基于随机模拟与三角模糊数耦合模型的地下水环境健康风险评价研究

水环境健康风险评价在参数确定、暴露评估与风险表征过程中存在着不确定性因素,利用随机模拟与三角模糊数耦合模型（SS-TFN模型）进行水环境健康风险评价,降低了评价过程中人为因素的影响,有效提高评价结果的可靠性和科学性.本文将SS-TFN模型应用于盘锦市六个饮用水源地致癌物质经饮水途径的地下水环境健康风险评价中,结果表明：盘锦市六个饮用水源地的总致癌风险均超过致癌年风险率控制限值（1.0＆#215;10-5）;致癌物质造成的平均个人致癌年风险率由高到低排序：Cr6＋＞ As＞ Cd.盘锦市六个饮用水源地SS-TFN计算结果收敛时总的平均个人致癌年风险由高到低排列：大洼水源＞兴南水源＞兴一水源＞盘东水源＞高升水源＞石山水源.     

贵州遵义高坪水源地岩溶地下水重金属污染健康风险初步评价

健康风险评价是定量描述污染物对人体健康产生危害的重要方法. 对贵州省遵义市高坪水源地岩溶地下水21个采样点中Cd,Cr,Pb和Cu的含量进行了调查研究,并应用目前美国环境保护局(USEPA)推荐的健康风险评价模型,对该地岩溶地下水中重金属所引起的健康风险做出初步评价. 结果表明:研究区内丰水期健康危害的个人致癌风险最大值为3.52×10-5 a-1,没有超过国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的通过饮水途径最大可接受风险水平(5.00×10-5 a-1);枯水期各采样点的个人致癌风险值为10-8～10-7 a-1,远低于ICRP推荐的最大可接受水平. 丰水期的健康风险明显大于枯水期,重金属Cr是产生风险的主要污染物.      

松嫩平原地下水氮污染健康风险评估

为探明松嫩平原地下水氮污染现状及其对人类健康的影响,利用浅层地下水采样测试数据,运用地统计学分析及三角随机模型开展了儿童和成人群体摄入氮污染风险评估及其不确定性研究.结果表明：研究区氮污染物主要存在形式为硝态氮,样品超标率为44.35%,最大值达到566.2mg/L,硝态氮浓度大于20mg/L的区域约占区内总面积的60%,主要分布在东中部高平原地区,西部山前倾斜平原污染较轻;以Isight5.9-2为平台,基于三角模糊法耦合随机模型,考虑人类活动及农业发展的影响,将研究区划分为不同单元,非致癌风险排序为：评价单元Ⅲ>评价单元Ⅱ>评价单元Ⅰ,且单元Ⅲ污染物主要来源于农业活动,单元Ⅲ、Ⅱ区域风险远高于安全阈值1,会对儿童和成人群体健康造成潜在危害,对儿童威胁更大;污染物浓度和参数的不确定性对风险值影响的波动范围较大,三角随机模型对数据变化更为敏感,可降低三角模糊法的不确定性,单元Ⅰ儿童风险区间值横跨安全阈值1,可能会误导污染防控决策;硝态氮浓度对风险贡献率均在90%以上,明确对硝态氮浓度参数随机抽样的必要性,提高评价结果的可靠性.     

基于替代模型的地下水溶质运移不确定性分析

为分析参数的不确定性对地下水溶质运移数值模型的影响,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟对一算例进行分析,并从风险评估的角度对不确定性分析的结果进行了阐释.为减小计算负荷,利用Sobol'法对模型参数进行了灵敏度分析,筛选出较为敏感的参数作为随机变量,建立了模拟模型的克里格(Kriging)替代模型,进而实现Monte Carlo模拟.结果表明:置信度为80%时,井1,2,3浓度值的置信区间分别为23.46~42.06,47.99~66.73,69.54~82.94mg/L;结合风险评估,计算出地下水受污染的风险为0.54,可为地下水污染物防控与修复提供科学依据.     

