本发明属于环境科学和环境风险领域，具体涉及一种基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统及方法。
背景技术：
以区域为单元，展开环境风险评估、绘制网格化环境风险地图，可支撑我国环境风险优先级识别与分类、分区管理工作。
环境风险包括突发环境风险和累积性环境风险，针对区域网格化突发性环境风险评估，当前我国已出台《行政区域突发环境事件风险评估推荐方法》，作为基于风险场的区域突发性环境风险评估的技术依据。在累积性环境风险方面，现有的评估方法主要基于污染浓度数据，人群暴露情况及对应的暴露反应关系开展，在评估缺乏污染物暴露及暴露反应关系信息的环境风险时难以适用，因此现有评估方法一般只能用于一种或有限几种具有暴露反应关系的污染物的累积性风险评估。虽然申请号为201610098851.3的中国专利，公开了一种区域综合环境风险评估和分区方法，该方法从宏观角度对环境风险进行评估，但该方法也依赖于污染物暴露以及暴露反应关系等数据。
因此，综合以上分析现有的方法依赖于污染物暴露以及暴露反应关系等数据，只能用于一种或有限几种具有暴露反应关系的污染物的累积性风险评估，难以适用存在潜在多种污染物暴露时的网格化累积性环境风险评估，并且评估的不准确，方法的通用性也较差。
技术实现要素：
技术问题：本发明提供一种基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统及方法，该系统及方法用于累积性环境风险评估，能够不依赖于污染物暴露及暴露反应关系信息，适用存在潜在多种污染物暴露时的累积性环境风险评估，评估准确，具有较强的通用性、科学性、准确性。
技术方案：本发明的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统，包括数据采集单元、数据存储单元、评估分析单元、风险可视化单元；
所述数据采集单元用于采集评估区域内的环境风险相关资料数据；
所述数据存储单元用于存储通过数据采集单元采集的环境风险相关资料数据；
所述评估分析单元根据环境介质种类设置有若干个子评估分析单元，用于评估每种环境介质的累积性环境风险，以及评估综合所有环境介质的累积性综合环境风险；
所述风险可视化单元用于生成累积性环境风险地图，将评估区域内的累积性环境风险情况可视化显示。
进一步地，所述评估分析单元包括：累积性大气环境风险评估分析单元，用于评估累积性大气环境风险；
累积性水环境风险评估分析单元，用于评估累积性水环境风险；
累积性土壤环境风险评估分析单元，用于评估累积性土壤环境风险；
累积性综合风险评估单元，用评估综合大气、水、土壤的累积性综合环境风险。
本发明的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，采用所述的累积性环境风险评估系统进行累积性环境风险评估，具体包括：
确定评估区域，并对评估区域进行网格划分，采用数据采集模块收集评估区域内的环境风险相关资料，所述环境风险相关资料包括污染情况资料、环境管理统计资料和地理信息资料，将环境风险相关资料存储在数据存储单元中；
针对若干种环境介质，基于累积性环境风险场强指数、累积性环境风险控制机制指数、累积性环境风险受体指数建立累积性环境风险指数评估模型，并将累积性环境风险指数评估模型置于评估分析单元中，用于评估累积性环境风险；所述累积性环境风险指数评估模型包括各种环境介质对应的累积性环境风险指数和综合所有种类环境介质的累积性综合环境风险指数，所述累积性综合环境风险指数的计算方法为：
其中，rc表示网格的累积性综合环境风险指数，rck表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险指数，k为序号，m表示网格内环境介质的种类；
将评估区域的累积性环境风险进行等级区划，确定评估区域内各网格的累积性环境风险对应的等级，并通过风险可视化单元绘制累积性环境风险地图。
进一步地，所述各种环境介质对应的累积性环境风险指数的计算方法为：
其中，rck表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险指数，sfk表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险场强指数，smk表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险控制机制指数，svk表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险受体指数，k为序号，m表示网格内的环境介质种类。
进一步地，所述环境介质包括水、大气、土壤三种，对应的累积性环境风险场强指数包括：累积性大气环境风险场强指数、累积性水环境风险场强指数、累积性土壤环境风险场强指数；
对应的累积性环境风险控制机制指数包括：累积性大气环境风险控制机制指数、累积性水环境风险控制机制指数、累积性土壤环境风险控制机制指数；
对应的累积性环境风险受体指数包括：累积性大气环境风险受体指数、累积性水环境风险受体指数、累积性土壤环境风险受体指数。
进一步地，所述累积性大气环境风险场强指数的计算方法为：
式中，fax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险场强指数；dai为第i个累积性大气环境风险源的源强；sai为评估区域内第i个累积性大气环境风险源的环境风险指数；mai为评估区域内第i个累积性大气环境风险源的环境风险管控水平指数；ui为第i个风险源与网格(x,y)的联系度；li为网格(x,y)的中心点与第i个风险源的距离，单位为km；i为序号，k为差异系数，j为对立系数，此处n为累积性大气环境风险源的个数，s1、s2、s3、s4均为常数，用于联系度计算中空间范围的划分，x,y为网格的坐标。
