封 麗 張 君 封 雷 張 韻 黃健盛

(1.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147；2.重慶市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，重慶 401147；3.中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用中心，重慶 400714)

飲用水源保護(hù)是一項(xiàng)“民心工程”，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化水平的迅速提高，我國(guó)水環(huán)境面臨嚴(yán)峻壓力，飲用水源安全問(wèn)題日益突出，社會(huì)關(guān)注度不斷增加。長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程是治理和開(kāi)發(fā)長(zhǎng)江的關(guān)鍵性骨干工程，具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)及水資源利用等綜合效益，是舉世矚目的特大型水利水電工程。由于三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行變化，庫(kù)區(qū)河道由峽谷型向水庫(kù)型演變，水環(huán)境及水生態(tài)系統(tǒng)不斷進(jìn)行重構(gòu)。分析相關(guān)文獻(xiàn)研究成果，本研究選取受三峽水庫(kù)蓄水影響的42個(gè)主要城鎮(zhèn)飲用水源地開(kāi)展健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并比對(duì)其他研究者成果，以期從人群健康風(fēng)險(xiǎn)的角度確定飲用水源的主要污染物，確保飲用水源水質(zhì)安全，為環(huán)境管理部門(mén)提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

圖1 主要城鎮(zhèn)飲用水源地示意圖Fig.1 Schematic illustration of sampling sites in the drinking water sources of main towns

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

研究區(qū)域涉及三峽庫(kù)區(qū)的萬(wàn)州區(qū)、涪陵區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、南岸區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)、長(zhǎng)壽區(qū)、豐都縣、忠縣、云陽(yáng)縣、江津區(qū)等12個(gè)區(qū)縣42個(gè)水源地，其中三江(長(zhǎng)江、嘉陵江、烏江)水源地19個(gè)，支流水源地15個(gè)，水庫(kù)水源地5個(gè)，地下水水源地3個(gè)，詳見(jiàn)圖1。

1.2 樣品采集與測(cè)定

在42個(gè)水源地取水口附近布設(shè)采樣點(diǎn)，采樣時(shí)間為2013年4、9月各1次，健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采用年平均值。水源樣品的采集、保存及質(zhì)量保證措施均按照《環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》和《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證手冊(cè)》的技術(shù)要求執(zhí)行，分析方法按照國(guó)家相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第4版)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均能溯源到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)，實(shí)施雙空白樣及平行樣、自控樣、加標(biāo)回收率(10%)的質(zhì)控措施，保證分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)前期整理采用Excel 2010進(jìn)行，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 22.0完成。

1.4 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要是通過(guò)有害因子對(duì)人體不良影響發(fā)生概率的估算，評(píng)價(jià)暴露于該有害因子的個(gè)體健康受到影響的風(fēng)險(xiǎn)。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本框架包括危害鑒定、暴露評(píng)估、劑量/反應(yīng)關(guān)系分析和風(fēng)險(xiǎn)表征的過(guò)程[1]。

1.4.1 評(píng)價(jià)模型

根據(jù)不同污染物對(duì)人體的危害效應(yīng)建立不同類型健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[2-4]，本研究采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的暴露計(jì)算方法，根據(jù)致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型和非致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型，對(duì)飲用水源地水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)價(jià)表達(dá)式如下[5-7]：

(1)

(2)

Di=2.2×ΔCi/70

(3)

式中：2.2為成人平均每日飲水量，L/d；Ci為致癌物i在飲用水體中的質(zhì)量濃度，mg/L；70為人均體重，kg。

非致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)價(jià)表達(dá)式如下：

(4)

Dj=2.2×Cj/70

(5)

1.4.2 總體健康危害風(fēng)險(xiǎn)

假定各化學(xué)污染物對(duì)人體健康危害的毒性作用呈相加關(guān)系，不存在協(xié)同或拮抗關(guān)系，則飲用水總的健康危害風(fēng)險(xiǎn)(R總，a-1)為：

