地下水污染风险评价的综合模糊-随机模拟方法12249.docx

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1、地下水污染染风险评价价的综合模模糊-随机机模拟方法法 Jianbbing Li，Gorddon HH. Huuang等等田 芳 译译；冯翠娥娥、魏国强强 校译本文建立的的综合模糊糊-随机风险险评价（IIFSRAA）方法能能够系统地地量化与场场地条件、环环境标准和和健康影响响标准相关关的随机不不确定性和和模糊不确确定性。模模型输入参参数的随机机性使得数数值模型预预测的地下下水污染物物的浓度具具有概率不不确定性，而而违反了相相关的环境境质量标准准和健康评评估标准的的污染物浓浓度引发的的后果具有有模糊不确确定性。本本文以二甲甲苯为研究究对象。环环境质量标标准按照严严格程度分分为三类：“宽松”、“中等

2、”和“严格”。通过系系统地研究究因二甲苯苯摄取而导导致的基于于环境标准准的风险（ER）和健健康风险（HR），利用一个模糊规则库，可以获得总风险水平。将ER和HR风险水平分为五个级别：“低”、“低-中等”、“中等”、“中等-高”和“高”。总风险水平包括从“低”到“很高”六类。根据问卷调查，建立相关模糊事件的模糊隶属函数和模糊规则库。因此，IFSRA的总框架包含了模糊逻辑、专家参与和随机模拟。与传统的风险评价方法相比，由于有效反映了这两类不确定性，因此提高了模拟过程的稳健性。应用开发的IFSRA方法来研究加拿大西部一个被石油污染的地下水系统。分析了具有不同环境质量标准的三种情境，获得了合理的结果。

3、本文提出的风险评价方法为系统地量化污染场地管理中的各种不确定性提供了一种独特的手段，同时也为污染相关的修复决策提供了更实际的支持。一、简 介加拿大有数数千个工业业污染场地地，给人类类健康和自自然环境造造成了巨大大威胁。在在为这些污污染场地的的有效修复复和管理而而制定决策策的过程中中，风险评评价是重要要的一步，它它为场地污污染的评价价和严重程程度的分级级奠定了坚坚实的基础础（加拿大大环境部长长委员会，简简称CCMME，19966）。然而而，自然固固有的随机机性以及缺缺乏风险发发生及其潜潜在后果的的足量信息息，限制了了我们对风风险的认识识。因此，风风险评价自自然就和不不确定性联联系在一起起（Wag

4、gner等等，19992；Carrringtton和Bolgger，19988）。忽视视了评价过过程中的不不确定性往往往会得出出相反的结结果。例如如，修复系系统的超安安全标准设设计会浪费费资金和资资源，而低低估了风险险就会限制制场地管理理行动的有有效性，事事实上将严严重威胁人人类健康和和自然环境境。就污染场地地在各种污污染源和含含水层条件件下的风险险评价方法法，已经出出版了大量量文献。例例如，Leee等（19994）提出出了基于模模糊集的方方法来估计计地下水污污染对人类类健康造成成的风险，并并评价了可可能的补救救措施；GGoodrrich和和McCoord（19955）应用蒙蒙特卡罗方方法考虑

5、了了地下水流流和溶质运运移过程中中参数的不不确定性，将将模型输出出结果应用用于暴露评评价；Miills等等（19996）发展展了以保护护人类健康康为目的的的基于风险险的方法，评评价了土壤壤中石油残残留物的可可接受水平平；Hammed和Bediient（19977）在风险险评价中，利利用一阶和和二阶可靠靠性分析说说明了不确确定性；BBatchhelorr等（19998）利用用概率分布布函数表达达相关参数数，开发了了场地的随随机风险评评价模型；Bennnett等等（19998）利用用基于蒙特特卡罗方法法的污染物物运移模拟拟结果，开开发了一种种风险评价价的综合模模拟系统；Maxwwell等等（199

6、98，19999）也开发发了一种将将地下水运运移模拟和和人体暴露露评价联系系起来的综综合系统；Lee等（20002）应用用蒙特卡罗罗模拟评价价了实施现现场修复后后，原地下下水污染区区内人类的的健康风险险。最近，提提出一种混混合方法，它它把概率和和模糊集方方法结合起起来，描述述风险评价价过程中模模拟参数的的不确定性性（Li等，20003；Liu等，20004）。例例如，为进进行工业场场地土壤镉镉污染的人人体暴露评评价，Guuyonnnet等（20003）将概概率分布函函数的蒙特特卡罗随机机抽样和模模糊计算结结合起来，来来表现不同同的确定性性；Kenntel和和Arall（20044）利用产产生风

