李二平，侯 嵩，孫勝杰，敖紅光，尤 宏，馮玉杰

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150090，youhong@hit.edu.cn; 2.東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)能工程技術(shù)中心，哈爾濱150040)

水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型在上世紀(jì)80年代興起，最初用于評價(jià)飲用水水源地的人體健康風(fēng)險(xiǎn). 1986年，美國華盛頓環(huán)境保護(hù)飲用水中心的C. R.Cothern［1］等以飲用水中的TCE(Trichloroethylene)為例，進(jìn)行了致癌風(fēng)險(xiǎn)評估，并給出TCE濃度和影響壽命之間的關(guān)系.1988年，Donald G. Barnes等聯(lián)合美國EPA研究組［2］，共同針對RfD參考暴露劑量(Reference Dose)在健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的應(yīng)用做了相關(guān)研究，用RfD對污染物的持久性和毒性進(jìn)行了新的描述，并給出RfD的計(jì)算方法.美國的Dennis J.Paustenbach［3］運(yùn)用水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)模型對農(nóng)藥使用對農(nóng)業(yè)的影響進(jìn)行了評價(jià)，并給出多種農(nóng)藥的使用上限.1996年，Michael L. Dourson［4］針對非致癌性污染物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，對如何減小由參數(shù)RfD、RfC導(dǎo)致的不確定性的影響進(jìn)行了相關(guān)研究.1999年，M.V.Ruby等［5］，運(yùn)用該模型對重金屬鉛、鎘等進(jìn)行計(jì)算，并給出了幾種重金屬的口服劑量標(biāo)準(zhǔn).隨著水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的日臻成熟，M.F.Dahab［6］，Ronald E.Giachetti［7］，E.Kentel［8］等針對評價(jià)中濃度、飲水量、體重等的不確定性，采用高斯正態(tài)分布模型和三角模糊函數(shù)，對傳統(tǒng)水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型進(jìn)行修正，使評價(jià)結(jié)果更具可靠性.

我國從上個世紀(jì)90年代起，就有了應(yīng)用水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型的先例.曾光明等應(yīng)用該模型對河北保定飲用水源進(jìn)行了評價(jià)［9］，嘗試性地將其應(yīng)用在突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型事故泄漏行為的模擬分析中［10］.近幾年，我國學(xué)者［11］對水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的不確定因素進(jìn)行研究，以三角模糊函數(shù)完善傳統(tǒng)水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，對真實(shí)情況中濃度隨時(shí)間和空間不斷變化的水質(zhì)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，使水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型在我國的應(yīng)用取得較大進(jìn)展.

本文針對跨界突發(fā)性水污染事故的特點(diǎn)，利用PSR模型初步構(gòu)建跨界水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系.重點(diǎn)考慮對跨界區(qū)域可能遭受污染的水源地的保護(hù)，對EPA推薦的水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型進(jìn)行修正，將水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)作為跨界污染事故預(yù)警指標(biāo)之一，用于事故危害等級的判定.此外，利用松花江硝基苯和北江鎘兩組近年典型跨界水污染事件的歷史數(shù)據(jù)，分別對特征污染物進(jìn)行水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)表征，以驗(yàn)證其作為跨界水污染事故的一個預(yù)警指標(biāo)的必要性和科學(xué)性.

1 跨界突發(fā)性水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系的建立

1.1 跨界突發(fā)性水污染事故的定義及特點(diǎn)

跨界突發(fā)性水污染事故［12］是指一個地區(qū)A的水環(huán)境受到另一個地區(qū)B所實(shí)施的行為(如自然災(zāi)害、機(jī)械故障、人為因素及其他不確定因素所引發(fā)的突然排放污染物)的直接影響而造成的水環(huán)境污染事故.這種跨界污染是一種物理外部性，不包括通過價(jià)格或收入等間接效應(yīng)對A產(chǎn)生的影響.這里所說的“界”，既包括國與國的分界，也包括一個國家境內(nèi)具有一定自治權(quán)的省或市或縣之間.

