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环境风险评价 第一节概述第二节环境风险识别第三节环境风险的度量第四节环境风险评价与管理 第一节概述 一 风险的概念二 国内外风险评价概况三 环境风险评价程序 一 风险的概念 1风险就是发生不幸事件的概率 是 生命与财产损失或损伤的可能性 也有定义风险为 不确定危害的度量 比较通用的定义是 风险是事故发生概率 P 与事故造成的环境 或健康 后果 C 的乘积 即 重点关注的有 有毒的化学物质危害 易燃易爆物质危害 危及生命财产的机械设备故障 构造物 例水坝 故障 生态危害 例富营养化 土壤腐蚀 二 国内外风险评价概况 20世纪80年代发生的印度博帕尔市农药厂异氰酸酯毒气泄漏与前苏联切尔诺贝利核事故 由此人们逐渐认识并关心重大突发事故造成的环境危害的评价问题 小资料 切尔诺贝利核事故摄魂取魄的 核魔 一九八六年四月二十六日凌晨一点 切尔诺贝利核电站 工作人员开始准备在第四号发电机组上进行切断反应堆保护装置的试验 由于违章操作而使电源突然中断 主要冷却系统停止了工作 反应堆失控 堆芯温度迅速增高 进而被熔化 凌晨一时二十三分四秒 反应堆工艺管道内的载热体沸腾起来 水被强辐射立即分解成氢和氧 浓度过高的氢和氧随即发生了大爆炸 核废物中心的钚是一种不易溶解的元素 乌拉尔地区核废物中的钚 大部分被土壤所吸收 当它与水作用后 触发了链式反应 水被迅速加热成水蒸汽 水蒸汽压力增大而产生的强烈爆炸 造成了这场骇人听闻的核灾难 强烈的气浪如同火山爆发把放射性尘埃和各种核物质喷洒到天空中 据说其威力相当于一九四五年美国投放在日本广岛的原子弹的一百倍 狂风把放射性烟云刮到数百英里外 结果造成南乌拉尔三千平方公里范围内的核污染 区内草木不生 成千上万的人受辐射影响 由于当地许多医生不懂放射性核医学 不知道如何根据患者所受到的辐射剂量对症治疗 结果造成数百患者立即死亡 一年之后 死亡人数上升到几千 三年后共有几万人死于这场核事故 其中还有铯要一百年才能衰变 至今遗患未除 小城里空无一人 一片凄凉的景象五十年内 不得耕作和放牧 损失 达数千亿美元 印度博帕尔市农药厂异氰酸酯泄漏 1984年12月3日凌晨 位于印度博帕尔市的农药厂发生甲基异氰酸酯 MIC 储罐泄漏 近40吨MIC及其反应物从博帕尔农药厂冲向天空 顺着每小时4海里的西北风向东南方向的市区飘去 霎时间 毒气弥漫 覆盖了25英里的市区范围 比重超过空气的高温MIC蒸汽迅速凝结成雾状 贴近地面飘逸 迅猛吞噬人 畜的生命 数十万人在茫茫的黑夜中奔逃 咳嗽声 呼喊声 哭叫声响成一片 博帕尔市顿时成了一座恐怖之城 天亮后 看到的是满街人 畜及飞鸟的尸体 这次人类有史以来最惨重的中毒事件共导致了2500余人丧生 20余万人中毒 博帕尔农药厂主要生产氨基甲酸酯类农药西维因 生产的原料 产品及中间体中有多种有毒物质 其中包括剧毒的光气和MIC等 政府各部门对博帕尔农药厂的潜在威胁一无所知 工厂的管理人员也无相关的毒物救治知识 事件发生时人们完全处于无助的状态 也是损失如此惨重的原因之一 光气是德国人首先发现并在战争中使用的一种战争毒剂 在第一次世界大战中曾杀死许多士兵 MIC的毒性比光气还强 对人体的毒性表现为 眼和上呼吸道的刺激 低浓度引起咳嗽 流泪 高浓度致角膜溃烂 失明 可致上呼吸道感染及嗅觉丧失 高浓度的MIC可通过无损的皮肤吸收 引起皮肤水肿 组织坏死 可引起严重的急性肺水肿而致人死亡 并继发感染 