鄂東丘陵山區地下水飲用水源地水質與健康風險評價

關鍵詞：鄂東地區；地下水飲用水源地；水質；健康風險模型；水安全

中圖分類號：X523; X820.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1329（2024）04-0184-06

地下水作為湖北省的重要水資源，深刻影響著經濟發展和社會生活。地下水水質對保障人民群眾的生命健康至關重要，飲用水源地水質安全問題受到廣泛關注。鄂東丘陵山區局部地區仍飲用地下水，飲用水源安全直接關系到居民身體健康[1-3]。為系統推進環境健康工作，生態環境部發布了《“十四五”環境健康工作規劃》，明確規定加強環境健康風險監測評估、大力提升居民環境健康素養、持續探索環境健康管理對策等，體現了加強地下水人體健康風險評價的重要性。目前，關于鄂東丘陵山區地下水的研究大多集中于水化學特征及水質評價方面，尚缺乏針對地下飲用水源地進行健康風險的研究，科學地量化評估地下水污染對人體健康和生態環境產生的潛在影響迫在眉睫。鑒于此，本研究通過對鄂東丘陵山區5處集中式地下水飲用水源地水質進行監測，評價地下水污染狀況，計算通過飲用途徑對人群造成的健康風險，對水源地水質進行致癌風險和非致癌風險評價，以期為飲用水源地水環境安全保障和健康風險防控提供科學依據。

1 研究區概況

鄂東丘陵山區位于湖北省東部，地形起伏大，地勢北東、南東高，西部低，地貌類型多樣，可分為中山、低山、丘陵、平原四種類型。研究區屬副熱帶季風氣候區，氣溫季節變化明顯，雨量充沛，多年平均降水量在1100—1600mm。研究區水系發育，河湖眾多，形成以長江、漢江為干流橫貫東西的龐大地表水系。研究區水文地質條件復雜，含水介質類型多，水量貧富懸殊，地下水主要劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水四種類型。研究區地下水的補給來源主要為大氣降水入滲補給，地下水的流向由山前向崗地平原運移，地下水的排泄除人工開采外，枯季向江河排泄或蒸發。巖溶山區泉水出露多，地下水蘊藏豐富[1]。

鄂東丘陵山區集中式地下水型飲用水水源地共5處，其中黃石市2 處、黃岡市1 處、咸寧市2 處。地下水型飲用水源地分布見圖1，基本信息見表1。

2材料與方法

2.1水樣采集與分析

2021年8月和12月系統采集了地下水樣品10組，豐水期和枯水期各5組，其中黃石市4 組，黃岡市2 組，咸寧市4組，采樣點位置見圖1。地下水樣品采集和保存按照《地下水環境監測技術規范》（HJ/T164—2020） 進行。采樣過程中，現場使用便攜式多參數水質分析儀（ 美國 YSI 公司） 測定pH、電導率、氧化還原電位和總溶解固體（TDS） 等理化指標。使用0.45μm 濾膜過濾的水樣收集在1L 聚乙烯瓶中用于分析陰離子用于分析陽離子和金屬或類金屬微量元素的水樣收集在500mL 聚乙烯瓶中，用濃硝酸酸化至pHlt;2。水樣在4℃下密封避光保存，當天送至實驗室待檢。陰離子用離子色譜儀（IC，930compactICFlex）測定，陽離子和微量元素用電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-MS，NexIon350x） 測定。

2.2 地下水水質評價方法、

根據《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）和《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2022），對研究區地下水型飲用水水源地地下水環境質量進行評價。評價指標主要包括NO₃-N、F-、NH₄-N、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、As、Cd，由于水源地地下水具有飲用功能，因此以地下水質量標準中Ⅲ類作為評價標準。

2.3健康風險評價模型

2.3.1目標污染物篩選

國際癌癥研究機構（ IARC）和世界衛生組織（ WHO）規定的污染毒物質[4-6]，Cr⁶⁺、NO₂-N、氰化物、Hg、Se、揮發酚六個指標在5個水源地中均未檢出，根據水源地主要指標檢出情況和各物質長期累積對人體的危害，選取As和Cd兩個指標進行致癌健康風險評價，選取NO₃-N、F^-、NH₄-N、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb 共8種水質指標進行非致癌健康風險評價。

2.3.2 健康風險評價方法

健康風險評價對于支撐水質評價和風險管控至關重要。據調查，本次研究選取的鄂東丘陵山區5 處集中式地下水飲用水源地均為附近居民的飲用水源，研究區地下水飲用水源地風險暴露的主要途徑是飲水途徑，本次僅以飲水途徑對成人和兒童的影響進行健康風險評價。

