地下水污染风险评价的综合模糊-随机模拟方法11815.docx

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1、地下水污染风险评价的综合模糊-随机模拟方法 Jianbing Li，Gordon H. Huang等田 芳 译译；冯翠翠娥、魏魏国强 校译本文建立的的综合模模糊-随机风风险评价价（IFFSRAA）方法法能够系系统地量量化与场场地条件件、环境境标准和和健康影影响标准准相关的的随机不不确定性性和模糊糊不确定定性。模模型输入入参数的的随机性性使得数数值模型型预测的的地下水水污染物物的浓度度具有概概率不确确定性，而而违反了了相关的的环境质质量标准准和健康康评估标标准的污污染物浓浓度引发发的后果果具有模模糊不确确定性。本本文以二二甲苯为为研究对对象。环环境质量量标准按按照严格格程度分分为三类类：“宽松”

2、、“中等”和“严格”。通过过系统地地研究因因二甲苯苯摄取而而导致的的基于环环境标准准的风险险（ER）和和健康风风险（HHR），利利用一个个模糊规规则库，可可以获得得总风险险水平。将将ER和HR风险险水平分分为五个个级别：“低”、“低-中中等”、“中等”、“中等-高”和“高”。总风风险水平平包括从从“低”到“很高”六类。根根据问卷卷调查，建建立相关关模糊事事件的模模糊隶属属函数和和模糊规规则库。因因此，IIFSRRA的总总框架包包含了模模糊逻辑辑、专家家参与和和随机模模拟。与与传统的的风险评评价方法法相比，由由于有效效反映了了这两类类不确定定性，因因此提高高了模拟拟过程的的稳健性性。应用用开发的

3、的IFSSRA方方法来研研究加拿拿大西部部一个被被石油污污染的地地下水系系统。分分析了具具有不同同环境质质量标准准的三种种情境，获获得了合合理的结结果。本本文提出出的风险险评价方方法为系系统地量量化污染染场地管管理中的的各种不不确定性性提供了了一种独独特的手手段，同同时也为为污染相相关的修修复决策策提供了了更实际际的支持持。一、简 介加拿大有数数千个工工业污染染场地，给给人类健健康和自自然环境境造成了了巨大威威胁。在在为这些些污染场场地的有有效修复复和管理理而制定定决策的的过程中中，风险险评价是是重要的的一步，它它为场地地污染的的评价和和严重程程度的分分级奠定定了坚实实的基础础（加拿拿大环境境

4、部长委委员会，简简称CCCME，19996）。然然而，自自然固有有的随机机性以及及缺乏风风险发生生及其潜潜在后果果的足量量信息，限限制了我我们对风风险的认认识。因因此，风风险评价价自然就就和不确确定性联联系在一一起（WWagnner等等，19992；Carrrinngtoon和Bollgerr，19998）。忽忽视了评评价过程程中的不不确定性性往往会会得出相相反的结结果。例例如，修修复系统统的超安安全标准准设计会会浪费资资金和资资源，而而低估了了风险就就会限制制场地管管理行动动的有效效性，事事实上将将严重威威胁人类类健康和和自然环环境。就污染场地地在各种种污染源源和含水水层条件件下的风风险评价

5、价方法，已已经出版版了大量量文献。例例如，LLee等等（19994）提提出了基基于模糊糊集的方方法来估估计地下下水污染染对人类类健康造造成的风风险，并并评价了了可能的的补救措措施；GGooddricch和McCCordd（19995）应应用蒙特特卡罗方方法考虑虑了地下下水流和和溶质运运移过程程中参数数的不确确定性，将将模型输输出结果果应用于于暴露评评价；MMillls等（19996）发发展了以以保护人人类健康康为目的的的基于于风险的的方法，评评价了土土壤中石石油残留留物的可可接受水水平；HHameed和Beddiennt（19997）在在风险评评价中，利利用一阶阶和二阶阶可靠性性分析说说明了不

6、不确定性性；Baatchheloor等（19998）利利用概率率分布函函数表达达相关参参数，开开发了场场地的随随机风险险评价模模型；BBennnettt等（19998）利利用基于于蒙特卡卡罗方法法的污染染物运移移模拟结结果，开开发了一一种风险险评价的的综合模模拟系统统；Maaxweell等等（19998，19999）也也开发了了一种将将地下水水运移模模拟和人人体暴露露评价联联系起来来的综合合系统；Leee等（20002）应应用蒙特特卡罗模模拟评价价了实施施现场修修复后，原原地下水水污染区区内人类类的健康康风险。最最近，提提出一种种混合方方法，它它把概率率和模糊糊集方法法结合起起来，描描述风险险