进一步地，当确定网格为水体后，所述累积性水环境风险场强度指数采用如下公式计算：
式中，fwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险场强指数；dwi为第i个累积性水环境风险源的源强；li为网格(x,y)的中心点与第i个水环境风险源的距离，单位为km；swi为评估区域内第i个累积性水环境风险源的环境风险指数；mwi为评估区域内第i个累积性水环境风险源的环境风险管控水平指数，此处n为累积性水环境风险源的个数，i为序号，x,y为网格的坐标。
进一步地，所述累积性土壤环境风险场强指数计算方法为：
fsx,y＝fax,y fwx,y
fsx,y为网格(x,y)的累积性土壤环境风险场强指数；fax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险场强指数；fwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险场强指数，x,y表示网格的坐标。
进一步地，采用评分法，确定累积性大气环境风险控制机制指数、累积性水环境风险控制机制指数、累积性土壤环境风险控制机制指数、累积性水环境风险受体指数、累积性土壤环境风险受体指数，通过确定各环境介质的评估指标，并赋予各个评估指标权重和分值，从而进行量化，综合各项指标得分，计算得到各指数的分值。
进一步地，所述污染情况资料包括污染企业基本信息、违规情况和特征污染物监测、废物排放与治理、危化品存储；所述环境管理统计资料包括环境治理投资、环境管理执法投入、环境问题信访和投诉情况；所述地理信息资料包括水体分布、地形海拔资料、气象资料、人口分布、用地类型。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统，包括数据采集单元、数据存储单元、评估分析单元、风险可视化单元；能够完成数据资料采集、数据存储、环境风险评估以及环境风险可视化，完成整个环境风险评估流程，从而便于科学地对环境风险进行管理和调控，累积性环境风险的分区分类的精准化管理工作提供技术支撑。
(2)本发明基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，综合采用企业级环境表现数据、区域环境管理数据和地理数据等多种数据类型，并对评估区域进行网格划分，然后基于风险场理论分别从累积性环境风险场强、累积性环境风险控制机制、累积性环境风险受体三个方面构建累积性环境风险指数评估模型，并根据累积性环境风险指数的得分进行等级划分，从而确定评估区域的累积性环境风险等级，并绘制了可视化的地图，实现了区域网格化累积性环境风险的评估与可视化。本发明的方法，无需依赖于暴露性数据以及暴露反应关系信息，从而能够对累积性环境风险进行宏观的评估，因此该方法本方法通用性强，评估全面，可作为我国累积性环境风险优先级识别的技术手段，为累积性环境风险的分区分类的精准化管理工作提供技术支撑。
(3)本发明的方法充分考虑大气、水和土壤等不同环境介质的差异性，通过计算评估区域内累积性大气/水/土壤环境风险场强指数、累积性大气/水/土壤环境风险控制机制指数、累积性大气/水/土壤环境风险受体指数，并根据三种指数，确定了评估区域内各环境介质的累计性环境风险指数，以及综合各环境介质的累积性综合环境风险指数，从而对评估区域内的累计性环境风险进行综合评估，特别是在本发明的方法中，充分考虑了土壤的累积性风险，从而使得累计性环境风险评估的更加精确。
(4)本发明的方法在计算部分评估指数时，主要采用了评分法，通过对评估区域内各环境介质设定不同的评估指标，并为各指标进行打分量化，从而不需要精确的暴露性数据以及暴露反应关系，即能对环境风险进行科学量化，从而能够综合考虑多种因素，不局限于某一个单一的指标，从而对评估区域内的累计性环境风险进行科学精准的评估，并且操作简单，通用性较强。并且在对个指标进行赋权时，采用的是等权重的形式，避免了采用差异性的权重时，主观性较强、复杂度和难度大的缺点，从而更加科学准确地对累积性环境风险进行评估。
(5)本发明的方法综合考虑土壤的累积性环境风险，因为污染物进入土壤环境的途径包括大气干湿沉降、地下水污染等等，机制较为复杂，且数据难以获取，本发明的方法确定了累积性土壤环境风险场强度的计算方法，以减少在不确定性较强的情况下对累积性土壤环境风险的低估，从而使得环境风险评估的更加全面、准确。
(6)本发明的方法，采用欧几里得范数的方法，构建了新的计算累积性综合环境风险指数的计算方法，通过叠加不同介质的环境风险，从而保证叠加后的综合环境风险划分在合理的环境风险等级中，维持叠加后环境风险指数的区分度，避免了传统方法对累积性环境风险评估不准确、风险等级划分不合理的缺点，从而使得对评估区域的累积性环境风险的计算更加科学、准确。
附图说明
图1为本发明的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统的框架图。
图2为本发明的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法的计算流程图；
图3为基于本发明的方法绘制的南京地区的累积性环境风险地图；
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统，包括数据采集单元、数据存储单元、评估分析单元、风险可视化单元；所述数据采集单元用于采集评估区域内的环境风险相关资料数据；所述数据存储单元用于存储通过数据采集单元采集的环境风险相关资料数据；所述评估分析单元根据环境介质种类设置有若干个子评估分析单元，子评估分析单元中内置有累积性环境风险指数评估模型，用于评估每种环境介质的累积性环境风险，以及评估综合所有环境介质的累积性综合环境风险；所述风险可视化单元用于生成累积性环境风险地图，将评估区域内的累积性环境风险情况可视化显示。