(6)

1.4.3 評(píng)價(jià)因子及參數(shù)確定

根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)下屬機(jī)構(gòu)國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)編制的分類系統(tǒng)，選取的化學(xué)致癌物有重金屬Cd、Cr(Ⅵ)和As；非致癌物有氨氮、Cu、Zn、F-、Se、Hg、Pb、CN-、揮發(fā)酚、硝酸鹽、Fe、Mn。采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)署公布的qi和RfDj，詳見(jiàn)表1。

表1 模型參數(shù)qi和RfDj

根據(jù)部分機(jī)構(gòu)推薦的對(duì)社會(huì)工作成員最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平和可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平，評(píng)估飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)水平，詳見(jiàn)表2[8]。

參考美國(guó)環(huán)境保護(hù)署和ICRP的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9-10]，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為6個(gè)等級(jí)，詳見(jiàn)表3。

2 結(jié)果與分析

表2 部分機(jī)構(gòu)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平和可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)程度和風(fēng)險(xiǎn)范圍

2.1 水質(zhì)分析

2.1.1 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)評(píng)價(jià)，研究區(qū)域42個(gè)主要城鎮(zhèn)飲用水源地2013年水質(zhì)總體保持較好，除2個(gè)江北區(qū)在長(zhǎng)江取水的飲用水源地4月BOD5(4.20、4.80 mg/L)超過(guò)GB 3838—2002的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(4.0 mg/L)外，其余40個(gè)飲用水源地均達(dá)標(biāo)。主要城鎮(zhèn)飲用水源地水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)詳見(jiàn)表4。

2.1.2 化學(xué)污染物質(zhì)指標(biāo)

2013年，研究區(qū)域主要城鎮(zhèn)飲用水源地化學(xué)污染物質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表5。由表5可知，42個(gè)主要城鎮(zhèn)飲用水源地參與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的3種致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As的濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)(其限值和GB 3838—2002的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)一致)。其中，Cd在部分河流和地下水水源地中有檢出，Cd是農(nóng)業(yè)活動(dòng)(使用農(nóng)藥和化肥)的標(biāo)識(shí)元素，煤礦中Cd元素含量較高[11]，2013年重慶市農(nóng)藥使用量1.84萬(wàn)t，化肥施用量96.64萬(wàn)t，煤炭消費(fèi)總量5 929.35萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，且工業(yè)廢水排放的主要行業(yè)是煤炭開(kāi)采和洗選[12]，因此Cd可能來(lái)自農(nóng)業(yè)活動(dòng)和煤炭消耗；Cr(Ⅵ)在42個(gè)水源地中均未檢出；As在三江、支流和地下水水源地中均有檢出，這可能與流域較高的工業(yè)廢水排放有關(guān)。12種非致癌物濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，其中重金屬Cu、Zn、Hg、Pb、Fe、Mn等濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，Se未檢出。

表4 主要城鎮(zhèn)飲用水源地水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)

表5 主要城鎮(zhèn)飲用水源地化學(xué)污染物質(zhì)指標(biāo)1)

注：1)ND表示未檢出。

表6 主要城鎮(zhèn)飲用水源地致癌物人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)

2.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.2.1 致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

通過(guò)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得出研究區(qū)域水源地中致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As通過(guò)飲用水途徑引起的人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)，詳見(jiàn)表6。從表6可以看出，研究區(qū)域致癌物的致癌風(fēng)險(xiǎn)偏高，三江水源地總致癌風(fēng)險(xiǎn)1.22×10-6～7.19×10-5a-1，支流水源地總致癌風(fēng)險(xiǎn)1.50×10-6～7.19×10-5a-1，地下水水源地總致癌風(fēng)險(xiǎn)3.05×10-6～7.19×10-5a-1，3種類型水源人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)接近或超過(guò)了表2中瑞典環(huán)境保護(hù)署、荷蘭建設(shè)和環(huán)境署、英國(guó)皇家協(xié)會(huì)及ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。水源地類型的致癌風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)榈叵滤?支流>三江>水庫(kù)。

