環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不確定性問題

1、| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h ttp:/中國環(huán)境科學(xué) 11252 255China Emvirofinaentel Science| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h ttp:/環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不確定性問題詹曾光;明鐘政林曾北危曲南大學(xué)環(huán)境降護(hù)研究所.技沙4100S2）Gordon G . H . HiiAUg (Faculty of Etigineerihg, (Jniirer?ily of Fkgim, CjiLfld e4$ 0A2)文 A亦第了環(huán)境鳳險(xiǎn)評(píng)柳片的不確宦性問題的骨類怪其總哨丙當(dāng).樂述了定墜甘析不琥定性同題的4種方法.即傳連歯數(shù) 穗、戰(zhàn)僧橫報(bào)眩，覽荷區(qū)

2、間醫(yī)和二間矩植匸量后提出減空不確罡性問題的逮牲.即舉目標(biāo)規(guī)甸底.非舞數(shù)網(wǎng)邑崔勺回歸甘析耘堀者家盍見底上養(yǎng)如不確宦性鳳檢評(píng)價(jià)全fltoi碎舟鳳迤珂彳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收頸日期:LW7-M-08 用慕自橋科學(xué)基金皿妣汎»刃、國猱最委閒學(xué)回圉人.曲基盤 和機(jī)彊部跨世*0人您金H512O6）資助項(xiàng)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凱h arc put forward -Key words:iinc'BirkLi nty rikquamtit總亡 anflly&ia| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h ttp:/前幾年，懷疑者們直認(rèn)為*由美國科學(xué)院 院士及工程院院士 Frnk葉黑但議井促眥的國 際減輕自然災(zāi)害10年（1990-甸00年）意義不

6、以并預(yù)言，在開始的5年內(nèi)，人們將貝會(huì)爭論 不休+不知道應(yīng)該做些什么；而在隨后的廳年，人 怕將只可能總第前于年不知道爭論了些什么" 但事實(shí)并非如此，在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面，很多環(huán)境科 學(xué)麻巳在理論和實(shí)際兩牛方面取得了成 就；L-J5不過、在與師境災(zāi)窖、環(huán)境風(fēng)陰相關(guān)的 研究領(lǐng)域+仍存在著缺乏基礎(chǔ)理論和方法的問 題車文通過對(duì)環(huán)境鳳險(xiǎn)不確定性問題的 初步探討試圖在這方面做些工作口1 不確定性分類及更影響因素1.1不確定性分類“不確定性”一無可喙理解為不肯定性、不確 知性和可變性“不確宦性廣崔地存在于自然界 和.人類社會(huì)中就環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)析而盲*不確定性的表現(xiàn)也是相當(dāng)普遍的。例如，在評(píng)價(jià)其一工廠 向某河流

7、排放污水是否會(huì)導(dǎo)致該河流水質(zhì)趙標(biāo) 的問題時(shí)，盡管評(píng)價(jià)工作者通過一定的朮質(zhì)模型 預(yù)測(cè).在不利條件下確實(shí)會(huì)發(fā)生超標(biāo)事杵，但事 實(shí)上超標(biāo)是否果真會(huì)發(fā)生卻不盡然。實(shí)際上，諼 河流上詩來的水質(zhì)、河流中水的流量拯及降雨 S、降解系數(shù)等在不同的季節(jié)那是變化的或具有 不確定性從而引起下游水廈也是變化的或具荷 不確定性a Ove . Ditlevsen1將不確宦性分為以 下3種：物理不確定性。具休表現(xiàn)為不冋樣本* 其物理屈性會(huì)表現(xiàn)出一定的差異；統(tǒng)計(jì)不確定 性°對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)*只能獲得容覽有限的 徉本以此為基礎(chǔ)去分析物理量的本質(zhì)展性便帶 來統(tǒng)il的不確定性；模型不確定性°由于在建漠 趕程中

8、常常要對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行概化和抽象及假曾光明譚：環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不彌定性間題設(shè)，這樣就可能會(huì)忽視一些羽響因責(zé)，所得模型 可能僅僅是原型曲一個(gè)同構(gòu)，故模型具有不確定 性。鈕t軻將環(huán)境鳳險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不確定性分為 腐大類、一類是可以用較確切語育捕述的不確定 性。例如，在環(huán)境鳳險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，某一隨機(jī)事件的 覽生（如有奉化學(xué)物質(zhì)的泄漏）具有隨機(jī)性、但培 可以通過特定的方法4如Fault Tree Analysis分 析法山】預(yù)測(cè)菇發(fā)生的概率及影響程度。另 類不確定性是由于人（U認(rèn)識(shí)能力的局砸對(duì)鳳險(xiǎn) 評(píng)價(jià)中某些現(xiàn)象、機(jī)理本身就不清楚不能準(zhǔn)確 地描述如在漣康鳳險(xiǎn)評(píng)價(jià)中鑒定某一有卓物 質(zhì)曲毒性對(duì)人體的健康危害黑響時(shí)，往