在本发明的实施例中，环境介质包括大气、水和土壤，因此在累积性环境风险评估系统中评估分析单元包括：累积性大气环境风险评估分析单元，用于评估累积性大气环境风险；累积性水环境风险评估分析单元，用于评估累积性水环境风险；累积性土壤环境风险评估分析单元，用于评估累积性土壤环境风险；累积性综合风险评估单元，用于评估综合大气、水、土壤的累积性综合环境风险。
累积性环境风险评估系统能够完成数据资料采集、数据存储、环境风险评估以及环境风险可视化，完成整个环境风险评估流程，从而便于科学地对环境风险进行管理和调控，为累积性环境风险的分区分类的精准化管理工作提供技术支撑。
本发明的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，可以采用本发明的累积性风险评估系统进行环境风险评估，结合图2所示，该方法首先确定评估区域，对评估区域进行网格划分，并采用数据采集模块收集评估区域内的环境风险相关资料，并将环境风险相关资料保存在数据存储模块中。评估区域内的环境风险相关资料，包括：污染情况资料、环境管理统计资料、地理信息资料，其中污染情况资料包括污染企业基本信息、违规情况和特征污染物监测、废物排放与治理、危化品存储；环境管理统计资料，包括环境治理投资、环境管理执法投入、环境问题信访和投诉情况；地理信息资料包括水体分布、地形海拔资料、气象资料、人口分布、用地类型。从这些环境相关资料可以看出，这些资料均为评估区域内的状态性信息，表现的是评估区域内环境相关状态。
对评估区域进行网格划分时，以过评估区域最西侧点的经线为y轴，向北为正方向，以过评估区域最南侧点的纬线为x轴，向东为正方向，两条坐标轴的交点为原点，建立坐标系，在坐标系内按设定的分辨率来划分网格单元，并对区域落在网格中的部分进行编号，通常会将分辨率设定为500m×500m和/或1000m×1000m，这样既能保证每个网格单元包含足够反应该网格单元内环境风险的信息，也避免选择过大，造成评估的不准确。当坐标系建立完成，按设定的分辨率划分网格后，可以将任一网格用(x,y)表示，x，y表示该网格的坐标。
针对若干种环境介质，基于累积性环境风险场强指数、累积性环境风险控制机制指数、累积性环境风险受体指数建立累积性环境风险指数评估模型，并将累积性环境风险指数评估模型置于评估分析模块中，用于评估累积性环境风险。累积性环境风险场强度指数，用于描述各累积性环境风险源在一定环境空间中形成的分布格局；累积性风险控制机制指数，用于表示一定环境空间中降低环境风险的政策、措施、技术等的有效性；累积性环境风险受体指数，用于描述风险受体的脆弱性和重要性，风险受体主要包括人群和生态系统。综合这三个指数，建立累积性环境风险指数评估模型，所述累积性环境风险指数评估模型包括各个环境介质对应的累积性环境风险指数和综合所有种类环境介质的累积性综合环境风险指数，例如在本发明的实施例中，环境介质包括大气、水、土壤，对于单一环境介质对应的累积性环境风险指数包括累积性大气环境风险指数、累积性水环境风险指数、累积性土壤环境风险指数，分别对应累积性环境风险评估系统的累积性大气环境风险评估分析单元、累积性水环境风险评估分析单元、累积性土壤环境风险评估分析单元。并且综合大气、水、土壤三种环境介质得到累积性综合环境风险指数，对应累积性综合环境风险评估分析单元。
具体实施过程中，分别计算评估区域内各个网格的每种环境介质的累积性环境风险场强指数、累积性环境风险控制机制指数、累积性环境风险受体指数，确定网格的每种环境介质对应的累积性环境风险指数和综合所有种类环境介质的累积性综合环境风险指数。
本发明的实施例中，环境介质包括大气、水、土壤，故对应的累积性环境风险场强指数包括：累积性大气环境风险场强指数、累积性水环境风险场强指数、累积性土壤环境风险场强指数；对应的累积性环境风险控制机制指数包括：累积性大气环境风险控制机制指数、累积性水环境风险控制机制指数、累积性土壤环境风险控制机制指数；对应的累积性环境风险受体指数包括：累积性大气环境风险受体指数、累积性水环境风险受体指数、累积性土壤环境风险受体指数。
因为土壤介质流动性较差，污染物相对易累积，在累积性环境风险评估中不可或缺，因此在本发明的方法中纳入评估范围内，使得评估的更加全面。
结合图2所示流程图，对累积性环境风险场强指数、累积性环境风险控制机制指数和累积性环境风险受体指数的计算过程进行说明，因为评估时，每个网格单元是独立进行的，因此在计算时，均以一个网格为单位，下面对各指数的计算过程和方法进行说明。
(1)计算各网格单元累积性环境风险场强指数(f)：分别计算三种环境介质的累积性环境风险场强指数，包括累积性大气环境风险场强指数(fa)、累积性水环境风险场强指数(fw)和累积性土壤环境风险场强指数(fs)。
1)累积性大气环境风险场强指数(fa)：计算公式如(1)-(3)所示：
式(1)-(3)中：fax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险场强指数；dai为第i个累积性大气环境风险源的源强；sai为评估区域内第i个累积性大气环境风险源的环境风险指数；mai为评估区域内第i个累积性大气环境风险源的环境风险管控水平指数；ui为第i个风险源与网格(x,y)的联系度；li为网格(x,y)的中心点与第i个风险源的距离，单位为km；i为序号，k为差异系数，j为对立系数，此处n为累积性大气环境风险源的个数。在本发明的实施例中，分别取k1＝0.5、k2＝-0.5、j＝-1；s1、s2、s3、s4均为常数，用于联系度计算中空间范围的划分，分别取1km、3km、5km、10km。
将计算结果采用极差化法进行标准化，并调整到0-100的范围内，如公式(4)所示：
式(4)中，sfax,y为网格(x,y)的标准化的累积性大气环境风险场指数；famax为评估区域内所有网格累积性大气环境风险场强度的最大值；famin为评估区域内所有网格累积性大气环境风险场强度的最小值。
