（环境工程专业论文）城市水源地生态风险评价及水质安全管理——以红枫湖为例.pdf

贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 摘要 近几年，随着经济的持续发展，城市建设规模迅速扩张，城市入口急剧增加， 生活用水和工业用水的消耗迅速增长，城市供水遇到前所未有的压力，而保护城 市水源地的工作相对滞后。 本论文以贵阳市的主要水源地一红枫湖为研究对象，应用环境学和生态学原 理，参考美国国家环保局提出的生态风险评价导则和评价方法，对红枫湖进行了 系统的生态风险评价，得出以下结果。 通过风险源分析，确定了红枫湖区域内的主要生态风险源为：旅游业、点源 污染源、面源污染、网箱养鱼、湖泊沉积物、干旱、取水量的影响、突发性水质 恶化事件、外来生物、酸沉降、石漠化等。 根据红枫湖的水功能特点，确定了以红枫湖的水质变化为生态风险评价的评 价终点；通过对红枫湖近几年来的监测数据分析，结果显示：红枫湖一级保护区 监测垂线的达标率仅为5 ，准保护区的达标情况为7 ，水质超标现象严重。 综合红枫湖的主要风险源分析、暴露、危害分析，构建了红枫湖生态风险评 价的概念模型和评价指标体系；采用层次分析法确立了各种风险因子的权重，其 中红枫湖区域内磷污染的权重最大。 采用基于因子权重的相对风险评价方法，对红枫湖进行风险评价，结果显示， 红枫湖南湖的生态风险值为2 5 0 7 0 ，中湖为2 7 2 2 4 ，北湖为2 4 5 5 4 ，其中贵阳 市水源地一级保护区后午的生态风险值最大，为3 0 6 3 4 ，生态最脆弱。 应用流域和风险管理的方法对红枫湖水质安全管理模式进行分析，提出了对 红枫湖的微污染水源进行前处理的方案，对可能出现的水污染事件进行了紧急预 案探讨，并讨论了城市后备水源地方案，以便对贵阳市进行紧急供水。 关键词：生态风险评价；水源地；红枫湖：水质安全；风险管理 图书分类号：x 8 2 0 4 l v 贵州大学硕士学位论文 城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 a b s t r a c t n o w a d a y s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n du r b a n i z a t i o n ，t h ep o p u l a t i o n a n dc o n s u m p t i o no fw a t e rh a sb e e n i n c r e a s i n gr a p i d l y ，a n dt h ep r e s s u r eo ft h e m u n i c i p a lw a t e rs u p p l yh a sb e e ni n c r e a s e do b v i o u s l y , b u tt h ep r o t e c t i o no ft h e t h e w a t e rs u p p l yh a sl a g g e dr e l a t i v e l y a p p l y i n gt h ep r i n c i p l eo ft h ee n v i r o n m e n t o l o g ya n de c o l o g y ，a n dr e f e r i n gt h e g u i d a n c ef o rc o n d u c t i n ge c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t s ，t h i s p a p e re s t i m a t e s t h e e c o l o g i c a lr i s ko ft h eh o n gf e n gl a k e ，w h i c hi st h ew a t e rs o u r c eo ft h eg u i y a n g t h e r ea l es o m ei m p o r t a n tc o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： a c c o r d i n gt h es y s t e m sa n a l y s i so ft h el a k e ，t h ei m p o r t a n c es o u r c e so fr e g j i o n a l e c o l o g i c a l r i s ka r e c o n g i r m e d ，s u c ha st o u r i s m ，p o i n tp o l l u t i o n d ，n o n p o i n t p o l l u t i o n ，s e d i m e n tp o l l u t i o n ，a c i dr a i n ，d r o u g h ta n ds oo n a c c o r d i n gt h ef u n c t i o no ft h eh o n gf e n gl a k e ，t h ea s s e s s m e n te n d