林芝市飲用水水源地健康風險評價

段小龍，郝凱越，黃德才，李遠威，宗永臣,2

(1.西藏農(nóng)牧學院 水利土木工程學院，西藏 林芝 860000；2.西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，西藏 林芝 860000)

1 研究背景

林芝市現(xiàn)為西藏經(jīng)濟社會最為發(fā)達的區(qū)域之一，以世界上最深的大峽谷和“西藏江南”的美譽聞名于世。由于特殊的地理、氣候原因，擁有豐富的水資源，為該市居民的生活與生產(chǎn)提供了良好的物質(zhì)基礎。相關研究表明[1-3]，目前林芝市飲用水源大都符合國家水源地標準[4]，但無法反映長期飲用對人體健康造成的危害風險。長期以來，對飲用水水質(zhì)優(yōu)劣的評價僅限于與國家水質(zhì)標準進行對比，重點關注超標情況，而忽略了一些符合標準的污染物長期的低劑量暴露對人體的健康隱患[5-7]，缺乏水質(zhì)安全評價的全局性。隨著水環(huán)境研究的深入，國內(nèi)外學者提出許多評估水質(zhì)健康風險的方法，例如蒙特卡羅方法、生命周期法和“四步法”等[8-9]。

本文采用綜合水質(zhì)標識指數(shù)法[10-12]和由美國環(huán)保署提出的健康風險評價模型[13-15]，以林芝市各水源中常規(guī)指標及金屬離子的實測濃度為研究對象，對7個水源地進行水質(zhì)評價以及經(jīng)飲水途徑對人體健康危害的風險進行定量評價。本研究將健康風險與水質(zhì)評價相結合，幫助水源管理管部門確定治理污染物的優(yōu)先級，提升飲水安全。

2 材料和方法

2.1 研究區(qū)概況

林芝市(26°52～30°40′N，92°09′～98°47′E)位于西藏東南部，處在雅魯藏布江中下游，該市平均海拔3 100 m，最低處約有900 m，垂直地貌落差巨大，為典型的高山峽谷地貌。屬于溫帶季風氣候，雨熱同期，降水充沛，氣候溫和，年平均溫度8.7℃，年均日照超過2 022 h。林芝市是西藏地表水最發(fā)達的地區(qū)，全境水網(wǎng)密集，城鎮(zhèn)供水基本來源于山脈峽谷間的河流且飲用水水源地保護區(qū)大多在有農(nóng)牧民生活、耕牧的山谷之中，其中一些水源地保護區(qū)內(nèi)有居民住房和違章建筑等，給水源地的管理和水質(zhì)安全造成很大的隱患[16]。

2.2 水樣采集與測定

通過對基礎資料和各水源地流域野外調(diào)查結果進行系統(tǒng)分析，結合檢測要求和采樣的可行性及方便性等因素綜合考慮，決定在林芝市7個縣級以上水源地設置現(xiàn)場采樣點：S1巴宜區(qū)、S2工布江達縣、S3米林縣、S4朗縣、S5波密縣、S6墨脫縣、S7察隅縣，這些采樣點主要位于市政自來水取水點上游，各采樣點具體位置見圖1。

圖1 水源地水樣采樣點分布圖

采樣時間設定為2019年3月和7月，即雨季前后。采樣過程嚴格參照《水質(zhì) 采樣技術指導》(HJ 494-2009)[17]，在每次采樣過程中每個采樣點都采集平行樣和空白樣，7個飲用水水源地共采集294份水樣；采集后送回實驗室用0.45 μm濾膜過濾后，放入冰箱冷藏保存以待后續(xù)的分析檢驗。水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)錄入Excel軟件作為數(shù)據(jù)庫，運用SPSS、Excel等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析工作。檢測結果發(fā)現(xiàn)各水質(zhì)指標并未隨雨季發(fā)生明顯變化規(guī)律，故以兩次采樣檢測結果的平均值建立指標體系進行水質(zhì)評價，不按雨季前后進行分析。

2.3 綜合水質(zhì)標識指數(shù)法

綜合水質(zhì)標識指數(shù)法(Iwq)是以單因子水質(zhì)標識指數(shù)為基礎，可以全面的反映河流綜合水質(zhì)的方法[19]。該方法可以簡單且綜合地對河流進行定性與定量評價，可用于不同水質(zhì)的評價比較能更科學判定河流綜合水質(zhì)類別。綜合水質(zhì)標識指數(shù)由一位整數(shù)和3(或4)位小數(shù)位構成, 其公式為:

Iwq=X1.X2X3X4

(1)

