松嫩平原地下水氮污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

吳娟娟,卞建民*,萬(wàn)罕立,魏 楠,馬于曦

松嫩平原地下水氮污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

吳娟娟1,2,卞建民1,2*,萬(wàn)罕立1,2,魏 楠3,馬于曦1.2

(1.吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130021；2.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長(zhǎng)春 130021；3.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院,北京 100012)

為探明松嫩平原地下水氮污染現(xiàn)狀及其對(duì)人類(lèi)健康的影響,利用淺層地下水采樣測(cè)試數(shù)據(jù),運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析及三角隨機(jī)模型開(kāi)展了兒童和成人群體攝入氮污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其不確定性研究.結(jié)果表明:研究區(qū)氮污染物主要存在形式為硝態(tài)氮,樣品超標(biāo)率為44.35%,最大值達(dá)到566.2mg/L,硝態(tài)氮濃度大于20mg/L的區(qū)域約占區(qū)內(nèi)總面積的60%,主要分布在東中部高平原地區(qū),西部山前傾斜平原污染較輕;以Isight5.9-2為平臺(tái),基于三角模糊法耦合隨機(jī)模型,考慮人類(lèi)活動(dòng)及農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響,將研究區(qū)劃分為不同單元,非致癌風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)?評(píng)價(jià)單元Ⅲ>評(píng)價(jià)單元Ⅱ>評(píng)價(jià)單元Ⅰ,且單元Ⅲ污染物主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng),單元Ⅲ、Ⅱ區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于安全閾值1,會(huì)對(duì)兒童和成人群體健康造成潛在危害,對(duì)兒童威脅更大;污染物濃度和參數(shù)的不確定性對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值影響的波動(dòng)范圍較大,三角隨機(jī)模型對(duì)數(shù)據(jù)變化更為敏感,可降低三角模糊法的不確定性,單元Ⅰ兒童風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間值橫跨安全閾值1,可能會(huì)誤導(dǎo)污染防控決策;硝態(tài)氮濃度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率均在90%以上,明確對(duì)硝態(tài)氮濃度參數(shù)隨機(jī)抽樣的必要性,提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性.

地下水；氮污染；健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；不確定性

地下水通常是家庭飲用、農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)活動(dòng)的重要水資源[1].然而,各種污染源的持續(xù)氮排放對(duì)地下水構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn),已成為全球普遍存在的問(wèn)題[2-3],而且硝態(tài)氮可以在地下水中持續(xù)存在幾十年,并累積到較高水平[4],關(guān)于地下水氮污染及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究日益引起人類(lèi)社會(huì)的關(guān)注[5].

關(guān)于地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究多基于確定性角度,采用美國(guó)環(huán)保署(USEPA)推薦模型,在水質(zhì)調(diào)查與檢測(cè)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)法進(jìn)行評(píng)價(jià)并提供方案[6-12].但是系統(tǒng)模型、情景和人類(lèi)活動(dòng)引起評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性始終存在[13].目前降低評(píng)價(jià)結(jié)果不確定性的常見(jiàn)方法有區(qū)間數(shù)[14-15]、模糊數(shù)學(xué)[16-17]、隨機(jī)模擬[18-19]及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論[20].其中,隨機(jī)理論應(yīng)用最為廣泛,但由于取樣和測(cè)試所造成的誤差,不能準(zhǔn)確地反映評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)真實(shí)的污染水平及其分布特征,從而制約了運(yùn)用隨機(jī)理論對(duì)污染物模擬分析;三角模糊法用算術(shù)平均值、幾何標(biāo)準(zhǔn)差以及不同的置信水平量化不確定性,適用處理和表達(dá)模糊信息,但是現(xiàn)有三角模糊數(shù)的乘除法和函數(shù)運(yùn)算等尚不夠嚴(yán)謹(jǐn),實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較復(fù)雜.近幾年,部分學(xué)者通過(guò)隨機(jī)模擬將三角模糊數(shù)及其函數(shù)之間的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為普通實(shí)數(shù)間的運(yùn)算,可以定義污染濃度分布情況,定量得出非致癌風(fēng)險(xiǎn)的大量模擬序列,具有計(jì)算簡(jiǎn)便快速、精度高的優(yōu)點(diǎn),在一定程度上減小評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性,因此三角隨機(jī)模型是一種更加科學(xué)、合理的污染物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[21-22].

