发布时间：2023-10-11 15:54:22
绪论：一篇引人入胜的生态风险评价方法，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
中图分类号:N941・5文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2009)12-0116-03
0引言
高速铁路是一种长距离、大范围的人造工程,在切割自然环境的同时,会对沿线生态产生不可逆的深远影响,在建设和运营过程中还会产生大量污染物质,从而带来一定的生态风险[1~2]。为保证高速铁路路域生态安全,建立科学的生态风险管理体系十分必要。对区域生态风险评价,随着环境观念转变和环境管理目标深化而逐渐兴起发展成为一个新领域[4～7],风险评价重点也由当初对人类健康发展到包括区域动植物以及景观生态在内的区域整体生态健康的影响。
目前,生态风险评价的研究涉及铁路的较少,对铁路与生态环境关系研究[1~3]主要集中在野生动物、噪声、振动和地质灾害等方面。区域生态风险评价方法一般是单个评价因子计算后赋权叠加,需要从多个定性、模糊的认识中提取可用于评判的关键因子,且个别指标很难甚至不能定量描述,同时各指标之间无法直接准确地进行比较,因而单独用定性、定量等方法很难实现整体目标最优,影响对区域整体生态风险做出有效评价和对管理决策提供有力支持。
邓聚龙教授提出灰色系统理论,研究对象是“部分信息已知、部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统,通过对“部分”已知信息的生成、开发实现对现实世界的确切描述和认识[8]。而高速铁路建设涉及多种生态系统,其路域生态系统构成一个灰色系统,且时态信息有很大的不确定性,因此本文结合京沪高速铁路某段建设实际情况,采用刘思峰教授提出的基于三角白化权函数的灰色评估方法来建立高速铁路建设路域生态风险评价模型。
1高速铁路建设生态风险评价
1.1 生态风险评价指标体系概念框架的选取
压力-状态-响应(Pressure-Situation-Response, PSR)框架模型是OECD(Organization for Economic Cooperation and Development,联合国经济合作开发署)针对环境问题而建立的[7]。PSR模型引入因果关系思维方式,环境指标选取突出了环境受到压力和环境退化之间的因果关系,与可持续的环境目标联系紧密;包含了人类对环境问题的响应,人类为减轻环境不断恶化所做的努力,这是评价生态环境的一个重要方面,而以往在指标研究中常被忽视。生态系统是多尺度的,评价模型应是普遍适应的。PSR模型在国际上被普遍认同,能较好地将环境压力、系统状态和对问题响应进行全面评价,故作为本文生态风险评价的基础。
1.2 高速铁路建设区生态风险评价内容
目前,区域生态风险评价的内容主要关注风险源分析和风险受体分析[4~6]。风险源分析指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。高速铁路建设区生态风险主要是工程施工带来边坡滑坡灾害、使沿线土地利用类型变化而引起动植物栖息地破坏和生态环境污染、水环境污染而产生动植物死亡或间接影响人群健康。风险受体分析包括受体选取和生态终点的确定。“受体”即风险承受者,是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,可能是生物体或非生物体。生态系统可以分为不同层级,通常经过判断和分析,选取那些对风险因子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。高速铁路建设过程中极大地改变了沿线景观类型,破坏动植物生态环境,也间接或直接影响路域人群健康。因此本文选取路域人群、动植物及沿线景观作为风险受体。
此外,风险评价不能忽视高速铁路建设现场风险管理的作用,国家和建设单位对其建设过程中的生态风险会采取相应管理措施,而措施实施的有效性必然会影响生态风险表征值。
1.3 高速铁路建设区生态风险评价指标体系
根据PSR模型的指导思想,本文建立的生态风险评价指标体系从风险源的危险性(压力)、路域生态系统的脆弱性(状态)和风险管理的有效性(响应)三方面选取指标,来表征生态风险大小,如图1所示。
2评价模型及步骤
2.1 评价方法选取
