河流健康全指标体系的模糊数学评价方法

河流健康评估的原则和方法摘要：河流健康评估应包括物理－化学评估、生物栖息地质量评估、水文评估和生物群落的评估等内容。

评估需要建立生境因子与生物因子的相关关系，需要建立基准点即参照系统，需要明确水文条件、水质条件和栖息地质量三个要素，需要因地制宜地为每一条河流建立健康评估体系及建立生物监测系统和网络。

关键词：河流健康评估生境参照系统栖息地水文河流健康概念是河流管理的一种评估工具，其目的是建立一套河流生态系统评估体系，评估在自然力与人类活动双重作用下，在长期进化过程中河流生态状态的变化趋势。

河流健康概念包含了对于人类合理开发河流现实的承认，寻求在生态保护与水资源开发之间取得平衡点，河流健康概念是相对的，需要建立―种参照系统，经与这个参照系统比较获得现实河流生态状况的评价。

我国近十余年来开展的河流环境评估，主要是基于水质的物理一化学监测的环境评估，其不足是忽视了河流的水文、水质条件以及河流地貌条件的变化对于河流生物群落的影响。

河流健康概念的建立，导致谋求建立较为完善的评估体系，对于河流生态系统状况进行综合评估。

如何建立评估体系，是河流健康评估的关键技术问题。

一、建立河流健康评估体系的原则1．建立生境因子与生物因子的相关关系生态系统是指一定空间中的生物群落(动物、植物、微生物)与其环境组成的系统，其中各成员借助能量交换和物质循环形成一个有组织的功能复合体。

生态系统是由生物和生境两大部分有机组成，生命部分是生态系统的主体，生境是生命支持系统。

河流是水域生物生命的载体，又是水域生态系统物质流与能量流传输的介质。

在评估体系中需要重视河流生物群落的历史、生存和演变过程，需要重视水域生物群落与河流生境之间的耦合关系。

监测由于人类活动和自然力作用引起的河流的流量、水质、流速、水温、水深和水文周期的种种变化，调查水利水电工程建设、土地利用以及城市化引起的河流地貌学特征的变化，确定生物因子与生境因子之间定性或定量关系，综合评价这些变化对河流生态系统健康的影响。

模糊数学综合评价法模糊综合评价法（fuzzy prehensive evaluation method）模糊数学综合评价法 1模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法。

该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。

它具有结果清晰,系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题,适合各种非确定性问题的解决。

模糊数学综合评价法 2为了便于描述，依据模糊数学的基本概念，对模糊综合评价法中的有关术语定义如下：1．评价因素（F）：系指对招标项目评议的具体内容（例如，价格、各种指标、参数、规范、性能、状况，等等）。

为便于权重分配和评议，可以按评价因素的属性将评价因素分成若干类（例如，商务、技术、价格、伴随服务，等），把每一类都视为单一评价因素，并称之为第一级评价因素（F1）。

第一级评价因素可以设置下属的第二级评价因素（例如，第一级评价因素“商务”可以有下属的第二级评价因素：交货期、付款条件和付款方式，等）。

第二级评价因素可以设置下属的第三级评价因素（F3）。

依此类推。

2．评价因素值（Fv）：系指评价因素的具体值。

例如，某投标人的某技术参数为120，那么，该投标人的该评价因素值为120。

3．评价值（E）：系指评价因素的优劣程度。

评价因素最优的评价值为1（采用百分制时为100分）；欠优的评价因素，依据欠优的程度，其评价值大于或等于零、小于或等于1（采用百分制时为100分），即0≤E≤1（采用百分制时0≤E≤100）。

4．平均评价值（Ep）：系指评标委员会成员对某评价因素评价的平均值。

平均评价值（Ep）＝全体评标委员会成员的评价值之和÷评委数5．权重（W）：系指评价因素的地位和重要程度。

一级评价因素的权重之和为1；每个评价因子的下一个评价因子的权重之和为1。

6．加权平均评价值（Epw）：系指加权后的平均评价值。

加权平均评价值（Epw）＝平均评价值（Ep）×权重（W）。

河流系统健康状况评价体系及评价方法
高学平;赵世新;张晨;涂向阳
【期刊名称】《水利学报》
【年(卷),期】2009(040)008
【摘要】考虑反映河流系统的动力状况、水质状况、河流地貌和生物指标状况、河流服务状况等4个方面,构建了河流系统健康状况评价体系.建立了基于模糊理论的河流健康状况多层次评价模型,给出了相应的评价指标、标准和权重.以海河三岔口河段为例,应用已建的河流系统健康状况模糊综合评价模型,对河流系统的健康状况进行了评价.计算结果表明,该评价体系能定量地从各层次分项指标和总体角度反映河流健康状况,可为河流管理和生态修复工程提供技术支持.
【总页数】7页(P962-968)
【作者】高学平;赵世新;张晨;涂向阳
【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天
津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】X82;X171
【相关文献】
1.基于随机训练样本的河流系统健康状况评价 [J], 张明;周润娟;和蕊
2.模糊综合评价方法在矿井通风系统安全评价体系中的应用 [J], 朱润生
3.辽河流域河流生态系统健康的多指标评价方法 [J], 张楠;孟伟;张远;郑丙辉
4.虚拟企业PPC系统评价体系及评价方法的研究 [J], 赵艳萍;季敏
5.综合指标法评价城市河流生态系统的健康状况 [J], 王琳;宫兆国;张炯;李永昌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

2006年3月水 利 学 报SHUILI XUEBAO第37卷 第3期收稿日期:2005-05-08基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2003CB415104)作者简介:耿雷华(1963-),男,江苏江阴人,高级工程师,主要从事水资源可持续方面的研究。

E -mail:glh2080@文章编号:0559-9350(2006)03-0253-06健康河流的评价指标和评价标准耿雷华,刘恒,钟华平,刘翠善(南京水利科学研究院水文水资源研究所,江苏南京 210029)摘要:从河流的健康内涵出发,立足于河流的特性,考虑到河流的服务功能、环境功能、防洪功能、开发利用功能和生态功能,借鉴国内外对健康河流的认知水平,遵循科学、实用及简明的评价原则,构建单一目标层、5个准则层和25个具体指标的健康河流评价体系,探索性地提出了健康河流的评价标准。

以澜沧江为例对建立的评价指标、评价标准和评价方法进行了验证应用。

成果为健康河流的定量评价提供了技术手段。

关键词:健康河流;评价指标;评价标准;河流功能;澜沧江中图分类号:X826文献标识码:A河流是大气环流和地球下垫面共同作用的产物。

河流也拥有 生命 [1]。

直接地说河流为人类提供了水,间接地说为人类提供生存环境。

河流的健康与否影响人类自身的生存和发展,那么究竟什么样的河流是健康的,各国科学家均对此问题展开了研究和讨论。

本文从评价指标这一角度出发讨论河流的 健康问题 。

由于河流健康涉及的范畴比较广泛,各个国家、各条河流所面临的问题也不尽相同,既有共性问题,也有地区性的特定问题[2]。

因此,用什么指标衡量,以及如何衡量具有一定的特殊性,在国外的文献[3~5]中也有较大差别。

然而,最基本的认识是相同的,即如果没有水,将不成其为河流;如果水严重污染,失去其使用的功能也不成其为健康河流。

1 健康河流的评价指标体系及标准河流健康的内涵是[2,6,7]:河流的生命是河流水系按一定方向和路径进行的水循环过程,地表径流沿河流水系持续运动是河流生命的表现方式。

模糊综合评价法在水环境质量评价中的应用摘要：为提升水环境质量评价的客观性、真实性与准确性，响应生态文明建设要求、推进生态环保进程，本文研究模糊综合评价法在水环境质量评价中的应用。

介绍了模糊综合评价法的概念及应用原理；以某公园水体为例，分析模糊综合评价法在水环境质量评价中的应用，从准备工作、综合评价、结果分析三角度出发，列举应用策略，结合评价结果，提出相应的治理建议。

期望本文能够为相关工作者带来一定的参考作用。

关键词：模糊综合评价法；水环境；质量评价。

一、模糊综合评价法介绍在生态文明建设日益推进的时代背景下，水环境保护越发受到社会公众的一致重视。

目前看来，相关工作者多会采用模糊综合评价法，评估水环境的具体质量，具体而言，它是一种基于模糊数学模型的评价方法，其应用原理为结合模糊数学的隶属度，将定性评价转化为定量评价，进而准确评估得出水环境的具体质量，为环境保护工作提供一定的参考依据[1]。

在实际应用中，工作人员通常会采用此种方式，搜集与水环境质量变化的连续性、分级界限的模糊性有关的数据信息，在综合考虑多种因素的基础上，评估水环境的实际情况，实践证明，该方法有着较好的应用效果，得出的数据信息清晰、真实、可靠，同时具有较强的系统性，工作人员可借助该方法得出的数据，解决一些难以量化的生态环保问题，保障环境治理工作的顺利开展。

二、水环境质量评价应用模糊综合评价法的具体策略（一）准备工作通常情况下，在水环境质量评价中，工作人员应统筹考虑如下几点因素：感官性因素、氧平衡因素、营养盐类因子、毒物因子、微生物因子。