7、评价过过程中模模拟参数数的不确确定性（Li等，2003；Liu等，2004）。例如，为进行工业场地土壤镉污染的人体暴露评价，Guyonnet等（2003）将概率分布函数的蒙特卡罗随机抽样和模糊计算结合起来，来表现不同的确定性；Kentel和Aral（2004）利用产生风险的模糊隶属函数和概率分布，进行了多途径暴露于受污染水体下的健康风险分析，其中，将污染物浓度和潜在致癌因素处理成模糊变量，而其余的模拟参数利用概率密度函数（PDF）进行处理。其它一些相关研究可参见Chen等（2003）以及 Kentel和Aral（2005）的著作。通过上文的的文献回回顾可知知，随机机和模糊糊集技术术已经被被广泛

8、地地用于研研究与风风险模拟拟输入和和输出相相关的不不确定性性。然而而，之前前的大部部分研究究都只涉涉及到污污染物运运移模拟拟中的参参数不确确定性，而而关于环环境质量量标准和和健康风风险评价价标准的的不确定定性则很很少得到到关注（Minsker和Shoemaker，1998；Chen等，2003）。另外，在已出版的风险评价的研究著作中，很少有将不同类型的不确定性有效联系起来的。事实上，这种忽视会导致信息的遗漏，从而产生不切实际的决策支持。因此，势必要建立一种能够有效处理各种不确定性的先进方法。作为前人研究的一种拓展，本研究的目标就是要开发一种综合的模糊-随机风险评价方法（IFSRA），以实现与场

9、地条件、环境质量标准和健康影响标准有关的随机不确定性和模糊不确定性的量化。本文尝试利用模糊逻辑和随机分析两种概念将两类不确定性联系起来，同时应用已建立的IFSRA方法研究加拿大西部一个被石油污染的地下水系统。二、反映环环境系统统的随机机不确定定性和模模糊不确确定性广义的不确确定性包包括两大大类：随随机不确确定性和和模糊不不确定性性（Deestoounii，19992；Blaair等等，20001）。在在概率方方法中，用用概率分分布来描描述参数数的随机机变化。利利用一些些统计抽抽样算法法，通过过数学模模型，再再将这些些分布应应用到输输出变量量上。而而在模糊糊集方法法中，用用隶属函函数来刻刻画人类

10、类思维的的模糊性性。这种种方法能能够非常常好地处处理“部分正正确”这个概概念，量量化语言言变量的的不确定定性（CChenn和Phaam，20001）。上上述两种种不确定定性处理理方法的的基本原原理是不不同的（Chen，2000）。例如，图1（a）是土壤孔隙度（地下水模拟中的重要输入参数）的概率密度函数（PDF），图1（b）是“多孔土壤”的土壤孔隙度的隶属函数。孔隙度PDF曲线下面一个间隔的面积等于那个间隔所假设的孔隙度的概率，但是假设等于一个特定值的概率为零（即P（=0.35）=0）（Chen，2000）。PDF曲线下方的总面积为1，表示样品空间中所有概率的总和为1。另一方面，隶属函数曲线下方

11、的面积没有意义，总面积可能小于1，也可能大于1。孔隙度隶属函数的值在0到1之间（即（=0.35）=0.7，意味着土壤孔隙度0.35属于“多孔土壤”的概率为0.7）。图1 随机机不确定定性（aa）和模模糊不确确定性（bb）的比比较当有足够的的信息能能够估计计不确定定性参数数的概率率分布时时，就可可以广泛泛使用概概率方法法，而当当信息量量极少时时（即人人类语言言描述不不精确），就就非常适适合用模模糊集方方法来处处理不确确定性。过过去几年年里，大大量的环环境研究究都用到到了概率率方法或或者模糊糊集方法法（Daahabb等，19994；Jammes和和Olddenbburgg，19997；Battch

12、eelorr等，19998；Maxxwelll等，19998；Mohhameed和Cotte，19999；Fouusseereaau等，20000）。但但在实际际情况中中，当各各种参数数具有不不同的信信息品质质时，只只应用一一种方法法来处理理不确定定性可能能并不可可行。例例如，可可能用概概率分布布来刻画画污染物物运移模模型中土土壤参数数的不确确定性，而而环境标标准和健健康影响响标准的的不确定定性就存存在固有有的模糊糊性。因因此，当当土壤参参数可以以用概率率分布充充分刻画画的时候候，如果果用模糊糊的隶属属函数来来表述，那那么就可可能会丢丢失或捕捕捉不到到一些重重要的信信息。另另一方面面，如果果不

