許 真，何江濤，馬文潔，曾 穎

(1.中國地質大學(北京)水資源與環(huán)境工程北京市重點實驗室，北京 100083;2.四川省地質工程勘察院，四川成都 610071;3.東華理工大學水資源與環(huán)境工程學院，江西南昌 330013)

為保護和合理開發(fā)地下水資源，需要對地下水質量做出科學可靠的評價。地下水作為一種寶貴的資源，是極其重要的生態(tài)環(huán)境因子［1］。近些年來，隨著人類活動的增加，對地下水資源的需求量越來越大，地下水污染問題越發(fā)嚴重。地下水污染中檢出的組分越來越多、越來越復雜，而且污染程度和深度也在不斷增加。檢出“三致”(致癌、致畸、致突變)微量有機物已經是普遍現象，新修訂的地下水質量標準中水質指標由GB/T 14848-1993的39項增加至93項，其中47項為有機毒理學指標，原有的地下水質量綜合評價方法受到巨大挑戰(zhàn)。

目前國內關于地下水質量綜合評價的方法較多，沒有統(tǒng)一的標準方法。常見的地下水質量評價方法有綜合指數法［2］、模糊綜合評價法［3～4］、灰色聚類法［5］、熵權屬性識別評價［6］等。還有利用水質指標分類評價的方法［7］以及在不同評價模型間進行交叉和融合的方法［8］對地下水質量進行評價。這些方法普遍存在問題主要表現為:(1)多數僅適用于常規(guī)指標，評價結果往往僅體現地下水的一般質量［9］，難以客觀全面的反映地下水的綜合質量。(2)差異巨大的不同性質指標采用同一種評價方法，結果容易產生嚴重歧義和誤導，掩蓋有毒有機物、重金屬等對人體健康危害較大污染物的影響;(3)評價出來的水質類別分布不符合地下水水質分布連續(xù)性地學統(tǒng)計特征，存在水質類別缺失和跳躍的問題。國外對地下水質量評價是從水質指標出發(fā)，對比世界衛(wèi)生組織飲用水標準或者美國環(huán)保局飲用水標準，查看水質指標的對比情況［10］。還有運用多元統(tǒng)計方法以及水文地球化學圖解法進行評價［11］。以及基于化學濃度的測試，實驗室毒性測試和物理化學分析三者相結合的地下水質量評價方法［12］。與中國水質綜合評價要求不一致，難以借鑒。

地下水質量評價結果的可靠程度與評價方法的科學性密不可分，為了合理地對地下水質量進行評價，針對目前存在的問題，本文提出了指標分類的地下水質量綜合評價方法。利用單指標質量分類統(tǒng)計法評價感官性狀與一般化學指標，利用單指標最大分類確定法評價毒理學指標，最終結果分別給出感官性狀與一般化學指標級別和毒理學指標級別?？紤]到毒理學指標級別并不能完全體現其對人體的健康風險，評價結果附上毒理學指標的飲水途徑健康風險以供參考。

1 地下水質量指標分類綜合評價方法

針對地下水指標繁多，類型不一，尤其是在地下水質量標準中納入了大量的有機毒理學指標，并且考慮到感官性狀與一般化學指標和毒理學指標對人體健康的危害性存在比較大的差異，兩者一起評價的結果可能會存在嚴重歧義。提出了指標分類評價，分別對感官性狀與一般化學指標和毒理學指標進行評價，最終結果用兩者共同表示。

提出感官性狀與一般化學指標評價方法之前，曾經嘗試從單指標賦值和綜合指數分級區(qū)間調整對內梅羅指數法進行改進，并且嘗試利用20項感官性狀與一般化學指標所有排列組合的地下水水樣進行評價試算，試算結果均不理想。對其它常用地下水質量評價方法的改進也以失敗告終。幾經反復最終提出了單指標質量分類統(tǒng)計法評價感官性狀與一般化學指標。

由于毒理學指標危害性大，評價過程中采用一般的方法容易掩蓋其危害性，評價結果可能產生嚴重歧義和誤導。比如評價中同時存在一個高風險指標和一個低風險指標，疊加評價使得評價結果體現不出高風險指標。本文提出利用單指標最大分類確定法進行評價。考慮到地下水質量標準的制定不僅僅從水質指標出發(fā)，還要從社會經濟管理的角度出發(fā)，因此某些毒理學指標在飲用水標準下已經存在一定的健康風險，所以非常有必要在水質評價結果的基礎上，補充毒理學指標飲水途徑的健康風險。本文利用美國環(huán)境保護署的健康風險評價模型計算出毒理學指標的人體健康風險水平［13］。

1．1 感官性狀與一般化學指標評價方法

(1)參加評價的指標依據GB/T 14848-XXX《地下水質量標準》修訂版規(guī)定的20項感官性狀與一般化學指標確定，參評指標應不少于10項。

(2)依據GB/T 14848-XXX《地下水質量標準》修訂版地下水質量指標及限值，對參評的各項單組分指標進行評價，劃分單指標組分所屬質量類別。

(3)統(tǒng)計所有參評指標Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ不同質量類別的個數。

(4)根據Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ不同質量類別的個數劃分地下水綜合質量類別，劃分標準見表1。