松嫩平原(黑龍江)是重要的商品糧基地和輕重工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū),農(nóng)業(yè)用地占主導(dǎo)地位,化肥、農(nóng)藥施用量逐年增加,加之地下水位埋深較淺(一般<10m),區(qū)域地下水氮含量超標(biāo)問(wèn)題十分嚴(yán)重;此外,該區(qū)地下水為區(qū)域重要水源,對(duì)以地下水為飲用水源和灌溉用水的居民身體健康存在極大的潛在風(fēng)險(xiǎn).為此,本文分析松嫩平原地下水氮污染現(xiàn)狀以及空間分布特征,采用模糊隨機(jī)理論描述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程的不確定性,將三角模糊變量表示成均勻隨機(jī)變量的函數(shù),基于Isight5.9-2平臺(tái),構(gòu)建三角隨機(jī)模型評(píng)估兒童和成人群體經(jīng)飲水途徑攝入氮污染非致癌風(fēng)險(xiǎn),與三角模糊數(shù)模型進(jìn)行結(jié)果比對(duì),表征模型參數(shù)不確定性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,同時(shí)篩選出敏感參數(shù),明確敏感參數(shù)隨機(jī)抽樣的必要性,為地下水氮污染控制與治理提供依據(jù).

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

松嫩平原位于黑龍江省西部,工作區(qū)幅員面積為11.7×104km2.根據(jù)地形地貌概略劃分為東北部高平原、中部低平原、西部山前平原及河谷平原4個(gè)水文地質(zhì)分區(qū).該區(qū)淺層地下水主要賦存于第四系松散堆積物中,水化學(xué)作用積極,受環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)因素影響大,地下水化學(xué)成分復(fù)雜,水化學(xué)類(lèi)型主要以HCO3–Ca型、HCO3–Na·Ca型、HCO3–Ca·Mg型等重碳酸型水為主,礦化度多小于1000mg/L.研究區(qū)2016年末人口總數(shù)為2327.8萬(wàn)人,占黑龍江省總?cè)丝诘?1.27%,是全省人口密度最大的地區(qū);區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)用地占主導(dǎo)地位,現(xiàn)有糧食種植面積815.58萬(wàn)hm2,占全省耕地總面積的51.40%.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

依托松嫩平原地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)工作,根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)狀況,選取2012~2014年采集的淺層地下水樣品(分布見(jiàn)圖1).樣品的采集、運(yùn)輸和儲(chǔ)存嚴(yán)格遵守《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T164- 2004)[23],樣品中NO3-、NH4+和NO2-分別采用紫外分光光度法、納氏試劑分光光度法和比色法測(cè)試,檢出限分別為0.01、0.01和0.002mg/L[24].

圖1 采樣點(diǎn)分布

1.3 方法

1.3.1 地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型 按照USEPA的定義,人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有3種潛在的接觸途徑:直接飲水?dāng)z入、空氣吸入和皮膚吸收,由于地下水氮素不會(huì)揮發(fā)而且皮膚吸收量不及飲水?dāng)z入量的千分之一,本文只考慮經(jīng)飲水?dāng)z入,暴露劑量用以下公式表示:

式中:CDI為暴露劑量, mg/(kg×d);CW為目標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)量濃度,mg/L;IR為每日飲水量,L/d;EF為暴露頻率,365d/a;ED為持續(xù)飲水時(shí)間,表示人體終生攝入非致癌慢性毒害物的年數(shù),一般非致癌風(fēng)險(xiǎn)取30a;BW為人體體重,kg;WT為暴露發(fā)生的平均時(shí)間,一般非致癌風(fēng)險(xiǎn)取30a;根據(jù)物質(zhì)的毒性可分為致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn),目前氮素對(duì)人類(lèi)致癌的證據(jù)不是很充分,所以只評(píng)估氮素的非致癌風(fēng)險(xiǎn),根據(jù)USEPA推薦的風(fēng)險(xiǎn)模型如下:

式中:THI為總非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),無(wú)量綱;HI為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(無(wú)量綱);為引起非致癌效應(yīng)慢性毒害的目標(biāo)物質(zhì)總數(shù)(無(wú)量綱);RfD為地下水中目標(biāo)物質(zhì)的參考計(jì)量,mg/(kg×d).