考虑参数和边界条件不确定性的地下水污染随机模拟

为了分析模型参数的随机变化和边界条件的随机变化对地下水溶质运移模型输出结果的不确定性影响,采用蒙特卡洛模拟对一假想算例展开研究,并结合风险评估阐述不确定性分析结果.首先,建立研究区地下水溶质运移数值模拟模型,并综合利用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析方法筛选出对模型输出结果影响较大的参数,连同模型的边界条件(第一类边界条件-水头值)一起作为随机变量.然后,利用优化超参数的高斯过程回归(GPR)方法建立模拟模型的替代模型,代替模拟模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析和区间估计,并利用污染物浓度的概率分布函数对1、2、3号观测井进行地下水污染风险评价.结果表明:置信水平>80%时,1,2,3号观测井污染物浓度值的置信区间分别为34.77~35.03,57.74~58.04,100.07~100.69mg/L.此外,1,2,3号观测井为轻度污染的风险分别为6%,100%,100%;为中度污染的风险分别为0%,0%,99.6%;为重度污染的风险分别为0%,0%,0.5%,藉此为地下水污染修复防治和地下水的合理利用提供可靠参考依据.     

基于不确定性分析的健康环境风险评价

基于对水源地石油污染等现场调查数据为基础,选取典型污染物苯,利用可传递参数差异的蒙特卡罗技术方法,分析了乙烯厂不同分区苯污染经过呼吸和饮水暴露途径造成人体健康风险的不确定性,量化不确定性因素影响的A地区人体健康风险水平.结果表明,裂解装置区是苯污染影响人体健康风险水平的主要来源,产生的健康风险水平均值为1.17×10^-4,而其他3个分区的影响较小;所有分区苯污染对A地区产生的人体健康总风险均值为1.18×10^-4,大于美国环保局人体健康风险建议值10^-6,对人体健康已产生影响;受不确定性因素影响,根据不同的人体健康可以承受的风险水平限值,污染对人体健康产生影响的概率存在差异.因此量化不确定性对风险水平的影响,可为污染场地的风险管理和修复行动提供科学依据.     

某钼矿尾矿库地下水污染的随机模拟

为分析参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以某钼矿尾矿库地下水污染问题作为研究实例,选取钼离子作为模拟因子,建立该钼矿尾矿库地下水污染数值模拟模型,对输出结果进行不确定性分析.为降低替代模型的维数,运用灵敏度分析法筛选出对模拟模型输出结果影响较大的2个参数作为模型中的随机参数.为减少反复调用数值模拟模型产生的计算负荷,分别运用克里格方法和支持向量机法建立模拟模型的替代模型,并比较二者的精度,选择精度较高的替代模型完成蒙特卡罗随机模拟.最后,对随机模拟的输出结果进行统计分析与区间估计,对地下水污染超标的风险进行评价.结果表明：置信度为80%时,井1,2,3浓度值的置信区间分别为0.71~2.29,0.28~1.02,1.55~3.25mg/L.此外,结合《地下水质量标准》以及污染物浓度分布函数曲线,井1,2,3中水质达到地下水质量标准Ⅴ类的概率分别为99.7%,97.1%,99.6%.本研究可为地下水污染防治提供更科学、全面的参考依据.     

北京市饮用水源水重金属污染物健康风险的初步评价

对北京市城区8个区和郊区10个区、县120个样点的饮用水中Cu, Hg, Cd和As的浓度进行了调查研究,并应用目前美国环保局推荐的健康风险评价模型对北京市各区县饮用水中重金属所引起的健康风险作了初步评价.结果表明,城区8个区和郊区10个区、县重金属的平均浓度范围分别为Cu:0.81～6.96 μg·L^-1,Cd: 0.34～0.82 μg·L^-1,Hg: 0.10～0.74 μg·L^-1,As: 0.19～3.02 μg·L^-1.通过饮水途径所致健康风险中,As在通州区所引起的致癌风险最大(2.0×10^-5·a^-1),Cd在昌平区的致癌风险最大(2.3×10^-6·a^-1), 但均低于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的通过饮水途径最大可接受风险水平(5×10^-5·a^-1);在北京市通过饮水途径引起的非致癌健康风险中,Hg的风险最大,Cu次之,但是两者风险水平均在10-8～10^-9·a^-1,远低于ICRP推荐的最大可接受风险水平.     

