渭河流域關(guān)中段地表水重金屬的污染特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

任麗江，張妍，張鑫，山澤萱，張成前

西北大學(xué)，陜西 西安 710127

地表水是陸地水循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是人類生產(chǎn)生活利用的水源之一。重金屬可經(jīng)生活污水和工業(yè)廢水排放、采礦及農(nóng)業(yè)面源污染、大氣干濕沉降等途徑進(jìn)入河流湖泊水體，并造成地表水污染（楊學(xué)福等，2014），重金屬具有潛伏期長、毒性強(qiáng)和可在生物體內(nèi)富集等特點(diǎn)（Paul，2017），不但會嚴(yán)重危害流域的生態(tài)系統(tǒng)，而且會通過食物鏈進(jìn)入人體，進(jìn)而對人體健康造成嚴(yán)重的危害（Filimon et al.，2021）。因此，檢測和分析地表水中重金屬元素的質(zhì)量濃度水平，研究其污染特征，評估其健康風(fēng)險(xiǎn)，對維持流域水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定以及守護(hù)人類的健康安全具有重要意義。

渭河是黃河的第一大支流，主要流經(jīng)今甘肅天水、陜西寶雞、咸陽、西安、渭南等地，至渭南市潼關(guān)縣匯入黃河（周曉強(qiáng)，2018）。渭河承擔(dān)著沿河城市的生產(chǎn)生活用水及排水的水域功能，其水質(zhì)影響飲用水安全和居民身體健康（Guan et al.，2012）。近年來，沿途工業(yè)生產(chǎn)廢水和城鎮(zhèn)居民生活污水的排放量劇增，致使污水廢水大量流入渭河，使得渭河流域的水質(zhì)遭到嚴(yán)重污染（郭巍，2011）。重金屬是影響地表水水質(zhì)的重要污染指標(biāo)之一（李春暉等，2007），近年來渭河重金屬污染的研究也逐漸增多（楊小剛等，2014），雷凱（2008）經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析得出渭河西安段地表水重金屬中的 Cu和 Zn主要以溶解態(tài)存在，Mn、Pb、Co、Ni、Cr和Fe主要以顆粒態(tài)存在，分析了金屬不同賦存形態(tài)之間的關(guān)系；王玉強(qiáng)（2012）以渭河中下游河段為研究區(qū)域，通過對渭河枯水期水、懸浮物、沉積物中鉻（Ⅵ）質(zhì)量濃度的測定，揭示了影響鉻的吸附因素和衰減指數(shù)，計(jì)算鉻的遷移過程，得出了渭河中下游鉻的分布規(guī)律；楊學(xué)福等（2013）基于渭河流域陜西段水體斷面的重金屬監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用單因子水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)比較法、重金屬污染指數(shù)法和秩相關(guān)系數(shù)法，對河水重金屬污染的時(shí)空動態(tài)變化特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)重金屬污染空間分布具有區(qū)域性差異，其中西安段污染程度的變化幅度最大；田渭花等（2017）利用統(tǒng)計(jì)分析方法探討了渭河陜西段重金屬的污染來源；趙玉（2020）采用健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型揭示了渭河干流水體中Cd對人體可能會產(chǎn)生一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。這些研究主要關(guān)注研究區(qū)內(nèi)重金屬的污染狀況和重金屬的時(shí)空分布特征，并且在渭河流域關(guān)中段的區(qū)域尺度上對于重金屬污染的來源分析、健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)仍少有研究。因此，本文以渭河流域關(guān)中段為研究對象，分析河流重金屬污染水平，揭示地表水重金屬污染的來源，評價(jià)成人和兒童重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

