“十三五”期間海寧鹽官下河水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

范雪毅，季耀波，彭孔曙，陳李慶，陳新樂(lè)，賈文超，李偉東，劉 奇

(1. 杭州師范大學(xué)錢(qián)江學(xué)院，浙江 杭州 310018； 2. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 311121；3. 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014； 4. 海寧市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，浙江 嘉興 314400)

水是人類(lèi)賴(lài)以生存的基本要素，水的可持續(xù)利用關(guān)系國(guó)計(jì)民生.我國(guó)人均淡水占有量?jī)H約為世界人均占有量的1/4.我國(guó)政府已把解決水污染問(wèn)題放到了突出位置[1-3]，各地政府加強(qiáng)了對(duì)水環(huán)境的整治力度，但水污染形勢(shì)依舊嚴(yán)峻[2,4].“十三五”時(shí)期是加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵階段，也是水源地水環(huán)境保護(hù)的攻堅(jiān)階段.

海寧市位于杭嘉湖平原，地形狹長(zhǎng),河道坡降平緩,水體的水動(dòng)力條件差且自?xún)裟芰θ酰h(huán)境容量相對(duì)較小[4].近年來(lái)海寧市通過(guò)大力推進(jìn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、水源地環(huán)境整治等一系列措施，使區(qū)域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量有所改善[5]，但農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題依舊突出.鹽官下河是海寧市生活飲用水水源地，其水環(huán)境質(zhì)量直接影響區(qū)域內(nèi)居民的飲用水安全，關(guān)系公眾健康.開(kāi)展水環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)不僅可為綜合規(guī)劃和管理區(qū)域水資源提供依據(jù)，而且是保障和有效控制飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)的重要抓手[6].本研究在對(duì)鹽官下河水質(zhì)檢測(cè)基礎(chǔ)上，采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法開(kāi)展水質(zhì)評(píng)價(jià)，同時(shí)借鑒美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)署(USEPA)推薦的非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)模型，進(jìn)行飲用水水源地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).通過(guò)分析該流域“十三五”期間水質(zhì)狀況，為其后續(xù)水環(huán)境綜合整治提供依據(jù).

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)斷面與水樣采集

1.1.1 監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置

依據(jù)海寧市環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供的鹽官下河飲用水源地流域情況，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，流域水體以農(nóng)業(yè)面源污染的影響為主，同時(shí)伴有上游來(lái)水污染、區(qū)域內(nèi)少量企業(yè)排污和區(qū)域內(nèi)河道交匯支流水體的影響.為此在河流上、中、下游共設(shè)3個(gè)主要河流地表水監(jiān)測(cè)斷面，分別為杭申公路橋(1#，上游縣市交匯斷面)、泰山橋(2#，中間河道交匯斷面)和鹽官樞紐(3#，下游清潔斷面)，如圖1所示.

圖1 鹽官下河流域監(jiān)測(cè)位點(diǎn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of monitoring sites in the Yanguanxia River

1.1.2 斷面水樣采集

斷面水樣采集于2016年1月—2020年12月，每月采集1次.采樣時(shí)在1#、2#和3#3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水面左右兩邊明顯水流處設(shè)置2條垂線(河面寬度超過(guò)50 m)，并在斷面采樣垂線處水面下0.5 m處取水(河道水深小于5 m).當(dāng)2條斷面垂線水樣采集后，立即混合制成斷面綜合水樣.

1.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，選取溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、生化需氧量(BOD5)、高錳酸鹽指數(shù)(COD)5項(xiàng)反映流域水質(zhì)狀況的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析.水質(zhì)分析時(shí)每個(gè)斷面的綜合水樣均做3份平行樣，經(jīng)狄克遜檢驗(yàn)法驗(yàn)算，滿(mǎn)足顯著性水平小于5%后，取平均值為水質(zhì)檢測(cè)數(shù)值.水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展評(píng)價(jià).

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

針對(duì)鹽官下河3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)DO、NH3-N、TP、BOD5、COD共5項(xiàng)指標(biāo)，分別采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)鹽官下河水域的水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

1.3.1.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法是將各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與國(guó)家規(guī)定的相應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比來(lái)確定每項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)類(lèi)別，以最差指標(biāo)的水質(zhì)類(lèi)別作為水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的方法[7-9].

Ci=Cip/Si，

式中,Ci為水體中i類(lèi)污染物的相對(duì)污染指數(shù)；Cip為在監(jiān)測(cè)點(diǎn)p處污染物的實(shí)際濃度值；Si為i類(lèi)污染物的標(biāo)準(zhǔn)值或參考值[10].

1.3.1.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法是根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值和標(biāo)準(zhǔn)值，分別計(jì)算內(nèi)梅羅污染指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，與相應(yīng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)對(duì)照后得到評(píng)價(jià)等級(jí)的方法[11-13].

式中,Pj為第j種用途的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，j=1，2，3，…，m.Fmax為Cip/Si中最大的一項(xiàng)，i=1，2，3，…，m；Cip為在監(jiān)測(cè)點(diǎn)p處污染物的實(shí)際濃度值；Si為i類(lèi)污染物的標(biāo)準(zhǔn)值或參考值.F′為權(quán)重最大的污染物對(duì)應(yīng)的F值[14].