基于参数实测的水中重金属暴露的健康风险研究

以位于长江和淮河流域交界处河南泌阳县为研究区,利用ICP/MS分析城镇和农村居民饮用水中14种重金属含量,抽样选取2 500名城镇和农村不同性别和年龄的受试者作为研究对象,详细记录受试者3 d内的饮水和皮肤接触水的活动频率,并对有关饮水和皮肤暴露参数进行了测量.用暴露和健康风险模型计算了城镇和农村居民对14种重金属的经...     

鄱阳湖平原浅层地下水有机污染物含量特征与健康风险评价

为掌握鄱阳湖平原地下水的有机物污染状况,采样并分析了该区地下水中14种挥发性有机物(VOCs)与10种半挥发性有机物(SVOCs)的含量,利用美国环境保护署(USEPA)的健康风险评价模型对其进行健康风险评价。结果表明:鄱阳湖平原地下水的这些有机物的检出率为3. 03%～27. 27%,其中14种VOCs的检出率为6. 06%～15. 15%,10种SVOCs的检出率为3. 03%～27. 27%,部分区域地下水受有机物污染,主要污染物为1,1,2-三氯乙烷、苯并(a)芘和萘;使用内梅罗多项指标的综合污染指数评价污染程度,区域有机物污染特征分为无污染、轻度污染、中度污染以及严重污染四个等级,污染源主要来自杀虫剂、石油化工企业和垃圾填埋场;有机的致癌物质通过饮用途径产生的健康风险远大于非致癌物质的健康风险,其中三氯乙烯、1,1-二氯乙烷、1,2-二氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、1,2-二氯丙烷、1,1,2-三氯乙烷、苯并[a]芘等通过饮水产生的致癌风险水平分别为最小可接受水平10-6的7. 06、1. 06、18. 7、54、1. 64、14. 4、2. 87倍,a-六六六通过饮水途径引起的致癌风险水平甚至高达1. 03×10~(-4),是区域地下水中主要致癌风险物质。研究成果可为鄱阳湖平原地下水水质污染状况研究及治理监管工作提供理论依据,为其他区域地下水有机物的监测和质量控制提供参考和借鉴。     

天津市宝坻区农村地下水健康风险评价

通过对天津市宝坻区农村地下水水体中NH3-N,F,Hg,Pb,As和Cr6+浓度进行调查研究,应用美国环保局(EPA)推荐的健康风险评价模型对农村地下水水体中污染物引起的健康风险进行评价。结果表明,宝坻区农村,As通过饮水途径引起的致癌风险最大(1.8 10-5 a-1),通过饮水途径引起非致癌健康风险中F最大,NH3-N次之;致癌物质通过饮水途径所致健康风险远大于非致癌物质,但二者都低于国际防辐射委员会(ICRP)的推荐标准。     

崇左响水地区地下水水质分析及健康风险评价

以崇左响水地区为研究区域,对区域内60个地下水样品中的常规指标和金属元素进行测定和分析,运用内梅罗综合指数法分析了不同类型地下水环境质量,应用健康风险评价模型评价了不同类型地下水的健康风险.结果表明,井水、泉水和地下河水的常规指标和金属元素均出现不同程度的超标现象,水质级别均为较差级别,地下河水的综合评价分值(F=4. 26)最低,井水和泉水的综合评价分值(F=7. 10)相同.高硬度和高矿化度利于Cr的富集,还原环境利于As的富集,Zn、Pb、Cd和Cu经过的环境地球化学作用相似,Fe、Al和Mn来源相似.健康风险评价表明,3种类型地下水的健康总风险偏高,大小顺序为井水地下河水泉水,主要来源于致癌性金属元素Cr.致癌总风险比非致癌总风险高4～6个数量级,致癌总风险均高于最大可接受风险水平(5. 0×10~(-5)a~(-1)),非致癌总风险均小于可接受的健康风险水平(10~(-6)a~(-1)).儿童健康总风险大于成人,经饮水途径引起的健康风险比皮肤接触途径高2～3个数量级.从饮水安全考虑,在饮用前需对井水、地下河水和泉水进行适当处理并实施对Cr污染物的控制.     