13、确定定性只能能用语言言变量（如如风险评评价标准准）来描描述但却却使用概概率分布布来表示示，这种种输入信信息处理理方式的的不当将将导致模模拟初期期就出现现严重的的输入错错误。因因此，有有效处理理模拟过过程中各各种不确确定性的的输入信信息是一一个非常常具有挑挑战性的的问题。单单独使用用模糊或或者随机机方法很很难能刻刻画这种种复杂性性（Bllairr等，20001）。风险评价是是环境决决策制定定中一个个非常重重要的组组成部分分，与之之相关的的是各种种不确定定性。既既然风险险定义为为一种不不良后果果的暴露露（Piiverr等，19998），那那么它应应包含两两方面的的内容：暴露和和不良后后果的性性质。

14、因因此，风风险评价价中的不不确定性性模拟就就是根据据所有考考虑到的的风险相相关信息息，清楚楚地量化化可能性性和潜在在的不良良后果（Andricevic和Cvetkovic，1996）。本次研究假设与地下污染物运移模拟模型相关参数的不确定性是随机性，而与风险评价相关的评价标准的不确定性是模糊性。因此，将建立一种综合的模糊-随机方法来解决这些复杂的问题，并针对场地污染造成的相关风险提供更实际的评价。三、地下水水污染的的风险评评价1、污染物物运移的的随机模模拟地下污染物物运移模模拟需要要各种物物理、化化学和生生物的输输入参数数。然而而，一些些基础参参数，如如土壤渗渗透性和和孔隙度度，一般般很难得得到

15、准确确和确定定性的值值（Laabieenieec等，19997）。在在各种量量化这些些参数不不确定性性的随机机技术中中，应用用最广泛泛的是蒙蒙特卡罗罗模拟，它它可以在在数值模模型中反反复执行行（Jaamess和Olddenbburgg，19997）。每每次执行行都会输输出一个个样品，然然后对输输出样品品进行随随机检验验，以确确定相关关的概率率分布。本本研究已已经建立立了蒙特特卡罗模模拟算法法，并融融合到名名为UTTCHEEM的多多相多组组分的数数值模拟拟器中，可可以用来来预测多多种污染染物浓度度的时空空分布（UTA，2000；Li等，2003）。因此，按照以下步骤建立一个随机模拟系统：（a）产

16、生每个随机输入参数的随机数；（b）根据每个参数特定的统计分布特征，将随机数转换成相应的随机变量；（c）以数组的形式，储存每个参数产生的随机变量；（d）从每个参数的数组中获取一个值，将其作为多相多组分数值模型的确定性输入参数；（e）通过数值模型运行蒙特卡罗模拟，计算污染物浓度；（f）储存每次蒙特卡罗模拟运行后得到的污染物浓度的输出结果，以进行进一步的统计分析；（g）重复（a）（f）的步骤，运行一定次数的蒙特卡罗模拟；（h）当所有运行完成后，停止计算；（i）分析污染物的浓度，并计算统计描述量（即对每个时间和空间单元，污染物浓度的平均值和标准差）。2、风险评评价的一一般方法法与污染场地地相关的的风险

17、特特征通常常利用基基于环境境标准的的风险评评价（EERA）和和健康风风险评价价（HRRA）来来刻画（Carrington和Bolger，1998）。在本研究中，将基于环境标准的风险（ER）定义为因违背环境标准或者规定而造成的风险，将健康风险（HR）定义为因污染物慢性摄取而对健康造成的风险。为了进行地下水污染的风险评价，ERA方法将污染物浓度与相应的地下水质量标准进行比较。通过蒙特卡罗模拟，超过质量标准的污染物的概率（PF）可以用下式表示：PF= PP(CCs)=11F(CCs) （1）式中，C是是污染物物浓度，Cs是地下水质量标准，F(Cs)是从蒙特卡罗模拟结果中得到的污染物浓度的累积分布函数

18、（CDF）。当浓度超过过标准，但但暴露极极少的时时候，不不会优先先考虑采采取清洁洁措施。这这种情况况，不能能单独用用ERAA进行刻刻画。为为了更好好地管理理这种情情况，需需要更进进一步的的HRAA。为了了量化人人类的健健康风险险，将污污染物分分类为致致癌物质质和非致致癌物质质。HRRA包括括评价致致癌风险险的生命命过量致致癌风险险（exxcesss llifeetimme ccanccer rissk ，ELCCR）模模型和评评价非致致癌风险险的危害害指数（HI）模型。暴露于一种化学物质的程度可用下面的函数来表示（美国环保局，1989，1992）：CDI=CCWIREFED/（ATBW） （2