p o i n ti st h e w a t e rq u a l i t y a c c o r d i n gt h e a n a l y s i so ft h em o n i t o rd a t aa b o u tt h el a k e ，w ec a l l c o n c l u d et h a tt h ep e r c e n to fp a s si nt h ef i r s t g r a d ep r o t e c t i o ni so n l yf i v ep e r c e n t ，a n d o n l ys e v e np e r c e n ti nt h es e c o n d - g r a d ep r o t e c t i o n i n t e g r a t i n gt h ed e s c r i p t i o no ft h ee c o l o g i c a lr i s ks o u r c e sa n ds t r e s s o r - r e s p o n s e a n a l y s i s ，t h ec o n c e p t u a lm o d e li sm a d e d a p p l y i n gt h em e a s u r eo fa h p ，w e i g h t c o e f f i c i e n to fe c o l o g i c a lr i s ki sf i x e d ，a n dt h eh i g hw e i g h tc o e f f i c i e n ti st h ep c o n t a m i n a t i o n o p t i m i z i n gt h em o d e la n da p p r o a c ho ft h ee c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t ，t h ea r t i c l e e v a l u a t e st h ee c o l o g i c a lr i s ko ft h eh o n gf e n gl a k es y s t e m a t i c a l l y , a n dc o n c l u d e s t h a t ：t h ev a l u eo fr i s ki nt h es o u t hl a k ei s2 5 0 7 0 ，2 7 2 2 4i nt h em i d d l el a k e ，2 4 5 5 4i n t h en o r t hl a k e ；t h ee c o l o g i c a lr i s kv a l u ei nh o u w ui nf i n g r a d ep r o t e c t i o no fl a k ei s 3 0 6 3 4 t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti sf r a n g i b l e f i n a l l y ，a p p l y i n gm e a n s u ro ft h er e g i o na n dr i s km a n a g e m e n t ，t h em a n a g e m e n t m o d eo ft h ew a t e rq u a l i t ys e c u r i t yi sa n a l y z e d ；t h ep r o j e c to fd e a l i n gw i t ht h ep o l l u t e d w a t e rs o u r c eo ft h eh o n gf e n gl a k ei sp u t t e df o r w a r d t h ep l a no fe m e r g e n c yf o rt h e p o l l u t i o ne v e n t si sd i s c u s s e d a tl a s tt h es e c o n gw a t es o u r c ei sd i s c u s s e df o rt h e u r g e n tw a t e rs u p p l yi ng u i y a n g k e yw o r d s ：e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n ；w a t e rs o u r c e ；h o n gf e n gl a k e ；s a f eo fw a t e r q u a l i t y ；r i s km a n a g e m e n t v i 塑盔兰堡圭堂堡垒奎 堡立奎塑垫皇查垦堕塑竺垦奎垦窒全篁! 