7、险的的模糊隶属属函数和概概率分布，进进行了多途途径暴露于于受污染水水体下的健健康风险分分析，其中中，将污染染物浓度和和潜在致癌癌因素处理理成模糊变变量，而其其余的模拟拟参数利用用概率密度度函数（PPDF）进进行处理。其其它一些相相关研究可可参见Chhen等（20003）以及及 Kenntel和和Arall（20055）的著作作。通过上文的的文献回顾顾可知，随随机和模糊糊集技术已已经被广泛泛地用于研研究与风险险模拟输入入和输出相相关的不确确定性。然然而，之前前的大部分分研究都只只涉及到污污染物运移移模拟中的的参数不确确定性，而而关于环境境质量标准准和健康风风险评价标标准的不确确定性则很很少得到关

8、关注（Miinskeer和Shoeemakeer，19988；Chenn等，20003）。另另外，在已已出版的风风险评价的的研究著作作中，很少少有将不同同类型的不不确定性有有效联系起起来的。事事实上，这这种忽视会会导致信息息的遗漏，从从而产生不不切实际的的决策支持持。因此，势势必要建立立一种能够够有效处理理各种不确确定性的先先进方法。作作为前人研研究的一种种拓展，本本研究的目目标就是要要开发一种种综合的模模糊-随机风险险评价方法法（IFSSRA），以以实现与场场地条件、环环境质量标标准和健康康影响标准准有关的随随机不确定定性和模糊糊不确定性性的量化。本本文尝试利利用模糊逻逻辑和随机机分析两种种

9、概念将两两类不确定定性联系起起来，同时时应用已建建立的IFFSRA方方法研究加加拿大西部部一个被石石油污染的的地下水系系统。二、反映环环境系统的的随机不确确定性和模模糊不确定定性广义的不确确定性包括括两大类：随机不确确定性和模模糊不确定定性（Deestouuni，19922；Blaiir等，20001）。在在概率方法法中，用概概率分布来来描述参数数的随机变变化。利用用一些统计计抽样算法法，通过数数学模型，再再将这些分分布应用到到输出变量量上。而在在模糊集方方法中，用用隶属函数数来刻画人人类思维的的模糊性。这这种方法能能够非常好好地处理“部分正确确”这个概念念，量化语语言变量的的不确定性性（Ch

10、een和Phamm，20011）。上述述两种不确确定性处理理方法的基基本原理是是不同的（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

11、度0.35属于“多孔土壤”的概率为0.7）。图1 随机机不确定性性（a）和和模糊不确确定性（bb）的比较较当有足够的的信息能够够估计不确确定性参数数的概率分分布时，就就可以广泛泛使用概率率方法，而而当信息量量极少时（即即人类语言言描述不精精确），就就非常适合合用模糊集集方法来处处理不确定定性。过去去几年里，大大量的环境境研究都用用到了概率率方法或者者模糊集方方法（Daahab等等，19994；Jamees和Oldeenburrg，19977；Batccheloor等，19998；Maxwwell等等，19998；Mohaamed和和Cotee，19999；Fousssereeau等，20000

12、）。但但在实际情情况中，当当各种参数数具有不同同的信息品品质时，只只应用一种种方法来处处理不确定定性可能并并不可行。例例如，可能能用概率分分布来刻画画污染物运运移模型中中土壤参数数的不确定定性，而环环境标准和和健康影响响标准的不不确定性就就存在固有有的模糊性性。因此，当当土壤参数数可以用概概率分布充充分刻画的的时候，如如果用模糊糊的隶属函函数来表述述，那么就就可能会丢丢失或捕捉捉不到一些些重要的信信息。另一一方面，如如果不确定定性只能用用语言变量量（如风险险评价标准准）来描述述但却使用用概率分布布来表示，这这种输入信信息处理方方式的不当当将导致模模拟初期就就出现严重重的输入错错误。因此此，有效