本文选择某一位于郊野公园的水体进行研究，该水体具有较强观赏性，因此开始正式的评估前，工作人员需参照《特征水质参数表》中对生活娱乐设施水体提出的要求，设计水环境质量评价因素集合。

本文设计了如下几类集合：PH、总磷、总氮、溶解氧、高锰酸盐指数。

毋庸置疑，实际应用中，水环境的优劣具有较强的模糊性，在测定水环境遭受污染的具体程度时，工作人员很难把控好受污染的实际界限，这些均属于水环境质量评价中的模糊现象，需借助模糊综合评价法来解决，具体的处理步骤一般如下：确定评价因素集合、确定评语集合、建立隶属函数、确定评价因子对评语集合隶属度、构建模糊矩阵、确立权重集合、得出综合评价结果[2]。

模糊数学评价法
模糊数学评价法是一种根据模糊数学原理进行评价和决策的方法。

它的基本思想是将事物的评价指标量化为模糊数，并使用模糊运算进行计算和比较。

模糊数学评价法包含以下几个步骤：
1. 确定评价指标：首先确定评价对象的各个指标，例如产品的质量、性能、价格等。

2. 模糊化：将各个指标进行模糊化处理，将其转化为模糊数。

模糊化可以通过专家的经验判断或者数据统计等方法进行。

3. 确定评价集合：根据用户的需求和评价对象的特点，确定评价集合，例如优、良、中、差等。

4. 计算评价指标的隶属度：根据模糊数学的原理，计算各个评价指标在各个评价集合中的隶属度。

5. 模糊运算：根据评价指标的隶属度进行模糊运算，得到评价对象的综合评价。

6. 判断评价对象的等级：根据综合评价的结果，确定评价对象的等级或者排名。

模糊数学评价法可以考虑到评价对象的多样性和不确定性，同时能够处理评价指标之间的相互关系和权重，提高评价结果的
客观性和准确性。

它在产品评价、企业绩效评价、投资决策等方面具有广泛的应用。

河流生态健康评价常用方法介绍河流是地球上重要的淡水资源之一，对于维持生态系统的正常运行、保护生物多样性以及供给人类用水起着至关重要的作用。

因此，评价河流生态健康状况是保护河流生态系统的重要工作之一、本文将介绍几种常用的河流生态健康评价方法。

一、生物学指数评价法生物学指数评价法是基于河流中生物群落的类型、结构和功能的一种评价方法。

这种方法基于生物群落的特征可以反映出河流水质和生态系统的状况。

例如，河流中各种生物的多样性水平可以评价河流的水质状况，生物种类的分布和数量可以反映河流生态系统的稳定性。

利用鱼类群落结构、底栖动物群落分析等方法可以对河流生态系统进行定量评价。

二、水质指数评价法水质指数评价法是通过测定河流中的水质指标来评价河流的生态健康状况。

包括物理化学指标如溶解氧、浊度、氨氮等，也包括生物指标如叶绿素a含量、细菌总数等。

通过测定这些指标的数值并与国家和地方的水质标准进行对比，可以判断河流水质的健康程度。

三、地貌指数评价法地貌指数评价法是以河流地貌特征为基础的评价方法。

这种方法通过观察河流的河道形态、地貌特征、水体流速等来评价河流的生态状况。

例如，河流的土壤侵蚀程度、河谷的侵蚀速率、河床形态的稳定程度等可以反映出河流健康状况。

四、人工标志评价法人工标志评价法是通过安装一系列的标志物来评价河流的生态健康状况。

这些标志物可以是人工制造的人工结构物，也可以是自然界中已经存在的标志物。

通过观察这些标志物的生物多样性和生活状况，可以判断河流的生态健康状况。

例如，设置河流中的人工湿地、水生植物区域等可以为鸟类和其他动物提供合适的栖息地，有助于增加生物多样性。

总之，河流生态健康评价方法可以从不同的角度研究河流的生态系统状况，包括生物学指数评价法、水质指数评价法、地貌指数评价法和人工标志评价法等。

这些评价方法可以相互补充，综合运用可以更全面地评价河流的生态健康状况。

在河流保护和管理过程中，应该结合具体情况选择适用的评价方法，并结合政策制定科学、有效的管理措施，以保护和提升河流的生态健康。

水环境质量评价的模糊数学法
王淑文;刘臣
【期刊名称】《吉林水利》
【年(卷),期】2001(000)002
【摘要】本文着重介绍模糊数学法,并运用模糊数学法和分级评价法中的地图重叠法分别对通化市哈泥河水质进行评价对比,发现模糊数学法不仅直观易懂,而且弥补了地图重叠法的不完善之处.因此,用模糊数学法评价水质,结论更符合客观实际.【总页数】3页(P20-22)
【作者】王淑文;刘臣
【作者单位】吉林省通化水文水资源勘测局水质监测科,吉林,通化,134000;吉林省通化水文水资源勘测局水质监测科,吉林,通化,134000
【正文语种】中文
【中图分类】TV131
【相关文献】
1.模糊数学法在青海省黑河水环境质量评价中的应用分析 [J], 张泰然;王维;吴蓉蓉
2.模糊数学法在水环境质量评价中的应用——以滦河迁安段为例 [J], 韩国才;澈丽木格
3.模糊数学法在兰州市地表水环境质量评价中的应用分析研究 [J], 付宁;任学昌;朱文萍;张国祯
4.模糊数学法在深部矿坑水环境质量评价中的应用 [J], 周沛洁;李峰;李保珠;杨帆;
钱玲玲
5.基于改进模糊数学法的河流水环境质量评价 [J], 吕卓然;丁爽;王凌青
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应用模糊数学方法评价水环境质量作者：孔瑾李卓来源：《北方环境》2011年第09期摘要：模糊综合评价就是根据给出的评价标准和实测值，经过模糊变换，对待评价对象给出总的评价的一种方法。

在水质评价中，确定评价因子集、评价集、隶属函数，然后通过计算确定水质级别。

本文采用模糊综合评价方法，对锦州市大凌河3个断面进行模糊综合评价。

关键词：模糊数学；隶属函数；模糊综合评价中图分类号： X82 文献标识码：A 文章编号：1007-0370（2011）09-0055-02By Fuzzy Mathematics to Evaluate Water QualityKong JinLi Zhuo（Jinzhou Environmental Monitoring Center,Liaoning121001）Abstract: Fuzzy comprehensive evaluation is based on evaluation criteria and given the measured values, after the fuzzy transformation, treatment evaluation of the overall evaluation of the object of a given method. In water quality assessment to determine the evaluation factors set, evaluation set, membership function, and then determined by calculating the water level. In this paper, fuzzy comprehensive evaluation method, Jinzhou City, Daling 3 sections for fuzzy comprehensive evaluation.Key Words: fuzzy mathematics; subordinate function; fuzzy comprehensive evaluation前言模糊综合评价是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清，不易定量的因素定量化，进行综合评价的一种方法。

模糊数学综合评价法
模糊数学综合评价法（FMEA）是一种多维度考量的前瞻性评价技术，它不仅可以预测未来可能发生的错误，也可以提出合理的解决方案以有效地解决这些错误。

模糊数学综合评价法是一种风险管理技术，它能够帮助企业评估可能出现的风险和潜在问题，并有效地将有关活动纳入企业框架中。

模糊数学综合评价法通常以一种金融机构的行为或作为起点，并将其中的多种可能的影响加以分析。

该方法是使用模糊数学原理来评估某项活动可能产生的风险。

它可以比较和综合多种不同方面的各种因素，考虑不确定性的影响。

模糊数学综合评价法是一个复杂的概念，它不仅需要对模糊数学理论进行深入的研究，而且还需要在特定情况下使用更加细节化的分析技术来识别可能存在的风险。

模糊数学综合评价法可以帮助企业以多维度考量可能存在的风险。

它可以从多个不同的角度考虑问题，以识别和评估与其相关的风险。

模糊数学综合评价法还可以帮助企业对未来可能发生的问题进行预测，并为解决这些问题提供合理的解决方案。

此外，模糊数学综合评价法还可以帮助企业制定有效的风险管理战略，采取有效的措施来降低风险，并尽快解决可能出现的问题。

总结而言，模糊数学综合评价法是一种有效的前瞻性评价方法，它可以识别和评估可能存在的风险，并有效地将有关活动纳入整个企业框架中。

当企业运用这种方法来管理风险时，可以有效地
提高效率，减少由风险引起的损失，从而促进企业的可持续发展。

用模糊综合评价法评价河水质量摘要：基于有限的观察方法来评价河水系统中水质量状况可以达到环境管理目标的基本要求。

各种各样的分类方法已经被应用到评价河水流域中状态改变及表层水的可用性。

但是，在各种水使用方式、质量标准使用的不确定性及决策输出值的模糊性这些方面常常产生矛盾。

（水体环境中存在大量不确定因素,各个因子的级别划分、标准的确定都具有较强的模糊性）由于原本的不确定性，某些传统方法在考虑到用各种化学组分、生物方面、营养物质和美学价值来描述整体水质量状况存在一定的困难。

