淮河流域安徽段水环境健康风险模糊综合评价

吴转璋 耿天召

摘要 [目的]对淮河流域安徽段进行水环境健康风险模糊综合评价。[方法]采用基于区间数的水环境健康风险模糊综合评价模型，针对成人和儿童分别对2015—2017年淮河安徽段的王家坝、鲁台孜、石头埠、蚌埠闸上、沫河口和小柳巷6个断面的水环境健康风险进行评估。[结果]各断面水环境风险级别均属于低—中风险以下，致癌物对人体健康危害远大于非致癌物，水体污染物质对儿童所致健康风险要明显大于对成人所致健康风险，石头埠断面和鲁台孜断面为优先控制断面，六价铬为优先控制污染物。[结论]该研究为淮河流域安徽段水环境风险管理提供理论依据。

关键词 水环境健康风险；模糊综合评价；区间数；淮河安徽段

中图分类号 X820.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）27-0068-05

Fuzzy Comprehensive Evaluation of Water Environmental Health Risk in Anhui Section of Huaihe River Basin

WU Zhuanzhang， GENG Tianzhao

（Environmental Monitoring Central Station of Anhui Province， Hefei， Anhui 230071）

Abstract [Objective]To carry out Fuzzy Comprehensive Evaluation of Water Environmental Health Risk in Anhui Section of Huaihe River Basin. [Method]The fuzzy comprehensive evaluation model of water environmental health risk based on interval numbers was applied to two audiences. The water environmental health risks of 6 water quality sections of Wangjia Dam， Lutaizi， Stone Port， Bengbu Gate， Estuary of Foam River and Xiaoliuxiang in the Anhui section of Huaihe were evaluated， respectively. [Result]The risk level of water environment in each section belonged to lowmedium risk， and carcinogens were more harmful to human health than noncarcinogens， and the health risk caused by water pollution to children was significantly greater than that to adults. The section of the Stone Port and the Lutaizi section were the priority control sections， and six valence chromium was the priority pollutant. [Conclusion]This research provided theoretical references for the management of water environmental health risk in Anhui section of Huaihe River Basin.

Key words Water environmental health risk；Fuzzy comprehensive evaluation； Interval number；Anhui section of Huaihe River Basin

作者简介 吴转璋（1981—），女，安徽太湖人，中级工程师，硕士，从事环境监测研究。

收稿日期 2018-08-10

淮河地处中国东部，位于长江和黄河之间，跨河南、安徽、江苏、山东及湖北5省。淮河安徽段处于淮河中游，上自豫、皖交界的洪河口起，下至皖、苏交界的洪山头止，河道长度430 km。根据2015—2017年的安徽省环境质量报告，淮河干流安徽段总体水质状况为优[1-3]，但是其对人体健康危害的风险程度却难以通过水质指标直观反映出来。

目前水环境健康风险评价采用较多的是美国环境保护局（EPA）推荐的健康风险评价模型，该方法通过分析影响健康的环境因素，评估水体中污染物质对人体产生健康危害的可能性，目前已在许多国家和组织得到了较好的应用[4]。模型中存在很多具有不确定性因素的参数，在各种参数中，污染物浓度的不确定性较为突出和明显。传统评价一般都采用污染物浓度的年均值，但是年均值却很难反应浓度的变化情况，而采用“区间数”来表示浓度，则能将浓度的最低值和最高值包含在取值范围内，在一定程度上减小了由于采用浓度的年均值而产生的不确定性。区间数是指实数轴上的一个闭区间，它是一个特殊的模糊數，区间数能够包含一个参数可能数值的范围，也是解决不确定性的一种方法[5]。鉴于此，笔者采用基于区间数的水环境健康风险模糊综合评价模型，针对成人和儿童分别对2015—2017年淮河安徽段的王家坝、鲁台孜、石头埠、蚌埠闸上、沫河口和小柳巷6个断面的水环境健康风险进行评估，旨在为该流域水环境风险管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

