三峡库区主要城镇饮用水源地水质健康风险评价*

封 丽 张 君 封 雷 张 韵 黄健盛

(1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆市环境监测中心，重庆 401147；3.中国科学院重庆绿色智能技术研究院大数据挖掘与应用中心，重庆 400714)

饮用水源保护是一项“民心工程”，随着经济社会的快速发展，工业化、城镇化水平的迅速提高，我国水环境面临严峻压力，饮用水源安全问题日益突出，社会关注度不断增加。长江三峡水利枢纽工程是治理和开发长江的关键性骨干工程，具有防洪、发电、航运及水资源利用等综合效益，是举世瞩目的特大型水利水电工程。由于三峡水库调度运行变化，库区河道由峡谷型向水库型演变，水环境及水生态系统不断进行重构。分析相关文献研究成果，本研究选取受三峡水库蓄水影响的42个主要城镇饮用水源地开展健康风险进行评价，并比对其他研究者成果，以期从人群健康风险的角度确定饮用水源的主要污染物，确保饮用水源水质安全，为环境管理部门提供科学依据和数据支撑。

图1 主要城镇饮用水源地示意图Fig.1 Schematic illustration of sampling sites in the drinking water sources of main towns

1 材料与方法

1.1 区域概况

研究区域涉及三峡库区的万州区、涪陵区、江北区、沙坪坝区、南岸区、渝北区、巴南区、长寿区、丰都县、忠县、云阳县、江津区等12个区县42个水源地，其中三江(长江、嘉陵江、乌江)水源地19个，支流水源地15个，水库水源地5个，地下水水源地3个，详见图1。

1.2 样品采集与测定

在42个水源地取水口附近布设采样点，采样时间为2013年4、9月各1次，健康风险评价数据采用年平均值。水源样品的采集、保存及质量保证措施均按照《环境监测技术规范》和《环境水质监测质量保证手册》的技术要求执行，分析方法按照国家相关水质标准和《水和废水监测分析方法》(第4版)进行，标准物质均能溯源到国家标准或基准，实施双空白样及平行样、自控样、加标回收率(10%)的质控措施，保证分析数据准确性。

1.3 数据处理方法

数据前期整理采用Excel 2010进行，数据统计分析采用SPSS 22.0完成。

1.4 健康风险评价方法

健康风险评价主要是通过有害因子对人体不良影响发生概率的估算，评价暴露于该有害因子的个体健康受到影响的风险。健康风险评价基本框架包括危害鉴定、暴露评估、剂量/反应关系分析和风险表征的过程[1]。

1.4.1 评价模型

根据不同污染物对人体的危害效应建立不同类型健康风险评价模型[2-4]，本研究采用美国环境保护署的暴露计算方法，根据致癌物所致健康危害的风险模型和非致癌物所致健康危害的风险模型，对饮用水源地水质健康风险进行评价。

致癌物所致健康危害的风险模型评价表达式如下[5-7]：

(1)

(2)

Di=2.2×ΔCi/70

(3)

式中：2.2为成人平均每日饮水量，L/d；Ci为致癌物i在饮用水体中的质量浓度，mg/L；70为人均体重，kg。

非致癌物所致健康危害的风险模型评价表达式如下：

(4)

Dj=2.2×Cj/70

(5)

1.4.2 总体健康危害风险

假定各化学污染物对人体健康危害的毒性作用呈相加关系，不存在协同或拮抗关系，则饮用水总的健康危害风险(R总，a-1)为：

(6)

1.4.3 评价因子及参数确定

根据世界卫生组织(WHO)下属机构国际癌症研究机构(IARC)编制的分类系统，选取的化学致癌物有重金属Cd、Cr(Ⅵ)和As；非致癌物有氨氮、Cu、Zn、F-、Se、Hg、Pb、CN-、挥发酚、硝酸盐、Fe、Mn。采用美国环境保护署公布的qi和RfDj，详见表1。

表1 模型参数qi和RfDj

根据部分机构推荐的对社会工作成员最大可接受风险水平和可忽略风险水平，评估饮用水健康风险水平，详见表2[8]。

参考美国环境保护署和ICRP的风险评价标准[9-10]，将风险评价标准分为6个等级，详见表3。

2 结果与分析

表2 部分机构推荐的最大可接受风险水平和可忽略风险水平

表3 风险等级、风险程度和风险范围

2.1 水质分析

2.1.1 常规水质指标

按照《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)评价，研究区域42个主要城镇饮用水源地2013年水质总体保持较好，除2个江北区在长江取水的饮用水源地4月BOD5(4.20、4.80 mg/L)超过GB 3838—2002的Ⅲ类标准(4.0 mg/L)外，其余40个饮用水源地均达标。主要城镇饮用水源地水质常规指标详见表4。

