基于模糊數學評價法地下水健康評估風險分析

陳 龍

（塔里木河流域和田管理局，新疆和田848000）

我國水資源總量儲存豐富，但人均占有量2240m3，40%的農田灌溉來自于地下水［1］。地下水用于灌溉研究起步較晚，主要集中在人類活動及農藥影響。河道中主要來源于農田使用的化學肥料［2-4］。

我國對于農業灌溉地下水的研究起源于20世紀80年代，早期研究集中在氮磷鉀等元素流失［5］，隨著時間發展發現農業用水的污染也是不可忽略的問題。馮沈榮開［6］、李永賓［7］、趙琳等［8］分別對西北地區和華北地區進行研究，認為來自于農藥中對地下水有很大影響。地下水污染不僅影響農作物，對于人類的飲用健康也造成了嚴重影響。

1 工程概況

本研究區域位于新疆和田地區。該區域多年平均氣溫12.3 ℃，最高達43.6 ℃，降水較少，地下水是主要的飲用水源。生活中廢水和工業廢水集中排放，但是農藥造成水污染較為廣泛，不好控制。

本文在模糊數學評價理論的基礎上對處于干旱地區的地下水進行分析，然后進行其對于人體健康進行風險分析評估。

2 模糊數學評價法

模糊學術理論作為近些年快速發展的一門理論廣泛應用于土木工程、水利工程、金融管理、環境保護等領域。隨著研究逐漸深入，問題又是多方面相互交叉，緊靠單一方面的研究往往不夠準確，因此模糊數學理論的綜合評價顯得尤為重要。

模糊數學評價法是通過考慮所要研究對象內各種影響因素的權重，利用模糊變換對研究對象做出準確的綜合性評價。本文采用濃度超標法進行權重計算，然后權系數由污染因子對不同等級標準的作用貢獻以對不同等級的貢獻大小來確定。

2.1 確定隸屬度矩陣R

采用“降半梯形分步法”進行計算。評價中選取n個污染因子；Xki為第k個樣品污染因子i的實測值；Cij為j級標準值（i=1，2…，n；j=1，2…，m）。

污染因子隸屬函數：

Ⅰ類水隸屬函數，即j=1：

從j級到m-1級隸屬函數，j=2，3…，n-1：

n級水隸屬函數，j=m，

利用隸屬函數求出水樣中第i個污染因子對各級水質標準隸屬度，得到對應隸屬度矩陣R：

2.2 采用Ⅲ類指標加權法

考慮到各單項指標對水質影響作用不同，不僅與各物質的成分不同，并與污染物內濃度等有關，如式（4）。

式中 Wki為因子權重為k樣品中第i個因子實測值；si為第i個因子各級水均值。

通過各因子測量值和對應的評價標準，以及各因子的權重，組成對應的模糊矩陣A：

確定模糊數學評價需要的基本隸屬度矩陣R和權重矩陣A后，進行復合運算進而求出對應結果矩陣。本文中采用模型1，即主因素突出型M（∧，∨），（∧，∨分別表示取比較突出的大值、小值）。

求得結果矩陣為B={0.2，0.4，0.2，0.28，0}。

3 評價指標

由于該區域內受周邊環境和人類活動的影響，在供給的水質中具有多種元素，選取比較突出的各類水質污染因子作為評價指標。主要有： 溶解性固體、耗氧量、氰化物、CaCO3，pH值等。各指標評價標準如表1。

表1 各指標評價標準

4 結果分析

運用模糊數學評價法對該區域的地下水進行質量評價，如表2。

表2 各指標評價結果 單位：%

續表2

根據表2可知，地下水內含有評價指標的各種元素含量不同，符合不同水質的標準所占用的比例有所區別，根據不同影響指標站的比重進行模糊數學評價分析，可得出該區域的水質處于Ⅲ類級別，主要為農業生產中“三氮”和硝酸鹽類物質的影響。

式中 THI為總非致癌風險指數；HI為風險指數；EF為暴露頻率，取365d/a；IR為每日飲水量，取2L/d；BW為人體平均體重，取70kg；AT為暴露發生平均時間（d）；ED為飲水持續時間；E為暴露劑量（mg/kg·d）；C為目標物質質量濃度（mg/L）；n為引起非治致癌效應毒害目標物質總數。RFD：地下水中目標物質參考劑量（mg/kg·d）。

總非致癌風險指數（THI）界限值為1，當THI>1，說明該環境風險較大，對身體健康有影響；當THI<1，說明風險較小，對身體危害較小，可以接受。

選擇27個樣本點進行健康風險分析，根據公式（5）、（6）和（7）計算出風險指數范圍為：0.001～39.075。計算出分布如表3。

表3 和質量濃度限值

表3 和質量濃度限值

指標Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類NO-3含量/（mg/L）≤5≤20≤30>30 THI<0.401 0.401～1.573 1.573～2.391 >2.391采樣點數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采樣點數58410

5 結語

（1）以模糊數學評價法為基礎，對研究區域地下水進行適當歸類，同時根據水中影響因素進行健康安全風險評估。

（2）基于模糊數學分析法根據各評價指標的比重得出了該區域地下水的類別，區域大部分處于Ⅲ類級別。

（3） 得出了不同級別水體內THI的分布情況，進而得出了該區域內可使用水體的比例大致占40.7%。

（4）對于研究區域地下水的分布情況，建議對該區域生活廢水比較集中的地方進行適當改造和修復。