基于三角隨機(jī)模擬的生活垃圾填埋場(chǎng)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

王月，安達(dá)*，席北斗，唐軍，梁歡歡,2，張伯強(qiáng),3

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)地下水污染過(guò)程模擬與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

2.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200444

3.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013

基于三角隨機(jī)模擬的生活垃圾填埋場(chǎng)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

王月1，安達(dá)1*，席北斗1，唐軍1，梁歡歡1,2，張伯強(qiáng)1,3

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)地下水污染過(guò)程模擬與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

2.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200444

3.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013

基于US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，將三角模糊數(shù)和隨機(jī)模擬方法進(jìn)行耦合，建立基于三角隨機(jī)模擬的地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并以我國(guó)北方某生活垃圾填埋場(chǎng)為例，進(jìn)行地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：6口地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井的兒童健康風(fēng)險(xiǎn)均超過(guò)可接受水平，其中Z1和Z2監(jiān)測(cè)井的風(fēng)險(xiǎn)值均分布于Ⅲ、Ⅳ 2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；3口監(jiān)測(cè)井的成人健康風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)可接受水平，其中Z6監(jiān)測(cè)井的風(fēng)險(xiǎn)值分布于Ⅴ、Ⅵ 2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。與常規(guī)確定性方法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析可知，該模型在一定程度上解決了傳統(tǒng)確定性評(píng)價(jià)方法存在的不確定性問(wèn)題，不僅可以判定地下水污染可能隸屬的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而且可以定量得出其相應(yīng)的概率水平，可為決策者提供更加精確的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)信息，為地下水污染管理工作提供依據(jù)。

三角隨機(jī)模擬；垃圾填埋場(chǎng)；地下水；健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

隨著城市數(shù)量和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，垃圾填埋場(chǎng)已成為重要的地下水污染源。國(guó)內(nèi)外由于垃圾滲濾液造成的地下水污染事件并不少見(jiàn)[1]：美國(guó)7 500個(gè)現(xiàn)有垃圾填埋場(chǎng)中，對(duì)周邊地下水環(huán)境已造成明顯污染的填埋場(chǎng)占75%；加拿大300個(gè)垃圾填埋場(chǎng)中，80%填埋場(chǎng)對(duì)周邊的地下水環(huán)境已產(chǎn)生不同程度和范圍的影響；其他發(fā)達(dá)國(guó)家也存在相似狀況[2]。在我國(guó)，城市垃圾以每年8%～9%的速度增長(zhǎng)[3]，唐山市、遼寧省、上海市、吉林省等地均發(fā)生過(guò)垃圾填埋場(chǎng)引起的地下水污染事故[1,4]。