2.2.2 非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

通過(guò)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得出研究區(qū)域水源地中12種非致癌物通過(guò)飲用水途徑引起的人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)，見(jiàn)表7。由表7可知，三江、支流、水庫(kù)和地下水水源地非致癌物的總致癌風(fēng)險(xiǎn)均小于或略超過(guò)荷蘭建設(shè)和環(huán)境署推薦的可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平(10-8a-1)。因此，認(rèn)為12種非致癌物通過(guò)飲用水途徑引起的風(fēng)險(xiǎn)是可以接受的。

2.2.3 結(jié)果分析

健康總風(fēng)險(xiǎn)為致癌物和非致癌物所產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)值之和。研究區(qū)域42個(gè)城鎮(zhèn)水源地致癌物產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級(jí)為10-7～10-5a-1；而非致癌物產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級(jí)為10-9～10-8a-1，占總風(fēng)險(xiǎn)比例很低。因此，42個(gè)城鎮(zhèn)水源地健康風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于致癌物Cd、As，其代表了不同類型水源地的水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成；三江、支流、地下水水源地總致癌風(fēng)險(xiǎn)均處于Ⅲ級(jí)、中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。三江和支流健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果與張韻等[13]、劉躍晨等[14]對(duì)重慶干流水源地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果相比，參與評(píng)價(jià)指標(biāo)的健康風(fēng)險(xiǎn)值均低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，可見(jiàn)庫(kù)區(qū)水質(zhì)保護(hù)工作已有成效。但根據(jù)王若師等[15]的研究成果，健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果確實(shí)存在一定程度的不確定性，Cr(Ⅵ)作為導(dǎo)致健康風(fēng)險(xiǎn)的致癌物。本研究在4種類型的水源地中均未檢出，但其他研究者在2005、2011年的水源地中均有檢出，水源地污染物濃度分布受季節(jié)變化及污染源排放影響，直接導(dǎo)致評(píng)價(jià)健康風(fēng)險(xiǎn)值的不確定性。由表8、表9可見(jiàn)，研究區(qū)域的42個(gè)水源地致癌物和非致癌物通過(guò)飲用水途徑引起的人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)與全國(guó)其他區(qū)域相比，各參評(píng)因子所占總致癌風(fēng)險(xiǎn)值比例大致相同。

表7 主要城鎮(zhèn)飲用水源地非致癌物人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)

表8 其他區(qū)域飲用水源地致癌物人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)

表9 其他區(qū)域飲用水源地非致癌物人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)

3 結(jié)論與建議

(1) 2013年，研究區(qū)域水質(zhì)總體保持較好，常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)中僅BOD5部分月份超過(guò)GB 3838—2002的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；3種致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As的濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)；12種非致癌物濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，其中重金屬指標(biāo)Cu、Zn、Hg、Pb、Fe、Mn等6種濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，Se未檢出。

(2) 研究區(qū)域致癌物的致癌風(fēng)險(xiǎn)偏高，三江水源地總致癌風(fēng)險(xiǎn)1.22×10-6～7.19×10-5a-1，支流水源地總致癌風(fēng)險(xiǎn)1.50×10-6～7.19×10-5a-1，地下水水源地總致癌風(fēng)險(xiǎn)3.05×10-6～7.19×10-5a-1，3種類型水源人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)接近或超過(guò)了瑞典環(huán)境保護(hù)署、荷蘭建設(shè)和環(huán)境署、英國(guó)皇家協(xié)會(huì)及ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，水源地類型的致癌風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)榈叵滤?支流>三江>水庫(kù)。非致癌物的總致癌風(fēng)險(xiǎn)均小于或略超過(guò)荷蘭建設(shè)和環(huán)境署推薦的可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平(10-8a-1)，因此12種非致癌物通過(guò)飲用水途徑引起的風(fēng)險(xiǎn)是可以接受的。