肺功能损伤及肺纤维化 MIC的长期影响有失明 不育 智力迟钝等 光气 二氯化碳酰 又称碳酰氯 无色气体 有腐草臭味 剧毒 微溶于水 较易溶于苯 甲苯等 光气遇水会分解成为一氧化碳和盐酸 环境风险评价常称事故风险评价 它主要考虑与项目联在一起的突发性灾难事故包括 易燃易爆和有毒物质 放射性物质失控状态下的泄漏 大型技术系统 如桥梁 水坝等 的故障 发生这种灾难性事故的概率虽然很小 但影响的程度往往是巨大的 关于事故风险 或事故后果评价 国际上是沿着三条线发展的 其一称为概率风险评价 PRA ProbabilityRiskAssessment 它是在事故发生前 预测某设施 或项目 可能发生什么事故及其可能造成的环境 或健康 风险 其二为实时 Real time 后果评价 其主要研究对象是在事故发生期间给出实时的有害物质的迁移轨迹及实时浓度分布 以便作出正确的防护决策 减少事故的危害 主要象征之一是国际原子能机构 IAEA 于1988年10月与美国利物莫国立实验所联合召开的第一届实时剂量评价国际研讨会 我国于1989年至l992年开发了我国第一套 秦山 核电厂事故应急实时剂量评价系统 目前 国内正以国家计委核应急办公室牵头开展 核事故应急专家支持系统 的研究工作 引入欧盟于90年代开发的 RODOS Real timeonlineDecisiononsupportsystem 实时在线决策支持系统 系统并使其适用于我国的秦山 大亚湾核电厂 九五国家攻关项目 其三为事故后后果 Over event或PostAccident 评价 主要研究事故停止后对环境的影响 其主要象征是1988年至1994年由IAEA及欧盟共同发起主持的有20多个国家参加的大型长期国际协调研究项目 核素在陆地 水体 城市诸环境中迁移模式有效性研究 简称 VAMP 主要研究前苏联切尔诺贝利核电站事故停止后对中 西欧的影响后果 印度博帕尔市农药厂事故后 世界银行环境和科学部颁布了关于 控制影响厂外人员和环境的重大危害事故 的导则 worldBank1985a 和指南 worldBank1985b 此外 联合国环境保护署 UNEP 制定了阿佩尔 Apell 计划 即 地区性紧急事故的意识和防备 1987年 欧盟进行立法 规定所有可能发生化学事故危险的工厂必须进行环境风险评价 三 环境风险评价程序 环境风险评价包括三个紧密相联的步骤 即环境风险识别 环境风险估计以及环境风险对策和管理 1 环境风险识别是进行环境风险评价时的首要工作 因为 环境风险因素多 其后果严重程度不同 忽略或遗漏某些重要因素对于决策是很危险的 然而面面俱到又会使问题复杂化 环境风险识别就是用筛选 监控和诊断的方法 把环境系统中风险因素识别出来 2 环境风险估计 环境风险估计 或称环境风险度量 是指对环境风险的大小以及事件的后果 包括事件涉及的时空范围 强度等 进行量测 在环境风险估计时就应回答这个风险有多大 给出事件发生的概率以及其后果的性质 在回答这个问题之前 必须先确定风险事件危害的范围 分析环境风险的途径 确定环境风险的危害范围 应该从空间和时间两方面考虑 比如 在大多数环境风险评价中 从空间来讲有国界就足够了 3 环境风险决策和管理 环境风险决策和管理是指根据风险分析 评估的结果 结合风险事件的承受者的承受能力 确定风险是否可以被接受 并根据具体情况采取减小风险的措施和行动 如工程技术措施等等 ERA EIA的区别 第二节环境风险识别 环境风险识别是采用一定的方法筛选 监控 诊断等 