13、处处理模拟过过程中各种种不确定性性的输入信信息是一个个非常具有有挑战性的的问题。单单独使用模模糊或者随随机方法很很难能刻画画这种复杂杂性（Bllair等等，20001）。风险评价是是环境决策策制定中一一个非常重重要的组成成部分，与与之相关的的是各种不不确定性。既既然风险定定义为一种种不良后果果的暴露（Piver等，1998），那么它应包含两方面的内容：暴露和不良后果的性质。因此，风险评价中的不确定性模拟就是根据所有考虑到的风险相关信息，清楚地量化可能性和潜在的不良后果（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

14、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、地下水水污染的风风险评价1、污染物物运移的随随机模拟地下污染物物运移模拟拟需要各种种物理、化化学和生物物的输入参参数。然而而，一些基基础参数，如如土壤渗透透性和孔隙隙度，一般般很难得到到准确和确确定性的值值（Labbieniiec等，19997）。在在各种量化化这些参数数不确定性性的随机技技术中，应应用最广泛泛的是蒙特特卡罗模拟拟，它可以以在数值模模型中反复复执行（JJamess和Oldeenburrg，19977）。每次次执行都会会输出一个个样品，

15、然然后对输出出样品进行行随机检验验，以确定定相关的概概率分布。本本研究已经经建立了蒙蒙特卡罗模模拟算法，并并融合到名名为UTCCHEM的的多相多组组分的数值值模拟器中中，可以用用来预测多多种污染物物浓度的时时空分布（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

16、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、风险评评价的一般般方法与污染场地地相关的风风险特征通通常利用基基于环境标标准的风险险评价（EERA）和和健康风险险评价（HHRA）来来刻画（CCarriingtoon和Bolgger，19988）。在本本研究中，将将基于环境境标准的风风险（ERR）定义为为因违背环环境标准或或者规定而而造成的风风险，将健健康风险（HR）定义为因污染物慢性摄取而对

17、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)=1F(Css) （1）式中，C是是污染物浓浓度，Cs是地下水水质量标准准，F(CCs)是从蒙特特卡罗模拟拟结果中得得到的污染染物浓度的的累积分布布函数（CCDF）。当浓度超过过标准，但但暴露极少少的时候，不不会优先考考虑采取清清洁措施。这这种情况，不不能单独用用ERA进行行刻画。为为了更好地地管理这种种情况，需需要更进一一步的HRRA。为了了量化人类类的健康风风险，将污污染物分类类为致癌物物质和非致致癌物

18、质。HRA包括评价致癌风险的生命过量致癌风险（excess lifetime cancer risk ，ELCR）模型和评价非致癌风险的危害指数（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）式中，CDDI为长期期每日摄取取量（mgg/kgd），CW是地下下水中的污污染物浓度度（mg/L），IR是人类类摄取速度度（L/dd），EF是暴露露频率（天天数/年），EDD是平均暴暴露持续时时间（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

19、HI：ELCR=CDISF （3）HI=CDDI/RffD （4）式中SF是是癌症斜率率系数（kkgd/mgg），RfDD是参考剂剂量（mgg/kgd）。计算算出的致癌癌风险值（即即ELCRR）表示暴暴露于特定定污染物下下罹患癌症症的概率，它它表示暴露露于这些化化学物质下下的每一百百万人中罹罹患癌症的的人数。UUSEPAA定义了可可接受的致致癌风险水水平介于110-4100-6。另一一方面，将将由HI表示的的非致癌风风险可接受受的水平定定义为低于于1.0。四、综合的的模糊-随机风险险评价图2是本文文提出的综综合的风险险评价方法法总框架。详详细解释见见下文。图2 综合合的模糊-随机风险险评价模拟

20、拟框架1、将模糊糊不确定性性和随机不不确定性联联系起来的的必要性利用蒙特卡卡罗模拟方方法直接进进行环境风风险分析有有两个潜在在的缺陷。首首先，利用用蒙特卡罗罗输出结果果进行风险险分析要求求明确指定定输入参数数的概率分分布；其次次，研究人人员通常都都假设输入入参数之间间没有相关关性，即使使参数之间间明显存在在相关性。尽尽管有模拟拟参数之间间相关关系系的方法，但但是对进一一步的风险险量化而言言，它们都都不够详细细，尤其是是在对这些些相关性缺缺乏认识的的时候。因因此，蒙特特卡罗模拟拟的输出结结果仍然存存在不确定定性。由于输入参参数的随机机性，因此此认为污染染物浓度超超过相应标标准的事件件为一个随随机

