地下水污染风险评价的综合模糊-随机模拟方法.docx

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1、地下水污污染风险险评价的的综合模模糊-随随机模拟拟方法Jiannbinng LLi，Gorrdonn H. Huuangg等田芳译；冯翠娥娥、魏国国强校译译本文建立立的综合合模糊-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，而违反反了相关关的环境境质量标标准和健健康评估估标准的的污染物物浓度引引发的后后果具有有模糊不不确定性性。本文文以二甲甲苯为研研究对象象。环境境质量标标准按照照严格程程度分为

2、为三类：“宽松”、“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），利用一一个模糊糊规则库库，可以以获得总总风险水水平。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。根据问问卷调查查，建立立相关模模糊事件件的模糊糊隶属函函数和模模糊规则则库。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，由于有有效反映映了这两两类不确确定性，因此提提高了模模拟过程程的稳健健性。

3、应应用开发发的IFFSRAA方法来来研究加加拿大西西部一个个被石油油污染的的地下水水系统。分析了了具有不不同环境境质量标标准的三三种情境境，获得得了合理理的结果果。本文文提出的的风险评评价方法法为系统统地量化化污染场场地管理理中的各各种不确确定性提提供了一一种独特特的手段段，同时时也为污污染相关关的修复复决策提提供了更更实际的的支持。一、简介介加拿大有有数千个个工业污污染场地地，给人人类健康康和自然然环境造造成了巨巨大威胁胁。在为为这些污污染场地地的有效效修复和和管理而而制定决决策的过过程中，风险评评价是重重要的一一步，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

4、拿大环境境部长委委员会，简称CCCMEE，19996）。然而，自然固固有的随随机性以以及缺乏乏风险发发生及其其潜在后后果的足足量信息息，限制制了我们们对风险险的认识识。因此此，风险险评价自自然就和和不确定定性联系系在一起起（Waagneer等，19992；Carrrinngtoon和Bollgerr，19998）。忽视了了评价过过程中的的不确定定性往往往会得出出相反的的结果。例如，修复系系统的超超安全标标准设计计会浪费费资金和和资源，而低估估了风险险就会限限制场地地管理行行动的有有效性，事实上上将严重重威胁人人类健康康和自然然环境。就污染场场地在各各种污染染源和含含水层条条件下的的风险评评价方

5、法法，已经经出版了了大量文文献。例例如，LLee等等（19994）提出了了基于模模糊集的的方法来来估计地地下水污污染对人人类健康康造成的的风险，并评价价了可能能的补救救措施；Gooodriich和和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，将模型型输出结结果应用用于暴露露评价；Millls等等（19996）发展了了以保护护人类健健康为目目的的基基于风险险的方法法，评价价了土壤壤中石油油残留物物的可接接受水平平；Haamedd和Beddiennt（19997）在在风险评评价中，利用一一阶和二二阶可靠靠性分析析说明了了不确定定性

6、；BBatcchellor等等（19998）利用概概率分布布函数表表达相关关参数，开发了了场地的的随机风风险评价价模型；Bennnettt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）应用蒙蒙特卡罗罗模拟评评价了实实施现场场修复后后，原地地下水污污染区内内人类的的健康风风险。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，描描述风险险评价过过程中模

7、模拟参数数的不确确定性（Li等，20003；Liuu等，20004）。例如如，为进进行工业业场地土土壤镉污污染的人人体暴露露评价，Guyyonnnet等等（20003）将概率率分布函函数的蒙蒙特卡罗罗随机抽抽样和模模糊计算算结合起起来，来来表现不不同的确确定性；Kenntell和Araal（20004）利利用产生生风险的的模糊隶隶属函数数和概率率分布，进行了了多途径径暴露于于受污染染水体下下的健康康风险分分析，其其中，将将污染物物浓度和和潜在致致癌因素素处理成成模糊变变量，而而其余的的模拟参参数利用用概率密密度函数数（PDDF）进进行处理理。其它它一些相相关研究究可参见见Cheen等（2000

