基于梯形模糊數(shù)的地下水源地環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

馬海珍,段磊,朱世峰,楊戈芝,王文科,閆姿呈,靳博文

(1.旱區(qū)地下水與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；2.長(zhǎng)安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

國(guó)際上對(duì)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究最早可追溯到20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)采用毒物鑒定法進(jìn)行定性的健康影響分析。到20世紀(jì)七八十年代，已形成較為完整的評(píng)價(jià)體系，1983年制定的紅皮書(shū)提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)“四步法”，即危害鑒別、劑量-效應(yīng)關(guān)系評(píng)價(jià)、暴露評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)表征成為開(kāi)展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的范式(U.S.National Research Council，1983)；之后美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)制定并頒布了一系列相關(guān)的技術(shù)性文件、準(zhǔn)則和指南。一些國(guó)外學(xué)者在此基礎(chǔ)上對(duì)重金屬及鄰苯二甲酸酯類(lèi)等污染物進(jìn)行了環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究(Kamunda et al.，2016；Dewalque et al.，2014；Olga et al.，2005)。中國(guó)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)研究始于20世紀(jì)90年代，雖起步較晚，但已列入環(huán)境保護(hù)工作的重要日程，并開(kāi)始積極推進(jìn)，以解決中國(guó)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題，保障人民群眾的健康需求。已有許多學(xué)者用美國(guó)環(huán)保局推薦的模型對(duì)四川(王恒等，2013)、寧夏(Li P Y et al.，2014)、湖南岳陽(yáng)(張光貴等，2017)、云南(張勇等，2019)、山東(郭森等，2019)、甘肅(田莘冉等，2019)和西藏拉薩(周文武等，2020)等中國(guó)大部分地區(qū)的水環(huán)境進(jìn)行了健康風(fēng)險(xiǎn)研究。

環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有復(fù)雜性、綜合性和模糊性的特點(diǎn)(陳方遠(yuǎn)等，2017)，因此評(píng)價(jià)過(guò)程及結(jié)果具有一定的不確定性。采用參數(shù)均值估算風(fēng)險(xiǎn)的傳統(tǒng)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，忽略了參數(shù)的隨機(jī)變化，無(wú)法準(zhǔn)確客觀的表達(dá)風(fēng)險(xiǎn)值的變化情況。故在前人研究的基礎(chǔ)上，學(xué)者們基于模糊集理論，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中的參數(shù)定義為模糊數(shù)，構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)模型。已有學(xué)者采用區(qū)間數(shù)(李如忠，2007；?；勰龋?009)、三角模糊數(shù)(鄭德鳳等，2015；陳潔等，2017)、梯形模糊數(shù)(曲昌盛，2018)對(duì)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究，降低風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中的不確定性，更好地解決模糊性強(qiáng)及難以量化的問(wèn)題。目前，利用三角模糊模型對(duì)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)的研究較多，但地下水中污染物濃度往往是峰值較寬的動(dòng)態(tài)值，用三角模糊模型模擬會(huì)帶來(lái)較大誤差，而梯形模糊數(shù)通過(guò)優(yōu)化隸屬函數(shù)，以區(qū)間形式表示最概然值能更好地?cái)M合峰值相對(duì)較寬的參數(shù)，正好可彌補(bǔ)三角模糊模擬的缺陷(李如忠，2011；HU Beibei et al.，2015)。

因此，筆者基于梯形模糊數(shù)構(gòu)建了地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用在保定市一畝泉水源地。通過(guò)實(shí)地調(diào)研修正暴露受體參數(shù)；分析該水源地不同暴露受體的健康風(fēng)險(xiǎn)差異，識(shí)別主要風(fēng)險(xiǎn)物，定位風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，探討風(fēng)險(xiǎn)成因，并提出防控建議；對(duì)比分析模糊模型與傳統(tǒng)模型評(píng)價(jià)的異同，基于此進(jìn)行不確定性分析，以期研究成果為地下水環(huán)境安全保障和健康風(fēng)險(xiǎn)防控提供理論依據(jù)。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