9、注是選擇 功物進(jìn)行毒理實(shí)驗(yàn)，再由宴驗(yàn)所得數(shù)據(jù)外推到人 類，在外推的過程中，有時(shí)附加10倍安全因子, 甚至100倍璽全因子，林后把所得數(shù)據(jù)作為該有 產(chǎn)物質(zhì)對(duì)人體悝康危害的標(biāo)準(zhǔn)值?？梢哉f，在璉 個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中*動(dòng)物是受試者，而真正受到有逼 康危害豔響的卻是人蠢。盡管在外推的過程中 附加了 定的安全因子.但確切地說，有毒物質(zhì) 在人體內(nèi)的反應(yīng)機(jī)理、對(duì)人體健康的影響及豔響 程度是不清楚的，也無法用語言準(zhǔn)確地加以描 述亠對(duì)于第一類不確定性又可進(jìn)一步分為陶 類：由于自然界本身所曲有的不確定性在風(fēng)險(xiǎn) 分折曲過程中所引起的不確定性（如模教不確定 性、參數(shù)不確定性等）和自然界隨機(jī)變化引起的 不確定性口其中，摸型的不

10、確定性又包括方程形 式錯(cuò)誤及邊界條件設(shè)置不合理等引起的不囁定 性；擊數(shù)不確定性包括監(jiān)測(cè)過程中和推導(dǎo)過程 中引起的不確定性中從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來看*不確定性也可分為兩 種：自然界所固有的隨機(jī)性所致如在監(jiān)測(cè)某河 流、在一定樣本容量內(nèi)*D0值超標(biāo)概率為70% , 換言之*該河流的DO值基本上可囚認(rèn)為是超標(biāo) 屬于統(tǒng)計(jì)規(guī)律之外，換言之無法用統(tǒng)計(jì)分布或 概率予以描述如上面的例于中除河流本身的隨 機(jī)變化造戰(zhàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的不確定性外，還可能會(huì)由 于在監(jiān)蘭的過程中監(jiān)測(cè)者本身的實(shí)驗(yàn)技巧以及 心理悄緒等一系列外在的無法用統(tǒng)計(jì)規(guī)律描述 的因素、從而造成監(jiān)測(cè)結(jié)果曲不確宦性。1.2不確定性影晌因素不確定性豐身就是一種十分復(fù)雜的自

11、然現(xiàn) 象因而其影響因素也十分眞雜。正確區(qū)分和認(rèn) 識(shí)這些誓駅因素是研究不瞞定性冋邏的關(guān)鍵和 基礎(chǔ)。KaiEnes tLeom與Ei«d認(rèn)為彫響不確宦性 的因索可分為以下兩類：物理扯觀據(jù)值存在 測(cè)量餞羞，訥艮自然現(xiàn)象、社會(huì)因素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的 臭雜性都對(duì)不確定性有一定的影響卡人口増長、 經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水文吒象變代本身具有一定的隨機(jī)待 征懸造成不確定性的主要原因.Benjamin與 Cornell將影響不確定性的琳因分為3類門門：自 然界本身固有的因素引起的不確定性7統(tǒng)計(jì)引起 的不確定性，因?yàn)橛糜趨?shù)估計(jì)的樣本容遢有 限，所以免不了會(huì)帶來計(jì)算結(jié)果的不彌定性*摸 型引起的不確定性*由于所選擇的數(shù)學(xué)摸

12、型可能 便便是原型的一牛同構(gòu)，所以存在不確定性影總結(jié)各種觀點(diǎn).可以特影響鳳險(xiǎn)率與不確定 性的主要原因概括為以下3點(diǎn)。1.2 1人類活前引起的不確定性如人口變 迂、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步等社會(huì)現(xiàn)象引起的不確 定性+井且無數(shù)事實(shí)證明這種不確定性隨著人類 社令的進(jìn)一步發(fā)展而加劇*如正址于建設(shè)中的二 峽犬壩對(duì)長江流域生物群落的分布、物種的遷移 以及對(duì)整個(gè)生態(tài)環(huán)境系竦的影響相當(dāng)程度上還 墾一片空白，邃壩對(duì)未來生悲環(huán)境的誓響的不確 定性是不言而喻的p| 維普資訊 h ttp:/自然現(xiàn)象引起的不確定性如水文、地的*但是在具休某一歡監(jiān)測(cè)過程中山0值不一 1.2”2| 維普資訊 h ttp:/泄超標(biāo)，這就是由于其它