1993年刘思峰教授提出端点三角白化权函数的灰色评估方法近年来大量应用于各类评估实践[9~10],但其理论本身仍有需要改进的地方。经研究,刘教授提出一种新的三角白化权函数构造方法,即中心点三角白化权函数[8],较之端点三角白化权函数更为合理。端点三角白化权聚类存在两个以上灰类交叉现象,而中心点三角白化权聚类不存在此现象;端点三角白化权聚类可能出现某指标取值属于各灰类聚类系数之和大于1或小于1的情况,而中心点三角白化权聚类某指标取值属于各灰类聚类系数之和为1,更为规范化。基于此,本文选用中心点白化权函数灰色评价方法来建立高速铁路路域生态风险评价模型。
2.2 评价步骤
设有n个对象,m个评价指标,s个不同灰类,对象i关于指标j的样本观测值为xij,则基于中心点三角白化权函数灰色评价方法步骤,主要包括以下5步:
①根据高速铁路路域生态风险评价选取的指标,确定各指标{x■,x■,…,x■…,x■}的相应权重{K■,K■,…,K■…K■}。确定权重的方法一般有层次分析法、因素分析法、组合赋权法和熵值法等。
②按照评价所需划分的灰类数s,选取λ■,λ■…λ■为属于灰类1,2,…,s的点(可以是重点,也可以不是,以属于灰类最大可能性为选取依据,称为中心点),将各指标取值范围也相应地划分为s个灰类,如将j指标取值范围[λ■,λ■]划分为s-1个小区间:
[λ■,λ■],…,[λ■,λ■],…[λ■,λ■]
③同时连接点(λ■,1)与第k-1个小区间的中心点(λ■,0)及(λ■,1)与第k+1个小区间的中心点(λ■,0),得到j指标关于k灰类的三角白化权函数f■■(・),对于f■■(・)和f■■(・),可分别将j指标取数域向左、右延拓至λ■,λ■,可得到j指标关于灰类k的三角白化权函数f■■(・),如图2所示。
对于指标j的一个观测值x,可由公式1计算出其属于灰类k的隶属度f■■(x):
f■■(x)= 0x?埸(λ■,λ■)■x∈(λ■,λ■)■x∈(λ■,λ■)(1)
④计算对象i关于灰类k的综合聚类系数σ■■;其中f■■(x■)为j指标k子类白化权函数。
σ■■=■f■■(x■)K■(2)
⑤由■{σ■■}=σ■■判断对象i属于灰类k*;当多个对象同属k*灰类时,则可进一步根据综合聚类系数大小确定同属k*灰类的各对象优劣或位次。
3应用实例
本例以在建京沪高速铁路某段实际数据为基础,根据上文评价指标,采用层次分析法对指标进行赋权。其基本思路是决策者将复杂问题分解成若干层次和若干要素,由专家打分,在单个要素间简单比较、判断;然后计算,获得不同要素的权重[12]。通过层次分析法赋权得到评价对象风险源风险度、风险受体脆弱性、风险管理有效度权重分别为:0.524,0.197,0.279。
为使不能直接相互比较的指标原始数据具有可比性,本文采用极差标准化方法将各指标归一化。但目前确定压力和响应归一化中单项指标阈值相当困难,本研究主要依据国家、行业和地方法规、标准等,并参考其他相关研究成果,对指标阈值进行确定。
参照相关文献对风险等级划分[11],依据国外灾害风险评估风险等级划分,结合中心点三角白化权函数评价方法,本文将路域生态风险等级由劣到优划分成5级;①σ1重警状态[0.1,0.2];②σ2中警状态(0.2,0.4];③σ3预警状态(0.4,0.6];④σ4低风险状态(0.6,0.8];⑤无风险状态σ5(0.8,0.9]。各指标向左右延拓至0,1。这样,根据各指标实际值和权重系数,利用本文构建的评价模型,计算各指标聚类系数,如表1所列。
根据■{σ■■}=σ■■,对表1聚类结果分析可以看出:本段路域生态风险总体属于低风险状态;风险源风险等级属于低风险状态;风险受体脆弱性属于中警状态;风险管理有效度属于无风险状态。说明风险受体脆弱度是本段路域需要重点关注内容,其主要原因是本路段受原有北京-上海线影响,对路域景观生态的人为影响较严重,再加上该段路域地貌类型为波状平原,残丘和缓岗散布其中,人类对原有景观生态破坏程度严重。故施工管理单位在建设过程中以建设一条生态铁路为目标,应注意生态文化体系和生态环境体系构建,培养全社会生态意识,提升人民生活品质。
4结论
通过将中心点三角白化权函数灰色评价方法应用到路域生态风险评价中,得到在建京沪高速铁路该段路域生态风险状况,分析了影响路域生态风险方面表征情况,有利于管理决策者确定风险管理重点。本文引用的中心点三角白化权函数灰色评价方法,克服了以前的端点三角白化权函数灰色评价的缺点,评价结论更符合实际情况,科学可信。
参考文献:
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由此可见，原先的风险评价主要限于人体健康风险评价，许多有害废物管理也是着眼于人体健康风险进行的。近几年来，生态风险评价业已被人们所重视，已处在同人体健康风险评价的同等地位。但是到目前为止，生态风险评价还没有一套方法指南。尽管有人将NAS模式加以改变后用于讨论生态风险问题，生态风险评价原则上也可按其四个方面进行，但由于生态风险评价不完全等同于人体健康风险评价，用于人体健康风险评价的一系列方法指南并不完全适用于生态风险评价。因此美国EPA从1989年以来一直致力于生态风险评价指南的制订工作，1992年确定了一个生态风险评价指南制订工作大纲[11]，原则上给出了生态风险评价的框架。从研究内容上看，大致上与NAS提出的“四步法”相同，但每一方面的重点和方法又有不同的内容。该大纲将生态风险评价过程分为三步：第一步为问题阐述(Problem formulation)，描述目标污染物特性和有风险生态系统，进行终点选择和有关评价中假设的提出。问题阐述是确定评价范围和制定计划的过程；第二步为分析阶段(analysis phase)，主要从暴露表征和生态效应表征两个方面进行；第三步为风险表征。
显然，目前国外环境风险评价主要包括人体健康风险评价和生态风险评价两方面，风险评价的科学体系已基本形成。相对来说，人体健康风险评价的方法基本定型，生态风险评价正处在总结、完善阶段。总的来说，目前国外环境风险评价具有如下的特点和趋势：
·研究热点已由人体健康风险评价转移到生态风险评价；
·从污染物数量来说，已由单一污染物作用进一步考虑到多种污染物的复合作用；
·从环境风险类型来说，不仅考虑化学污染物，特别是有毒有害化学物，而且还要考虑到非化学因子对环境的不利影响；
·从评价范围方面来说，由局部环境风险发展到区域性环境风险，乃至全球环境风险；
·生态风险不仅仅只考虑到生物个体和群体，而且考虑到群落、甚至整个生态系统；
·技术处理上由定性向半定量、定量方向发展。
环境风险评价技术，特别是生态风险评价，还有许多问题有待研究，其中主要的有以下几方面：
1．评价终点的选择 人体健康风险评价的终点，只有一个物种(受体为人)，而生态风险评价的终点却不止一个，终点选择就成了生态风险评价过程的关键。对任何不同组织等级都有终点选择问题，终点选择原则上根据所关注的生态系统和污染物特性来进行，对生态系统和污染物特性了解得愈深刻，终点选择就愈准确。由于生态系统复杂性，不同评价人员可以选择不同的终点，因此目前迫切需要有一个统一的方法来确定生态风险评价的终点。
2．模型优化 模型在风险评价中的重要性是显而易见的，因为风险评价是研究人为活动引起环境不利影响的可能性，是根据有限的已知资料预测未知后果的过程，这就需要应用大量的数学模型才能完成。模型的优劣直接关系到整个风险评价结果的准确性。风险评价涉及的模型很多，主要有污染物环境转归模型、污染物时空分布模型、暴露模型、生物体分布模型、外推模型、风险计算模型等。风险评价就是由这些模型的组合，借助于计算机来连串在一体的。随着风险评价越来越复杂，准确性要求越来越高，发展和完善各种数学模型始终是风险评价研究的重要方面。
转贴于 3．生态暴露评价 在人体健康风险评价中，暴露评价是测定人体暴露值大小、频率、途径和暴露时间，表征受暴露的人群。在生态风险评价中、暴露评价相对人体健康暴露评价来说是特别困难的，尤其对暴露群体的表征，针对不同物种，它们栖息地环境差异很大，如水生环境、陆生环境和其他特定环境等。目前对生态暴露评价的定义还没有完全统一，一般认为生态暴露评价是测定污染物的空间和时间分布、存在形态、生物有效性以及与所关注的生态组分的接触状况。生态暴露评价是生态风险评价过程中最基本的组成部分，由于暴露系统的复杂性，目前还没有一个暴露的描述能适用所有的生态风险评价。由于对存在风险的种群认识不完全、污染物有效性的因子了解不够、单一、特别是多种混合物暴露的剂量一响应规律认识不深入，以及将实验室结果外推到野外的不同时空范围的困难等，暴露评价中的许多因子都存在不确定性。显然，生态暴露评价远比人体暴露评价复杂，关键必须考虑污染物与生物体以及生态系统、污染物与环境间的相互作用、相互影响。因此，必须加强这方面评价方法和技术的研究。
4．不确定性处理 不确定性处理一直是风险评价中的主要问题。不确定性来源于各种外推过程，例如：物种间外推、不同等级生物组织间外推、由实验室向野外情况外推，由高剂量向低剂量外推等。因此对不确定性的定量化处理是风险评价必须解决的关键技术问题。要发展各种外推理论，建立合适的外推模型。 总之，随着环境保护进入一个新的时代，可以预见，环境风险评价研究必将对人类生存及自然环境的保护和改善作出新的贡献，并将对环境科学理论研究有新的推进。