一畝泉水源地位于保定市西北部，地處漕—界兩河的沖洪積扇上，含水巖性以礫卵石、粗砂及中粗砂為主，厚度為15～20 m。地下水補(bǔ)給條件良好，以降水入滲和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給為主。含水層富水性較強(qiáng)，單井涌水量為3 427～4 846.6 m3/d(中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2019)。天然狀態(tài)下，地下水由西北流向東南，但由于常年大量開(kāi)采，形成地下水位降落漏斗(圖1)；地下水埋深由1959年的0.41 m降至2005年45 m左右，下降速率達(dá)0.97 m/a(河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，2017)；之后由于開(kāi)采量減少及地下水庫(kù)調(diào)蓄作用，地下水埋深恢復(fù)至2019年的23 m左右，水位雖然有所抬升，但很難恢復(fù)至原來(lái)狀態(tài)。地下水位的下降可能引起諸多地質(zhì)問(wèn)題且導(dǎo)致水質(zhì)變差(金家瓊等，2014)。一畝泉水源地的水化學(xué)類(lèi)型主要是HCO3-Ca·Mg型，礦化度低于1 g/L(河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，2017)。該水源地在2000年前后無(wú)污染物超標(biāo)，水質(zhì)狀況良好(陳春超，2004)。2009～2019年，水質(zhì)為II和III類(lèi)水，總體水質(zhì)尚好，為合格的飲用水水源地(表1)；其中，要莊村和北奇村的水質(zhì)多為III類(lèi)水，而北馬村和石家莊村由II類(lèi)水變?yōu)镮II類(lèi)水，可見(jiàn)近10年來(lái)該水源地III類(lèi)水所占比例增加，II類(lèi)水的比例降低，主要與總硬度和硝酸鹽有關(guān)(程磊，2019)。此外，從2017年1月至2019年4月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，北馬村的硝酸鹽氮含量普遍高于其他區(qū)域，石家莊村的Cr(VI)濃度普遍高于其他區(qū)域，并沿地下水流向降低。

表1 一畝泉水源地水質(zhì)狀況表Tab.1 Water quality of Yimuquan drinking water sources

圖1 研究區(qū)地下水等水位線圖Fig.1 Isometric chart of groundwater level in the study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及模型參數(shù)選擇

選用該水源地4眼監(jiān)測(cè)井(圖1)從2017年1月至2019年4月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，若濃度低于檢測(cè)限值，取1/2限值為該指標(biāo)濃度。男、女、成人的暴露受體參數(shù)是通過(guò)實(shí)地調(diào)研方式獲取，調(diào)查樣本為保定市100名當(dāng)?shù)鼐用?。兒童暴露受體參數(shù)借鑒前人研究(陳方遠(yuǎn)，2017)。男性日均飲水量為2.40 L，女性為2.07 L；男性的平均體重為70.56 kg，女性為59.00 kg；成人日均飲水量2.24 L，兒童日均飲水量為1.0 L；成人平均體重64.78 kg，兒童平均體重45.00 kg；平均壽命為75歲。

水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究中的有毒物質(zhì)分為基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)(U.S.National Research Council，1983)?；蚨疚镔|(zhì)包含化學(xué)致癌物和放射性污染物；軀體毒物質(zhì)是指非致癌物。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)將1組及2A組的化學(xué)物質(zhì)歸類(lèi)為化學(xué)致癌物，屬于無(wú)閾化合物，即任何高于零的劑量都可誘導(dǎo)出致癌反應(yīng)；其他為非致癌化學(xué)有毒物質(zhì)，屬于有閾化合物，即達(dá)到一定閾值后才會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害(張會(huì)興等，2012)。因此，筆者依據(jù)IARC和WHO 編制的分類(lèi)系統(tǒng)及前人的研究成果(張勇等，2019；陳方遠(yuǎn)等，2017；陳潔等，2017)，結(jié)合監(jiān)測(cè)指標(biāo)，選定3種致癌物質(zhì)Cd、As和Cr(VI)，因?yàn)橹掳┪镆灿蟹侵掳┬?yīng)，故選定9種非致癌物質(zhì)F、CN、Pb、Hg、Cd、As、Cr(VI)、NH3-N和揮發(fā)酚類(lèi)開(kāi)展地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)研究。致癌強(qiáng)度系數(shù)Qi和非致癌參考計(jì)量DRfi采用美國(guó)國(guó)家環(huán)保局推薦值(US EPA，2011)，具體見(jiàn)表2。

表2 致癌強(qiáng)度系數(shù)與非致癌物參考劑量表(飲水途徑)Tab.2 Strength coefficients of chemical carcinogens and reference doses of non-carcinogens (ingestion)