8、3）以以及 KKenttel和和Araal（20005）的的著作。通过上文文的文献献回顾可可知，随随机和模模糊集技技术已经经被广泛泛地用于于研究与与风险模模拟输入入和输出出相关的的不确定定性。然然而，之之前的大大部分研研究都只只涉及到到污染物物运移模模拟中的的参数不不确定性性，而关关于环境境质量标标准和健健康风险险评价标标准的不不确定性性则很少少得到关关注（MMinsskerr和Shooemaakerr，19998；Cheen等，20003）。另外，在已出出版的风风险评价价的研究究著作中中，很少少有将不不同类型型的不确确定性有有效联系系起来的的。事实实上，这这种忽视视会导致致信息的的遗漏，从而

9、产产生不切切实际的的决策支支持。因因此，势势必要建建立一种种能够有有效处理理各种不不确定性性的先进进方法。作为前前人研究究的一种种拓展，本研究究的目标标就是要要开发一一种综合合的模糊糊-随机风风险评价价方法（IFSSRA），以实实现与场场地条件件、环境境质量标标准和健健康影响响标准有有关的随随机不确确定性和和模糊不不确定性性的量化化。本文文尝试利利用模糊糊逻辑和和随机分分析两种种概念将将两类不不确定性性联系起起来，同同时应用用已建立立的IFFSRAA方法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。二、反映映环境系系统的随随机不确确定性和和模糊不不确定性性广义的不不确定性性包括两两大

10、类：随机不不确定性性和模糊糊不确定定性（DDesttounni，19992；Blaair等等，20001）。在概概率方法法中，用用概率分分布来描描述参数数的随机机变化。利用一一些统计计抽样算算法，通通过数学学模型，再将这这些分布布应用到到输出变变量上。而在模模糊集方方法中，用隶属属函数来来刻画人人类思维维的模糊糊性。这这种方法法能够非非常好地地处理“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）。上述两两种不确确定性处处理方法法的基本本原理是是不同的的（Chhen，20000）。例如，图1（a）是土土壤孔隙隙度（地地下水模模拟中的的重要输输入参数

11、数）的概概率密度度函数（PDFF），图图1（b）是“多孔土土壤”的土壤壤孔隙度度的隶属属函数。孔隙度度PDFF曲线下下面一个个间隔的的面积等等于那个个间隔所所假设的的孔隙度度的概率率，但是是假设等等于一个个特定值值的概率率为零（即P（=0.35）=0）（Cheen，20000）。PDFF曲线下下方的总总面积为为1，表示示样品空空间中所所有概率率的总和和为1。另一一方面，隶属函函数曲线线下方的的面积没没有意义义，总面面积可能能小于11，也可可能大于于1。孔隙隙度隶属属函数的的值在00到1之间（即（=0.35）=0.7，意意味着土土壤孔隙隙度0.35属属于“多孔土土壤”的概率率为0.7）。图1 随

12、随机不确确定性（a）和和模糊不不确定性性（b）的比较较当有足够够的信息息能够估估计不确确定性参参数的概概率分布布时，就就可以广广泛使用用概率方方法，而而当信息息量极少少时（即即人类语语言描述述不精确确），就就非常适适合用模模糊集方方法来处处理不确确定性。过去几几年里，大量的的环境研研究都用用到了概概率方法法或者模模糊集方方法（DDahaab等，19994；Jammes和和Olddenbburgg，19997；Battcheelorr等，19998；Maxxwelll等，19998；Mohhameed和Cotte，19999；Fouusseereaau等，20000）。但在实实际情况况中，当当各

13、种参参数具有有不同的的信息品品质时，只应用用一种方方法来处处理不确确定性可可能并不不可行。例如，可能用用概率分分布来刻刻画污染染物运移移模型中中土壤参参数的不不确定性性，而环环境标准准和健康康影响标标准的不不确定性性就存在在固有的的模糊性性。因此此，当土土壤参数数可以用用概率分分布充分分刻画的的时候，如果用用模糊的的隶属函函数来表表述，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，如果果不确定定性只能能用语言言变量（如风险险评价标标准）来来描述但但却使用用概率分分布来表表示，这这种输入入信息处处理方式式的不当当将导致致模拟初初期就出出现严重重的输入入错误。因此，有效处处