對(duì)垃圾填埋場(chǎng)造成的地下水污染進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重要意義，可為垃圾填埋場(chǎng)場(chǎng)地污染的治理、地下水源的保護(hù)及地下水污染風(fēng)險(xiǎn)管理工作提供科學(xué)依據(jù)。然而，與國(guó)外相比，我國(guó)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估起步晚，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的研究比較缺乏[5]。目前普遍采用的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法是1989年由美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)頒布的《超級(jí)基金場(chǎng)地健康評(píng)價(jià)手冊(cè)》中提出的四步法，即數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)評(píng)估、毒性評(píng)估、暴露評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)表征[6]，是一種確定性評(píng)價(jià)方法。而在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，不確定性貫穿于健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的全過(guò)程，包括環(huán)境系統(tǒng)自身的復(fù)雜性，以及理論研究水平的限制，造成評(píng)價(jià)者對(duì)于評(píng)價(jià)對(duì)象及評(píng)價(jià)系統(tǒng)存在主觀認(rèn)識(shí)上的不確定性；評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)采樣或監(jiān)測(cè)樣本的有限性及測(cè)量、分析誤差的存在，使得模型中參數(shù)數(shù)據(jù)存在較大的模糊性等。因此，環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)是一個(gè)隨機(jī)性、模糊性等多種不確定性共存的復(fù)雜系統(tǒng)。為了降低評(píng)價(jià)過(guò)程中的不確定性，提高評(píng)價(jià)結(jié)論的可靠性，金菊良等[7]將蒙特卡羅(Monte Carlo)隨機(jī)模擬方法在地表水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中進(jìn)行了應(yīng)用研究。但對(duì)于地下水環(huán)境系統(tǒng)的健康風(fēng)險(xiǎn)而言，數(shù)據(jù)獲取的難度及精確度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)難于地表水環(huán)境，從而制約了運(yùn)用隨機(jī)理論(蒙特卡羅方法)對(duì)污染物狀態(tài)進(jìn)行模擬分析，不能準(zhǔn)確地反映評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)真實(shí)的污染水平及其分布特征，難以采用隨機(jī)模型進(jìn)行模擬分析[8-9]。三角模糊數(shù)理論綜合考慮了數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，能夠反映參數(shù)濃度在一定置信度水平下的波動(dòng)范圍，在進(jìn)行地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料較少或精確度不高的情況下，可以近似描述參數(shù)的正態(tài)分布[9]，適用于處理和表達(dá)模糊信息[10]，可以有效降低評(píng)價(jià)過(guò)程中的不確定性。

因此，筆者基于US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，將三角模糊數(shù)和隨機(jī)模擬方法進(jìn)行耦合，建立基于三角隨機(jī)模擬的地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用于北方某生活垃圾填埋場(chǎng)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，確定地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及概率水平，解決評(píng)價(jià)過(guò)程中由于數(shù)據(jù)資料不豐富等因素帶來(lái)的不確定性問(wèn)題，保證評(píng)價(jià)結(jié)論的可靠性，在一定程度上可為垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)防控工作提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要針對(duì)地下水中對(duì)人體有害的物質(zhì)，根據(jù)世界權(quán)威機(jī)構(gòu)編制的分類系統(tǒng)，可將地下水中的污染物分為基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)，基因毒物質(zhì)包括化學(xué)致癌物和放射性污染物，軀體毒物質(zhì)則指非致癌化學(xué)有毒物質(zhì)，但一般來(lái)講，地下水中的放射性污染物的含量極低，一般的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，根本檢測(cè)不出來(lái)。人類通過(guò)飲用地下水，水中不同污染物所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)會(huì)不同，其數(shù)學(xué)模型也不同。

1.1.1 化學(xué)致癌物所致健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

化學(xué)致癌物所致健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[11-13]為：

Dig=WCiA

(1)

(2)

(3)

1.1.2 非致癌污染物所致健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

非致癌污染物通過(guò)飲水途徑導(dǎo)致的平均個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型為：

(4)

(5)

1.1.3 地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)總模型

假設(shè)地下水中各種污染物對(duì)人體健康的影響彼此之間不發(fā)生任何關(guān)系，即是獨(dú)立的，其產(chǎn)生的累積效應(yīng)呈相加關(guān)系?？梢缘玫降叵滤h(huán)境總的健康風(fēng)險(xiǎn)：

R總=Rc+Rn

(6)

式中R總為化學(xué)致癌物和非致癌污染物所產(chǎn)生健康危害的總和。

1.2 三角隨機(jī)模擬模型

1.2.1 三角模糊數(shù)的定義

三角模糊數(shù)是由美國(guó)學(xué)者Zadeh于1965年提出的模糊集概念[15]，其定義如下：

(7)

