地下水污染风险评价方法研究及软件设计开发

论文摘要

随着我国环境保护力度的加强和“以人为本”、“经济、社会、环境和谐发展”战略的确定,保护人类自身的健康和保持人类社会的可持续发展已经提升到十分重要的位置。健康风险评价以风险度作为评价指标,将环境污染与人体健康联系起来,定量描述污染对人体健康产生危害的风险的一种方法,它不仅可以对污染给人体造成损害的可能性及程度做出科学的估计,而且可以为受污染场地的治理和修复提供可靠的依据。本文利用健康风险评价方法,从人体摄取污染物质的方式和机制以及污染物暴露剂量和人体健康效应的关系出发,进行地下水污染风险评价方法探讨及风险评价软件设计开发研究。主要研究内容包括:(1)介绍了课题研究的背景、目的和意义、主要研究问题和技术路线,为顺利开展研究工作奠定了基础。在文献综述中,对国内外的研究现状进行分析,总结国内外研究的特点与存在的问题,对课题研究方法和评价模式的选定起指导作用。(2)分析了风险评价的基本原理,针对风险评价的基本概念、人体污染物摄取机制、污染物的致癌和非致癌毒性进行简单的阐述。对比分析几种常用风险评价方法,并总结出方法自身的优缺点,针对课题选取美国国家科学院的NAS四步法作为本研究的基础评价方法。(3)建立包括风险评价指标和暴露评价指标在内的健康风险评价指标体系。探讨地下水污染健康风险评价方法,包括数据收集、剂量—反应评估、暴露评价和风险表征四个步骤。确定了合理暴露途径,给出了暴露剂量计算的十种评价模式和风险表征计算的两种模式。改进污染物暴露剂量的计算方法,增加了胃肠吸收因子、皮肤吸收因子和皮肤渗透系数等参数。(4)根据给出的暴露评价计算和风险表征计算的相关模式和界面设计的原则,运用MATLAB软件开发交互功能突出、交互界面友善的地下水污染风险评价软件,实现健康风险评价过程中的暴露评价和风险表征计算。(5)通过对研究区调查和监测点地下水进行取样测试,确定该研究区地下水最主要污染物为三氯乙烯。根据研究区2003～2006年地下水污染情况的实际监测数据,运用风险评价软件对研究区地下水通过饮水暴露、呼吸空气暴露、接触水暴露和接触空气暴露四种有效途径进行暴露评价和风险表征计算,得出通过四种途径相应的暴露剂量、终生致癌性风险和非致癌风险指数。评价结果表明,研究区地下水受到较严重的三氯乙烯污染,致癌水平较高,非致癌风险危害小于1.0。对比2003～2006年终生致癌性风险柱形图得出,呼吸空气和饮水暴露是造成终生致癌性总风险的主要因素,接触水和接触空气暴露造成的终生致癌性风险可忽略不计。根据评价结果,对研究区居民和政府部门提出一些有效建议。本文的创新点主要包括:(1)总结国内外各类参考文献和网络文献研究成果,建立了一套适用于地下水污染风险评价的指标体系,为地下水污染风险评价提供了科学依据。(2)改进和完善了地下水污染风险评价过程中暴露评价和风险表征的相关模式,为地下水污染风险评价提供完整的数学模型。(3)首次运用MATLAB软件编写风险评价软件,为地下水污染风险评价工作提供了高效、可靠、实用的评价工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 国外研究动态
• 1.3.2 国内研究动态
• 1.3.3 国内外研究特点与存在问题
• 1.4 研究内容及技术路线
• 1.5 小结
• 2 风险评价的基本原理与方法
• 2.1 风险评价的基本原理
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 人体污染物质摄取机制
• 2.1.3 化学物质的毒性
• 2.2 风险评价方法研究
• 2.3 小结
• 3 地下水风险评价评价模式
• 3.1 风险评价指标体系
• 3.2 危害鉴别
• 3.3 剂量—反应评估
• 3.3.1 非致癌性剂量—反应评估
• 3.3.2 致癌性剂量—反应评估
• 3.4 暴露评价
• 3.4.1 暴露路径分析
• 3.4.2 最大合理暴露情形的确定
• 3.4.3 污染物浓度量化
• 3.4.4 人群暴露剂量评价模式
• 3.5 风险表征
• 3.5.1 风险表征计算
• 3.5.2 不确定性分析
• 3.6 小结
• 4 风险评价软件设计与开发
• 4.1 软件开发工具
• 4.1.1 MATLAB软件介绍
• 4.1.2 MATLAB下的GUI开发环境GUIDE
• 4.1.3 GUI界面设计原则
• 4.2 软件总体设计
• 4.2.1 软件结构与功能设计
• 4.2.2 数据流图
• 4.2.3 软件开发流程图
• 4.3 软件系统开发
• 4.3.1 主程序界面
• 4.3.2 暴露评价界面
• 4.3.3 风险表征界面
• 4.4 帮助菜单栏设计
• 4.5 小结
• 5 研究区地下水污染风险评价
• 5.1 危害鉴别
• 5.1.1 场地自然状况
• 5.1.2 污染状况
• 5.1.3 污染源分析
• 5.2 剂量—反应评估
• 5.3 暴露评价
• 5.3.1 暴露场景与暴露路径
• 5.3.2 暴露计算
• 5.4 风险表征
• 5.4.1 风险表征计算
• 5.4.2 结果分析
• 5.4.3 不确定性分析
• 5.4.4 建议
• 5.5 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文