開曉莉 張維江 張宇正 褚金鏑

摘要：為研究黃河寧夏段一級支流清水河水環(huán)境健康風(fēng)險，在清水河7個典型斷面進行水樣采集和水質(zhì)監(jiān)測，采用美國環(huán)境保護署（ US EPA）推薦的環(huán)境健康風(fēng)險評價模型，利用寧夏地區(qū)城市成年人群暴露參數(shù)，考慮各種飲水途徑和皮膚接觸途徑，以城市居民為研究群體，對13種化學(xué)污染物所致健康風(fēng)險進行了初步評價。結(jié)果表明：①化學(xué)污染物通過各暴露途徑所致健康風(fēng)險大小順序為總飲水途徑>直接飲水途徑>間接飲水途徑>皮膚接觸途徑，間接、總飲水途徑所致風(fēng)險男性>女性，直接飲水、皮膚接觸途徑所致風(fēng)險女性>男性，皮膚接觸途徑所致風(fēng)險全身>軀干>腿>手臂>頭部>腳>手部；②2011-2015年化學(xué)污染物通過各種飲水、皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險平均值從上游到下游總體上逐漸增大，且韓府灣、王團、泉眼山斷面已超過lxl0K^-4a^-1，為重點控制斷面。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境：健康風(fēng)險：城市居民：枯水期：清水河

中圖分類號：X24

文獻標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.06.017

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，水量短缺和水質(zhì)惡化等水環(huán)境問題日益突出，逐漸成為制約人類社會發(fā)展的關(guān)鍵性因素¨。水環(huán)境安全問題不僅是生態(tài)環(huán)境問題，也是直接關(guān)系到國家安全、社會穩(wěn)定的經(jīng)濟和政治問題[2]。我國缺水或嚴(yán)重缺水的城市大都集中在北方及西北干旱、半干旱地區(qū)[3]，這意味著西北干旱、半干旱地區(qū)水資源保護和水環(huán)境安全研究顯得尤為重要。環(huán)境污染已成為影響人類健康和死亡的四大主要因素之一[4].環(huán)境污染所產(chǎn)生的健康風(fēng)險正在制約著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展[5]，環(huán)境健康風(fēng)險評價已成為環(huán)境風(fēng)險管理和決策的科學(xué)基礎(chǔ)[6-9]。對于飲用水而言，即使污染物的濃度很低、健康風(fēng)險很小，但長期的低劑量暴露也可能對人體健康造成嚴(yán)重傷害[10]。因此，對區(qū)域水源地水化學(xué)污染狀況及潛在健康風(fēng)險進行評價具有重要意義[11]。國際上普遍采用的環(huán)境健康風(fēng)險評價方法為1983年美國科學(xué)院首次確立的風(fēng)險評價基本方法[12-13，8]。我國環(huán)境健康風(fēng)險評價研究始于20世紀(jì)90年代，有關(guān)學(xué)者對環(huán)境健康風(fēng)險評價方法進行了探索性研究，并將其應(yīng)用于飲用水源、污水回用水質(zhì)、城市水體及飲用水源地等水環(huán)境健康風(fēng)險評價[14-17]，但利用的主要是國外已有的模型參數(shù)，且對污染物所致成年人平均健康風(fēng)險研究得較多，而評價參數(shù)本地化且有針對性地研究污染物通過不同暴露途徑對城市男性、女性健康影響的研究很少見。為此，本文嘗試從流域角度出發(fā)，利用本地化模型參數(shù)，對清水河流域主要飲用水源地和典型斷面的化學(xué)污染物，通過各種飲水及身體接觸等暴露途徑對成年城市居民造成的健康風(fēng)險進行系統(tǒng)研究，旨在掌握清水河流域水環(huán)境健康風(fēng)險狀況，為清水河水環(huán)境污染的治理及寧夏南部山區(qū)飲用水源地環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

清水河是寧夏境內(nèi)流人黃河的最大一級支流，發(fā)源于固原市原州區(qū)，流經(jīng)固原市、吳忠市及中衛(wèi)市，在中寧縣泉眼山人黃河，是固原市的“母親河”，是固原市農(nóng)村人飲和農(nóng)業(yè)灌溉的重要水源。清水河流域面積14 481 km2，河長320 km，河道平均比降0.149%。清水河全流域地處黃土高原的西北邊緣，由南向北穿越了寧夏南部山區(qū)和中部干旱帶的大部分地區(qū)，是寧夏生態(tài)環(huán)境脆弱、經(jīng)濟發(fā)展最落后、貧困人口最多的地區(qū)。選擇該流域研究典型干旱、經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)水環(huán)境具有較強的代表性。

