jianbing li，gordon h. huang等
田芳譯；馮翠娥、魏國強校譯
本文建立的綜合模糊-隨機風險評價（ifsra）方法能夠系統地量化與場地條件、環境標準和健康影響標準相關的隨機不確定性和模糊不確定性。模型輸入引數的隨機性使得數值模型**的地下水汙染物的濃度具有概率不確定性，而違反了相關的環境質量標準和健康評估標準的汙染物濃度引發的後果具有模糊不確定性。本文以二甲苯為研究物件。
環境質量標準按照嚴格程度分為三類：「寬鬆」、「中等」和「嚴格」。通過系統地研究因二甲苯攝取而導致的基於環境標準的風險（er）和健康風險（hr），利用乙個模糊規則庫，可以獲得總風險水平。
將er和hr風險水平分為五個級別：「低」、「低-中等」、「中等」、「中等-高」和「高」。總風險水平包括從「低」到「很高」六類。
根據問卷調查，建立相關模糊事件的模糊隸屬函式和模糊規則庫。因此，ifsra的總框架包含了模糊邏輯、專家參與和隨機模擬。與傳統的風險評價方法相比，由於有效反映了這兩類不確定性，因此提高了模擬過程的穩健性。
應用開發的ifsra方法來研究加拿大西部乙個被石油汙染的地下水系統。分析了具有不同環境質量標準的三種情境，獲得了合理的結果。本文提出的風險評價方法為系統地量化汙染場地管理中的各種不確定性提供了一種獨特的手段，同時也為汙染相關的修復決策提供了更實際的支援。
加拿大有數千個工業汙染場地，給人類健康和自然環境造成了巨大威脅。在為這些汙染場地的有效修復和管理而制定決策的過程中，風險評價是重要的一步，它為場地汙染的評價和嚴重程度的分級奠定了堅實的基礎（加拿大環境部長委員會，簡稱ccme，1996）。然而，自然固有的隨機性以及缺乏風險發生及其潛在後果的足量資訊，限制了我們對風險的認識。
因此，風險評價自然就和不確定性聯絡在一起（wagner等，1992；carrington和bolger，1998）。忽視了評價過程中的不確定性往往會得出相反的結果。例如，修復系統的超安全標準設計會浪費資金和資源，而低估了風險就會限制場地管理行動的有效性，事實上將嚴重威脅人類健康和自然環境。
就汙染場地在各種汙染源和含水層條件下的風險評價方法，已經出版了大量文獻。例如，lee等（1994）提出了基於模糊集的方法來估計地下水汙染對人類健康造成的風險，並評價了可能的補救措施；goodrich和mccord（1995）應用蒙特卡羅方法考慮了地下水流和溶質運移過程中引數的不確定性，將模型輸出結果應用於暴露評價；mills等（1996）發展了以保護人類健康為目的的基於風險的方法，評價了土壤中石油殘留物的可接受水平；hamed和bedient（1997）在風險評價中，利用一階和二階可靠性分析說明了不確定性；batchelor等（1998）利用概率分布函式表達相關引數，開發了場地的隨機風險評價模型；bennett等（1998）利用基於蒙特卡羅方法的汙染物運移模擬結果，開發了一種風險評價的綜合模擬系統；maxwell等（1998，1999）也開發了一種將地下水運移模擬和人體暴露評價聯絡起來的綜合系統；lee等（2002）應用蒙特卡羅模擬評價了實施現場修復後，原地下水汙染區內人類的健康風險。最近，提出一種混合方法，它把概率和模糊集方法結合起來，描述風險評價過程中模擬引數的不確定性（li等，2003；liu等，2004）。
例如，為進行工業場地土壤鎘汙染的人體暴露評價，guyonnet等（2003）將概率分布函式的蒙特卡羅隨機抽樣和模糊計算結合起來，來表現不同的確定性；kentel和aral（2004）利用產生風險的模糊隸屬函式和概率分布，進行了多途徑暴露於受汙染水體下的健康風險分析，其中，將汙染物濃度和潛在致癌因素處理成模糊變數，而其餘的模擬引數利用概率密度函式（pdf）進行處理。其它一些相關研究可參見chen等（2003）以及 kentel和aral（2005）的著作。
