Vol.4 No.03(2014), Article ID:13736,6 pages
DOI:10.12677/AEP.2014.43013

Application and Development of 3MRA Model and Its Application Prospect Analysis in Environmental Risk Assessment

Xiaoxia Wu1,2, Yang Chen2*, Lianqin Yin1, Liyuan Liu2, Luyuan Li1,2, Zhiyong Zhang2

1North China Electric Power University, Baoding

2Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing

Email: *chenyang.hky@126.com

Received: Apr. 5th, 2014; revised: May 6th, 2014; accepted: May 15th, 2014

ABSTRACT

A first-generation model—the Multimedia, Multi-pathway, Multi-receptor Exposure and Risk Assessment (3MRA) is a flexible framework for conducting nationwide multimedia, multi-pathway and multi-receptor risk assessments under uncertainty, which is developed to estimate protective chemical concentration limits in a source area. In this paper, according to the summary of the 3MRA model and its development and application at home and abroad, it is affirmed that 3MRA model has a good prospect of application. Finally, the methods of referencing and using model are proposed from four aspects, providing decision-making basis for waste management in our country.

Keywords:3MRA, Environmental Risk, Mathematic Model, Environmental Decision-Making

3MRA模型在环境风险评价中的

1华北电力大学，保定

2中国科学院高能物理研究所，北京

Email: *chenyang.hky@126.com

3MRA(the Multimedia, Multi–pathway, Multi-receptor Exposure and Risk Assessment)是第一代模型，是一种在不确定条件下，针对全国性多介质、多途径和多受体进行风险评估的体系，用于评估废物处置区域内对生态、人类构成风险的污染物的浓度阈值。本文中，通过对3MRA模型及其在国内外发展应用现状的综述，认为模型具有良好的应用发展前景，并从4个方面提出借鉴使用模型的建议方法，为我国废物管理提供决策依据。

3MRA，环境风险，数学模型，环境决策

1. 引言

2. 模型概况

3MRA体系最早由Marin等人[11] 编写，模型由美国环境保护署(US EPA)及其联办机构共同开发，并通过同行评审。3MRA是一种在不确定条件下，针对全国性多介质、多途径和多受体进行风险评估的灵活体系，遵循质量守恒规则，适用于各种类型的废物污染物释放源的风险评估。3MRA模型由17个子模型构成：5个污染源模型、5个介质模型、3个食物链模型和4个暴露/风险表征模型[12] ，子模型间紧密结合构成一个多介质、多暴露途径、多受体风险评估体系(如图1所示)。该体系由两部分组成[13] ：风险评估和不确定性分析。风险评估是利用释放源、迁移转化、暴露和风险评估模型来评估所涉及的受体(人类、生态)的暴露风险；不确定分析是通过两级蒙特卡洛程序嵌入到风险评估中，该程序允许在风险评估中进行不确定性计算，是一个计算输入参数不确定性和预测迁移转化、暴露、风险模型误差的功能组件。

Figure 1. 3MRA science modules and related connectivity

3. 3MRA国内外发展及应用现状

3.1. 3MRA国外发展与应用现状

Table 1. Application status of 3MRA model overseas

3.2. 3MRA在我国的发展与应用现状

2009年，张钊[10] 首次采用3MRA模型，对模型及其可利用性做了详细的介绍与分析，通过采用区域性环境风险模拟方法，选取堆存(WP)、填埋(LF)两种废物管理模式，预测铬渣在进行解毒填埋处置前后，Cd、Pb、Zn污染物对生态、人体健康产生的风险值，经与实际污染指数对比，证实处置措施的合理性。同年，刘茂昌[27] 试选用3MRA模型预测废矿物油进行填埋处置后，Pb、Zn、PAHS、苯四种主要污染物在周围大气中和2.0 km范围内居民饮用水中的年平均浓度，再运用3MRA中人体风险表征模型计算出Pb、PAHs、苯三种致癌污染物和非致癌物Zn的风险值，为废矿物油的环境管理决策制定提供可靠的理论依据。2010年，马春燕[28] 为进一步满足实际应用所需，对3MRA模型中的地下水与包气带、颗粒释放、空气迁移扩散、地表水、人体暴露和风险表征等子模型进行简化，并结合国内常用的火灾风险表征模型对染料涂料废物中21种优先控制的污染物的主要暴露途径进行模拟，据模拟结果提出对废物贮存地面防渗防漏设施进行改进的方案，并建议以周边无地表水的路线为染料涂料废物运输路线，对我国染料涂料废物及危险废物的分级管理具有重要的现实意义，推进了3MRA模型在我国废物管理中的应用与发展。而后，杨昱[29] 综合分析了国内外不同行业、不同领域风险分级方法，以北京市22个生活垃圾填埋场为例，运用3MRA中描述污染物在地下水迁移的EPA CMTP模型和风险评估模型，计算填埋场地下水污染风险指数I，又利用地下水含水层脆弱性模型(DRASTIC模型)并结合MATLAB聚类分析为方法，成功地将这22个填埋场地下水污染风险从高到低分为4级。2012年，为提高废物填埋处理的经济合理性，袁英[30] 选取案例填埋场常见的六价铬(Cr6+)、铅(Pb)、二价镍(Ni2+)、砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)以及苯这7种特征污染物，研究在填埋(LF)废物处理模式下，3MRA模拟确定的7种污染物的安全填埋阈值，再根据污染物阈值大小确定合理且节约成本的废物处置方法与措施。

4. 3MRA模型应用前景分析

1) 鉴于3MRA模型构建时，环境风险研究的历史尚短，相关的信息和资料的积累比较有限，致使评价中缺乏所需的一些基础资料，增加了模拟结果的不确定性。因此，可依靠美国多年来在建模方面的知识积累，基于3MRA模型的模拟计算框架，充分利用以GIS为主的3S技术，对我国最新的水文、地质、气象、人口和生境等信息资料进行收集与归类整理，利用Access、SQL、Basic等编辑软件完成了数据录入，对基础数据库进行修改与更新。

2) 3MRA模型研发时，选用了46种污染物作为400多种污染物的环境行为代表进行模拟设计[12] 。但随着人类从空间和时间的角度上对污染物的环境行为的整体全面的认知，应拓展修改模型的化学物质数据库，使模拟结果更加真实有效。例如，汞的最新特性数据。

3) 结合现代废物管理的技术方式，添加3MRA各个子模块中欠考虑或不足的功能组件，例如，Li Y[31] 在建立危险废物填埋对地下水污染的风险评估指标时，指出3MRA模型在模拟废物填埋对地下水污染时没有考虑防渗衬垫的影响。所以，修改模型子模块，增加经济效益估算模块，完善模型的可视化功能是也是优化模型的必要途径。此外，适时调整3MRA体系的外推模拟的算法、环境介质模拟方程与暴露途径模拟方程，更新目前能为公众接受的各种必需的风险评估标准。

4) 将3MRA模型作为前期计算预测的基础模型，再结合我国发展成熟的模型，扩展模型应用范围，提升模拟结果实用性和准确性，以弥补3MRA初始版本中缺乏个性化数据输入的功能，增强模型的可移植性，为决策者在制定环境风险管理政策时提供更加可靠的参考依据。

5. 结论与建议

863项目“化工行业典型含汞废物安全处置关键技术研究”(项目编号：2012AA062902)；国家环保公益项目“典型铅生产过程含铅废物风险控制及环境安全评价集成技术研究”(项目编号：2011467061)。

NOTES

*通讯作者。