通過(guò)計(jì)算非致癌物經(jīng)飲用水途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)值,并對(duì)比健康風(fēng)險(xiǎn)參考標(biāo)準(zhǔn)值,進(jìn)而判斷地下水的健康風(fēng)險(xiǎn)程度.根據(jù)USEPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),總非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(THI)的界限值為1,當(dāng)THI>1時(shí),表明人體承受環(huán)境給予的非致癌風(fēng)險(xiǎn)度不可接受.

1.3.2 基于三角隨機(jī)理論的地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型 (1)三角模糊數(shù)定義三角模糊數(shù)是由Zadeh在1965年提出,在給定區(qū)域X內(nèi),對(duì)任何∈X,模糊集可定義為:

各參數(shù)意義同上,根據(jù)各參數(shù)的三角模糊數(shù)和式(7)~(9)建立模型,以Isight5.9-2軟件為平臺(tái),輸入已構(gòu)建的參數(shù),設(shè)置三角模糊數(shù)集為三角分布類(lèi)型,采用拉丁超立方進(jìn)行隨機(jī)抽樣模擬10000次,THI為響應(yīng)結(jié)果,得到總非致癌風(fēng)險(xiǎn)值的模擬系列{THI|= 1,2,3…},為隨機(jī)模擬次數(shù).

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水氮污染狀況

2.1.1 地下水氮素含量 利用spss軟件對(duì)研究區(qū)地下水“三氮”含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如表1所示.

表1 松嫩平原地下水“三氮”含量

注:標(biāo)準(zhǔn)限值參考《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)[25].

由表1可以看出,研究區(qū)地下水中硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和氨氮的檢出率均較高,分別為95.16%、70.97%、52.42%,地下水中氮污染物主要存在形式為硝態(tài)氮,樣品超標(biāo)率為50.81%,最大值達(dá)到566.2mg/L,平均值為87.498mg/L,是《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749— 2006)[25]中地下水源限值(20mg/L)的4.37倍.地下水樣品中的NO2-污染物濃度最大值僅為0.979mg/L,且水樣含量均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值,故下文只對(duì)NO3-、NH4+污染物進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).

2.1.2 地下水氮素空間分布特征 采用克里格插值法對(duì)地下水“三氮”含量進(jìn)行最優(yōu)無(wú)偏插值,得到“三氮”含量的空間分布見(jiàn)圖2.研究區(qū)硝態(tài)氮污染較嚴(yán)重,呈面狀分布,參考《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)[25],地下水硝態(tài)氮含量大于20mg/L的區(qū)域占總面積的60%左右,集中分布在東部區(qū)域,包括依安縣、拜泉縣、明水縣、青崗縣、肇東市、安達(dá)市、巴彥縣等,以及北部包括嫩江縣、訥河縣等地區(qū),強(qiáng)烈的農(nóng)業(yè)活動(dòng)是造成該區(qū)污染的主要原因;硝態(tài)氮污染較輕的地區(qū)約占總面積的40%,主要分布在西部沖洪積平原區(qū).研究區(qū)亞硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的地下水污染較輕,地下水亞硝態(tài)氮污染主要集中在訥河縣、齊齊哈爾市以及大慶市等地區(qū);地下水銨態(tài)氮污染主要集中在望奎縣、林甸縣、泰來(lái)縣、杜爾伯特蒙古族自治縣等地區(qū).上述分析可知,研究區(qū)地下水氮污染含量超標(biāo)嚴(yán)重,呈面狀分布,局部地區(qū)出現(xiàn)異常高值,進(jìn)行人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)十分必要.

2.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.2.1 評(píng)價(jià)單元 研究表明,地下水硝態(tài)氮濃度過(guò)高與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān),特別是農(nóng)業(yè)活動(dòng)中化肥的過(guò)度使用[4].本研究以有針對(duì)性的進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為目的,按照研究區(qū)耕地面積將其劃分為不同評(píng)價(jià)單元,結(jié)合土地利用特點(diǎn),從而科學(xué)、合理的闡述不同評(píng)價(jià)單元健康風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的差異及影響因素,不同評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐忠?jiàn)圖3,評(píng)價(jià)單元Ⅰ是農(nóng)業(yè)活動(dòng)相對(duì)較少、人口居住較稀疏的自然保護(hù)區(qū),評(píng)價(jià)單元Ⅱ是人口居住的密集、工業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)的城鎮(zhèn)區(qū),評(píng)價(jià)單元Ⅲ是農(nóng)業(yè)活動(dòng)強(qiáng)烈的灌區(qū).