渭河流域關(guān)中段流經(jīng)陜西省中部的關(guān)中平原，其占地面積約2×104km2，平均海拔400 m（Xu et al.，2019），地處大陸性季風(fēng)氣候，屬于暖溫帶半濕潤半干旱的氣候帶，年均降水量為450—700 mm，西多東少，由南向北遞減、年際變化較大且年內(nèi)分配不均勻（余漢章，1987）。渭河流域關(guān)中段水系眾多，呈不對稱羽毛狀分布。北岸支流包括涇河、北洛河、咸河、葫蘆河、漆水河等，北岸支流發(fā)源于黃土高原和丘陵地帶，比降較小，南岸支流包括灞河、黑河、石頭河、灃河等，南岸支流多發(fā)源于秦嶺山區(qū)北坡，支流密布，源短流急，比降較大，集水面積較小，水量豐沛（張麗梅等，2018）。渭河流域關(guān)中段徑流70%以上分布在南岸支流，30%以下分布在北岸支流，全年 75%的徑流量在 5—10月（Zhao et al.，2013）。關(guān)中地區(qū)是陜西省工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、城鎮(zhèn)化速率快、人口最為密集的地區(qū)（鄧禮強(qiáng)等，2020），渭河為其提供生產(chǎn)、生活以及工業(yè)用水，渭河的水質(zhì)直接影響到地區(qū)人民生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。李春暉等（2007）發(fā)現(xiàn)重金屬是流域中重要的污染物，流域重金屬污染擴(kuò)大了水環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。

1.2 樣品的采集與分析

本研究于2020年10月21—31日采集了35個(gè)地表水樣品，布設(shè)的采樣點(diǎn)：干流11個(gè)；北岸支流11個(gè)，由西向東依次為千河（2個(gè)）、橫水河（2個(gè)）、涇河（3個(gè)）、清河（2個(gè)）、北洛河（2個(gè)）；南岸支流13個(gè)，由西向東依次為石頭河（2個(gè)）、黑河（2個(gè)）、澇河（2個(gè)）、灃河（3個(gè)）、灞河（2個(gè)）、尤河（1個(gè)）、羅紋河（1個(gè)）。具體分布見圖1。

圖1 采樣點(diǎn)分布示意Figure 1 Distribution of sampling sites

采用GPS（Trimble Juno 3B）定位采樣點(diǎn)的位置，在同一采樣點(diǎn)的河流斷面中距河面0.5 m深處采集多個(gè)點(diǎn)水樣等份均勻混合后靜置30 min，然后取500 mL水樣放入聚乙烯塑料瓶中，取樣前先使用去離子水沖洗聚乙烯塑料瓶，再使用原樣水沖洗3次，用0.45 μm的微孔過濾膜過濾水樣，然后加入2 mL硝酸（1∶1）用來穩(wěn)定金屬元素，使用密封膜密封瓶口，樣品的運(yùn)輸、保存均處于4 ℃避光條件，最后送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行金屬元素檢測。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，賽默飛世爾）測定水樣中的 Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb、Al、V和Ca的質(zhì)量濃度，每份樣品均分別測試3次后取平均質(zhì)量濃度，水樣測試均設(shè)置空白對照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理和計(jì)算，采用 ArcGIS 10.2軟件制作采樣點(diǎn)分布圖。采用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行空間插值，本研究采用的反距離加權(quán)插值法（Inverse Distance Weighted）是一種精確性的插值方法，此方法認(rèn)為測定點(diǎn)對未測定點(diǎn)的影響隨兩者之間距離增大而減小，用來探究區(qū)域的內(nèi)部相似性進(jìn)而分析區(qū)域的污染分布特征（方敦，2014）。采用SPSS 25對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

1.4 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

根據(jù)美國環(huán)保署發(fā)布的評價(jià)方法和健康評價(jià)模型，水體中重金屬元素主要通過飲用水途徑和皮膚接觸途徑暴露，對成人和兒童分別進(jìn)行人體健康評價(jià)（USEPA，1992；段雯娟，2014）。金屬元素潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)可分為化學(xué)致癌性和非化學(xué)致癌性兩類（Li et al.，2015）。