本文阐述了评价水质量的三种模糊综合评价技术与用传统方法（例如水质指数water quality index）得到输出值的方法对比。

从台湾曾文溪中的七个采样点收集大量的数据可以证明这些方法的潜能。

研究表明这些技术可以成功的化解原有的矛盾并解释复杂的情况。

文中描述的先进的、新发展的模糊综合评价法也可被用来测定不同水环境质量的日最大负荷总量，同时对建设一套有效的水质量管理对策也有一定的帮助。

引言：许多国家已经引进河水质量监管和评价体制，依据水质的化学、生物和营养成分以及整体美学状况等方面用来检测水质各种指标。

总指数是最早期管理机构在应对污染控制问题时用评价现状来弄清楚监测优先顺序的综合评价方法。

在文献中有对水质的大量解释。

霍尔顿做了一个对总指数、选择参数和加权参数的创新性尝试。

水质指数是一个总所周知的评价方法，由美国国家科学基金会采用特尔非技术发明的，主要用在正式评价程序中。

水质指数最初设计目的是通过水中九种因子的测定对水质量状况进行整体评价。

在二十世纪八十、九十年代，这被视为非常有前景的一种方面。

在水质指数的基础上用轻微改进概念做了相当多的改进。

但是，在不同水的使用方式、质量标准使用的不确定性及决策输出值的模糊性这些方面常常产生矛盾。

有时候，根据一定范围内不均匀的降水及地表径流来评价季节性水质状况是非常困难的，而且分析时会出现冲突的状况。

第28卷第1期2009年 2月四 川 环 境S I CHUAN ENV I RONM ENTVol 28,No 1February 2009环境评价收稿日期:2008 09 16基金项目:国家自然科学基金重点项目(40730635);国家自然科学基金项目(40571025);高校博士点基金项目(20060284019)。

作者简介:陈 奕(1985-),男,浙江杭州人,南京大学环境科学专业2007级在读硕士研究生,从事水资源与水环境方面的研究。

河流水质评价中模糊数学评价法的应用与比较陈 奕,许有鹏(南京大学地理与海洋科学学院,南京 210093)摘要:选择2005年6个典型日(1月12日、3月10日、5月10日、7月13日、9月8日和11月10日)的水质,运用两种模糊数学评价法对浙江西苕溪流域港口断面的水质进行评价并作比较。

第一种数学评价法采用较为简单的单因素模糊综合评价法,另一种采用多级模糊数学评价法。

评价结果表明,1月12日、3月10日和11月10日的水质达到国家 类水质标准;而5月10日的水质相对最差。

比较两种评价方法,单因素模糊综合评价法对单个因素的影响敏感,特别是超标值对最后的相对隶属度贡献大;而多级模糊评价法综合各个因素来评价现状水质,因而反映出水质的综合情况。

结合港口断面的特点分析水质变差的原因,结论是:流域农业劳作带来的面源污染物质进入港口断面使得该断面在农作高峰期水质较差;同时,断面的水资源短缺问题较为严重,导致水环境容量较小,污染物较难稀释扩散。

关 键 词:模糊数学;单因素模糊综合评价法;多级模糊评价法;水质评价;面源污染中图分类号:X 824 文献标识码:A 文章编号:1001 3644(2009)01 0094 05Application and Com parison of Fuzzy M at he m aticalM et hods in the A ssess m ent of R iverW ater Qualit y C HEN Y ,i XU Y ou peng(Schoo l of G eographic &O ceanogra p hic Sciences ,N anj i ng Universit y,N anjing 210093,China )Abst ract :In th i s pape r ,the w ater qua lities at the secti on of harbors i n X iti aox iR iver o f Zhe jiang prov i nce w ere assessed andcompared w it h t w o fuzzy ma t he m atic m ethods T he sa m pli ng dates w ere selected on 6representati ve days in 2005,i e ,January 12,M arch 10,M ay 10,Ju l y 13,Septe mber 8and N ove m be r 10 T he first m ethod w as si ng le factor f uzzy synthes i s assess m ent method and t he second one w asmultileve l fuzzy assess mentmethod The resu l ts sho wed that t he qua lity o fwater sa mpled on January12,M arch 10and N ovember 10reached the grade I o fw ater standard ,while that on M ay 10was the worst relati vely By co mpar i son o f the resu lts obta i ned by the t wo me t hods ,t he si ng l e factor fuzzy assess m en tm ethod w as m ore sensitive to si ng l e factor ,especia ll y the factors exceedi ng the wa ter standard g rea tly contr i buted to the fi na l relati ve degree of m e m bersh i p Contrastively t he second m ethod i ntegrated a ll factors to assess the w ater quality t o reflect t he overa ll w ater cond itions Consider i ng t he charac teristi cs of the secti on of harbo rs ,itw as conc l uded t hat t he w orseni ng the w ater qua lit y sourced fro m agr i cultural non po i nt po lluti on O n the o t her hand ,the shortage of w ater resources res u lted i n s m a ll water capacity ,sequentiall y t he diffi culties o f d il u ti on and diff usion o f the po llutantsK eyw ords :Fuzzy m athe m atics ;si ng l e factor fuzzy integ ra ted assess m en t m et hod ;mu ltilevel fuzzy assess m ent m ethod ;w ate r qua lity assess m ent ;non po int po lluti on1 引 言河流水质的好坏可以影响到整个区域社会-经济-生态复合系统是否能够可持续的发展,因此对河流水质的合理评价问题日益引起人们的关注。

