清水河水质对流域内城市居民健康影响研究

开晓莉 张维江 张宇正 褚金镝

摘要：为研究黄河宁夏段一级支流清水河水环境健康风险，在清水河7个典型断面进行水样采集和水质监测，采用美国环境保护署（ US EPA）推荐的环境健康风险评价模型，利用宁夏地区城市成年人群暴露参数，考虑各种饮水途径和皮肤接触途径，以城市居民为研究群体，对13种化学污染物所致健康风险进行了初步评价。结果表明：①化学污染物通过各暴露途径所致健康风险大小顺序为总饮水途径>直接饮水途径>间接饮水途径>皮肤接触途径，间接、总饮水途径所致风险男性>女性，直接饮水、皮肤接触途径所致风险女性>男性，皮肤接触途径所致风险全身>躯干>腿>手臂>头部>脚>手部；②2011-2015年化学污染物通过各种饮水、皮肤接触途径所致健康风险平均值从上游到下游总体上逐渐增大，且韩府湾、王团、泉眼山断面已超过lxl0K^-4a^-1，为重点控制断面。

关键词：水环境：健康风险：城市居民：枯水期：清水河

中图分类号：X24

文献标志码：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.06.017

随着经济的持续发展，水量短缺和水质恶化等水环境问题日益突出，逐渐成为制约人类社会发展的关键性因素¨。水环境安全问题不仅是生态环境问题，也是直接关系到国家安全、社会稳定的经济和政治问题[2]。我国缺水或严重缺水的城市大都集中在北方及西北干旱、半干旱地区[3]，这意味着西北干旱、半干旱地区水资源保护和水环境安全研究显得尤为重要。环境污染已成为影响人类健康和死亡的四大主要因素之一[4].环境污染所产生的健康风险正在制约着我国经济社会的发展[5]，环境健康风险评价已成为环境风险管理和决策的科学基础[6-9]。对于饮用水而言，即使污染物的浓度很低、健康风险很小，但长期的低剂量暴露也可能对人体健康造成严重伤害[10]。因此，对区域水源地水化学污染状况及潜在健康风险进行评价具有重要意义[11]。国际上普遍采用的环境健康风险评价方法为1983年美国科学院首次确立的风险评价基本方法[12-13，8]。我国环境健康风险评价研究始于20世纪90年代，有关学者对环境健康风险评价方法进行了探索性研究，并将其应用于饮用水源、污水回用水质、城市水体及饮用水源地等水环境健康风险评价[14-17]，但利用的主要是国外已有的模型参数，且对污染物所致成年人平均健康风险研究得较多，而评价参数本地化且有针对性地研究污染物通过不同暴露途径对城市男性、女性健康影响的研究很少见。为此，本文尝试从流域角度出发，利用本地化模型参数，对清水河流域主要饮用水源地和典型断面的化学污染物，通过各种饮水及身体接触等暴露途径对成年城市居民造成的健康风险进行系统研究，旨在掌握清水河流域水环境健康风险状况，为清水河水环境污染的治理及宁夏南部山区饮用水源地环境管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

清水河是寧夏境内流人黄河的最大一级支流，发源于固原市原州区，流经固原市、吴忠市及中卫市，在中宁县泉眼山人黄河，是固原市的“母亲河”，是固原市农村人饮和农业灌溉的重要水源。清水河流域面积14 481 km2，河长320 km，河道平均比降0.149%。清水河全流域地处黄土高原的西北边缘，由南向北穿越了宁夏南部山区和中部干旱带的大部分地区，是宁夏生态环境脆弱、经济发展最落后、贫困人口最多的地区。选择该流域研究典型干旱、经济欠发达地区水环境具有较强的代表性。

1.2 样品采集与测定

依据研究目标，结合清水河流域的地理位置、水文特征及水环境特点，使用GPS定位，选择7个有代表性的采样断面（涵盖了上、中、下游的各主要节点及人黄河口，具体分布见图1）。选择枯水时段（ 2011-2015年每年3月上旬）进行采样，监测As、Cd、Cr⁶⁺、NH4-N、CN、挥发酚、Hg、Pb、Cu、Fe、Zn、Mn及氟化物等13种化学污染物的含量。水样的采集、保存及质量保证措施均严格执行《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，监测分析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、白控样、加标回收率（10%）的质控措施，保证分析数据的准确性。