19、）式中，CDDI为长长期每日日摄取量量（mgg/kggd），CWW是地下下水中的的污染物物浓度（mg/L），IR是人类摄取速度（L/d），EF是暴露频率（天数/年），ED是平均暴露持续时间（年），BW是平均体重（kg），AT是平均时间（AT=365ED，单位是天）。然后，可以根据下面的方程来计算ELCR和HI：ELCR=CDIISF （3）HI=CDDI/RRfD （4）式中SF是是癌症斜斜率系数数（kggd/mmg），RffD是参参考剂量量（mgg/kggd）。计计算出的的致癌风风险值（即即ELCCR）表表示暴露露于特定定污染物物下罹患患癌症的的概率，它它表示暴暴露于这这些化学学物质下下的每

20、一一百万人人中罹患患癌症的的人数。USEPA定义了可接受的致癌风险水平介于10-410-6。另一方面，将由HI表示的非致癌风险可接受的水平定义为低于1.0。四、综合的的模糊-随机风风险评价价图2是本文文提出的的综合的的风险评评价方法法总框架架。详细细解释见见下文。图2 综合合的模糊糊-随机机风险评评价模拟拟框架1、将模糊糊不确定定性和随随机不确确定性联联系起来来的必要要性利用蒙特卡卡罗模拟拟方法直直接进行行环境风风险分析析有两个个潜在的的缺陷。首首先，利利用蒙特特卡罗输输出结果果进行风风险分析析要求明明确指定定输入参参数的概概率分布布；其次次，研究究人员通通常都假假设输入入参数之之间没有有相关

21、性性，即使使参数之之间明显显存在相相关性。尽尽管有模模拟参数数之间相相关关系系的方法法，但是是对进一一步的风风险量化化而言，它它们都不不够详细细，尤其其是在对对这些相相关性缺缺乏认识识的时候候。因此此，蒙特特卡罗模模拟的输输出结果果仍然存存在不确确定性。由于输入参参数的随随机性，因因此认为为污染物物浓度超超过相应应标准的的事件为为一个随随机事件件。借助助于概率率的概念念，利用用蒙特卡卡罗模拟拟可以预预测这类类事件的的发生。但但是，它它的后果果（即风风险）很很难用概概率来描描述，因因为蒙特特卡罗模模拟的输输出结果果和环境境标准存存在不确确定性，而而且不同同的人可可能对风风险有不不同的看看法。这这

22、种结果果属于一一种模糊糊性，可可以用隶隶属函数数来量化化。实际际上，风风险与两两个方面面有关：事件发发生（即即暴露）的的概率和和由此导导致的后后果（FFinlley和和Pauusteenbaach，19997）。系系统地考考虑这两两个方面面的联系系对于实实际的风风险评价价是非常常重要的的。本研究将基基于环境境标准的的风险处处理成一一种模糊糊事件，分分为“低”、“低-中”、“中”、“中-高”、“高”五类。每每一类与与违反标标准的概概率大小小相关，这这个概率率是从蒙蒙特卡洛洛模拟的的输出中中获得的的。此外外，按照照严格程程度，标标准也分分为三个个不同的的集合，同同时为量量化风险险水平，也也将其考考

23、虑到模模拟系统统中。为为这些模模糊事件件建立隶隶属函数数依赖于于对工业业、政府府、教育育和研究究机构的的专家所所进行的的问卷调调查。本本研究共共设计了了48个问问题，包包括3个调查查地下水水质量标标准严格格程度的的问题，15个关于三种不同严格程度的地下水质量标准下环境风险水平的问题，5个关于健康风险水平的问题，25个关于总风险水平的问题。如“对于一个中等的地下水质量标准，你将选择下列哪种二甲苯浓度（单选）：(a)约0.02mg/L；(b)约0.2mg/L； (c)约1.0mg/L；(d)约2mg/L；(e)约4mg/L；(f)约8mg/L；(g)约10mg/L”。因此，本研究的总框架中包含了模

24、糊逻辑、专家参与和随机模拟，利用模糊逻辑概念将概率和模糊不确定性联系了起来。2、模糊的的环境质质量标准准基于环境标标准的风风险评价价包括对对污染物物浓度和和其相应应的环境境标准的的比较。本本研究选选择二甲甲苯作为为污染物物研究对对象。不不同的国国家、州州和省有有明显不不同的地地下水质质量标准准。如在在瑞典、新新泽西州州、加拿拿大、日日本、北北卡罗来来那州、加加利福尼尼亚州和和伊利诺诺斯州，二二甲苯的的标准分分别是00.022mg/L，0.004mgg/L，0.33mg/L，0.44mg/L，0.553mgg/L，1.88mg/L和10mmg/LL。对环环境风险险分析而而言，许许多标准准被认为为