圖3 松嫩平原評(píng)價(jià)單元

2.2.2 基于三角模糊法的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中飲水暴露的參考劑量參照USEPA標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況,得出模型參數(shù)下限、期望值和上限,相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2.

將各評(píng)價(jià)單元NO3-、NH4+污染物濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化,結(jié)果處理見(jiàn)表3.

表2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型中的相關(guān)參數(shù)

注:本研究只考慮3~8歲的兒童.

表3 各評(píng)價(jià)單元地下水氮污染物濃度及三角模糊數(shù)

表4 污染物非致癌風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)間值(a=0.8)

對(duì)于不同隸屬度(?(0,1))可以計(jì)算得出不同的區(qū)間數(shù)值.=0為可能風(fēng)險(xiǎn)值的上限和下限值,=1為最可能風(fēng)險(xiǎn).本文采用較高的置信水平(=0.8)對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4,氮素污染物濃度的最大值與最小值波動(dòng)范圍較大,表明評(píng)價(jià)結(jié)果確實(shí)存在很大的不確定性;成人和兒童群體各單元風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間排序?yàn)?評(píng)價(jià)單元Ⅲ>評(píng)價(jià)單元Ⅱ>評(píng)價(jià)單元Ⅰ,評(píng)價(jià)單元Ⅲ是農(nóng)業(yè)活動(dòng)強(qiáng)烈的灌區(qū),所以,氮污染主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng),同時(shí),該單元的數(shù)據(jù)模糊性最強(qiáng),不確定性影響最為顯著,對(duì)數(shù)據(jù)變化最為敏感;單元Ⅱ、Ⅲ污染物的總風(fēng)險(xiǎn)值均>1,不可接受,且成人的總風(fēng)險(xiǎn)值大于兒童,該區(qū)域地下水更易對(duì)兒童健康產(chǎn)生影響.隸屬度曲線見(jiàn)圖4,隸屬度曲線可以反映區(qū)間范圍的可信度水平,即越大,表示數(shù)據(jù)可信度越高,出現(xiàn)的頻率也越大,圖4中隨著隸屬度減小,非致癌風(fēng)險(xiǎn)上下限制不斷增大,即數(shù)據(jù)的模糊性呈增強(qiáng)趨勢(shì).

2.2.3 基于三角隨機(jī)法的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 根據(jù)1.3.1節(jié)三角隨機(jī)模擬的數(shù)據(jù)處理方法,以Isight5.9- 2中蒙特卡洛模塊為平臺(tái),隨機(jī)模擬10000次后,結(jié)果滿足0.001的精度,模擬結(jié)果收斂,非致癌風(fēng)險(xiǎn)值見(jiàn)表5.

評(píng)價(jià)單元Ⅲ對(duì)成人和兒童群體非致癌風(fēng)險(xiǎn)均最大,平均值為3.342和5.980,評(píng)價(jià)單元Ⅱ風(fēng)險(xiǎn)次之,平均值為3.313和5.307,評(píng)價(jià)單元Ⅰ最小,平均值為0.960和2.010;除單元Ⅰ對(duì)成人群體風(fēng)險(xiǎn)較小,其余遠(yuǎn)高于安全閾值1,會(huì)對(duì)人身體健康造成潛在危害;由表5可以看出,氮污染物對(duì)兒童的威脅更大.評(píng)價(jià)單元Ⅱ、Ⅲ的風(fēng)險(xiǎn)值約是單元Ⅰ的4~8倍,這是因?yàn)樵u(píng)價(jià)單元Ⅰ區(qū)域自然保護(hù)區(qū)占地面積較大,工農(nóng)業(yè)用地占比較小,地下水受污染輕,對(duì)人類(lèi)健康造成的影響較小;評(píng)價(jià)單元Ⅱ區(qū)域中城鎮(zhèn)用地占比較大,排放的生活污水下滲進(jìn)入地下水,因此,該地區(qū)經(jīng)飲水途徑氮污染物非致癌風(fēng)險(xiǎn)較高;評(píng)價(jià)單元Ⅲ區(qū)域農(nóng)業(yè)用地占比較大,農(nóng)業(yè)活動(dòng)施用大量化學(xué)肥料,高氮肥料隨灌溉水入滲污染地下水,造成該區(qū)域地下水氮素含量嚴(yán)重高值,影響人類(lèi)健康.

