环境风险评价中的不确定性问题

1、| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/中国环境科学 11252 255China Emvirofinaentel Science| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/环境风险评价中的不确定性问题詹曾光;明钟政林曾北危曲南大学环境降护研究所.技沙4100S2）Gordon G . H . HiiAUg (Faculty of Etigineerihg, (Jniirer?ily of Fkgim, CjiLfld e4$ 0A2)文 A亦第了环境凤险评柳片的不确宦性问題的骨类怪其总哨丙當.樂述了定墜甘析不琥定性同題的4种方法.即传連歯数 穗、戰僧橫报眩，覽荷区

2、间医和二间矩植匸量后提出减空不确罡性问题的逮牲.即舉目标规甸底.非舞数网邑崔勺回归甘析耘堀者家盍见底上養如不确宦性凤检评价全fltoi碎舟凤迤珂彳f J尬疣虜肉叼Htese«rclti of tbe UDeectauity tn eitviroDm&ntal risk Zeng CLiangming t Zhcmg 辺hcnglizi. Zeng Beiwcit(Eiivi-rtmtnetitHl Proteclion Research Insiiiuitc» liunan Univeriiy H CiLAngh 410082 s Gordom G.U , Huan

3、g (Faculty af Engifieer- >nK i L'nivemiltT of RELfi, Canadfl s4b 0A2) .CAma EnviraiEe砒Science 11 ,18(3): 252 - 255Abstractla ihi$ paper 4 lhe clBSfriH-Cftbon and impact lac Lors of the uncertainty in the Environm ental Riiik Aaaefl&metti (ERA) ar« introdtied « Four method a for

4、qiuanlitarivc analyata of uncertainly, Le transfer funclion method 4 ntinieneal value simulation mrth« 4 rvnGdeii intervij Hithod and MMnd ordr malrix method are expaundled Ai lh收颈日期:LW7-M-08 用慕自橋科学基金皿妣汎»刃、国猱最委閒学回圉人.曲基盘 和机彊部跨世*0人您金H512O6）资助项目t . the fipproaeb- flss for Iw&f-ning unrert

5、ainty P i.e. multiple cbjeelivc programming4 fi<uuparametric approach 4 regression an«ly5i» and expert opinion appro凯h arc put forward -Key words:iinc'BirkLi nty rikquamtit总亡 anflly&ia| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/前几年，怀疑者们直认为*由美国科学院 院士及工程院院士 Frnk叶黑但议井促眦的国 际减轻自然灾害10年（1990-甸00年）意义不

6、以并预言，在开始的5年内，人们将貝会爭论 不休+不知道应该做些什么；而在随后的厅年，人 怕将只可能总第前于年不知道争论了些什么" 但事实并非如此，在环境风险方面，很多环境科 学麻巳在理论和实际两牛方面取得了成 就；L-J5不过、在与師境灾窖、环境风陰相关的 研究领域+仍存在着缺乏基础理论和方法的问 题車文通过对环境凤险不确定性问题的 初步探讨试图在这方面做些工作口1 不确定性分类及更影响因素1.1不确定性分类“不确定性”一無可喙理解为不肯定性、不确 知性和可变性“不确宦性广崔地存在于自然界 和.人类社会中就环境风险评析而盲*不确定性的表现也是相当普遍的。例如，在评价其一工厂 向某河流

7、排放污水是否会导致该河流水质趙标 的问题时，尽管评价工作者通过一定的朮质模型 预测.在不利条件下确实会发生超标事杵，但事 实上超标是否果真会发生却不尽然。实际上，谖 河流上诗来的水质、河流中水的流量拯及降雨 S、降解系数等在不同的季节那是变化的或具有 不确定性从而引起下游水廈也是变化的或具荷 不确定性a Ove . Ditlevsen1将不确宦性分为以 下3种：物理不确定性。具休表现为不冋样本* 其物理屈性会表现出一定的差异；统计不确定 性°对物理现象进行观测*只能获得容览有限的 徉本以此为基础去分析物理量的本质展性便带 来统il的不确定性；模型不确定性°由于在建漠 赶程中

8、常常要对物理现象进行概化和抽象及假曾光明谭：环境风险评价中的不彌定性间题设，这样就可能会忽视一些羽响因責，所得模型 可能仅仅是原型曲一个同构，故模型具有不确定 性。鈕t軻将环境凤险评价中的不确定性分为 腐大类、一类是可以用较确切语育捕述的不确定 性。例如，在环境凤险评价中，某一随机事件的 览生（如有奉化学物质的泄漏）具有隨机性、但培 可以通过特定的方法4如Fault Tree Analysis分 析法山】预测菇发生的概率及影响程度。另 类不确定性是由于人（U认识能力的局砸对凤险 评价中某些现象、机理本身就不清楚不能准确 地描述如在漣康凤险评价中鉴定某一有卓物 质曲毒性对人体的健康危害黑响时，往