从环境系统中找出具有风险的因素 它主要回答以下问题 有哪些风险是重大的 并需要进行评价 引起这些风险的主要因素是什么 要合理地缩小风险的不确定性 常用于环境风险识别的主要方法有3种 有些方法如特尔斐法既可用于环境风险识别 又可用于环境质量预测等 3个识别方法 一 专家调查法二 幕景分析法三 故障树分析法 一 专家调查法 环境风险识别阶段的主要任务是找出各种潜在的危险 1 智力激励法可刺激创造性 产生新思想 它可以由单个人完成 然后将他们的意见汇集起来 参加的人数一般为10人左右 将此法运用于环境风险识别中 就应提出类似于以下的问题 进行某项工程项目 将会遇到哪些危险 这些危险危害各个方面的程度如何 要求广开言路 对风险识别人员所发表的思想不得有非难 头脑风暴法比较适合讨论那些直接的 目标较明确的风险问题及可能引起风险的决策和方案 应将专家所提的意见进行分类及合理的归纳 2 特尔斐法将问题分头送予专家 并将专家意见收回 统计后再返回专家 经多次反复后得到最终识别结果的方法 由于该方法避免了智力激励法的弱点 因而更为有效 特尔斐法应用有以下几个主要用途 1明确一些可以产生环境风险的因素 2对环境风险的实现及其时间作概率估计 3利用专家 评价环境风险的时间进程 4检查某一危险在既定条件下的可能性 5在缺乏客观数据和资料时 对工程项目引发的环境风险作出主观定量测量 二 幕景分析法 幕景分析方法是一种能帮助识别关键因素的方法 一个幕景就是一项事业或组织未来某种状态的描述 可以在计算机上计算和显示 也可用图表曲线等简述 主要做法是通过有关数字 表格 曲线 图件等 将项目的未来状态描绘出来 以分柝导致风险的条件及因素 其研究的重点是 当某种能够引起环境风险的因素发生变化时 会有什么危险发生 对整个工程项目又会发生什么作用 这正如电影上一幕又一幕的场景 供人们进行研究和比较 幕景分析的结果大致分两类 一类是对未来某种状态的描述 另一类是描述一个发展过程 及未来若干年某种情况一系列的变化 它可以向决策者提供未来某种机会带来最好的 最可能发生的和最坏的前景 还可能详细给出三种不同情况下可能发生的事件和风险 幕景分析方法常用于以下几种情况 1提醒决策者注意某种措施可能引发的风险或危害性后果 2提供需要进行监控的风险的范围 3研究某些关键性因素对环境以及未来的影响 4处理各种相互矛盾的情形 幕景分析方法通过筛选 监测和诊断 常常用于环境风险识别之中 筛选 筛选适用某种程序将具有潜在危险的产品 过程 现象和个人进行分类选择的风险辨识过程 如哪些因素非常重要而必须加以考虑 那些因素又明显的不重要 筛选 1 交通风险是指有害有毒化学物品 易燃易爆物品的运输过程中发生泄露 扩散等事故所造成的风险 对于工业项目而言 要考虑其原材料和产品的运输过程中是否可能发生的事故 如拟建项目是否会引起局部或区域性的公路 铁路 水路以及空中运输量的大量增加 拟建项目要使用的交通路线是否有反常的事故发生 交通系统是否受到拟建项目的不利影响等 2 水库和大坝项目中的洪水风险主要包括水坝或水库的建筑失事是否会引发洪水 有没有采取一定防范措施防止洪水向潜在的受灾区域扩散 3 自然灾害引发的环境风险主要包括地震 台风和洪水等对建设项目造成破坏而引发的环境风险 4 工程项目面临的风险常常与以下因素或条件有关 该项目是否使用高气压 高电压 高温 微波辐射 离子辐射等 该项目的流程是否错综复杂 任一部分的失事都将引发一系列的事故 该项目是否需要工作人员执行潜在的危险性任务 操作人员的失误是否将产生不利后果 