1.4.1 飲用水途徑健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

從美國環(huán)保署得到的計(jì)算公式：

式中：

Di——金屬元素w經(jīng)飲用水途徑暴露下的單位體重日均暴露劑量，mg·(kg·d)-1；

ρw——金屬元素w的平均質(zhì)量濃度，mg·L-1；

V——人類的日均飲水量，成人平均為 2.2 L·d-1，兒童平均為 1 L·d-1（張清華等，2018）；

tw——金屬元素w的暴露持續(xù)時(shí)間，致癌性元素為70 a，非致癌性元素為35 a（周巾枚等，2019）；

γ——金屬元素w的暴露頻率，為365 d·a-1（Li et al.，2015）；

m——人均體重為 60 kg，兒童平均身高為 25 kg（周巾枚等，2019）；

ta——平均暴露時(shí)間，致癌性金屬元素為25550 d，非致癌性金屬元素為12775 d（周巾枚等，2019）。

金屬元素通過飲用水途徑暴露的化學(xué)致癌性健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式：

式中：

fi——飲用水途徑暴露下化學(xué)致癌性金屬元素w 的致癌斜率因子，(kg·d)·mg-1；

T——人類壽命，根據(jù)陜西衛(wèi)生廳數(shù)據(jù)，按照預(yù)期壽命74計(jì)算；

1.4.2 皮膚入滲途徑健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

從美國環(huán)保署得到的計(jì)算公式：

式中：

Dd——金屬元素w經(jīng)皮膚入滲途徑暴露下的單位體重日均暴露劑量，mg·(kg·d)-1；

S——水體與皮膚的接觸面積，成人接觸面積為18000 cm2，兒童接觸面積為8000 cm2；

C——水體重金屬元素在皮膚上的滲透常數(shù)，cm·h-1；

te——暴露時(shí)間，成人暴露頻率為0.6333 h·d-1，兒童暴露頻率為0.4167 h·d-1（周巾枚等，2019）。

金屬元素通過皮膚入滲途徑暴露的化學(xué)致癌性健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式：

金屬元素通過皮膚入滲途徑暴露的化學(xué)非致癌性健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式：

式中：

和——皮膚入滲途徑暴露下的化學(xué)致癌 性金屬元素和化學(xué)非致癌性金屬元素產(chǎn)生的人群健康風(fēng)險(xiǎn)，a-1；

fd——皮膚入滲途徑暴露下化學(xué)致癌性金屬元素w的致癌斜率因子，(kg·d)·mg-1；

——皮膚入滲途徑暴露下化學(xué)非致癌性金屬元素w的日均攝入?yún)⒖紕┝?，mg·(kg·d)-1。

各元素的C、D和f參考值見表1（USEPA，1992；周巾枚等，2019；王若師等，2012）。

表1 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法相關(guān)參數(shù)值Table 1 Values of parameters related to the health risk assessment

2 結(jié)果與討論

2.1 地表水重金屬質(zhì)量濃度及其數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果

渭河流域關(guān)中段地表水中 12種重金屬質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)特征見表2，其中Fe的質(zhì)量濃度范圍跨度最大，為 134.21—1160.69 μg·L-1，F(xiàn)e 的最大值是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)值的3.87倍。金屬元素的平均質(zhì)量濃度大小順序?yàn)椋篊a>Fe>Cr>Al>Zn>V>Pb>Cu>As>Hg>Mn>Ni。Fe平均質(zhì)量濃度為382.41 μg·L-1，高于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，Hg的平均質(zhì)量濃度為0.98 μg·L-1，高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)限定值（0.1 μg·L-1），但低于生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值（1 μg·L-1），根據(jù)世衛(wèi)組織（2011年）標(biāo)準(zhǔn)，飲用水中Ca限值為75000 μg·L-1（陳慶典等，2019；陳峰等，2017），Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb、AL、V和Ca的平均質(zhì)量濃度均低于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值。從變異系數(shù)來看，Ni、Zn和As質(zhì)量濃度的變異系數(shù)超過 100%，表明這些重金屬在各采樣點(diǎn)質(zhì)量濃度存在較大差異，而其他金屬元素質(zhì)量濃度的變異系數(shù)均低于65%。

