大佛寺地表飲用水源地水質(zhì)健康風險綜合評價及保護對策分析

黃 億,吳 艷，袁 泉，張紹斌

(1.四川省巴中生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 巴中 636000;2.巴中市生態(tài)環(huán)境局，四川 巴中 636000)

引 言

飲用水源地水質(zhì)評價是合理開發(fā)利用水資源和保護水源地環(huán)境的重要工作，通過對水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)客觀、準確、合理地評價，給出定量結(jié)論可為水環(huán)境管理和決策提供理論依據(jù)。目前，我國飲用水水源地水質(zhì)評價主要采用單因子評價法[1]、污染指數(shù)評價法[2]、主成分分析法[3]、模糊評價法[4-5]等。單因子評價法因其簡單直觀、易于操作，是我國飲用水源水質(zhì)評價的推廣性方法。但單因子評價法不考慮水體實際情況和地區(qū)差異，各指標均取相同權(quán)重，以單項指標最差項水質(zhì)來判定飲用水水源地是否達標，并不能保證其科學性與合理性。目前我國飲用水源水質(zhì)評價主要執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002) 和《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848-1993) 中Ⅲ類水質(zhì)標準或標準限值，水體污染物對人體健康影響的研究較少。已有水質(zhì)健康風險評價主要集中在幾種特定金屬類污染物[6-7]，缺乏水體中不同類別污染物對人體健康風險的綜合評價。因此，本研究針對巴城大佛寺地表飲用水源地的環(huán)境和應用功能，采用“類別因子評價法”，將評價指標分為感官指標、綜合指標和毒理指標等3個類別，將水質(zhì)健康風險評價理念融入綜合污染指數(shù)法中，對巴中市大佛寺集中式生活飲用水源地進行水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)評價，以期能為巴中城市飲用水源地水質(zhì)評價工作提供理論支撐和技術指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大佛寺集中式飲用水水源保護區(qū)地處四川省東北部巴中市巴州區(qū)，取水口中心經(jīng)度為106°44′44.4″，中心緯度31°53′46.40″，所屬河流為渠江(南江，巴河)，屬嘉陵江流域。巴城大佛寺集中式飲用水水源于1998年建成，2002年正式取水，設計取水能力6.8萬m3/d，實際取水量為4.1萬m3/d，取水量保證率為100%，服務人口為40萬。巴中市巴州區(qū)屬亞熱帶濕潤性季風氣候，年平均氣溫17℃，多年平均降雨量為1 117.9mm，降雨年際變化較大，降雨多集中在6～9月，春季雨水適中，下家降雨豐沛，秋冬少雨。因此，將該斷面取水點1月、2月、12月份劃分為枯水期，3月、4月、10月、11月定為平水期，5月、6月、7月、8月、9月為豐水期。巴城大佛寺集中式飲用水源地水源類型為河流型，主要承擔著主城區(qū)生態(tài)、景觀、排澇和防汛等重要功能，2018年取水量為2 045萬t，無超采情況。

1.2 數(shù)據(jù)來源

按照水質(zhì)采樣方案設計技術規(guī)定(HJ495-2009)監(jiān)測布點規(guī)范的要求，綜合考慮該斷面的水面寬度和水深程度，本研究于2018年1月至2018年12月在大佛寺集中式生活飲用水源保護區(qū)取水口取水面下0.5m處水樣進行實驗，采樣頻率為每月一次，于每月初進行。監(jiān)測項目包括《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)表1和表2的29項目。監(jiān)測項目分析方法及檢出限見表1。

