三峽庫區主要城鎮飲用水源地水質健康風險評價*

封 麗 張 君 封 雷 張 韻 黃健盛

(1.重慶市環境科學研究院，重慶 401147；2.重慶市環境監測中心，重慶 401147；3.中國科學院重慶綠色智能技術研究院大數據挖掘與應用中心，重慶 400714)

飲用水源保護是一項“民心工程”，隨著經濟社會的快速發展，工業化、城鎮化水平的迅速提高，我國水環境面臨嚴峻壓力，飲用水源安全問題日益突出，社會關注度不斷增加。長江三峽水利樞紐工程是治理和開發長江的關鍵性骨干工程，具有防洪、發電、航運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。由于三峽水庫調度運行變化，庫區河道由峽谷型向水庫型演變，水環境及水生態系統不斷進行重構。分析相關文獻研究成果，本研究選取受三峽水庫蓄水影響的42個主要城鎮飲用水源地開展健康風險進行評價，并比對其他研究者成果，以期從人群健康風險的角度確定飲用水源的主要污染物，確保飲用水源水質安全，為環境管理部門提供科學依據和數據支撐。

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

1 材料與方法

1.1 區域概況

研究區域涉及三峽庫區的萬州區、涪陵區、江北區、沙坪壩區、南岸區、渝北區、巴南區、長壽區、豐都縣、忠縣、云陽縣、江津區等12個區縣42個水源地，其中三江(長江、嘉陵江、烏江)水源地19個，支流水源地15個，水庫水源地5個，地下水水源地3個，詳見圖1。

1.2 樣品采集與測定

在42個水源地取水口附近布設采樣點，采樣時間為2013年4、9月各1次，健康風險評價數據采用年平均值。水源樣品的采集、保存及質量保證措施均按照《環境監測技術規范》和《環境水質監測質量保證手冊》的技術要求執行，分析方法按照國家相關水質標準和《水和廢水監測分析方法》(第4版)進行，標準物質均能溯源到國家標準或基準，實施雙空白樣及平行樣、自控樣、加標回收率(10%)的質控措施，保證分析數據準確性。

1.3 數據處理方法

數據前期整理采用Excel 2010進行，數據統計分析采用SPSS 22.0完成。

1.4 健康風險評價方法

健康風險評價主要是通過有害因子對人體不良影響發生概率的估算，評價暴露于該有害因子的個體健康受到影響的風險。健康風險評價基本框架包括危害鑒定、暴露評估、劑量/反應關系分析和風險表征的過程[1]。

1.4.1 評價模型

根據不同污染物對人體的危害效應建立不同類型健康風險評價模型[2-4]，本研究采用美國環境保護署的暴露計算方法，根據致癌物所致健康危害的風險模型和非致癌物所致健康危害的風險模型，對飲用水源地水質健康風險進行評價。

致癌物所致健康危害的風險模型評價表達式如下[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在飲用水體中的質量濃度，mg/L；70為人均體重，kg。

非致癌物所致健康危害的風險模型評價表達式如下：

(4)

Dj=2.2×Cj/70

(5)

1.4.2 總體健康危害風險

假定各化學污染物對人體健康危害的毒性作用呈相加關系，不存在協同或拮抗關系，則飲用水總的健康危害風險(R總，a-1)為：

(6)

1.4.3 評價因子及參數確定

根據世界衛生組織(WHO)下屬機構國際癌癥研究機構(IARC)編制的分類系統，選取的化學致癌物有重金屬Cd、Cr(Ⅵ)和As；非致癌物有氨氮、Cu、Zn、F-、Se、Hg、Pb、CN-、揮發酚、硝酸鹽、Fe、Mn。采用美國環境保護署公布的qi和RfDj，詳見表1。

表1 模型參數qi和RfDj

根據部分機構推薦的對社會工作成員最大可接受風險水平和可忽略風險水平，評估飲用水健康風險水平，詳見表2[8]。

參考美國環境保護署和ICRP的風險評價標準[9-10]，將風險評價標準分為6個等級，詳見表3。

2 結果與分析

表2 部分機構推薦的最大可接受風險水平和可忽略風險水平

表3 風險等級、風險程度和風險范圍

2.1 水質分析

2.1.1 常規水質指標

按照《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)評價，研究區域42個主要城鎮飲用水源地2013年水質總體保持較好，除2個江北區在長江取水的飲用水源地4月BOD5(4.20、4.80 mg/L)超過GB 3838—2002的Ⅲ類標準(4.0 mg/L)外，其余40個飲用水源地均達標。主要城鎮飲用水源地水質常規指標詳見表4。

2.1.2 化學污染物質指標

2013年，研究區域主要城鎮飲用水源地化學污染物質指標見表5。由表5可知，42個主要城鎮飲用水源地參與健康風險評價的3種致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As的濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅱ類標準(其限值和GB 3838—2002的Ⅲ類標準一致)。其中，Cd在部分河流和地下水水源地中有檢出，Cd是農業活動(使用農藥和化肥)的標識元素，煤礦中Cd元素含量較高[11]，2013年重慶市農藥使用量1.84萬t，化肥施用量96.64萬t，煤炭消費總量5 929.35萬t標準煤，且工業廢水排放的主要行業是煤炭開采和洗選[12]，因此Cd可能來自農業活動和煤炭消耗；Cr(Ⅵ)在42個水源地中均未檢出；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廢水排放有關。12種非致癌物濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅲ類標準，其中重金屬Cu、Zn、Hg、Pb、Fe、Mn等濃度均滿足GB 3838—2002的Ⅰ類標準，Se未檢出。

