基于盲数的水体沉积物潜在生态风险评价方法

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1、李如忠等：基于盲数的水体沉积物潜在生态风险评价方法7基于盲数的水体沉积物潜在生态风险评价方法摘要：基于生态风险评价系统中多种不确定性共存或交叉存在的特性，将盲数理论应用于水体沉积物潜在生态风险的评价研究。在将Hakanson潜在生态风险指数模型参数定义为盲参数的基础上，建立了沉积物潜在生态风险评价的盲数模型，并提出了污染程度和潜在生态风险等级识别盲数可靠性计算模型。根据上述盲数模型，不仅可以得到沉积物污染程度和潜在生态风险的可能取值区间，也可以得到各区间相应的可信度水平，进而定量计算待评价对象隶属于各

2、评价等级的主观可能性大小。作为案例，将上述模型应用于巢湖十五里河河口沉积物中重金属潜在生态风险评价的研究。在得到沉积物中单个重金属污染物（Hg，Cd，Pb，Cu，Cr）隶属于污染程度各等级和潜在生态风险各等级可信度水平的基础上，得出十五里河河口处于较高生态风险水平的结论，相应的可信度为0.626。实例研究表明，以盲数理论评价沉积物的潜在生态风险，理论上可行，评价结论可信。关键词：潜在生态风险；沉积物；盲数；可信度；十五里河沉积物是众多污染物在环境中迁移转化的载体、归宿和蓄积库[1]。近年来，对水体沉积

3、物，特别是重金属污染问题的研究成为人们关注的热点[1-15]。截止目前，人们已提出多种用于沉积物中重金属污染的评价方法，主要可以概括为：地累积指数法[2]、回归过量分析法[3]、污染负荷指数法[4]、脸谱图法[5]以及潜在生态风险指数法[1，6-15]等。其中，以瑞典学者Hakanson[9]提出的潜在生态风险指数法格外受到人们的青睐。该方法不仅反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响，也反映了环境中多种污染物的综合效应，并用定量方法划分出潜在生态风险程度，成为沉积物质量评价中应用最为广泛的

4、方法之一，在国际上影响较大[1]。但从已有成果看，有关沉积物潜在生态风险问题的研究，基本上都是从确定性角度进行的，而对沉积物生态风险评价系统的不确定性还重视不够。事实上，同其它系统或事物一样，沉积物生态风险评价系统也是一个充满不确定性因素的变化复杂的大系统，除本身具有的客观随机性外，由于监测数据的不完备性、不精确性，致使该系统成为部分已知部分未知的灰系统；加之受理论研究水平的制约，导致人们对这一系统不可避免地存在主观认识上的不确定性，即未确知性[16]。也就是说，该系统实际上是一个主、客观不确定性共存

5、的大系统。因此，对沉积物潜在生态风险的评价，科学的处理方法应是从多种不确定性共存或交叉存在的角度进行研究。未确知数学中盲数理论[16]的提出，为这类问题的解决提供了数学工具。本文以潜在生态风险指数法为蓝本，尝试将盲数理论用于生态风险评价研究。在将潜在生态风险指数模型参数定义为盲参数的基础上，建立了沉积物潜在生态风险评价盲数模型，并提出了污染程度和潜在生态风险等级识别的盲数可靠性模型。由此，不仅可以得到沉积物污染程度和潜在生态风险的各种可能值区间，也可以得到各区间相应的可信度水平，并能够定量计算相应于各

6、评价等级的可能性大小，这是常规确定性方法无法实现的。1盲数的基本原理盲数是未确知数学中用于表达和处理同时具有两种或两种以上不确定性信息的数学工具，现已成功地应用于水环境容量计算[17]与水质风险评价[18]等领域。1.1盲数的定义设H(I)为一系列的灰区间ai构成的区间型灰数集合，则ai∈H(I)。若αi∈[0,1]，i=1，2，…，n，f(x)为定义在H(I)上的灰函数，且（1）当i≠j时，ai≠aj，且，则称函数f(x)为盲数，并可用表示。称αi为f(x)的ai值的可信度，称α为f(x)的总可信度

7、，称n为f(x)的阶数。1.2盲数的期望值设a，b为实数，且a≤b。称为区间型灰数[a,b]的“心”，记作。若f(x)为盲数，表达形式同式(1)，则盲数f(x)的期望值可以表示为（2）式中，α为总可信度，且。1.3盲数可靠性计算模型设A、B为盲数，分别表示为分布密度形式，即，，则事件的可靠性表示为（3）式中，B表示某一评价标准的分级阈值，一般为实数值形式；r李如忠等：基于盲数的水体沉积物潜在生态风险评价方法7是按实际问题要求而确定的某个已知实数，通常取r=0，则称式(3)为盲数可靠性计算模型。2沉积物

8、潜在生态风险评价盲数模型2.1生态风险指数法1980年，瑞典学者Hakanson提出了沉积物风险评价的生态风险指数法，主要内容大致如下[9]：（4）（5）（6）（7）式中，为某一污染物的污染系数，为沉积物中污染物的实测值，为计算所需的参比值。为沉积物中污染物综合污染程度；为沉积物中污染物毒性响应系数；为某单个污染物的潜在生态风险系数；RI为潜在生态风险指数。2.2盲参数的定义在由生态风险指数法评价河口、湖泊或海洋等水体沉积物生态风险时，准确地确定沉积物中