1.3.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

典型的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型包括吸入、食入和體外皮膚接觸3種途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)危害評(píng)價(jià).本研究采用美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)署(USEPA)推薦的食入化學(xué)物非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[15]：

1.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

單因子評(píng)價(jià)法以最差指標(biāo)的水質(zhì)類(lèi)別作為水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果.Ci<1表示流域水體未受到污染，水體清潔；Ci≥1表示水體受到污染，未達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Ci數(shù)值越大表示流域水體受污染越嚴(yán)重.內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法根據(jù)內(nèi)梅羅標(biāo)準(zhǔn)污染指數(shù)結(jié)果劃分水質(zhì)類(lèi)別，Pj<0.55表示水質(zhì)清潔，未受到污染；0.55≤Pj<0.69表示水質(zhì)較清潔；0.69≤Pj<1.00表示水體受到輕微污染；1.00≤Pj<3.53表示水質(zhì)受到中度污染；Pj≥3.53表示水質(zhì)受到嚴(yán)重污染.

2 結(jié)果與討論

2.1 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1.1 單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

經(jīng)狄克遜檢驗(yàn)法校驗(yàn)滿(mǎn)足顯著性差異小于5%的鹽官下河流域“十三五”期間(2016—2020年)，3個(gè)斷面綜合水樣的DO、NH3-N、TP、BOD5和COD共5個(gè)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)照Ⅲ類(lèi)水對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值Si，計(jì)算出該污染物的相對(duì)污染指數(shù)Ci，結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 2016—2020年各斷面各污染物的相對(duì)污染指數(shù)Tab.1 Relative pollution indexes of pollutants at each section from 2016 to 2020

由表2可知，在“十三五”期間，1#斷面的NH3-N、TP、BOD5雖出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)情況，但水質(zhì)趨于逐年改善.其中，NH3-N、BOD5和TP污染指數(shù)分別由1.571、1.269和1.307降至0.828、0.923和1.192，水質(zhì)提升.2#斷面除2016年有超標(biāo)外，其他年份各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn).其中，DO污染指數(shù)由1.078降至0.401；NH3-N污染指數(shù)由1.496下降為0.148，下降幅度高達(dá)90.1%；TP污染指數(shù)由1.216降至0.742；BOD5污染指數(shù)由1.346變?yōu)?.681.3#斷面除2016年存在NH3-N和BOD5輕微超標(biāo)情況，其他指標(biāo)均達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn).其中，NH3-N污染指數(shù)由1.105降至0.329，下降幅度達(dá)70.2%；BOD5污染指數(shù)由1.071降至0.836.結(jié)果表明，“十三五”期間，海寧在強(qiáng)化區(qū)域農(nóng)業(yè)面源管理后，各斷面污染情況均有好轉(zhuǎn)，NH3-N指標(biāo)尤為明顯，污染指數(shù)降幅均高于45%，水環(huán)境質(zhì)量狀況明顯提升.

2.1.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

1#斷面和2#斷面各水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；2#斷面和3#斷面各水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；監(jiān)測(cè)期間的水質(zhì)數(shù)據(jù)符合統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法公式分別計(jì)算2016—2020年3個(gè)斷面每年的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)Pj，并根據(jù)污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分出相應(yīng)的污染等級(jí)和每個(gè)斷面每年的污染狀況，結(jié)果見(jiàn)圖2.

由圖2可知，2016—2020年鹽官下河流域1#、2#和3#斷面的Pj值總體呈下降趨勢(shì)，水環(huán)境質(zhì)量均有不同程度的提高.其中，1#斷面雖到2020年水質(zhì)仍處于中度污染狀態(tài)，但5年來(lái)水質(zhì)日漸改善，Pj值由1.445降至1.192，下降幅度為17.5%；2#斷面的Pj值由1.363降至0.759，下降幅度為44.3%，由中度污染轉(zhuǎn)為輕度污染；3#斷面的Pj值由1.049降至0.798，下降幅度為23.9%，由中度污染轉(zhuǎn)為輕度污染.從各斷面Pj均值來(lái)看，1#斷面水質(zhì)污染最嚴(yán)重，其次是3#斷面，2#斷面水質(zhì)污染程度最小.結(jié)果表明，“十三五”期間鹽官下河河段下游水環(huán)境質(zhì)量相對(duì)上游有提升，污染指數(shù)逐年下降，整體水環(huán)境質(zhì)量改善較為明顯，但仍需繼續(xù)強(qiáng)化水環(huán)境治理工作.