因为综合考虑了风险源的情况，从而使得计算得到的累积性大气环境风险场强指数更加科学准确，为准确的进行累积性环境风险评估奠定了基础。
说明的是，公式(2)中的累积性大气环境风险源的环境风险指数，用于表征该风险源造成的潜在累积性危害的程度，累积性大气环境风险源的环境风险指数主要包括贮存化学物质风险源指数和排放污染物风险源指数，其中，排放污染物包括重金属和挥发性有机化合物。
贮存化学物质风险源指数包括贮存化学物质生态健康指数与人群健康指数，生态健康指数的计算方式为：该风险源的每种涉气风险物质存在量乘以其对应的生物富集因子(bioconcentrationfactor，简称bcf)，再求和；若该种涉气风险物质不存在bcf，则不考虑其大气环境生态健康影响。
人群健康指数的计算方式为：该风险源的每种涉气风险物质存在量乘以其对应的呼吸摄入致癌斜率因子，再求和；若该物质不存在呼吸摄入致癌斜率因子，则不考虑其大气环境人群健康影响。
排放污染物风险源指数的计算方式为废气排放中每种重金属和挥发性有机化合物的年排放量除以其对应的废气排放浓度标准，再求和。
为使各部分的指数在同一区间范围内，对各部分进行取自然对数，使用极差法进行标准化处理，调整到0-100范围内，并最终将各部分相加求和得到该风险源的累积性大气环境风险源指数。
公式(3)中的累积性大气环境风险源的环境风险管控水平指数表征降低该风险源的累积性环境风险的政策、措施、技术等的有效性。累积性大气环境风险源的环境风险管控水平指数可采用评分法进行量化评估，评估指标如表1所示：
表1累积性大气环境风险管控水平指标及其评估
将各项指标所得分值累加，确定风险源的累积性大气环境风险源的环境风险管控水平指数，然后将得分值进行标准化。
2)累积性水环境风险场强指数(fw)：累积性水环境风险场强的计算主要针对评估区域内累积性环境风险物质可能影响的水体，因此评估的范围主要为河流、湖泊、水库等水体，故陆地不在累积性水环境风险场的计算范围之内。因此，需对各网格的类型进行分类，判断网格是否为水体类型，如公式(5)所示：
式(5)中t(x,y)是网格(x,y)的类型，t(x,y)＝1，说明该网格是水体，t(x,y)＝0，说明该网格为其他类型。
若网格(x,y)对应的t(x,y)＝0，则停止对该网格的水环境风险场进行评估，并将该网格的水环境风险设为0；若网格(x,y)对应的t(x,y)＝1，则采用式(6)对水环境风险场指数进行计算，
式(6)-(7)中，fwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险场强度；dwi为第i个累积性水环境风险源的源强；li为网格(x,y)的中心点与第i个水环境风险源的距离，单位为km；swi为评估区域内第i个累积性水环境风险源的环境风险指数；mwi为评估区域内第i个累积性水环境风险源的环境风险管控水平指数，此处n为累积性水环境风险源的个数，i为序号。
将计算结果采用极差化法进行标准化，并调整到0-100范围内，如公式(8)所示：
式(8)中，sfwx,y为网格(x,y)的标准化后的累积性水环境风险场强度；fwmax为评估区域内所有网格的水环境风险场强度的最大值；fwmin为评估区域内所有网格的水环境风险场强度的最小值。
因为综合考虑了风险源的情况，从而使得计算得到的累积性水环境风险场强指数更加科学准确，为准确地进行累积性环境风险评估奠定了基础。
说明的是，公式(7)中的累积性水环境风险源的环境风险指数，用于表征该风险源造成的潜在累积性危害的程度，累积性水环境风险源的环境风险指数主要包括贮存化学物质风险源指数和排放污染物风险源指数，其中，排放污染物包括重金属和挥发性有机化合物。
贮存化学物质风险源指数包括贮存化学物质生态健康指数与人群健康指数，生态健康指数的计算方式为：该风险源的每种涉水风险物质存在量乘以其对应的生物富集因子(bioconcentrationfactor，简称bcf)，再求和；若该种涉水风险物质不存在bcf，则不考虑其水环境生态健康影响。
人群健康指数的计算方式为：该风险源的每种涉水风险物质存在量乘以其对应的经口摄入致癌斜率因子，再求和；若该物质不存在经口摄入致癌斜率因子，则不考虑其水环境人群健康影响。
排放污染物风险源指数的计算方式为：废水排放中每种重金属和石油类物质的一年的排放量除以其对应的废水排放浓度标准，再求和。
为使各部分的指数在同一区间范围内，对各部分进行取自然对数，使用极差法的进行标准化处理，并调整到0-100范围内，并最终将各部分相加求和得到该风险源的累积性水环境风险源指数。
公式(7)中的累积性水环境风险源的环境风险管控水平指数表征降低该风险源的累积性环境风险的政策、措施、技术等的有效性。累积性水环境风险源的环境风险管控水平指数可采用评分法进行量化评估，评估指标如表2所示：
表2企业累积性水环境风险管控水平指标及其评估
将各项指标所得分值累加，确定风险源的累积性水环境风险源的环境风险管控水平指数，然后将得分值进行标准化。
3)累积性土壤环境风险场强指数(fs)：叠加计算网格内累积性大气环境风险场强和水环境风险场强度然后进行标准化处理作为最终的网格累积性土壤环境风险场强度，计算方法如公式(9)所示：
fsx,y＝fax,y fwx,y(9)
式(9)中，fsx,y为网格(x,y)的累积性土壤环境风险场强度；fax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险场强度；fwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险场强度。
将计算结果采用极差化法进行标准化，并调整到0-100范围内，如公式(10)所示：
式中：sfsx,y为网格(x,y)的标准化后的累积性土壤环境风险场强度；fsmax为所有网格的累积性土壤环境风险场强度的最大值；fsmin为所有网格的累积性土壤环境风险场强度的最小值。