表2 地表水重金屬質(zhì)量濃度的統(tǒng)計(jì)特征Table 2 Statistic characteristics of heavy metal concentrations in surface water

對比標(biāo)準(zhǔn)限值，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb、AL、V和Ca無超標(biāo)現(xiàn)象，F(xiàn)e出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，絕大部分采樣點(diǎn)Fe質(zhì)量濃度超標(biāo)，超標(biāo)率為80%，最大超標(biāo)倍數(shù)為3.87，采樣點(diǎn)Hg質(zhì)量濃度均大于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)限值，而94.3%的采樣點(diǎn) Hg質(zhì)量濃度小于生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值。田渭花等研究也發(fā)現(xiàn)渭河陜西段Hg的質(zhì)量濃度超過了Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的現(xiàn)象（田渭花等，2017）。表明渭河流域地表水中Fe和Hg是主要污染物。

2.2 重金屬空間分布特征

渭河流域關(guān)中段地表水中重金屬質(zhì)量濃度分布特征見圖2和圖3。大部分地區(qū)Fe的質(zhì)量濃度超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（300 μg·L-1），F(xiàn)e的質(zhì)量濃度水平集中在 300—600 μg·L-1，其中支流羅紋河 Fe污染最為嚴(yán)重。大量礦山分布在西安市、咸陽市、渭南市、銅川市周邊，鐵礦等巖石經(jīng)過風(fēng)化和雨水的淋濾，金屬元素被攜帶進(jìn)入流域造成Fe污染，另外礦產(chǎn)開采過程中產(chǎn)生的含重金屬離子廢水會引起地表水污染。渭河發(fā)洪水時(shí)容易引發(fā)羅紋河倒灌，導(dǎo)致污染物累積，加劇了羅紋河污染。

圖2 Cr、Mn、Fe、Ni、Cu和Zn質(zhì)量濃度分布示意Figure 2 Mass concentration distribution of Cr, Mn, Fe, Ni, Cu and Zn

圖3 As、Hg、Pb、Al、V和Ca質(zhì)量濃度分布示意Figure 3 Mass concentration distribution of As, Hg, Pb, Al, V and Ca

生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) Hg質(zhì)量濃度限值為 1 μg·L-1，本研究區(qū)污染超標(biāo)的水平集中在 1—2 μg·L-1，污染最為嚴(yán)重的地區(qū)為西安和咸陽。Hg分布不均勻，在城市區(qū)污染比較嚴(yán)重，可判斷Hg主要受人為活動影響。西安和咸陽是關(guān)中平原常住人口最多的兩大城市，人口密集，人類活動劇烈，城市生活產(chǎn)生大量的污水、固廢垃圾等引發(fā)Hg污染。

地表水中 Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Al和V的質(zhì)量濃度均未超出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，質(zhì)量濃度最高區(qū)主要集中在蒲城縣和大荔縣。從空間分布上看，其中Cr、Ni、Cu、As和V的質(zhì)量濃度分布規(guī)律比較相似，表現(xiàn)為從西南方向向東北方向逐漸增加的趨勢。Mn和Al的質(zhì)量濃度分布特征相似，質(zhì)量濃度較高點(diǎn)集中在渭河干流和北洛河的采樣點(diǎn)上，在采樣過程中發(fā)現(xiàn)河岸邊存在入河排污口，污廢水的排放對污染產(chǎn)生了一定的影響。Pb和Ca的質(zhì)量濃度在空間分布上較為均勻，各地區(qū)質(zhì)量濃度水平差異小。Zn的質(zhì)量濃度基本上表現(xiàn)出中間向兩邊遞減的特征，在研究區(qū)分布上變化差異較大，質(zhì)量濃度最高的地區(qū)是長安區(qū)。

