清水河水質對流域內城市居民健康影響研究

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境健康風險，在清水河7個典型斷面進行水樣采集和水質監測，采用美國環境保護署（ US EPA）推薦的環境健康風險評價模型，利用寧夏地區城市成年人群暴露參數，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種化學污染物所致健康風險進行了初步評價。結果表明：①化學污染物通過各暴露途徑所致健康風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、總飲水途徑所致風險男性>女性，直接飲水、皮膚接觸途徑所致風險女性>男性，皮膚接觸途徑所致風險全身>軀干>腿>手臂>頭部>腳>手部；②2011-2015年化學污染物通過各種飲水、皮膚接觸途徑所致健康風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。

關鍵詞：水環境：健康風險：城市居民：枯水期：清水河

中圖分類號：X24

文獻標志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.06.017

隨著經濟的持續發展，水量短缺和水質惡化等水環境問題日益突出，逐漸成為制約人類社會發展的關鍵性因素¨。水環境安全問題不僅是生態環境問題，也是直接關系到國家安全、社會穩定的經濟和政治問題[2]。我國缺水或嚴重缺水的城市大都集中在北方及西北干旱、半干旱地區[3]，這意味著西北干旱、半干旱地區水資源保護和水環境安全研究顯得尤為重要。環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].環境污染所產生的健康風險正在制約著我國經濟社會的發展[5]，環境健康風險評價已成為環境風險管理和決策的科學基礎[6-9]。對于飲用水而言，即使污染物的濃度很低、健康風險很小，但長期的低劑量暴露也可能對人體健康造成嚴重傷害[10]。因此，對區域水源地水化學污染狀況及潛在健康風險進行評價具有重要意義[11]。國際上普遍采用的環境健康風險評價方法為1983年美國科學院首次確立的風險評價基本方法[12-13，8]。我國環境健康風險評價研究始于20世紀90年代，有關學者對環境健康風險評價方法進行了探索性研究，并將其應用于飲用水源、污水回用水質、城市水體及飲用水源地等水環境健康風險評價[14-17]，但利用的主要是國外已有的模型參數，且對污染物所致成年人平均健康風險研究得較多，而評價參數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，利用本地化模型參數，對清水河流域主要飲用水源地和典型斷面的化學污染物，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險進行系統研究，旨在掌握清水河流域水環境健康風險狀況，為清水河水環境污染的治理及寧夏南部山區飲用水源地環境管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

清水河是寧夏境內流人黃河的最大一級支流，發源于固原市原州區，流經固原市、吳忠市及中衛市，在中寧縣泉眼山人黃河，是固原市的“母親河”，是固原市農村人飲和農業灌溉的重要水源。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和中部干旱帶的大部分地區，是寧夏生態環境脆弱、經濟發展最落后、貧困人口最多的地區。選擇該流域研究典型干旱、經濟欠發達地區水環境具有較強的代表性。

1.2 樣品采集與測定

依據研究目標，結合清水河流域的地理位置、水文特征及水環境特點，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，監測As、Cd、Cr⁶⁺、NH4-N、CN、揮發酚、Hg、Pb、Cu、Fe、Zn、Mn及氟化物等13種化學污染物的含量。水樣的采集、保存及質量保證措施均嚴格執行《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，監測分析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、白控樣、加標回收率（10%）的質控措施，保證分析數據的準確性。

1.3 健康風險評價方法

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

（1）水環境健康風險評價模型。假定每種化學污染物對人體健康危害的毒性作用成相加關系，則水環境總體健康危害風險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險。式中：SF_i為致癌物i的致癌強度系數，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為化學污染物的質量濃度，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，cm/h；τ為延滯時間，h：TE為洗澡時間，h。