监测 监测使对应预测中险情及其后果对产品 过程 现象或个人进行观测 记录和分析的重复过程 这里的监测是指事故性监测 它不同于研究性监测和监视性监测 其特定目的是将监测技术用于建设项目和大型设备中的事故 危险等的识别 优先监测 1对环境和人体健康危害极大的污染物2已有可靠方法并能获得准确数据的污染物3对环境和人体健康的影响具有一定阈限的污染物 诊断 诊断是根据症状或其后果与可能的原因关系进行评价和判断 以找出可能的起因并进行仔细检查 并且做出今后避免风险带来损失的方案 三 故障树分析法 故障树分析法就是利用图解的形式将大的故障分解成各种小的故障 并对各种引起故障的原因进行分解 由于图的形状如树枝一样 越分越多 故得各故障树 这是环境风险分析的有力工具 最常用于直接经验很少的风险辨识中 故障树分析法特点 FIA是一种图形演绎法 是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法 FIA法清晰地用图说明 系统是怎样失效的 它也是系统某一个特定故障状态的快速照相FIA把系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起 通过FIA可以找出系统的全部可能的失效状态 也就是故障树的全部最小割集或者称它们是系统的故障谱故障树也是一种形象化的技术资料 当它建成以后 对不曾参与系统设计的管理 运行人员也是一种直观的教学和维修指南FIA由于常用语分析复杂系统 因此离不开计算机软件 目前在FIA方面的软件有迅速发展 从定性 定量以及图形化 微机化等方面取得很大进展 FIA由于受到统计数据的不确定的影响 定量分析有很大困难 除了进行有效的定性分析外 更多的人在其重要度分析与灵敏度分析 FIA的步骤 FIA是把系统不希望发生的事件作为故障树的顶事件 用规定的逻辑符号表示 找出导致这一不希望事件所有可能发生的直接因素和原因 它们是处于过渡状态的中间事件 并由此逐步深入分析 直到找出事故的基本原因 即故障树的底事件为止 这些底事件又称为基本事件 它们的数据是已知的 或者已经有过统计或实验的结果 FTA的几个阶段 选择合理的顶事件 系统的分析边界和定义范围 并且确定成功与失败的准则建造事故树 通过对已收集的技术资料 在设计 运行管理人员的帮助下 建造故障树对故障树进行简化或模块化定性分析 求出故障树的全部最小割集 当割集的数量太多时 可以通过程序进行概率截断或割集阶截断定量分析计算顶事件发生概率即系统的点无效度或区间无效度 分析重要度和灵敏度 如果我们借助形式逻辑的符号 将事件追踪故障树重新绘制成符号故障树 会更有助于环境风险的识别以及环境风险度量 首先介绍几种常用的形式逻辑符号 见图8 5 FIA的术语和符号 顶事件 顶事件是被分析的系统的不希望发生的事件 它位于故障树顶端 中间事件 它位于顶事件和底事件之间 又称故障事件 以矩形符号表示 并且由一个逻辑门紧跟着底事件 位于事故树底部的事件 在已建成的故障树中 不必再要求分解了 事故树的底事件又分为 基本事件和菱形事件基本事件 已经探明或尚未控明其发生原因 而有失效数据的底事件 基本元部件的故障或人为失误均可属于基本事件菱形事件 又称为未探明事件 一种是在一定条件下可以忽略的次要事件 画在事故树中是为了提醒设计人员或管理人员 或暂时保留它 一种情况就是未能探明的二次失效 对它的影响不清楚 无法继续分解下去 只能看作一种假想的基本事件 房形事件 它也位于故障树底部 它起开关作用 