1.3 水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

1.3.1 傳統(tǒng)確定性評(píng)價(jià)模型

致癌與非致癌污染物均可通過(guò)呼吸、皮膚接觸以及飲水等途徑進(jìn)入人體，但已有研究發(fā)現(xiàn)(趙鋒霞，2013)，地下水通過(guò)呼吸和皮膚接觸導(dǎo)致的健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)小于通過(guò)飲水途徑。因此，筆者聚焦于研究污染物通過(guò)飲水途徑所致的健康風(fēng)險(xiǎn)。模型如下。

化學(xué)致癌污染物經(jīng)飲水途徑對(duì)人體健康產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型見(jiàn)式(1)(US EPA，1989)。

(1)

式中：Rc為所有化學(xué)致癌物對(duì)個(gè)體健康產(chǎn)生危害的年總風(fēng)險(xiǎn)“a-1”；Rci為化學(xué)致癌物i所致的健康風(fēng)險(xiǎn)(a-1)；Di為污染物i的單位體重日均暴露劑量[mg / (kg · d)]；Qi為化學(xué)致癌強(qiáng)度系數(shù)[(kg·d) / mg]；Ci為污染物平均濃度(mg/L)；M為日均飲水量(L)；u為平均壽命(a)；W為平均體重(kg)。

非致癌物經(jīng)飲水途徑對(duì)人體健康產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型見(jiàn)式(2)(US EPA，1989)。

(2)

式中：Rn為各非致癌物健康危害的總風(fēng)險(xiǎn)(a-1)；Rni為非致癌物i所致健康風(fēng)險(xiǎn)(a-1)；DRfi為非致癌物i的參考劑量[mg / (kg · d)]。

污染物經(jīng)飲水途徑對(duì)人體健康產(chǎn)生健康總風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型見(jiàn)式(3)(US EPA，1989)。

R=Rc+Rn

(3)

式中：R為所有污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的個(gè)體年健康總風(fēng)險(xiǎn)(a-1)。

1.3.2 梯形模糊評(píng)價(jià)模型

(4)

通常采用α—截集技術(shù)簡(jiǎn)化計(jì)算(曲昌盛等，2018)，α=0.9是容易被人們接受的可信度水平(李如忠，2007)，故筆者α均取0.9，其轉(zhuǎn)化公式見(jiàn)式(5)。

(5)

α—截集的加、乘、除運(yùn)算法則見(jiàn)式(6)。

(6)

(2)基于梯形模糊數(shù)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。對(duì)于可信度水平α(0 ≤α≤ 1)，根據(jù)式(1)～(6)，地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)的致癌風(fēng)險(xiǎn)、非致癌風(fēng)險(xiǎn)以及總風(fēng)險(xiǎn)的模糊評(píng)價(jià)模型(曲昌盛等，2018；HU Beibei et al.，2015；李如忠等，2011)分別見(jiàn)式(7)～(9) 。

(7)

(8)

(9)

根據(jù)相關(guān)研究成果(李如忠，2007；?；勰龋?009；李如忠等，2011；HU Beibei et al.，2015；曲昌盛等，2018)，同時(shí)結(jié)合US EPA和ICRP的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間劃分6個(gè)等級(jí)，由Ⅰ至Ⅳ表示對(duì)人類(lèi)造成的危害逐級(jí)增加，1.0×10-4a-1為最大風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高于Ⅲ級(jí)則處于風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，具體見(jiàn)表3。

表3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)表Tab.3 Levels of assessment standards

2 結(jié)果與分析

對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻數(shù)分析，獲取最小值、最大值及最概然區(qū)間上下限，構(gòu)建梯形模糊數(shù)，用EXCEL軟件進(jìn)行α—截集化處理，獲得污染物濃度梯形模糊化結(jié)果和α—截集化結(jié)果。

2.1 地下水環(huán)境化學(xué)致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

研究區(qū)地下水環(huán)境由致癌污染物As、Cr(VI)和Cd引起的人體健康風(fēng)險(xiǎn)(表4、表5)。

表4 化學(xué)致癌物所致人體健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間(a-1)Tab.4 Interval values of carcinogenic risks of pollutants (a-1)

由表4可知，化學(xué)致癌物As和Cd經(jīng)飲水途徑對(duì)男、女、成人和兒童4種不同暴露受體所致的風(fēng)險(xiǎn)均低于最大可接受水平1.0×10-4a-1，而Cr(VI)的致癌風(fēng)險(xiǎn)值在5.700×10-5～1.210×10-4a-1，部分高于最大可接受水平。因?yàn)檠芯繀^(qū)Cr(VI)平均檢出濃度達(dá)0.006 mg/L，且Cr(VI)的致癌強(qiáng)度系數(shù)高，因此Cr(VI)為研究區(qū)地下水中首要風(fēng)險(xiǎn)控制指標(biāo)。