由于土壤介质流动性较差，污染物相对易累积，在累积性环境风险评估中不可或缺，因此在本发明的方法中纳入评估范围内。因为污染物进入土壤环境的途径包括大气干湿沉降、地下水污染等等，机制较为复杂，且数据难以获取，本发明的方法基于最大可信事故的思路，确定一种简化的累积性土壤环境风险场强度的计算方法，以减少在不确定性较强的情况下对累积性土壤环境风险的低估。本发明的方法，综合考虑了土壤的环境风险，使得环境风险评估的更加全面、准确。
(2)计算各网格单元累积性环境风险控制机制指数(m)：分别计算三种环境介质的累积性环境风险控制机制指数，包括累积性大气环境风险控制机制指数(ma)、累积性水环境风险控制机制指数(mw)和累积性土壤环境风险控制机制指数(ms)。
1)累积性大气环境风险控制机制指数(ma)：采用评分法进行量化，评估指标如表3所示：
表3累积性大气环境风险控制机制评估指标
将各项指标所得分值累加，确定网格(x,y)内累积性大气环境风险控制机制指数max,y。若评估网格(x,y)内跨越不同的行政区且各行政区累积性大气环境风险控制机制的得分不一致，则按分值最高的作为最终得分。
将计算结果采用极差法进行标准化，并调整到0-100范围内，如公式(11)所示：
公式(11)中，smax,y表示网格(x,y)的标准化后的累积性大气环境风险控制机制指数，mamin表示所有网格的累积性大气环境风险控制机制指数的最小值，mamax表示所有网格的累积性大气环境风险控制机制指数的最大值。说明的是，在进行评估指标的分值设计时，采用了百分制，因此在实际操作中，也可不进行标准化，通过标准化是为了统一，使得结果更加准确。
2)累积性水环境风险控制机制指数(mw)：采用评分法进行量化，评估指标如表4所示。若网格的类型不是水体，即网格(x,y)对应的t(x,y)＝0，则停止对该网格的水环境风险控制机制进行评估。
表4累积性水环境风险控制机制评估指标
各项指标分值累加，确定网格(x,y)的累积性水环境风险控制机制指数mwx,y。若评估网格(x,y)跨越不同的行政区且各行政区累积性水环境风险控制机制的得分不一致，则按分值最高的作为最终得分。
将计算结果采用极差法进行标准化，并调整到0-100范围内，如公式(12)所示：
公式(12)中，smwx,y表示网格(x,y)的标准化后的累积性水环境风险控制机制指数，mamin表示所有网格的累积性水环境风险控制机制指数的最小值，mamax表示所有网格的累积性水环境风险控制机制指数的最大值。说明的是，在进行评估指标的分值设计时，采用了百分制，因此在实际操作中，也可不进行标准化，通过标准化是为了统一，使得结果更加准确。
3)累积性土壤环境风险控制机制指数(ms)：采用评分法进行量化，评估指标如表5。
表5累积性土壤环境风险控制机制评估指标
各项指标分值累加，确定网格(x,y)累积性土壤环境风险控制机制指数msx,y。若评估网格(x,y)内跨越不同的行政区且各行政区累积性土壤环境风险控制机制的得分不一致，则按分值最高的作为最终得分。
将计算结果采用极差法进行标准化，并调整到0-100范围内，如公式(13)所示：
公式(13)中，smsx,y表示网格(x,y)的标准化后的累积性土壤环境风险控制机制指数，msmin表示所有网格的累积性土壤环境风险控制机制指数的最小值，msmax表示所有网格的累积性土壤环境风险控制机制指数的最大值。说明的是，在进行评估指标的分值设计时，采用了百分制，因此在实际操作中，也可不进行标准化，通过标准化是为了统一，使得结果更加准确。
可以看出，本发明的实施例中，采用的评分表基于区域大气环境风险管控在资金和人员投入、管理成效等多方面的表现进行评估，不局限于某一个单一的指标，更为全面反映大气、水、土壤环境风险控制机制水平。表格中所述指标，不依赖于暴露性数据以及暴露反应关系信息，数据容易获得。并且采用均权重的原因在于各项分指标的重要性相近，而且如果设置差异性的权重，主观性较强，且极大增加方法复杂度，增加实际操作的难度，采用均权重的方法可以避免过于主观，影响评估精度。指标体系的大体框架上与大气、水的一致，体现评估的连贯性，同时部分指标也凸显出介质的特异性，体现出评估的精准性。同时，综合考虑了累积性土壤环境风险，使得评估更加科学全面。
(3)计算各网格累积性环境风险受体指数(v)：分别计算三种介质的累积性环境风险受体指数，包括累积性大气环境风险受体指数(va)、累积性水环境风险受体指数(vw)和累积性土壤环境风险控制机制指数(vs)。
1)累积性大气环境风险受体指数(va)：采用公式(14)-(16)进行计算。
公式(14)-(16)中，vax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险受体指数；px,y为网格(x,y)的标准化的人口指数；popx,y为网格(x,y)内的人口数量；popmax为所有网格的99分位数人口数量值(去除极值)；popmin为所有网格的人口数量的最小值；vx,y为网格(x,y)的标准化的风速指数；
公式(17)中，svax,y表示网格(x，y)内标准化后的累积性大气环境受体指数，vamin表示所有网格的累积性大气环境受体指数的最小值，vamax表示所有网格的累积性大气环境受体指数的最大值。
2)累积性水环境风险受体指数(vw)：采用评分法进行量化，评估指标如表6所示。若网格的类型不是水体，即网格(x,y)对应的t(x,y)＝0，则停止对该网格的水环境风险受体进行评估。
表6累积性水环境风险受体指数评估表格
将各项指标分值累加，确定网格(x,y)内累积性水环境风险受体指数vwx,y。将计算结果采用极差法进行标准化，并调整到0-100范围内，如公式(18)所示：
公式(18)中，svwx,y表示网格(x，y)内标准化后的累积性水环境受体指数，vwmin表示所有网格的累积性水环境受体指数的最小值，vwmax表示所有网格的累积性水环境受体指数的最大值。说明的是，在进行评估指标的分值设计时，采用了百分制，因此在实际操作中，也可不进行标准化，通过标准化是为了统一，使得结果更加准确。