有时表示一种系统中的正常条件或故障条件 房形事件的状态只能发生或不发生 通过使用房形事件 可以描述各种不同条件下的系统故障树 FIA的术语和符号 与门 表示事件关系的一种逻辑门 仅当所有输入与门的所有输入事件同时发生时 门的输出事件才发生或门 表示事件关系的一种逻辑门 仅当输入事件中至少有一个发生时 则门的输出事件发生表决门 例如k m门 表示一种表决的逻辑关系 仅当m个输入事件中的k个以上事件发生时 则门的输出事件发生禁门 表示在一定条件下才打开的逻辑门 当禁门的条件事件存在时 输入禁门的事件发生才会导致输出事件的发生 同与门的情况相比 禁门条件事件不仅可以是故障事件而且可以是系统的一种状态和条件异或门 表示仅当单个输入事件发生时 而其余输入事件不发生 异或门的输出事件才能发生 异或门又称互斥或门非门 表示门的输出事件是输入事件的对立事件优先与门 表示与门的输入事件仅当按由左至右的顺序依次发生时 门的输出事件发生 转移符合 有转入与转出符号 便于画树过程中进行专页和查找 由于环境风险辨识中要考虑的因素很多 不确定性严重 有些因素难以定量描述 因此 在环境风险识别中有以下几个问题值得注意 1可靠性问题 即是否有严重的危险未被发现 2成本问题 即为了环境风险识别而进行的收集数据和监测所消耗的费用 盲目扩大监测范围 一味追求高新技术 不能充分利用监测数据等都是造成成本增高的因素 第三节环境风险的度量 环境风险度量就是对风险进行定量的量测 它包括事件出现概率的大小和后果严重程度估计 最小切割集 上述任一个事件发生 都将导致有毒物质泄漏到大气中去 我们把从故障树上切割下来的这类事件集称为最小切割集 客观概率与主观概率 一般关于概率的计算 是根据大量试验所取得的足够多的信息用统计方法进行计算 用这种方法得到的概率数值是客观存在的 不以计算者或决策者的意志而转移 故称为客观概率 但在环境风险评价中 经常不可能获得足够多的信息 如核电站的泄漏事故不可能作大量的试验 又因危险事件都是将来发生的 因而很难计算客观概率 但由于决策的需要 要求对事件出现的可能性作出估计 只好由决策者或专家对事件出现的概率作出主观估计 这就是主观概率 主观概率是用较少信息量作出估计的一种方法 下面对主观估计的量化作一个实例分析 近年来由于CFC的影响 臭氧层遭到破坏 紫外线透射增强 对皮肤癌的发病率有直接影响 影响有多大呢 这个问题的研究 可以用统计 相关分析和生理分析等方法 但所需时间 经费 人力都较多 可以使用主观估计法 二 危害的估计 环境风险的另一个特征就是造成后果的严重程度 在分析了有害物质泄漏后会造成什么样的不利事件之后 就需要定量地分析有害物质会造成多大的影响 1 有害物质泄漏量的计算 上式假定贮存有害液体的容器或者管道的长度与泄漏孔的直径比值很小 12 那么通过的流体在排放时保持液态 不会挥发成气态 这个公式只适用于计算瞬间排放速率 而不适用于随着排放时间的延续 压力势差下降的情况 对于有害气体排放速率的计算 2 有毒物质释放的影响 有毒物质泄漏引起的影响程度 取决于暴露时间和暴露浓度以及物质的毒性 要总结物质的毒性并作比较是非常困难的 比较物质毒性的常用方法有以下几种 1 半致死浓度表示在接触期间内有50 的生物死亡的浓度 2 极限阈值浓度表示在给定的暴露时间内不产生危害的极限接触浓度 一般应指出正常工作条件下的极限阈值浓度和紧急暴露短期极限阈值浓度 3 爆炸的影响 爆炸是突然释放出大量热量产生的冲击波 常发生的爆炸有以下几种 1 易燃气体扩散时产生的爆炸性燃烧或缓慢性燃烧 