表5 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)化學(xué)致癌物所致人體健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間(a-1)Tab.5 Interval values of carcinogenic risks of pollutants at different monitoring sites (a-1)

由表5可見(jiàn)，致癌風(fēng)險(xiǎn)集中在水源地上游，向下游方向逐漸降低。地下水流上游(4#)的致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，個(gè)體年健康風(fēng)險(xiǎn)值在1.498×10-4～2.543×10-4a-1，超過(guò)了US EPA推薦的最大可接受水平1.0×10-4a-1，處于風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；其次為地下水流中游(1#)，風(fēng)險(xiǎn)值在2.959×10-5～1.086×10-4a-1，在超過(guò)90%置信度下低于最大可接受水平1.0×10-4a-1；地下水流下游(2#)的化學(xué)致癌風(fēng)險(xiǎn)最低，風(fēng)險(xiǎn)值在2.959×10-5～4.947×10-5a-1，低于最大可接受水平。另外，不同受體相比，女性致癌風(fēng)險(xiǎn)比男性高，成人致癌風(fēng)險(xiǎn)比兒童高。

2.2 地下水環(huán)境非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)分析

研究區(qū)地下水環(huán)境由非致癌污染物NH3-N、F、CN、揮發(fā)性酚類(lèi)、Pb、Hg、As、Cr(VI)、Cd引起的健康風(fēng)險(xiǎn)(表6、表7)。

表6 非致癌物所致人體健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間(a-1)Tab.6 Interval values of non-carcinogenic risks of pollutants (a-1)

由表6可知，單個(gè)污染物經(jīng)過(guò)飲水途徑對(duì)不同暴露受體所致的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值在10-12～10-9a-1水平，遠(yuǎn)低于最大可接受水平。相比其他非致癌物的風(fēng)險(xiǎn)，氟化物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)最大，Cr(VI)次之，揮發(fā)性酚類(lèi)最小。其中，氟化物最大風(fēng)險(xiǎn)為2.326×10-9a-1，但危害很小，即每年每?jī)|人口中因飲用水中非致癌物而受到健康危害或死亡的人數(shù)不到1人。

表7 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)非致癌物所致人體健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間(a-1)Tab.7 Interval values of non-carcinogenic risks of pollutant at different monitoring sites (a-1)

由表7可知，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量級(jí)均在10-9a-1水平，遠(yuǎn)低于最大可接受水平，處于安全狀態(tài)。非致癌風(fēng)險(xiǎn)在空間尺度上的變化規(guī)律與致癌風(fēng)險(xiǎn)一致，亦是水源地上游(4#)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值最高，其次為中游(1#和3#)，下游(2#)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)最低。不同暴露受體間，女性的非致癌風(fēng)險(xiǎn)高于男性，成人的高于兒童。相比于致癌風(fēng)險(xiǎn)，4種暴露受體的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均遠(yuǎn)低于致癌風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 地下水環(huán)境健康總風(fēng)險(xiǎn)分析

一畝泉水源地的地下水環(huán)境由致癌污染物與非致癌污染物引起的健康總風(fēng)險(xiǎn)(表8)。

表8 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水環(huán)境健康總風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間(a-1)Tab.8 The total human health risks in groundwater at different monitoring sites (a-1)

由表8可知，該水源地下水環(huán)境健康總風(fēng)險(xiǎn)平均在2.959×10-5～1.504×10-4a-1，55%以上可信度下不超過(guò)III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，總體為可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。其中，水源地上游(4#)處于IV級(jí)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，超過(guò)最大可接受水平1.0×10-4a-1，具有較高的負(fù)面效應(yīng)，應(yīng)引起重視。中游(1#)除兒童外，其他暴露受體的健康總風(fēng)險(xiǎn)均處于II—IV級(jí)，具有較大的波動(dòng)性；男性、女性和成人健康總風(fēng)險(xiǎn)約在90%可信度下未超過(guò)III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，不到10%可信度下屬于IV級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，兒童的健康總風(fēng)險(xiǎn)100%可信度下未超過(guò)III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，所以中游(1#)的風(fēng)險(xiǎn)總體為可接受水平，但小部分超過(guò)III級(jí)，管控時(shí)應(yīng)引起一定的重視。中游(3#)男性、女性和成人的健康總風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)80%可信度下屬于III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，20%可信度下屬于II級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，兒童的健康總風(fēng)險(xiǎn)在54.57%可信度下屬于III級(jí)，45.43%可信度下屬于II級(jí)，為可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。地下水流下游(2#)的健康總風(fēng)險(xiǎn)最小，屬于II級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，在可接受風(fēng)險(xiǎn)水平內(nèi)。對(duì)比不同暴露受體，女性的健康總風(fēng)險(xiǎn)高于男性，成人的風(fēng)險(xiǎn)高于兒童。