表1 水質(zhì)監(jiān)測分析方法

續(xù)表1

1.3 水質(zhì)健康風險評價方法

1.3.1 評價指標類別劃分

本研究針對不同水質(zhì)指標的健康風險特征將評價指標分為感官指標、綜合指標和毒理學指標等3類[8-9]。感官指標為污染物含量在不產(chǎn)生毒害作用的情況下也會導致人體感官不快的指標，此類污染物經(jīng)過簡單或者常規(guī)的物理、化學處理可以達到飲用水要求，主要包括溶解氧、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚、石油、陰離子表面活性劑、硫化物、硫酸鹽、氯化物，共計11項。綜合類污染物主要反映水體的有機污染、微生物及富營養(yǎng)化狀況，此類污染物本身沒有毒害，主要包括高錳酸鹽指數(shù)、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、糞大腸菌群，共計7項；毒理學指標指對人體健康危害明顯或存在長期危害，且目前水廠處理工藝難以去除的氟化物、重金屬、揮發(fā)性與半揮發(fā)性有機物等污染物。因此，本研究的評價指標類別劃分見表2。

表2 評價指標類別的劃分

1.3.2 健康風險綜合指數(shù)法

1.3.2.1 水質(zhì)標準分級

《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)規(guī)定集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)水質(zhì)應符合Ⅱ類水標準，且不能超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)表2中集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值。因此，理論上則認為當水質(zhì)達到Ⅱ類且低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)表2中集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值水體的飲用水源地對人體健康造成風險程度在可接受的風險范圍，不會對人體的健康造成風險。繼而將基本項目Ⅱ類標準限值或補充項目標準限值的1/4為優(yōu)、1/2為良、達到Ⅱ類標準為合格、超過Ⅱ類標準的50%以內(nèi)為差、超過Ⅱ類標準的50%以上為劣，據(jù)此將集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)水質(zhì)分為五個等級，具體水質(zhì)標準分級見表3。

表3 各污染物水質(zhì)標準分級濃度

1.3.2.2 單項指標的健康風險指數(shù)計算

(1)當評價項目i的監(jiān)測值Ci處于標準分級值Cink和Cink+1之間時，單項指數(shù)按公式

式中，Ci：i指標的實測濃度；

Cink：i指標的k級標準濃度；

Cink+1：i指標的k+1級標準濃度；

Iink：i指標的k級標準指數(shù)(i=1,2,...5)。

(2)若該項目監(jiān)測值為未檢出，則評價指數(shù)Ii=0；若該項目監(jiān)測值大于所給標準，則評價指數(shù)Ii=5。

1.3.2.3 同類污染物的健康風險指數(shù)的計算

取各單項指數(shù)的算術平均值為各類污染物的分類指數(shù)值。按如下公式計算：

1.3.2.4 健康風險綜合指數(shù)的計算

對三類污染的分類指數(shù)進行加權(quán)得到的值為健康風險綜合指數(shù)。按如下公式計算：

RWPI=W1×P1+W2×P2+W3×P3

式中，W1、W2、W3分別為感官類、綜合類、有毒類污染物的健康風險權(quán)重；

P1、P2、P3分別為感官類、綜合類、有毒類污染物的健康風險指數(shù)。本研究綜合借鑒陳仁杰[10-11]和韓梅等[12]人的權(quán)重賦值方法同時兼顧飲用水源地水質(zhì)健康風險特征，將感官類、綜合類、有毒類污染物的健康風險權(quán)重分別取為0.2、0.3和0.5。

1.3.2.5 確定評價類別

根據(jù)健康風險綜合指數(shù)，依據(jù)表4對水質(zhì)污染程度進行分級和確定評價類別。

表4 健康風險綜合指數(shù)分級及評價

2 結(jié)果與分析

2.1 不同污染物的監(jiān)測結(jié)果

從表5可知，大佛寺監(jiān)測斷面感官類和毒理類各污染物濃度值均較低，屬于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中Ⅰ類水標準。綜合類污染物除總氮濃度屬于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中Ⅳ外，其余指標均未超出Ⅱ類標準。