在进行评分表构建时，选择了水体级别和水体功能作为评级指标，因此从水体级别和功能的角度综合评估水环境受体本身的资源条件和承受的人类活动强度，从而开展综合评估，进而使得评估的结果更加科学精确。
3)累积性土壤环境风险受体指数(vs)：采用评分法进行量化，评估指标如表7。
表7累积性土壤环境风险受体指数评估表格
各项指标分值累加，确定网格内累积性土壤环境风险受体指数vsx,y。将计算结果采用极差法进行标准化，并调整到0-100范围内，如公式(19)所示，
公式(18)中，svsx,y表示网格(x，y)内标准化后的累积性土壤环境受体指数，vsmin表示所有网格的累积性土壤环境受体指数的最小值，vsmax表示所有网格的累积性土壤环境受体指数的最大值。说明的是，在进行评估指标的分值设计时，采用了百分制，因此在实际操作中，也可不进行标准化，通过标准化是为了统一，使得结果更加准确。
所构建的评分表中，从土地利用类型和土壤性质两方面综合评估土壤环境受体承受的人类活动强度和污染物扩散性质，从而开展综合评估，使得评估结果更加科学准确。
(4)计算各网格单元累积性环境风险指数(rc)
在进行累积性环境风险指数计算时，需全面考虑风险源、风险控制机制和风险受体三方面，得到的综合评分。对于各网格单元，累积性环境风险指数需要考虑两个方面，一方面是单一环境介质的累积性环境风险指数，另一方面是综合所有环境介质的累积性综合环境风险指数。
在进行各种环境介质的累积性环境风险指数计算时，计算方法采用如公式(20)所示：
其中，rck表示某一网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险指数，sfk表示某一网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险场强指数，smk表示某一网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险控制机制指数，svk表示某一网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险受体指数，k为序号，m表示共有m种环境介质。说明的是，通常sfk、svk、smk采用的是标准化后的值，说明的是，某一是指其中一个的意思。
在本发明的实施例中，共有大气、水、土壤三种环境介质，因此可知，m的值为3，则对应的：
1)各网格累积性大气环境风险指数的计算公式(21)如下：
公式(21)中，rcax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险指数；sfax,y为网格(x,y)的标准化的累积性大气环境风险场强指数；svax,y为网格(x,y)的标准化后的累积性大气环境风险受体指数；smax,y为网格(x,y)的标准化的累积性大气环境风险控制机制指数。说明的是，如果sfax,y、svax,y或smax,y所指代的指数，在未标准化前，在设定的分值范围内，例如0-100，则对应的指数值也可用未标准化的数据。
2)各网格累积性水环境风险指数的计算公式(22)如下：
公式(22)中，rcwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险指数；sfwx,y为网格(x,y)的标准化的累积性水环境风险场强指数；svwx,y为网格(x,y)的标准化后的累积性水环境风险受体指数；smwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险控制机制指数。说明的是，如果sfwx,y、svwx,y或smwx,y所指代的指数，在未标准化前，在设定的分值范围内，例如0-100，则对应的指数值也可用未标准化的数据。
3)各网格累积性土壤环境风险指数的计算公式(23)如下：
公式(23)中，rcsx,y为网格(x,y)的累积性土壤环境风险指数；sfsx,y为网格(x,y)的标准化后的累积性土壤环境风险场强度；svsx,y为网格(x,y)的标准化后的累积性土壤环境风险受体指数；smsx,y为网格(x,y)的标准化后的累积性土壤环境风险控制机制指数。说明的是，如果sfsx,y、svsx,y或smsx,y所指代的指数，在未标准化前，在设定的分值范围内，例如0-100，则对应的指数值也可用未标准化的数据。
综合所有环境介质的累积性综合环境风险指数采用欧几里得向量范数的计算方式将各环境介质的累积性风险指数进行叠加计算累积性综合环境风险指数，通用的计算公式如公式(24)所示：
其中，rc表示网格的累积性综合环境风险指数，rck表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险指数，k为序号，m表示网格内环境介质的种类。
因此，对于本发明的实施例中，有大气、水、土壤三种环境介质，则累积性综合环境风险指数的计算方法为：
公式(25)叠加了不同介质的环境风险，从而保证叠加后的综合环境风险划分在合理的环境风险等级中，维持叠加后环境风险指数的区分度。从而综合了各种环境介质的累积性环境风险，从而对评估区域的累积性环境风险进行科学、准确地评估。
(5)累积性环境风险区划与环境风险地图绘制
根据表8，对评估区域的累积性环境风险进行等级区划，将不同rc得分的网格划分到不同的环境风险等级，然后确定评估区域内各网格的累积性环境风险的等级状态。
表8累积性环境风险等级划分标准
根据各网格累积性环境风险等级划分结果，通过gis空间表征技术，按照采用不同的颜色对评估网格累积性环境风险等级进行空间表征，采用累积性环境风险评估系统的风险可视化单元，分别绘制环境风险地图，包括累积性大气环境风险地图，累积性水环境风险地图，累积性土壤环境风险地图，累积性综合环境风险地图。通过将评估区域的累积性环境风险指数进行分级，并根据所划分的级别将评估区域内的累积性环境风险情况显示在风险地图中，从而对评估区域进行科学的环境风险管理。