圖2 2016—2020年各斷面內(nèi)梅羅污染指數(shù)Fig.2 Nemerow pollution index of each section from 2016 to 2020

綜上所述，兩種評(píng)價(jià)方法均表明1#斷面水環(huán)境污染最為突出，但鹽官下河整體水環(huán)境質(zhì)量明顯改善.1#斷面水質(zhì)較差主要是因?yàn)榱饔騼?nèi)工業(yè)化水平相對(duì)較高，農(nóng)業(yè)面源污染、少量企業(yè)排污及河道上游過(guò)境水環(huán)境質(zhì)量較差等因素破壞了鹽官下河上游水環(huán)境[18].單因子評(píng)價(jià)法的結(jié)果表明，截至2020年，除1#斷面的TP相對(duì)污染指數(shù)超標(biāo)外，其他指標(biāo)均已達(dá)到Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).TP超標(biāo)主要原因在于農(nóng)村面源污染問(wèn)題依舊突出.內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法表明，截至2020年，1#斷面仍處于中度污染水平，且年際間水環(huán)境治理效果并不顯著.今后需加大對(duì)1#斷面的治理力度，尤其是TP污染物的治理，探索長(zhǎng)效管理機(jī)制，以便進(jìn)一步改善水質(zhì)[19].

2.2 水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

按照健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)算公式，假定以區(qū)域人均壽命80歲、人均體質(zhì)量60 kg、日飲水量2 L計(jì)，在計(jì)算鹽官下河水源地水質(zhì)指標(biāo)的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上，將鹽官下河水源地各監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)指標(biāo)非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值繪制成圖3，同時(shí)水質(zhì)污染物所致健康危害的個(gè)人致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受最大值采用國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的5.00×10-6/a標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).

圖3 2016—2020年鹽官下河各斷面健康風(fēng)險(xiǎn)值Fig.3 Health risk values of Yanguanxia River sections from 2016 to 2020

“十三五”期間，鹽官下河單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的非致癌物通過(guò)飲水途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)為9.83×10-11/a～1.55×10-9/a.各單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)中，TP的健康風(fēng)險(xiǎn)為6.35×10-10/a ～1.55×10-9/a，3個(gè)斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值分別為1.40×10-9/a、8.37×10-10/a和9.76×10-10/a，其中1#斷面最高(1.55×10-9/a)，2#斷面最低(6.35×10-10/a).NH3-N的健康風(fēng)險(xiǎn)為6.10×10-11/a ～6.75×10-10/a，3個(gè)斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值分別為4.63×10-10/a、2.10×10-10/a和3.31×10-10/a，其中1#斷面最高(6.75×10-10/a)，2#斷面最低(6.10×10-11/a).COD的健康風(fēng)險(xiǎn)為9.83×10-11/a ～1.43×10-10/a，3個(gè)斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值為1.29×10-10/a、1.12×10-10/a和1.08×10-10/a，其中1#斷面最高(1.43×10-10/a)，3#斷面最低(9.83×10-11/a).全流域總健康風(fēng)險(xiǎn)值為7.94×10-10/a ～2.37×10-9/a，平均為1.52×10-9/a.

此外，在非致癌物總健康風(fēng)險(xiǎn)值中，TP指標(biāo)占比最大(超過(guò)70%)，其次是NH3-N指標(biāo)，COD指標(biāo)最小.可見(jiàn)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷污染物也是飲用水主要的健康風(fēng)險(xiǎn)源.因此，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)較高的水源地需要重點(diǎn)關(guān)注TP和NH3-N指標(biāo)的控制以降低健康風(fēng)險(xiǎn)水平[20].整體而言，“十三五”期間鹽官下河水水源地的健康風(fēng)險(xiǎn)值低于國(guó)際組織推薦的標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)險(xiǎn)水平呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，飲用水水源地的健康風(fēng)險(xiǎn)較小，但仍需重點(diǎn)關(guān)注TP和NH3-N等水體富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)的管理，確保飲用水源地水質(zhì)的健康風(fēng)險(xiǎn).

3 結(jié)論

1)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果表明，“十三五”期間，NH3-N和TP為鹽官下河的主要污染物，各監(jiān)測(cè)斷面均存在不同程度的污染.5年內(nèi)，除1#斷面TP仍未達(dá)標(biāo)外，水質(zhì)監(jiān)測(cè)1#斷面、2#斷面和3#斷面的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均滿(mǎn)足Ⅲ類(lèi)水質(zhì)要求，其中3個(gè)斷面的NH3-N污染指數(shù)分別由1.571、1.496、1.105降至0.828、0.148、0.329，流域水環(huán)境質(zhì)量有所改善.

2)內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，“十三五”期間鹽官下河河段整體水環(huán)境質(zhì)量改善明顯，其中1#斷面、2#斷面和3#斷面的Pj值分別由1.445、1.363、1.049降至1.192、0.759、0.798.2#斷面和3#斷面水環(huán)境質(zhì)量由中度污染降至輕度污染，1#斷面水質(zhì)雖有改善，仍處于中度污染.雖然流域總體水質(zhì)有所提高，但農(nóng)業(yè)面源管理和減排工作仍需加強(qiáng).

3)水質(zhì)非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，3個(gè)斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值分別是1.29×10-10/a、1.12×10-10/a和1.08×10-10/a，其中1#斷面最高，3#斷面最低.全流域總的健康風(fēng)險(xiǎn)值平均為1.52×10-9/a.鹽官下河流域水源地水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)低于國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的標(biāo)準(zhǔn)，但仍需加強(qiáng)氮、磷等水體富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)的控制，以期進(jìn)一步降低飲用水源地健康風(fēng)險(xiǎn).