基于随机-模糊耦合的污染场地健康风险评价及案例

采用模糊理论描述风险评价过程的模糊不确定性,采用概率理论描述随机不确定性,同时为解决模糊数计算过程复杂的问题,将模糊变量表示成均匀随机变量的函数,用Monte Carlo算法模拟模糊变量之间的函数运算,从而实现模糊-随机方法的耦合.为验证该模糊-随机耦合模型的有用性,选取青海某汞化工污染场地进行案例研究,通过与RBCA模型比较,验证了该模型的基本精度,且能较好地表征场地参数的不确定性对风险评价结果的影响.案例分析的结果表明:人群主要暴露途径为经口摄入,贡献率为80%左右;正常暴露情形下,该场地的健康风险水平为0.28,风险水平可以接受,最不利情况下的健康风险风险水平为1.28,最不利情况出现的概率小于等于1%;该场地对人群的健康风险随着时间减小,在第6年左右其风险减小至可接受水平,建议无需对场地开展污染治理,只需在污染物高峰段(第1~6年或第6~8年)为居民提供替代水源以截断暴露途径,待场地污染水平自然衰减.     

城市工业用地置换过程中健康风险评价方法

城市工业用地置换开发是城市化进程的一部分,很多被置换场地由于工业残留污染物对人体健康存在潜在危害而阻碍了其可持续发展利用。结合国内外相关研究,对城市工业用地置换开发过程健康风险评价方法从数据收集、暴露评估、毒性评估和风险表征4方面进行了探讨。基于城市工业用地置换健康风险评价参数的不确定性,将未确知数学理论引入健康风险评价模式中,构建了未确知性健康风险评价模式,为环境管理者做出相应决策提供科学依据。     

一处电镀基地搬迁后的人体健康风险评估研究

以某电镀基地为例,设计采样监测方案,采用"污染场地风险评估技术导则"(报批稿)的推荐模型和参数,开展暴露评估、毒性评估、风险表征和确定土壤修复目标建议值。监测结果显示,场地土壤中镉、铬(Ⅲ)、铬(Ⅵ)、铜、镍、锌6类重金属浓度超过风险评估启动值,列为关注污染物。风险评估结果显示,场内多处暴露点位的人体健康风险值超过可接受风险水平,重点污染区域为污水处理厂及周边,电镀车间及周边的风险值也超标。为了保护人群健康,对具有较高风险的区域,建议实施有效的管理措施,进行场地土壤修复。     

污染场地调查中离散采样的局限性分析

采样误差是污染场地调查不确定性的主要来源.对污染场地调查采样方法进行研究,是提升调查数据精度和风险管控决策水平的重要手段.该研究结合污染场地的调查目标、污染物在土壤中分布的空间异质性特征,重点对离散采样方法和增量采样方法的应用现状及局限性进行了分析阐述.结果表明:①采样目标的设定取决于决策尺度.基于地块尺度决策的采样目标是表征污染物的空间分布,基于网格尺度决策的采样目标是获取更小尺度决策单元内污染物的平均浓度水平;②利用离散点表征污染物空间分布时,由于本身空间自相关性不强,表征结果不确定性大;③通过采用大样本量、高覆盖率的增量采样方法,能增强样本的代表性,更加精确地表征污染物在决策单元内的平均浓度,弥补离散采样的不足.但增量采样在挥发性有机物场地、深层土壤调查等情景下存在局限性.因此,污染场地调查应充分考虑污染物分布的空间异质性特征、采样方法应用条件、决策尺度等因素,选择合适的采样方法才能有效提升污染场地风险管控决策的科学性.      

突发性水污染事故应急健康风险评价

基于US NAS健康风险评价理论,构建包括危害鉴别、剂量效应评价、暴露评价和风险表征4部分内容的突发性水污染事故应急健康风险评价技术体系.该技术体系充分考虑突发性水污染事故污染物对于人体健康“短时间、高剂量”的暴露特点,提出了突发性水污染事故污染物应急参考浓度的计算方法,以健康危害商值定性描述突发性水污染事故的健康风险,并通过统计推断健康危害商值的概率分布定量描述突发性水污染事故的健康风险,并实现风险分级.以松花江硝基苯水污染事故为例,对突发性水污染事故应急风险评价技术进行验证,计算获取的以保护成人和儿童的应急参考浓度分别为0.175,0.05mg/L,污染事故的健康风险值分别为29%和62%,分别隶属于中级和高级风险水平.实例表明应急健康风险评价技术体系能够有效表征突发性水污染事故的健康风险,在一定程度上可以为突发性水污染事故的应急管理提供依据.     