14、理模拟拟过程中中各种不不确定性性的输入入信息是是一个非非常具有有挑战性性的问题题。单独独使用模模糊或者者随机方方法很难难能刻画画这种复复杂性（Blaair等等，20001）。风险评价价是环境境决策制制定中一一个非常常重要的的组成部部分，与与之相关关的是各各种不确确定性。既然风风险定义义为一种种不良后后果的暴暴露（PPiveer等，19998），那么它它应包含含两方面面的内容容：暴露露和不良良后果的的性质。因此，风险评评价中的的不确定定性模拟拟就是根根据所有有考虑到到的风险险相关信信息，清清楚地量量化可能能性和潜潜在的不不良后果果（Anndriicevvic和和Cveetkoovicc，1999

15、6）。本次研研究假设设与地下下污染物物运移模模拟模型型相关参参数的不不确定性性是随机机性，而而与风险险评价相相关的评评价标准准的不确确定性是是模糊性性。因此此，将建建立一种种综合的的模糊-随机方方法来解解决这些些复杂的的问题，并针对对场地污污染造成成的相关关风险提提供更实实际的评评价。三、地下下水污染染的风险险评价1、污染染物运移移的随机机模拟地下污染染物运移移模拟需需要各种种物理、化学和和生物的的输入参参数。然然而，一一些基础础参数，如土壤壤渗透性性和孔隙隙度，一一般很难难得到准准确和确确定性的的值（LLabiieniiec等等，19997）。在各各种量化化这些参参数不确确定性的的随机技技术

16、中，应用最最广泛的的是蒙特特卡罗模模拟，它它可以在在数值模模型中反反复执行行（Jaamess和Olddenbburgg，19997）。每次执执行都会会输出一一个样品品，然后后对输出出样品进进行随机机检验，以确定定相关的的概率分分布。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，可以用用来预测测多种污污染物浓浓度的时时空分布布（UTTA，20000；Li等，20003）。因此，按照以以下步骤骤建立一一个随机机模拟系系统：（a）产生生每个随随机输入入参数的的随机数数；（bb）根据据每个参参数特定定的统计计分布特特征，将将随机数数转

17、换成成相应的的随机变变量；（c）以数数组的形形式，储储存每个个参数产产生的随随机变量量；（dd）从每每个参数数的数组组中获取取一个值值，将其其作为多多相多组组分数值值模型的的确定性性输入参参数；（e）通过过数值模模型运行行蒙特卡卡罗模拟拟，计算算污染物物浓度；（f）储存存每次蒙蒙特卡罗罗模拟运运行后得得到的污污染物浓浓度的输输出结果果，以进进行进一一步的统统计分析析；（gg）重复复（a）（f）的步步骤，运运行一定定次数的的蒙特卡卡罗模拟拟；（hh）当所所有运行行完成后后，停止止计算；（i）分析析污染物物的浓度度，并计计算统计计描述量量（即对对每个时时间和空空间单元元，污染染物浓度度的平均均值和

18、标标准差）。2、风险险评价的的一般方方法与污染场场地相关关的风险险特征通通常利用用基于环环境标准准的风险险评价（ERAA）和健健康风险险评价（HRAA）来刻刻画（CCarrringgtonn和Bollgerr，19998）。在本研研究中，将基于于环境标标准的风风险（EER）定定义为因因违背环环境标准准或者规规定而造造成的风风险，将将健康风风险（HHR）定定义为因因污染物物慢性摄摄取而对对健康造造成的风风险。为为了进行行地下水水污染的的风险评评价，EERA方方法将污污染物浓浓度与相相应的地地下水质质量标准准进行比比较。通通过蒙特特卡罗模模拟，超超过质量量标准的的污染物物的概率率（PF）可以以用下

19、式式表示：PF= P(CCCs)=11F(CCs) （1）式中，CC是污染染物浓度度，Cs是地下下水质量量标准，F(CCs)是从蒙蒙特卡罗罗模拟结结果中得得到的污污染物浓浓度的累累积分布布函数（CDFF）。当浓度超超过标准准，但暴暴露极少少的时候候，不会会优先考考虑采取取清洁措措施。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