圖1 三角模糊數(shù)分布Fig.1 The distribution of triangular fuzzy numbers

為了降低數(shù)據(jù)的誤差，提高數(shù)據(jù)的可信度，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)原理[16]，常態(tài)分布或近似常態(tài)分布的數(shù)列，約有95%以上的數(shù)據(jù)位于平均值的上下2倍標(biāo)準(zhǔn)差之間，該范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)于原數(shù)據(jù)序列具有較好的代表性。三角模糊數(shù)(a，b，c)根據(jù)數(shù)據(jù)上下限分析原理進(jìn)行確定[17]：a取數(shù)據(jù)的均值減去2倍標(biāo)準(zhǔn)差；b取數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)平均值；c取數(shù)據(jù)的均值加上2倍標(biāo)準(zhǔn)差。

1.2.2 三角模糊數(shù)的隨機(jī)模擬

采用Crystal ball?軟件進(jìn)行三角隨機(jī)模擬，其能夠基于用戶定義的假設(shè)變量概率分布及預(yù)測(cè)參數(shù)，在可能值范圍內(nèi)，通過(guò)設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，產(chǎn)生一系列隨機(jī)數(shù)，得到各預(yù)測(cè)參數(shù)的可能值區(qū)間及其相應(yīng)的概率。由于在數(shù)據(jù)資料較少或精確度不高的情況下，三角模糊數(shù)可以用于近似描述參數(shù)的正態(tài)分布，因此可以利用Crystal ball?軟件中的三角分布類型，在已經(jīng)構(gòu)建的三角模糊數(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)模擬，產(chǎn)生一系列符合正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)。由于現(xiàn)有三角模糊數(shù)的乘法、除法和函數(shù)運(yùn)算等尚不夠嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較復(fù)雜[18]，因此，通過(guò)隨機(jī)模擬能夠?qū)⑷悄：龜?shù)及其函數(shù)之間的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為普通實(shí)數(shù)間的運(yùn)算，降低運(yùn)算過(guò)程可能產(chǎn)生的誤差，并得到能夠準(zhǔn)確反映預(yù)測(cè)參數(shù)分布特征的統(tǒng)計(jì)信息。該方法與金菊良等[7]的三角隨機(jī)模擬方法最大的不同，在于直接利用Crystal ball?軟件中的三角分布類型進(jìn)行隨機(jī)模擬，避免了采用逆變換法導(dǎo)致的計(jì)算復(fù)雜性，以及數(shù)據(jù)變換過(guò)程中可能產(chǎn)生的誤差，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，方法較為簡(jiǎn)單快捷。已有的研究[7,19]表明，蒙特卡羅方法的模擬次數(shù)越多，其結(jié)果越接近于真實(shí)的概率分布，模擬次數(shù)一般選取頻率分布收斂時(shí)所對(duì)應(yīng)的次數(shù)。

1.3 基于三角隨機(jī)模擬的地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

根據(jù)前人的研究成果[20]，5.0×10-5a-1為最大風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間分為6個(gè)等級(jí)，其中，隨著風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的增大，對(duì)人類造成的危害逐級(jí)增加。對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行賦值，如表1所示。

表1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)與分值

根據(jù)表1以及隸屬于各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的概率，得出評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合風(fēng)險(xiǎn)值。

(13)

式中：A(l)為各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的概率水平；V(l)為各等級(jí)的分值。

2 實(shí)例研究

2.1 區(qū)域概況

北方某地區(qū)的生活垃圾填埋場(chǎng)屬于正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)，自2007年10月1日開(kāi)始投產(chǎn)運(yùn)行，垃圾處理量為150 td，填埋區(qū)面積54.11 hm2，填埋深度17 m，填埋容量約190×104m3。

該區(qū)域地下水補(bǔ)給主要來(lái)源為大氣降水；地表沉積物主要為第四紀(jì)砂礫卵石和黏性土沉積，厚度在50～60 m；地層巖性主要是由細(xì)砂、礫砂組成的第四系潛水，含水層厚達(dá)100 m，富水性好，水量豐富，滲透系數(shù)高，無(wú)弱透水性頂板，該層地下水防護(hù)條件較差，潛水極易受地表污染物影響。該區(qū)域的地下水流向是西南—東北。