呈= 坠塾垫塑垄堡 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文弄i 口汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作糊：桦狮始辑椭 、，ji 第6 2 页共6 2 页 贵州大学顾士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 第一章+ 绪论 1 1 选题依据和研究意义 随着经济的持续发展，城市建设规模迅速扩张，城市人1 ：3 急剧增加，生活用 水和工业用水的消耗迅速增长，城市供水遇到前所未有的压力，而保护城市水源 地的工作相对滞后，近几年来发生了一系列的水源地污染事件，造成了严重的经 济问题和社会问题。 2 0 0 5 年吉林化工厂发生爆炸，造成哈尔滨市的水源松花江受到严重污染，哈 尔滨市停水数周，引起极其严重的经济影响和社会影响；2 0 0 6 年湖南省岳阳发生 重金属砷污染水源地事件；2 0 0 7 年江苏太湖暴发大面积蓝藻，无锡水厂被迫关停， 几十万人的生活用水无法保障，国家有关部门紧急调运长江水1 0 亿吨向太湖输 水，进行置换，几个月后，供水才逐渐恢复。 贵州省位于我国西南部，全省国土面积1 7 6 1 6 7 k m 2 ，岩溶石山面积1 2 9 6 姘， 溶岩分布面积超过全省面积的2 3 。年平均降雨量虽然较大，但由于岩溶地质条 件的特殊性，加上全年的降雨时间、空间分布不均，真正可利用的有效水资源很 少，人均水资源低于全国的平均水平；特别是省会城市一贵阳市，人口密度大， 供水压力尤其突出。目前贵阳市的水源地主要有：红枫湖、阿哈湖、南明河及其 它地下水资源，其中红枫湖月供水达3 5 0 万吨以上，在贵阳市的供水中占重要的 战略地位，一旦受到污染，将引起严重后果。 与此同时，我国又颁布了新生活饮用水卫生标准强制性国家标准，并已 于2 0 0 7 年7 月1 日起开始实施。饮用水卫生标准大幅提高，由原来的3 5 项增至 1 0 6 项，增加了藻毒素、环境激素等检测项目。该标准对城市水源地的保护提出 了更高要求；提供充足、安全的水源，保障城市供水安全，不仅关系到城市的健 康发展，更关系到广大人民群众的健康，关系到社会稳定。 近十多年来，贵州省有关科研机构如：贵州省环境保护科学研究所、贵州师 范大学、中科院地化所等单位从不同学科对红枫湖进行调查和研究，但关于生念 风险评价的研究还未见报道；国内目前对城市水源地的复合生念风险评价还是一 个空白领域，对喀斯特岩溶区域生态风险评价的研究还很少，这两点是本文的创 籀1 贝共6 2 - 厄 责州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 新点。 水资源是人类生存和社会发展的必要条件，没有水资源安全，就没有水资源 的可持续利用，也就无法保障社会经济的可持续发展( 陈家琦等，2 0 0 2 ) 。因此 本论文以贵阳市的主要水源地一红枫湖为对象，对其进行生态风险评价有着重要 的研究意义、实用价值和创新性。 1 。2 生态风险及生态风险评价 1 2 1 风险 风险一般指遭受损失的可能性( 陈国华，2 0 0 7 ) ；它存在于人类生产、生活 等一切活动中，不同的活动会带来不同性质的风险，如经常遇到的自然灾害风险、 工程风险、健康风险、环境风险等。目前比较通用的定义是：风险指在一定时期 产生有害事件的概率与有害事件后果的乘积( 胡二邦，2 0 0 0 ) 。 1 2 2 生态风险 生态风险( e c o l o g i c a lr i s k ) 就是生态系统及其组分所承受的风险。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( k e l l ye ta 1 ，1 9 8 6 ) 。是指在一定区域内，、具有不确定性的灾害、事 故及人类行为对生态系统及其组分可能产生的不利作用，包括生态系统结构和功 能的损害，从而危及生态系统的安全和健康( b a r n h o u s e ，1 9 9 0 ；l i p t o n ，1 9 9 3 ； u s e p a ，1 9 9 8 ) 。 1 2 3 生态风险的特点 生态风险具有风险的属性，它具有不确定性、危害性、内在价值性、客观性 等属性；因此可以用科学的方法进行度量。 ( 1 ) 不确定性。 风险具有不确定性，是随机性的。生态系统具有哪种风险通常是不确定的。 人们无法准确预料危害性事件是否会发生，以及发生的时间、地点、强度和范围， 最多具有这些事件先前发生的概率信息，从而根据这些信息去推断和预测生态系 统所具有的风险类型和大小。 ( 2 ) 危害性。 尘态风险的危害性是指灾害性事件发生后的作用效果对风险承受者具有的 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 负面影响。这些影响将有可能导致生态系统结构和功能的损伤，生物多样性的减 少等负面效应。 ( 3 ) 内在价值性。 生态系统具有内在价值性，生态风险评价的目的是评价具有危害和不确定 性事件对生态系统及其组分可能造成的影响，在分析和表征生态风险时应体现 生态系统自身的价值和功能。 ( 4 ) 客观性。 生态系统是一个动态的开放体系，是一个耗散结构，必然会受到许多具有不 确定性和危害性因素的影响，也就必然存在风险。生态风险对于生态系统来说是 客观存在的，涉及到影响生态系统结构和功能活动的时候，对生态风险要有充分 的认识，对其进行客观评价。 