表4 主要城鎮飲用水源地水質常規指標

表5 主要城鎮飲用水源地化學污染物質指標1)

注：1)ND表示未檢出。

表6 主要城鎮飲用水源地致癌物人均年致癌風險

2.2 健康風險評價

2.2.1 致癌物健康風險評價

通過健康風險評價模型，計算得出研究區域水源地中致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As通過飲用水途徑引起的人均年致癌風險，詳見表6。從表6可以看出，研究區域致癌物的致癌風險偏高，三江水源地總致癌風險1.22×10-6～7.19×10-5a-1，支流水源地總致癌風險1.50×10-6～7.19×10-5a-1，地下水水源地總致癌風險3.05×10-6～7.19×10-5a-1，3種類型水源人均年致癌風險接近或超過了表2中瑞典環境保護署、荷蘭建設和環境署、英國皇家協會及ICRP推薦的最大可接受風險水平。水源地類型的致癌風險順序為地下水>支流>三江>水庫。

2.2.2 非致癌物健康風險評價

通過健康風險評價模型，計算得出研究區域水源地中12種非致癌物通過飲用水途徑引起的人均年致癌風險，見表7。由表7可知，三江、支流、水庫和地下水水源地非致癌物的總致癌風險均小于或略超過荷蘭建設和環境署推薦的可忽略風險水平(10-8a-1)。因此，認為12種非致癌物通過飲用水途徑引起的風險是可以接受的。

2.2.3 結果分析

健康總風險為致癌物和非致癌物所產生的健康風險值之和。研究區域42個城鎮水源地致癌物產生的健康風險數量級為10-7～10-5a-1；而非致癌物產生的健康風險數量級為10-9～10-8a-1，占總風險比例很低。因此，42個城鎮水源地健康風險主要來源于致癌物Cd、As，其代表了不同類型水源地的水質健康風險構成；三江、支流、地下水水源地總致癌風險均處于Ⅲ級、中風險狀態。三江和支流健康風險評價結果與張韻等[13]、劉躍晨等[14]對重慶干流水源地健康風險評價結果相比，參與評價指標的健康風險值均低1～2個數量級，可見庫區水質保護工作已有成效。但根據王若師等[15]的研究成果，健康風險評價結果確實存在一定程度的不確定性，Cr(Ⅵ)作為導致健康風險的致癌物。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變化及污染源排放影響，直接導致評價健康風險值的不確定性。由表8、表9可見，研究區域的42個水源地致癌物和非致癌物通過飲用水途徑引起的人均年致癌風險與全國其他區域相比，各參評因子所占總致癌風險值比例大致相同。

表7 主要城鎮飲用水源地非致癌物人均年致癌風險

表8 其他區域飲用水源地致癌物人均年致癌風險

表9 其他區域飲用水源地非致癌物人均年致癌風險

3 結論與建議

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

(2) 研究區域致癌物的致癌風險偏高，三江水源地總致癌風險1.22×10-6～7.19×10-5a-1，支流水源地總致癌風險1.50×10-6～7.19×10-5a-1，地下水水源地總致癌風險3.05×10-6～7.19×10-5a-1，3種類型水源人均年致癌風險接近或超過了瑞典環境保護署、荷蘭建設和環境署、英國皇家協會及ICRP推薦的最大可接受風險水平，水源地類型的致癌風險順序為地下水>支流>三江>水庫。非致癌物的總致癌風險均小于或略超過荷蘭建設和環境署推薦的可忽略風險水平(10-8a-1)，因此12種非致癌物通過飲用水途徑引起的風險是可以接受的。

(3) 研究區域水質評價采用單因子評價法，各因子均滿足飲用水水質要求，而美國環境保護署的水質風險評估模型采用累積風險。因此，雖然單個指標達到安全飲用水的要求，但各因子總致癌風險處于中風險狀態(Ⅲ級)，研究區域水質存在健康風險，應引起重視。

(4) 研究區域人均年致癌風險與全國其他區域相比，各參評因子所占總致癌風險值比例大致相同。

[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險初步評價[J].環境科學研究，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健康風險評價[J].中國環境監測，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] 重慶市統計局.重慶統計年鑒(2013)[Z].重慶：重慶市統計局，2014.

[13] 張韻，李崇明，趙俊偉，等.長江，嘉陵江重慶段飲用水源健康風險評價[J].三峽環境與生態，2008，1(1)：56-60.

[14] 劉躍晨，王云，吳樹寶，等.重慶嘉陵江干流飲用水水源地水質分析與健康風險評價[J].水文，2013，33(3)：91-96.

[15] 王若師，許秋瑾，張嫻，等.東江流域典型鄉鎮飲用水源地重金屬污染健康風險評價[J].環境科學，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險的初步評價[J].環境科學，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險的初步評價[J].環境科學學報，2011，31(3)：547-553.

[18] 徐愛蘭，陳敏，孫克遙.長江口南通地區飲用水源地健康風險評價[J].中國環境監測，2012，28(6)：9-14.