2.2 參數(shù)選擇

根據(jù)生活垃圾填埋場(chǎng)地下水環(huán)境中的污染物種類、常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，以及水體中化學(xué)有毒污染物的分類，選取鎘(Cd)、砷(As)、氨氮(NH3-N)、揮發(fā)酚、汞(Hg)、鉛(Pb)、錳(Mn)和氟化物共8種污染物為評(píng)價(jià)參數(shù)，其中，Cd、As為化學(xué)致癌物，其致癌強(qiáng)度系數(shù)(Qig)分別為6.1和15 〔mg(kg·d)〕-1；NH3-N、揮發(fā)酚、Hg、Pb、Mn、氟化物為非致癌污染物，其參考劑量見(jiàn)表2。

表2 非致癌污染物的參考劑量(飲水途徑)

Table 2 Reference dose for non-carcinogen by drinking approach mg(kg·d)

表2 非致癌污染物的參考劑量(飲水途徑)

非致癌污染物PbHgMnNp-N揮發(fā)酚氟化物RfDig1.4×10-33.0×10-41.4×10-19.7×10-11.0×10-16.0×10-2

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于2013—2014年該生活垃圾填埋場(chǎng)地下水現(xiàn)狀調(diào)查項(xiàng)目，采樣時(shí)間為2013年10月，2014年4月和7月，采樣點(diǎn)位置見(jiàn)圖2。

2.4 模型參數(shù)的三角隨機(jī)模擬化處理

2.4.1 模型參數(shù)的三角模糊化處理

根據(jù)1.2.1節(jié)中三角模糊數(shù)的數(shù)據(jù)處理方法，分別對(duì)各監(jiān)測(cè)井的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，各井的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)三角模糊化處理后，污染物濃度的最大值和最小值波動(dòng)范圍較大，表明其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)確實(shí)存在很大的不確定性。

圖2 采樣點(diǎn)位置Fig.2 Study area and sampling sites

2.4.2 三角模糊數(shù)模型參數(shù)的隨機(jī)模擬

根據(jù)1.2.2節(jié)中三角隨機(jī)模擬的數(shù)據(jù)處理方法，利用Crystal ball?軟件分別對(duì)表3數(shù)據(jù)所導(dǎo)致的成人及兒童的個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行隨機(jī)模擬，得到一系列符合正態(tài)分布的數(shù)值序列。由于模擬具有較高的隨機(jī)性，為使模擬結(jié)果達(dá)到收斂，分別對(duì)各采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行10 000、20 000、30 000、40 000、50 000、60 000和80 000次的隨機(jī)模擬。當(dāng)模擬次數(shù)達(dá)到80 000次時(shí)，各監(jiān)測(cè)井的有毒污染物所致健康風(fēng)險(xiǎn)值模擬結(jié)果均達(dá)到收斂，在各區(qū)間內(nèi)的分布趨于穩(wěn)定，模擬結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 各監(jiān)測(cè)井中污染物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)三角模糊化處理結(jié)果

Table 3 The concentrations of pollutants in well treated by the triangular fuzzy numbers mgL

表3 各監(jiān)測(cè)井中污染物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)三角模糊化處理結(jié)果

