開曉莉，張維江，張宇正，褚金鏑

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

水環(huán)境安全直接關(guān)系到國家的經(jīng)濟安全和社會政治穩(wěn)定，已成為關(guān)系到生存與發(fā)展的戰(zhàn)略問題[1]。環(huán)境污染所產(chǎn)生的健康風(fēng)險正在制約著我國經(jīng)濟社會又好又快地發(fā)展。飲水途徑是飲用水中有毒有害物質(zhì)進(jìn)入人體的重要暴露途徑，雖然各種毒物在人們?nèi)粘ｏ嬘盟泻亢艿停L期低劑量暴露將會對人體健康造成嚴(yán)重傷害[2]。兒童是國家和社會的未來，日益嚴(yán)重的環(huán)境污染嚴(yán)重威脅著兒童健康。兒童相比成人每公斤體重攝入的污染物較多，同樣的環(huán)境污染物暴露劑量對兒童會產(chǎn)生更嚴(yán)重且持久的損害[3-4]。有研究表明[5-7]，由于男童血細(xì)胞相對較高，骨骼占體重比例高，比較活潑好動，暴露在污染環(huán)境中的機會較多，飲食、飲水量普遍比女童大，相同的污染環(huán)境男童比女童的血鎘、血鉛水平及砷等化學(xué)污染物的攝入量相對較高，中毒率也高，可見男童對有毒有害化學(xué)污染物更具易感性，因此選擇對研究區(qū)域水環(huán)境污染物通過飲水途徑對男童所致健康風(fēng)險更具代表性。飲水?dāng)z入率是飲用水暴露健康風(fēng)險評價中最主要的暴露參數(shù)，其準(zhǔn)確性直接決定著健康風(fēng)險評價結(jié)果的可信度。然而我國在開展此方面評價時，往往采用國外發(fā)布的飲水?dāng)z入率，可能會造成較大的偏差，而且我國的人群飲水?dāng)z入率因地區(qū)和民族也會有較大差異[8]，因此調(diào)查研究并獲得能夠代表研究區(qū)域男童飲水?dāng)z入率具有極其重要的意義，切合當(dāng)前環(huán)境健康研究及水環(huán)境管理的迫切需求。我國環(huán)境健康風(fēng)險評價研究始于20世紀(jì)90年代，國內(nèi)學(xué)者對其進(jìn)行了探索性研究，并應(yīng)用于飲用水源地等區(qū)域性水環(huán)境健康風(fēng)險評價[9-12]，主要是借鑒國外已有的飲水?dāng)z入率對污染物通過飲水途徑所致成年人平均化健康風(fēng)險進(jìn)行研究，將飲水?dāng)z入率本地化，且有針對性地研究污染物通過不同飲水途徑對男童健康影響的程度非常少見。故本研究以寧夏清水河為研究對象，采用當(dāng)?shù)啬型嬎當(dāng)z入率，利用水環(huán)境健康風(fēng)險模型，對水環(huán)境污染物通過各種飲水途徑對男童所致健康風(fēng)險進(jìn)行系統(tǒng)研究，為清水河水環(huán)境安全管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

清水河位于寧夏回族自治區(qū)南部，是寧夏境內(nèi)流入黃河最大、最長的支流，其發(fā)源于六盤山東側(cè)山麓黑刺溝腦處，向北流經(jīng)固原市原州區(qū)、西吉縣、吳忠市同心縣、紅寺堡區(qū)及中衛(wèi)市海原縣、中寧縣，最后于中寧縣的泉眼山匯入黃河，是固原市的母親河，河長320 km，流域面積14 481 km2，河道平均比降0.149%。近些年來，流量不斷減小，表現(xiàn)出干旱半干旱河流的特點。清水河由南向北穿越了寧夏南部山區(qū)和中部干旱帶的大部分地區(qū)，是寧夏生態(tài)環(huán)境脆弱、經(jīng)濟發(fā)展最落后、貧困人口最多的地區(qū)。選擇該流域研究典型干旱、經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)地區(qū)水環(huán)境具有較強的代表性。