20、 ，ELCCR）模模型和评评价非致致癌风险险的危害害指数（HI）模模型。暴暴露于一一种化学学物质的的程度可可用下面面的函数数来表示示（美国国环保局局，19989，19992）：CDI=CWIREFED/（ATBW）（2）式中，CCDI为为长期每每日摄取取量（mmg/kkgd），CWW是地下下水中的的污染物物浓度（mg/L），IR是人人类摄取取速度（L/dd），EFF是暴露露频率（天数/年），ED是平平均暴露露持续时时间（年年），BBW是平平均体重重（kgg），ATT是平均均时间（AT=3655ED，单单位是天天）。然然后，可可以根据据下面的的方程来来计算EELCRR和HI：ELCRR=CDDI

21、SF （3）HI=CCDI/RfDD （4）式中SFF是癌症症斜率系系数（kkgd/mmg），RfDD是参考考剂量（mg/kgd）。计计算出的的致癌风风险值（即ELLCR）表示暴暴露于特特定污染染物下罹罹患癌症症的概率率，它表表示暴露露于这些些化学物物质下的的每一百百万人中中罹患癌癌症的人人数。UUSEPPA定义义了可接接受的致致癌风险险水平介介于100-4110-66。另一一方面，将由HHI表示示的非致致癌风险险可接受受的水平平定义为为低于11.0。四、综合合的模糊糊-随机风风险评价价图2是本本文提出出的综合合的风险险评价方方法总框框架。详详细解释释见下文文。图2 综综合的模模糊-随随机风险

22、险评价模模拟框架架1、将模模糊不确确定性和和随机不不确定性性联系起起来的必必要性利用蒙特特卡罗模模拟方法法直接进进行环境境风险分分析有两两个潜在在的缺陷陷。首先先，利用用蒙特卡卡罗输出出结果进进行风险险分析要要求明确确指定输输入参数数的概率率分布；其次，研究人人员通常常都假设设输入参参数之间间没有相相关性，即使参参数之间间明显存存在相关关性。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，它们都都不够详详细，尤尤其是在在对这些些相关性性缺乏认认识的时时候。因因此，蒙蒙特卡罗罗模拟的的输出结结果仍然然存在不不确定性性。由于输入入参数的的随机性性，因此此认为污污染

23、物浓浓度超过过相应标标准的事事件为一一个随机机事件。借助于于概率的的概念，利用蒙蒙特卡罗罗模拟可可以预测测这类事事件的发发生。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，而且不不同的人人可能对对风险有有不同的的看法。这种结结果属于于一种模模糊性，可以用用隶属函函数来量量化。实实际上，风险与与两个方方面有关关：事件件发生（即暴露露）的概概率和由由此导致致的后果果（Fiinleey和Pauusteenbaach，19997）。系统地地考虑这这两个方方面的联联系对于于实际的的风险评评价是非非常重要要的。本研究将将基于环环境

24、标准准的风险险处理成成一种模模糊事件件，分为为“低”、“低-中”、“中”、“中-高”、“高”五类。每一类类与违反反标准的的概率大大小相关关，这个个概率是是从蒙特特卡洛模模拟的输输出中获获得的。此外，按照严严格程度度，标准准也分为为三个不不同的集集合，同同时为量量化风险险水平，也将其其考虑到到模拟系系统中。为这些些模糊事事件建立立隶属函函数依赖赖于对工工业、政政府、教教育和研研究机构构的专家家所进行行的问卷卷调查。本研究究共设计计了488个问题题，包括括3个调查查地下水水质量标标准严格格程度的的问题，15个关关于三种种不同严严格程度度的地下下水质量量标准下下环境风风险水平平的问题题，5个关于于健