2009年第30卷第5期中北大学学报(自然科学版)V ol.30　N o.5　2009 (总第127期)JOURNAL O F NORTH UNIVERSIT Y O F CHINA(NATURAL S CIENCE EDITION)(Sum No.127)文章编号:1673-3193(2009)05-0443-07水环境健康风险模糊评价模式研究李如忠(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009)摘　要:　从风险评价系统的模糊性、不精确性出发,运用三角模糊数基本原理描述和表征水环境健康风险.在将常规的确定性模型参数定义为三角模糊参数的基础上,建立了水环境健康风险模糊评价模式.根据该模式,可以计算得到以三角模糊数表示的水环境健康风险程度.作为案例,将该模式应用于淮河干流安徽段某水域的环境健康风险评价,得到总的基因毒物质、躯体毒物质健康风险水平分别为(2.701×10-5,7.760×10-5,20.185×10-5)a-1,(0.463×10-8, 1.425×10-8, 4.147×10-8)a-1.实例研究表明:相对于传统确定性模型,所建模糊评价模式能够更好地刻画研究区域水环境健康风险状态.关键词:　环境健康风险评价;三角模糊数; -截集技术;隶属函数中图分类号:　X820.4 文献标识码:AStudy on Fuzzy Model for WaterEnvironmental Health Risk AssessmentLI Ru-zhong(Scho ol of R eso urces and Enviro nmental Engineer ing,Hefei U niv ersity o f T echnolog y,Hefei230009,China)Abstract:Based on the v agueness and imprecision of assessment system of w ater env ir onm ental health risk,the tr iangular fuzzy num ber theory w as utilized to deno te the health risk.On the basis o f defining the parameter s in traditional certain mo dels as tr iangular fuzzy num bers,uncertain models w ith triang ular fuzzy parameters w ere established.According to these fuzzy m odels,the m em bership functions of risk can be obtained dir ectly.As a case,these new models were used to assess the enviro nm ental health risk of a cer tain w ater area of Anhui prov ince in Huaihe River.Its total risks, co rresponding to gene and non-gene to xic substances,w ere equal to(2.701×10-5,7.760×10-5, 20.185×10-5)a-1and(0.463×10-8,1.425×10-8,4.147×10-8)a-1,respectively.Study r esult show s that the fuzzy models m ore scientifically reveal the health r isk state o f a studied w ater environment than the tr aditional ones.Key words:env ironmental health risk assessment;triangular fuzzy number; -cut technique;m em bership function0　引　言环境健康风险评价是20世纪80年代以后发展起来的,它把环境污染与人体健康联系起来,定量地收稿日期:2008-11-25　基金项目:安微省自然科学基金资助项目(050450303)　作者简介:李如忠(1970-),男,副教授,博士.主要从事环境保护与修复技术研究.描述环境污染对人群健康的危害,估算有害因子对人体危害发生的概率[1].截止目前,国外学者已对水环境健康风险评价的理论、方法与应用开展了大量的研究[2-6],而国内学者的研究则相对较晚[7-12].从总体上看,现有成果绝大多数都是从确定性角度分析、评价研究对象的健康风险水平.针对水环境健康风险评价系统的不确定性、不完整性,确定性评价方法的不足之处是显然的.于是,人们开始从风险评价系统的不确定性着手,寻求新的评价模式.如Chow dhur y 等[5]以模糊集理论研究了水体中放射性物质带来的健康风险;Kentel 等[6]则从模糊性与随机性耦合的角度对区域水环境健康风险进行评价;吴义锋等[7]基于风险评价系统存在的主观不确定性,采用未确知数学理论评价水源地环境健康风险水平.近年来,三角模糊数已大量应用于描述和表征系统或事物的模糊性、不精确性以及系统或事物的随机不确定性特征[13-15].本研究以水环境健康风险评价基本模型为“蓝本”,通过将模型参数三角模糊化,建立了度量水环境健康风险的模糊评价模式.实例研究表明:新建模式较常规确定性方法所得结论显得更为科学、合理.1　基本原理[16]1.1　三角模糊数的定义设a ,b ,c 分别为模糊变量A ~的下限、最可能值和上限,则将模糊数A ~=(a ,b ,c )定义为三角模糊数,相应的隶属函数表示为A ~(x )=(x <a ),(x -a )/(b -a )(a ≤x ≤b ),(c -x )/(c -b )(b ≤x ≤c ),0(x >c ).(1)这里,若下限a >0,则A ~为正的三角模糊数.1.2　三角模糊数运算性质令 为可信度且 ∈[0,1],则可将三角模糊数A~转化为与可信度水平 相对应的区间数,即A ~={x A ~(x )≥ ,x ∈X },(2)这里,称A ~ 为A ~的 -截集,它实际上是可信度水平不低于 的数据集合.通常有A ~ =[a L ,a R ]=[(a 2-a 1) +a 1,-(a 3-a 2) +a 3].(3) 考虑到三角模糊数的乘、除法运算可能带来误差,人们常采用 -截集技术进行模糊数的四则运算或函数计算.这里,假设有两个正三角模糊数B ~=(b 1,b 2,b 3)和C ~=(c 1,c 2,c 3),相应于给定可信度水平( ∈[0,1])的区间值分别为B ~ =[b L ,b R ]和C ~=[c L ,c R ],则有下列运算性质成立,即B ~C ~ =[b L +c L ,b R +c R ],(4)B ~ C ~ =[b L -c R ,b R -c L ],(5)B ~ C ~ =[b L c L ,b R c R ],(6)B ~R C ~ =[b L /c R ,b R /c L ],(7)exp(B ~ )=[ex p(b L ),ex p(bR )],(8)式中:符号 , , , 分别代表加、减、乘法和除法运算.由式(1)～式(8)可以看出,三角模糊数可以看作是定义了隶属函数的区间数[17],它除了可以反映系统或事物的模糊性、不精确性外,也可以通过隶属函数反映各种状态发生频度上的差异,可用于表征一些具有随机特征,但因数据较为有限而难以采用随机理论处理的很多实际问题[13-15].2　评价模型水环境健康风险评价主要是针对水环境中对人体有害的物质,这种物质总体上可以分为两大类,即基因毒物质和躯体毒物质,前者包括放射性污染物和化学致癌物,后者则指非致癌物质.对于放射性污444中北大学学报(自然科学版)2009年第5期染物,在常见水体中,其污染程度都很轻,一般检测不出.有毒有害物质对人体健康产生危害主要有3种暴露途径,即直接接触、摄入水体中的食物和饮用等.其中,饮用被认为是一个非常重要的暴露途径.本文将就化学致癌物和非致癌物质经由饮水途径对人体健康造成的危害影响进行评价.2.1　水环境健康风险评价的基本模式[1,8-9,11]2.1.1　化学致癌物健康危害风险模型基因毒物质中,化学致癌物对健康危害的风险模型可表示为R c =∑k i =1R c ig ,(9)R c ig =[1-exp(-D ig q ig )]/70,(10)式中:R c ig 为化学致癌物i (共k 种化学致癌物)经食入途径对平均个人产生的致癌年风险,a -1;D ig 为化学致癌物i 经食入途径的单位体重日均暴露剂量,mg /(kg ・d);q ig 为化学致癌物经食入途径的致癌强度系数,(m g/(kg ・d))-1;70为人类平均寿命,a.饮水途径的单位体重日均暴露剂量D ig 为D ig = 2.2C i /70,(11)式中: 2.2为成人每日饮水量,L ;C i 为化学毒物质的浓度,mg /L ;70为人均体重,kg .2.1.2　躯体毒物质健康危害风险模型非致癌物对健康危害的风险模型可以表示为R n=∑l j =1R nig ,(12)R nig =(D ig ×10-6/Rf D jg )/70,(13)式中:R nig 为非致癌物j (共l 种非致癌物)经食入途径对平均个人产生的健康危害年风险,a -1;Rf D j g 为非致癌物j 经食入途径的参考剂量,m g /(kg ・d );D j g 为饮水途径单位体重日均暴露剂量,计算方法同式(11).式(9)～(13)被称为水环境健康风险评价的基本模式,它适用于高风险危害评价,模型中各参数一般都是取平均值进行评估、计算.由于平均值掩盖了系统或事物真实的变化特征,因此,评价结果难以客观、准确地刻画研究对象所处的实际风险状态及其相应的相对可信度水平.2.2　三角模糊参数的定义一般来说,成人每日饮水量、成人体重等通常与性别、年龄、饮食习惯、工作性质、生活水平等因素有关.对于某一特定人群而言,成人每日饮水量、成人体重等往往都是在一定范围内随机变化的,通常越接近平均值的人数所占比例越大,远离平均值的极端情况相对较少.同样,水体中污染物浓度、人群寿命等也都有类似特点.当然,精确确定上述参数,特别是污染物浓度、成人每日饮水量等一般都是相当困难的.由三角模糊数定义不难看出,以三角模糊数描述和表征上述参数可能更为合适,暂且把它们定义为三角模糊参数.考虑到人们一般倾向于选取平均值,这里就取平均值作为三角模糊参数的最可能值(即可信度为1),并以参数的最小、最大值分别表示模糊数的下限、上限,相应的隶属函数可根据式(1)计算得到(略).再由 -截集技术,将污染物浓度、成人每日饮水量、成人体重以及人群寿命等分别表示为C ~i =[C i ,L ,C i ,R ],Q ~ =[Q L ,Q R ],W ~ =[W L ,W R ]和S ~ =[S L ,S R ].2.3　健康风险评价的模糊模式从理论上讲,化学致癌物致癌强度系数q ig 和非致癌物参考剂量Rf D jg 因个体不同而存在差异,国际癌症研究机构(IARC )和世界卫生组织(W HO )的推荐值也仅是针对一般情况的统计结果.