风险总值较低，DJ厂的甲苯处于等级也较低，其他风险源风险总值处于中上等。最后根据评价结果，提出降低风险源事故发生危险性，提高区域环境污染容灾能力等管理对策建议。
　　因此，SARMIS系统平台可以形成对SARM管理模式完全支撑。不仅可以对未来水污染事故风险源管理提供新的管理理论，也可以为环境管理行政部门提供新的信息技术管理手段和平台载体。形成水环境安全可靠保障，对新常态下区域经济发展，环境改善具有现实意义和实用价值。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 环境风险评价与管理研究综述

1.3研究内容方法及技术路线

第2章 水污染环境风险管理模式研究

2.1引言

2.2风险管理模式提出的理论依据

2.3水污染环境风险系统框架构建

2.4 SARM分区时空管理模式提出

2.5本章小结

第3章 水污染环境风险评价方法构建

3.1引言

3.2水污染环境风险评价指标体系

3.3 HVE评价样本点识别

3.4 HVE指标参数分析

3.5 HVE指数评价

3.6水污染环境风险综合评价

3.7本章小结

第4章 风险信息化管理系统的设计与开发

4.1引言

4.2设计原则

4.3需求分析

4.4总体架构

4.5数据库架构设计

4.6核心功能程序模型设计

4.7模型集成

4.8测试评价

4.9本章小结

第5章 SARMIS在松花江流域哈尔滨段应用研究

5.1引言

5.2研究实例区域概况

5.3风险源事故危险性(H)指数分析

5.4区域环境脆弱性(V)指数分析

5.5流域受体暴露性(E)指数分析

5.6区域环境风险值综合评价

5.7区域环境风险管理措施

5.8本章小结

结论

研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历