数据来源于淮河流域（安徽段）6个常规国控监测断面2015—2017年数据，断面设置情况自上游至下游分别为王家坝（S1）、鲁台孜（S2）、石头埠（S3）、蚌埠闸上（S4）、沫河口（S5）、小柳巷（S6），其区位分布见图1。

1.2 基于区间数的水环境健康风险模糊综合评价模型

美国环境保护局推荐的健康风险评价模型把对人体健康有害的物质大致可分为放射性物质、化学致癌物和非致癌物，其中放射性物质和化学致癌物为基因毒物质，非致癌物为躯体毒物质。由于在水质监测中一般没有检测出放射性污染物，因此在健康风险评价过程中，主要对化学致癌物和非致癌化学有毒物质进行评价[6-8]。依据国际癌症研究机构和世界卫生组织规定的化学致癌物质，选取Cr6+、Cd、As进行致癌健康风险评估，其致癌系数分别为41.0、6.1和15.0 （kg·d）/mg。选取Pb、Hg、Cu、Zn、氨氮、CN-、F-、挥发酚共8种水质指标进行非致癌健康风险评估，其参考剂量见表1[9]。

1.2.1 基于区间数的化学致癌物对健康危害的风险模型。

基于区间数的化学致癌物质通过饮用水途径所致的平均个人健康危害风险计算模型如下：

[min，max]Rc=ki=1[min，max]Rcig（1）

[min，max]Rcig=[1-exp（-[min，max]Dig·Qig）]/L（2）

[min，max]Dig=[min，max]（Ci×M）/W（3）

式中，Rc为k种化学致癌物经过饮水途径引起的致癌年风险总值，单位为a-1；Rcig为致癌物i经饮水途径导致的人体致癌年风险，单位为a-1；Dig为致癌物经饮水途径的单位体重日均暴露剂量，单位为mg/（kg·d）；Qig为致癌物i经饮水途径的致癌强度系数，单位为（kg·d）/mg；L为人均寿命（参考《世界卫生统计》报告和中国实际情况，人均寿命取为75岁）；Ci为单位水体中污染物的浓度，单位为mg/L；M为暴露群体日均饮水量，单位为L/d（参照美国环境保护局在饮水方案与1980年出版的国家水环境基准指南，结合我国《中国人群暴露参数手册》和安徽地区实际的气候情况、生活习惯，选取成人饮水量为1.5 L/d[10 ]，儿童饮水量为1.0 L/d[11]）；W为暴露群体的平均体质量，单位为kg[采用2010年颁布的《国民体质监测公报》和国家环境保护总局（SEPA）推荐的成人人均体重为70 kg，最终选定70 kg为成人人均体重，45 kg为儿童人均体重[12]]。

1.2.2 基于区间数的非致癌物对健康危害的风险模型 。

基于区间数的非致癌物通过饮用水途径导致个人健康危害的计算模型如下：

[min，max]Rn=lj=1[min，max]Rnjg（4）

[min，max]Rnjg=（[min，max]Djp×10-6/RfDjp）/L（5）

式中，Rn为l种非致癌污染物经饮水途径引起的健康危害年风险总值，单位为a-1；Rnjp为非致癌物j经饮水途径所致健康危害的个人平均年风险，单位为a-1；Djp为非致癌物j经饮水途径的单位体重日均暴露剂量，单位为mg/（kg·d）；RfDjp为非致癌物j经饮水途径的参考剂量，单位为mg/（kg·d）；L为人均寿命。

1.2.3 基于区间数的水环境健康风险评价总体模型。

假设各种水环境污染物质对人体健康危害作用均独立，则基于区间数的水环境总的健康危害风险为：

[min，max]R總=[min，max]Rc+[min，max]Rn（6）

1.3 评价标准的模糊化

模糊综合评价使用模糊集合对由多种影响因子决定事情做出高效评估的一种综合评估方法。对风险等级的划分采用专家咨询法进行了评价等级边界模糊化，这样可以更科学准确地描述各级风险的划分[13]。参考美国环境保护局和国际辐射防护委员会（ICRP）的标准，把评价等级划分为5个等级，记为[an，bn]（n=1，2，3，4，5），见表2。