基于物理过程的矿区地下水污染风险评价

目前国内外所做的地下水污染风险评价的实例研究一般都是从地下水的脆弱性研究出发,并未过多地考虑特征污染物对污染后果的影响.脆弱性是环境对污染物的自然敏感性,而地下水污染评价中更应当体现出污染物在地下水中的迁移分布特性.为了完善地下水污染风险评价的理论和方法,以某尾矿区为例提出了基于物理过程的地下水污染风险评价方法,在污染发生之前,根据经济社会的敏感性条件和污染物将来可能的分布范围,事先划分各个污染风险等级在含水层空间上的分布范围,然后据此反推各个风险等级所对应的污染物源强,以此作为地下水污染风险评价等级的划分标准,通过对污染物在包气带和含水层中的运移进行数值模拟来评价尾矿区地下水的污染风险.结果表明,这种基于物理过程的地下水污染风险评价方法可以给出污染物浓度和风险水平在空间和时间上的分布规律,对于单个点状的污染场地来说,具有详尽的风险表征方式,优于以往基于含水层固有脆弱性指数法的风险评价方法,该方法适用于现有污染场地的风险评价、场地优化选址和为场地建设提供设计参数.     

微生物定量风险评价

微生物定量风险评价是一种以定量的方式评价人暴露病原微生物后发生健康不良风险的可能性,它包括危害识别、危害表征、剂量-反应评价、暴露评价和风险表征。通过危害识别和危害表征识别和量化病原因子后,利用剂量-反应评价确定病原暴露水平(剂量)与相应健康不良结果的严重程度和发生频度(反应)之间的关系。在剂量-反应评价中,指数模型和β-泊松模型是最常用的剂量-反应模型。风险表征是在整合危害识别、危害表征、剂量-反应评价和暴露评价的基础上,利用静态微生物风险评价模型或动态微生物风险评价模型定量估计在特定暴露条件下相关人群发生不良影响的可能性和严重程度,包括伴随的不确定性。微生物定量风险评价有助于理解和管理病原危害,获得的定量信息能更好地确定病原微生物风险的大小,权衡和改进病原风险控制措施。文章评述了微生物定量风险评价过程和模型,并以三峡库区万州饮用水隐孢子虫风险为例介绍如何实施微生物定量风险评价,期望为我国微生物定量风险评价研究提供有益的参考。     

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.     

污染场地健康和生态风险综合评价

综合风险评价可得到比单独的健康及生态风险评价更高效和完整的结论。基于世界卫生组织建立的综合风险评价框架,以污染场地为例,从问题形成、暴露表征、剂量效应关系和风险表征4个方面提出了综合风险评价的基本思路、步骤和方法,并对综合风险评价过程中不确定性的来源及计算方法进行了分析。对综合风险评价在受体及终点的选择、降低不确定性及整个生态系统的风险评价方面的未来发展进行了展望。     

填埋场渗漏风险评估的三级PRA模型及案例研究

在对填埋场渗滤液渗漏的环境风险进行系统分析的基础上,基于层次化风险评价,构建了填埋场渗漏风险评估的三级PRA模型,其中第1级概率风险评价模型(PRA)评价填埋场渗漏风险,第2级PRA评价地下水污染风险,第3级PRA评价人体健康风险.为定量研究不确定性因素对风险评价结果的影响,采用Monte Carlo方法研究三级PRA模型中参数的不确定性;采用事故树方法研究防渗层破损事故的不确定性.应用三级PRA模型评价了西南地区某危险废物填埋场渗滤液渗漏的环境风险,通过与实测数据和EPACMTP模型的比较,验证了该模型模拟结果的准确性. 第1级PRA评价结果显示,该填埋场渗漏量大于可接受渗漏量的概率为0.85,表明渗漏风险较大;第2级PRA评价结果指出,自第28年起渗滤液污染地下水的概率逐渐增大,在第47年污染概率等于1.00,主要污染物为Ni和Pb;第3级PRA评价结果表明,被污染的地下水将对填埋场周边居民构成健康危害,主要危害物为Pb,正常情况下其非致癌危害商为1.05;在不利条件下(降水量大、漏洞多、水文地质条件利于污染物扩散),非致癌危害商为1.34.      