綜上所述，該水源地的致癌風(fēng)險(xiǎn)在10-5～10-4數(shù)量級(jí)，非致癌風(fēng)險(xiǎn)在10-9數(shù)量級(jí)，可見(jiàn)致癌污染物為優(yōu)先控制污染物；而致癌污染物中，Cr(VI)引起的風(fēng)險(xiǎn)最大，是主要風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)。

3 討論

3.1 與傳統(tǒng)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)比討論

采用傳統(tǒng)確定性地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)研究區(qū)地下水環(huán)境健康總風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 傳統(tǒng)模型的環(huán)境健康總風(fēng)險(xiǎn)值(a-1)Tab.9 Total environmental health risk values of the traditional model (a-1)

對(duì)比分析表8和表9可知，針對(duì)不同暴露受體，傳統(tǒng)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與梯形模糊評(píng)價(jià)結(jié)果相一致，均是女性風(fēng)險(xiǎn)高于男性，成人風(fēng)險(xiǎn)高于兒童。從地下水流場(chǎng)角度來(lái)看，用傳統(tǒng)模型評(píng)價(jià)的健康總風(fēng)險(xiǎn)值與模糊模型評(píng)價(jià)結(jié)果的變化趨勢(shì)基本一致，但在中游(3#)處，采用傳統(tǒng)確定模型評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)值超過(guò)模糊模型評(píng)價(jià)結(jié)果的區(qū)間上限，可見(jiàn)采用平均濃度估算風(fēng)險(xiǎn)容易受個(gè)別高值點(diǎn)的影響，導(dǎo)致高估風(fēng)險(xiǎn)情況。另外，在地下水流中游(1#和3#)用傳統(tǒng)模型評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)值固定單一，忽略了過(guò)渡狀態(tài)，不能很好地反應(yīng)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)情況；而采用梯形模糊模型的評(píng)價(jià)結(jié)果在相對(duì)應(yīng)的可信度下處于不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，可以更好的刻畫(huà)臨界狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)情況。因此，對(duì)污染物濃度梯形模糊化，包含更多信息，使評(píng)價(jià)結(jié)果更全面可靠，為風(fēng)險(xiǎn)決策提供更詳細(xì)的科學(xué)依據(jù)。

3.2 與三角模糊評(píng)價(jià)模型對(duì)比討論

三角模糊數(shù)是梯形模糊數(shù)的特殊形式，當(dāng)梯形模糊數(shù)的最概然區(qū)間為單一值時(shí)，即為三角模糊數(shù)。相比傳統(tǒng)確定性模型，三角模糊模型可一定程度上降低不確定性(鄭德鳳等，2015；陳潔等，2017；曲昌盛，2018)。然而地下水中污染物的濃度受多種因素影響，隨時(shí)空的變化污染物濃度數(shù)據(jù)不盡相同，存在個(gè)別最大值和最小值，但大部分濃度值落在一個(gè)區(qū)間內(nèi)。三角模糊數(shù)因其隸屬函數(shù)的限制，無(wú)法很好擬合這類(lèi)峰值較寬數(shù)據(jù)，而梯形模糊數(shù)的最概然區(qū)間可以很好的表示污染物濃度的最可能范圍。此外，三角模糊數(shù)通常是以樣本均值來(lái)構(gòu)造最可能值(李如忠，2007；金菊良，2008)，但均值往往會(huì)受個(gè)別高值或低值點(diǎn)的影響，而梯形模糊數(shù)通過(guò)對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻數(shù)分析來(lái)確定最概然區(qū)間，不受異常值的影響。如該水源地石家莊村監(jiān)測(cè)點(diǎn)Cr(VI)濃度的三角模糊數(shù)為[0.005,0.011,0.017]，梯形模糊數(shù)為[0.002,0.011,0.013,0.014 ]，通過(guò)α—截集技術(shù)簡(jiǎn)化后，Cr(VI)濃度的三角α—截集和梯形α—截集分別為[0.010 4,0.022 4]和[0.010 1,0.013 1]，可見(jiàn)該監(jiān)測(cè)點(diǎn)受個(gè)別高值點(diǎn)的影響，使得三角模糊數(shù)的截集比梯形模糊數(shù)截集大。因此，梯形模糊評(píng)價(jià)模型的適用性更強(qiáng)。