監(jiān)測(cè)井CdAsPbHgMnNp-N揮發(fā)酚氟化物Z1a0.0037680.0011270.1975510.5316110.1857201.6590700.0013910.198389b0.0042000.0023030.2160330.5591330.2037001.7462000.0023330.223333c0.0046320.0034790.2345150.5866550.2216801.8333300.0032750.248277Z2a0.0038520.0016520.1778780.6907692.3853072.9742550.0013910.101723b0.0046000.0024000.1870000.7571672.5106673.0133030.0023330.126667c0.0053480.0031480.1961220.7839652.6960273.0523510.0032750.151614Z3a0.0087460.0011550.2902070.8770371.3482361.8837040.0020000.143670b0.0094000.0016130.3078331.0493331.3756002.0598900.0020000.160000c0.0100540.0020710.3254591.2216291.4028642.2360760.0020000.176330Z4a0.0085930.0222070.4711100.2863850.0003451.2604530.0013910.258389b0.0089330.0235670.4981000.3147330.0053331.3047030.0023330.283333c0.0092730.0249270.5250900.3430810.0103211.3489530.0032750.308277Z5a0.0149350.0466800.2848360.6248770.2288411.3908280.0020000.197811b0.0154330.0510000.2917000.6606670.2400331.4106200.0020000.216667c0.0159310.0553200.2985640.6964570.2512251.4304120.0020000.235523Z6a0.0085570.1450440.2871030.5806830.4579111.7848270.0013910.183670b0.0126670.1671600.2959330.6062330.4888331.8123830.0023330.200000c0.0167770.1883760.3047630.6317830.5197551.8399390.0032750.216330

注：a，b，c分別為某一污染物濃度的最小可能值、最可能值和最大可能值。

表4 各監(jiān)測(cè)井有毒污染物所致健康風(fēng)險(xiǎn)隨機(jī)模擬結(jié)果

2.5 結(jié)果與分析

2.5.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)表1的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得出的各監(jiān)測(cè)井隸屬于健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的可能值區(qū)間、相應(yīng)概率水平及其所處的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，見(jiàn)表5。以Z2井的兒童健康風(fēng)險(xiǎn)為例的累積概率分布，見(jiàn)圖3。

表5 各監(jiān)測(cè)井健康風(fēng)險(xiǎn)的可能值區(qū)間及其相應(yīng)概率水平

注：深色部分表示Z2井兒童健康風(fēng)險(xiǎn)處于Ⅲ級(jí)的累積概率為69.06%、累積頻次為55 248次；淺色部分代表處于Ⅳ級(jí)的累積概率為30.94%、累積頻次為24 752次。圖3 Z2井的兒童健康風(fēng)險(xiǎn)累積概率分布Fig.3 The cumulative probability of Z2 well

結(jié)合表1和表5可知，該垃圾填埋場(chǎng)所布設(shè)的6個(gè)監(jiān)測(cè)井的污染物所產(chǎn)生的個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)值波動(dòng)范圍較大，成人的風(fēng)險(xiǎn)可能值區(qū)間有1口監(jiān)測(cè)井處于2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)之間，兒童的風(fēng)險(xiǎn)可能值區(qū)間有2口監(jiān)測(cè)井處于2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)之間，其余處于一個(gè)等級(jí)，最大值和最小值差距在0.1～1倍，由于地下水具有流動(dòng)緩慢的特性，該數(shù)值表明研究區(qū)域內(nèi)地下水污染物濃度隨時(shí)間變化的波動(dòng)性相對(duì)較大，健康風(fēng)險(xiǎn)值有較強(qiáng)的不確定性。采用本研究的三角隨機(jī)模擬模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，在很大程度上降低因個(gè)別值過(guò)高或過(guò)低影響評(píng)價(jià)結(jié)果的情況發(fā)生，降低了預(yù)測(cè)結(jié)果的不確定性。從表5可以看出：只有Z1、Z2、Z3監(jiān)測(cè)井成人健康風(fēng)險(xiǎn)值小于最大風(fēng)險(xiǎn)可接受水平(5.0×10-5a-1)，處于可接受范圍內(nèi)；其余3口監(jiān)測(cè)井成人健康風(fēng)險(xiǎn)值均超過(guò)最大風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，處于不可接受范圍；6口監(jiān)測(cè)井兒童健康風(fēng)險(xiǎn)均超過(guò)最大風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，全部不可接受。