表5 非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)模擬結(jié)果

三角隨機(jī)模型評(píng)價(jià)結(jié)果與三角模糊數(shù)近似,說(shuō)明該模型計(jì)算結(jié)果合理.單元Ⅲ地區(qū)兒童風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)變化最為敏感,因此以評(píng)價(jià)單元Ⅲ兒童HI為例的累積概率分布見(jiàn)圖5.

圖5 累概率分布

2.3 不確定性及敏感性分析

2.3.1 不確定性分析 受污染物濃度和評(píng)價(jià)參數(shù)不確定性的影響,不同評(píng)價(jià)單元風(fēng)險(xiǎn)最大與最小值相差非常大.不確定性表現(xiàn)為以下2點(diǎn):(1)三角隨機(jī)模型得出單元Ⅰ的評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)間為[0.042,3.915],可能低于或者高于安全閾值1,此時(shí)污染物濃度和參數(shù)不確定性可能會(huì)誤導(dǎo)污染防控決策,單元Ⅱ、Ⅲ也會(huì)因?yàn)椴淮_定性誤導(dǎo)評(píng)價(jià)結(jié)果,且單元Ⅱ、Ⅲ最大值與最小值波動(dòng)范圍較大,評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性比單元Ⅰ大;(2)由表5可以看出,單元Ⅰ的風(fēng)險(xiǎn)平均值為0.960<1,對(duì)成人健康不構(gòu)成潛在威脅,可是若考慮3個(gè)評(píng)價(jià)單元的綜合影響,風(fēng)險(xiǎn)平均值為2.472>1,就會(huì)對(duì)單元Ⅰ地區(qū)造成決策失誤.三角隨機(jī)模擬法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)間波動(dòng)范圍大于三角模糊法,如利用三角模糊法得到單元Ⅲ的兒童評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)間值為[0,17.530],而三角隨機(jī)模擬得到單元Ⅲ的兒童評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)間值為[0.108,22.043],說(shuō)明在三角隨機(jī)模擬方法中,評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)變化較為敏感,可降低三角模糊法的不確定性.采用Monte Carlo方法可以把三角模糊數(shù)及其函數(shù)之間的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為普通實(shí)數(shù)之間的運(yùn)算,可以減少三角模糊數(shù)計(jì)算過(guò)程產(chǎn)生的不確定性,同時(shí),很大程度降低了異常數(shù)值對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,更簡(jiǎn)便地反映系統(tǒng)中更多更復(fù)雜的情況,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果能夠更全面、合理地反映地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)水平的真實(shí)情況,能夠?yàn)闆Q策者提供更加科學(xué)客觀的依據(jù).

2.3.2 敏感性分析 敏感性分析是指從眾多不確定性因素中找到對(duì)響應(yīng)結(jié)果有重要影響的因素.蒙特卡洛敏感性分析方法可以考慮多個(gè)不確定性參數(shù)變化,能全面、準(zhǔn)確的反應(yīng)各參數(shù)對(duì)計(jì)算指標(biāo)的影響程度.蒙特卡洛模擬計(jì)算時(shí),把多次模擬結(jié)果保存,通過(guò)在計(jì)算結(jié)果中分析各個(gè)不確定性因素大小排序和計(jì)算結(jié)果大小排序之間的相關(guān)系數(shù),從而確定敏感程度.本研究基于Isight5.9-2,采用蒙特卡洛隨機(jī)取樣統(tǒng)計(jì)分析法,擬考慮污染物濃度和參數(shù)(即飲水量、體重)進(jìn)行敏感性分析,結(jié)果顯示非致癌風(fēng)險(xiǎn)對(duì)各參數(shù)的敏感度存在一定的差異,其中,各評(píng)價(jià)單元地區(qū)硝態(tài)氮濃度對(duì)總非致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率在90%以上(表6),說(shuō)明硝態(tài)氮濃度為影響總非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要因素,而銨態(tài)氮濃度和參數(shù)的不確定性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果較小.實(shí)際研究中若不考慮硝態(tài)氮污染物濃度變化,會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)決策失誤,同時(shí)應(yīng)該增加硝態(tài)氮的測(cè)試精度,減小評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性.