表5 不同水期各污染物的濃度情況

2.2 水質(zhì)安全評價結(jié)果

由表6可見，三大類污染物的評價指數(shù)綜合類>感官類>毒理類，說明對于該斷面而言，綜合類污染物對該斷面的水質(zhì)影響較大，其次為感官類，毒理類污染物的影響最小。從表6還可看出，感官類污染物評價指數(shù)和毒理類污染物評價指數(shù)不同水期變化差異不顯著，而綜合類污染物評價指數(shù)枯水期、平水期和豐水期之間呈顯著性差異，且表現(xiàn)為豐水期顯著大于平水期大于枯水期，表明在綜合類污染物影響下，該斷面水質(zhì)不同時間段水質(zhì)變化大。不同水期的水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)值均小于1，年均值為0.79。由此可見，該斷面2018年的水質(zhì)健康風險評價結(jié)果為優(yōu)，水質(zhì)清潔，基本沒有健康風險。

表6 水質(zhì)健康風險評價結(jié)果

2.3 綜合類污染物各指標與水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)的關系

水質(zhì)安全評價結(jié)果表明：不同水期，綜合類污染物對該斷面的水質(zhì)影響最大，枯水期、平水期和豐水期綜合類污染物評價指數(shù)分別高達1.92、2.32、2.78。因此本研究進一步探討綜合類污染物指標與水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)的關系。以水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)為因變量，以綜合類污染物共計7項指標為自變量，用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行逐步回歸分析。逐步引進顯著并剔除不顯著效應的自變量，得到最優(yōu)回歸方程為Y=0.458487484+0.07565873897*X1+0.6446971564*X4+0.00003397086134*X5+2.5133533078*X6-0.08137215077*X7(R2=0.985702，p<0.01，Durbin-Watson統(tǒng)計量 d=2.07471053)，剩余通徑系數(shù)為0.11957。結(jié)合表7可知，化學需氧量、五日生化需氧量因其與水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)的關系不顯著被剔除，高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、糞大腸菌群、總磷、總氮濃度與水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)呈極顯著或顯著相關關系，高錳酸鹽指數(shù)濃度對水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)的貢獻率高達40.31%，氨氮、糞大腸菌群、總磷對水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)的貢獻率均在25%左右，總氮的貢獻率最低。由此可見，在綜合類污染物各指標中，高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和糞大腸菌群、總磷對該斷面水質(zhì)的影響最為直接，總氮對該斷面水質(zhì)的影響相對較小，化學需氧量、五日生化需氧量不是構(gòu)成該斷面水質(zhì)形成的主要影響因素。

表7 綜合類各污染物指標與水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)的逐步回歸分析結(jié)果

2.4 綜合類污染物各指標數(shù)據(jù)變化

由綜合類污染物各指標與水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)的關系可知，化學需氧量、五日生化需氧量不是構(gòu)成該斷面水質(zhì)形成的主要影響因素，因此該部分不再對化學需氧量、五日生化需氧量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。

由圖1可見，高錳酸鹽指數(shù)濃度值范圍在1.0～5.4mg/L，全年均值為2.6mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準中II類水標準。不同時間段高錳酸鹽指數(shù)濃度表現(xiàn)為豐水期>平水期>枯水期。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，枯水期、平水期、豐水期的高錳酸鹽指數(shù)濃度的變異系數(shù)分別為0.33、0.46、0.47，表明水體的高錳酸鹽指數(shù)在枯水期各月份濃度分布均衡，而在平水期和豐水期分布的差異較大，對水體污染程度差異明顯。

圖1 不同水期高錳酸鹽指數(shù)濃度變化

由圖2可見，全年氨氮濃度值范圍在0.05～0.29mg/L，年均值為0.16mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準中Ⅱ類水標準，年際變異系數(shù)為0.52，表明氨氮不同月份之間波動變化很大。從不同時間分布來看，氨氮濃度表現(xiàn)為豐水期>平水期>枯水期。豐水期氨氮濃度范圍為0.11～0.29mg/L，變異系數(shù)為0.34，平水期氨氮濃度范圍為0.05～0.27mg/L，變異系數(shù)為0.55，枯水期氨氮在0.05～0.2之間，變異系數(shù)為0.92，說明水體氨氮濃度在枯水期波動較大，平水期次之，豐水期的變化最小。