Z1背景監(jiān)測(cè)井兒童健康風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)最大風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，說(shuō)明該生活垃圾填埋場(chǎng)地下水背景值風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)已經(jīng)處于不可接受范圍；其余監(jiān)測(cè)井風(fēng)險(xiǎn)值均不同程度大于Z1背景監(jiān)測(cè)井，說(shuō)明該垃圾填埋場(chǎng)造成附近地下水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高，該填埋場(chǎng)對(duì)地下水有污染現(xiàn)象；該處地下水對(duì)成人和兒童造成的健康風(fēng)險(xiǎn)已處于不可接受范圍，應(yīng)積極采取措施進(jìn)行治理。

根據(jù)表5數(shù)據(jù)，結(jié)合表1及式(13)，通過(guò)各等級(jí)概率水平進(jìn)行賦值加權(quán)識(shí)別出其綜合風(fēng)險(xiǎn)值，結(jié)果如表6所示。

表6 各監(jiān)測(cè)井健康綜合風(fēng)險(xiǎn)值

由表6可知，Z6監(jiān)測(cè)井的健康綜合風(fēng)險(xiǎn)值最大，Z1背景監(jiān)測(cè)井的健康綜合風(fēng)險(xiǎn)值最小，其他幾個(gè)監(jiān)測(cè)井的健康綜合風(fēng)險(xiǎn)值位于二者之間。

2.5.2 對(duì)比分析與討論

為更加清楚地體現(xiàn)本研究模型在降低地下水健康風(fēng)險(xiǎn)不確定性方面的優(yōu)勢(shì)，將實(shí)例中的數(shù)據(jù)采用式(1)～(6)確定性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行各監(jiān)測(cè)井的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，結(jié)果如表7所示。

表7 確定性評(píng)價(jià)方法的各監(jiān)測(cè)井的風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)比表5與表7可知，各監(jiān)測(cè)井風(fēng)險(xiǎn)值變化趨勢(shì)基本一致。表7直接采用污染物的平均濃度進(jìn)行評(píng)價(jià)，忽略了水環(huán)境中污染物濃度不斷變化的特性，評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定的不確定性。表5計(jì)算結(jié)果在原有蒙特卡羅方法和三角模糊數(shù)結(jié)合的方法基礎(chǔ)上，建立了三角隨機(jī)模擬模型，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)井污染物濃度分布情況的隨機(jī)模擬，不僅可以判定評(píng)價(jià)對(duì)象可能隸屬的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而且可以定量得出其相應(yīng)的概率水平，在一定程度上解決了評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的不確定性問(wèn)題，與傳統(tǒng)的確定性評(píng)價(jià)模型相比，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果能夠更全面、合理地反映水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)水平的真實(shí)情況，具有較好的實(shí)用性和可操作性，能夠?yàn)闆Q策者提供更加科學(xué)客觀的依據(jù)。

2.6 不確定性分析

2.6.1 參數(shù)選擇的不確定性

在確定健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型參數(shù)時(shí)，人均壽命取70 a；人均體質(zhì)量，成人為70 kg，兒童為10 kg；日均飲水量，成人為2.2 L，兒童為1.0 L，這5個(gè)參數(shù)的選擇具有不確定性，即該垃圾填埋場(chǎng)附近居民人均壽命、人均體質(zhì)量、日均飲水量參數(shù)的選取并不具有唯一的確定值，因而參數(shù)的選擇都會(huì)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生或多或少的影響，即造成評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性。

2.6.2 模型本身的不確定性

選擇的三角隨機(jī)模擬模型，亦是對(duì)真實(shí)的情況進(jìn)行簡(jiǎn)化后得到的，與實(shí)際發(fā)生的情況存在差異。

2.6.3 受體的不確定性分析

不同人群可以承受的風(fēng)險(xiǎn)水平各不相同，或者可以說(shuō)受體(人)自身的特點(diǎn)對(duì)水中污染物的敏感程度也不盡相同，因此，評(píng)價(jià)所得的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)個(gè)體健康的危害不確定。