表6 硝態(tài)氮污染物對(duì)總風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率

3 結(jié)論

3.1 硝態(tài)氮為氮污染的主要存在形式,最大值達(dá)到566.2mg/L,平均值為87.498mg/L,是《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)中地下水源限值(20mg/L)的4.37倍,樣品超標(biāo)率為44.35%.硝態(tài)氮含量超過(guò)限值(20mg/L)的區(qū)域約占區(qū)內(nèi)總面積的60%,主要集中東中部高平原地區(qū).

3.2 成人和兒童群體非致癌風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)?評(píng)價(jià)單元Ⅲ>評(píng)價(jià)單元Ⅱ>評(píng)價(jià)單元Ⅰ,污染物主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng);單元Ⅲ、Ⅱ地區(qū)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于安全閾值1,說(shuō)明經(jīng)飲水途徑會(huì)對(duì)身體健康造成潛在危害,對(duì)兒童的威脅更大.

3.3 三角隨機(jī)模型中污染物濃度和參數(shù)的不確定性對(duì)非致癌風(fēng)險(xiǎn)值的影響波動(dòng)范圍大,評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)變化較為敏感;評(píng)價(jià)單元Ⅰ的兒童風(fēng)險(xiǎn)模擬值區(qū)間橫跨安全閾值1,可能誤導(dǎo)污染防控決策.硝態(tài)氮濃度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值貢獻(xiàn)率均在90%以上.

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Health risk assessment of groundwater nitrogen pollution in Songnen Plain.

WU Juan-juan1,2, BIAN Jian-min1,2*, WAN Han-li1,2, WEI Nan3, MA Yu-xi1,2

(1.College of New Energy and Environment Institute, Jilin University, Changchun 130021, China；2.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130021, China；3.Chinese Academy of Environmental Planning, Beijing 100012, China)., 2019,39(8)：3493~3500

To explore the Songnen Plain of nitrogen pollution and its effect on human health, this study employed shallow groundwater sampling test data, geostatistical analysis and conducted the triangular random model to assess the risk of nitrogen exposure in children and adults, and performed the uncertainty analysis. The results showed that: The main nitrogen pollutants was nitrate nitrogen, and the sample exceeded the standard rate of 44.35%, and the maximum value reached 566.2mg/L, and the region with a concentration of nitrate nitrogen greater than 20mg/L accounted for about 60% of the total area in the region, mainly distributed in the high plain area of the eastern and central parts, and the western front slope plain was less polluted; Based on the triangular fuzzy coupled stochastic model on the Isight 5.9-2platform , considering the impact of human activities and agricultural development, the study area was divided into different units. The non-carcinogenic risk ranking was: evaluation unit III> evaluation unit II>evaluation unit I, and the contaminants in Unit III were mainly derived from agricultural activities, and the risks in Units III and II were much higher than the safety threshold value of 1, which may cause potential harm to children and adults, and threaten children more; The uncertainty of pollutant concentration and parameters had a large fluctuation range for the risk value, and the triangular random model was more sensitive to data changes, which can reduce the uncertainty of the triangular fuzzy method. The unit I risk interval value crossed the safety threshold 1, and it may mislead pollution prevention and control decisions; the contribution rate of nitrate nitrogen concentration to risk was above 90%, which clarified the necessity of random sampling to improve the reliability of the evaluation results.

groundwater；nitrogen pollution；health risk assessment；uncertainty

X523

A

1000-6923(2019)08-3493-08

吳娟娟(1996-),女,寧夏銀川人,碩士研究生,主要從事水環(huán)境與水生態(tài)研究.發(fā)表論文1篇.

2019-02-25

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFC1800404);國(guó)家自然科學(xué)青年基金(41807155);吉林省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目(20190303076SF)

* 責(zé)任作者, 教授, bianjianmin@126.com