與常規(guī)水污染事故不同，跨界突發(fā)性水污染事故具有以下3個特點(diǎn):1)事故發(fā)生、發(fā)展、危害不確定性，應(yīng)急主體不明確;2)污染往往發(fā)生在行政轄區(qū)的邊界地帶，關(guān)系到不同行政轄區(qū)的利益，影響范圍常常涉及相鄰國、省、市.3)事故環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)波及范圍廣，風(fēng)險(xiǎn)表征涉及的因素復(fù)雜.

1.2 跨界突發(fā)性水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系

對跨界突發(fā)性水污染事故進(jìn)行評估與預(yù)警，可以有效地界定事故可能對流域下游跨界行政區(qū)域帶來的危害大小，從而啟動相應(yīng)的預(yù)案，將損失減少到最小.

PSR模型最初由Tony Friend和David Rapport提出，用于分析環(huán)境壓力、狀態(tài)與響應(yīng)之間的關(guān)系，是目前國內(nèi)外在生態(tài)評價(jià)、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和水資源承載力評價(jià)應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)體系之一［13］.對于突發(fā)性水污染事故，人為因素導(dǎo)致污染物進(jìn)入水體帶來環(huán)境壓力激增，環(huán)境狀態(tài)劇烈改變，引起人類做出應(yīng)急響應(yīng)，除了演進(jìn)速度的差異，它與生態(tài)評價(jià)中的PSR模型有著一致的內(nèi)在邏輯.本文基于PSR模型，從事故壓力，事故狀態(tài)和事故響應(yīng)3方面選取了9個指標(biāo)，構(gòu)建了跨界突發(fā)性水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系(見圖1).

圖1 跨界突發(fā)性水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系PSR結(jié)構(gòu)圖

1)壓力指標(biāo).選取污染危害因子，即跨界區(qū)域特征污染物的超標(biāo)倍數(shù)作為壓力指標(biāo).

2)狀態(tài)指標(biāo).描述污染對需要保護(hù)的環(huán)境目標(biāo)所帶來的不良影響.選取生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子和環(huán)境敏感因子，以及人體健康風(fēng)險(xiǎn)(致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn))因子作為狀態(tài)指標(biāo).

3)響應(yīng)指標(biāo).跨界突發(fā)水污染事故引起人類響應(yīng)的方式包括停止城鎮(zhèn)供水，停止?jié)O業(yè)，跨界污染事故應(yīng)急處置等，因此，選取綜合損失因子和事故應(yīng)急處置作為響應(yīng)指標(biāo).

在跨界突發(fā)性水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系中，各個指標(biāo)對事故綜合警情的影響程度不同.通過專家咨詢和層次分析，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)則層的狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于響應(yīng)與壓力指標(biāo)，在狀態(tài)層中的水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)(即致癌風(fēng)險(xiǎn)因和非致癌風(fēng)險(xiǎn)因子)權(quán)重最大，需要重點(diǎn)考慮.

2 跨界污染水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法的建立

2.1 水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基本模型

進(jìn)行水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)通常將污染物分為致癌和非致癌兩類分別進(jìn)行評價(jià)，據(jù)2001年美國環(huán)保局［14］的推薦，致癌風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值(Arisk)以及非致癌風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值(Bhi)分別由下式計(jì)算:

式中:Csf為污染物的致癌斜率因子(mg－1·kg·d)，Wrfd為污染物的參考劑量(mg·kg－1·d－1).均可參考美國IRIS數(shù)據(jù)庫［15］獲取.

Wcdi為長期日攝入劑量(mg·kg－1·d－1)，經(jīng)由飲水途徑暴露的長期日攝入劑量Wcdi為

其中:c為介質(zhì)中致癌物質(zhì)的質(zhì)量濃度(mg/L)，Wir為成人每日飲用水量(L/d)，fef為暴露頻率(d/a)，ted為暴露延時(shí)(a)為人均體重(kg)，ˉt為平均暴露時(shí)間(d).

2.2 水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型修正

跨界突發(fā)性水污染事故發(fā)生后，污染物的濃度不斷地隨著時(shí)間、空間的變化而變化.針對這一特性，許多學(xué)者曾采用高斯分布模型和三角模糊函數(shù)等方法對濃度進(jìn)行數(shù)值模擬.由于三角模糊函數(shù)法可操作性較強(qiáng)，計(jì)算結(jié)果可靠性高，故本文采用三角模糊函數(shù)法對特征污染物的濃度進(jìn)行修正，以得到特征污染物濃度的遠(yuǎn)程變化規(guī)律.