（1）暴露劑量的計算方法

飲水途徑的日均暴露劑量按照公式（1）計算，各項參數含義見下方說明[1]。

ADD為致癌物的日均暴露劑量[mg/（kg·d）]，見公式（1）

q是致癌強度系數[mg/（kg·d）]^{-1 [6-7]}

TCR總致癌風險指數，無量綱

（3）模型參數

健康風險評價模型參數見表2 和表3。

（4）評價標準

非致癌風險和致癌風險的評價標準見表4。

3結果與討論

3.1地下水水源地水質分析

按照地下水質量評價方法，對5 處水源地地下水質量進行綜合評價，結果見表5。其中，黃石楓林鎮瞿灣泉水水源地和龍港鎮馬明山泉洞水源地豐枯兩期地下水質量均為Ⅲ類。咸寧燕廈鄉集中式飲用水水源地豐水期地下水綜合評價結果為Ⅳ類水，Zn 為Ⅳ類，濃度為1.59 mg/L，達到Ⅳ類質量標準，枯水期地下水為Ⅲ類水。銅鐘鄉清水村馮家泉水源地豐水期地下水為Ⅲ類水，枯水期地下水為Ⅳ類，Mn 為Ⅳ類，濃度為0.12 mg/L。黃岡總路咀水廠水源地豐、枯兩期地下水均為Ⅴ類水，豐水期和枯水期Ⅴ類指標均為Fe，濃度分別高達4.74 mg/L 和5.44mg/L，地下水水質指標超Ⅲ類標準的有Fe、Mn、Zn、NH₄-N 等，超標倍數最高分別為1.4、9.2、0.6和0.3。

總體上，不同采樣期水樣中的污染物濃度存在一定的差異，豐水期水樣中污染物濃度低于枯水期。黃岡總路咀水廠水源地Fe、Mn 超標原因為水源地位于Fe、Mn 較高背景區，根據《湖北省地下水資源環境監測成果報告（1982-2021）》Fe較高背景為4.808～18.785 mg/L，Mn高背景為1.516～2.130 mg/L[1]。燕廈鄉集中式飲用水水源地豐水期Zn 為Ⅳ類，可能來源于周邊農業活動中農藥的使用，通過淋濾進入含水層，對地下水造成污染，標參考文獻[12-14]。總路咀水廠水源地NH₄-N 為Ⅳ類，可能來源于地表水體污染，以及人類活動影響、也可能源于土壤有機氮的分解[15-17]。總路咀水廠水源地Fe在豐枯水期均為Ⅴ類，可能來自于含水層中氧化鐵礦物的風化作用，并且人類活動可能加劇土壤中鐵的釋放輸入。研究區地下水水質主要受到原生地質背景的影響，以及人類活動共同作用形成。

3.2地下水健康風險結果分析

應用上述評價模型及參數，計算研究區飲用水源地地下水中化學致癌物和非致癌性污染物所致的健康危害的風險值，計算結果見表6 和表7。

3.2.1非致癌風險

5個水源地兒童飲水途徑的非致癌健康風險均小于1，均為低風險，潛在的非致癌風險很低，屬于風險可接受范圍[13-15]，健康風險成人gt;兒童。在總路咀水廠水源地，豐、枯水期成人經飲水途徑暴露的非致癌健康風險分別達1.07和1.16，為高風險，其余4個水源地均為低風險（表6）。

對比豐枯水期非致癌物質的健康風險值，除燕廈鄉集中式飲用水水源地外，各水源地成人和兒童總非致癌健康風險值枯水期高于豐水期。各水源地中，非致癌健康風險值由高到低的順序依次為總路咀水廠水源地gt; 燕廈鄉集中式飲用水水源地gt; 銅鐘鄉清水村馮家泉水源地gt;楓林鎮瞿灣泉水水源地gt; 龍港鎮馬明山泉洞水源地。

3.2.2致癌風險

5個水源地致癌物質飲水途徑的健康風險中，成人和兒童砷的致癌風險范圍分別為8.93×10^-6～1.81×10^-4/a 和1.1×10^-5～2.35×10^-4/a。成人和兒童鎘的致癌健康風險為2.6×10^-5～7.50×10^-5 和3.3×10^-5～9.7×10^-5。致癌物質飲水途徑的健康風險兒童gt; 成人，兒童通過飲水的總致癌風險值略高于成人，說明兒童受致癌物質的危害更大（表7）。各水源地總致癌風險由大到小依次為：總路咀水廠水源地＞銅鐘鄉清水村馮家泉水源地＞燕廈鄉集中式飲用水水源地＞楓林鎮瞿灣泉水水源地＞龍港鎮馬明山泉洞水源地。對比評價標準（1.0×10^-4），黃岡總路咀水廠水源地、銅鐘鄉清水村馮家泉水源地和燕廈鄉集中式飲用水水源地3 個水源地的飲水途徑會對人體有較高致癌風險。