25、是过于于保守和和不切实实际的（Chen等，2003）。因此，在不同的地区，风险指标（如违反标准的程度）也是不一致的，因而导致标准应用的不确定性。这种不确定性很难用概率分布来量化，但是可以利用语言变量来描述，而语言变量又可用模糊逻辑方法来量化。为了便于进进行基于于标准的的环境风风险分析析，本研研究将标标准分为为三个模模糊集，即即“严格”、“中等”和“宽松”。进行行问卷调调查收集集建立隶隶属函数数所需的的数据，然然后再利利用模糊糊逻辑方方法来处处理主观观看法。利利用选择择频率最最高的选选项来确确定相关关的模糊糊集。利利用Chhen等等（19992）和和Cheeng（20000）提提出的转转化方法法

26、，系统统地将语语言变量量转换为为它们相相应的模模糊集。语语言变量量转化程程序包括括选择一一个包含含决策制制定者给给出的所所有语言言项的图图形，然然后再对对该图形形使用隶隶属函数数来表现现语言项项的意义义。研究究发现：有522%的被被调查者者认为“二甲苯苯的浓度度应当在在大约11.0mmg/LL或更少少”是一个个“严格”的标准准；500%的被被调查者者选择“二甲苯苯的浓度度应当在在大约44.0mmg/LL”作为“中等”标准；47.4%的的被调查查者选择择“二甲苯苯的浓度度应当在在大约88.0mmg/LL或更大大”作为“宽松”标准。据据此可以以建立这这三个模模糊集的的隶属函函数（图图3）。例例如，

27、如如果地下下水质量量标准是是1.88mg/L，那那么可以以分为部部分“中等”（隶属属度是00.277），部部分“严格”（隶属属度是00.600）。图3 地下下水质量量标准的的隶属函函数3、基于模模糊的环环境标准准的风险险评价在严格标准准下，根根据基于于环境标标准的风风险的问问卷调查查结果，发发现555.3%的被调调查者认认为“违反标标准的概概率大约约是500%或者者更低”是“低风险险”；57.9%的的被调查查者选择择“违反标标准的概概率大约约是600%”是“低-中等风风险”；57.9%的的被调查查者选择择“违反标标准的概概率大约约是700%”是“中等风风险”；57.9%的的被调查查者选择择“违

28、反标标准的概概率大约约是800%”是“中等-高风险险”；76.3%的的被调查查者选择择“违反标标准的概概率大约约是900%或者者更高”是“高风险险”。再依依据Chhen等等（19992）和和Cheeng（20000），根根据调查查结果建建立这些些模糊集集的隶属属函数（图图4）。在在这个图图中，“L”，“L-MM”，“M”，“M-HH”和“H”分别代代表“低”，“低-中等”，“中等”，“中等-高”和“高”。例如如，如果果蒙特卡卡罗模拟拟结果违违反严格格标准的的概率是是75%，那么么相关的的基于环环境标准准的风险险就可以以分为部部分“中等”（隶属属度是00.500），部部分“中等-高”（隶属属度是

29、00.500）。类类似地，可可以依据据问卷调调查结果果，分别别建在中中等和宽宽松标准准下，建建立基于于模糊环环境标准准的风险险隶属函函数。图4 与违违反地下下水质量量标准（aa）严格格标准，（bb）中等等标准，（c）宽松松标准）的的概率相相关的模模糊的环环境风险险的隶属属函数4、模糊的的健康风风险评价价HRA经常常采用UUSEPPA出版版的参考考剂量（RfD）和癌症斜率系数（SF），它们通常都来自于实验室的动物研究结果。随着越来越多毒性试验的完成，许多关于RfD和SF的更新数据将补充到USEPA的数据库中。例如，USEPA最近就将二甲苯的RfD的值降低了10倍（从2.0变为0.2 mg/kgd

30、）（USEPA，2003）。这就使相关的风险分析出现了明显不同的结果。例如，在USEPA的标准下，应用原来的RfD得到的HI是0.137，而应用新的RfD得到的HI是1.37。结果，不同的风险值将导致不同的健康风险感知，最终产生不同的决策行动。因此，应当将由不完全的毒性信息造成的这些不确定性融合到风险分析的过程中。但是，可用信息的质量不够好，不足以用概率分布来描述这些标准的适用性，给量化相关的健康风险造成了一定的困难。由于这些不确定性通常显示出主观的特征，因此本文建议使用模糊逻辑方法来解决相关的复杂性。本文将调查查研究二二甲苯引引入的非非致癌健健康风险险。通过过与不同同大小的的HI结合合起来，