圖2 不同水期氨氮濃度的變化

由圖3可見，全年糞大腸菌群濃度在20～6502MPN/L之間波動，年均濃度為2370MPN/L，符合地表水環(huán)境質(zhì)量標準中Ⅲ類水標準，不同水期之間的濃度表現(xiàn)為豐水期>平水期>枯水期。同時該指標濃度全年變異系數(shù)為0.87，說明各月份之間糞大腸菌群濃度變化較大。

圖3 不同水期糞大腸菌群個數(shù)的變化

由圖4可見，全年總磷濃度值范圍在0.01～0.08mg/L，年均值為0.03mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準中Ⅱ類水標準，年際變異系數(shù)為0.63，表明總磷不同月份之間波動變化很大。從不同時間分布來看，總磷濃度表現(xiàn)為豐水期>平水期>枯水期。豐水期總磷濃度范圍為0.02～0.06mg/L，變異系數(shù)為0.57，平水期總磷濃度范圍為0.02～0.05mg/L，變異系數(shù)為0.55，枯水期總磷在0.01～0.02之間，變異系數(shù)為0.47。

圖4 不同水期總磷濃度的變化

由圖5可見，總氮濃度值范圍在0.85～1.91mg/L，全年均值為1.23mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準中Ⅳ類水標準。不同時間段總氮濃度表現(xiàn)為平水期>豐水期>枯水期。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，平水期、豐水期、枯水期的總氮濃度的變異系數(shù)分別為0.25、0.33、0.22，表明水體的總氮在枯水期各月份濃度分布均衡，而在平水期和豐水期分布的差異較大，對水體污染程度差異明顯。

圖5 不同水期總氮濃度的變化

3 污染防治對策

3.1 水源地污染源調(diào)查

3.1.1 點源污染

大佛寺集中式飲用水水源地一級保護區(qū)內(nèi)沒有無關建筑、道路穿越和排污口，無點污染源，但是上游場鎮(zhèn)分布較多，其中部分場鎮(zhèn)生活污水未經(jīng)徹底處理與雨水一同排入?yún)^(qū)域地表水體，是綜合類污染物對水質(zhì)的影響大最直接的原因。上游河段樂壩鎮(zhèn)存在中石油和中石化兩個油庫也是對大佛寺集中式飲用水源地水質(zhì)健康的風險因素。上游河段存在青灘電站和石門電站，洪水季節(jié)泄洪時會增加下游河段的水量和底泥。二級保護區(qū)內(nèi)加油站和駕校已按照要求搬離了引用水源保護區(qū)，原有的建筑設施已全部拆除，但兩地均并未完成建筑垃圾清理和生態(tài)恢復。尤其是加油站建筑拆除后的建筑垃圾仍大量堆放在原地，有的甚至沖刷到河邊。

3.1.2 面源污染

經(jīng)走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大佛寺飲用水源地二級保護區(qū)內(nèi)存在散居農(nóng)戶和道路穿越，因此生活污水、固體廢物、化肥施用及農(nóng)田灌溉是一個較大的水質(zhì)健康風險因素。值得一提的是，高錳酸鹽指數(shù)和氨氮均表現(xiàn)為豐水期>平水期>枯水期，可能很大程度上是由于散居農(nóng)戶的生活污水和農(nóng)田灌溉水在多雨季節(jié)隨地表徑流匯入了地表水體導致的。同時，跨河段橋梁公路兩旁缺乏橋面徑流的收集設施，橋面初期雨水是各跨河段橋梁運營期產(chǎn)生的非經(jīng)常性污水，隨橋面徑流匯入河段中易導致水中的pH、懸浮物和石油含量升高。當運輸危險品的車輛通過大橋時，因發(fā)生交通事故而造成有毒有害物質(zhì)翻車或泄漏，直接向河內(nèi)流淌或散落，將對水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響。