21、事件。借借助于概率率的概念，利利用蒙特卡卡罗模拟可可以预测这这类事件的的发生。但但是，它的的后果（即即风险）很很难用概率率来描述，因因为蒙特卡卡罗模拟的的输出结果果和环境标标准存在不不确定性，而而且不同的的人可能对对风险有不不同的看法法。这种结结果属于一一种模糊性性，可以用用隶属函数数来量化。实实际上，风风险与两个个方面有关关：事件发发生（即暴暴露）的概概率和由此此导致的后后果（Fiinleyy和Pausstenbbach，19977）。系统统地考虑这这两个方面面的联系对对于实际的的风险评价价是非常重重要的。本研究将基基于环境标标准的风险险处理成一一种模糊事事件，分为为“低”、“低-中”、“中

22、”、“中-高”、“高”五类。每每一类与违违反标准的的概率大小小相关，这这个概率是是从蒙特卡卡洛模拟的的输出中获获得的。此此外，按照照严格程度度，标准也也分为三个个不同的集集合，同时时为量化风风险水平，也也将其考虑虑到模拟系系统中。为为这些模糊糊事件建立立隶属函数数依赖于对对工业、政政府、教育育和研究机机构的专家家所进行的的问卷调查查。本研究究共设计了了48个问题题，包括33个调查地地下水质量量标准严格格程度的问问题，155个关于三三种不同严严格程度的的地下水质质量标准下下环境风险险水平的问问题，5个关于健健康风险水水平的问题题，25个关于于总风险水水平的问题题。如“对于一个个中等的地地下水质量

23、量标准，你你将选择下下列哪种二二甲苯浓度度（单选）：(a)约0.022mg/LL；(b)约0.2mmg/L； (c)约1.0mmg/L；(d)约2mg/L；(e)约4mg/L；(f)约8mg/L；(g)约10mgg/L”。因此，本本研究的总总框架中包包含了模糊糊逻辑、专专家参与和和随机模拟拟，利用模模糊逻辑概概念将概率率和模糊不不确定性联联系了起来来。2、模糊的的环境质量量标准基于环境标标准的风险险评价包括括对污染物物浓度和其其相应的环环境标准的的比较。本本研究选择择二甲苯作作为污染物物研究对象象。不同的的国家、州州和省有明明显不同的的地下水质质量标准。如如在瑞典、新新泽西州、加加拿大、日日本

24、、北卡卡罗来那州州、加利福福尼亚州和和伊利诺斯斯州，二甲甲苯的标准准分别是00.02mmg/L，0.044mg/LL，0.3mmg/L，0.4mmg/L，0.533mg/LL，1.8mmg/L和和10mgg/L。对对环境风险险分析而言言，许多标标准被认为为是过于保保守和不切切实际的（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标标准的环境境风险分析析，本研究究将标准分分为三个模模糊集，即即“严格”、“中等”和“

25、宽松”。进行问问卷调查收收集建立隶隶属函数所所需的数据据，然后再再利用模糊糊逻辑方法法来处理主主观看法。利利用选择频频率最高的的选项来确确定相关的的模糊集。利利用Cheen等（19992）和Cheeng（20000）提出的的转化方法法，系统地地将语言变变量转换为为它们相应应的模糊集集。语言变变量转化程程序包括选选择一个包包含决策制制定者给出出的所有语语言项的图图形，然后后再对该图图形使用隶隶属函数来来表现语言言项的意义义。研究发发现：有552%的被被调查者认认为“二甲苯的的浓度应当当在大约11.0mgg/L或更更少”是一个“严格”的标准；50%的被被调查者选选择“二甲苯的的浓度应当当在大约44

26、.0mgg/L”作为“中等”标准；477.4%的的被调查者者选择“二甲苯的的浓度应当当在大约88.0mgg/L或更更大”作为“宽松”标准。据据此可以建建立这三个个模糊集的的隶属函数数（图3）。例如如，如果地地下水质量量标准是11.8mgg/L，那那么可以分分为部分“中等”（隶属度度是0.227），部部分“严格”（隶属度度是0.660）。图3 地下下水质量标标准的隶属属函数3、基于模模糊的环境境标准的风风险评价在严格标准准下，根据据基于环境境标准的风风险的问卷卷调查结果果，发现555.3%的被调查查者认为“违反标准准的概率大大约是500%或者更更低”是“低风险”；57.99%的被调调查者选择择“