式中：X1為綜合水質(zhì)類別;X2為在X1中所處位置;X3為劣于水質(zhì)標準的單項水質(zhì)指標個數(shù);X4為水質(zhì)級別和水源級別的比較結果。該公式的計算方法詳見相關文獻[18-19]，通過Iwq的前兩位數(shù)字X1.X2，可以判定綜合水質(zhì)級別。

2.4 健康風險評價模型

健康風險評價是一種間接反映水質(zhì)污染的方法，以危害人體健康風險度作為評價指標，定量描述水中污染物對人體產(chǎn)生健康危害風險的一種評價手段[20-21]。本研究采取美國環(huán)保署(USEPA)采用的健康風險評價模型，經(jīng)飲水途徑致癌物質(zhì)健康風險評價模型如下：

(2)

(3)

Di=2.2Ci/65

(4)

經(jīng)飲水途徑非致癌物質(zhì)健康風險的評價模型如下：

(5)

(6)

此外，假設各有毒物質(zhì)的作用是獨立，那么經(jīng)飲水途徑對人體健康造成的總健康危害風險R總=Rc+Rn。在健康風險評價中，評價對象通常為水源水體中可能危害人體健康的污染物[25]。本研究中篩選銅、硝酸鹽氮、氨氮、鎘、鉻、鋅、鉛，作為評價指標進行健康風險評價，其中根據(jù)國際癌癥研究機構(IARC)分類水體中鎘、鉻作為致癌物質(zhì)進行評價。模型中致癌強度系數(shù)和非致癌物質(zhì)參考劑量均參照美國環(huán)保署風險整合系統(tǒng)標準[26]，具體數(shù)值見表1。

表1 化學致癌物致癌強度系數(shù)及化學非致癌物參考劑量 mg/(kg·d)

3 結果分析與討論

3.1 綜合水質(zhì)標識指數(shù)法評價

以地表水環(huán)境質(zhì)量標準中的基本水質(zhì)指標為對象，計算每個水質(zhì)指標的污染分擔率[27]。結果發(fā)現(xiàn)，污染分擔率較高的指標有TN、TP、NH3—N、COD、Cd等。結合林芝地區(qū)的實際情況，本文選取 DO、TN、TP、NH3—N、COD、Cd這6項指標等作為主要評價指標。通過綜合水質(zhì)標識指數(shù)評價方法對林芝各水源地水質(zhì)現(xiàn)狀進行評價, 評價結果見表2。

由表2可知，2019年林芝市大部分水源地水質(zhì)良好，總體水質(zhì)標識指數(shù)在1.400～2.011范圍內(nèi)，綜合水質(zhì)在I類水中等到II類水上等之間。除米林縣的水質(zhì)綜合標識指數(shù)中X1.X2值為2.011屬II類水，水質(zhì)相對較差外，其他各縣的水質(zhì)在1.40～1.80之間均為I類水，水質(zhì)清潔。工布江達縣、巴宜區(qū)、朗縣、波密縣、墨脫縣的X3值均為0，說明沒有劣于水質(zhì)標準的指標；而米林縣和察隅縣綜合標識指數(shù)中X3和X4值均為1，結合單因子水質(zhì)標識指數(shù)表明兩地水體中鎘濃度指標超標。林芝市水源地鎘污染相對來說是較嚴重的，其次是TN、TP，NH3—N、COD污染相對較輕。各水源地大部分的水質(zhì)指標濃度在國家I類水標準限值內(nèi)，TN、TP、Cd濃度大都在II類，需要注意的是米林縣鎘的濃度應加大監(jiān)測頻率和采取相應治理措施，保障人們的飲水安全。

表2 綜合水質(zhì)標識及單因子水質(zhì)標識評價結果

3.2 健康風險評價

根據(jù)健康風險評價模型、參考劑量和水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，計算出林芝市各飲用水源地水體中經(jīng)飲水途徑所造成的化學致癌物健康風險(表3)和化學非致癌物健康風險(表4)及林芝市飲水途徑致健康危害的平均個人年總風險(圖2)。

圖2 林芝市飲水途徑致健康危害的平均個人年總風險

對于致癌物質(zhì)健康風險值而言，國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大限值為5.0×10-5a-1。由表3可以看出，在水源地水體中經(jīng)飲水途徑造成的致癌風險鉻的風險值相對較小，在各水源地均低于最大可接受限值；而鎘的致癌風險相對較大，其健康風險值均高于最大可接受限值，尤其需要注意的是波密縣和米林縣的飲用水源水體中鎘的健康風險分別為1.08×10-4和1.06×10-4a-1，長期飲用存在一定的健康危險，飲用前需進行一定的處理。