1 2 4 生态风险评价定义 环境风险评价( e n v i r o n m e n t a lr is ka s s e s s m e n t ，e r a ) 是对某建设项目或区 域开发行为诱发的灾害，以及自然灾害，对人体健康、经济发展、工程设施、生 态系统等可能带来的损失进行识别、度量和管理( e d w a r de ta 1 ，1 9 9 3 ) 。 根据环境风险评价中的风险承受者( 即风险受体) 的不同，可以将其分为健 康风险评价( h e a l t hr i s ka s s e s s m e n t ) 、生态风险评价( e c o l o g i c a lr i s k a s s e s s m e n t ) 等。 美国国家环保局认为生态风险评价是研究一种或多种压力形成或可能形成 不利生态效应可能性的过程( u s e p a ，1 9 9 8 ) 。 国内学者殷浩文( 1 9 9 5 ) 在进行水环境生态风险评价研究时认为，生态风险 评价是预测污染物可能产生的对人及其他至关重要的生命有机体损害的程度、范 围，旨在保证水生态系统中的生物能正常栖息、活动和繁殖的环境，保证地区物 理化学循环的正常运行。 许学工等( 2 0 0 1 ) 提出，生态风险评价是利用环境学、生态学、地理学、生 物学等多学科的综合知识，采用数学、概率论等量化分析技术手段来预测、分析 和评价具有不确定性的灾害或事件对生态系统及其组分可能造成的损伤。 1 2 5 生态风险评价的方法论基础 生态风险评价的方法基于风险度量的基本公式( n a t he ta l ，1 9 9 6 ) ： 贵州大学硕：i = 学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 r = p 木d ( 1 一1 ) 式中，r 为灾难或事故的风险，p 为灾难或事故发生的概率，d 为灾难或事故可能造 成的损失。 对于一个特定的灾害或事故x ，它的风险可以表示为： r ( x ) = p ( x ) 水d ( x ) ( 1 2 ) 对于一组灾害或事故，风险可以表示为： r = 罗p ( x ) 牛d ( x ) ( 卜一3 ) 1 3 生态风险评价发展综述 1 3 1 生态风险在国外的发展 环境风险评价兴起于上世纪7 0 年代，经历了三十几年的发展，评价内容、评 价范围、评价方法都有了很大的发展。已经由单一化学污染物、单一受体发展到 大的时空尺度( w a y n ee ta 1 ，2 0 0 3 ) 。环境风险评价的发展大致可以分为四个 阶段：萌芽阶段，人体健康风险评价阶段，生态风险评价阶段，区域生态风险评 价阶段。 早期的环境风险评价( 2 0 世纪7 0 年代) ，风险源以意外事故发生的可能性分析 为主，没有明确的风险受体，更没有明确的暴露评价和风险表征，整个评价过程 以简单的定性分析为主，处于萌芽阶段( 陈辉等，2 0 0 6 ) 。 2 0 世纪8 0 年代，健康风险评价阶段，风险评价体系基本形成，此期间进行的 环境风险评价从风险类型来说主要为化学污染，风险受体为人体健康。 健康风险评价在美国得到迅猛发展，时至今日，健康风险评价仍然是一个比 较活跃的研究领域。其中以美国国家科学院和美国国家环保局的成果最为丰富。 关于环境风险评价具有里程碑意义的文件是1 9 8 3 年美国国家科学院出版的红皮 书联邦政府的风险评价：管理程序，首次提出了风险评价“四步法”( n a t i o n a l a c a d e m yo fs c i e n c e s ，1 9 8 3 ) ，即危害鉴别、剂量、效应关系评价、暴露评价 和风险表征。这成为环境风险评价的指导性文件，目前己经被许多国家和组织所 采用。此后，美国国家环保局又制定和颁布了一系列技术性文件、准则或指南； 例如，19 8 6 年发布的致癌风险评价指南、致畸风险评价指南、化学混 合物的健康风险评价指南、发育毒物的健康风险评价指南、暴露风险评 价指南，1 9 8 8 年颁布的内吸毒物的健康评价指南等( u s e p a ，1 9 9 8 ) 。 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 ! f j l 9 8 9 年，环境风险评价的科学体系基本形成，并处于不断发展和完善的阶 段。这一时期的风险评价方法已由定性分析转向定量评价，评价过程系统化，为 下一步进行生态风险评价奠定了基础。 生态风险评价阶段。2 0 世纪9 0 年代以后，环境风险评价处于迅速发展和完善 阶段，风险评价的研究热点已经从人体健康风险评价转到生态风险评价；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，基本形成了 完善的生态风险评价框架。 随着科学技术的发展，风险评价技术也在不断完善，美国又出台了一些新的 指南和手册。例如，1 9 9 2 年版的暴露评价指南取代了1 9 8 6 年的版本；1 9 9 8 年正式出台了具有里程碑意义的生态风险评价指南。世界卫生组织( w h o ，2 0 0 3 ) 对美国国家环保局的生态风险评价框架进行了修改，把生态风险评价与风险管 理、所有者参与放在并列的位置，进一步强调管理者与所有者的地位，更有助于 生态风险评价参与决策管理( s u r e re ta 1 ，2 0 0 3 ) 。