1.2 樣品的采集與測定

依據(jù)研究目標(biāo)，并結(jié)合清水河流域的地理位置、水文特征及水環(huán)境特點，使用GPS定位，選擇7個有代表性的部位布置采樣斷面，采樣斷面涵蓋了清水河流域的各主要節(jié)點及入黃河口(具體分布見圖1)。選擇清水河汛期(2012-2016年每年5月)進(jìn)行采樣，檢測As、Cd、NH3-N、CN、揮發(fā)酚、Hg、Pb、Cu、Fe、Zn、Mn及氟化物等12種化學(xué)污染物。水樣的采集、保存及質(zhì)量保證措施均按照《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》的技術(shù)要求執(zhí)行，分析方法按照國家相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)進(jìn)行。

圖1 采樣點位置Fig.1 Sampling point position

1.3 健康風(fēng)險評價模型

健康風(fēng)險評價是20世紀(jì)80年代以后發(fā)展起來的，將環(huán)境污染與人體健康聯(lián)系起來，綜合了污染物危害程度、暴露水平、暴露時間等因素[13]，定量描述環(huán)境污染對人群健康的危害，估算有害因子對人體危害發(fā)生的概率[14]。很多學(xué)者根據(jù)不同污染物對人體的危害效應(yīng)建立不同類型健康風(fēng)險評價模型[15-17]。目前，國內(nèi)外研究水中有毒物質(zhì)通過飲水途徑對人體健康造成的危害一般采用美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)[18,19]推薦的模型。假定每種化學(xué)物質(zhì)對人體健康危害的毒性作用呈相加關(guān)系，則水環(huán)境污染物通過飲水途徑所致健康危害風(fēng)險R可表示為：R=Rc+Rn，其中Rc和Rn分別為致癌物、非致癌物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險。

(1)

(2)

式中：SFi為致癌物i的致癌強度系數(shù)，mg/(kg·d)；RfDi為非致癌物i的飲水途徑參考劑量，mg/(kg·d)；L為人均壽命，a；θ為飲水?dāng)z入率(每日平均飲水量)，L；Ci為化學(xué)污染物的質(zhì)量濃度，mg/L；W為人均體重，kg。

1.4 模型參數(shù)的確定

飲水暴露參數(shù)是指人體經(jīng)口暴露各種類型水的強度、頻率和持續(xù)時間，是飲水健康風(fēng)險評估中的主要參數(shù)。在水中污染物濃度準(zhǔn)確定量的情況下，飲水暴露參數(shù)的取值越接近于目標(biāo)人群的實際暴露狀況，健康風(fēng)險評價的結(jié)果愈準(zhǔn)確[20]。飲水?dāng)z入率即日均飲水量，是最主要的飲水暴露參數(shù)，包括直接攝入率(直接飲水)和間接攝入率(如通過飲食、洗浴等過程的暴露)。清水河是固原市農(nóng)村人飲的重要水源?；诖?，本研究針對固原市100余名男童(城鄉(xiāng)各半，分布在各年齡段)采用抽樣問卷調(diào)查和實際測量的方法，于2017年5-7月15名調(diào)查員深入居民家庭對調(diào)查對象的一日三餐及三餐之間的直接飲水和間接飲水(沖的牛奶、粥、湯、湯面條、米飯、饅頭等)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。為了保證調(diào)查質(zhì)量，在調(diào)查過程中對10%的被調(diào)查者進(jìn)行了平行問卷調(diào)查，并對調(diào)查過的部分內(nèi)容進(jìn)行了重復(fù)調(diào)查，用統(tǒng)計分析軟件對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行了描述性統(tǒng)計分析，并采用非參數(shù)的檢驗方法進(jìn)行了差異性檢驗，對于有缺項或者有明顯邏輯檢驗錯誤等質(zhì)量不符合要求的問卷不進(jìn)行統(tǒng)計分析。