31、将将健康风风险水平平分为“低”，“低-中等”，“中等”，“中等-高”和“高”。进行行问卷调调查来获获得相关关的隶属属函数。所所调查的的HI从0.004（对对应于加加拿大的的二甲苯苯地下水水质量标标准）到到1.66（接近近于USSEPAA的二甲甲苯标准准）。与与确定基基于环境境标准的的风险水水平相似似，可以以建立相相关的模模糊健康康风险水水平的隶隶属函数数。对所所调查的的HI（0.00411.6）取取对数，如如Logg(100HI)，来建建立隶属属函数（图图5）。例例如，如如果计算算的HII是0.440，那那么相关关的健康康风险一一部分是是“中等”（隶属属度是00.5），一一部分是是“中等-高”

32、（隶属属度是00.5）。图5 与危危害指数数（HII）相关关的健康康风险的的隶属函函数5、总风险险水平和和风险管管理的规规则库综合考虑基基于环境境标准的的风险和和健康风风险就得得到总风风险水平平。由于于没有数数学模型型能将这这两类风风险联系系起来，因因此总风风险水平平的量化化只能基基于主观观判断，而而不是通通过概率率分析得得到。然然后引入入模糊推推理过程程，通过过模糊隶隶属函数数和模糊糊规则来来量化这这种风险险。这个个规则通通常包含含一个条条件部分分（例如如前提）和和一个结结论部分分（例如如结果）。一一个前提提可能只只是一条条简单的的规定或或通过模模糊逻辑辑运算符符ANDD，OR和NOTT连接

33、起起来的几几条规定定的综合合。例如如，“如果基基于环境境标准的的风险是是中等，健康康风险是是高，那么么总风险险就是中等-高”，这这里，“中等”是“基于环环境标准准的风险险”的一个个模糊集集，“高”是“健康风风险”的一个个模糊集集，“中等-高”是“总风险险”的一个个模糊集集。这是是模糊规规则的一一种形式式，其中中“基于环环境标准准的风险险”和“健康风风险”是输入入变量，“总风险”是输出变量。这样的一组规则称之为规则库（Mohamed和Cote，1999）。本研究将根根据对专专家和利利益相关关者的问问卷调查查所获得得的一系系列模糊糊规则确确定总风风险。将将总风险险水平划划分为六六个模糊糊集：“低”

34、，“低-中等”，“中等”，“中等-高”，“高”和“非常高高”。利用用模糊逻逻辑运算算符“ANDD”来连接接这些规规则前提提中的因因素。由由于这两两种风险险包含五五类模糊糊事件，因因此共有有1500个规则则（5566）。如如果一个个规则在在调查中中出现的的频率最最高，那那么它就就会保留留在确定定总风险险水平的的规则库库中。结结果共得得到255个模糊糊规则。既然总风险险水平可可以分为为六类：“低”，“低-中等”，“中等”，“中等-高”，“高”和“非常高高”，那么么就可以以依据CChenn等（19992）与与Mohhameed和Cotte（19999）来来建立这这些模糊糊事件相相应的隶隶属函数数（图

35、66）。为为了使总总风险水水平有单单一的场场地得分分，主观观地将总总风险水水平的范范围（即即GRLL=00，1000）赋赋到模糊糊集上（Mohamed和Cote，1999）。这些数值与输入的风险因素（例如，基于环境标准的风险和健康风险）的值没有直接关系。但是，建立总风险水平的模糊集之后，就可以根据环境标准，违反标准的概率和相应的HI，通过“AND”或者“OR”运算，得到场地风险得分。这个过程将通过下面的实例研究来阐述。根据计算得到的描述总风险水平的场地得分，来做出场地管理决策。表1列出了场地得分和建议的管理行动之间的关系（(Mohamed和Cote，1999）。图6 模糊糊的总风风险水平平的隶

36、属属函数表1 建议议的管理理行动计算出的场场地得分分风险管理行行动901000应该立即对对场地进进行清洁洁70900采取全部可可能的措措施来处处理场地地50700遏制场地情情况的进进一步恶恶化并限限制地下下水的使使用30500采取临时控控制措施施并限制制进入场场地10300应该对场地地进行监监测010不需采取任任何行动动五、实例研研究1、场地概概况本文选择加加拿大西西部的一一个石油油污染场场地进行行实例研研究，来来阐述上上文所提提出方法法的应用用。场地地内有一一个天然然气处理理厂，作作用是在在天然气气运输到到区域运运输管线线之前，去去除气流流中的石石脑油冷冷凝物。在在这个场场地的历历史上，从从