这就是通常所说的自由烟气爆炸 2 有限空间内易燃混合物的爆炸 3 加压容器由于泄漏反应或其他异常过程引起的爆炸4 加压容器内物质不发生化学反应的燃烧引起的爆炸 第四节环境风险评价与管理 一 环境风险评价的方法环境风险评价的最终目的是确定什么样的风险是可接受的 判断一种环境风险是否能被接受 通常采用比较的方法 即把这个环境风险与已经存在的其他风险 承担风险所带来的效益 减缓风险所消耗的成本等进行适当的比较 环境风险评价常用的比较方式 1与自然背景风险进行比较众所周知 不存在没有风险的生活方式或生活地点 但这种自然背景风险值是社会能接受的 有时也将这种风险值称为背景值 有的学者把如雷击 风暴 地震 火山爆发等对个人的风险值10 6 a作为环境风险的背景值 也有的学者将人类受水灾 中毒 车祸等意外事故的风险值定为10 5 a认为是社会接受的风险水平 2与减缓风险措施所需的费用及其效益进行比较为了减少风险 就需要采取措施付出一定的代价 把采取减缓风险措施的费用与效益进行比较是要找出最有效的 所需费用最低的措施 3与承受风险所带来的好处进行比较因为承担了风险就应该有效益 一般地说 风险愈大 效益愈高 如建设水坝用于灌溉和发电 那么把洪水的风险可与增加农作物的产量和发电带来的好处进行比较 4与某些风险评价的标准进行比较可分为以下几种标准 补偿极限标准这种补偿极限标准随着减少风险措施投资的增加 年事故发生率会下降 但当达到某点时 如果继续增加投资 从减少事故损失中得到的补偿甚微 此时的风险度可作为风险评价的标准 人群可接受的风险标准普通人受自然灾害的危害或从事某种职业造成伤亡的概率是客观存在的 如有毒气体的化学工业 在一年内由于化学品泄漏事故引起10个人死亡的概率为10 3 引起100人死亡的概率为10 6 因此 存在某一概率是社会所能接受的 这样的风险度可作为环境风险的评价标准 可接受度 二 环境风险评价的内容与范围 1 风险评价的边界 风险所涉及到的时空范围 1 根据引起不利的危害事件的类型来确定2 根据接受风险的人群来判断3 根据工程材料流程的不同阶段来确定4 根据评价的地理边界来确定5 根据项目进行的不同阶段来确定6 根据风险存在的可能时间来确定 三 环境风险评价的管理 环境风险管理就是提出减缓或控制环境风险的措施或决策 达到既要满足人类活动的基本需要 又不超出当前社会对环境风险的接受水平 这个概念包括以下三个方面的内容 1 提出减缓或控制环境风险的措施或决策 其实质就是采用技术的 经济的 法律的 教育的 政策的和行政的各种手段对人类的行动实施控制性的影响 使人们技生态规律 自然规律和经济规律去办事 2 人类需要与环境相协调 人类的需要必须与社会发展水平相协调 包括对自然资源环境资源的合理利用 因此 人类活动的基本需要必须满足与环境的协调关系 3 以环境风险制约人类的活动 不存在没有风险的活动 人类要生存 要发展就必须承担环境风险 但是环境风险的可接受性又与多种因素有关 不仅包括技术的 经济的 政治的 还包括心理的和社会的等因素 因此 在制定人类活动方案时要充分考虑各种能产生环境风险是可以预测的 也是可以控制的 控制措施的方式有以下几种 环境风险预控方式 减轻环境风险通过改革生产工艺或改进生产设备使环境风险降低 转移环境风险如利用迁移厂址 迁出居民等措施使环境风险转移 替代环境风险通过改变生产原料或改变产品品种可以减小减少环境风险 避免环境风险只有关闭造成这一环境风险的工厂或生产线 因果关系的风险管理方式 进行环境