淮河流域安徽段水環(huán)境健康風(fēng)險模糊綜合評價

吳轉(zhuǎn)璋 耿天召

摘要 [目的]對淮河流域安徽段進(jìn)行水環(huán)境健康風(fēng)險模糊綜合評價。[方法]采用基于區(qū)間數(shù)的水環(huán)境健康風(fēng)險模糊綜合評價模型，針對成人和兒童分別對2015—2017年淮河安徽段的王家壩、魯臺孜、石頭埠、蚌埠閘上、沫河口和小柳巷6個斷面的水環(huán)境健康風(fēng)險進(jìn)行評估。[結(jié)果]各斷面水環(huán)境風(fēng)險級別均屬于低—中風(fēng)險以下，致癌物對人體健康危害遠(yuǎn)大于非致癌物，水體污染物質(zhì)對兒童所致健康風(fēng)險要明顯大于對成人所致健康風(fēng)險，石頭埠斷面和魯臺孜斷面為優(yōu)先控制斷面，六價鉻為優(yōu)先控制污染物。[結(jié)論]該研究為淮河流域安徽段水環(huán)境風(fēng)險管理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 水環(huán)境健康風(fēng)險；模糊綜合評價；區(qū)間數(shù)；淮河安徽段

中圖分類號 X820.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）27-0068-05

Fuzzy Comprehensive Evaluation of Water Environmental Health Risk in Anhui Section of Huaihe River Basin

WU Zhuanzhang， GENG Tianzhao

（Environmental Monitoring Central Station of Anhui Province， Hefei， Anhui 230071）

Abstract [Objective]To carry out Fuzzy Comprehensive Evaluation of Water Environmental Health Risk in Anhui Section of Huaihe River Basin. [Method]The fuzzy comprehensive evaluation model of water environmental health risk based on interval numbers was applied to two audiences. The water environmental health risks of 6 water quality sections of Wangjia Dam， Lutaizi， Stone Port， Bengbu Gate， Estuary of Foam River and Xiaoliuxiang in the Anhui section of Huaihe were evaluated， respectively. [Result]The risk level of water environment in each section belonged to lowmedium risk， and carcinogens were more harmful to human health than noncarcinogens， and the health risk caused by water pollution to children was significantly greater than that to adults. The section of the Stone Port and the Lutaizi section were the priority control sections， and six valence chromium was the priority pollutant. [Conclusion]This research provided theoretical references for the management of water environmental health risk in Anhui section of Huaihe River Basin.

Key words Water environmental health risk；Fuzzy comprehensive evaluation； Interval number；Anhui section of Huaihe River Basin

作者簡介 吳轉(zhuǎn)璋（1981—），女，安徽太湖人，中級工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測研究。

收稿日期 2018-08-10

淮河地處中國東部，位于長江和黃河之間，跨河南、安徽、江蘇、山東及湖北5省?；春影不斩翁幱诨春又杏危献栽?、皖交界的洪河口起，下至皖、蘇交界的洪山頭止，河道長度430 km。根據(jù)2015—2017年的安徽省環(huán)境質(zhì)量報告，淮河干流安徽段總體水質(zhì)狀況為優(yōu)[1-3]，但是其對人體健康危害的風(fēng)險程度卻難以通過水質(zhì)指標(biāo)直觀反映出來。

目前水環(huán)境健康風(fēng)險評價采用較多的是美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）推薦的健康風(fēng)險評價模型，該方法通過分析影響健康的環(huán)境因素，評估水體中污染物質(zhì)對人體產(chǎn)生健康危害的可能性，目前已在許多國家和組織得到了較好的應(yīng)用[4]。模型中存在很多具有不確定性因素的參數(shù)，在各種參數(shù)中，污染物濃度的不確定性較為突出和明顯。傳統(tǒng)評價一般都采用污染物濃度的年均值，但是年均值卻很難反應(yīng)濃度的變化情況，而采用“區(qū)間數(shù)”來表示濃度，則能將濃度的最低值和最高值包含在取值范圍內(nèi)，在一定程度上減小了由于采用濃度的年均值而產(chǎn)生的不確定性。區(qū)間數(shù)是指實數(shù)軸上的一個閉區(qū)間，它是一個特殊的模糊數(shù)，區(qū)間數(shù)能夠包含一個參數(shù)可能數(shù)值的范圍，也是解決不確定性的一種方法[5]。鑒于此，筆者采用基于區(qū)間數(shù)的水環(huán)境健康風(fēng)險模糊綜合評價模型，針對成人和兒童分別對2015—2017年淮河安徽段的王家壩、魯臺孜、石頭埠、蚌埠閘上、沫河口和小柳巷6個斷面的水環(huán)境健康風(fēng)險進(jìn)行評估，旨在為該流域水環(huán)境風(fēng)險管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于淮河流域（安徽段）6個常規(guī)國控監(jiān)測斷面2015—2017年數(shù)據(jù)，斷面設(shè)置情況自上游至下游分別為王家壩（S1）、魯臺孜（S2）、石頭埠（S3）、蚌埠閘上（S4）、沫河口（S5）、小柳巷（S6），其區(qū)位分布見圖1。