37、天然气气中去除除的石脑脑油冷凝凝物、废废液都是是在以前前的地下下储油罐罐（USST）中中处理的的。由于于这个UUST过过去几年年的渗漏漏，场地地已被污污染。在在过去的的几年间间，为查查明区内内的水文文地质条条件和相相关的污污染问题题，进行行了很多多的野外外调查。经经过多次次场地调调查确定定了地下下水的流流动方向向。以前前位于场场地地下下水上游游的USST，在在迁移之之前，石石油产品品的渗漏漏率大约约是555m3。在地地下水下下游发现现了各种种形式的的污染物物，如蒸蒸发烃，地地下水中中的溶解解烃以及及土壤捕捕获的烃烃等。本次研究的的对象是是二甲苯苯，它是是一种有有毒的化化学物质质，可以以损害呼呼

38、吸功能能、记忆忆力、肝肝肾功能能、肌肉肉的协调调能力，导导致头昏昏眼花，并并可能对对生殖能能力产生生影响。极极端情况况下，可可能会导导致死亡亡（USSEPAA，20003）。以以前在位位于USST西部部的监测测井，观观测到二二甲苯的的最大浓浓度是11.122mg/L。这这个浓度度比当地地的环境境标准高高。因此此，这个个场地的的土壤和和地下水水污染可可能会造造成环境境风险和和健康影影响。2、随机模模拟的结结果建立随机模模拟系统统来模拟拟地下水水中的污污染物运运移。研研究区的的平面面面积是11801500m2，垂向向厚度是是20mm。模型型分为四四层，基基于有限限差分原原理。每每一层的的网格剖剖分

39、数量量是3025，每每个网格格在x，y，z的方向向上的大大小分别别是6mm，6m和5m。参参与计算算的网格格数量共共计30000个个（30254）。其其中，第第3层和第第4层位于于饱和带带，第11层和第第2层位于于非饱和和带。研研究区的的土壤类类型包括括砂土、冰冰碛粘土土和粉质质粘土。模模型输入入参数的的确定经经过了多多次的认认真分析析和确认认，包括括以前的的场地调调查、实实验室分分析和模模拟研究究。认为为土壤渗渗透系数数（Kxx）和和孔隙度度（）的值值分别服服从对数数正态分分布和正正态分布布。基于于假设的的概率分分布，利利用三种种土壤类类型（砂砂、冰碛碛粘土和和粉质粘粘土）的的Kxx和的平均

40、均值和标标准差来来产生KKxx和和的蒙特特卡罗实实现。这这样，运运行这个个随机模模拟系统统，就得得到了污污染物浓浓度的分分布类型型。尽管管该模拟拟系统预预测了多多种污染染物（苯苯、甲苯苯、乙苯苯和二甲甲苯等）浓浓度的时时空分布布，但本本文只介介绍了二二甲苯浓浓度的模模拟结果果。为进进一步的的模糊随随机风险险评价，利利用每次次蒙特卡卡罗模拟拟得到110年之之后场地地内污染染物的峰峰值浓度度。峰值值范围在在0.9931到到1.9951mmg/LL，平均均值是11.355mg/L，标标准差是是0.3316mmg/LL。图7显示了了二甲苯苯峰值浓浓度的累累积相对对频率分分布。图7 二甲甲苯峰值值浓度的

41、的累积相相对频率率分布3、风险评评价的结结果根据萨斯喀喀彻温省省、加利利福尼亚亚州和UUSEPPA的饮饮用水质质标准，分分三种情情境进行行讨论。分分析了标标准的严严格程度度，求得得违反标标准的概概率来分分析相关关的基于于环境标标准的风风险。利利用蒙特特卡罗模模拟输出出的二甲甲苯峰值值浓度的的平均值值来分析析人类摄摄取的HHI。然然后量化化相关的的健康风风险。这这样，通通过模糊糊的“ANDD”和“OR”的运算算，就可可以获得得基于环环境标准准的风险险和健康康风险的的总风险险水平。第一种情境境是应用用萨斯喀喀彻温省省的二甲甲苯为00.3mmg/LL的地下下水水质质标准。从从图3可以看看出，这这个标

42、准准是“严格”的（隶隶属度是是1.00）。同同时从图图7中可以以看出，P（C0.3）=F（0.3）=0.0，因此根据方程（1），得出违反标准的概率PF=1F（0.3）=1.0。这样，当概率是1.0同时标准是“严格”的时候，从图4（a）可以看出基于环境标准的风险（ER）是“高”，隶属度是1.0，如图8（a）和（d）所示。由于二甲苯峰值浓度的平均值是1.35mg/L，根据方程（2）计算得到相应的慢性日摄取量（CDI）为0.037mg/kg天。当参考剂量（RfD）是0.2mg/kg天时，根据方程（4）计算得到相应的HI是0.185。当HI等于0.185时，从图5中可知相应的健康风险（HR）一部分是“