13、外界因素引起河施中 DO值變化所引起的不確定性，這也是統(tǒng)計(jì)極律 本身曲一種不確定性即槪率為1的不一宦是必然事件，而議率為0的事件不一定至不可發(fā)生事 件;境屬偶髀廉因所引起：7確定性獲其本疑隸 理、氣溫、降水量、風(fēng)向s鳳速、日照輻射量等自然 現(xiàn)象的不確定性，特別是一些自魅災(zāi)害事件*如 颶風(fēng)、靠雨以及洪水等隨機(jī)性引遲的不捅定性&K2.3人類認(rèn)識(shí)客觀世界能力的局限性便得 對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)領(lǐng)斌的一些問題存在著一些不鬲定 |維普資訊 ng|234中國環(huán)境科學(xué)汕卷性和模糊性這種局限性具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方 面：對(duì)良雜的環(huán)境系統(tǒng)重要的因果關(guān)系峽乏了 解；模型不符合實(shí)際情況7在評(píng)折過程中柞了 些必要的假設(shè)；在

14、掾數(shù)的獲取過程中和對(duì)*知 參數(shù)的推導(dǎo)過程中的參數(shù)不確定性，總之，環(huán)境鳳險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中的不確宦現(xiàn)象是 客觀存在的。在評(píng)價(jià)過程中由于不確定性問題 而導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)性也是顯而易見的，問題的關(guān)鍵是正 確地去認(rèn)識(shí)它、把握它；正確地認(rèn)識(shí)不確定性的 存在井盡童通過各種合適的途徑械少其影響，降 低風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的鳳臉度。2不碗定性問題分析目前，處理不確定性的定量方法較少或還不 夠成熟。通過對(duì)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)不確定性問題 的研究成果進(jìn)行分析和歸納，并聯(lián)系環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng) 價(jià)，總結(jié)出針對(duì)不確定性問題的宦量分靳方法v 2.1停遞函數(shù)法即根據(jù)誤差傳遞理論，由各初始變就的不確 定性大小漸次分折計(jì)算結(jié)果的不確定。其主要 的理論根據(jù)是關(guān)于隨機(jī)

15、變量函數(shù)的方差計(jì)算理 論n2.2數(shù)值模擬法對(duì)于某些復(fù)雜的模型，分析其不確定性的來 源是極其困難的*而借助MonteCarlo方法） 則比較方便地處理復(fù)親模型中的不確定性問題。 Bamth Ouse等用MonteCarlo模擬技術(shù)研究 由單一物種毒性外推到生態(tài)系統(tǒng)過程中的不確 定性問題，較好地將這一過程的不確定性轉(zhuǎn)變?yōu)?關(guān)于某種效應(yīng)的不確定狀態(tài)。從而某一特殊有 毒效應(yīng)水平的風(fēng)險(xiǎn)可以由一個(gè)直接毒性和源于 外推過程產(chǎn)生的不確定性歯數(shù)瑜定 23宣信區(qū)間法從置信限與容許限的瀚度，借助統(tǒng)計(jì)分布理 論，研究參數(shù)值的不確定性口2.4二階矩法根據(jù)自變童的館二階矩取泰勒級(jí)數(shù)的前1 項(xiàng)或者前2項(xiàng)，即用一歡二階距方法

16、和二次二階 矩方法分析與計(jì)算結(jié)果的不確定性如在環(huán)境 隕量模型中污染物的分布曲線以f（“表示，根和坐標(biāo)頂點(diǎn)的關(guān)系可山寫出污染物讒度 的各階矩一零階矩、一階矩及二階矩。零階矩喪 示排放污染物的總ih階矩表示忖染物濃度分 布重心的位置；二階矩表示污染物耀度分布的方 羞、即儂度分散的離散程度，這樣很據(jù)二階矩的 泰勒級(jí)數(shù)展開即可研究污染物濃度分布的不確 定性。在鳳險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域中，無論采用上述哪一 種方法分折不確定性其目的都在于從本質(zhì)上認(rèn) 識(shí)它、把握它，最終找到有效的途徑或采取有效 的措施來減少和消除它。目前，雖然出現(xiàn)了許宰 減少不確定性問題的方法，但就環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)析領(lǐng) 域中不確定性問題的主要方法有以下4