27、违反标准准的概率大大约是600%”是“低-中等风险险”；57.99%的被调调查者选择择“违反标准准的概率大大约是700%”是“中等风险险”；57.99%的被调调查者选择择“违反标准准的概率大大约是800%”是“中等-高风险”；76.33%的被调调查者选择择“违反标准准的概率大大约是900%或者更更高”是“高风险”。再依据据Chenn等（19992）和Cheeng（20000），根据据调查结果果建立这些些模糊集的的隶属函数数（图4）。在这这个图中，“L”，“L-M”，“M”，“M-H”和“H”分别代表“低”，“低-中等”，“中等”，“中等-高”和“高”。例如，如果蒙特卡罗模拟结果违反严格标准的概

28、率是75%，那么相关的基于环境标准的风险就可以分为部分“中等”（隶属度是0.50），部分“中等-高”（隶属度是0.50）。类似地，可以依据问卷调查结果，分别建在中等和宽松标准下，建立基于模糊环境标准的风险隶属函数。图4 与违违反地下水水质量标准准（a）严严格标准，（bb）中等标标准，（c）宽松松标准）的的概率相关关的模糊的的环境风险险的隶属函函数4、模糊的的健康风险险评价HRA经常常采用USSEPA出出版的参考考剂量（RRfD）和和癌症斜率率系数（SSF），它它们通常都都来自于实实验室的动动物研究结结果。随着着越来越多多毒性试验验的完成，许许多关于RRfD和SF的更新新数据将补补充到USSEP

29、A的的数据库中中。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）（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

30、相关的复杂性。本文将调查查研究二甲甲苯引入的的非致癌健健康风险。通通过与不同同大小的HHI结合起起来，将健健康风险水水平分为“低”，“低-中等”，“中等”，“中等-高”和“高”。进行问问卷调查来来获得相关关的隶属函函数。所调调查的HII从0.044（对应于于加拿大的的二甲苯地地下水质量量标准）到到1.6（接接近于USSEPA的的二甲苯标标准）。与与确定基于于环境标准准的风险水水平相似，可可以建立相相关的模糊糊健康风险险水平的隶隶属函数。对对所调查的的HI（0.0441.66）取对数数，如Loog(100HI)，来来建立隶属属函数（图图5）。例如如，如果计计算的HII是0.400，那么相相关的健

31、康康风险一部部分是“中等”（隶属度度是0.55），一部部分是“中等-高”（隶属度度是0.55）。图5 与危危害指数（HI）相关的健康风险的隶属函数5、总风险险水平和风风险管理的的规则库综合考虑基基于环境标标准的风险险和健康风风险就得到到总风险水水平。由于于没有数学学模型能将将这两类风风险联系起起来，因此此总风险水水平的量化化只能基于于主观判断断，而不是是通过概率率分析得到到。然后引引入模糊推推理过程，通通过模糊隶隶属函数和和模糊规则则来量化这这种风险。这这个规则通通常包含一一个条件部部分（例如如前提）和和一个结论论部分（例例如结果）。一一个前提可可能只是一一条简单的的规定或通通过模糊逻逻辑运算

32、符符AND，OR和NOT连接接起来的几几条规定的的综合。例例如，“如果基于于环境标准准的风险是是中等，健康风风险是高，那么总总风险就是是中等-高”，这里里，“中等”是“基于环境境标准的风风险”的一个模模糊集，“高”是“健康风险险”的一个模模糊集，“中等-高”是“总风险”的一个模模糊集。这这是模糊规规则的一种种形式，其其中“基于环境境标准的风风险”和“健康风险险”是输入变变量，“总风险”是输出变变量。这样样的一组规规则称之为为规则库（Mohamed和Cote，1999）。本研究将根根据对专家家和利益相相关者的问问卷调查所所获得的一一系列模糊糊规则确定定总风险。将将总风险水水平划分为为六个模糊糊集

33、：“低”，“低-中等”，“中等”，“中等-高”，“高”和“非常高”。利用模模糊逻辑运运算符“AND”来连接这这些规则前前提中的因因素。由于于这两种风风险包含五五类模糊事事件，因此此共有1550个规则则（5556）。如如果一个规规则在调查查中出现的的频率最高高，那么它它就会保留留在确定总总风险水平平的规则库库中。结果果共得到225个模糊糊规则。既然总风险险水平可以以分为六类类：“低”，“低-中等”，“中等”，“中等-高”，“高”和“非常高”，那么就就可以依据据Chenn等（19992）与Mohhamedd和Cotee（19999）来建立立这些模糊糊事件相应应的隶属函函数（图66）。为了了使总风险