25、康风风险水平平的问题题，255个关于于总风险险水平的的问题。如“对于一一个中等等的地下下水质量量标准，你将选选择下列列哪种二二甲苯浓浓度（单单选）：(a)约0.002mgg/L；(b)约0.22mg/L； (cc)约1.00mg/L；(d)约2mgg/L；(e)约4mgg/L；(f)约8mgg/L；(g)约10mmg/LL”。因此此，本研研究的总总框架中中包含了了模糊逻逻辑、专专家参与与和随机机模拟，利用模模糊逻辑辑概念将将概率和和模糊不不确定性性联系了了起来。2、模糊糊的环境境质量标标准基于环境境标准的的风险评评价包括括对污染染物浓度度和其相相应的环环境标准准的比较较。本研研究选择择二甲苯苯

26、作为污污染物研研究对象象。不同同的国家家、州和和省有明明显不同同的地下下水质量量标准。如在瑞瑞典、新新泽西州州、加拿拿大、日日本、北北卡罗来来那州、加利福福尼亚州州和伊利利诺斯州州，二甲甲苯的标标准分别别是0.02mmg/LL，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是过于于保守和和不切实实际的（Cheen等，20003）。因此，在不同同的地区区，风险险指标（如违反反标准的的程度）也是不不一致的的，因而而导致标标准应用用的不确确定性。这种不不确定性性很难用用概率分分布来量量

27、化，但但是可以以利用语语言变量量来描述述，而语语言变量量又可用用模糊逻逻辑方法法来量化化。为了便于于进行基基于标准准的环境境风险分分析，本本研究将将标准分分为三个个模糊集集，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，然后再再利用模模糊逻辑辑方法来来处理主主观看法法。利用用选择频频率最高高的选项项来确定定相关的的模糊集集。利用用Cheen等（19992）和和Cheeng（20000）提提出的转转化方法法，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。语言变变量转化化程序包包括选择择一个包包含决策策制定者者给出的的所有语语言项的的图形，然后再再对该图

28、图形使用用隶属函函数来表表现语言言项的意意义。研研究发现现：有552%的的被调查查者认为为“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。据此可可以建立立这三个个模糊集集的隶属属函数（图3）。例例如，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 地地下

29、水质质量标准准的隶属属函数3、基于于模糊的的环境标标准的风风险评价价在严格标标准下，根据基基于环境境标准的的风险的的问卷调调查结果果，发现现55.3%的的被调查查者认为为“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

30、据Chhen等等（19992）和Chhengg（20000），根据调调查结果果建立这这些模糊糊集的隶隶属函数数（图44）。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00.500）。类类似地，可以依依据问卷卷调查结结果，分分别建在在中等和和宽松标标准下，建立基基于模糊糊环境标标准的风风险隶属属函数。图4 与与违反地地下水

31、质质量标准准（aa）严格格标准，（b）中等标标准，（c）宽宽松标准准）的概概率相关关的模糊糊的环境境风险的的隶属函函数4、模糊糊的健康康风险评评价HRA经经常采用用USEEPA出出版的参参考剂量量（RffD）和和癌症斜斜率系数数（SFF），它它们通常常都来自自于实验验室的动动物研究究结果。随着越越来越多多毒性试试验的完完成，许许多关于于RfDD和SF的更更新数据据将补充充到USSEPAA的数据据库中。例如，USEEPA最最近就将将二甲苯苯的RffD的值值降低了了10倍（从2.0变为为0.22 mgg/kggd）（USSEPAA，20003）。这就使使相关的的风险分分析出现现了明显显不同的的结果

32、。例如，在USSEPAA的标准准下，应应用原来来的RffD得到到的HII是0.1137，而应用用新的RRfD得得到的HHI是1.337。结结果，不不同的风风险值将将导致不不同的健健康风险险感知，最终产产生不同同的决策策行动。因此，应当将将由不完完全的毒毒性信息息造成的的这些不不确定性性融合到到风险分分析的过过程中。但是，可用信信息的质质量不够够好，不不足以用用概率分分布来描描述这些些标准的的适用性性，给量量化相关关的健康康风险造造成了一一定的困困难。由由于这些些不确定定性通常常显示出出主观的的特征，因此本本文建议议使用模模糊逻辑辑方法来来解决相相关的复复杂性。本文将调调查研究究二甲苯苯引入的的

33、非致癌癌健康风风险。通通过与不不同大小小的HII结合起起来，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。所调查查的HII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）取对数数，如LLog(10HHI)，来建立立隶属函函数（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