表1 感官性狀與一般化學指標級別分類表Table 1 Level classification of organoleptic and general chemical indicators

1．2 毒理學指標評價

依據GB/T 14848-XXX《地下水質量標準》修訂版地下水質量指標及限值，對各項單組份毒理學指標進行質量類別判斷，將毒理學指標中質量類別最高的作為評價的最終結果。

1．3 毒理學指標人體健康風險

毒理學指標區(qū)分致癌指標與非致癌指標，查詢毒理學指標參數信息［14］，獲取相關參數分別計算致癌指標與非致癌指標的人體健康風險［15］。

(1)非致癌指標人體健康風險

污染物暴露的日均劑量計算公式:

式中:CDI——污染物暴露的日均劑量(mg/kg/d);

CW——污染物濃度(mg/L);

IR——每日飲水量，建議值為成人2.0L/d;

EF——暴露頻率，采用值為365d/a;

ED——暴露持續(xù)時間，采用值為70a;

BW——體重，采用值為60kg;

AT——暴露發(fā)生的平均時間(d)，致癌效應取值70a×365d/a，非致癌效應取值30a×365d/a。

非致癌指標人體健康風險計算公式:

式中:Ri＇——非致癌指標i的人體健康風險;

RfD——參考劑量(mg/kg/d);

10-6——與RfD相對應的假設可接受的健康風險水平。

(2)致癌指標人體健康風險

致癌指標人體健康風險計算公式:

式中:Ri——致癌指標i的人體健康風險;

SF——致癌斜率因子，(mg/kg/d)-1。

(3)毒理學指標總健康風險

總健康風險計算公式:

式中:RT——毒理學指標總健康風險;

ΣRi'——非致癌指標總健康風險，由于非致癌毒理學指標的閾值效應，當其健康風險小于10-6時，不參加疊加計算。

ΣRi——致癌指標總健康風險;

1．4 地下水質量綜合評價結果表示

地下水質量綜合評價結果采用聯(lián)合表示方法，以羅馬數字表示感官性狀與一般化學指標評價結果，以阿拉伯數字表示毒理學指標評價結果，并將實際計算得出的毒理學指標總健康風險以括弧表示。示例如下:

2 實例驗證及對比分析

采用淮河流域某地區(qū)2009年地下水水質監(jiān)測數據，運用提出的地下水質量指標分類綜合評價方法進行評價。

2．1 感官性狀與一般化學指標評價

感官性狀與一般化學指標評價因子為總硬度、氨氮、硫酸鹽、氯化物、鐵、溶解性總固體、錳、鋁、鋅、耗氧量和鈉11項指標，地下水水樣共計81組。評價標準采用GB/T 14848-XXX《地下水質量標準》(修訂版)。評價方法采用提出的地下水質量指標分類綜合評價方法中感官性狀與一般化學指標評價方法，評價結果見圖1。

從地下水感官性狀與一般化學指標評價結果可以看出，從感官性狀與一般化學指標考慮，淮河流域某地區(qū)的地下水主要以Ⅲ類水為主，約占全區(qū)的一半。其次為Ⅳ類水，所占比例為40%。Ⅱ類水與Ⅴ類水均出現的比較少，所占比例均不到10%。研究區(qū)未出現優(yōu)良水。

2．2 毒理學指標評價

依據GB/T 14848-XXX《地下水質量標準》(修訂版)地下水質量指標及限值，對檢測的30項毒理學指標進行質量類別判斷，將毒理學指標中質量類別最高的作為評價的最終結果，其中30項指標分別為硝酸鹽、亞硝酸鹽、氟化物、汞、砷、硒、鎘、鉻、鉛、三氯甲烷、四氯化碳、四氯乙烯、1，2- 二氯乙烷、1，1，2- 三氯乙烷、三溴甲烷、1，1-二氯乙烯、氯苯、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、萘、蒽、熒蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、總六六六、γ-六六六、DDT、六氯苯。毒理學指標評價結果見圖1，毒理學指標以 3級為主，所占比例達到了48.15%。其次為4級，所占比例為33.33%。5級所占比例為18.52%。分析原始水樣數據得知，毒理學指標評價結果以4、5級為主的原因是硝酸鹽、亞硝酸鹽、氟化物、苯并(a)芘這4項指標濃度值過高所致，反映出該地區(qū)已經受到了毒理學指標的污染。

圖1 感官性狀與一般化學指標和毒理學指標評價結果Fig．1 Evaluation results of organoleptic indicators and general chemical and toxicological indicators