为简单起见,本研究将它们假设为确定性数值.将上述区间型三角模糊数分别代入式(9)～(13),可以得到相应于不同可信度 ∈[0,1]的健康危害风险水平,即445(总第127期)水环境健康风险模糊评价模式研究(李如忠)R c, =∑k i=11-ex p(-[QL,QR] [Ci,L,Ci,R] q ig [WL,WR])[S L,S R],(14)R n, =∑l j=1[QL,QR] [Cj,L,Cj,R] 10-6[W L,W R] R f D ig [S L,S R],(15)式(14),(15)中包含有三角模糊参数,不妨将它们称为水环境健康风险模糊评价模型.显然,式(14)和(15)已转化为R - 函数关系式.根据式(14),可以点绘出致癌风险模糊数隶属函数曲线,由式(15)则可绘制出非致癌风险模糊数的隶属函数曲线.而由式(3),则可计算得到不同可信度水平对应的污染物健康危害风险水平,从而为区域风险决策、管理提供依据.3　应用实例淮河水污染已严重影响了沿淮地区工农业生产发展,危及了沿淮城镇和广大农村地区饮水安全.因此,开展淮河流域水环境健康风险评价已成为迫切的任务.表1为2003年安徽省环保局对淮河干流安徽段某断面部分化学毒物质、躯体毒物质监测结果(表中数值均为每月多次采样的平均值).其中,属于基因毒物质的是As和Cr(Ⅵ),属于躯体毒物质的是氨氮、挥发酚、氰化物、氟化物和Pb等.表1　化学毒物质与躯体毒物质监测信息 Tab.1　M onitoring information for chemical carcinogens and non-carcin ogens (m g/L)2003年氨氮挥发酚氰化物氟化物Pb As Cr(Ⅵ)1月 2.4700.00130.00250.5630.02630.00520.00222月 1.3440.00090.00230.4580.02040.00550.00163月 1.5350.00100.00170.6380.03210.00460.00174月0.8990.00070.00160.7820.01970.00320.00235月0.6710.00080.00280.5890.01650.00370.00196月 3.3070.00140.00190.6170.02290.00250.00267月0.9670.00120.00260.6330.02420.00480.00248月0.7330.00110.00220.4370.02810.00410.00189月0.5910.00150.00210.3540.02150.00390.002710月0.7510.00100.00330.6490.03660.00640.002111月 1.4890.00120.00200.8330.02730.00680.002512月 1.6570.00090.00240.7170.02580.00530.0022平均值 1.3680.00110.00230.6060.02510.00470.00223.1　模型参数的确定1)污染物浓度参数.为对该水体2003年环境健康风险状况作出总体评价,将表1中各污染因子在2003年内的浓度值表示为三角模糊数的形式.具体方法是,取平均值作为最可能值,12个月内的最小、最大值分别作为模糊参数的下限、上限,于是得到C~氨氮=(0.591,1.368,3.307),C~挥发酚=(0.0007, 0.0011,0.0015),C~氰化物=(0.0016,0.0023,0.0033),C~氟化物=(0.354,0.606,0.833),C~Pb=(0.0165, 0.0251,0.0366),C~A s=(0.0025,0.0047,0.0068)和C~Cr=(0.0017,0.0022,0.0027),各三角模糊参数相应的隶属函数可以采用式(1)计算得到.限于篇幅,此处略去.2)成人每日饮水量.成人每日饮水量的多少与性别、年龄、生活饮食习惯以及季节气候条件等因素有关,例如:一般夏季饮水量较冬季多些.按照U.S.EPA推荐的数据,成人平均每日饮水量取2.2L.参照文献[6,8,9,11,12],本研究将成人每日饮水量以三角模糊数表示为Q~=[1.5,2.2,3.0)L.3)成人体重.无论是国外还是国内,研究者一般都是假设成人平均体重为70kg.但U.S.EPA推荐值是对欧美人种而言的,对于中国人来说,笔者以为该值偏高了.这里,假设研究区域内成人平均体重为65kg,并以三角模糊数W~=(45,65,85)kg近似表示该区域内成人体重的分布特征.4)其它参数.本研究中对人群寿命取确定性数值,即平均寿命为S=70a.化学致癌物致癌强度系数q ig和非致癌物参考剂量Rf D j g采用国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)推荐值,分别446中北大学学报(自然科学版)2009年第5期见表2和表3.表2　化学致癌物饮水途径致癌系数Tab .2　Stren gth coefficients for ch emical carcinogens by drink ing w ater ap proach化学致癌物Cr(Ⅵ)As q ig /[mg/(kg ・d )]-14115表3　非致癌物饮水途径参考剂量Tab .3　Reference dos es for non -carcinogens bydrin king w ater approach 非致癌物氨氮挥发酚氰化物氟化物PbRf D ig /[mg ・(k g ・d)-1]9.7×10-11.0×10-1 3.7×10-2 6.0×10-2 1.4×10-33.2　健康风险水平的计算采用式(3)的 -截集技术,在同一可信度 ( ∈[0,1])水平下,将上述三角模糊参数分别表示为区间数形式,即C ~ 氨氮=[0.777 +0.591,- 1.939 + 3.307],C ~挥发酚=[0.0004 +0.0007,-0.0004 +0.0015],C ~ 氰化物=[0.0007 +0.0016,-0.0010 +0.0033],C ~ 氟化物=[0.252 +0.354,-0.227 +0.833],C ~ Pb =[0.0086 +0.0165,-0.0115 +0.0366],C ~ As =[0.0022 +0.0025,-0.0021 +0.0068],C ~ Cr =[0.0005 +0.0017,-0.0005 +0.0027],Q~ =[0.7 + 1.5,-0.8 + 3.0],W ~ =[20 +45,-20 +85]. 分别将上述参数代入式(14)和(15)中,得到一个以可信度水平 ( ∈[0,1])为自变量的函数表达式.其中,对于基因毒物质As 和Cr (Ⅵ),根据式(14),可以得到致癌风险水平(单位a -1)分别为R c , As =1-exp(-[Q L ,Q R ] [C As,L ,C As,R ] 15 [W L ,W R ])70=1-exp(-[0.7 + 1.5,-0.8 + 3.0] [0.0022 +0.0025,-0.0021 +0.0068] 15 [20 +45,-20 +85])70,R c , Cr =1-exp(-[Q L ,Q R ] [C Cr,L ,C Cr,R ] 41 [W L ,W R ])70=1-exp(-[0.7 + 1.5,-0.8 + 3.0] [0.0005 +0.0017,-0.0005 +0.0027] 41 [20 +45,-20 +85])70. 根据上述函数关系式,可以计算得到以三角模糊数表示的As 致癌风险水平为(0.945×10-5,3.405×10-5,9.681×10-5)a -1,Cr (Ⅵ)为(1.756×10-5,4.355×10-5,10.504×10-5)a -1,As 和Cr (Ⅵ)的总致癌风险为(2.701×10-5,7.760×10-5,20.185×10-5)a -1.相应的隶属函数曲线如图1所示.图1　致癌风险隶属函数曲线Fig .1　Cu rve of member ship function for h ealth risk from chemical carcin og ens for on e pers on annu ally图2　总非致癌风险隶属函数曲线Fig .2　Total health ris k from all non-carcinogensfor one pers on annually同样,根据式(15),可以对非致癌物氨氮、挥发酚、氰化物、氟化物和Pb 等,建立R n ,- 函数关系式.若对可信度 ∈[0,1]取一系列值,如 =0,0.1,0.2,…,1等,可以得到不同可信度水平对应的风险区间值,如表4所示.总的非致癌风险隶属函数曲线如图2所示.447(总第127期)水环境健康风险模糊评价模式研究(李如忠)表4　不同可信度水平相应的非致癌物风险区间值 Tab.4　Inter val values of health ris k from non-carcinogen s corresponding to d iffer ent confiden ce levels (a-1)氨氮(×10-9)挥发酚(×10-11)氰化物(×10-10)氟化物(×10-8)Pb(×10-8)总风险(×10-8)0[0.154,3.247][0.176,1.429][0.109,0.849][0.149,1.322][0.297,2.490][0.463,4.147]0.1[0.186,2.848][0.199,1.296][0.122,0.768][0.171,1.198][0.340,2.247][0.531,3.739]0.2[0.222,2.492][0.226,1.176][0.136,0.694][0.195,1.086][0.376,2.029][0.595,3.372]0.3[0.263,2.172][0.254,1.067][0.151,0.627][0.221,0.984][0.421,1.831][0.670,3.038]0.4[0.307,1.885][0.284,0.968][0.168,0.566][0.250,0.892][0.470,1.651][0.752,2.737]0.5[0.356,1.628][0.317,0.878][0.186,0.511][0.281,0.808][0.524,1.488][0.842,2.464]0.6[0.409,1.396][0.353,0.796][0.205,0.461][0.316,0.732][0.581,1.340][0.940,2.216]0.7[0.469,1.188][0.392,0.721][0.226,0.415][0.353,0.662][0.644,1.205][1.046,1.990]0.8[0.533,1.001][0.435,0.652][0.249,0.373][0.394,0.594][0.712,1.082][1.162,1.780]0.9[0.604,0.833][0.481,0.589][0.274,0.335][0.438,0.539][0.786,0.969][1.287,1.595]1.0[0.682,0.682][0.532,0.532][0.301,0.301][0.487,0.487][0.867,0.867][1.425,1.425]3.3　分析与讨论1)从图1可以看出,2003年,该河段Cr(Ⅵ)的个人年风险约为1.756×10-5～10.504×10-5a-1,最可能值约为4.355×10-5a-1;As的个人年风险约为0.945×10-5～9.681×10-5a-1,最可能值约为3.405×10-5a-1;总的致癌风险水平为2.701×10-5～20.185×10-5a-1,最可能值大约为7.760×10-5a-1.