1.2 基于區(qū)間數(shù)的水環(huán)境健康風(fēng)險模糊綜合評價模型

美國環(huán)境保護(hù)局推薦的健康風(fēng)險評價模型把對人體健康有害的物質(zhì)大致可分為放射性物質(zhì)、化學(xué)致癌物和非致癌物，其中放射性物質(zhì)和化學(xué)致癌物為基因毒物質(zhì)，非致癌物為軀體毒物質(zhì)。由于在水質(zhì)監(jiān)測中一般沒有檢測出放射性污染物，因此在健康風(fēng)險評價過程中，主要對化學(xué)致癌物和非致癌化學(xué)有毒物質(zhì)進(jìn)行評價[6-8]。依據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)和世界衛(wèi)生組織規(guī)定的化學(xué)致癌物質(zhì)，選取Cr6+、Cd、As進(jìn)行致癌健康風(fēng)險評估，其致癌系數(shù)分別為41.0、6.1和15.0 （kg·d）/mg。選取Pb、Hg、Cu、Zn、氨氮、CN-、F-、揮發(fā)酚共8種水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行非致癌健康風(fēng)險評估，其參考劑量見表1[9]。

1.2.1 基于區(qū)間數(shù)的化學(xué)致癌物對健康危害的風(fēng)險模型。

基于區(qū)間數(shù)的化學(xué)致癌物質(zhì)通過飲用水途徑所致的平均個人健康危害風(fēng)險計算模型如下：

[min，max]Rc=ki=1[min，max]Rcig（1）

[min，max]Rcig=[1-exp（-[min，max]Dig·Qig）]/L（2）

[min，max]Dig=[min，max]（Ci×M）/W（3）

式中，Rc為k種化學(xué)致癌物經(jīng)過飲水途徑引起的致癌年風(fēng)險總值，單位為a-1；Rcig為致癌物i經(jīng)飲水途徑導(dǎo)致的人體致癌年風(fēng)險，單位為a-1；Dig為致癌物經(jīng)飲水途徑的單位體重日均暴露劑量，單位為mg/（kg·d）；Qig為致癌物i經(jīng)飲水途徑的致癌強(qiáng)度系數(shù)，單位為（kg·d）/mg；L為人均壽命（參考《世界衛(wèi)生統(tǒng)計》報告和中國實際情況，人均壽命取為75歲）；Ci為單位水體中污染物的濃度，單位為mg/L；M為暴露群體日均飲水量，單位為L/d（參照美國環(huán)境保護(hù)局在飲水方案與1980年出版的國家水環(huán)境基準(zhǔn)指南，結(jié)合我國《中國人群暴露參數(shù)手冊》和安徽地區(qū)實際的氣候情況、生活習(xí)慣，選取成人飲水量為1.5 L/d[10 ]，兒童飲水量為1.0 L/d[11]）；W為暴露群體的平均體質(zhì)量，單位為kg[采用2010年頒布的《國民體質(zhì)監(jiān)測公報》和國家環(huán)境保護(hù)總局（SEPA）推薦的成人人均體重為70 kg，最終選定70 kg為成人人均體重，45 kg為兒童人均體重[12]]。