3.3 水源地風(fēng)險(xiǎn)成因及管理措施

研究結(jié)果表明，該水源地下水環(huán)境中非致癌物所致的健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于致癌物，這與中國(guó)眾多學(xué)者對(duì)水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究結(jié)果吻合(張勇等，2019；Li Peiyue et al.，2014)。因此，地下水水質(zhì)管理應(yīng)優(yōu)先控制致癌污染物。

健康風(fēng)險(xiǎn)水平由水源地上游至下游遞減，與Cr(VI)的分布相近，可見(jiàn)Cr(VI)是影響該地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的首要污染物，這與任曉霞等人研究結(jié)果一致(任曉霞等，2019)。主要因?yàn)樵h(huán)境中Cr(VI)的背景值較高，據(jù)有關(guān)資料顯示，1980年研究區(qū)地下水中Cr的背景值為0.01mg/L(宋玉環(huán)，2000)，而上游平均檢出濃度達(dá)0.011 mg/L。另外，一畝泉水源地曾作為保定市主要供水水源地，長(zhǎng)期大量開(kāi)采地下水導(dǎo)致地下水位下降，打破原有的水化學(xué)平衡狀態(tài)，使得土壤及含水層骨架上的Cr得以釋放；且水源地上游為降落漏斗邊緣，地下水埋深淺，水位面與地面大氣接觸距離小，溶解氧含量高，相比于漏斗中心，屬于氧化環(huán)境，Cr(III)更易被氧化為Cr(VI)遷移進(jìn)地下水，形成地下水上游Cr(VI)濃度比下游高的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，原生環(huán)境富含Cr是產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)，而地下水長(zhǎng)期開(kāi)采等引起的環(huán)境變化及氧化還原條件的變化是產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)力，顧小凡等(2015)對(duì)吳起縣地下水中Cr(VI)的來(lái)源分析可佐證這一結(jié)論。因此，應(yīng)進(jìn)一步研究地下水Cr的成因機(jī)理，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)管理并預(yù)測(cè)污染，為水源地保護(hù)提供理論依據(jù)。同時(shí)，嚴(yán)格控制研究區(qū)地下水開(kāi)采量，減緩原有水化學(xué)平衡狀態(tài)的改變，防止地下水中Cr(VI)的污染加劇。此外，筆者將暴露受體分類(lèi)進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)女性風(fēng)險(xiǎn)高于男性，成人風(fēng)險(xiǎn)高于兒童，這一結(jié)論與段小麗等(2008)對(duì)北京市某垃圾填埋場(chǎng)地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)果一致。但也有研究發(fā)現(xiàn)男性風(fēng)險(xiǎn)高于女性(余璇等，2017)，兒童風(fēng)險(xiǎn)高于成人(陳方遠(yuǎn)等，2017)，主要由于選擇的暴露受體參數(shù)不同。由此可證，暴露參數(shù)選擇不當(dāng)會(huì)造成評(píng)價(jià)結(jié)果偏差，應(yīng)對(duì)暴露參數(shù)的敏感性進(jìn)行下一步的探討。