通過上文的文獻回顧可知，隨機和模糊集技術已經被廣泛地用於研究與風險模擬輸入和輸出相關的不確定性。然而，之前的大部分研究都只涉及到汙染物運移模擬中的引數不確定性，而關於環境質量標準和健康風險評價標準的不確定性則很少得到關注（minsker和shoemaker，1998；chen等，2003）。另外，在已出版的風險評價的研究著作中，很少有將不同型別的不確定性有效聯絡起來的。
事實上，這種忽視會導致資訊的遺漏，從而產生不切實際的決策支援。因此，勢必要建立一種能夠有效處理各種不確定性的先進方法。作為前人研究的一種拓展，本研究的目標就是要開發一種綜合的模糊-隨機風險評價方法（ifsra），以實現與場地條件、環境質量標準和健康影響標準有關的隨機不確定性和模糊不確定性的量化。
本文嘗試利用模糊邏輯和隨機分析兩種概念將兩類不確定性聯絡起來，同時應用已建立的ifsra方法研究加拿大西部乙個被石油汙染的地下水系統。
廣義的不確定性包括兩大類：隨機不確定性和模糊不確定性（destouni，1992；blair等，2001）。在概率方法中，用概率分布來描述引數的隨機變化。
利用一些統計抽樣演算法，通過數學模型，再將這些分布應用到輸出變數上。而在模糊集方法中，用隸屬函式來刻畫人類思維的模糊性。這種方法能夠非常好地處理「部分正確」這個概念，量化語言變數的不確定性（chen和pham，2001）。
上述兩種不確定性處理方法的基本原理是不同的（chen，2000）。例如，圖1（a）是土壤孔隙度（地下水模擬中的重要輸入引數）的概率密度函式（pdf），圖1（b）是「多孔土壤」的土壤孔隙度的隸屬函式。孔隙度pdf曲線下面乙個間隔的面積等於那個間隔所假設的孔隙度的概率，但是假設等於乙個特定值的概率為零（即p（ф=0.
35）=0）（chen，2000）。pdf曲線下方的總面積為1，表示樣品空間中所有概率的總和為1。另一方面，隸屬函式曲線下方的面積沒有意義，總面積可能小於1，也可能大於1。
孔隙度隸屬函式的值在0到1之間（即μ（ф=0.35）=0.7，意味著土壤孔隙度0.
35屬於「多孔土壤」的概率為0.7）。
圖1 隨機不確定性（a）和模糊不確定性（b）的比較
當有足夠的資訊能夠估計不確定性引數的概率分布時，就可以廣泛使用概率方法，而當資訊量極少時（即人類語言描述不精確），就非常適合用模糊集方法來處理不確定性。過去幾年裡，大量的環境研究都用到了概率方法或者模糊集方法（dahab等，1994；james和oldenburg，1997；batchelor等，1998；maxwell等，1998；mohamed和cote，1999；foussereau等，2000）。但在實際情況中，當各種引數具有不同的資訊品質時，只應用一種方法來處理不確定性可能並不可行。
例如，可能用概率分布來刻畫汙染物運移模型中土壤引數的不確定性，而環境標準和健康影響標準的不確定性就存在固有的模糊性。因此，當土壤引數可以用概率分布充分刻畫的時候，如果用模糊的隸屬函式來表述，那麼就可能會丟失或捕捉不到一些重要的資訊。另一方面，如果不確定性只能用語言變數（如風險評價標準）來描述但卻使用概率分布來表示，這種輸入資訊處理方式的不當將導致模擬初期就出現嚴重的輸入錯誤。
因此，有效處理模擬過程中各種不確定性的輸入資訊是乙個非常具有挑戰性的問題。單獨使用模糊或者隨機方法很難能刻畫這種複雜性（blair等，2001）。
風險評價是環境決策制定中乙個非常重要的組成部分，與之相關的是各種不確定性。既然風險定義為一種不良後果的暴露（piver等，1998），那麼它應包含兩方面的內容：暴露和不良後果的性質。
因此，風險評價中的不確定性模擬就是根據所有考慮到的風險相關資訊，清楚地量化可能性和潛在的不良後果（andricevic和cvetkovic，1996）。本次研究假設與地下汙染物運移模擬模型相關引數的不確定性是隨機性，而與風險評價相關的評價標準的不確定性是模糊性。因此，將建立一種綜合的模糊-隨機方法來解決這些複雜的問題，並針對場地汙染造成的相關風險提供更實際的評價。