2.3 多元統(tǒng)計(jì)分析

2.3.1 相關(guān)性分析

渭河流域地表水中重金屬質(zhì)量濃度的 Pearson相關(guān)性分析結(jié)果見表3，Cr與Mn和Pb（P值分別為0.002和0.004），Mn與Pb和Al（P值皆為0.000），Ca與Fe和Ni（P值皆為0.000），Cu與As和V（P值分別為0.004和0.000），As與V（P值為0.000）以及 Pb與 Al（P值為 0.000）均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），表明這些金屬元素兩兩之間具有部分相同的物質(zhì)來源或遷移的過程（張勇等，2019；徐勇等，2019）。Cr與 Al和 V（P值分別為 0.030和0.010），Ni與 Fe、Cu和 Zn（P值分別為 0.011、0.020和0.032），Cu與Pb和Al（P值分別為0.033、0.042和0.012），As與Pb和Al（P值分別為0.012和0.016）以及Al與V（P值為0.016）均呈顯著正相關(guān)（P<0.05），表明這些重金屬存在一定程度相同的同源性。

表3 重金屬質(zhì)量濃度的Pearson相關(guān)性系數(shù)Table 3 Pearson’s correlation coefficient for mass concentration of heavy metals

2.3.2 因子荷載分析

指數(shù)法、灰色數(shù)學(xué)法、模糊綜合評價(jià)法等是常用的水環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)方法，這些方法能夠較好地評價(jià)水質(zhì)，但因涉及眾多的因子，研究中會存在工作量大、不能捕捉到某些藏匿于眾多變量下的關(guān)鍵信息的缺點(diǎn)（方紅衛(wèi)等，2009），主成分分析法能夠在保留大量原始數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，對變量做進(jìn)一步的簡化和篩選，獲取主要獨(dú)立的綜合因子，具有一定的優(yōu)越性，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染評價(jià)（劉臣輝等，2011）。

在本研究中使用主成分分析法以期科學(xué)合理地評價(jià)區(qū)域重金屬污染狀況。首先對地表水中重金屬元素進(jìn)行KMO和Bartlett球形度檢驗(yàn)，得出KMO和Bartlett值分別為0.595和0.000，適合進(jìn)行主成分因子的載荷分析（張家泉等，2017）?；谔卣髦荡笥?1，荷載分析結(jié)果得到 4個(gè)主成分，合計(jì)可解釋75.58%的方差（表4）。由表5可知，Cr、Mn、Cu、As、Pb、Al和V為第1主成分，F(xiàn)e、Ni和Ca為第2主成分，Hg為第3主成分，Zn為第4主成分。

表4 重金屬元素主成分方差累積量Table 4 Variance accumulation of heavy metals concentration

表5 重金屬元素主成分分析Table 5 Principal component analysis of heavy metals concentration

2.3.3 聚類分析

渭河關(guān)中段各金屬元素聚類結(jié)果見圖 4。結(jié)果表明研究區(qū)河水金屬元素可以分為四類，與主成分分析結(jié)果一致，Cr、Mn、Cu、As、Pb、Al和V為第一類，F(xiàn)e、Ni和Ca為第二類，Hg和Zn分別單獨(dú)聚為一類，同時(shí)聚類分析結(jié)果與相關(guān)性分析得出的結(jié)果是一致的。