43、低-中等”（隶属度是0.33），一部分是“中等”（隶属度是0.67），如图8（b）和（e）所示。因此，前提的两种结合（即必须分析的两种规则）包括：（a）如果ER是“高”，HR是“低-中等”；（b）如果ER是“高”，HR是“中等”。图8 第一一种情境境的模糊糊推理过过程（a）和（dd）是环环境风险险，（bb）和（ee）是健健康风险险，（cc）、（ff）和（gg）是总总风险水水平相关的模糊糊推理过过程如图图8所示。对对规则的的前提进进行“ANDD”模糊运运算，来来确定结结果（例例如GGR=MMin（ERR,HHR）。换换句话说说，将两两个输入入因子（ER和HR）中最小的隶属度赋到输出因子（GRL）

44、上。在“如果ER是高，HR是低-中等”的前提下，总风险水平是“高”。根据图6，“高”的总风险水平用场地分数从60到100的三角形隶属函数来表示，如图8（c）所示，这个风险水平相应的隶属度是GR=Min（1.0，0.33）=0.33。类似的，在第二种前提“如果ER是高，HR是中等”下，总风险水平是“高”，隶属度是GR=Min（1.0，0.67）=0.67，如图8（f）所示。这样，推理过程的输出结果是两个按比例缩小的模糊的总风险水平（GRLs）（Mohamed and Cote，1999）。再对这两个GRLs进行模糊的“OR”运算。如图8（g）所示，第一种情境最终的GRL是“高”，场地分数从60到

45、100，隶属度是GR=Max（0.33，0.67）=0.67。再计算模糊的GRL值的质心，最终得到GRL的脆弱值是80。这样，根据表1，建议的风险管理行动是“采取全部可能的措施来处理场地”。第二种情境境是应用用加利福福尼亚州州二甲苯苯为1.8mgg/L的的地下水水水质标标准。这这个标准准要比相相应的萨萨斯喀彻彻温省的的环境标标准宽松松。图33显示这这个标准准一部分分是“严格”（隶属属度是00.600），一一部分是是“中等”（隶属属度是00.277）。从从图7中也可可以看出出违反标标准的概概率是PPF=11F（1.88）=0.14。这这样，当当概率是是0.114，标标准是“严格”的时候候，用模模

46、糊的“ANDD”运算，根根据图44（a），得得到基于于环境标标准的风风险（EER）是是“低”，隶属属度是00.600（=Minn（1.00，0.660）；当当概率是是0.114，标标准是“中等”的时候候，用模模糊的“ANDD”运算，根根据图44（b），得得到基于于环境标标准的风风险（EER）也也是“低”，隶属属度是00.277（=Minn（0.880，0.227）；当当概率是是0.114，标标准是“中等”时，ERR也可能能是“低-中等”，隶属属度是00.2（=Minn（0.220，0.227）。由由于ERR可能是是“低”，隶属属度是00.600或者是是0.227，所所以应用用模糊的的“OR”运

47、算，得得到ERR的风险险水平。最最终，该该情境下下的ERR一部分分是“低”（隶属属度是00.600），一一部分是是“低-中等”（隶属属度是00.200）。由于健康风风险的计计算基于于健康影影响标准准而不是是环境质质量标准准，因此此第二种种情境下下的健康康风险（HR）与第一种情境的相同。健康风险仍然一部分是“低-中等”，一部分是“中等”。因此，在第二种情境下，存在四种前提：（a）如果ER是“低”，且HR是“低-中等”；（b）如果ER是“低”，且HR是“中等”；（c）如果ER是“低-中等”，且HR是“低-中等”；（d）如果ER是“低-中等”，且HR是“中等”。与第一种情境的分析相似，推理过程的输出

48、结果是四个按比例缩小的GRLs。最终得到的GRL一部分是“低-中等”，隶属度是0.33，另一部分是“中等”，隶属度是0.60，场地分数从0到60。然后通过计算模糊的GRL的质心，得到GRL的脆弱值是36，比第一种情境的低。因此，根据表1，建议的风险管理行动是“采取临时控制措施并限制进入场地”。与第一种情境相比，应用较宽松的环境质量标准将导致风险管理措施的成本降低。第三种情境境是应用用USEEPA的的二甲苯苯为100mg/L的地地下水水水质标准准，这个个标准比比前两个个情境的的要宽松松得多。与与第一种种情境和和第二种种情境的的分析相相似，最最终的GGRL一一部分是是“低-中等”，一部部分是“中等”，GRLL的脆弱弱值是336。这这个值与与第二种种情境的的相同，但但是要比比第一种种情境的的低。这这样与前前两种情情境相比比，尽管管应用了了一个宽宽松得多多的环境境质量标标