一种基于未确知数学理论的水环境风险三等级评价方法与流程

本发明属于水环境健康风险评价领域，具体涉及一种基于未确知数学理论的水环境风险三等级评价方法。

背景技术：

近年来，随着社会经济的不断发展以及水环境处理设施的不够完善，工农业生产产生的许多有害物质被排放到各类水体中，水环境健康受到严重影响。频发的风险事件驱使水环境健康风险评价一直作为科学研究的热点，其可以定量评估水环境中各类物质可能对人体健康造成的危害风险度及相关指数。然而水环境系统本身就是一个复杂的系统，包括污染物浓度及其变化情况、污染物时空分布特征，流域人口特征等均存在不确定性，传统的确定性水环境健康风险评价模型有待改进。而目前采用不确定性评价方法对洮滆水系水环境系统中各类有害物质浓度包括化学致癌物和非致癌化学有毒物质的整体变化情况的研究还较少。因此建立一套未确知数学理论的水环境风险评价方法是有必要的。

技术实现要素：

针对现有问题的不足，本发明的目的是提供一种基于未确知数学理论的水环境风险三等级评价方法。本发明方法简单，能方便决策者迅速的做出相关决策，避免了耗费大量的财力成本和时间成本，具有很强的实用性和广泛的适用性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于未确知数学理论的水环境风险三等级评价方法，以水环境系统中的各类污染物为参照对象，在水环境系统健康风险确定性评价模型的基础上，基于未确知数学理论建立了水环境健康风险分级评价方法。

作为改进的是，所述方法将水环境系统中污染物浓度cw、人群健康寿命n和成人体重a三个参量定义成未确知参数。

作为改进的是，所述方法以国际辐射委员会标准5.0×10^-5a^-1：s1和瑞典环保局与荷兰建设和环境保护部标准1.0×10^-6a^-1：s2为基础构建水环境健康风险三等级模型，所述方法可以计算出各类污染物的风险度r处于各风险等级的风险指数根据风险指数大小，则对应的风险等级k即为污染物的的风险等级。对应表如下：

上述基于未确知数学理论的水环境风险三等级评价方法，包括以下步骤：

步骤1，确定研究污染物，研究站点，并获取目标年份的逐月监测数据，确定污染物浓度cw的未确知信息cw＝{[m,n],f(x)}；式中：cw为水中污染物浓度,mg/l，cw的取值区间为[m,n]，f(x)为cw在区间[m,n]上的可信度分布函数；其中，w＝i时，表示化学致癌物浓度，w＝j时，表示非致癌化学有毒物质浓度；

步骤2，对研究区流域人口相关资料进行调查，人群健康寿命n、成人体重a两个参量的未确知信息：n＝{[e,f],h(z)}，a＝{[c,d],g(y)}；

式中，n为人群健康寿命，n的取值区间为[e,f]，h(z)为n在区间[e,f]上的可信度分布函数；a为成人体重，kg，a的取值区间为[c,d]，g(y)为a在区间[c,d]上的可信度分布函数；

步骤3，根据步骤1确定的污染物种类，查阅国际癌症研究机构标准，得出化学致癌物致癌强度系数qig和非致癌物质参考量rfdjg值；

步骤4，将步骤1，步骤2，步骤3，步骤4中确定的模型参数值带入基于未确知数学理论的水环境健康风险评价模型中进行计算：

rig＝[1-exp(-digqig)]/{[e,f],h(z)}、rjg＝(djg×10^-6/rfdjg)/{[e,f],h(z)}；

其中：dig＝wci/a、djg＝wcj/a

式中，rig为物质i产生的个人平均致癌风险度，a^-1，dig为物质i的单位体重日均暴露量,mg/(kggd)，w为成人每日饮水量；qig为物质i的致癌强度系数,(mg/(kggd))^-1；rjg为物质产生的个人平均风险度，a^-1，djg为物质j的单位体重日均暴露量,mg/(kggd)；rfdjg为物质j的参考剂量,mg/(kggd)；

得出水环境中各类污染物的风险度r及其对应的可信度分布情况；

步骤5，根据上述水环境健康风险三等级模型，首先计算出各类污染物的风险度r处于各风险等级的风险指数根据风险指数大小，则对应的风险等级k即为污染物的的风险等级。

有益效果：

本发明提供的基于未确知数学理论的水环境风险三等级评价方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：该方法以水环境系统中的各类污染物为参照对象，在水环境系统健康风险确定性评价模型的基础上，基于未确知数学理论建立了水环境健康风险分级评价方法；该方法不仅可以得出各有害物质对人体产生危害的风险度及其对应的可信度分布，还可以划分其风险等级并得出其对应的风险指数，为水环境风险管理控制提供依据；与现有技术相比，本发明方法简单，能方便决策者迅速的做出相关决策，避免了耗费大量的财力成本和时间成本，具有很强的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为分水大桥站as风险度分布；