1.3 健康风险评价方法

健康风险评价是20世纪80年代发展起来的一个新型研究领域，其主要特点是把环境污染与人体健康联系起来，定量描述环境污染对人体健康产生的危害风险[18-19]。1983年，美国科学院出版的红皮书《联邦政府的风险评价：管理程度》，提出风险评价“四步法”，即危害鉴别、剂量一效应关系评价、暴露评价和风险表征[8]，成为环境风险评价的指导性文件，已被荷兰、法国、日本、中国等国家和国际组织采用。很多学者根据不同污染物对人体的危害效应建立了不同类型的健康风险评价模型[20-22]。目前，国内外研究水中有毒物质通过饮水途径对人体健康造成的危害一般采用美国环境保护署（ US EPA）推荐的健康风险评价模型[23-24]，皮肤接触途径健康风险评价采用Strenge D.L等[25]提出的计算模型。本研究采用US EPA推荐的健康风险评价模型对清水河水环境健康风险进行评价。

（1）水环境健康风险评价模型。假定每种化学污染物对人体健康危害的毒性作用成相加关系，则水环境总体健康危害风险R总 可表示为R总=R^c+Rⁿ+R^p+R^f，其中：R^c和R^p分别表示致癌物通过饮水、皮肤接触途径所致健康风险，Rⁿ和R^f分别表示非致癌物通过饮水、皮肤接触途径所致健康风险。式中：SF_i为致癌物i的致癌强度系数，mg/（kg.d）；RfD_i为非致癌物i的饮水途径参考剂量，mg（k.d）；C_i为化学污染物的质量浓度，mg/L；L为人均寿命，a；θ为成人每日平均饮水量，L；W为人均体重，kg；A_sd为人体表面积，cm2；FE为洗澡频率，次/d；EF为暴露频率，d/a； ED为暴露延时，a；AT为平均暴露时间，d；f为肠道吸附比率：k为皮肤吸附参数，cm/h；τ为延滞时间，h：TE为洗澡时间，h。

（2）模型参数。化学污染物的有关参数（致癌强度系数SF和非致癌参考剂量RfD）采用US EPA公布的数据[26]，见表1。对于模型中的参数f、k、τ、FE，参考相关文献[27-28]进行取值：f取1，k取0.001 c：m/h，τ取1h，FE取0.3次/d。参数ED、AT、L参考我国环境保护部2013年出版的《中国人群暴露参数手册（成人卷）》I2 9]中宁夏地区有关研究成果进行取值：L取2010年期望寿命，男性为71. 31岁，女性为75.71岁：ED和AT的取值一样，其中非致癌物取35，致癌物男性取71.31、女性取75.71。其他本地化参数见表2。

2 评价结果与分析

采用美国环境保护署推荐的暴露计算方法，根据致癌物和非致癌物所致健康危害的风险模型，综合考虑水中13种化学污染物通过饮水和皮肤接触途径（本文指淋浴途径）对城市成年居民健康所造成的危害，结合宁夏地区城市成年人群暴露参数，对其进行水环境健康风险评价和分析。

2.1 化学污染物通过饮水途径所致健康风险

从表3可以看出，清水河13种化学污染物通过各种饮水途径对城市成年居民健康危害的风险特点主要有：①健康风险水平的数量级在10^-6～ 10^-4a^-1之间，2011年有4个断面（沈家河水库、韩府湾、王团、泉眼山）、2012年有3个断面（二十里铺、韩府湾、泉眼山）、2013年有1个断面（韩府湾）、2014年有3个断面（原州、韩府湾、泉眼山）、2015年有2个断面（王团和泉眼山）化学污染物通过总的饮水途径所致健康风险超过美国环境保护署推荐的最大可接受风险水平1×10^-4a^-1[30]，2011年有4个断面（沈家河水库、韩府湾、王团、泉眼山）、2012年有2个断面（韩府湾和泉眼山）、2014年有1个断面（韩府湾）、2015年有1个断面（泉眼山）化学污染物通过直接饮水途径所致健康风险超过lxl0^-4a^-1、2011年王团断面和2015年泉眼山断面化学污染物通过间接饮水途径所致健康风险超过lxl0^-4a^-1：②从整个流域来看，直接饮水途径所致健康风险>间接饮水途径所致健康风险：③化学污染物通过直接饮水途径对不同城市成年居民群体的健康影响特点为女性>男性，通过间接、总饮水的健康影响特点为男性>女性：④2011-2015年化学污染物通过饮水途径所致健康风险的5a平均值各断面大小顺序为泉眼山>韩府湾>王团>沈家河水库>原州>二十里铺>贺家湾水库，其中韩府湾、王团、泉眼山断面直接饮水、总饮水途径所致健康风险超过lxl0^-4a^-1。

