逸度模型

陶澍北京大学地表过程分析与模拟实验室持久性有机污染物的归趋、暴露与健康风险1.前言2.多介质归趋模拟（苯并芘）3.有区域分异的多介质归趋模拟（菲）4.多介质归趋动态模拟与预测（林丹）5.暴露与风险分析（六六六）1.前言2.多介质归趋模拟（苯并芘）3.有区域分异的多介质归趋模拟（菲）4.多介质归趋动态模拟与预测（林丹）5.暴露与风险分析（六六六）多环芳烃和六六六最主要的有毒有机污染物之一（类）多环芳烃主要来自不完全燃烧致癌效应六六六常用（过去）的有机氯农药之一林丹（-HCH）是其中一种慢性毒性、致癌（动物）如:萘、菲、芘、苯并芘环境介质与多介质归趋模型环境圈带环境介质气、水、土壤、沉积物、生物等多介质模型同时计算污染物在各种介质中的浓度的通量强调界面过程逸度模型是一种最重要的多介质模型温度与逸度的类比热量传递高温低温物质传递高逸度低逸度暴露与风险分析暴露暴露分析摄入计算风险分析生态风险：风险商－概率风险评价人体健康风险：癌症发病率－预期寿命损失天津市N020km城区塘沽汉沽研究目的排放估算归趋模拟暴露模拟健康效应寿命损失验证浓度过程表征对象表征区域参数行为参数生理参数其它介质效应参数预期寿命年龄分布发病分布现场调查研究TSP:13x2飘尘:13x9x2河流:水（35）,SS（35）,沉积物（62）土壤:表土188,剖面7降尘:24x2作物:水稻（35）,小麦（45）蔬菜:8种,2样点,+土壤/根际土壤（50）鱼塘:2处,鱼/水/沉积物/SS（30）剖面:3x2x（TSP1+飘尘9）室内:8x（TSP+气样）水样:自来水、井水、污水、雨水等（15）合计:1019植物:水稻（5期x8部位+土壤）、叶面（6植物x3形态x2点+大气）（84）室内模拟研究土壤中PAH的有效性（天津污灌土PAH）土壤中OCP的有效性（北京清洁土加OCP）土柱淋溶实验植物叶面吸收模拟DOM－PAH相互作用模拟鱼鳃吸收模拟PAH的根际行为计算机模拟研究PAH排放估算（全国）PAH/OCP归趋模拟NAP区域分异模拟OCP动态变化预测人体暴露模拟（HCH）PAH/OCP空间结构分析与插值健康效应模拟预期寿命损失计算结构效应分析：吸附系数和生物富集系数结构效应分析：毒性参数1.前言2.多介质归趋模拟（苯并芘）3.有区域分异的多介质归趋模拟（菲）4.多介质归趋动态模拟与预测（林丹）5.暴露与风险分析（六六六）多介质模型多介质逸度模型：主要环境圈带完全混合假定:强调界面过程土壤水大气生环境介质与界面过程水气固水大气土壤沉积沉积物生质量分布气水固水1.2%大气0.1%土壤52.9%沉积物45.8%迁移通量土壤大气人为活动emissiondischargeerosionirrigationdegradation沉积物fromupwindfromupstreamTodownstreamsedimentationDiffusionevaporationtodownwinddiffusionprecipitation水结论之一土壤和沉积物是苯并芘的主要汇气地交换和降解是天津地区苯并芘的优势迁移过程天津地区是周边地区大气苯并芘的污染源1.前言2.多介质归趋模拟（苯并芘）3.有区域分异的多介质归趋模拟（菲）4.多介质归趋动态模拟与预测（林丹）5.暴露与风险分析（六六六）污染的空间变异及其模拟具有空间变异特征的概念模型具有空间变异特征的输入参数能定量模拟空间变异特征的模型结构空间变异模型的要素概念模型大气/土壤：22km2小区单一水相、沉积物相小区完全混合假定水相、沉积物相的完全混合假定共计6228相＝6228质量平衡式T40mDegradationT42dT24dT24sT30mT23hT32lT02tErosionIrrigationPrecipitationDiffusionAdvectiveAdvectiveEmissionT21dT31dT01hT21dT13dT12pT13pT12wT13wT10tAircellijT01tSoilcellijDegradationWaterAdvectiveDiffusionT02tT01hT20tDischargeAdvectiveSedimentationPrecipitationT12pT12wDiffusionT12dT21dAdvectiveT10tSedimentPrecipitationT13pT13wDiffusionT13dT31d具有空间变异特征的输入参数区域排放土壤有机质含量热力学平衡假设热力学平衡Kd=KocO.M.土壤小区有机质变异－吸附系数变异吸附系数的区域变异(Kd)计算结果MeasuredPredicted动力学假设动力学因素Km=KmOM/OM土壤小区有机质变异－变异降解速率常数变异降解速率常数的空间变异(Km)计算结果实测土壤浓度计算土壤浓度结论之二有机质含量是影响土壤中菲空间分异的主要因素土壤有机质通过降低生物有效性影响菲的积累1.前言2.多介质归趋模拟（苯并芘）3.有区域分异的多介质归趋模拟（菲）4.多介质归趋动态模拟与预测（林丹）5.暴露与风险分析（六六六）动态模拟研究方法:四级逸度模型环境介质:大气、水、土壤、沉积物、作物、鱼模拟时段:1953–1992–2000–2020模型验证:1980’s和2001不确定性分析:2200次蒙特卡罗模拟灵敏度分析:CV标化灵敏度系数林丹污染历史大规模工业生产和农业使用开始林丹取代混剂1953198319932000检测1980’s检测20012020?