其它发达国家，如加拿大、 英国、澳大利亚等国也在9 0 年代中期提出、并积极开展了生态风险评价的研究工 作。 2 0 世纪9 0 年代后期至2 1 世纪初期，区域生态风险评价开始兴起，并得到迅速 发展。与单一地点的生态风险评价相比，区域生态风险评价所涉及的环境问题 ( 包括自然和人为因素) 的成因以及结果都具有区域性和累积性。区域生态风险 评价主要研究较大范围区域内各生态系统所承受的风险。在进行区域生态风险评 价的过程中，研究人员逐渐认识到，区域环境特征不仅影响风险受体的行为、位 置等，也影响到风险压力因子的时空分布规律( r a c h e le ta 1 ，2 0 0 2 ：w i l i se ta 1 ， 2 0 0 2 ) 。 1 3 2 生态风险在国内的发展 与国外生态风险评价的研究相比，我国有关生态风险评价的研究起步相对较 晚，目前相关评价体系还不完善，还处于发展阶段。 从2 0 世纪9 0 年以来，我国学者在介绍和引入国外生态风险评价研究成果的同 时，对水环境生念风险评价和区域生态风险评价等领域的基础理论和技术方法进 行了探t 寸；如殷浩文( 1 9 9 5 ) 的研究文章水环境生态风险评价程序，将水坏 境尘念风险评价程序分为五个部分，包括风险源分析、受体评价、暴露评价、危 箱5 1 j ! 共h 2l 矗 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安伞管理一以红枫湖为例 害评价和风险表征；刘文新、奈兆坤等( 1 9 9 9 ) 的研究文章乐安江沉积物中金 属污染的潜在生态风险评价选择污染严重的乐安江为对象，利用风险因子和风 险指数等工具对沉积物中重金属污染的潜在生态风险进行了评价：许学工、付在 毅等( 2 0 0 1 ) 研究文章黄河三角洲湿地区域生态风险评价以黄河三角洲为例 进行了区域生态风险评价理论和方法的探讨，针对黄河三角洲主要生态风险源洪 涝、干旱、风暴潮灾害、油田污染事故以及黄河断流的概率进行了分级评价，运 用遥感资料、历史记录、调查数据和地理信息系统( g i s ) 技术，完成了区域生态 风险综合评价；吴攀、刘丛强等( 2 0 0 4 ) 的研究文章碳酸盐岩矿区河流沉积物 中重金属的形态特征及潜在生态风险首次对岩溶地区的重金属生态风险进行评 价；程建龙、陆兆华、范英宏等( 2 0 0 4 ) 的研究文章露天煤矿区生态风险评价 方法针对露天煤矿区生态环境特点，通过描述露天矿区的主要生态环境问题， 分析了矿区风险源、风险受体以及评价终点，最后建立了典型露天煤矿区生态风 险的评价指标体系，对露天矿区这一典型退化生态系统进行了生态风险评价方法 及评价步骤的探索；程燕、周军英等( 2 0 0 5 ) 的研究文章国内外农药生态风险 评价研究综述从生态风险评价的准则、评价方法、风险评价模型及生态风险评 价在农药登记管理中的重要作用等方面对比，阐述了美国、世界经济合作与发展 组织( o e c d ) 及我国农药生态风险评价的研究概况，指出了我国在农药生态风险 评价方面存在的不足，并提出了相关对策建议：虽然生态风险评价目前在我国的 环境管理中发挥越来越重要的作用，但是我国还没有出台相关的生态风险评价导 则，使生态风险评价的发展、应用受到限制。 1 4 研究目标、思路、技术路线 1 4 1 研究目标 对红枫湖区域环境现状进行评价；分析红枫湖区域的主要风险源，综合考虑 各种风险因素对红枫湖进行生态风险评价，并提出相关对策和现状解决方案。 1 4 2 研究步骤 参考美国国家环保局( u s e p a ，1 9 9 8 ) 发布的生念风险评价导则，生念风 险评价主要包含四部分内容( 如图卜1 ) ：危害评价( h a z a r da s s e s s m e n t ) ，暴露 评价( e x p o s u r ea s s e s s m e n t ) ，受体分析( r e c e p t o ra n a l y s i s ) 和风险表征( r i s k c h a r a c t e r jz a t i o n ) 。 编66 1 共 2 负 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 图i 1 生态风险评价详细框架图 f i g 1 - 1e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n tf r a m e w o r k w i t ha ne x p a n d e dv i e wo fe a c hp h a s e 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 结合实际情况，可以将红枫湖生态风险评价分为以下几个步骤：研究区的 界定与分析、受体分析、风险源分析、暴露与危害分析以及风险综合评价等六 个部分。 ( 1 ) 研究区的界定与分析 “区域是指在空间上伸展的非同质性的地理区。在进行区域生态风险评价 之前，首先必须对所要评价的区域有所认识和了解。根据评价目的和可能的干扰 及终点，恰当而准确地界定研究区的边界范围和时间范围，并对区域中的社会、 经济和自然环境状况进行分析和研究。 ( 2 ) 受体分析 受体是指暴露于压力之下的生态实体；受体在风险评价中指生态系统中可能 受到来自风险源的不利作用的组成部分，它可能是生物体，也可能是非生物体。 生态系统可以分为不同的层次和等级，在进行区域生态风险评价时，通常经过判 断和分析，选取那些对风险因子的作用较为敏感或在生态系统中具有重要地位的 关键物种、种群、群落乃至生态系统类型作为风险受体，用受体的风险来推断、 分析或代替整个区域的生态风险，选择恰当的风险受体，可以最大程度地反映区 域生态风险状况。 ( 3 ) 风险源分析 “风险源分析是指对区域中可能对生态系统或其组分产生不利作用的干 扰进行识别、分析和度量( u s e p a ，1 9 9 8 ) 。这一过程又可分为风险识别和风险 源描述两部分。根据评价目的找出具有风险的因素，即进行风险识别。生态风险 源可以分为自然风险源和人为风险源两大类；自然生态风险源指区域性的气象、 水文、地质等方面的自然灾害，人为生态风险源指导致危害或严重干扰生态系统 的人为活动。 ( 4 ) 暴露与危害分析 “暴露分析”是研究各风险源在评价区域中的分布、流动及其与风险受体之 间的接触暴露关系( u s e p a ，1 9 9 8 ) 。如在水生态系统的生态风险评价中，暴露 分析就是研究污染物进入水体后的迁移、转化过程，方法一般用数学或物理模型。 区域生念风险i 平价的暴露分析相对较难进行，因为风险源与受体都具有空间分异 的特点，不同种类和级别的影响会复合叠加，从而使风险源与风险受体之蚓的关 系更加复杂。 籀8 一琏j 上6 21 j 1 贵州大学硕士学位论文 城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 暴露分析描述了胁迫因子与生态受体的接触和共存。它的有效性体现在效应 表征阶段的胁迫因子一反应关系中。暴露分析有三大目标：源和释放的描述，胁 迫因子在环境中的分布，接触和共存的范围和方式。 “危害分析”是区域生态风险评价的重要部分，其目的是确定风险源对生态 系统及其风险受体的损害程度。 在进行暴露和危害分析时要尽可能地利用一切有关的信息和数据资料，弄清 各种风险源对风险受体的作用机理，提高评价的准确性，减少不确定性。 ( 5 ) 风险综合评价 “风险评价 即评估危害作用的大小以及发生的概率的过程( u s e p a ，1 9 9 8 ) 。 风险评价是前述各评价部分的综合阶段，它将暴露分析和危害分析的结果结合起 来，并考虑综合效应，将区域生态风险评价的其它组分有机的结合起来，得出区 域范围内的综合生态风险值。另外，风险评价还应包括对风险表征方法、评价中 的不确定性因素等方面的说明。 ( 6 ) 生态风险管理( e c o l o g i c a lr i s km a n a g e m e n t ) 是指根据生态风险评价 ( e r a ) 的结果，根据适当的法规条例，选用有效的控制技术，进行削减风险的费 用和效益分析，确定可接受风险度和可接受的损害水平，并进行政策分析及考虑 社会经济和政治因素，决定适当的管理措施并付诸实施，以降低或消除风险，维 护人群健康和生态系统的安全。生态风险评价的目的就是对生态风险进行管理， 所以往往在进行生态风险评价之后，对风险管理者提出建议。 1 4 3 技术路线 本文的技术路线如图1 2 所示。 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 图1 - 2 研究技术路线 f i g 1 - 2t h et e c h n o l o g yr o a d m a p 第l l l 贝共6 2 文 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 第二章研究区概况 2 1 自然地理位置 红枫湖是乌江水系支流猫跳河梯级开发的第一级水库，距贵阳2 5 公里，总 面积2 4 0 平方公里，贵昆铁路、清黔公路傍湖而过。湖域面积5 7 2 平方公里， 总库容6 亿m 3 ，是一座具有多种功能的人工湖泊。地理坐标：东经1 0 6 。3 3 卜 一1 0 6 。4 - 77 ，北纬2 6 。2 3 ，2 6 。4 17 。红枫湖由北湖、南湖、后湖、中湖等四 湖组成；湖面开阔，东西最宽5 k m ，南北长达2 2 k i n 。湖中有岛屿1 0 0 多个，是 岛屿最多的高原岩溶湖泊，具有山区深水水库的典型特征。下图2 1 为红枫湖的 地理位置图。 图2 - 1 红枫湖地理位置图 f i g 。2 1t h em a p o fh o n gf e n gb k e 第1i 口! 共6 2 口1 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为铆 2 2 气候 红枫湖气候具有明显的高原性季风气候特点，属亚热带季风湿润温和气候 区，因处于低纬度、高海拔地区，气候冬暖夏凉，雨量充沛，多阴雨，少日照。 般年均降雨量1 2 0 0 r a m 左右，历史上以阴雨天多著称：近年来受全球变暖影响， 雨量减少，大雨主要集中在每年六、七月间。年平均温度1 5 3 ，最热月( 7 月) 平均温度2 4 ，最冷月( 1 月) 平均温度4 6 ，历史上最低温度为零下9 5 c ， 极端高温3 9 5 ；相对湿度大，无霜期2 7 0 天左右。 