1.2.2 基于區(qū)間數(shù)的非致癌物對健康危害的風(fēng)險模型 。

基于區(qū)間數(shù)的非致癌物通過飲用水途徑導(dǎo)致個人健康危害的計算模型如下：

[min，max]Rn=lj=1[min，max]Rnjg（4）

[min，max]Rnjg=（[min，max]Djp×10-6/RfDjp）/L（5）

式中，Rn為l種非致癌污染物經(jīng)飲水途徑引起的健康危害年風(fēng)險總值，單位為a-1；Rnjp為非致癌物j經(jīng)飲水途徑所致健康危害的個人平均年風(fēng)險，單位為a-1；Djp為非致癌物j經(jīng)飲水途徑的單位體重日均暴露劑量，單位為mg/（kg·d）；RfDjp為非致癌物j經(jīng)飲水途徑的參考劑量，單位為mg/（kg·d）；L為人均壽命。

1.2.3 基于區(qū)間數(shù)的水環(huán)境健康風(fēng)險評價總體模型。

假設(shè)各種水環(huán)境污染物質(zhì)對人體健康危害作用均獨(dú)立，則基于區(qū)間數(shù)的水環(huán)境總的健康危害風(fēng)險為：

[min，max]R總=[min，max]Rc+[min，max]Rn（6）

1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)的模糊化

模糊綜合評價使用模糊集合對由多種影響因子決定事情做出高效評估的一種綜合評估方法。對風(fēng)險等級的劃分采用專家咨詢法進(jìn)行了評價等級邊界模糊化，這樣可以更科學(xué)準(zhǔn)確地描述各級風(fēng)險的劃分[13]。參考美國環(huán)境保護(hù)局和國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）的標(biāo)準(zhǔn)，把評價等級劃分為5個等級，記為[an，bn]（n=1，2，3，4，5），見表2。

設(shè)有區(qū)間為[a，b]的風(fēng)險值，則[a，b]對[an，bn]的隸屬度可以定量表示：

M（l）=|[a，b]∩[al，bl]||[a，b]|（7）

式中，∩為2個區(qū)間的交集；||表示區(qū)間的幾何長度，[al，bl]表示評價標(biāo)準(zhǔn)的第l個等級，l=1，2，…，n；m（l）表示[a，b]對[al，bl]的隸屬度。

由式（7）得到[a，b]對各個等級的隸屬度后，根據(jù)一級綜合評判得出[a，b]的總風(fēng)險值，見式（8）。

G=ll=1A（l）·V（l）（8）

式中，V（l）為各等級的賦值。

根據(jù)式（8）得出的總風(fēng)險值G的分值來確定其所處的風(fēng)險級別，風(fēng)險級別確定的標(biāo)準(zhǔn)見表3。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

對淮河流域（安徽段）各監(jiān)測斷面2015—2017年數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間化表示，結(jié)果見表4。2015—2017年對研究區(qū)水質(zhì)進(jìn)行逐月監(jiān)測，研究期間各斷面總體水質(zhì)狀況無明顯變化，除入境斷面王家壩總體水質(zhì)滿足GB3838—2002中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求外，其他各監(jiān)測斷面總體水質(zhì)均滿足GB3838—2002中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 風(fēng)險評價

從圖2～7可以看出，致癌物對人體健康危害遠(yuǎn)大于非致癌物。相對于致癌物，非致癌物所致水環(huán)境健康風(fēng)險可以忽略不計。

淮河安徽段各斷面污染物對成人所致水環(huán)境健康風(fēng)險范圍與兒童所致水環(huán)境健康風(fēng)險范圍變化趨勢總體相似，各斷面污染物對兒童產(chǎn)生的風(fēng)險明顯高于成人，年際之間變化趨勢不明顯。2015年，各斷面水環(huán)境年總風(fēng)險值排序由高到低依次為石頭埠>魯臺孜>小柳巷>王家壩>沫河口>蚌埠閘上；2016年，各斷面水環(huán)境年總風(fēng)險值排序由高到低依次為魯臺孜>石頭埠>小柳巷>王家壩>沫河口>蚌埠閘上；2017年，各斷面水環(huán)境年總風(fēng)險值排序由高到低依次為石頭埠>沫河口>王家壩>蚌埠閘上>小柳巷>魯臺孜。其中，石頭埠斷面連續(xù)3年、魯臺孜斷面2015和2016年化學(xué)致癌物所致年風(fēng)險和年總風(fēng)險最大值明顯高于其他斷面，原因為這2個斷面六價鉻濃度最大值明顯高于其他斷面。因此，石頭埠斷面和魯臺孜斷面為優(yōu)先控制斷面，六價鉻為優(yōu)先控制污染物。