間接飲水?dāng)z入率的計算可根據(jù)調(diào)查、實測的數(shù)據(jù)以及食物的含水率進(jìn)行計算，其中面條、饅頭、米飯的含水率分別在20%～25%、42%～47%、57.12%～67.22%之間[21,22]，在計算過程中面條、饅頭、米飯的含水率取其平均值(分別為22.5%、44.5%、62.17%)進(jìn)行計算。經(jīng)過測量，粥、湯、湯面條的含水率分別在85%、85%、70%以上，在含水量計算過程中取其最低值進(jìn)行計算。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)和計算模型得出研究區(qū)域男童的夏季飲水?dāng)z入率(見表1)，可以看出城市男童的直接、間接及總液體攝入率均高于農(nóng)村男童，其原因可能是由于城市平均氣溫比農(nóng)村要高，氣溫升高促進(jìn)了機體的飲水量增加，另一方面城市兒童大部分時間待在室內(nèi)，飲水更具有便利性，而且城市居民照顧兒童生活更加細(xì)致，使兒童的飲食更具規(guī)律性。城市男童的直接和間接飲水?dāng)z入率占總液體攝入率的60%和40%，農(nóng)村男童為64%和36%，而且城鄉(xiāng)男童對各種飲食的飲水?dāng)z入率也不同，由此可見同一區(qū)域男童飲水?dāng)z入率受城鄉(xiāng)、飲食、生活習(xí)慣等因素的影響而不同。

本研究所得男童每千克體重總液體攝入率89.7 mL/(kg·d)比美國56 mL/(kg·d)和加拿大47 mL/(kg·d)同齡兒童總液體攝入率要高[23]，主要因為飲食習(xí)慣的巨大差異，美國、加拿大等國家兒童總液體攝入率幾乎取決于直接飲水?dāng)z入率。研究區(qū)域男童總液體攝入率(1.549 L/d)和直接飲水?dāng)z入率(0.959 L/d)算數(shù)均值均高于河南泌陽地區(qū)男童總液體攝入率(1.128 L/d)和直接飲水?dāng)z入率(0.437 L/d)，但間接飲水?dāng)z入率(0.590 L/d)低于河南泌陽地區(qū)男童間接飲水?dāng)z入率(0.691 L/d)[8]，由于研究區(qū)域地處黃土高原暖溫半干旱氣候區(qū)，天氣干燥，男童在夏季的飲水量相對較高。通過以上研究表明飲水?dāng)z入率受區(qū)域、城鄉(xiāng)、飲食、生活習(xí)慣等影響而存在明顯的差異性，如果在研究過程中直接引用國外或者其他區(qū)域的飲水?dāng)z入率則會使水環(huán)境健康風(fēng)險評價結(jié)果產(chǎn)生較大的偏差。

污染物的系數(shù)可采用US EPA[24]已公布的非致癌參考劑量和致癌強度系數(shù)(見表2)。人均壽命L根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2012》取2010年預(yù)期期望壽命，男、女性分別為71.31和75.71。

表1 固原市男童體重和夏季飲水?dāng)z入率Tab.1 The weight and summer drinking water intake rate of boy in Guyuan city

表2 模型參數(shù)SF和RfD值 mg/(kg·d)

2 結(jié)果與討論

2.1 2012-2016年清水河汛期水質(zhì)分析

清水河水樣中12種化學(xué)污染物濃度范圍及特點主要有：2012-2016年汛期7個研究斷面As、Hg的濃度均未超過最低檢出限(0.000 5和0.000 02 mg/L)，其他污染物在一些斷面有檢出，其濃度值見表3。對照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)，清水河賀家灣水庫和二十里鋪斷面的水質(zhì)均達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，原州的水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，一些斷面NH3-N(沈家河水庫、韓府灣、王團、泉眼山)、揮發(fā)酚(沈家河水庫)、氟化物(沈家河水庫、韓府灣、王團、泉眼山)、Cd(韓府灣、王團、泉眼山)及Pb(王團、泉眼山)的濃度超過地表Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他均符合地表Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，清水河從源頭流經(jīng)的途中水質(zhì)受到了污染。