林丹禁用林丹停产1953至1972林丹动态变化9.0x10-5Sediment03.0x10-5195319731958Time196319686.0x10-599.9%99%95%Conc(mol/m3)1.6x10-6Water1.2x10-600.4x10-6195319731958Time196319680.8x10-699.9%95%99%Conc(mol/m3)1.2x10-100.6x10-1`0.3x10-1`0Conc(mol/m3)195319731958Time196319680.9x10-1199%95%99.9%AirConc(mol/m3)1.6x10-41.2x10-400.8x10-40.4x10-4195319731958Time1963196895%99.9%99%Soil1993至2020林丹动态变化8.0x10-504.0x10-5195320212000Time200720146.0x10-5Conc(mol/m3)1.5x10-61.0x10-60195320212000Time200720140.5x10-6Conc(mol/m3)0.9x10-110.3x10-1`0Conc(mol/m3)199320212000Time200720140.6x10-11Conc(mol/m3)1.5x10-41.5x10-400.5x10-4195320212000Time20072014SedimentWaterAirSoilEndofdischargeBanofagri.appl.EndofdischargeBanofagri.appl.EndofdischargeBanofagri.appl.EndofdischargeBanofagri.appl.2.0x10-5稳态归趋与迁移通量土壤水大气沉积物上风上游下风下游挥发降解降解生物富集排放灌溉侵蚀施用扩散扩散与沉积扩散与沉降蒙特卡罗模拟10-910-13Conc(mol/m3)19532021Time198710-11Air10-510-9Conc(mol/m3)19532021Time198710-710-310-9Conc(mol/m3)19532021Time198710-6Air10-310-9Conc(mol/m3)19532021Time198710-6AirP75P50P25SedimentWaterAirSoil变异性与不确定性分离SedimentWaterAirSoilflogCair(mol/m3)0.80.40.0-13.0-10.0-11.5logCair(mol/m3)0.80.40.0-13.0-10.0-11.5ObservedModeledflogCwater(mol/m3)0.500.250-9.0-4.0-6.5ObservedModeledflogCsediment(mol/m3)0.260.130-8.0-2.0-5.0ObservedModeledflogCsoil(mol/m3)0.40.40.0-8.0-3.0-5.5ObservedModeledD95=1.49–1.18=0.31D95=2.40–1.41=0.99D95=3.15–2.03=1.12D95=3.20–2.43=0.77R95=P97.5–P2.5D95=R95total–R95obs结论之三未来20年将降低0.5,1.2,1.0,1.2个数量级大气8.5(6.0-12.1)x10–13地表水2.5(0.5-12.7)x10–8土壤1.8(0.3-10.5)x10–7沉积物1.3(0.1-15.6)x10–6纯不确定性(2001)DR95=0.31(1/5),0.99(2/5),1.12(1/3),0.77(1/4)1.前言2.多介质归趋模拟（苯并芘）3.有区域分异的多介质归趋模拟（菲）4.多介质归趋动态模拟与预测（林丹）5.暴露与风险分析（六六六）六六六暴露模拟多介质－多途径：呼吸、食物、饮水、皮肤三个年龄段亚群：儿童0-6、青少年7-18、成年18两个时段＋动态：1980s、2000天津地区主要参数：介质浓度、食物浓度、行为参数、生理因子暴露动态变化10-510-9AirConc(mol/m3)19532021Time198710-7六六六暴露量估算暴露水平g/kgd0.1110100儿童(0-6)青少年(7-12)成人(12)2000s静态1953动态荷兰1990静态六六六摄入源蔬菜19%谷类24%肉32%鱼17%洗浴降尘土0.00%0.07%0.01%蛋0.47%奶0.37%水果1.30%食用油0.03%饮用水0.02%固相吸入0.15%气相吸入7.13%蔬菜5%肉6%鱼67%谷类14%肉32%洗浴降尘土0.01%1.34%0.04%固相吸入0.09%气相吸入4.14%蛋1.78%奶1.43%水果0.46%食用油0.13%饮用水0.41%1980‘s2000六六六暴露的致癌效应0.11.010alpha-HCHbeta-HCHdelta-HCHepsilon-HCgamma-HCH效应因子/mg/kg.d终生癌症发病率＝27300/10万2501250癌症/10万2000静态1953动态终生癌症发病率增量(53动态)＝187/10万风险动态变化1890寿命损失/天1953出生年份1993191319331973预期寿命损失1050预期寿命损失(d)2000静态1953动态1.08.0项目资助：国家自然科学基金重点项目、创新研究群体项目致谢协作单位：天津市环境监测总站参与研究：同事、研究生、本科生