Sensitivity of key factors and uncertainties in health risk assessment of benzene pollutant

Predicting long-term potential human health risks from contaminants in the multimedia environment requires the use of models. However,there is uncertainty associated with these predictions of many parameters which can be represented by ranges or probability distributions rather than single value.Based on a case study with information from an actual site contaminated with benzene,this study describes the application of MMSOILS model to predict health risk and distributions of those predictions generated using Monte Carlo techniques.A sensitivity analysis was performed to evaluate which of the random variables are most important in producing the predicted distributions of health risks.The sensitivity analysis shows that the predicted distributions can be accurately reproduced using a small subset of the random variables.The practical implication of this analysis is the ability to distinguish between important versus unimportant random variables in terms of their sensitivity to selected endpoints.This directly translates into a reduction in data collection and modeling effort.It was demonstrated that how correlation coefficient could be used to evaluate contributions to overall uncertainty from each parameter.The integrated uncertainty analysis shows that although drinking groundwater risk is similar with inhalation air risk,uncertainties of total risk come dominantly from drinking groundwater route.Most percent of the variance of total risk comes from four random variables.     

基于不确定性分析的太湖水体多环芳烃的生态风险评价

利用概率法[蒙特卡罗抽样(monte carlo sampling,MCS)和拉丁超立方抽样(latin hypercube sampling,LHS)]、区间分析法、模糊数法和方差传递等不确定性处理方法,分析了太湖水体ΣPAH8生态风险的不确定性,量化了不确定性因素影响的太湖水体ΣPAH8的生态风险.结果表明,基于概率理论的MCS和LHS模拟结果为太湖水体ΣPAH8危害商值的概率分布,危害商值的平均值分别为0.37和0.35,90%的置信区间分别为(0.000 18,0.89)和(0.000 17,0.92),超过临界值1的概率分别为9.71%和9.68%,敏感性分析表明毒性数据对ΣPAH8商值概率分布的影响较大;区间分析结果表明太湖水体ΣPAH8危害商值范围为0.000 17～0.99;模糊数计算得到可信度为0.9对应的太湖水体ΣPAH8危害商值的区间值为(0.001 5,0.016 3);方差传递结果表明太湖水体ΣPAH8的危害商值在90%置信水平下的置信区间为(0.000 16,0.88),各种不确定性分析均表明PAHs的生态风险较低.通过各种方法比较,基于概率理论的不确定性处理技术更适合太湖水体PAHs的生态风险评价,可为水体有机污染物的风险管理和控制提供科学依据.     

SWAT模型在我国流域水环境模拟应用中的评估验证过程评价

模型评估验证是模型开发和应用过程中的重要环节,是管控模型应用于管理决策风险的重要手段.近年来,以SWAT模型为代表的流域水环境模型在我国流域水环境管理中得到广泛应用,但模型评估验证过程尚缺乏规范性指导.结合SWAT模型建模过程和模型评估验证的基本步骤,梳理总结SWAT模型评估验证过程的评价方法,针对确定研究或决策目标、获取输入数据、构建模型、模型率定验证、展示模型结果等5个阶段分别设计评价指标.筛选中国知网收录的2015—2017年发表的以SWAT模型为主题的428篇学术论文作为研究对象,评价现有研究的模型评估验证过程,分析我国SWAT模型评估验证的现状以及存在的问题和不足.评价结果表明,我国现有的SWAT模型应用研究总体比较重视模型评估验证过程,能够清晰定义研究区域、建模目标和期望产出,说明输入数据来源和质量以及模型概化、参数灵敏度分析、参数识别、不确定性分析的方法和结果,模型模拟效果较好.但是,针对SWAT模型评估验证方法的研究较少,在模型参数识别方面还存在参数选取未考虑研究区域特征、参数识别结果不合理等问题.建议在SWAT模型应用研究中关注参数灵敏度分析和参数识别,结合研究区域特征建立本地化应用数据库,加强模型评估验证方法研究.当模型应用于流域水环境管理决策时,应完整地开展模型评估验证,并分析模型不确定性对决策的影响.      