34、险水平有单单一的场地地得分，主主观地将总总风险水平平的范围（即即GRL=0，100）赋到模模糊集上（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 模糊糊的总风险险水平的隶隶属函数表1 建议议的管理行行动计算出

35、的场场地得分风险管理行行动901000应该立即对对场地进行行清洁70900采取全部可可能的措施施来处理场场地50700遏制场地情情况的进一一步恶化并并限制地下下水的使用用30500采取临时控控制措施并并限制进入入场地10300应该对场地地进行监测测010不需采取任任何行动五、实例研研究1、场地概概况本文选择加加拿大西部部的一个石石油污染场场地进行实实例研究，来来阐述上文文所提出方方法的应用用。场地内内有一个天天然气处理理厂，作用用是在天然然气运输到到区域运输输管线之前前，去除气气流中的石石脑油冷凝凝物。在这这个场地的的历史上，从从天然气中中去除的石石脑油冷凝凝物、废液液都是在以以前的地下下储油

36、罐（UST）中处理的。由于这个UST过去几年的渗漏，场地已被污染。在过去的几年间，为查明区内的水文地质条件和相关的污染问题，进行了很多的野外调查。经过多次场地调查确定了地下水的流动方向。以前位于场地地下水上游的UST，在迁移之前，石油产品的渗漏率大约是55m3。在地下水下游发现了各种形式的污染物，如蒸发烃，地下水中的溶解烃以及土壤捕获的烃等。本次研究的的对象是二二甲苯，它它是一种有有毒的化学学物质，可可以损害呼呼吸功能、记记忆力、肝肝肾功能、肌肌肉的协调调能力，导导致头昏眼眼花，并可可能对生殖殖能力产生生影响。极极端情况下下，可能会会导致死亡亡（USEEPA，20033）。以前前在位于UUST

37、西部部的监测井井，观测到到二甲苯的的最大浓度度是1.112mg/L。这个个浓度比当当地的环境境标准高。因因此，这个个场地的土土壤和地下下水污染可可能会造成成环境风险险和健康影影响。2、随机模模拟的结果果建立随机模模拟系统来来模拟地下下水中的污污染物运移移。研究区区的平面面面积是1880150mm2，垂向厚厚度是200m。模型型分为四层层，基于有有限差分原原理。每一一层的网格格剖分数量量是3025，每个个网格在xx，y，z的方向上上的大小分分别是6mm，6m和5m。参与与计算的网网格数量共共计30000个（30254）。其中中，第3层和第4层位于饱饱和带，第第1层和第2层位于非非饱和带。研研究区

38、的土土壤类型包包括砂土、冰冰碛粘土和和粉质粘土土。模型输输入参数的的确定经过过了多次的的认真分析析和确认，包包括以前的的场地调查查、实验室室分析和模模拟研究。认认为土壤渗渗透系数（Kxx）和孔隙度（）的值分别服从对数正态分布和正态分布。基于假设的概率分布，利用三种土壤类型（砂、冰碛粘土和粉质粘土）的Kxx和的平均值和标准差来产生Kxx和的蒙特卡罗实现。这样，运行这个随机模拟系统，就得到了污染物浓度的分布类型。尽管该模拟系统预测了多种污染物（苯、甲苯、乙苯和二甲苯等）浓度的时空分布，但本文只介绍了二甲苯浓度的模拟结果。为进一步的模糊随机风险评价，利用每次蒙特卡罗模拟得到10年之后场地内污染物的峰

39、值浓度。峰值范围在0.931到1.951mg/L，平均值是1.35mg/L，标准差是0.316mg/L。图7显示了二甲苯峰值浓度的累积相对频率分布。图7 二甲甲苯峰值浓浓度的累积积相对频率率分布3、风险评评价的结果果根据萨斯喀喀彻温省、加加利福尼亚亚州和USSEPA的的饮用水质质标准，分分三种情境境进行讨论论。分析了了标准的严严格程度，求求得违反标标准的概率率来分析相相关的基于于环境标准准的风险。利利用蒙特卡卡罗模拟输输出的二甲甲苯峰值浓浓度的平均均值来分析析人类摄取取的HI。然后后量化相关关的健康风风险。这样样，通过模模糊的“AND”和“OR”的运算，就就可以获得得基于环境境标准的风风险和健