圖4 地表水中重金屬元素聚類分析Figure 4 Clustering tree of heavy metals in surface water

金屬冶煉、礦山開采、化工生產(chǎn)與“三廢”排放等會造成 Cr、Mn、Cu、As、Pb、Al和 V 污染（李玄添等，2020），近年來關(guān)中地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，渭河沿岸工廠數(shù)目多，實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)河邊存在排污口，有研究表明沿岸存在工廠廢水偷排和非法排放等現(xiàn)象，流域中下游地區(qū) Cr、Mn、Pb、Al和V的質(zhì)量濃度較高與工業(yè)廢水的排放有關(guān)。農(nóng)藥化肥的過度使用對Cu、As的質(zhì)量濃度有影響（王洪濤等，2016），發(fā)現(xiàn)Cu、As質(zhì)量濃度較高的武功縣、大荔縣等地區(qū)氣候溫和、土壤肥沃，種植著大量的瓜果蔬菜等農(nóng)作物，農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)伴隨著農(nóng)藥和化肥的大量使用，過量的農(nóng)藥化肥經(jīng)過地表徑流等方式進(jìn)入水體，引起地表水污染，因此，第1主成分重金屬的質(zhì)量濃度主要受到工業(yè)源和農(nóng)業(yè)源的影響。

金屬元素在流域中的質(zhì)量濃度分布與地質(zhì)背景和自然環(huán)境緊密相關(guān)，F(xiàn)e、Ni和Ca元素在地殼中廣泛存在，其質(zhì)量濃度與土壤和巖石相關(guān)性較大，受地質(zhì)環(huán)境和成土過程的影響（蔣育鳳等，2021）。三原縣和華州區(qū)等地區(qū)巖性分別以石灰?guī)r和巖漿巖為主，風(fēng)化侵蝕較為強(qiáng)烈，巖石經(jīng)過風(fēng)化、淋溶和淋洗等作用，富含重金屬的礦質(zhì)顆?；蛉芤簳殡S地表徑流過程進(jìn)入地表水，因此三原縣和華州區(qū)等地區(qū)Fe、Ni和Ca元素表現(xiàn)出較高的質(zhì)量濃度，所以第2主成分主要受到地質(zhì)環(huán)境和成土過程影響。

Hg和Zn相對孤立，Hg的高濃度值集中于人口密集的中游地區(qū)，特別是西安市的長安區(qū)，Hg的來源與城市生活有著密切的關(guān)系。長安區(qū)以工業(yè)、制造業(yè)居多，2019年長安區(qū)常住人口增至106.4萬人，輕工業(yè)總產(chǎn)值為93.45億元，重工業(yè)總產(chǎn)值為1398.87億元（張燁等，2020），居民生活廢水和工業(yè)廢水的排放是研究區(qū)Hg污染的主要來源。Zn的高濃度值主要集中在礦產(chǎn)資源較為豐富的長安區(qū)和三原縣，Zn能夠替換礦產(chǎn)資源鈣礬石中的Ca2+，導(dǎo)致Zn等元素進(jìn)入鈣礬石或其他礦物晶格內(nèi)（藍(lán)俊康等，2005），經(jīng)過礦產(chǎn)開采、冶煉等過程Zn元素富集進(jìn)入水體環(huán)境，因此，Zn主要為地球化學(xué)來源。

通過以上重金屬來源分析，可為渭河流域關(guān)中段重金屬污染治理提供具有針對性的預(yù)防措施。

2.4 人體健康評價(jià)

根據(jù)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型和模型相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出 Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb、Al和V金屬元素分別經(jīng)飲用水途徑和皮膚入滲途徑引起成人和兒童的年均健康風(fēng)險(xiǎn)（表6）。通過飲用水途徑引起的各種金屬元素的年均健康風(fēng)險(xiǎn)均高于皮膚入滲途徑，表明飲用水是主要的暴露途徑。經(jīng)飲用水途徑，成人因金屬元素引起的年均健康風(fēng)險(xiǎn)低于兒童，經(jīng)皮膚入滲途徑，成人因金屬元素引起的年均健康風(fēng)險(xiǎn)高于兒童，表明了金屬元素引起的健康風(fēng)險(xiǎn)在不同年齡的人群中存在差異性。

表6 金屬元素分別經(jīng)飲用水途徑和皮膚入滲途徑產(chǎn)生的人群健康風(fēng)險(xiǎn)Table 6 Per capita annual health risks caused by metals thoμgh the drinking and skin penetration pathway, respectively