设有区间为[a，b]的风险值，则[a，b]对[an，bn]的隶属度可以定量表示：

M（l）=|[a，b]∩[al，bl]||[a，b]|（7）

式中，∩为2个区间的交集；||表示区间的几何长度，[al，bl]表示评价标准的第l个等级，l=1，2，…，n；m（l）表示[a，b]对[al，bl]的隶属度。

由式（7）得到[a，b]对各个等级的隶属度后，根据一级综合评判得出[a，b]的总风险值，见式（8）。

G=ll=1A（l）·V（l）（8）

式中，V（l）为各等级的赋值。

根据式（8）得出的总风险值G的分值来确定其所处的风险级别，风险级别确定的标准见表3。

2 结果与分析

2.1 研究区水质监测结果

对淮河流域（安徽段）各监测断面2015—2017年数据进行区间化表示，结果见表4。2015—2017年对研究区水质进行逐月监测，研究期间各断面总体水质状况无明显变化，除入境断面王家坝总体水质满足GB3838—2002中Ⅳ类标准要求外，其他各监测断面总体水质均满足GB3838—2002中Ⅲ类标准要求。

2.2 风险评价

从图2～7可以看出，致癌物对人体健康危害远大于非致癌物。相对于致癌物，非致癌物所致水环境健康风险可以忽略不计。

淮河安徽段各断面污染物对成人所致水环境健康风险范围与儿童所致水环境健康风险范围变化趋势总体相似，各断面污染物对儿童产生的风险明显高于成人，年际之间变化趋势不明显。2015年，各断面水环境年总风险值排序由高到低依次为石头埠>鲁台孜>小柳巷>王家坝>沫河口>蚌埠闸上；2016年，各断面水环境年总风险值排序由高到低依次为鲁台孜>石头埠>小柳巷>王家坝>沫河口>蚌埠闸上；2017年，各断面水环境年总风险值排序由高到低依次为石头埠>沫河口>王家坝>蚌埠闸上>小柳巷>鲁台孜。其中，石头埠断面连续3年、鲁台孜断面2015和2016年化学致癌物所致年风险和年总风险最大值明显高于其他断面，原因为这2个断面六价铬浓度最大值明显高于其他断面。因此，石头埠断面和鲁台孜断面为优先控制断面，六价铬为优先控制污染物。

2.3 模糊综合评价

根据区间隶属度公式（7），可以得出6个断面对相应风险等级的隶属度值，见表5。通过隶属度计算，可以得出淮河安徽段流域水环境健康风险等级划分情况，见表6。除鲁台孜断面和石头埠断面在2015年儿童水平、2016年儿童和成人水平以及石头埠断面在2017年儿童水平经饮水途径所致风险等级为Ⅱ级低—中风险外，其余断面在2015—2017年，不论是成人还是儿童水平上，经饮水途径所致风险等级均为Ⅰ级低风险。从总体来看，2015—2017年淮南安徽段流域的水环境健康风险级别并没有发生明显的变化，均属于低—中风险以下。

3 结论

（1）在基于区间数的模糊综合评价法的基础上，对淮河安徽段流域的水环境健康总风险进行等级评估。淮河安徽段流域水环境健康总风险分析结果显示，2015—2017年均属于低—中风险以下。

（2）致癌物对人体健康危害远大于非致癌物；相对于致癌物，非致癌物所致水环境健康风险可以忽略不计。

（3）对不同受体对象的水环境年总风险结果进行分析发现，水体污染物质对儿童所致健康风险要明显大于对成人。

（4）通过对各断面化学致癌物所致年风险值和年总风险值的排序分析，结果显示石头埠断面和鲁台孜断面为优先控制断面，六价铬为优先控制污染物。

参考文献

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