取污染事故發(fā)生后特征污染物濃度c的三角模糊函數(shù)，令c=(c1，c2，c3)(其中c1，c2，c3均大于0)，其對應(yīng)的α－截集為這里借助α－截集技術(shù)，將三角模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為與同一可信度水平α(α∈［0，1］)相對應(yīng)的區(qū)間數(shù)，此時(shí)Wcdi計(jì)算公式轉(zhuǎn)化為

則致癌風(fēng)險(xiǎn)(式(1))修正后為

非致癌風(fēng)險(xiǎn)(式(2))修正后為

根據(jù)三角模糊函數(shù)法修正后得到的公式(3)，(4)進(jìn)行污染物健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，可得到特征污染物在最大可信度時(shí)的健康風(fēng)險(xiǎn)值，其結(jié)果更接近真實(shí)值，更具有科學(xué)性.

3 跨界污染事故水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)模型，針對松花江硝基苯污染和北江鎘污染這兩個近年來典型跨界突發(fā)性水污染事故的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)證分析.

3.1 松花江硝基苯污染事件

以肇源地區(qū)為黑龍江與吉林的省分界線，利用表1的監(jiān)測數(shù)據(jù)［16］分別計(jì)算出硝基苯濃度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差.以平均值c作相對最可能值，c－2α和c+2α做的下限和上限，則c=(0，0.14，0.52)，=［0.14α，－0.38α+0.52］.將 c～α帶入式(4)得

表1 肇源地區(qū)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

3.2 北江鎘污染事件

利用2006年12月15日起北江內(nèi)鎘污染帶的監(jiān)測數(shù)據(jù)［17］(表2)，進(jìn)行三角模糊處理后，按照式(3)進(jìn)行計(jì)算，得到鎘的致癌風(fēng)險(xiǎn)值 Arisk= 1.8×10－8.

表2 2006年1月1日起北江鎘污染帶水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

由計(jì)算結(jié)果可知，在硝基苯污染事件中，盡管硝基苯為非致癌污染物，但由于其暴露濃度高，暴露時(shí)間長，其風(fēng)險(xiǎn)值仍然高達(dá)2.7×10－4a－1，遠(yuǎn)超過國際輻射防護(hù)委員會推薦的最大可接受限值10－6a－1，因此，硝基苯污染對肇源周邊人口的人體健康構(gòu)成很大風(fēng)險(xiǎn).而在北江鎘污染事件中，鎘為致癌污染物，但其暴露時(shí)間較短，初始濃度較小，故其風(fēng)險(xiǎn)值為1.8×10－8a－1，小于10－6a－1，故對周圍人口的健康影響較小.

4 結(jié)論

1)提出了跨界突發(fā)性水污染事故預(yù)警指標(biāo)體系的概念，并構(gòu)建了指標(biāo)體系框架，水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)為預(yù)警指標(biāo)體系計(jì)算中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對評估污染事故級別十分關(guān)鍵.

2)針對跨界突發(fā)性污染事故中污染物隨時(shí)間和空間的變化而變化的特點(diǎn)，對傳統(tǒng)的水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)利用三角模糊函數(shù)法進(jìn)行修正.根據(jù)修正后的公式進(jìn)行兩個實(shí)例計(jì)算，結(jié)果表明，硝基苯的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際接受的限值，從而提升了污染事故危害級別.重金屬鎘為致癌污染物，但污染事故中致癌風(fēng)險(xiǎn)值在可接受限制內(nèi)，對本次污染事故危害級別的提升貢獻(xiàn)不大.由此表明健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的結(jié)果對事故危害級別的判定有著不可忽視的影響.

3)對水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)，可定量地描述環(huán)境污染對公眾健康危害的程度.評價(jià)的結(jié)果為跨界突發(fā)性水污染事故應(yīng)急處置與科學(xué)決策提供了依據(jù).

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