40、康康风险的总总风险水平平。第一种情境境是应用萨萨斯喀彻温温省的二甲甲苯为0.3mg/L的地下下水水质标标准。从图图3可以看出出，这个标标准是“严格”的（隶属属度是1.0）。同同时从图77中可以看看出，P（C0.3）=F（0.3）=0.00，因此根根据方程（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

41、.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“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 第一一种情境的的模糊推理理过程（a）和（dd）是环境境风险，（bb）和（ee）是健康康风险，（cc）、（ff）和（gg）是总风风险水平相关的模糊糊推理过程程如图8所示。对对规则的前前提进行“AND”模糊运算算，来确定定结果（例例如

42、GRR=Minn（ER,HR）。换换句话说，将将两个输入入因子（EER和HR）中最最小的隶属属度赋到输输出因子（GRL）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，

43、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加加利福尼亚亚州二甲苯苯为1.88mg/LL的地下水水水质标准准。这个标标准要比相相应的萨斯斯喀彻温省省的环境标标准宽松。图图3显示这个个标准一部部分是“严格”（隶属度度是0.660），一一部分是“中等”（隶属度度是0.227）。从从图7中也可以以看出违反反标准的概概率是

44、PFF=1F（1.8）=0.114。这样样，当概率率是0.114，标准准是“严格”的时候，用用模糊的“AND”运算，根根据图4（a），得到到基于环境境标准的风风险（ERR）是“低”，隶属度度是0.660（=Min（1.0，0.600）；当概概率是0.14，标标准是“中等”的时候，用用模糊的“AND”运算，根根据图4（b），得到到基于环境境标准的风风险（ERR）也是“低”，隶属度度是0.227（=Min（0.800，0.277）；当概概率是0.14，标标准是“中等”时，ER也可能能是“低-中等”，隶属度度是0.22（=Min（0.200，0.277）。由于于ER可能是是“低”，隶属度度是0.66

45、0或者是是0.277，所以应应用模糊的的“OR”运算，得得到ER的风险险水平。最最终，该情情境下的EER一部分分是“低”（隶属度度是0.660），一一部分是“低-中等”（隶属度度是0.220）。由于健康风风险的计算算基于健康康影响标准准而不是环环境质量标标准，因此此第二种情情境下的健健康风险（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

46、一种情境的分析相似，推理过程的输出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UUSEPAA的二甲苯苯为10mmg/L的的地下水水水质标准，这这个标准比比前两个情情境的要宽宽松得多。与与第一种情情境和第二二种情境的的分析相似似，最终的的GRL一部部分是“低-中

47、等”，一部分分是“中等”，GRL的脆脆弱值是336。这个个值与第二二种情境的的相同，但但是要比第第一种情境境的低。这这样与前两两种情境相相比，尽管管应用了一一个宽松得得多的环境境质量标准准，但根据据表1，建议的的风险管理理行动仍然然是“采取临时时控制措施施并限制进进入场地”。这是由由于当基于于环境标准准的风险水水平是“低”的时候，根根据模糊规规则库，所所计算的健健康风险水水平（即三三种情境具具有相同的的水平）将将显著影响响总风险水水平（GRRL）。六、讨 论综合的模糊糊-随机方法法，简称IIFSRAA，解决了了风险评价价过程中的的随意性和和不严密性性导致的不不确定性。由由于模拟输输入参数的的随

48、机性，利利用数值模模型预测的的地下水污污染物浓度度就存在概概率不确定定性，而违违背相关环环境质量标标准和健康康评价标准准的污染物物浓度的后后果具有模模糊不确定定性。与传传统的风险险评价方法法相比，本本文提出的的IFSRRA考虑了了环境质量量标准和健健康影响标标准存在的的模糊不确确定性。通通过建立模模糊不确定定性和随机机不确定性性的联系，同同时也解决决了因蒙特特卡罗模拟拟输出的不不确定性导导致的风险险评价的不不确定性。因因此，本文文提出的方方法为决策策制定者提提供了一个个更实际的的风险认知知。根据问卷调调查，建立立了产生总总风险水平平的模糊事事件的隶属属函数和模模糊规则库库，它们代代表了被调调查的利益益相关者的的认知。隶隶属函数的的范围和形形状也是主主观的，依依赖于所调调查的特定定问题。本本文提出的的方法没有有考虑模糊糊隶属函数数和规则库库本身的不不确定性，还还需要进一一步的调查查研究。此此