参考文献
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1.1地累指数法地累指数法（Indexofgeoaccumulation，Igeo）是由德国学者Muller于1969年提出［9］，目前已被广泛作为研究沉积物中重金属污染程度的定量指标。以沉积物中重金属含量的高低反映污染水平［10］，适用于研究现代沉积物中重金属污染的评价。涂剑成等［8］采用地累指数法对我国东北地区部分污水处理厂污泥重金属潜在风险评价进行了对比研究，发现各污泥中Cr和Ni的Igea指数均小于0。表明污泥中Cr和Ni对耕地土壤环境无污染风险；大部分污泥样品中Cu和Zn的污染程度为中度污染到强污染之间，污泥中Zn的潜在生态风险程度最高。总体上看，污泥进入耕地黑土环境前，应降低Cu、Zn和Mn的含量。
1.2内梅罗综合指数法内梅罗综合指数法（Nemerouindex）常用于评估土壤重金属污染程度［11］，现已逐渐被引入研究污泥重金属的污染程度。评价方法首先根据公式计算出每个污泥样品中各个重金属元素的内梅罗单项污染指数，然后再计算各样品所有重金属的综合污染指数。某样品中某种重金属元素的内梅罗单项污染指数计算公式为。内梅罗综合指数分为5级：PI≤0.7时，污染程度为清洁；0.7>PI≤1时，污染程度为尚清洁；1<PI≤2时，污染程度为轻度污染；2<PI≤2时，污染程度为轻度污染；2<PI≤3时，污染程度为中度污染；PI>3时，污染程度为中度污染［11］。涂剑成等采用内梅罗综合指数法和地累指数法对某污水处理厂污泥重金属潜在生态风险进行了表征。结果表明，各污泥对应的内梅罗综合指数反映出各污泥总体对耕地土壤环境存在严重的潜在生态风险，由于内梅罗指数不仅考虑到各种影响参数的平均污染状况，而且特别强调了污染最严重的因子，同时在加权过程中避免了权系数中主管因素的影响。因此克服了平均值法各种污染物分担的缺陷，能较好反映污泥总体上潜在的生态风险。
1.3潜在生态风险指数法潜在生态风险指数法（PotentialEcologicalRiskIndex）是瑞典科学家Hacanson根据重金属性质及其环境行为特点，从沉积学角度提出来的对土壤或沉积物中重金属污染进行评价的方法。该方法不仅考虑土壤重金属含量，而且将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，采用具有可比的、等价属性指数分级法进行评价，并定量地区分出潜在生态危害程度，是应用比较广泛、比较先进的方法。宁建凤等采用潜在生态风险指数法对广东大中型水库底泥重金属的生态风险进行了调查与评价［16］，其研究结果表明：粤北大中型水库底泥重金属具有很强的潜在生态风险，其中Cd潜在生态风险系数最大。
1.险评价码法重金属的生物毒性和生态效应与其赋存形态密切相关，因此在进行潜在的生态风险评价时，需要考虑其赋存形态的影响。沉积物中重金属的赋存形态有可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机质结合态，以及存在于晶格矿物中的残渣态等。可交换态及碳酸盐结合态存在的重金属，由于其键合微弱，易与上层水体相互交换，因而具有快速生物可利用性，常用于生态风险评价［17］。风险评价码（riskassessmentcode，RAC）方法是常用的沉积物中重金属的风险表征手段，以碳酸盐结合态和离子可交换态的重金属占重金属总量的质量百分数来表征［18］。有学者在河北滦河一些采样点的沉积物中发现，Cd的RAC已超过50%［19］。采用RAC评价沉积物中重金属风险，可反映重金属赋存形态的生物有效性，但还应考虑重金属的总质量，若金属总质量很低，即使RAC很高，也不宜判定为高风险。
1.5改进型潜在生态风险指数法相比RAC法，潜在生态风险评价指数法（ModifiedPotentialEcologicalRiskIndex）对重金属的化学形态未予以区分。越来越多的研究表明，相对于重金属的总量，重金属元素的生物有效态含量更能反映出其生态毒性大小。因此朱慧娜等对潜在生态风险评价指数法进行了修正。参考风险评价码法适当考虑了重金属元素的不同化学形态对生态风险的贡献度［20］，并使用MRI对霞湾港底泥重金属生态风险进行了评价。波兰学者在此研究基础上，将MRI用于了污泥堆肥中重金属的生态风险评价［21］，拓展了MRI的研究使用范围，为污泥中重金属生态风险评价提供了新的思路。