一年中5 - 9 月为雨季( 汛期) ，降雨量约占全年降水量的7 0 ，汛期多阵雨和 暴雨，水灾主要发生在这一时期；降水量年际变化较大，在7 0 年中( 1 9 2 1 1 9 9 0 年) ，最多年降水量达1 7 6 0 m m ( 1 9 5 4 年) ，最少年降水量仅7 4 9 6 n w ( 1 9 3 6 年) 、降 水平均年变化率为2 6 ( 梁玉华，2 0 0 2 ) 。 全年主导风向北偏东，夏季主导风向南偏东，晴天多南风，雨天多北风，年 均风速2 2 米每秒，短时最大风速2 0 米每秒。年平均相对湿度8 2 ，年平均气 压8 9 3 5 毫帕。冬季气压较高，夏季气压较低。主要灾害有倒春寒、秋雨低温、 冰雹、暴雨、大风和酸雨。 2 3 地质情况 红枫湖流域地处扬子准地台的上扬子台褶带中部，出露地层以二叠系、三叠 系为主，其中三叠系地层出露面积占流域面积的8 0 ，出露岩石以碳酸盐岩分布 最广。流域内可分为两个较大的地质构造带：西北部的黔西山字型构造体系和东 南部的川黔经向构造体系。受地质构造的控制流域内西北部山脉、河流多为北东 向，东南部的山川主要是南北向发育。流域内以喀斯特溶蚀、溶蚀侵蚀和溶蚀构 造地貌为主，峰丛、峰林、溶丘孤峰、溶洞、洼地、落水漏等岩溶地貌发育；流 域内也有一定比例的非岩溶地貌发育，主要为剥蚀侵蚀、剥蚀构造和侵蚀构造。 流域内的土壤类型主要为石灰土、黄壤以及一定比例经长期水耕熟化的水稻土。 由于地形起伏变化大，局部气候水热条件存在差异，流域内土壤出现明显的垂直 分异。流域内植被分布受到岩性、土壤的影响，在碎屑岩、黄壤地带植被以人工 针叶林为主；碳酸赫岩、石灰土地带以常绿阔叶林、灌丛、藤刺灌丛为主；在坝 子和丘陵地带，由于受到人为活动的影响，则以农罔植被为主。 贵州大学硕二l 二学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 红枫湖北湖湖面宽阔，为红枫湖的下游区域，水深较大，有桃花源河和麦包 河等河流汇入北湖。南湖湖面较为狭长，其湖水从北端经细长通道汇入北湖，南 端有羊昌河、麻线河和后六河等河流汇入。后湖较小，主要接受后六河的水量， 由地下溶洞在南湖将军湾处与南湖连为- 体。红枫湖的水资源基本上是靠降雨通 过上游河流汇入作为主要来源。红枫湖的水位不仅受降雨影响，而且在非汛期( 冬 季) 主要受发电蓄水影响，在汛期( 夏季) 则主要受调洪的影响。红枫湖是一个深 水湖泊，库底地形复杂，受取水、发电、泄洪等人为活动影响，湖泊水位在一年 之内变化很大。红枫湖北湖最深，南湖次之，后湖最浅，最浅处仅1 2 m 。红枫湖 最大水深在大坝，最深处约4 5 m 。红枫湖南湖羊昌河入湖口与北湖大坝出湖口高 差大于4 0 m ，因而汛期开闸泄洪时湖内水流速率较大，其主要河流的水文特征如 下表2 2 。 表2 - 2 红枫湖入湖主要河流主要特征 t a b 2 - 2w a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r so fh o n gf e n gl a k e 注：据文献( 漆国先，2 0 0 4 年) 整理 2 5 生物资源 红枫湖水中浮游生物比较丰富，初步鉴定有1 6 0 种，其中浮游植物8 1 种， 浮游动物7 9 种，数量较多，分布较广。红枫湖现有鱼类资源经济价值较高，常 见鱼类主要有鲤鱼、鲢鱼、草鱼等。 红枫湖鸟类资源丰富，有1 3 9 种和亚种，占贵州现有记录鸟类4 8 2 种和亚种数 的2 8 ，为重要的多鸟栖息地区之一。湖区鸟类的群落结构，涉禽与游禽两类水 鸟共计7 目、9 科、1 9 种。分别是苍鹭、池鹭、自鹭、灰鹤、绿翅鸭、斑嘴鸭、鸳 鸯、小j 蝈鸟鹛、鸬鹚、红胸阐鸡、风头麦鸡、灰头麦鸡、金眶鸺、剑鹞、青脚鹬、 第1 4 吠共6 2 更 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 矶鹬、扇尾沙锥、丘鹬、红嘴鸥。其中，一年四季均能见到的优势种有白鹭、苍 鹭。据1 9 9 8 年夏季观察统计，红枫湖栖息的白鹭为6 2 只；苍鹭为2 5 只；其余1 6 种水鸟，种群较大的是斑嘴鸭、鸬鹚和红嘴鸥。 2 6 经济与社会发展现状 红枫湖流域在行政区划上大部分分属安顺市，另有少部分落入贵阳市。红枫 湖区域是贵州省经济较为发达的区域，工业较为集中，在全省经济发展中具有重 要的地位。流域以贵阳的清镇市和安顺的平坝县为中心，人口集中，为贵州重要 的粮食生产地区之一，并建有矿业、电力、轻工、纺织等中小型企业。在整个区 域内有多个大型的国营企业，并形成各个生活集中区域。 2 0 世纪5 0 年代初，两湖流域以农业为主，随着猫跳河梯级电站的开发和“三 线”建设的内迁，流域内初步形成了电力、化工、机械、建材、煤炭等门类各异 的工业基地，工农业生产得到了较大的发展。 红枫湖建库初期，其功能主要以防洪、发电、农灌、养殖、工业用水、航运 为主，到上世纪八十年代增加了旅游功能。随着贵阳市西郊水厂的建成投产和经 济社会的快速发展，红枫湖已成为贵阳市主要饮用水源地，功能演变为以城市供 水为主，兼顾工业、农业用水和旅游需要。 2 7 红枫湖水环境一般特征 由于红枫湖水文条件和生物活动等的变化，湖泊系统的水化学特征呈现季节 性的变化。