污染场地健康风险评价中多介质模型的优选研究

综合考虑了参数不确定性、模型不确定性对风险评价结果可信度的影响差异和国内实际污染场地健康风险评价中对已有模型的不当选择可能带来的负面效应,提出相对于参数不确定性的控制,针对目标情景的适当模型选择应成为提高风险评价结果可信度的更重要环节.本研究选取了模型理论架构上符合案例情景的美国环境保护署研发的3MRA、MMSOILS和美国劳伦斯伯克力国家实验室研发的CalTOX 3个被广泛使用的污染场地健康风险评价多介质模型,并与蒙特卡洛模拟相结合,载入污染厂址案例,并对特定受体进行了风险评价,由此定量分析了参数不确定性和模型选择不确定对评价结果可信度的影响程度,并通过对比3个模型的内在架构分析了不确定性的可能来源,最后总结提出了“6步综合评价模式”,该模式能有效提高污染场地健康风险评价的可信度及经济可行性.     

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.     

染料厂遗留场地中氯仿和苯并(a)芘的污染特征与健康风险评价

以江苏省某废弃染料厂搬迁后的遗留地块为研究对象,运用内梅罗综合污染指数法对场地有机污染物污染程度进行评估,并结合Surfer软件中克里金插值法研究有机污染物的健康风险空间分布情况。结果表明:该场地主要超标污染物为氯仿和苯并（a）芘,污染区域主要为生产车间,最大超标深度为12 m,苯并（a）芘在1.5,3.0 m深土壤中对暴露人群造成的致癌风险高,氯仿在6,12 m深的土壤中致癌风险高;但它们在各层中所造成的危害商均<1。因此,该场地开发利用前需进行土壤修复。     

基于SWAT模型的挠力河流域地表径流数值模拟与不确定性分析

为探究水文模型参数敏感性及模型不确定性对径流模拟的影响,运用SWAT模型对挠力河流域地表径流过程进行了数值模拟,利用SUFI-2方法评价模型参数敏感性及不确定性对模拟结果的影响,选取决定系数（R2）与Nash-Sutcliffe效率系数（E_NS）对模型精度进行评价。敏感性分析结果表明:对挠力河流域径流模拟影响最大的4个参数是CN2（SCS径流曲线数）、SLSUBBSN （平均坡长）、SOL_BD （土壤湿密度）和SOL_K （土壤饱和导水率）,表明SCS径流曲线数、土壤与地形地貌是影响挠力河流域地表径流最重要的因素。月径流模拟过程与实测水文过程拟合较好,率定期和验证期R2与E_NS分别为0.68、0.67和0.76、0.44,均达到令人满意的结果。不确定性分析结果表明:p因子为0.78,r因子为0.94,模型不确定性较小,进一步验证了模型的适用性。研究结果可为其他相似流域SWAT模型的应用及参数的率定提供参考。     

PMF模型解析土壤重金属来源的不确定性

正定因子矩阵分解（PMF）是目前污染源解析领域应用最为广泛的受体模型之一,其不确定性研究一直是源解析研究的前沿和热点.利用拔靴法（BS）、替换法（DISP）和拔靴-替换法（BS-DISP）3种不确定性分析方法探讨了PMF模型应用于土壤重金属源解析的不确定性,并以德兴铜矿周边土壤重金属为对象开展案例研究.结果表明,6因子情景是PMF模型最佳运行结果;在6因子情景的源成分谱中,除Cr和Ti外,DISP和BS不确定性区间均处于标识元素基本值的0.6~1.5倍之间,BS-DISP不确定性区间处于基本值的0.6~1.6倍之间;模型结果的不确定性更多源于因子旋转误差.通过这3种不确定性分析方法可以获得PMF模型运算中的随机误差和因子旋转误差.其中,BS-DISP法和BS法得到的结果能够辅助判断因子数是否过拟合,并有助于理解源谱的不确定性,而DISP法能够用于理解旋转的不确定性,可作为评价旋转过程可行性的方法.