34、是“中等”（隶属属度是00.5），一部部分是“中等-高”（隶属属度是00.5）。图5 与与危害指指数（HHI）相相关的健健康风险险的隶属属函数5、总风风险水平平和风险险管理的的规则库库综合考虑虑基于环环境标准准的风险险和健康康风险就就得到总总风险水水平。由由于没有有数学模模型能将将这两类类风险联联系起来来，因此此总风险险水平的的量化只只能基于于主观判判断，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）和一个个结论部部分（例例如结果果）。一一个前提提可能只只是一条条简单的的

35、规定或或通过模模糊逻辑辑运算符符ANDD，OR和NOTT连接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，“总风险险”是输出出变量。这样的的一组规规则称之之为规则则库（MMohaamedd和Cotte，19999）。本研究将将根据对对专家和和利益相相关者的的问卷调调查所获获得

36、的一一系列模模糊规则则确定总总风险。将总风风险水平平划分为为六个模模糊集：“低”，“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，因此共共有1550个规规则（5556）。如果一一个规则则在调查查中出现现的频率率最高，那么它它就会保保留在确确定总风风险水平平的规则则库中。结果共共得到225个模模糊规则则。既然总风风险水平平可以分分为六类类：“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Moohammed

37、和和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（Mohhameed和Cotte，19999）。这些数数值与输输入的风风险因素素（例如如，基于于环境标标准的风风险和健健康风险险）的值值没有直直接关系系。但是是，建立立总风险险水平的的模糊集集之后，就可以以根据环环境标准准，违反反标准的的概率和和相应的的HI，通通过“ANDD”或者“OR”运算，得到场场地风险险得分。这个过过程将通通过下面面的实例例研究来来阐述。根据计计算得到到的描述述总

38、风险险水平的的场地得得分，来来做出场场地管理理决策。表1列出了了场地得得分和建建议的管管理行动动之间的的关系（(Moohammed和和Cotte，19999）。图6 模模糊的总总风险水水平的隶隶属函数数表1 建建议的管管理行动动计算出的的场地得得分风险管理理行动901100应该立即即对场地地进行清清洁70990采取全部部可能的的措施来来处理场场地50770遏制场地地情况的的进一步步恶化并并限制地地下水的的使用30550采取临时时控制措措施并限限制进入入场地10330应该对场场地进行行监测0100不需采取取任何行行动五、实例例研究1、场地地概况本文选择择加拿大大西部的的一个石石油污染染场地进进行

39、实例例研究，来阐述述上文所所提出方方法的应应用。场场地内有有一个天天然气处处理厂，作用是是在天然然气运输输到区域域运输管管线之前前，去除除气流中中的石脑脑油冷凝凝物。在在这个场场地的历历史上，从天然然气中去去除的石石脑油冷冷凝物、废液都都是在以以前的地地下储油油罐（UUST）中处理理的。由由于这个个USTT过去几几年的渗渗漏，场场地已被被污染。在过去去的几年年间，为为查明区区内的水水文地质质条件和和相关的的污染问问题，进进行了很很多的野野外调查查。经过过多次场场地调查查确定了了地下水水的流动动方向。以前位位于场地地地下水水上游的的USTT，在迁迁移之前前，石油油产品的的渗漏率率大约是是55mm

40、3。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，地下水水中的溶溶解烃以以及土壤壤捕获的的烃等。本次研究究的对象象是二甲甲苯，它它是一种种有毒的的化学物物质，可可以损害害呼吸功功能、记记忆力、肝肾功功能、肌肌肉的协协调能力力，导致致头昏眼眼花，并并可能对对生殖能能力产生生影响。极端情情况下，可能会会导致死死亡（UUSEPPA，20003）。以前在在位于UUST西西部的监监测井，观测到到二甲苯苯的最大大浓度是是1.112mgg/L。这个浓浓度比当当地的环环境标准准高。因因此，这这个场地地的土壤壤和地下下水污染染可能会会造成环环境风险险和健康康影响。2、随机机模拟的的结果建立随机机模

