基于模糊数学评价法地下水健康评估风险分析

2019-09-06陈龙

水科学与工程技术 2019年4期

陈龙

（塔里木河流域和田管理局，新疆和田848000）

我国水资源总量储存丰富，但人均占有量2240m3，40%的农田灌溉来自于地下水［1］。地下水用于灌溉研究起步较晚，主要集中在人类活动及农药影响。河道中主要来源于农田使用的化学肥料［2-4］。

我国对于农业灌溉地下水的研究起源于20世纪80年代，早期研究集中在氮磷钾等元素流失［5］，随着时间发展发现农业用水的污染也是不可忽略的问题。冯沈荣开［6］、李永宾［7］、赵琳等［8］分别对西北地区和华北地区进行研究，认为来自于农药中对地下水有很大影响。地下水污染不仅影响农作物，对于人类的饮用健康也造成了严重影响。

1 工程概况

本研究区域位于新疆和田地区。该区域多年平均气温12.3 ℃，最高达43.6 ℃，降水较少，地下水是主要的饮用水源。生活中废水和工业废水集中排放，但是农药造成水污染较为广泛，不好控制。

本文在模糊数学评价理论的基础上对处于干旱地区的地下水进行分析，然后进行其对于人体健康进行风险分析评估。

2 模糊数学评价法

模糊学术理论作为近些年快速发展的一门理论广泛应用于土木工程、水利工程、金融管理、环境保护等领域。随着研究逐渐深入，问题又是多方面相互交叉，紧靠单一方面的研究往往不够准确，因此模糊数学理论的综合评价显得尤为重要。

模糊数学评价法是通过考虑所要研究对象内各种影响因素的权重，利用模糊变换对研究对象做出准确的综合性评价。本文采用浓度超标法进行权重计算，然后权系数由污染因子对不同等级标准的作用贡献以对不同等级的贡献大小来确定。

2.1 确定隶属度矩阵R

采用“降半梯形分步法”进行计算。评价中选取n个污染因子；Xki为第k个样品污染因子i的实测值；Cij为j级标准值（i=1，2…，n；j=1，2…，m）。

污染因子隶属函数：

Ⅰ类水隶属函数，即j=1：

从j级到m-1级隶属函数，j=2，3…，n-1：

n级水隶属函数，j=m，

利用隶属函数求出水样中第i个污染因子对各级水质标准隶属度，得到对应隶属度矩阵R：

2.2 采用Ⅲ类指标加权法

考虑到各单项指标对水质影响作用不同，不仅与各物质的成分不同，并与污染物内浓度等有关，如式（4）。

式中 Wki为因子权重为k样品中第i个因子实测值；si为第i个因子各级水均值。

通过各因子测量值和对应的评价标准，以及各因子的权重，组成对应的模糊矩阵A：

确定模糊数学评价需要的基本隶属度矩阵R和权重矩阵A后，进行复合运算进而求出对应结果矩阵。本文中采用模型1，即主因素突出型M（∧，∨），（∧，∨分别表示取比较突出的大值、小值）。

求得结果矩阵为B={0.2，0.4，0.2，0.28，0}。

3 评价指标

由于该区域内受周边环境和人类活动的影响，在供给的水质中具有多种元素，选取比较突出的各类水质污染因子作为评价指标。主要有：溶解性固体、耗氧量、氰化物、CaCO3，pH值等。各指标评价标准如表1。

表1 各指标评价标准

4 结果分析

运用模糊数学评价法对该区域的地下水进行质量评价，如表2。

表2 各指标评价结果单位：%

续表2

根据表2可知，地下水内含有评价指标的各种元素含量不同，符合不同水质的标准所占用的比例有所区别，根据不同影响指标站的比重进行模糊数学评价分析，可得出该区域的水质处于Ⅲ类级别，主要为农业生产中“三氮”和硝酸盐类物质的影响。

式中 THI为总非致癌风险指数；HI为风险指数；EF为暴露频率，取365d/a；IR为每日饮水量，取2L/d；BW为人体平均体重，取70kg；AT为暴露发生平均时间（d）；ED为饮水持续时间；E为暴露剂量（mg/kg·d）；C为目标物质质量浓度（mg/L）；n为引起非治致癌效应毒害目标物质总数。RFD：地下水中目标物质参考剂量（mg/kg·d）。

总非致癌风险指数（THI）界限值为1，当THI>1，说明该环境风险较大，对身体健康有影响；当THI<1，说明风险较小，对身体危害较小，可以接受。

选择27个样本点进行健康风险分析，根据公式（5）、（6）和（7）计算出风险指数范围为：0.001～39.075。计算出分布如表3。

表3 和质量浓度限值

指标Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类NO-3含量/（mg/L）≤5≤20≤30>30 THI<0.401 0.401～1.573 1.573～2.391 >2.391采样点数26——1 NH+4含量/（mg/L） ≤0.05≤0.5≤1.5>1.5 THI<0.106 0.106～1.057 1.057～2.113 >2.113采样点数58410