（2）模型參數。化學污染物的有關參數（致癌強度系數SF和非致癌參考劑量RfD）采用US EPA公布的數據[26]，見表1。對于模型中的參數f、k、τ、FE，參考相關文獻[27-28]進行取值：f取1，k取0.001 c：m/h，τ取1h，FE取0.3次/d。參數ED、AT、L參考我國環境保護部2013年出版的《中國人群暴露參數手冊（成人卷）》I2 9]中寧夏地區有關研究成果進行取值：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。其他本地化參數見表2。

2 評價結果與分析

采用美國環境保護署推薦的暴露計算方法，根據致癌物和非致癌物所致健康危害的風險模型，綜合考慮水中13種化學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，結合寧夏地區城市成年人群暴露參數，對其進行水環境健康風險評價和分析。

2.1 化學污染物通過飲水途徑所致健康風險

從表3可以看出，清水河13種化學污染物通過各種飲水途徑對城市成年居民健康危害的風險特點主要有：①健康風險水平的數量級在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）化學污染物通過總的飲水途徑所致健康風險超過美國環境保護署推薦的最大可接受風險水平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）化學污染物通過直接飲水途徑所致健康風險超過lxl0^-4a^-1、2011年王團斷面和2015年泉眼山斷面化學污染物通過間接飲水途徑所致健康風險超過lxl0^-4a^-1：②從整個流域來看，直接飲水途徑所致健康風險>間接飲水途徑所致健康風險：③化學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年化學污染物通過飲水途徑所致健康風險的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險超過lxl0^-4a^-1。

2.2 化學污染物通過皮膚接觸途徑所致健康風險

從表4可以看出，清水河13種化學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：健康風險水平的數量級在10^-8～ 10^-6a^-1之間，不同人群風險大小為女性>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年化學污染物通過皮膚接觸途徑所致健康風險為例，化學污染物通過身體各部位皮膚接觸途徑所致健康風險大小順序為全身>軀干>腿>手臂>頭部>腳>手部（見表5）。2.3化學污染物通過各暴露途徑所致健康風險總值

從表6可以看出，清水河13種化學污染物通過各暴露途徑對城市成年居民健康危害的風險特點為：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）的健康風險超過lxl0^-4a^-1，且男性>女性：各斷面健康總風險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，清水河從發源地到人黃口流經途中水質受到了污染。清水河水污染的主要原因是近年來流域經濟快速發展，工業企業生產工藝落后，部分工業和城市污水處理及中水回用系統不完善，部分污水不能達標排放，且農村水環境污染及淀粉企業水污染等問題不斷出現。因此，應加強城市污水管網配套基礎設施建設，提高城鎮污水收集率、重復利用率以及工業廢污水、城市生活污水集中處理率，加大對重點行業水污染和村莊生活污染源的治理力度。

3 結論

對清水河水體中化學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險進行系統研究，結果表明：①清水河流經途中水質受到了污染，其中韓府灣、王團、泉眼山為重點控制斷面：②化學污染物通過飲水途徑所致健康風險在總風險中占主導作用，其中直接飲水途徑所致的健康風險在飲水途徑中占主導作用：③化學污染物通過間接飲水、總飲水途徑所致健康風險特點為男性>女性，直接飲水、皮膚接觸途徑所致健康風險特點為男性<女性，皮膚接觸途徑所致健康風險特點為全身>軀干>腿>手臂>頭部>腳>手部：④化學污染物通過飲水途徑所致健康風險遠大于通過皮膚接觸途徑所致健康風險。

本研究結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，主要受徑流量季節變化的影響：②評價中未考慮放射性物質對人體健康危害的風險，因此評價得出的健康風險比實際環境污染危害的風險低。

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重危害人體的健康，所以這方面的研究越來越受到重視。環境健康風險評價將水源地健康風險評價與常規水質評價結合起來，可為水環境的健康風險管理和保護措施的制定提供重要的參考依據，因此應將飲用水源的健康風險評價列入常規的水質監測和環境評價工作中，以更加科學、客觀且比較全面地掌握飲用水的水環境質量，及時了解飲用水安全狀況，從而有的放矢，制定和實施相應的污染物控制、環境保護策略。

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