9、注是选择 功物进行毒理实验，再由宴验所得数据外推到人 类，在外推的过程中，有时附加10倍安全因子, 甚至100倍璽全因子，林后把所得数据作为该有 產物质对人体悝康危害的标准值。可以说，在琏 个实验过程中*动物是受试者，而真正受到有逼 康危害豔响的却是人蠢。尽管在外推的过程中 附加了 定的安全因子.但确切地说，有毒物质 在人体内的反应机理、对人体健康的影响及豔响 程度是不清楚的，也无法用语言准确地加以描 述亠对于第一类不确定性又可进一步分为陶 类：由于自然界本身所曲有的不确定性在风险 分折曲过程中所引起的不确定性（如模教不确定 性、参数不确定性等）和自然界随机变化引起的 不确定性口其中，摸型的不

10、确定性又包括方程形 式错误及边界条件设置不合理等引起的不囁定 性；擊数不确定性包括监测过程中和推导过程 中引起的不确定性中从统计学的角度来看*不确定性也可分为两 种：自然界所固有的随机性所致如在监测某河 流、在一定样本容量内*D0值超标概率为70% , 换言之*该河流的DO值基本上可囚认为是超标 属于统计规律之外，换言之无法用统计分布或 概率予以描述如上面的例于中除河流本身的随 机变化造战监测结果的不确定性外，还可能会由 于在监蘭的过程中监测者本身的实验技巧以及 心理悄绪等一系列外在的无法用统计规律描述 的因素、从而造成监测结果曲不确宦性。1.2不确定性影晌因素不确定性丰身就是一种十分复杂的自

11、然现 象因而其影响因素也十分眞杂。正确区分和认 识这些誓駅因素是研究不瞞定性冋逻的关键和 基础。KaiEnes tLeom与Ei«d认为彫响不确宦性 的因索可分为以下两类：物理扯观据值存在 测量饯羞，讷艮自然现象、社会因素、经济发展的 臭杂性都对不确定性有一定的影响卡人口増长、 经济发展、水文吒象变代本身具有一定的随机待 征悬造成不确定性的主要原因.Benjamin与 Cornell将影响不确定性的琳因分为3类门门：自 然界本身固有的因素引起的不确定性7统计引起 的不确定性，因为用于参数估计的样本容遢有 限，所以免不了会带来计算结果的不彌定性*摸 型引起的不确定性*由于所选择的数学摸

12、型可能 便便是原型的一牛同构，所以存在不确定性影总结各种观点.可以特影响凤险率与不确定 性的主要原因概括为以下3点。1.2 1人类活前引起的不确定性如人口变 迂、经济发展、社会进步等社会现象引起的不确 定性+井且无数事实证明这种不确定性随着人类 社令的进一步发展而加剧*如正址于建设中的二 峡犬坝对长江流域生物群落的分布、物种的迁移 以及对整个生态环境系竦的影响相当程度上还 垦一片空白，邃坝对未来生悲环境的誓响的不确 定性是不言而喻的p| 维普资讯 h ttp:/自然现象引起的不确定性如水文、地的*但是在具休某一欢监测过程中山0值不一 1.2”2| 维普资讯 h ttp:/泄超标，这就是由于其它

13、外界因素引起河施中 DO值变化所引起的不确定性，这也是统计極律 本身曲一种不确定性即槪率为1的不一宦是必然事件，而議率为0的事件不一定至不可发生事 件;境属偶髀廉因所引起：7确定性获其本疑隶 理、气温、降水量、风向s凤速、日照辐射量等自然 现象的不确定性，特别是一些自魅灾害事件*如 飓风、靠雨以及洪水等随机性引迟的不捅定性&K2.3人类认识客观世界能力的局限性便得 对风险评价领斌的一些问题存在着一些不鬲定 |维普资讯 ng|234中国环境科学汕卷性和模糊性这种局限性具体表现在以下几个方 面：对良杂的环境系统重要的因果关系峽乏了 解；模型不符合实际情况7在评折过程中柞了 些必要的假设；在

14、掾数的获取过程中和对*知 参数的推导过程中的参数不确定性，总之，环境凤险评价过程中的不确宦现象是 客观存在的。在评价过程中由于不确定性问题 而导致风险性也是显而易见的，问题的关键是正 确地去认识它、把握它；正确地认识不确定性的 存在井尽童通过各种合适的途径械少其影响，降 低风险评价中的凤脸度。2不碗定性问题分析目前，处理不确定性的定量方法较少或还不 够成熟。通过对相关领域内有关不确定性问题 的研究成果进行分析和归纳，并联系环境风险评 价，总结出针对不确定性问題的宦量分靳方法v 2.1停递函数法即根据误差传递理论，由各初始变就的不确 定性大小渐次分折计算结果的不确定。其主要 的理论根据是关于随机