p h 值和d 0 含量的季节性变化明显，虽然红枫湖流域是酸雨的高重发区 之，但是由于地处喀斯特岩溶地区，碳酸盐的高缓冲能力使湖水的p h 值仍呈现碱 性。据近年来的监测资料，全湖p h 值范围为7 4 8 - - 8 6 4 ，其中表层水( 水面下 0 5m 处) 最高，中层水( 水面下7 8m 处，温跃层) 略低，底层水( 水底以上o 5 1 0n l 处) 最低。 红枫湖为山区深水湖泊，具有典型的的水温分层结构；在春季和夏季，水温 沿垂直方向发生梯度变化，称为温跃层，温跃层出现在水面下7 - 8m ，在冬季则 温跃层消失。温跃层的存在对污染物沿水体垂直方向的混合扩散产生着不利影 响。 红枫湖的流场一般情况下是由南湖流入北湖，当枯水期，红枫湖大坝停止发 电时，红枫湖将产生倒流场。当西郊水厂后午取水点进行取水时，在后午附近水 贵州人学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 域生成一个涡流场，与此同时，后午的取水将导致北湖倒流南湖的水量加大。 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为侈| ； 第三章红枫湖生态风险评价 3 1 红枫湖目前的环境现状 近几十多年来，红枫湖流域内的人口急剧增加，工农业生产迅速发展；大量 含有氮磷营养物质的生活污水、工业废水、农田地表径流汇人红枫湖，并在水体 中积累，水质日趋恶化。进入2 0 世纪9 0 年代后，红枫湖的水环境问题表现突出， 几乎每年都发生突发性污染事故或水华现象，水质恶化，富营养化趋势明显，严 重威胁着贵阳市供水安全。 3 2 研究区的界定与分析 进行生态风险评价首先要确定拟评价的区域，即评价的范围，同时要对拟评 价的区域有充分的了解和认识。红枫湖由北湖、南湖及后湖组成，北湖湖面宽阔， 是全湖的深水区域。南湖湖面狭长，湖岸线曲折，湖底地形复杂，西郊水厂及清 镇市的取水口均在后午；后湖在地形上被一山体与南湖分隔，由地下溶洞与南湖 连为一体，由于后湖与南湖的水交换周期长，对水源的取水影响较低，因此本文 进行生态风险评价时将红枫湖分为三个大的研究区域：北湖、中湖、南湖( 暂不 考虑后潮的影响) 。 红枫湖研究区的界定与红枫湖的水功能区密切相关，中湖后午、取水口至花 鱼洞大桥南为i i 类水功能区。按照饮用水集中取水点为中心，划分为一级保护区、 二级保护区和准保护区。红枫湖具体水功能区划分如下表3 1 所示。 表3 - 1 红枫湖水功能区域划分 区域保护级别 备注 3 3 受体分析 3 3 1 受体 “受体”即风险承受者。在帆险评价中指生念系统中可能受到来自风险源的 籀t 7 口i 乓6 2 灭 贵州大学硕士学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 不利作用的组成部分，它可能是生物体，也可能是非生物体；通常是生态系统中 对外部风险压力最敏感的因子。对红枫湖进行生态风险评价时选择水生生态系统 作为生态风险评价的受体。 3 3 2 评价终点 评价终点是需要保护的对象实际生态价值的外在表达( u s e p a ，1 9 9 8 ) 。有价 值资源和生态相关特征的综合称为评价终点。 区域生态风险评价中的评价终点是指在具有不确定性风险源的作用下，风险 受体可能受到的损害，以及由此发生的区域生态系统结构与功能的损伤。生态风 险的评价终点的选择主要基于生态相关性，对胁迫因子( 污染物) 的易感性，以及 与管理目标的相关性。评价终点可以在任意组织水平上被确认，包括个体水平、 种群水平、群落水平，以及生态系统水平与景观层次上确认。红枫湖生态风险评 价可能的评价终点如下表3 - 2 ： 表3 - 2 红枫湖生态风险评价的终点 t a b 3 2a s s e s s m e n te n d p o i n to fh o n gf e n gl a k e 水库功能受到损伤或受到威胁 水质下降，失去饮用功能 珍稀鸟类等保护动物濒危、灭绝 生物种群数量的变化 湿地功能退化、消失 生态系统功能的损伤 湖泊的营养级发生变化 生物种群数量的变化 评价终点选择一般取决于终点与管理目标的相关性、对压力的敏感性和生态 重要性。由于红枫湖目前最重要的功能为城市水源地功能，因此本论文以红枫湖 的水质变化作为评价终点。 3 4 风险源分析 “风险源分析”是指对区域中对生态系统或其组分产生不利作用的干扰进行 识别、分析和度量。风险源分析可分为风险识别和风险源描述两部分。 风险识别就是要找出研究区域内具有风险性的因素，可能是自然因素，也可 能是人为因素，能影响较大的范围或对生念系统的各个层次有较大潜在危害的因 鹅1 8 ! 共6 2 口1 贵州大学硕： 学位论文城市水源地生态风险评价及水质安全管理一以红枫湖为例 素等。风险源描述就是对拟研究区域内的各种风险源进行定性、定量分析，确定 风险发生的概率、强度、时间和空间的变化。 首先要确认各种压力与水质变化的联系，以便于解释具体的压力、综合压力 与评价终点之间的关系。分析阶段的目的就是为了更好地了解以下两个方面的内 容：生态资源暴露在人类活动下压力下的程度，可能产生效应或结果。在本区域 进行生态风险评价的复杂性主要体现在多种压力存在同时作用，并且压力影响评 价终点作用的方式也不同，这种多风险源、多压力和多作用途径，往往会导致一 定的不确定性，会减少具