3.2 水源地監(jiān)控和監(jiān)測能力調(diào)查

大佛寺集中式飲用水水源有1套在線監(jiān)測設備，監(jiān)測位置距離巴城大佛寺水源地一級保護區(qū)邊界1600m。監(jiān)控指標為6項(監(jiān)測項目為常規(guī)五參數(shù)：溫度、pH、溶解氧、電導率、濁度和生物毒性項目監(jiān)測)，頻次為4h每次；視頻監(jiān)控2個，即站房內(nèi)1個，取水口處1個。依托市環(huán)境監(jiān)測中心站和市環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法支隊，有專業(yè)人員進行監(jiān)測分析工作。

3.3 水源地保護對策及建議

3.3.1 加強跨河橋段營運期廢水收集

一是加強大橋運行交通管理，設置交通警示牌和宣傳標牌引起車輛駕駛員注意，控制車速，加密防撞墩，減少因交通事故發(fā)生而引起的水域污染。二是在二級保護區(qū)內(nèi)利用道路水溝設置事故導流槽、增設應急搶險池，將事故廢水導流至橋下足夠容積的事故池，將事故廢水處理達標后排放，防止危險化學品事故性泄漏直接排入水體。三是采取路面截污措施，設置污水收集管網(wǎng)將道路路面初期污水及雨水進行有效處置。

3.3.2 強化場鎮(zhèn)污水處理設施建設

一是開展農(nóng)村環(huán)境綜合整治，完善居民聚居點生活污水收集處理設施，規(guī)范完善散居農(nóng)戶用化糞池，禁止生活污水排放。尤其是棗林鎮(zhèn)污水處理站排污口距離水源地二級保護區(qū)較近，建議將場鎮(zhèn)處理后的污水經(jīng)管網(wǎng)排入飲用水源下游或直接進入巴城城市污水管網(wǎng)進行統(tǒng)一處理。二是建設居民聚居點生活垃圾收運設施，將生活垃圾統(tǒng)一收集后，運至保護區(qū)外進行無害化處理。三是盡快完成二級保護區(qū)加油站及駕校的土地平整和生態(tài)恢復。

3.3.3 科學引導區(qū)域水環(huán)境管理與風險防范

一是不斷完善在線監(jiān)測設備，確保水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行，對飲用水源地的水質(zhì)狀況實時動態(tài)在線監(jiān)測。二是編制油品、有毒有害物質(zhì)泄漏事故應急預案，詳細制定預防和事故處理措施，定期組織飲用水源突發(fā)環(huán)境污染事故應急演練，儲備應急物資，有效提升油庫及跨河橋段的水環(huán)境風險防控和突發(fā)事件應急監(jiān)測能力。三是大力加強環(huán)境監(jiān)測隊伍和能力建設，加大飲用水源監(jiān)測投資力度，完善應急監(jiān)測設備。四是成立應急專家?guī)?，不斷提升飲用水源突發(fā)環(huán)境污染事故應急處置能力和效率。

4 結(jié) 論

4.1 大佛寺監(jiān)測斷面感官類和毒理類各污染物濃度屬于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中Ⅰ類水標準，綜合類污染物各項指標均未超出Ⅱ類標準(總氮除外，屬于Ⅳ標準)。

4.2 大佛寺斷面水質(zhì)健康風險綜合指數(shù)年均值為0.79，水質(zhì)健康風險評價結(jié)果為優(yōu)，水質(zhì)清潔，基本沒有健康風險。

4.3 綜合類污染物對該斷面的水質(zhì)健康風險的評價結(jié)果影響最大。高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、糞大腸菌群、總磷對該斷面水質(zhì)的影響最為直接，總氮對該斷面水質(zhì)的影響相對較小，化學需氧量、五日生化需氧量不是構(gòu)成該斷面水質(zhì)形成的主要影響因素。

4.4 為了更好的保護巴中城市飲用水源，結(jié)合水質(zhì)綜合評價結(jié)果與區(qū)域現(xiàn)狀，大佛寺地表水水源地污染防治工作重點需加強跨河橋段營運期廢水收集、強化場鎮(zhèn)污水處理設施建設、科學引導區(qū)域水環(huán)境管理與風險防范。