15、变量函数的方差计算理 论n2.2数值模拟法对于某些复杂的模型，分析其不确定性的来 源是极其困难的*而借助MonteCarlo方法） 则比较方便地处理复亲模型中的不确定性问题。 Bamth Ouse等用MonteCarlo模拟技术研究 由单一物种毒性外推到生态系统过程中的不确 定性问題，较好地将这一过程的不确定性转变为 关于某种效应的不确定狀态。从而某一特殊有 毒效应水平的风险可以由一个直接毒性和源于 外推过程产生的不确定性歯数瑜定 23宣信区间法从置信限与容许限的瀚度，借助统计分布理 论，研究参数值的不确定性口2.4二阶矩法根据自变童的館二阶矩取泰勒级数的前1 项或者前2项，即用一欢二阶距方法

16、和二次二阶 矩方法分析与计算结果的不确定性如在环境 陨量模型中污染物的分布曲线以f（“表示，根和坐标顶点的关系可山写出污染物谗度 的各阶矩一零阶矩、一阶矩及二阶矩。零阶矩喪 示排放污染物的总ih阶矩表示忖染物浓度分 布重心的位置；二阶矩表示污染物耀度分布的方 羞、即侬度分散的离散程度，这样很据二阶矩的 泰勒级数展开即可研究污染物浓度分布的不确 定性。在凤险评价研究领域中，无论采用上述哪一 种方法分折不确定性其目的都在于从本质上认 识它、把握它，最终找到有效的途径或采取有效 的措施来减少和消除它。目前，虽然出现了许宰 减少不确定性问题的方法，但就环境風险评析领 域中不确定性问题的主要方法有以下4

17、种。2.4 1回归分析法 应用餌归分析方法可以有 效地利用现有的资料，减少由于资料不足所造成 的不确定性。目前所用的方注主要是参数回归 分析方法，模型主要是Probit模型、“前模型、 Wdlbul A 型等1 叭2.4.2 非参败回归法回归分析中，当（工殍） 的分布未锁时估计J?（ylx =兀）的一种方洙.此 时对=工）只作一般性的要求，而不假定 其有任何特殊的数学形式这样可以直接从样本 的实际统计待征屮去研究问题"證免由于模型假 设与实际情况的重大差距或在选择模型的过程 中所造成的不确定性，从而使其适用面广°丈献 2运用随机理论构逍综合水质风瞼评价模型便 是采用的非参数

18、回归方法。2.4,3多目标规划法对于环境凤险评价中的 不确定性问题采用多目标规划方法主要是将控 制风脸水平与不确定性槪化为不同的目标函数* 由多目标规划理论进疔风脸求解。2.4.4专家意见法环境风险评价的最终结果 对环境或人休健康的膨响*环境学家和毒理学家 经常持不同意见、有时甚至会戡然相反。主要原 因在于坏境学家使用的是较完善的污染物模堕. 而毒理学家使用的是毒理学模型（如死亡率模 型），并且由于他们各自所具有的学科背最知识 不同*以及所快用文就资料的迥然差异等，造成 了对评价结果的影响分析不同。如果综合考慮 两方面专家的意见将-有助于减少在风险评价过| 维普资讯 h ttp:/255曾光明

19、等：歼燒风险评价中的不确定性同題3期程中的不确定性口3第语由于髯观世界的复杂性，以及人们认识客 聊世界能力的局限性.在囚往认为是确定性的 因素和现象中究苴实质有不少是随飢的"不确 定的u总之，不确宜性何題是普遍存在的*它直 接形响环境风脸评愉结果的可罪与否及在多 大程度上是可靠的°加强时不觸宼性问题的硏 究井尽快与实厢应用相结合，將更有助于环境凤 险评价工作的展开n薄文就t Oawitl Aliftodef r Book r«Eew abour naiu/sJ hawflh by bry«nt and envimnideDtal huerd»；

20、a39e9»in! risk and rediicing dieter Ly SuiilJ.jd lbysnr-uJ Cragr*phyr 1S93, 17(4)： 5(M-5062呻及林，曾光明.卓和等.马尔科尢过程住河皈绘合水脂 预抿中的&fH.环燒工程“ m7Pl5C2)i -44,擁政林，曾光朋*杨春平环境風险评价研究进肿.耳境科 件进廉，1知灵 傀小门714钟蚊林曾光明.扬痒平零一淹削理论在环境慎险评价中的 应用倫南大芈学报.朗化绅1)：3汁斯5程由通.魯堆半.环境吏書的基审将征与廊援初掘一歼境科 供、1996k 175)j 76- 7«6 <1自强

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