3 結(jié)論

(1)將三角模糊數(shù)與Crystal ball?軟件中的三角分布類型進(jìn)行結(jié)合隨機(jī)模擬，應(yīng)用于生活垃圾填埋場(chǎng)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，降低了傳統(tǒng)確定性方法可能產(chǎn)生的誤差，彌補(bǔ)了該填埋場(chǎng)可以獲取的地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)資料較少和精確度不高的不足，在一定程度上解決了傳統(tǒng)確定性評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的不確定性問(wèn)題。

(2)三角隨機(jī)模擬模型在地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)領(lǐng)域的應(yīng)用，與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法相比，具有計(jì)算簡(jiǎn)單快速、精度高的優(yōu)點(diǎn)，并且不僅可以判定地下水污染可能隸屬的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而且可以定量得出其相應(yīng)的概率水平，為決策者提供更加綜合的信息，為地下水污染管理工作提供依據(jù)。

(3)實(shí)例研究結(jié)果表明，各監(jiān)測(cè)井的兒童健康風(fēng)險(xiǎn)均超過(guò)了可接受水平，Z4、Z5、Z6監(jiān)測(cè)井的成人健康風(fēng)險(xiǎn)也超過(guò)了可接受水平，相關(guān)部門應(yīng)開(kāi)展有針對(duì)性的預(yù)防治理工作。對(duì)于造成危害的主要污染物的確定，還需進(jìn)行深入的研究。

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Assessment Model of Landfill Sites Groundwater Environmental Health Risk Based on Stochastic Simulation-triangular Fuzzy Numbers

WANG Yue1, AN Da1, XI Beidou1, TANG Jun1, LIANG Huanhuan1,2, ZHANG Boqiang1,3

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Simulation and Control of Groundwater Pollution,Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.College of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China 3.College of Water Resources and Environment Engineering, Donghua Polytechnic University, Nanchang 330013, China

On the basis of US EPA health risk assessment method, and coupling the methods of triangular fuzzy number and stochastic simulation, the Stochastic Simulation-triangular Fuzzy Numbers Model was built up and applied in groundwater environmental health risk assessment for a domestic waste landfill site in northern China as a case study. The results showed that the children′s health risks of six monitoring wells all exceed the acceptable level, and the values of wells Z1 and Z2 distributed in Level Ⅲ and Level Ⅳ interval. The adults′ health risks of three monitoring wells also exceed the acceptable level, and the values of well Z6 distributed in Level Ⅴ and Level Ⅵ interval. Compared with that by the deterministic method, this model in a certain extent solved the uncertainty problem existing in the traditional deterministic evaluation process. It could not only calculate the risk level of groundwater pollution, but also quantitatively obtain the corresponding probability level, providing more accurate assessment information of the health risks for the decision makers and more basis for the groundwater pollution management.

stochastic simulation-triangular fuzzy number; landfill site; groundwater; health risk assessment

GAO Z G,ZHU J,WENG Y B.Comprehensive assessment of ecosystem health on multiple scales:a case study for metropolitan area of Ningbo[J].Acta Ecologica Sinica,2010(7):1706-1717. ○王月，安達(dá)，席北斗，等.基于三角隨機(jī)模擬的生活垃圾填埋場(chǎng)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2016,6(1):49-56.

WANG Y, AN D, XI B D, et al.Assessment model of landfill sites groundwater environmental health risk based on stochastic simulation-triangular fuzzy numbers[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(1):49-56.

2015-08-20

環(huán)境保護(hù)部全國(guó)地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)估項(xiàng)目(144130012110302)

王月(1982—)，女，工程師，碩士，主要從事地下水污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，yuewangg@163.com

*責(zé)任作者:安達(dá)(1979—)，女，副研究員，博士，主要從事地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，anda7977@163.com

X523

1674-991X(2016)01-0049-08

10.3969j.issn.1674-991X.2016.01.008