表3 化學致癌物質(zhì)飲水途徑健康危害的平均個人年風險 a-1

對于非致癌物質(zhì)而言，ICRP推薦的最大可接受限值為1.0×10-9a-1，根據(jù)表4得出：造成健康危害風險以非致癌物質(zhì)鉛相對較大，銅和氨氮次之，較小的是鋅和硝態(tài)氮；它們的均風險值集中在10-9～10-11a-1，即是說約每千萬人中不到 1人的健康因長期飲水而受到危害，說明非致癌物質(zhì)對人體造成的健康危害甚微；應當指出墨脫縣的水源地非致癌物質(zhì)風險最大的是鉛，健康風險值為1.51×10-9a-1，察隅縣的水源地非致癌物質(zhì)風險最大的是銅，健康風險值為1.36×10-9a-1，它們都超過了最大可接受值，還有工布江達縣和察隅縣的鉛離子，健康風險值分別為8.73×10-10a-1和8.08×10-10a-1，雖然沒超過最大限值，但是也比較接近限值。除此之外，林芝市其他水源地飲用水中的非致癌物質(zhì)的健康風險值均未超過最大限值。

表4 非致癌物質(zhì)飲水途徑健康危害的平均個人年風險 a-1

3.3 討論

根據(jù)林芝市各水源地水質(zhì)評價結果和地表水環(huán)境質(zhì)量標準[4]相比較再結合圖2可知，林芝市各水源地水質(zhì)現(xiàn)狀基本達標，鎘和氮磷營養(yǎng)鹽在林芝市飲用水源地水體中起主導作用，鎘在波密縣和米林縣的水源地水體中的含量高于國家標準限值，其他水源地各項水質(zhì)指標濃度均未超過國家標準的限值，適合作為飲水水源。將水質(zhì)評價結果和健康風險評價結果綜合起來分析，可以更準確地說明水源地水質(zhì)的優(yōu)劣。林芝市水源地水中致癌物經(jīng)以飲水方式所造成的致癌年風險值Rc遠高于非致癌物的健康危害年風險Rn，兩者的風險值相差5～ 6個數(shù)量級，表明各類有毒物質(zhì)的總健康危害風險值中，致癌物所占比例是最大的同時也為決定因素，結論與相關研究一致[15]。

林芝市水源地各污染物經(jīng)飲水途徑引起的總健康風險在7.57×10-4～1.15×10-4a-1之間，高于ICRP推薦值。各污染物的健康風險值由小到大排序為：硝態(tài)氮<鋅<氨氮<銅<鉛<鉻<鎘，重金屬是主要污染和致癌物質(zhì)，結論與Qu等[1]、ZHANG等[2]和ZONG等[3]對西藏及林芝水環(huán)境研究結果類似。由圖2可得，林芝市水源地水體的總健康風險值由小到大依次為：朗縣<墨脫縣<察隅縣<巴宜區(qū)<工布江達縣<米林縣<波密縣。波密縣和米林縣的致癌健康風險較大，超過了ICRP和EPA推薦的最大可接受風險水平，其中鎘是主要風險因子，在飲用前需對鎘污染物進行適當處理；米林縣和察隅縣水源水體中的非致癌物質(zhì)鉛、銅所造成的健康危害風險也超過了ICRP推薦值，但對健康影響甚微可不做處理。上述重金屬污染表明人類活動特別是林芝市的采礦活動以及水源地保護區(qū)的居民生活產(chǎn)生的垃圾對水源重金屬污染的影響不可忽視，這和前人的研究結論類似[16,28]。林芝市除波密縣和米林縣外其他水源地總的健康風險值高于ICRP推薦值低于EPA 推薦的風險限值，對人體健康幾乎不構成危害。應當指出美國環(huán)保署認為個人年致癌風險水平為10-4時是可以接受的，沒有IARC的最大可接受限值嚴格，本文采用了后者的標準。本研究假設不同污染物的作用是獨立，且未對將其他污染物質(zhì)和暴露途徑等因素進行分析，風險值可能低于實際值，應用時需要關注。

4 結 論

(1)林芝市水源地水質(zhì)總體良好，各項水質(zhì)指標基本能滿足集中式生活飲用水地表水源地水質(zhì)功能區(qū)II類標準，鎘和氮磷營養(yǎng)鹽為主要污染物，米林縣和察隅縣水源地鎘濃度高于國家標準限值，應引起注意。

(2)林芝市水源地飲用水中的致癌物質(zhì)經(jīng)飲水途徑所造成的健康風險比非致癌物質(zhì)危害更大，其中鎘是主要風險因子，建議水源地管理部門在防治水源時，應優(yōu)先控制致癌物鎘。

(3)林芝市水源地飲用水健康風險值由小到大依次為：朗縣<墨脫縣<察隅縣<巴宜區(qū)<工布江達縣<米林縣<波密縣。關于林芝市水源地健康風險的研究是初步的，還有待進一步探討。