1.2 樣品采集與測定

依據(jù)研究目標(biāo)，結(jié)合清水河流域的地理位置、水文特征及水環(huán)境特點，使用GPS定位，選擇7個有代表性的采樣斷面（涵蓋了上、中、下游的各主要節(jié)點及人黃河口，具體分布見圖1）。選擇枯水時段（ 2011-2015年每年3月上旬）進行采樣，監(jiān)測As、Cd、Cr⁶⁺、NH4-N、CN、揮發(fā)酚、Hg、Pb、Cu、Fe、Zn、Mn及氟化物等13種化學(xué)污染物的含量。水樣的采集、保存及質(zhì)量保證措施均嚴(yán)格執(zhí)行《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》的技術(shù)要求，監(jiān)測分析按照國家相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）進行，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均能溯源到國家標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)，實施雙空白樣及平行樣、白控樣、加標(biāo)回收率（10%）的質(zhì)控措施，保證分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.3 健康風(fēng)險評價方法

健康風(fēng)險評價是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一個新型研究領(lǐng)域，其主要特點是把環(huán)境污染與人體健康聯(lián)系起來，定量描述環(huán)境污染對人體健康產(chǎn)生的危害風(fēng)險[18-19]。1983年，美國科學(xué)院出版的紅皮書《聯(lián)邦政府的風(fēng)險評價：管理程度》，提出風(fēng)險評價“四步法”，即危害鑒別、劑量一效應(yīng)關(guān)系評價、暴露評價和風(fēng)險表征[8]，成為環(huán)境風(fēng)險評價的指導(dǎo)性文件，已被荷蘭、法國、日本、中國等國家和國際組織采用。很多學(xué)者根據(jù)不同污染物對人體的危害效應(yīng)建立了不同類型的健康風(fēng)險評價模型[20-22]。目前，國內(nèi)外研究水中有毒物質(zhì)通過飲水途徑對人體健康造成的危害一般采用美國環(huán)境保護署（ US EPA）推薦的健康風(fēng)險評價模型[23-24]，皮膚接觸途徑健康風(fēng)險評價采用Strenge D.L等[25]提出的計算模型。本研究采用US EPA推薦的健康風(fēng)險評價模型對清水河水環(huán)境健康風(fēng)險進行評價。

（1）水環(huán)境健康風(fēng)險評價模型。假定每種化學(xué)污染物對人體健康危害的毒性作用成相加關(guān)系，則水環(huán)境總體健康危害風(fēng)險R總 可表示為R總=R^c+Rⁿ+R^p+R^f，其中：R^c和R^p分別表示致癌物通過飲水、皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險，Rⁿ和R^f分別表示非致癌物通過飲水、皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險。式中：SF_i為致癌物i的致癌強度系數(shù)，mg/（kg.d）；RfD_i為非致癌物i的飲水途徑參考劑量，mg（k.d）；C_i為化學(xué)污染物的質(zhì)量濃度，mg/L；L為人均壽命，a；θ為成人每日平均飲水量，L；W為人均體重，kg；A_sd為人體表面積，cm2；FE為洗澡頻率，次/d；EF為暴露頻率，d/a； ED為暴露延時，a；AT為平均暴露時間，d；f為腸道吸附比率：k為皮膚吸附參數(shù)，cm/h；τ為延滯時間，h：TE為洗澡時間，h。

（2）模型參數(shù)?；瘜W(xué)污染物的有關(guān)參數(shù)（致癌強度系數(shù)SF和非致癌參考劑量RfD）采用US EPA公布的數(shù)據(jù)[26]，見表1。對于模型中的參數(shù)f、k、τ、FE，參考相關(guān)文獻[27-28]進行取值：f取1，k取0.001 c：m/h，τ取1h，F(xiàn)E取0.3次/d。參數(shù)ED、AT、L參考我國環(huán)境保護部2013年出版的《中國人群暴露參數(shù)手冊（成人卷）》I2 9]中寧夏地區(qū)有關(guān)研究成果進行取值：L取2010年期望壽命，男性為71. 31歲，女性為75.71歲：ED和AT的取值一樣，其中非致癌物取35，致癌物男性取71.31、女性取75.71。其他本地化參數(shù)見表2。

2 評價結(jié)果與分析

采用美國環(huán)境保護署推薦的暴露計算方法，根據(jù)致癌物和非致癌物所致健康危害的風(fēng)險模型，綜合考慮水中13種化學(xué)污染物通過飲水和皮膚接觸途徑（本文指淋浴途徑）對城市成年居民健康所造成的危害，結(jié)合寧夏地區(qū)城市成年人群暴露參數(shù)，對其進行水環(huán)境健康風(fēng)險評價和分析。