41、拟系系统来模模拟地下下水中的的污染物物运移。研究区区的平面面面积是是1801500m2，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、冰碛粘粘土和粉粉质粘土土。模型型输入参参数的确确定经过过了多次次的认真真分析和和确认，包括以以前的场场地调查查、实验验室分析析和模拟拟研究。认为土土壤渗透透系数（K

42、xx）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）浓度的的时空分分布，但但本文只只介绍了了二甲苯苯浓度的的模拟结结果。为为进一步步的模糊糊随机风风险评价价，利用用每次蒙蒙特卡罗罗模拟得得到100年之后后场地内内污染物物的峰值值浓度。峰值范范围在00.9331到1.9951

43、mmg/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 二二甲苯峰峰值浓度度的累积积相对频频率分布布3、风险险评价的的结果根据萨斯斯喀彻温温省、加加利福尼尼亚州和和USEEPA的的饮用水水质标准准，分三三种情境境进行讨讨论。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

44、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。第一种情情境是应应用萨斯斯喀彻温温省的二二甲苯为为0.33mg/L的地地下水水水质标准准。从图图3可以看看出，这这个标准准是“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（C00.3）=F（0.33）=0.0，因因此根据据方程（1），得得出违反反标准的的概率PPF=11F（0.33）=1.0。这这样，当当概率是是1.00同时标标准是“严格”的时候候，从图图4（a）可以以看出基基于环境境标准的的风险（ER）是是“高”，隶属属度是11.0，如图88（a）和（d）所示示。由于于二甲苯苯峰值浓浓度的平平均值是是1.335mgg/L

45、，根据方方程（22）计算算得到相相应的慢慢性日摄摄取量（CDII）为0.0377mg/kg天。当当参考剂剂量（RRfD）是0.2mgg/kgg天时，根据方方程（44）计算算得到相相应的HHI是0.1185。当HII等于0.1855时，从从图5中可知知相应的的健康风风险（HHR）一一部分是是“低-中等”（隶属属度是00.333），一一部分是是“中等”（隶属属度是00.677），如如图8（b）和（e）所示示。因此此，前提提的两种种结合（即必须须分析的的两种规规则）包包括：（a）如果果ER是“高”，HR是“低-中等”；（b）如果果ER是“高”，HR是“中等”。图8 第第一种情情境的模模糊推理理过程（

46、a）和和（d）是环境境风险，（b）和（ee）是健健康风险险，（cc）、（f）和和（g）是总风风险水平平相关的模模糊推理理过程如如图8所示。对规则则的前提提进行“ANDD”模糊运运算，来来确定结结果（例例如GGR=MMin（ERR,HHR）。换句句话说，将两个个输入因因子（EER和HR）中中最小的的隶属度度赋到输输出因子子（GRRL）上上。在“如果ERR是高，HR是低-中等”的前提提下，总总风险水水平是“高”。根据据图6，“高”的总风风险水平平用场地地分数从从60到1000的三角角形隶属属函数来来表示，如图88（c）所示示，这个个风险水水平相应应的隶属属度是GR=Minn（1.00，0.333）

47、=0.33。类似的的，在第第二种前前提“如果ERR是高，HR是中等”下，总总风险水水平是“高”，隶属属度是GR=Minn（1.00，0.667）=0.67，如图88（f）所示示。这样样，推理理过程的的输出结结果是两两个按比比例缩小小的模糊糊的总风风险水平平（GRRLs）（Moohammed andd Coote，19999）。再对这这两个GGRLss进行模模糊的“OR”运算。如图88（g）所示示，第一一种情境境最终的的GRLL是“高”，场地地分数从从60到1000，隶属属度是GR=Maxx（0.333，0.667）=0.67。再计算算模糊的的GRLL值的质质心，最最终得到到GRLL的脆弱弱值是880。这这样，根根据表11，建议议的风险险管理行行动是“采取全全部可能能的措施施来处理理场地”。第二种情情境是应应用加利利福尼亚亚州二甲甲苯为11.8mmg/LL的地下下水水质质标准。这个标标准要比比相应的的萨斯喀喀彻温省省的环境境标准宽宽松。图图3显示这这个标准准一部分分是“严