對比豐枯水期致癌物質的健康風險值，龍港鎮馬明山泉洞水源地、總路咀水廠水源地和燕廈鄉集中式飲用水水源地豐水期大于枯水期，楓林鎮瞿灣泉水水源地和銅鐘鄉清水村馮家泉水源地兩個水源地各水源地枯水期大于豐水期。

3.2.3健康風險構成

為了確定各水源地優先控制污染物，對其地下水致癌健康風險構成進行了分析，各化學物質對成人和兒童總非致癌風險見圖2 和圖3，從各指標非致癌風險值在總非致癌風險值占比來看，豐枯水期各指標的貢獻率一致。非致癌物風險均值排序為F^-gt;Fegt;Mngt; Zngt;NO₃-N gt;Pbgt;NH₄-Ngt;Cu，地下水對成人非致癌危害主要由Fe、Mn 、F-和Zn 造成，四個指標的非致癌風險的貢獻遠高于其他化學物質，主導了兒童的非致癌危害。Cu、NO₃-N、NH4-N和Pb 等的貢獻均低于3%。若能有效控制研究區地下水中Fe、Mn 、F- 和Zn 的污染狀況，將能較大程度降低地下水對成人和兒童的非致癌風險。

地下水對成人和兒童致癌危害主要由As 造成，Cd 僅在銅鐘鄉清水村馮家泉水源地枯水期的貢獻率達70.14%，其余4 個水源地未檢出Cd，主要致癌風險物質為As。研究區水源地的主要致癌污染物是As 和Cd，其中 As 是關鍵致癌污染物，應被列為研究區地下水致癌風險決策管理的重點。

劉松華等[9] 通過收集2015—2019年蘇州市集中式飲用水源地水質的例行監測數據，采用USEPA（ 美國環保署）推薦的健康 風險評價模型，對12個在用水源地水質進行了較為全面的健康風險評價，結果表明：2015—2019 年蘇州市集中式飲用水源地致癌風險均值為4.07×10^-5/a，非致癌風險均值為 3. 61×10^-9 /a，總風險均值為4.07×10^-5/a。致癌風險高于非致癌風險，且致癌風險需重點關注Cr（ Ⅵ ）和As，與本研究中As是關鍵致癌污染物結論較一致。黃艷紅等[18] 于2009年9—12月對武漢市A、B、 C、D、E五個區所轄的1945個行政村進行地下水抽樣調查，并采用美國環保局（USEPA） 推薦的健康風險評價模型對地下水中As、F^-、NO₃-N、Fe 和Mn 經飲水途徑所引起的健康風險作出初步評價。結果表明武漢市農村地區地下水總健康風險為2.87×10^-6/a，D和E農村地區地下水中的As 具有一定的致癌風險，與本研究結論一致。

4 結論

總體上，鄂東丘陵山區飲用水源地地下水質量以Ⅲ類為主，地下水水質指標超Ⅲ類標準的有Fe、Mn、Zn、NH₄-N 和高錳酸鹽指數等，超標倍數最高分別為1.4、9.2、0.6、0.3和0.3。水源地Fe 和Mn 超標原因為水源地位于Fe、Mn 較高背景區，Zn 可能來源于周邊農業活動中農藥的使用，NH₄-N可能來源于地表水體污染，以及人類活動影響。

5個水源地兒童飲水途徑的非致癌健康風險均小于1，健康風險成人gt; 兒童，均為低風險，而成人飲水途徑的非致癌健康風險除總路咀水廠水源地豐枯水期致癌總風險值分別達1.07和1.16，為高風險，其余4 個水源地均為低風險。總路咀水廠水源地、銅鐘鄉清水村馮家泉水源地和燕廈鄉集中式飲用水水源地3個水源地的飲水途徑會對人體有較高致癌風險，長期的飲用也會對人體健康造成潛在的傷害。致癌物質飲水途徑的健康風險兒童略高于成人，說明兒童受致癌物質的危害更大。從健康風險貢獻率來看，As、Fe、Mn 和F^-為優先控制污染物。

為了保障鄂東丘陵山區地下水環境安全，需嚴格控制污染來源。對于總路咀水廠水源地，建議當地政府及相關部門查明地下水污染來源，加強污染治理和給水處理，確保水源地供水安全。劃分水源地補給區，并加強補給區內地下水監管與保護工作，進一步保障飲用水安全。

（責任編輯：趙寶成）