致癌金屬元素Cr和As引起的年均健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級總體介于10-8—10-6a-1，Cr引起的致癌風(fēng)險(xiǎn)高于 As，其中經(jīng)飲用水途徑，Cr引起的兒童的致癌風(fēng)險(xiǎn)水平最大（2.63×10-6a-1），低于國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平（5.0×10-5a-1）。非致癌金屬元素 Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Hg、Pb、Al和V引起的成人和兒童的年均健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級總體介于 10-14—10-9a-1，均處于ICRP規(guī)定的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平內(nèi)（孫超等，2009），發(fā)現(xiàn)致癌風(fēng)險(xiǎn)是影響成人和兒童的年均健康風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，Cr是引起人群年均健康風(fēng)險(xiǎn)的主要因子?？傮w來看，金屬元素引起的年均健康風(fēng)險(xiǎn)值集中在10-13—10-11a-1，對流域的暴露人群沒有形成明顯的危害。

在表2中Fe和Hg出現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)限值的現(xiàn)象，而健康風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果表明 Fe和 Hg引起的人群年均健康風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)低于ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平5.0×10-5a-1，Cr是引起人群年均健康風(fēng)險(xiǎn)的主要因子。因此在地表水重金屬的污染研究中需將地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)合起來。

通過對渭河流域關(guān)中段地表水重金屬的質(zhì)量濃度、空間分布和污染來源的探究分析以及健康風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)，需要重點(diǎn)關(guān)注Fe和Hg污染，加強(qiáng)對重金屬質(zhì)量濃度的監(jiān)測與防治。

3 結(jié)論

（1）渭河流域關(guān)中段地表水中12種金屬元素的平均質(zhì)量濃度大小順序?yàn)椋篊a>Fe>Cr>Al>Zn>V>Pb>Cu>As>Hg>Mn>Ni，F(xiàn)e和Hg的質(zhì)量濃度超過我國相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb、AL、V和Ca的平均質(zhì)量濃度低于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）通過荷載分析得到4個(gè)主成分，Cr、Mn、Cu、As、Pb、Al和V為第1主成分，主要受到工業(yè)源和農(nóng)業(yè)源的影響；Fe、Ni和Ca為第2主成分，主要受到地質(zhì)環(huán)境和成土過程的影響；Hg和Zn分別為第3、4主成分，Hg主要受到城市生產(chǎn)生活的影響；Zn主要為地球化學(xué)來源。

（3）超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重的主要地區(qū)為長安區(qū)和華州區(qū)，污染防治應(yīng)重點(diǎn)控制Fe和Hg質(zhì)量濃度，對Fe污染防治要根據(jù)其地質(zhì)環(huán)境、成土過程等因素入手，對Hg污染防治要重點(diǎn)控制人類活動的污染，加強(qiáng)生活污水和工業(yè)廢水排放的監(jiān)測，同時(shí)需監(jiān)測Cr、Mn、Cu、As、Pb、Al、V、Ni、Ca 和 Zn 的污染變化并根據(jù)其污染來源采取有效的預(yù)防措施。

（4）健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)表明，飲用水途徑引起的各種金屬元素的年均健康風(fēng)險(xiǎn)均高于皮膚入滲途徑，揭示飲用水是主要的暴露途徑，致癌金屬元素Cr和As引起的成人和兒童的年均健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級總體介于10-8—10-6a-1，非致癌金屬元素 Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Hg、Pb、Al和V引起的成人和兒童的年均健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級總體介于10-14—10-9a-1，發(fā)現(xiàn)致癌風(fēng)險(xiǎn)是影響成人和兒童的年均健康風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，Cr是引起人群年均健康風(fēng)險(xiǎn)的主要因子，金屬元素引起的年均健康風(fēng)險(xiǎn)值集中在10-13—10-11a-1，對流域的暴露人群沒有形成明顯的危害。