显然,上述两个污染因子中,Cr(Ⅵ)的致癌风险大于As.根据国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的有毒有害物质个人年风险最大可接受水平5.0×10-5,可知该河段存在较高的健康风险.至于超过阈值5.0×10-5a-1的可能性有多大,可以借助文献[15]提出的模糊风险评价模型进行计算.限于篇幅,此处略去.2)由表4可以看出,在5个非致癌污染因子中,健康风险由高到低的顺序依次为:Pb>氟化物>氨氮>氰化物>挥发酚,但各因子的健康风险均远低于ICRP推荐的有毒有害物质个人年风险最大可接受水平.5种非致癌物总的健康风险水平也仅为0.463×10-8～4.147×10-8a-1,低于ICRP推荐的阈值.3)致癌风险明显高于非致癌风险,因此,控制含Cr(Ⅵ),As废水排放极为重要.此外,由于实际水体中致癌因子不仅限于Cr(Ⅵ),As两种,因此,该水体真实的致癌风险水平可能更高.4)对于三角模糊参数的构造,可根据具体情况确定,如可以取平均值作为最可能值,而以数据列的1倍或2倍方差分别作为三角模糊数的上、下限等.4　结　论1)基于水环境健康风险评价系统的模糊不确定性、不精确性,将三角模糊原理引入环境健康风险评价研究.在定义三角模糊参数的基础上,建立了水环境健康风险评价的模糊模式.根据该模型,可以得到健康风险模糊隶属函数及其相应曲线图,并由模糊数的 -截集技术,得到给定可信度水平的健康风险区间值.实例研究表明:所建模型较常规确定性方法更好地反映了研究对象真实的健康风险状态,评价结果合理、可信.2)由于本文中定义的三角模糊参数是以各变量的算术平均值作为最可能值,因此,健康风险模糊隶属函数的最可能值就是常规确定性方法的计算结果.相对于常规的确定性方法,模糊模式则将平均值所掩盖了的那部分信息更好地刻画了出来.因此,评价结论更加接近于真实情况.3)对于Cr(Ⅵ)和As,同样可以计算得到对应于不同可信度水平的致癌风险区间,从而提高风险决策管理的灵活性和可操作性.为使结论易于为人们所接受,不妨选取 ≥0.8的可信度水平作为标准. 448中北大学学报(自然科学版)2009年第5期参考文献:[1]　胡二邦.环境风险评价实用技术和方法[M ].北京:中国环境科学出版社,2000.[2]　U .S EPA .R isk assessment g uidance for super fund :V o lume 1-Hum an health eva luation manua l (Par t B ),development of r isk -based pr eliminar y remediation g oals .EPA /540/R 92/003[R ].Washing ton ,DC :Office ofEmer gency and Remedial Respo nse U .S.EP A ,2001.[3]　T eunis P F M ,M edem a G J,K ruidenier L ,et al.Assessm ent o f the infectio n by Cry ptospor idium or G iar dia in dr inking w ater fr om a surface w ater so urce [J ].W ater Research ,1997,31(6):1333-1346.[4]　M uddassir N ,F aisal I K .Human healt h risk modeling for va rio us ex po sur e r outes o f tr ihalomet ha nes (T HM s )inpotable wat er supply[J].Enviro nm ent al M o delling &Softw ar e,2006,21(10):1416-1429.[5]　Chow dhur y S,Husain T ,Bo se N.Fuzzy r ule-based mo deling fo r human health risk fro m natur ally occurr ingr adioactive mater ials in pr o duced w ater [J ].Jo urnal of Enviro nm ent al R adio activ ity ,2006,89(1):1-17.[6]　K ent el E,Ar al M M .2D monte car lo ver sus 2D fuzzy m onte carlo health r isk assessment [J ].Sto chasticEnvir onmental Resear ch and Risk A ssessment,2005,19(1):86-96.[7]　吴义锋,薛联青,吕锡武.基于未确知数学理论的水质风险评价模式[J].环境科学学报,2006,26(6):1047-1052.W u Y ifeng ,X ue Lianqing ,L X iw u .Assessment model o f w ater qualit y risk based o n una scer tained mathemat ics t heo ry [J].A cta Scientiae Cir cum st ant iae,2006,26(6):1047-1052.(in Chinese)[8]　苏伟,刘景双,王洋.第二松花江干流水环境健康风险评价[J].自然资源学报,2007,22(1):79-85.Su W ei ,Liu Jingshuang ,W ang Y ang .W ater enviro nmental hea lth risk assessment of the Seco nd Songhua Riv er [J ].Jour nal o f N atural Resour ces ,2007,22(1):79-85.(in Chinese )[9]　孙树青,胡国华,王勇泽,等.湘江干流水环境健康风险评价[J].安全与环境学报,2006,6(2):12-15.Sun Shuqing,Hu Guohua,W ang Y ongze,et al.W ater enviro nm enta l healt h r isk a ssessment o f Xiang jiang r iv er [J].Jour nal o f Safety a nd Envir onment ,2006,6(2):12-15.(in Chinese )[10]　Xu P eng ,Huang Shengbiao ,W ang Zijian ,et al .Daily intakes o f co pper ,zinc and a rsenic in dr inking w ater bypo pulatio n of Shanghai,China[J].Science o f the T o tal Env ir onment,2006,362(1-3):50-55.[11]　钱家忠,李如忠,汪家权,等.城市供水水源地水质健康风险评价[J].水利学报,2004,35(8):90-93.Q ian Jiazhong ,L i Ruzho ng ,W ang Jiaquan ,et al .Envir onmental health risk assessment for ur ban w ater supply source[J].Jour na l o f Hy dr aulic Eng ineer ing,2004,35(8):90-93.(in Chinese)[12]　陈鸿汉,谌宏伟,何江涛,等.污染场地健康风险评价的理论和方法[J].地学前缘,2006,13(1):216-223.Chen Hong han,Chen Ho ng w ei,He Jiang tao ,et al.Health-based r isk assessment of co nt aminated sites:pr inciples and metho ds [J ].Ear th Science F r ontier s ,2006,13(1):216-223.(in Chinese )[13]　M ichael H.O n the implementation o f fuzzy arithmetical o per atio ns for eng ineer ing pr oblems[C].I n:P ro ceeding s of18th Internat ional Confer ence of the N o rth A merica n Fuzzy Info r matio n Pr ocessing Society-NA F IPS ’99,N ew Yo r k:U SA ,1999:462-466.[14]　Hercules M ,P etro A ,Jacques G .M odelling of wat er po llutio n in the T hermaios G ulf w it h fuzzy par ameter s [J ].Eco log ical M odelling ,2001,142(1-2):91-104.[15]　李如忠,洪天求,金菊良.河流水质模糊风险评价模型研究[J].武汉理工大学学报,2007,29(2):43-46.L i R uzho ng ,Ho ng T ianqiu ,Jin Juliang .R esear ch on fuzzy r isk assessment mo del for r iv er w ater qualit y [J ].Jo urnal of W uhan U niv ersity o f T echnolog y ,2007,29(2):43-46.(in Chinese )[16]　K w iesielew icz M .A not e on the fuzzy ex tension of Sa aty ’s pr io rity t heo r y[J].F uzzy Set s and Sy st ems,1998,95(2):161-172.[17]　M ehran H .Br idging the g ap betw een pr obabilistic and fuzzy -par ameter EO Q [J ].　International Jour nal ofP ro duction Eco nomics ,2004,91(2):215-221.449(总第127期)水环境健康风险模糊评价模式研究(李如忠)。