2.1.2 化学污染物质指标

2013年，研究区域主要城镇饮用水源地化学污染物质指标见表5。由表5可知，42个主要城镇饮用水源地参与健康风险评价的3种致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As的浓度均满足GB 3838—2002的Ⅱ类标准(其限值和GB 3838—2002的Ⅲ类标准一致)。其中，Cd在部分河流和地下水水源地中有检出，Cd是农业活动(使用农药和化肥)的标识元素，煤矿中Cd元素含量较高[11]，2013年重庆市农药使用量1.84万t，化肥施用量96.64万t，煤炭消费总量5 929.35万t标准煤，且工业废水排放的主要行业是煤炭开采和洗选[12]，因此Cd可能来自农业活动和煤炭消耗；Cr(Ⅵ)在42个水源地中均未检出；As在三江、支流和地下水水源地中均有检出，这可能与流域较高的工业废水排放有关。12种非致癌物浓度均满足GB 3838—2002的Ⅲ类标准，其中重金属Cu、Zn、Hg、Pb、Fe、Mn等浓度均满足GB 3838—2002的Ⅰ类标准，Se未检出。

表4 主要城镇饮用水源地水质常规指标

表5 主要城镇饮用水源地化学污染物质指标1)

注：1)ND表示未检出。

表6 主要城镇饮用水源地致癌物人均年致癌风险

2.2 健康风险评价

2.2.1 致癌物健康风险评价

通过健康风险评价模型，计算得出研究区域水源地中致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As通过饮用水途径引起的人均年致癌风险，详见表6。从表6可以看出，研究区域致癌物的致癌风险偏高，三江水源地总致癌风险1.22×10-6～7.19×10-5a-1，支流水源地总致癌风险1.50×10-6～7.19×10-5a-1，地下水水源地总致癌风险3.05×10-6～7.19×10-5a-1，3种类型水源人均年致癌风险接近或超过了表2中瑞典环境保护署、荷兰建设和环境署、英国皇家协会及ICRP推荐的最大可接受风险水平。水源地类型的致癌风险顺序为地下水>支流>三江>水库。

2.2.2 非致癌物健康风险评价

通过健康风险评价模型，计算得出研究区域水源地中12种非致癌物通过饮用水途径引起的人均年致癌风险，见表7。由表7可知，三江、支流、水库和地下水水源地非致癌物的总致癌风险均小于或略超过荷兰建设和环境署推荐的可忽略风险水平(10-8a-1)。因此，认为12种非致癌物通过饮用水途径引起的风险是可以接受的。

2.2.3 结果分析

健康总风险为致癌物和非致癌物所产生的健康风险值之和。研究区域42个城镇水源地致癌物产生的健康风险数量级为10-7～10-5a-1；而非致癌物产生的健康风险数量级为10-9～10-8a-1，占总风险比例很低。因此，42个城镇水源地健康风险主要来源于致癌物Cd、As，其代表了不同类型水源地的水质健康风险构成；三江、支流、地下水水源地总致癌风险均处于Ⅲ级、中风险状态。三江和支流健康风险评价结果与张韵等[13]、刘跃晨等[14]对重庆干流水源地健康风险评价结果相比，参与评价指标的健康风险值均低1～2个数量级，可见库区水质保护工作已有成效。但根据王若师等[15]的研究成果，健康风险评价结果确实存在一定程度的不确定性，Cr(Ⅵ)作为导致健康风险的致癌物。本研究在4种类型的水源地中均未检出，但其他研究者在2005、2011年的水源地中均有检出，水源地污染物浓度分布受季节变化及污染源排放影响，直接导致评价健康风险值的不确定性。由表8、表9可见，研究区域的42个水源地致癌物和非致癌物通过饮用水途径引起的人均年致癌风险与全国其他区域相比，各参评因子所占总致癌风险值比例大致相同。

表7 主要城镇饮用水源地非致癌物人均年致癌风险

表8 其他区域饮用水源地致癌物人均年致癌风险

表9 其他区域饮用水源地非致癌物人均年致癌风险

3 结论与建议

(1) 2013年，研究区域水质总体保持较好，常规水质指标中仅BOD5部分月份超过GB 3838—2002的Ⅲ类标准；3种致癌物Cd、Cr(Ⅵ)、As的浓度均满足GB 3838—2002的Ⅱ类标准；12种非致癌物浓度均满足GB 3838—2002的Ⅲ类标准，其中重金属指标Cu、Zn、Hg、Pb、Fe、Mn等6种浓度均满足GB 3838—2002的Ⅰ类标准，Se未检出。

(2) 研究区域致癌物的致癌风险偏高，三江水源地总致癌风险1.22×10-6～7.19×10-5a-1，支流水源地总致癌风险1.50×10-6～7.19×10-5a-1，地下水水源地总致癌风险3.05×10-6～7.19×10-5a-1，3种类型水源人均年致癌风险接近或超过了瑞典环境保护署、荷兰建设和环境署、英国皇家协会及ICRP推荐的最大可接受风险水平，水源地类型的致癌风险顺序为地下水>支流>三江>水库。非致癌物的总致癌风险均小于或略超过荷兰建设和环境署推荐的可忽略风险水平(10-8a-1)，因此12种非致癌物通过饮用水途径引起的风险是可以接受的。

(3) 研究区域水质评价采用单因子评价法，各因子均满足饮用水水质要求，而美国环境保护署的水质风险评估模型采用累积风险。因此，虽然单个指标达到安全饮用水的要求，但各因子总致癌风险处于中风险状态(Ⅲ级)，研究区域水质存在健康风险，应引起重视。

(4) 研究区域人均年致癌风险与全国其他区域相比，各参评因子所占总致癌风险值比例大致相同。

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