2．3 毒理學指標人體健康風險計算

對參評的30項毒理學指標進行致癌非致癌分類，同時查詢相關計算參數，見表2。根據提出的人體健康風險計算公式，分別計算出致癌指標和非致癌指標的健康風險以及總健康風險，總健康風險結果統(tǒng)計見圖3。從圖2可以看出，總健康風險以10-4為主，所占比例約為92.6%?？偨】碉L險為10-3與10-5所占比例均不到5%。根據美國環(huán)境保護署提出的人體可接受健康風險值的范圍在10-6～10-4之間，研究區(qū)大部分水樣點在可接受范圍之內，僅5%左右的地下水水樣點超過10-4。

圖2 毒理學指標總健康風險分布圖Fig．2 Distribution of total health risk of toxicological indicators

地下水質量綜合評價結果成圖過程中，感官性狀與一般化學指標評價結果以質量分區(qū)圖表示，毒理學指標評價結果以單點質量類別表示。采用提出的地下水質量指標分類綜合評價方法，淮河流域某地區(qū)的地下水質量綜合評價結果見圖3。

從評價結果(圖3)可以看出，研究區(qū)地下水感官性狀與一般化學指標評價結果為Ⅲ類水主要分布在南部地區(qū)和東北部地區(qū)，Ⅳ類水主要分布在中東部地區(qū)與西北部地區(qū)。Ⅴ類水分布在中部地區(qū)，其它地區(qū)有零星分布。毒理學指標評價結果以3級為主，在全區(qū)分布。4、5級主要分布在研究區(qū)的中部區(qū)域以及中西部區(qū)域。

2．4 內梅羅指數法對比分析

按照GB14848-93中規(guī)定的內梅羅指數法對11項感官性狀與一般化學指標進行評價，評價結果見圖4。

圖3 淮河流域某地區(qū)的地下水質量綜合評價結果Fig．3 Results of comprehensive groundwater evaluation in a region of HuaiHe River Basin

表2 毒理學指標參數Table 2 The relevant parameters of toxicological indicators

從圖4可以看出，內梅羅指數法評價11項感官性狀與一般化學指標水質類別以Ⅳ類水為主，占研究區(qū)比例的70%左右，從評價結果分布(圖5)可以看出Ⅳ類水分布遍及整個研究區(qū)。其次為Ⅴ類水，所占比例約為28%，評價結果分布圖顯示其主要分布在研究區(qū)的中部區(qū)域以及東南角。Ⅱ類水零星分布在研究區(qū)的西部區(qū)域以及東北角。沒有出現Ⅰ、Ⅲ類水的質量類別。評價結果與提出的地下水質量指標分類綜合評價方法結果相比，缺失了Ⅲ類水，不符合地下水水質連續(xù)分布的地學統(tǒng)計特征。同時內梅羅指數法過于突出最大污染因子，使得評價結果偏差。

利用內梅羅指數法對11項感官性狀與一般化學指標加30項毒理學指標項進行評價。41項指標評價結果見圖4，結果分布見圖6。

圖4 內梅羅指數法評價Fig．4 Eleven indicators and forty one indicators evaluation results of Nemerow method

圖5 內梅羅指數法評價感官性狀與一般化學指標結果分布圖Fig．5 Distribution of organoleptic and general chemical indicators evaluation results of the Nemerow method

圖6 內梅羅指數法評價所有指標結果分布圖Fig．6 Distribution of all indicators evaluation results of the Nemerow method

從圖4可以看出，利用內梅羅指數法評價11項感官性狀與一般化學指標加30項毒理學指標，評價結果以Ⅳ類水為主，所占比例為93.83%。Ⅱ、Ⅴ類水所占比例均不到4%。從評價結果分布圖可以看出，Ⅳ類水分布在研究區(qū)的大部分區(qū)域范圍，Ⅱ、Ⅴ類水零星的分布在研究的中部區(qū)域與中西部區(qū)域。評價結果偏差的主要原因可能是內梅羅指數法過于突出最大污染因子。

通過對比分析可以看出，提出的地下水質量指標分類綜合評價方法能夠解決評價結果水質類別分布不符合地下水水質分布連續(xù)性地學統(tǒng)計特征，存在水質類別缺失和跳躍的問題，以及內梅羅指數法過于突出最大污染因子的問題，同時還考慮了不同性質指標之間的差異性。

3 結論

針對目前地下水質量綜合評價存在的問題，采用指標分類地下水質量綜合評價方法，分別利用單指標質量分類統(tǒng)計法評價感官性狀與一般化學指標，利用單指標最大分類確定法評價毒理學指標，最終結果聯(lián)合表示，同時給出毒理學指標的飲水途徑人體健康風險。該方法簡單實用，評價結果意義明確。

(1)淮河流域某地區(qū)的地下水質量綜合評價中應用結果顯示，評價結果簡單明了，符合地學統(tǒng)計特征。與內梅羅指數法相比，指標分類評價結果更為客觀。

(2)提出的地下水質量指標分類綜合評價方法可有效解決水質綜合評價結果容易產生歧義和誤導的問題，滿足常規(guī)指標和毒理學指標的綜合評價，能夠更好的綜合體現地下水水質信息。

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