为进一步说明本发明的方法的准确性，结合表8划分的等级，根据累积性综合环境风险指数对环境风险进行评估，采用本发明的方法提出的计算法累积性综合环境风险指数的方法与传统方法进行对比说，传统方法多采用欧几里得2-范数(即各项平方和的平方根)。
取累积性大气环境风险指数、累积性水环境风险指数和累积性土壤环境风险指数分别为各等级的下限值，见表9所示。
表9本发明的方法与传统方法的对比
从表9可以看出，当累积性大气、水、土壤环境风险指数均为30时，均为中(m)等级的最低值，那么累积性综合环境风险指数的得分应该也位于中(m)等级，采用本发明的方法，计算出来的累积性综合环境风险指数的得分为37.37，恰好位于中(m)等级的区间内，而采用传统方法计算出的累积性综合环境风险指数的得分为51.96，落在较高(rh)等级的区间内；当累积性大气、水、土壤环境风险指数均为40时，均为较高(rh)等级的最低值，那么累积性综合环境风险指数的得分应该也位于较高(rh)等级，采用本发明的方法，计算出来的累积性综合环境风险指数的得分为49.83，恰好位于较高(rh)等级的区间内，而采用传统方法计算出的累积性综合环境风险指数的得分为69.28，落在高(h)等级的区间内；当累积性大气、水、土壤环境风险指数均为50时，均为高(h)等级的最低值，那么累积性综合环境风险指数的得分应该也位于高(h)等级，采用本发明的方法，计算出来的累积性综合环境风险指数的得分为62.29，恰好位于高(h)等级的区间内，而采用传统方法计算出的累积性综合环境风险指数的得分为86.60，落在极高(vh)等级的区间内；因此可以看出，传统方法计算的不准确，高估了累积性环境风险的等级，难以维持叠加后环境风险指数的区分度，而采用本发明的方法，可以准确地估计出累积性环境风险的等级，维持叠加后环境风险指数的区分度。
采用本发明的方法，对南京地区进行了累积性环境风险评估，具体过程如下：
步骤1：评估区域确定、资料收集和网格划分：选择该南京市整个辖区范围作为评估区域，搜集相关数据，采用分辨率1km×1km进行网格划分。
步骤2：选择其中一个网格c，计算该网格单元标准化的累积性大气环境风险场强指数sfac、水环境风险场强指数sfwc、土壤环境风险场强指数sfsc。
累积性大气环境风险场强指数sfac：该区域有20个大气污染源，风险源1与网格单元c的距离小于1km，u1＝1，风险源1在网格单元c的大气环境风险场强指数为50。依次计算20个风险源到网格单元c的风险场强指数，最终求和，得到sfac＝60。
累积性水环境风险场强指数sfwc：该网格单元无水体，故sfwc＝0。
累积性土壤环境风险场强指数sfsc：在这种情况下，累积性土壤环境风险场强指数与累积性大气环境风险场强指数相等，即sfsc为60。
步骤3：计算网格单元c的累积性环境风险控制机制指数(m)：对照评估指标，分解计算累积性大气环境风险控制机制指数mac为25、累积性水环境风险控制机制指数mwc为0、累积性土壤环境风险控制机制指数msc为50，并进行标准化，当然因数值都在0-100范围内，也可不标准化。
步骤4：计算网格单元c的累积性环境风险受体指数(v)：网格单元c内，人口数量为500人，popmax为2000，popmin为10，计算popc为0.25，同理计算vc为0.4，则累积性大气环境风险受体指数vac为0.32，再进行标准化，得到结果为40。对照评估指标计算累积性水环境风险受体指数vwc为0和累积性土壤环境风险控制机制指数vsc为70。
步骤5：计算网格单元c的累积性环境风险指数(rc)：包括各环境介质对应的累积性环境风险指数以及累积性综合环境风险指数，对照公式(21)-(25)进行计算，得到rcac为40，rcwc为0，rcsc为60，rc为61.50。
步骤6：按照表8进行累积性环境风险区划与地图绘制：根据步骤5，该网格的累积性环境风险属于高(h)等级，重复上述步骤2-5计算出所有网格单元的累积性环境风险指数后，对照等级划分标准评级，在地图上采用不同颜色进行表征，结果如图3所示。
本发明基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法采用所搭建的评估系统进行累积性环境风险评估，通过该评估系统，可以对累积性环境风险进行科学的评估和管理。该评估方法基于风险场理论分别从累积性环境风险场强、累积性环境风险控制机制、累积性环境风险受体三个方面构建累积性环境风险指数评估模型，并根据累积性环境风险指数的得分进行等级划分，从而确定评估区域的累积性环境风险等级，并绘制了可视化的地图，实现了区域网格化累积性环境风险的评估与可视化。该评估方法无需依赖于暴露数据以及暴露反应关系信息，从而能够对累积性环境风险进行宏观的评估，因此该方法本方法通用性强，并且相对于传统方法，评估更加科学准确，从而为累积性环境风险评估提供了科学的方法，丰富了累积性环境风险评估理论。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
1.基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统，其特征在于，包括数据采集单元、数据存储单元、评估分析单元、风险可视化单元；
所述数据采集单元用于采集评估区域内的环境风险相关资料数据；
所述数据存储单元用于存储通过数据采集单元采集的环境风险相关资料数据；
所述评估分析单元根据环境介质种类设置有若干个子评估分析单元，用于评估每种环境介质的累积性环境风险，以及评估综合所有环境介质的累积性综合环境风险；
所述风险可视化单元用于生成累积性环境风险地图，将评估区域内的累积性环境风险情况可视化显示。
2.根据权利要求1所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估系统，其特征在于，所述评估分析单元包括：累积性大气环境风险评估分析单元，用于评估累积性大气环境风险；