(3) 研究區(qū)域水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單因子評(píng)價(jià)法，各因子均滿足飲用水水質(zhì)要求，而美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型采用累積風(fēng)險(xiǎn)。因此，雖然單個(gè)指標(biāo)達(dá)到安全飲用水的要求，但各因子總致癌風(fēng)險(xiǎn)處于中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)(Ⅲ級(jí))，研究區(qū)域水質(zhì)存在健康風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引起重視。

(4) 研究區(qū)域人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)與全國(guó)其他區(qū)域相比，各參評(píng)因子所占總致癌風(fēng)險(xiǎn)值比例大致相同。

[1] U.S.National Research Council.Risk assessment in the federal government：managing the process[M].Washington，D.C.：National Academy Press，1983.

[2] WONGSASULUK P，CHOTPANTARAT S，SIRIWONG W，et al.Heavy metal contamination and human health risk assessment in drinking water from shallow groundwater wells in an agricultural area in Ubon Ratchathani province，Thailand[J].Environmental Geochemistry and Health，2014，36(1)：169-182.

[3] KARIM Z，QURESHI B A.Health risk assessment of heavy metals in urban soil of Karachi，Pakistan[J].Human and Ecological Risk Assessment(an International Journal)，2014，20(3)：658-667.

[4] FALCONER I R，HUMPAGE A R.Health risk assessment of cyanobacterial (blue-green algal) toxins in drinking water[J].International Journal of Environmental Research and Public Health，2005，2(1)：43-50.

[5] US EPA.Super foud public health evaluation manual EPA/540/1-86[R].Washington，D.C.：US EPA，1986.

[6] US EPA.Available information on assessment exposure from pesticides in food[R].Washington，D.C.：U.S. Environmental Protection Agency Office of Pesticide Programs，2000.

[7] KAVCAR P，SOFUOGLU A，SOFUOGLU S C.A health risk assessment for exposure to trace metals via drinking water ingestion pathway[J].International Journal of Hygiene and Environmental Health，2009，212(2)：216-227.

[8] 孫超，陳振樓，張翠，等.上海市主要飲用水源地水重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)研究，2009，22(1)：60-65.

[9] 韓芹芹，王濤，楊永紅.烏魯木齊市主要飲用水源地水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2015，31(1)：57-63.

[10] ZHU Huina，YUAN Xingzhong，ZENG Guangming，et al.An integrated fuzzy model based on interval numbers for assessment of environmental health risks of water sources[J].Acta Scientiae Circumstantiae，2009，29(7)：1527-1533.

[11] REN Deyi，ZHAO Fenghua，WANG Yunquan，et al.Distributions of minor and trace elements in Chinese coals[J].International Journal of Coal Geology，1999，40(2)：109-118.

[12] 重慶市統(tǒng)計(jì)局.重慶統(tǒng)計(jì)年鑒(2013)[Z].重慶：重慶市統(tǒng)計(jì)局，2014.

[13] 張韻，李崇明，趙俊偉，等.長(zhǎng)江，嘉陵江重慶段飲用水源健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].三峽環(huán)境與生態(tài)，2008，1(1)：56-60.

[14] 劉躍晨，王云，吳樹(shù)寶，等.重慶嘉陵江干流飲用水水源地水質(zhì)分析與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].水文，2013，33(3)：91-96.

[15] 王若師，許秋瑾，張嫻，等.東江流域典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水源地重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2012，33(9)：3083-3088.

[16] 高繼軍，張力平，黃圣彪，等.北京市飲用水源水重金屬污染物健康風(fēng)險(xiǎn)的初步評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2004，25(2)：47-50.

[17] 李祥平，齊劍英，陳永亨.廣州市主要飲用水源中重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)的初步評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31(3)：547-553.

[18] 徐愛(ài)蘭，陳敏，孫克遙.長(zhǎng)江口南通地區(qū)飲用水源地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2012，28(6)：9-14.