地下汙染物運移模擬需要各種物理、化學和生物的輸入引數。然而，一些基礎引數，如土壤滲透性和孔隙度，一般很難得到準確和確定性的值（labieniec等，1997）。在各種量化這些引數不確定性的隨機技術中，應用最廣泛的是蒙特卡羅模擬，它可以在數值模型中反覆執行（james和oldenburg，1997）。
每次執行都會輸出乙個樣品，然後對輸出樣品進行隨機檢驗，以確定相關的概率分布。本研究已經建立了蒙特卡羅模擬演算法，並融合到名為utchem的多相多組分的數值模擬器中，可以用來**多種汙染物濃度的時空分布（uta，2000；li等，2003）。因此，按照以下步驟建立乙個隨機模擬系統：
（a）產生每個隨機輸入引數的隨機數；（b）根據每個引數特定的統計分布特徵，將隨機數轉換成相應的隨機變數；（c）以陣列的形式，儲存每個引數產生的隨機變數；（d）從每個引數的陣列中獲取乙個值，將其作為多相多組分數值模型的確定性輸入引數；（e）通過數值模型執行蒙特卡羅模擬，計算汙染物濃度；（f）儲存每次蒙特卡羅模擬執行後得到的汙染物濃度的輸出結果，以進行進一步的統計分析；（g）重複（a）—（f）的步驟，執行一定次數的蒙特卡羅模擬；（h）當所有執行完成後，停止計算；（i）分析汙染物的濃度，並計算統計描述量（即對每個時間和空間單元，汙染物濃度的平均值和標準差）。
與汙染場地相關的風險特徵通常利用基於環境標準的風險評價（era）和健康風險評價（hra）來刻畫（carrington和bolger，1998）。在本研究中，將基於環境標準的風險（er）定義為因違背環境標準或者規定而造成的風險，將健康風險（hr）定義為因汙染物慢性攝取而對健康造成的風險。為了進行地下水汙染的風險評價，era方法將汙染物濃度與相應的地下水質量標準進行比較。
通過蒙特卡羅模擬，超過質量標準的汙染物的概率（pf）可以用下式表示：
pf= p(c＞cs)=1－f(cs1）
式中，c是汙染物濃度，cs是地下水質量標準，f(cs)是從蒙特卡羅模擬結果中得到的汙染物濃度的累積分布函式（cdf）。
當濃度超過標準，但暴露極少的時候，不會優先考慮採取清潔措施。這種情況，不能單獨用era進行刻畫。為了更好地管理這種情況，需要更進一步的hra。
為了量化人類的健康風險，將汙染物分類為致癌物質和非致癌物質。hra包括評價致癌風險的生命過量致癌風險（excess lifetime cancer risk ，elcr）模型和評價非致癌風險的危害指數（hi）模型。暴露於一種化學物質的程度可用下面的函式來表示（美國環保局，1989，1992）：
cdi=cw×ir×ef×ed/（at×bw2）
式中，cdi為長期每日攝取量（mg/kg·d），cw是地下水中的汙染物濃度（mg/l），ir是人類攝取速度（l/d），ef是暴露頻率（天數/年），ed是平均暴露持續時間（年），bw是平均體重（kg），at是平均時間（at=365×ed，單位是天）。然後，可以根據下面的方程來計算elcr和hi：
elcr=cdi×sf3）
地下水環境第7章地下水汙染評價
地下水汙染評價 指汙染源對地下水產生的實際汙染效應的評價。評價目的 論證地下水汙染程度，為汙染治理提供依據。通過地下水汙染評價，可確定地下水汙染範圍和程度，找出主要汙染因子，尋找汙染源，查明汙染原因，從而為制定防治地下水汙染規劃與提出控制汙染的措施提供科學依據。地下水汙染評價分為現狀評價和 評價 按...
地下水汙染控制複習
一 緒論 1 汙染控制 pollution control 一般是指對人類在生產和生活過程中所產生的廢水 廢料及化學物質等，在其被釋放到環境中之前，將其捕獲或改變其形式，從而達到有效控制的目的。2 地下水汙染是指地下水受到人類活動的影響，從而導致地下水水質變差，以至於不再適合使用。3 引起地下水汙染...
地下水汙染規劃概要
規劃 要求，到2015年，基本掌握地下水汙染狀況，初步控制地下水汙染源，初步遏制地下水水質惡化趨勢，全面建立地下水環境監管體系。到2020年，對典型地下水汙染源實現全面監控，重要地下水飲用水水源水質安全得到基本保障，重點地區地下水水質明顯改善，地下水環境監管能力全面提高，地下水汙染防治體系基本建成。...