中国环境科学 2011,31(3)：516~521 China Environmental Science 河流水环境污染风险模糊综合评价模型祝慧娜,袁兴中*,梁婕,曾光明,江洪炜(湖南大学环境科学与工程学院,环境生物与控制教育部重点实验室,湖南长沙 410082)摘要：综合考虑水环境污染的脆弱性和受污染水体对人体健康的危害性, 建立了河流水环污染风险模糊综合评价模型.运用模糊语言,将脆弱性和危害性均分为6个等级,并根据F统计法和专家咨询法确定脆弱性和危害性的模糊隶属函数.由模糊综合评价得出河流水环境污染的风险水平.将该评价模型应用到湘江14个断面的水环境风险评价中,直观地表达各个断面污染风险水平,为湘江水资源管理和优先控制断面的选取提供新思路和新方法.关键词：水环境风险；综合评判；模糊隶属度；脆弱性；危害性中图分类号：X820.4 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2011)03-0516-06An integrated model for assessing the risk of water environmental pollution based on fuzziness. ZHU Hui-na, YUAN Xing-zhong*,LIANG Jie, ZENG Guang-ming, JIANG Hong-wei (Key Laboratory of Environmental Biology and Pollution Control, Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering,Hunan University, Changsha 410082, China). China Environmental Science,2011,31(3)：516~521Abstract：Considering both the vulnerability of water environmental and hazard to human beings, an integrated model for assessing the risk of water environmental pollution was developed based on fuzziness. In this model, vulnerability and hazard were both divided into six categories based on fuzzy theory. The fuzzy membership functions of vulnerability and hazard were built by the experts consultation and F statistical method. In order to obtain general risk of water environmental pollution, integrated evaluation was used to combine vulnerability and hazard together. The model was applied to 14 sections of Xiangjiang River, the pollution risk levels of which were intuitively expressed. In a sense, the developed model can provide new ideas and methods for the water resource management and the selecting of priority control section of Xiangjiang River.Key words：water environmental risk；integrated evaluation；fuzzy membership；vulnerability；hazard环境风险评价是防止污染事故、控制环境污染的有效手段之一[1].目前已有许多专家对环境风险进行了大量的研究[2-6].环境风险评价具有复杂性、综合性、模糊性的特点,因此环境风险评价的过程及其结果具有一定的模糊性.为解决环境风险评价的复杂性、综合性、模糊性,研究者们将不确定性理论引入到了水环境风险的评价过程中.HAMED[7]、金菊良等[8]运用了随机模型处理地下水风险评价中的不确定性;模糊理论和模糊模型也常被用于环境污染风险的综合评价[9-13].然而很多研究局限于单一的环境风险研究,它们或将单一的污染物超标程度作为环境风险的表征,或将污染物对人类健康的危害程度作为环境风险的表征[14-16].目前在评价过程中同时考虑河流污染脆弱性与污染物对人体健康危害性的还较少.Uricchio等[17]曾在评价地下水污染风险的过程中提出需同时考虑含水层的脆弱性和对人体健康的危害性;梁婕等[18]、Li等[1]在这些方面也进行了探讨性的研究,但均是针对于地下水的风险进行研究.河流水环境风险不单表现在污染物对人体所产生的健康危害性方面,而且与河流水环境污染的脆弱性也具有一定的关系,同时在风险评价过程中存在较大的不确定性.因此,本文同时考虑河流水环境的脆弱性和受污收稿日期：2010-07-24基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07212- 001-06);国家自然科学基金资助项目(51009063)* 责任作者, 教授, yxz@3期 祝慧娜：河流水环境污染风险模糊综合评价模型 517染水体对人体健康的危害性,在模糊综合评判理论的基础上,建立模糊综合评价模型.并对湘江水环境污染风险进行评价,直观地表达湘江水环境污染风险水平.1 研究方法本文在水环境风险评价过程中同时考虑了河流水环境的脆弱性及受污染水体对人体健康的危害性两个因素,建立风险计算的综合评判模型.本文将风险定义如下:风险(Risk)=f (脆弱性(Risk V ),危害性(Risk H )) (1)式中:脆弱性水环境受污染的难易程度;“危害性”指污染物暴露对人类造成的危害;f 指风险计算的函数.1.1 河流水环境的脆弱性脆弱性是指水环境受污染的难易程度,它与河流本身污染物情况、污染源排放以及河流的环境容量等有关.考虑到资料及数据的获取,将河流污染状况、污染源排放情况及环境容量3个指标综合作为脆弱性的评价指标.以污染物超标概率代表河流污染状况指标,以污染源排放污染物总量与环境容量的比值作为对污河流污染状况指标的调整系数;从而构成脆弱性评价指标. 1.2 河流水环境的危害性 危害性采用美国环保局推荐的健康风险评价模型,本评价主要包括化学致癌物和躯体毒物质两种污染物质[19]./ig i D WC A = (2)[1exp()]/70cig ig ig R D Q =−− (3)1kc ig i c R R ==∑(4) 6(10/)/70n jg jg jg R D RfD −=× (5) 1k n n jg j R R ==∑(6) 式中:cig R 为化学致癌物i (共k 种化学致癌物)经食入途径的个人平均致癌年风险值,a -1;ig Q 为化学致癌物i 经食入途径的致癌强度系数, mg/(kg ⋅d);C i 为水环境中化学致癌物i 的浓度,mg/L; A 为人均体重,kg;70为人类平均寿命,a;W 为日平均饮水量,L;D ig 为化学致癌物或躯体毒物质i 经食入途径的单位体重日均暴露剂量,mg/kg;n jgR 为躯体毒物质j (共m 种躯体毒物质)经食入途径所致健康危害的个人平均年风险,a -1;jg RfD 为躯体毒物质j 经食入途径的参考剂量,mg/(kg ⋅d);jg D 为躯体毒物质经食入途径的单位体重日均暴露剂量,mg/(kg ⋅d).水环境中化学有毒污染物总健康危害风险为化学致癌物和躯体毒物质健康风险之和.1.3 河流水环境污染风险 采用模糊语言识别理论进行风险水平判别.首先采用模糊语言将脆弱性和危害性分为6个等级;并根据F 统计法和专家咨询法确定脆弱性和危害性的等级隶属度;最后根据模糊综合评判模型式(7),计算污染风险. ()12345612123456, , , , ,Risk =,,,,,,V V V V V V A A A H H H H H H ⎛⎞=⋅⋅⎜⎟⎝⎠R (7)式中:(A ⋅R )即为式(1)中的f 函数;A 为risk V 和risk H 的权重,根据专家咨询法确定了risk V 和risk H 的权重,分别为A 1=0.4和A 2=0.6;R 为risk V 和risk H 对每个等级隶属度矩阵,其中V 1,V 2,V 3, V 4,V 5,V 6分别代表脆弱性对6个等级的隶属度,H 1, H 2,H 3,H 4,H 5,H 6分别代表危害性对6个等级的隶属度.2 研究实例湘江近年来由于流域内工业和经济的发展,水质受到了不同程度的污染.为了解湘江水环境污染风险,选取14个断面对湘江水环境污染风险进行模糊综合评价. 2.1 参数的确定 评价因子共设8种污染物质,包括化学致癌物Cd 、As 和Cr 6+,非化学致癌物Hg 、Pb 、氰化物、NH 3和挥发酚,这8种污染物是湘江的特征污染物.各评价因子的监测值见表1. 根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)编制的权衡化学物质致癌性可靠程度体系,Cd 、As 和Cr 6+分别属于1组和2A 组的化学物质,为化学致癌物,根据US EPA [20],其致癌强度系数ig Q (饮水途径)分别为 6.1,15,41mg/518 中 国 环 境 科 学 31卷(kg ⋅d);Hg 、Pb 、CN 、NH 3和挥发酚为非化学致癌物质,其参考剂量ig RfD (饮水途径)分别是 3.0×10-4,14×10-3,3.7×10-2,9.7×10-1,1.0×10-1mg/ (kg ⋅d).表1 2007年湘江水质监测(mg/L)Table 1 Water quality date of Xiangjiang River in 2007 (mg/L)断面名称 NH 3-N 挥发酚 As PbHgCd Cr 6+ CN港子口 0.126 0.002 0.004 0.001 0.00001 0.0001 0.002 0.004 黄茶岭 0.210 0.002 0.026 0.002 0.00005 0.0016 0.004 0.004 松柏下 0.285 0.003 0.042 0.004 0.00005 0.0036 0.004 0.004 熬洲 0.679 0.002 0.007 0.001 0.00005 0.0011 0.004 0.004 朱亭镇 0.816 0.001 0.014 0.001 0.00002 0.0007 0.002 0.002 白石 0.537 0.001 0.012 0.002 0.00003 0.0007 0.002 0.002 霞湾 0.677 0.001 0.011 0.001 0.00004 0.0005 0.002 0.002 马家河 1.174 0.001 0.013 0.001 0.00002 0.0011 0.002 0.002 易家湾 0.936 0.001 0.012 0.001 0.00002 0.0010 0.002 0.002 昭山 0.739 0.001 0.011 0.001 0.00002 0.0007 0.002 0.002 猴子石 0.677 0.001 0.010 0.001 0.00002 0.0007 0.002 0.002 三汊矶 0.932 0.001 0.011 0.001 0.00003 0.0006 0.002 0.002 乔口 0.650 0.001 0.010 0.001 0.00002 0.0005 0.002 0.002 樟树港0.9110.001 0.009 0.002 0.00001 0.0004 0.002 0.0022.2 脆弱性计算结果采用F 统计法及专家咨询法,将“脆弱性”共分为6个等级:L 、L -M 、M 、M -H 、H 、VH,分别代表低、低-中、中、中-高、高及极高等级.其隶属度函数见图 1.根据式(9)可得到“脆弱性”的隶属函数.隶属度脆弱性(%)图1 脆弱性的模糊隶属函数Fig.1 Fuzzy membership function of vulnerability＆=Q Q 排(Q Q 排＜1时,＆=1;Q Q 排≥时,＆=Q Q 排 (8)Risk V =f V (＆⋅Max(E 1,E 2,E 3…E 8)) (9) 其中:＆为调整系统;Q 排为污染物总排放量;Q 为环境容量;Risk V 是该断面的脆弱性隶属度;f V 为脆弱性计算函数.