2.3 模糊綜合評價

根據(jù)區(qū)間隸屬度公式（7），可以得出6個斷面對相應(yīng)風(fēng)險等級的隸屬度值，見表5。通過隸屬度計算，可以得出淮河安徽段流域水環(huán)境健康風(fēng)險等級劃分情況，見表6。除魯臺孜斷面和石頭埠斷面在2015年兒童水平、2016年兒童和成人水平以及石頭埠斷面在2017年兒童水平經(jīng)飲水途徑所致風(fēng)險等級為Ⅱ級低—中風(fēng)險外，其余斷面在2015—2017年，不論是成人還是兒童水平上，經(jīng)飲水途徑所致風(fēng)險等級均為Ⅰ級低風(fēng)險。從總體來看，2015—2017年淮南安徽段流域的水環(huán)境健康風(fēng)險級別并沒有發(fā)生明顯的變化，均屬于低—中風(fēng)險以下。

3 結(jié)論

（1）在基于區(qū)間數(shù)的模糊綜合評價法的基礎(chǔ)上，對淮河安徽段流域的水環(huán)境健康總風(fēng)險進(jìn)行等級評估?；春影不斩瘟饔蛩h(huán)境健康總風(fēng)險分析結(jié)果顯示，2015—2017年均屬于低—中風(fēng)險以下。

（2）致癌物對人體健康危害遠(yuǎn)大于非致癌物；相對于致癌物，非致癌物所致水環(huán)境健康風(fēng)險可以忽略不計。

（3）對不同受體對象的水環(huán)境年總風(fēng)險結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水體污染物質(zhì)對兒童所致健康風(fēng)險要明顯大于對成人。

（4）通過對各斷面化學(xué)致癌物所致年風(fēng)險值和年總風(fēng)險值的排序分析，結(jié)果顯示石頭埠斷面和魯臺孜斷面為優(yōu)先控制斷面，六價鉻為優(yōu)先控制污染物。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫立劍.安徽省環(huán)境質(zhì)量報告書（2011-2015）[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2016：75-81.

[2] 朱余.安徽省環(huán)境質(zhì)量報告書（2016年）[M].安徽省環(huán)境保護(hù)廳，2017：54-61.

[3] 安徽省環(huán)境保護(hù)廳.2017 安徽省環(huán)境狀況公報[R].2018.

[4] 陳耀寧，智國錚，袁興中，等. 基于三角隨機(jī)模擬和ArcGIS的河流水環(huán)境健康風(fēng)險評價模型[J].環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（4）：1779-1806.

[5] ?；勰?，袁興中，曾光明，等.基于區(qū)間數(shù)的河流水環(huán)境健康風(fēng)險模糊綜合評價模型[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，29（7）：1527-1533.

[6] 李瑩瑩，張永江，鄧茂，等.武陵山區(qū)域典型生態(tài)保護(hù)城市飲用水源地水質(zhì)人體健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)研究，2017，30（2）：282-290.

[7] 王月，安達(dá)，席北斗，等. 基于正態(tài)隨機(jī)模擬的武烈河環(huán)境健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境工程學(xué)報，2017，11（5）：3334-3340.

[8] 石勇.“十二五”期間湘江株洲段水環(huán)境健康風(fēng)險評價[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（13）：52-55.

[9] U.S.EPA. Risk assessment guidance for supeffund：Voluma 3Process for Conducting Probabilistic Risk Assessment Chapterl，Part A[R].Washington，DC：Office of Emergency and Remedial Response U.S.EPA，2001.

[10] U.S.EPA.Exposure Factors Handbooks of American[R].Washington，DC：U.S.EPA，2011.

[11] U.S.EPA.Child-specific Exposure Factors Handbook[R].Washington，DC：U.S.EPA，2008.

[12] 國家體育總局.2010 國民體質(zhì)監(jiān)測公報[R].2011.

[13] 陳方遠(yuǎn)，吳中華，侯浩波，等. 漢江中下游水環(huán)境健康風(fēng)險不確定性評價[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2017，40（4）：183-187.