2.1 化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險

從表3可以看出，清水河13種化學(xué)污染物通過各種飲水途徑對城市成年居民健康危害的風(fēng)險特點主要有：①健康風(fēng)險水平的數(shù)量級在10^-6～ 10^-4a^-1之間，2011年有4個斷面（沈家河水庫、韓府灣、王團、泉眼山）、2012年有3個斷面（二十里鋪、韓府灣、泉眼山）、2013年有1個斷面（韓府灣）、2014年有3個斷面（原州、韓府灣、泉眼山）、2015年有2個斷面（王團和泉眼山）化學(xué)污染物通過總的飲水途徑所致健康風(fēng)險超過美國環(huán)境保護署推薦的最大可接受風(fēng)險水平1×10^-4a^-1[30]，2011年有4個斷面（沈家河水庫、韓府灣、王團、泉眼山）、2012年有2個斷面（韓府灣和泉眼山）、2014年有1個斷面（韓府灣）、2015年有1個斷面（泉眼山）化學(xué)污染物通過直接飲水途徑所致健康風(fēng)險超過lxl0^-4a^-1、2011年王團斷面和2015年泉眼山斷面化學(xué)污染物通過間接飲水途徑所致健康風(fēng)險超過lxl0^-4a^-1：②從整個流域來看，直接飲水途徑所致健康風(fēng)險>間接飲水途徑所致健康風(fēng)險：③化學(xué)污染物通過直接飲水途徑對不同城市成年居民群體的健康影響特點為女性>男性，通過間接、總飲水的健康影響特點為男性>女性：④2011-2015年化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險的5a平均值各斷面大小順序為泉眼山>韓府灣>王團>沈家河水庫>原州>二十里鋪>賀家灣水庫，其中韓府灣、王團、泉眼山斷面直接飲水、總飲水途徑所致健康風(fēng)險超過lxl0^-4a^-1。

2.2 化學(xué)污染物通過皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險

從表4可以看出，清水河13種化學(xué)污染物通過皮膚接觸途徑對城市成年居民的健康影響特點為：健康風(fēng)險水平的數(shù)量級在10^-8～ 10^-6a^-1之間，不同人群風(fēng)險大小為女性>男性，各斷面Sa平均值大小順序為泉眼山>韓府灣>王團>沈家河水庫>原州>二十里鋪>賀家灣水庫。以清水河源頭賀家灣水庫2015年化學(xué)污染物通過皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險為例，化學(xué)污染物通過身體各部位皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險大小順序為全身>軀干>腿>手臂>頭部>腳>手部（見表5）。2.3化學(xué)污染物通過各暴露途徑所致健康風(fēng)險總值

從表6可以看出，清水河13種化學(xué)污染物通過各暴露途徑對城市成年居民健康危害的風(fēng)險特點為：2011年有4個斷面（沈家河水庫、韓府灣、王團、泉眼山）、2012年有3個斷面（二十里鋪、韓府灣、泉眼山）、2013年有1個斷面（韓府灣）、2014年有3個斷面（原州、韓府灣、泉眼山）、2015年有2個斷面（王團和泉眼山）的健康風(fēng)險超過lxl0^-4a^-1，且男性>女性：各斷面健康總風(fēng)險5a平均值大小順序為泉眼山>韓府灣>王團>沈家河水庫>原州>二十里鋪>賀家灣水庫，其中韓府灣、王團、泉眼山斷面已超過lxl0^-4a^-1為重點控制斷面。

上述研究表明，清水河從發(fā)源地到人黃口流經(jīng)途中水質(zhì)受到了污染。清水河水污染的主要原因是近年來流域經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝落后，部分工業(yè)和城市污水處理及中水回用系統(tǒng)不完善，部分污水不能達標(biāo)排放，且農(nóng)村水環(huán)境污染及淀粉企業(yè)水污染等問題不斷出現(xiàn)。因此，應(yīng)加強城市污水管網(wǎng)配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高城鎮(zhèn)污水收集率、重復(fù)利用率以及工業(yè)廢污水、城市生活污水集中處理率，加大對重點行業(yè)水污染和村莊生活污染源的治理力度。

3 結(jié)論

對清水河水體中化學(xué)污染物通過不同暴露途徑對不同城市成年居民所致健康風(fēng)險進行系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：①清水河流經(jīng)途中水質(zhì)受到了污染，其中韓府灣、王團、泉眼山為重點控制斷面：②化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險在總風(fēng)險中占主導(dǎo)作用，其中直接飲水途徑所致的健康風(fēng)險在飲水途徑中占主導(dǎo)作用：③化學(xué)污染物通過間接飲水、總飲水途徑所致健康風(fēng)險特點為男性>女性，直接飲水、皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險特點為男性<女性，皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險特點為全身>軀干>腿>手臂>頭部>腳>手部：④化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險遠大于通過皮膚接觸途徑所致健康風(fēng)險。

本研究結(jié)果存在一定程度的不確定性，主要原因是：①污染物濃度分布具有不確定性，主要受徑流量季節(jié)變化的影響：②評價中未考慮放射性物質(zhì)對人體健康危害的風(fēng)險，因此評價得出的健康風(fēng)險比實際環(huán)境污染危害的風(fēng)險低。

雖然各種毒物在水中含量很低，但如果長期低劑量暴露也會嚴(yán)重危害人體的健康，所以這方面的研究越來越受到重視。環(huán)境健康風(fēng)險評價將水源地健康風(fēng)險評價與常規(guī)水質(zhì)評價結(jié)合起來，可為水環(huán)境的健康風(fēng)險管理和保護措施的制定提供重要的參考依據(jù)，因此應(yīng)將飲用水源的健康風(fēng)險評價列入常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測和環(huán)境評價工作中，以更加科學(xué)、客觀且比較全面地掌握飲用水的水環(huán)境質(zhì)量，及時了解飲用水安全狀況，從而有的放矢，制定和實施相應(yīng)的污染物控制、環(huán)境保護策略。

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