即图1;Max(E 1,E 2,E 3…E 8)为该断面的超标率;E 1,E 2,E 3…E 8分别为该断面8种污染物的超标率.各断面的超标率及脆弱性的隶属度见表2.由计算结果可见,各断面脆弱性隶属度,如马家河为0.50.5M M H+−,该断面的脆弱性部分隶属于“M”等级,模糊隶属度为0.5;部分隶属于“M -H”,模糊隶属度为0.5.而朱亭镇和马家河对“M”的隶属度相对较大,分别为0.78和0.5,说明这两个断面受到污染的可能性相对较大,断面脆弱性相对较高.港子口、黄茶岭及熬洲3个断面脆弱性较低,属于“L”级别,隶属度为1.其余断面脆弱性相对也较弱,总之,评价的14个断面脆弱性较低. 2.3 “危害性”计算结果 同样采用F 统计法及专家咨询法,将危害性共分为6个等级:L 、L -M 、M 、M -H 、H 、VH,分别代表低、低-中、中、中-高、高及极高等级.其隶属度函数见图2.3期 祝慧娜：河流水环境污染风险模糊综合评价模型 519表2 脆弱性模糊隶属度计算 Table 2 Fuzzy membership of vulnerability断面名称超标率(%)调整系数脆弱性(%)隶属度港子口 6.06 1 6.06 1L 黄茶岭 4.17 1 4.17 1L 松柏下 27.78127.78 0.150.85L L M+−熬洲 8.33 1 8.33 1L 朱亭镇 16.67 2.5 41.75 0.220.78L M M +−白石 8.33 2.5 20.83 0.610.39L L M +− 霞湾 16.67 2.5 41.75 0.220.78L M M +− 马家河 50.00 1 50.00 0.50.5M M H +−易家湾 29.17129.17 0.060.94L L M+− 昭山 25.00 1.2 30.00 1L M −猴子石 16.67 1.2 20.00 0.670.33L L M +− 三汊矶 30.56 1.2 36.67 0.560.44L M M +− 乔口 16.67 1.2 20.00 0.670.33L L M +− 樟树港 25.00 2.2 55.00 0.330.67M M H+−危害性(lg H )隶属度图2 危害性的模糊隶属函数 Fig.2 Fuzzy membership function of hazard根据式(2)~式(6)对各断面健康风险值进行计算,得到各断面的健康风险值,见表 3.根据式(10)可计算得出各断面危害性的隶属度,见表3. Risk H =f H (lg H ) (10) 其中:Risk H 是该断面的脆弱性隶属度;f H 脆弱性计算函数,即图2;lg H 为各断面健康风险值的对数.表3 危害性模糊隶属度计算 Table 3 Fuzzy membership of hazard断面名称风险值(H ) lg H隶属度港子口 6.92×10-5 -4.16 0.320.68M H + 黄茶岭 2.58×10-4-3.59 1VH 松柏下 3.64×10-4-3.44 0.120.88H VH + 熬洲 1.31×10-4-3.88 1VH 朱亭镇 1.36×10-4-3.87 1VH 白石 1.23×10-4-3.91 1VH 霞湾 1.16×10-4-3.94 1VH 马家河 1.30×10-4-3.89 1VH 易家湾 1.23×10-4-3.91 1VH 昭山 1.16×10-4 -3.94 1VH 猴子石 1.09×10-4 -3.96 1VH 三汊矶 1.16×10-4 -3.94 1VH 乔口 1.09×10-4-3.96 1VH 樟树港 1.03×10-4-3.991VH520 中 国 环 境 科 学 31卷根据计算结果可见,除了港子口和松柏下断面危害性隶属度略低,分别为0.320.68M H H+−、0.120.88H VH+,其他断面危害性风险值均属于“VH”级别,模糊隶属度为1.因此可以看出,评价断面的危害性风险较大,应加强风险控制. 2.4 水环境污染风险计算根据式(7),脆弱性和危害性的权重分别为0.4和0.6,并根据2.2节和2.3节得出脆弱性和危害性的隶属度,可按式(7)计算出各个断面的水环境污染风险,如港子口断面的计算如下:()()12346612123456, ,, , , Risk =,, , , ,,0, 0, 0, 0, 0, 10.4,0.60, 0.68, 0.32, 0, 0, 0(0,0.408,0.192,0,0,0.4)0.4080.1920.4H M H LV V V V V V A R A A H H H H H H ⎛⎞=⋅⋅⎜⎟⎝⎠⎛⎞=⋅⎜⎟⎝⎠==++− 表4 湘江各断面水环境污染风险Table 4 Pollution risk for 14 sections of Xiangjiang river断面名称 污染风险港子口 0.4080.1920.4H M H L ++− 黄茶岭 0.60.4VH L+ 松柏下 0.530.070.340.06VH L M H L+++− 熬洲 0.60.4VH L+ 朱亭镇 0.60.310.09VH M L M ++− 白石 0.60.160.24VH L M L ++− 霞湾 0.60.310.09VH M L M ++− 马家河 0.60.20.2VH M L M ++− 易家湾 0.60.380.02VH L M L ++− 昭山 0.60.4VH L M +− 猴子石 0.60.130.27VH L M L ++− 三汊矶 0.60.180.22VH M L M ++− 乔口 0.60.130.27VH L M L ++− 樟树港0.60.270.13VH M H M++− 各断面水环境污染风险值见表4.由表4可见,除港子口污染风险相对较低,其风险隶属度为0.4080.1920.4H M H L ++−,分别部分隶属于高、中-高以及低等级,模糊隶属度分别为0.408、0.192和0.4.其余各断面对极高等级的隶属度都在0.53以上,其中朱亭镇断面水环境污染风较高,其污染风险隶属度为0.60.310.09VH M L M++−,说明其污染风险部分隶属于极高等级,模糊隶属度为0.6;部分隶属于中等等级,模糊隶属度为0.31;部分隶属于中-低等级,隶属度为模糊0.09,应为优先控制断面.由评价结果可见,14个断面水环境污染风险普遍偏高,需对湘江水质进行污染控制,其中朱亭镇断面和马家河断面应为优先控制断面. 3 结论3.1 该评价模型在不确定性的基础上,同时考虑河流水环境污染的脆弱性与污染物对人体健康危害性,直观地表达了水环境污染风险的水平. 3.2 采用该模型评价湘江14个断面的水质污染风险,为湘江水资源管理和优先控制断面的选取提供新思路和新方法.参考文献：[1] Li J B, Huang G H, Zeng G M et al. An integrated fuzzystochastic modeling approach for risk assessment of groundwater contamination [J].Journal of Environmental Management, 2007, 82:173-188.[2] 朱利中,陈宝梁,沈红心,等.杭州市地面水中多环芳烃污染现状及风险 [J]. 中国环境科学, 2003,23(5):485-489.[3] 翟丽梅,廖晓勇,阎秀兰,等.广西西江流域农业土壤镉的空间分布与环境风险 [J]. 中国环境科学, 2009,2009,29(6):661-667. [4] 刘 超,胡建信,刘建国,等.镀铬企业周边全氟辛烷磺酰基化合物环境风险评价 [J]. 中国环境科学, 2008,28(10):950-954. [5] 蒋文燕,汤庆合,李怀正,等.化工企业环境风险综合评价模式及其应用 [J]. 中国环境科学, 2010,30(1):133-138.[6] 李凤英,毕 军,曲常胜,等.环境风险全过程评估与管理模式研究及应用 [J]. 中国环境科学, 2010,30(6):858-864.[7] HAMED M M. Stochastic modeling concepts in groundwater andrisk assessment: Potential application to marine problems [J]. Spill Science and Technology Bulletin, 2000,6(2):125-132.3期祝慧娜：河流水环境污染风险模糊综合评价模型 521[8]金菊良,吴开亚,李如忠.水环境风险评价的随机模拟与三角模糊数耦合模型 [J]. 水利学报, 2008,29(11):1257-1262.[9]潘孝辉,吴敏,王悦.黄浦江水环境污染风险的模糊数学综合评价 [J]. 四川环境, 2008,27(6):60-62.[10]李如忠.基于不确定信息的城市水源水环境健康风险评价 [J].水利学报, 2007,38(8):895-900.[11]张应华,刘志全,李广贺,等.基于不确定分析的健康环境风险评价 [J]. 环境科学, 2007,28(7):1409-1415.[12]祝慧娜,袁兴中,曾光明,等.基于区间数的河流水环境健康风险模糊综合评价模型 [J]. 环境科学学报, 2009,29(7):1527-1533.[13]丁昊天,袁兴中,曾光明.基于模糊化的长株潭地区地下水重金属健康风险评价 [J]. 环境科学研究, 2009,22(11):1323-1328. [14]胡二邦.环境风险评价实用技术和方法 [M]. 北京:中国环境科学出版社, 1999:1-179.[15]郜红建,张显晨,张正竹,等.安徽省饮用水中氟化物含量及健康风险分析 [J]. 中国环境科学, 2010,30(4):464-467.[16]陈小红,涂新军.一个水质风险率计算的随机模型 [J]. 环境科学学报, 2000,20(3):290-293.[17]Uricchio V F,Giordano R,Lopez N.A fuzzy knowledge-baseddecision support system for groundwater pollution risk evaluation [J]. Journal of Environmental Management, 2004,73(3):189-197.[18]梁婕,谢更新,曾光明,等.基于随机-模糊模型的地下水污染风险评价 [J]. 湖南大学学报:自然科学版, 2009,36(6):54-58. [19]曾光明,卓利,钟政林,等.水环境健康风险评价模式 [J]. 水科学进展, 1998,9(3):212-217.[20]EPA U S．Risk Assessment Guidance for Superfund:V olume3—Process for Conducting Probabilistic Risk Assessment Chapter, Part A [R]. Washington, IX; Office of Emergency and Remedial Response U. S. EPA, 2001.作者简介：祝慧娜(1986-),女,河南新乡人,湖南大学环境科学与工程学院博士研究生,主要从事环境系统工程及环境风险评价方面的研究.发表论文3篇.全面建立汞污染防治体系关于拟定一项具有全球法律约束力的汞文书政府间谈判委员会第一次会议(INC1)已于2010年6月在瑞典召开,公约谈判已经进入实质性阶段.我国是汞和含汞产品生产、使用和进出口国,“禁汞限汞”必将对我国涉汞行业带来冲击,并将对我国相关的环保政策、产业发展和国际贸易产生深远影响.我国应当如何开展汞污染防治工作？总的说来,有以下几个方面的建议:一要开展汞排放调研,摸清家底.目前,发达国家已经或正在建立汞相关数据系统.我国也有必要组织系统调研,建立汞生产、使用、流通、进出口和污染物排放清单,建立规范的数据库管理系统,从而为不同部门、行业提供一个获得相对一致、可靠数据的信息渠道,为加强汞污染防治、推进汞减排提供科学分析平台.二要建立健全环保部门牵头、相关管理部门参与的分类管理责任管理体系.汞污染防治应建立环保部门牵头,多部门参与的协作管理体系.环保、卫生、发改、城建、商业、农业、海洋等各部门可分别按照不同的汞污染来源建章立制,做到有法可依.基于我国各地区汞污染的来源和特点,推进建立具有地方特色的汞污染防治管理责任体系,为从国家层面和地方层面全面推进汞减排提供组织保障.三要建立以生命周期管理为核心的污染控制管理和技术标准体系.汞污染源比较分散,因而需要针对不同的污染源以及污染物迁移转化流向,建立切实可行的污染控制技术管理体系,包括汞的原料替代、汞的产生、分类、包装、贮存、处理和处置等环节；切实解决汞的管理和处置问题,包括技术选择、工程建设、运行管理、监督和监测等方面；围绕技术应用需要,建立和完善相关法律、法规和技术标准管理体系；推进汞替代品/替代技术、控制技术的研发和应用.摘自《中国环境报》2011-01-11。