累积性水环境风险评估分析单元，用于评估累积性水环境风险；
累积性土壤环境风险评估分析单元，用于评估累积性土壤环境风险；
累积性综合风险评估单元，用评估综合大气、水、土壤的累积性综合环境风险。
3.基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的累积性环境风险评估系统进行累积性环境风险评估，具体包括：
确定评估区域，并对评估区域进行网格划分，采用数据采集模块收集评估区域内的环境风险相关资料，所述环境风险相关资料包括污染情况资料、环境管理统计资料和地理信息资料，将环境风险相关资料存储在数据存储单元中；
针对若干种环境介质，基于累积性环境风险场强指数、累积性环境风险控制机制指数、累积性环境风险受体指数建立累积性环境风险指数评估模型，并将累积性环境风险指数评估模型置于评估分析单元中，用于评估累积性环境风险；所述累积性环境风险指数评估模型包括各种环境介质对应的累积性环境风险指数和综合所有种类环境介质的累积性综合环境风险指数，所述累积性综合环境风险指数的计算方法为：
其中，rc表示网格的累积性综合环境风险指数，rck表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险指数，k为序号，m表示网格内环境介质的种类；
将评估区域的累积性环境风险进行等级区划，确定评估区域内各网格的累积性环境风险对应的等级，并通过风险可视化单元绘制累积性环境风险地图。
4.根据权利要求3所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，所述各种环境介质对应的累积性环境风险指数的计算方法为：
其中，rck表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险指数，sfk表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险场强指数，smk表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险控制机制指数，svk表示网格的第k种环境介质对应的累积性环境风险受体指数，k为序号，m表示网格内的环境介质种类。
5.根据权利要求3所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，所述环境介质包括水、大气、土壤三种，对应的累积性环境风险场强指数包括：累积性大气环境风险场强指数、累积性水环境风险场强指数、累积性土壤环境风险场强指数；
对应的累积性环境风险控制机制指数包括：累积性大气环境风险控制机制指数、累积性水环境风险控制机制指数、累积性土壤环境风险控制机制指数；
对应的累积性环境风险受体指数包括：累积性大气环境风险受体指数、累积性水环境风险受体指数、累积性土壤环境风险受体指数。
6.根据权利要求5所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，所述累积性大气环境风险场强指数的计算方法为：
式中，fax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险场强指数；dai为第i个累积性大气环境风险源的源强；sai为评估区域内第i个累积性大气环境风险源的环境风险指数；mai为评估区域内第i个累积性大气环境风险源的环境风险管控水平指数；ui为第i个风险源与网格(x,y)的联系度；li为网格(x,y)的中心点与第i个风险源的距离，单位为km；i为序号，k为差异系数，j为对立系数，此处n为累积性大气环境风险源的个数，s1、s2、s3、s4均为常数，用于联系度计算中空间范围的划分，x,y为网格的坐标。
7.根据权利要求5所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，当确定网格为水体后，所述累积性水环境风险场强度指数采用如下公式计算：
式中，fwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险场强指数；dwi为第i个累积性水环境风险源的源强；li为网格(x,y)的中心点与第i个水环境风险源的距离，单位为km；swi为评估区域内第i个累积性水环境风险源的环境风险指数；mwi为评估区域内第i个累积性水环境风险源的环境风险管控水平指数，此处n为累积性水环境风险源的个数，i为序号，x,y为网格的坐标。
8.根据权利要求5～7任一项所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，所述累积性土壤环境风险场强指数计算方法为：
fsx,y＝fax,y fwx,y
fsx,y为网格(x,y)的累积性土壤环境风险场强指数；fax,y为网格(x,y)的累积性大气环境风险场强指数；fwx,y为网格(x,y)的累积性水环境风险场强指数，x,y表示网格的坐标。
9.根据权利要求5～7任一项所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，采用评分法，确定累积性大气环境风险控制机制指数、累积性水环境风险控制机制指数、累积性土壤环境风险控制机制指数、累积性水环境风险受体指数、累积性土壤环境风险受体指数，通过确定各环境介质的评估指标，并赋予各个评估指标权重和分值，从而进行量化，综合各项指标得分，计算得到各指数的分值。
10.根据权利要求3～7任一项所述的基于风险场的区域网格化累积性环境风险评估方法，其特征在于，所述污染情况资料包括污染企业基本信息、违规情况和特征污染物监测、废物排放与治理、危化品存储；
所述环境管理统计资料包括环境治理投资、环境管理执法投入、环境问题信访和投诉情况；
所述地理信息资料包括水体分布、地形海拔资料、气象资料、人口分布、用地类型。
技术总结