3.4 不確定性討論

環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中不確定性主要來(lái)源于參數(shù)選擇、事件背景和模型本身(王永杰等，2003)。水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中涉及很多參數(shù)，其中多數(shù)參數(shù)為范圍值，如個(gè)人壽命、飲水量、體重及污染物濃度。陳潔等(2017)發(fā)現(xiàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)污染物濃度的不確定性敏感性強(qiáng)。因此，對(duì)污染物濃度進(jìn)行梯形模糊處理，可有效降低濃度波動(dòng)帶來(lái)的不確定性。此外，暴露參數(shù)是健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究中的關(guān)鍵性參數(shù)，因人種與地區(qū)不同，中國(guó)人群的暴露特征與西方國(guó)家的差異較大(段小麗等，2012)；已有研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)居民的各種暴露參數(shù)與美國(guó)相差2.5%～33.3%(王宗爽，2009)，但在進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)研究時(shí)，中國(guó)學(xué)者主要以借鑒國(guó)外參數(shù)資料為主，這會(huì)造成評(píng)價(jià)結(jié)果的偏差。為此王宗爽等通過(guò)綜合文獻(xiàn)與收集資料，得出了中國(guó)成年男性體重均值為62.7 kg,成年女性體重均值為54.4 kg(王宗爽，2009)。而中國(guó)因地域?qū)拸V，民族多元，南北方人群無(wú)論是飲食習(xí)慣還是身體特征差異都很大。因此，暴露參數(shù)地區(qū)化對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)健康風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。筆者通過(guò)調(diào)研得出研究區(qū)成年男性與女性的平均體重分別為70.6 kg和59.0 kg，比全國(guó)平均值分別高出12.6%和8.5%；而男、女性日均飲水量分別為2.40 L和2.07 L，分別是段小麗等在河南泌陽(yáng)縣調(diào)研所得結(jié)果的1.01倍和0.93倍(段小麗，2011)。因此，在研究人體健康風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，獲取接近研究目標(biāo)的暴露參數(shù)是降低不確定性的有效手段。

通過(guò)飲水途徑所致的暴露風(fēng)險(xiǎn)與暴露人群的生活習(xí)慣也緊密相關(guān)，韓冰等(2006)考慮到中國(guó)居民喝開(kāi)水的習(xí)慣，研究加熱沸騰對(duì)水中污染物濃度的影響，發(fā)現(xiàn)沸騰1 min，水中三氯乙烯、四氯乙烯減少80%以上，四氯化碳減少90%。因此，生活習(xí)慣對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)造成一定的影響，應(yīng)進(jìn)行下一步的修正研究。另外，數(shù)學(xué)模型是對(duì)真實(shí)情況的簡(jiǎn)化總結(jié)，與實(shí)際情況存在一定差異(王永杰等，2003)。如各種有毒物質(zhì)危害人體的機(jī)理并非完全相同(楊文杰等，2018)，并存時(shí)可能產(chǎn)生聯(lián)合毒性，不能簡(jiǎn)化為各毒物毒性疊加。但由于目前仍未形成系統(tǒng)理論和方法學(xué)，以加和的方式計(jì)算總風(fēng)險(xiǎn)會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性，需要進(jìn)行更深的探索研究。

4 結(jié)論

(1)一畝泉水源地地下水環(huán)境的健康總風(fēng)險(xiǎn)在2.959×10-5～1.504×10-4a-1，55%以上可信度下不超過(guò)III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，總體為可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，但在水源地上游的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引起必要重視。其風(fēng)險(xiǎn)主要是Cr(VI)引起的，是風(fēng)險(xiǎn)決策管理時(shí)重點(diǎn)考慮的指標(biāo)。不同受體對(duì)比，女性健康風(fēng)險(xiǎn)較男性高，成人風(fēng)險(xiǎn)較兒童高。

(2)該水源地的原生環(huán)境富含Cr是產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)，而地下水長(zhǎng)期開(kāi)采等人類(lèi)活動(dòng)引起的環(huán)境變化是風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力。因此，應(yīng)從地下水上游著手，加強(qiáng)對(duì)該水源地原生環(huán)境中Cr的監(jiān)測(cè)，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警研究；同時(shí)合理控制地下水開(kāi)采，減緩水動(dòng)力場(chǎng)及環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)，防止地下水Cr(VI)污染加劇。此外，針對(duì)不同受體應(yīng)分層次進(jìn)行防控。

(3)相對(duì)于傳統(tǒng)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，梯形模糊評(píng)價(jià)模型能降低濃度波動(dòng)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，且風(fēng)險(xiǎn)在相對(duì)應(yīng)的可信度下處于不同等級(jí)，可更好刻畫(huà)臨界狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)情況，為風(fēng)險(xiǎn)決策提供更詳細(xì)的科學(xué)依據(jù)；相對(duì)于三角模糊模型，梯形模糊模型能更好擬合峰值較寬的濃度數(shù)據(jù)，適用性更強(qiáng)。采用梯形模糊模型及選擇恰當(dāng)?shù)谋┞秴?shù)是降低不確定性的重要手段，但對(duì)模型本身的不確定性仍需要進(jìn)一步研究。