基于多属性决策方法的饮用水健康风险全面评价

分别从整体和单个指标两方面对饮用水的健康风险进行全面评价。整体评价方面,引入多属性决策方法对饮用水进行覆盖全部指标的健康风险评价。在给出指标不达标阈概念的基础上,提出了一个以指标从达标到不达标阈的敏感度为依据计算指标权重的方法。单个指标的健康风险评价方面,应用目前美国环保局推荐的健康风险评价模型对饮用水中的重金属指标进行健康风险评价,改进饮用水中污染物为有机物的健康风险评价模型达到对饮用水中的有机物指标进行健康风险合理评价。最后给出一个算例对所提方法进行了验证。结果表明,将多属性方法与目前普遍使用的健康风险评价方法结合起来使用能够实现从整体上和单个指标上对饮用水健康风险进行全面评价,从而更具实效性。     

重庆东南部岩溶水金属元素空间分布、源解析及健康风险评价

分散式岩溶水是重庆部分区县的重要供水水源,甚至是唯一供水水源,了解岩溶水金属元素分布特征及其暴露的健康风险尤为必要.以重庆东南部分散式岩溶水为主要研究对象,测定42组岩溶泉水样品中的Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni、Mn、As和Hg金属元素浓度,利用普通克里金插值方法绘图揭示了高检出率金属元素的空间分布情况,应用多元统计方法与健康风险模型分析金属元素空间分布特征、来源及其暴露的健康风险.结果表明,重庆东南地区分散岩溶水水质整体较好,金属元素在岩溶水中赋存的空间尺度变异性较强,特别是Ni和As; Cu、Pb、As、Zn和Cr元素来源主要受到区域地质背景的影响,Al和Mn元素主要受到人类工农矿业生产活动的影响,Ni元素受到自然背景与人类活动的双重影响; 通过饮用途径暴露的总健康风险高于皮肤渗入途径,是人体主要的暴露途径,儿童通过饮用途径暴露的总健康风险高于成人,而通过皮肤渗入途径暴露的总健康风险成人高于儿童,值得注意的是,Cr元素是引起健康总风险的决定元素.从饮水安全的角度考虑,当地居民在饮用分散式岩溶地下水时需对水质给予一定的关注,以期降低人群健康风险.     

考虑边界条件不确定性的地下水污染风险分析

为分析边界条件不确定性对地下水污染质运移数值模拟模型输出结果的影响,运用Monte Carlo方法对一算例进行阐明,并从污染风险预报方面对模拟结果进行分析.为减少重复调用模拟模型产生的大量计算负荷,将边界条件（第一类边界条件-水头值）作为随机变量,建立地下水污染质运移数值模拟模型的Kriging替代模型,在保证较高精度的同时,实现了Monte Carlo模拟.结果表明：边界条件的不确定性,对地下水污染质运移数值模拟模型预报的结果有很大影响,考虑与未考虑边界条件不确定性得到的研究区污染羽分布差别较大.对地下水污染质运移数值模拟模型的Monte Carlo模拟结果进行统计与分析,可以评估研究区观测井1,2,3污染物浓度预报结果的可靠程度,并且可以预报出研究区观测井1,2,3遭受不同程度污染的风险.     

基于替代模型的煤矸石堆地下水污染随机模拟

为分析参数的不确定性对地下水污染质运移数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺西舍场煤矸石堆及周边地区为研究对象,以硫酸根离子为模拟因子建立污染质运移的数值模拟模型,运用灵敏度分析法筛选对模拟模型影响较大的参数作为随机变量;为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,运用克里格方法建立污染质运移模拟模型的替代模型,利用替代模型完成蒙特卡洛随机模拟;最后,对随机模拟的输出结果进行统计分析,利用污染质浓度分布函数估算单井遭受污染的风险.结果表明,井1,井2和井3中达到地下水质量标准的Ⅲ类标准的概率分别为0.6%,97.6%和0%,藉此为地下水污染防治提供更加科学,丰富的参考依据.     