17、種。2.4 1回歸分析法 應(yīng)用餌歸分析方法可以有 效地利用現(xiàn)有的資料，減少由于資料不足所造成 的不確定性。目前所用的方注主要是參數(shù)回歸 分析方法，模型主要是Probit模型、“前模型、 Wdlbul A 型等1 叭2.4.2 非參敗回歸法回歸分析中，當(dāng)（工殍） 的分布未鎖時(shí)估計(jì)J?（ylx =兀）的一種方洙.此 時(shí)對(duì)=工）只作一般性的要求，而不假定 其有任何特殊的數(shù)學(xué)形式這樣可以直接從樣本 的實(shí)際統(tǒng)計(jì)待征屮去研究問題"證免由于模型假 設(shè)與實(shí)際情況的重大差距或在選擇模型的過程 中所造成的不確定性，從而使其適用面廣°丈獻(xiàn) 2運(yùn)用隨機(jī)理論構(gòu)逍綜合水質(zhì)風(fēng)瞼評(píng)價(jià)模型便 是采用的非參數(shù)

18、回歸方法。2.4,3多目標(biāo)規(guī)劃法對(duì)于環(huán)境鳳險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的 不確定性問題采用多目標(biāo)規(guī)劃方法主要是將控 制風(fēng)臉?biāo)脚c不確定性?；癁椴煌哪繕?biāo)函數(shù)* 由多目標(biāo)規(guī)劃理論進(jìn)疔風(fēng)臉求解。2.4.4專家意見法環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最終結(jié)果 對(duì)環(huán)境或人休健康的膨響*環(huán)境學(xué)家和毒理學(xué)家 經(jīng)常持不同意見、有時(shí)甚至?xí)幌喾础Ｖ饕?因在于壞境學(xué)家使用的是較完善的污染物模墮. 而毒理學(xué)家使用的是毒理學(xué)模型（如死亡率模 型），并且由于他們各自所具有的學(xué)科背最知識(shí) 不同*以及所快用文就資料的迥然差異等，造成 了對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響分析不同。如果綜合考慮 兩方面專家的意見將-有助于減少在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過| 維普資訊 h ttp:/255曾光明

19、等：殲燒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不確定性同題3期程中的不確定性口3第語由于髯觀世界的復(fù)雜性，以及人們認(rèn)識(shí)客 聊世界能力的局限性.在囚往認(rèn)為是確定性的 因素和現(xiàn)象中究苴實(shí)質(zhì)有不少是隨飢的"不確 定的u總之，不確宜性何題是普遍存在的*它直 接形響環(huán)境風(fēng)臉評(píng)愉結(jié)果的可罪與否及在多 大程度上是可靠的°加強(qiáng)時(shí)不觸宼性問題的硏 究井盡快與實(shí)廂應(yīng)用相結(jié)合，將更有助于環(huán)境鳳 險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作的展開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.馬爾科尢過程住河皈繪合水脂 預(yù)抿中的&fH.環(huán)燒工程“ m7Pl5C2)i -44,擁政林，曾光朋*楊春平環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)腫.耳境科 件進(jìn)廉，1知靈 傀小門714鐘蚊林曾光明.揚(yáng)癢平零一淹削理論在環(huán)境慎險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的 應(yīng)用倫南大羋學(xué)報(bào).朗化紳1)：3汁斯5程由通.魯堆半.環(huán)境吏書的基審將征與廊援初掘一殲境科 供、1996k 175)j 76- 7«6 <1自強(qiáng)

21、，住害評(píng)缶和菩理.中昌幷境科1931,11(4)： 279“ 2837族宗學(xué).拱水拭fift率櫻里；嬉士皓玄人武汎；武畝水科電 力學(xué)隨陰B SuLcr C 曹.TfrdLEnrnt at risk in *h応nanmtntJ imp*d 應(yīng)趣、 mcnr. Eovin>nmcnld Maiuiccncnt、19B7T I 1(3) : 2S5 - 3039賬智勇，比學(xué)品鼎磅的懺竄危瞰性評(píng)命一國蚪環(huán)壇科學(xué)枚 術(shù) J9*oh H4)! a- 12LD Y«flv Y Hdihm .Imegrated Ti(k and Mncertiinty MacMtnertl in 屮.ber

22、 rEstnmM rfltkin 百 inultL0bj6(MlYe. Jaurntil of Hydnligy» 15J84” 6S(2>: 2ZZ-234E J Bcajaiiiin J R. Cumrll £ Ax PmbBtnbty ; SlbIUbCjcA and dccisjon for jvil hei巨n«era、Ntw York : Mofr&w - HilL 1 J?C). 709112擾英娃* 甜怯，主舐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)協(xié)方法簡述，中I國環(huán)境科學(xué)， 1»1, 11(6)t 465-46813 VillLHm D Row?. EvtiluiiJtivn Diethodf fr fClininmenial bLui- dardA. Flonda： CRC lS>S3 . JO 331-4 Morgoji M C» Mu Herira. Cuierlaiinfy in riskEmliron. Sci .Tccluiol. h 1985 P L?(8) t M2 667U BBTuthouB? L W ,Uwr*, Ensn