图2为社渎港桥站as风险度分布；

图3为东氿大桥站as风险度分布；

图4为分水大桥站cr⁶⁺风险度分布；

图5为社渎港桥站cr⁶⁺风险度分布；

图6为东氿大桥站cr⁶⁺风险度分布；

图7为分水大桥站nh3-n风险度分布；

图8为社渎港桥站nh3-n风险度分布；

图9为东氿大桥站nh3-n风险度分布；

图10为分水大桥站pb风险度分布；

图11为为社渎港桥站pb风险度分布；

图12东氿大桥站pb风险度分布。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。

实施例1：

所需进行水环境健康风险评价的区域为太湖流域洮滆水系。

步骤1，确定研究污染物为nh3-n、pb、as和cr⁶⁺(化学致癌物包括as和cr⁶⁺，非致癌化学有毒物质包括nh3-n和pb)；确定研究站点为分水大桥、社渎港桥和东氿大桥站三个代表性监测站点；获取2017年的逐月监测数据如表2所示，确定污染物浓度cw的未确知信息如表3、表4所示。

表2各站点污染物浓度检测数据(mg/l)

表3各站点化学致癌物浓度未确知信息

表4各站点非致癌化学物质浓度未确知信息

步骤2，对研究区流域人口相关资料进行调查，人群健康寿命n、成人体重a两个参量的未确知信息如下：

a＝{[40,80],g(y)}，

n＝{[50,90]，h(z)}，

步骤3，根据步骤1确定的污染物种类，查阅国际癌症研究机构标准，得出化学致癌物致癌强度系数qig和非致癌物质参考量rfdjg值如表5所示。

表5化学致癌物的致癌系数和非致癌化学物质参考剂量

步骤4，将步骤1，步骤2，步骤3中确定的模型参数值带入基于未确知数学理论的水环境健康风险评价模型中进行计算：rig＝[1-exp(-digqig)]/{[e,f],h(z)}、rjg＝(djg×10^-6/rfdjg)/{[e,f],h(z)}，计算结果采用柱形图表示，见图1至图12。

步骤5，根据上述水环境健康风险三等级模型，首先计算出各类污染物的风险度r处于各风险等级的风险指数如表6所示。根据风险指数大小，则对应的风险等级k即为污染物的的风险等级。

表6未确知水环境健康风险指数

由图1至图12可以看出：2017年洮滆水系各站点nh3-n和pb相较于as和cr⁶⁺，风险度低3～5个数量级，由此可以发现太湖流域洮滆水系的水环境健康风险主要由化学致癌物造成。

由表6可以看出，分水大桥站化学致癌物as的ⅱ级风险指数为97.95％，故风险等级为ⅱ级；化学致癌物cr⁶⁺的ⅲ级风险指数为59.68％，故风险等级为ⅲ级；非致癌化学物质nh3-n和pb的ⅰ级风险指数均为100％，风险等级均为ⅰ级。造成这一风险的主要原因为分水大桥站上游武进工业开发区的生物制药等化工企业产生的工业污水排入太滆运河，导致水环境中的风险级别高。

社渎港桥站化学致癌物as的ⅱ级风险指数为61.48％，故风险等级为ⅱ级；化学致癌物cr⁶⁺的ⅲ级风险指数为56.95％，故风险等级为ⅲ级；非致癌化学物质nh3-n和pb的ⅰ级风险指数均为100％，风险等级均为ⅰ级。造成这一风险的主要原因为社渎港桥站上游为宜兴市经济技术开发区内的电线电缆企业、服装制造企业等产生的大量工业废水。

东氿大桥站化学致癌物as的ⅱ级风险指数为97.95％，故风险等级为ⅱ级；化学致癌物cr⁶⁺的ⅱ级风险指数为100％，故风险等级为ⅱ级；非致癌化学物质nh3-n和pb的ⅰ级风险指数均为100％，风险等级均为ⅰ级。造成这一风险的主要原因为东氿大桥站上游为宜兴市国家级环保工业园区，工业企业的污水排放标准高，管控力度强，故各类污染物的风险等级相较分水大桥站和社渎港桥站均较小。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范围。