典型岩溶区土壤和地下水中多环芳烃的分布特征及健康风险研究

以重庆市典型岩溶槽谷为研究区,采集其地下河流域内的土壤和地下水样品,分析了16种优控多环芳烃（PAHs）的含量、时空分布特征及致癌、非致癌健康风险.结果表明,土壤和地下水在不同样点间的PAHs含量及健康风险差异明显,与国内外其它地区相比,青木关和南山流域内土壤和地下水PAHs的污染水平较低,两地下河流域内土壤PAHs的组成以高环为主,地下水中则以低环为主,土壤PAHs的健康风险值为5.53×10^-8~4.57×10^-7,整体处于低致癌风险水平,其中,二苯并[a,h]蒽（DahA）的致癌风险最高,贡献率达80%以上;地下水PAHs的健康风险值为5.83×10^-8~1.32×10^-6,经口摄入途径的致癌风险水平较高.南山地下水样点间健康风险值波动比较大,受点源污染影响明显,其地下水的健康风险已超过可接受水平（1.0×10^-6）.     

区域地下水污染风险评价方法研究

依据系统风险评价的边界要素,初步建立了区域地下水污染风险评价指标体系:区域地下水特殊脆弱性评价、区域污染源特性评价和区域特征污染物健康风险评价.采用多指标综合方法,对3个评价体系进行耦合,并运用ArcMap的Spatial Analysis功能制图对其进行风险表征,从而建立了对不同地区不同自然条件、不同污染类型的区域地下水污染风险评价的新方法.以常州市为例,利用该方法对其浅层地下水进行污染风险评价,研究表明该市地下水脆弱性指数较高,且分布不均;污染源分布较为集中,对地下水污染风险影响较大;受污染物及污染源影响,常州市区人群健康风险值较高.全市浅层地下水污染风险高且分布不均,污染风险较高区域分布在安家-薛家-郑陆一线以北和城区及其东南部一带.     

地下水污染模拟模型的不确定性分析

为同时分析源汇项和水文地质参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺市某煤矸石堆放场为研究实例展开研究.首先以硫酸根离子作为模拟因子,建立该场地地下水污染数值模拟模型.然后,分别采用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析两种方法对模拟模型参数进行灵敏度分析并对比二者的结果,最终筛选出对模型输出结果影响较大的两个参数作为模型的随机参数.为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,分别对3口观测井应用克里格、核极限学习机、支持向量机和BP神经网络4种方法建立模拟模型的替代模型,根据这4种替代模型在不同井的拟合效果,为每口井优选出一个表现最好的替代模型,并利用优选出的替代模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析与风险评估.结果表明,在置信度为80%时,1,2,3号三口井浓度的置信区间分别为:211.48~845.04mg/L,0~406.98mg/L,231.42~958.37mg/L.此外,依据《地下水质量标准》和各井的污染物浓度分布函数曲线得出:1号井和3号井的水质达标Ⅴ类水的概率分别为90.1%和93.1%,2号井达标Ⅲ类水的概率为80.7%,藉此为地下水资源管理和污染防治提供合理依据.     

区域地下水环境风险评价技术方法

针对我国在地下水环境风险评价技术方法储备不足的问题,提出区域地下水环境风险评价技术方法应遵循逐级筛选、分类分级评价的思路,突出对不同尺度的控制,将区域地下水尺度划分为区域(流域、平原)、局部地区(城市、单元)和场地(水源地、污染场地)3个层次. 通过分析区域地下水环境中风险源—受体—危害分析—生态终点的暴露响应途径,提出适宜大尺度区域地下水环境风险的评价方法;选用区域土地利用类型表征区域污染源,以地下水水质以及供水量变化为生态终点,采用相对风险模型分析大尺度区域环境风险. 针对大尺度区域内高环境风险区,采用源—路径—受体控制模型建立城市区域尺度地下水污染风险评价理论模型,并结合当地污染源特征、水文地质条件及水质现状进行局部地区地下水污染风险评价. 针对局部地区的高污染风险区,基于健康风险评价理论,突出水质安全保障,确定小尺度场地地下水健康风险的内涵与评价方法,提出场地地下水健康风险评价流程采用过程模拟方法确定污染物在包气带—地下水中的迁移转化,定量分析其对人体健康的影响. 下辽河平原区域地下水环境风险评价结果显示,高环境风险区位于沈阳浑河冲洪积扇区域,而细河是区域内地下水高健康风险区,应有针对性地采取保护措施.