2.2 化学污染物通过皮肤接触途径所致健康风险

从表4可以看出，清水河13种化学污染物通过皮肤接触途径对城市成年居民的健康影响特点为：健康风险水平的数量级在10^-8～ 10^-6a^-1之间，不同人群风险大小为女性>男性，各断面Sa平均值大小顺序为泉眼山>韩府湾>王团>沈家河水库>原州>二十里铺>贺家湾水库。以清水河源头贺家湾水库2015年化学污染物通过皮肤接触途径所致健康风险为例，化学污染物通过身体各部位皮肤接触途径所致健康风险大小顺序为全身>躯干>腿>手臂>头部>脚>手部（见表5）。2.3化学污染物通过各暴露途径所致健康风险总值

从表6可以看出，清水河13种化学污染物通过各暴露途径对城市成年居民健康危害的风险特点为：2011年有4个断面（沈家河水库、韩府湾、王团、泉眼山）、2012年有3个断面（二十里铺、韩府湾、泉眼山）、2013年有1个断面（韩府湾）、2014年有3个断面（原州、韩府湾、泉眼山）、2015年有2個断面（王团和泉眼山）的健康风险超过lxl0^-4a^-1，且男性>女性：各断面健康总风险5a平均值大小顺序为泉眼山>韩府湾>王团>沈家河水库>原州>二十里铺>贺家湾水库，其中韩府湾、王团、泉眼山断面已超过lxl0^-4a^-1为重点控制断面。

上述研究表明，清水河从发源地到人黄口流经途中水质受到了污染。清水河水污染的主要原因是近年来流域经济快速发展，工业企业生产工艺落后，部分工业和城市污水处理及中水回用系统不完善，部分污水不能达标排放，且农村水环境污染及淀粉企业水污染等问题不断出现。因此，应加强城市污水管网配套基础设施建设，提高城镇污水收集率、重复利用率以及工业废污水、城市生活污水集中处理率，加大对重点行业水污染和村庄生活污染源的治理力度。

3 结论

对清水河水体中化学污染物通过不同暴露途径对不同城市成年居民所致健康风险进行系统研究，结果表明：①清水河流经途中水质受到了污染，其中韩府湾、王团、泉眼山为重点控制断面：②化学污染物通过饮水途径所致健康风险在总风险中占主导作用，其中直接饮水途径所致的健康风险在饮水途径中占主导作用：③化学污染物通过间接饮水、总饮水途径所致健康风险特点为男性>女性，直接饮水、皮肤接触途径所致健康风险特点为男性<女性，皮肤接触途径所致健康风险特点为全身>躯干>腿>手臂>头部>脚>手部：④化学污染物通过饮水途径所致健康风险远大于通过皮肤接触途径所致健康风险。

本研究结果存在一定程度的不确定性，主要原因是：①污染物浓度分布具有不确定性，主要受径流量季节变化的影响：②评价中未考虑放射性物质对人体健康危害的风险，因此评价得出的健康风险比实际环境污染危害的风险低。

虽然各种毒物在水中含量很低，但如果长期低剂量暴露也会严重危害人体的健康，所以这方面的研究越来越受到重视。环境健康风险评价将水源地健康风险评价与常规水质评价结合起来，可为水环境的健康风险管理和保护措施的制定提供重要的参考依据，因此应将饮用水源的健康风险评价列入常规的水质监测和环境评价工作中，以更加科学、客观且比较全面地掌握饮用水的水环境质量，及时了解饮用水安全状况，从而有的放矢，制定和实施相应的污染物控制、环境保护策略。

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