2.2 清水河水環(huán)境健康風(fēng)險評價

為了比較分析污染物通過不同飲水途徑對男童健康影響的特點，在健康風(fēng)險評價過程中，污染物濃度低于最低檢出限的取其最低檢出限，利用US EPA推薦的暴露計算方法和評價模型，采用本研究得出的固原市男童飲水?dāng)z入率，對其進(jìn)行水環(huán)境健康風(fēng)險評價和分析。

2.2.1 化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險五年平均值

從表4可以看出，清水河12種化學(xué)污染物通過各種飲水途徑對男童健康危害的個人年風(fēng)險五年平均值特點主要有：①致癌物、非致癌物、12種化學(xué)污染物通過各飲水途徑所致健康風(fēng)險的數(shù)量級分別在10-6～10-5、10-9～10-8、10-6～10-5a-1之間，均未超過美國環(huán)境保護(hù)署(US EPA)[25]推薦的最大可接受風(fēng)險水平1×10-4a-1，但在泉眼山斷面致癌物、12種化學(xué)污染物通過總液體攝入途徑對城市男童所致健康風(fēng)險超過了國際輻射防護(hù)委員會(ICRP)[25]推薦的最大可接受風(fēng)險水平5×10-5a-1；②無論是城市男童還是農(nóng)村男童，直接、間接、總液體攝入途徑：致癌物>非致癌物，同一人群總風(fēng)險和致癌物風(fēng)險的數(shù)量級一致；③致癌物、非致癌物、12種化學(xué)污染物對男童所致健康風(fēng)險：總液體攝入>直接飲水>間接飲水；④流域7個研究斷面，非致癌物通過直接、間接、總液體攝入途徑對男童所致健康風(fēng)險大小均為：泉眼山>沈家河水庫>王團>韓府灣>原州>二十里鋪>賀家灣水庫，致癌物、12種化學(xué)污染物通過直接和間接飲水途徑對男童所致健康風(fēng)險大小均為：泉眼山>韓府灣>王團>沈家河水庫=原州=二十里鋪=賀家灣水庫，致癌物、12種化學(xué)污染物通過總液體攝入途徑對男童所致健康風(fēng)險大小分別為：泉眼山>韓府灣>王團>沈家河水庫=原州=二十里鋪=賀家灣水庫，泉眼山>韓府灣>王團>沈家河水庫>原州=二十里鋪=賀家灣水庫；⑤對于不同的男童群體：每個研究斷面致癌物、非致癌物、12種化學(xué)污染物通過各種飲水途徑所致健康風(fēng)險大小均為：城市男童>農(nóng)村男童。

表3 2012-2016年清水河汛期7個研究斷面的水質(zhì)指標(biāo)濃度 mg/L

注：As、Cd、CN、揮發(fā)酚、Hg、Pb、Cu、Fe、Zn、Mn的最低檢出限分別為：0.000 5、0.001、0.004、0.002、0.000 02、0.01、0.001、0.03、0.05、0.01 mg/L。

表4 化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險五年平均值 a-1

2.2.2 化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險流域平均值

從表5可以看出，2012-2016年清水河12種化學(xué)污染物通過各種飲水途徑對男童所致健康風(fēng)險流域平均值的特點主要有：①致癌物、非致癌物、12種化學(xué)污染物通過直接、間接、總液體攝入途徑所致健康風(fēng)險均未超過5×10-5a-1，各種飲水途徑：致癌物>非致癌物，致癌物、非致癌物：總液體攝入途徑>直接飲水途徑>間接飲水途徑，城市男童>農(nóng)村男童；②整個流域非致癌物通過直接、間接、總液體攝入途徑對男童所致健康風(fēng)險均為：2016年>2012年>2013年>2014年>2015年，致癌物為：2013年>2015年>2012年=2014年=2016年，12種化學(xué)污染物通過直接、間接飲水途徑對男童所致健康風(fēng)險為：2013年>2015年>2012年=2014年=2016年，總液體攝入途徑：2013年>2015年>2016年=2012年>2014年(城市男童)，2013年>2015年>2016年>2012年=2014年(農(nóng)村男童)。

表5 化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險流域平均值 a-1

從清水河水環(huán)境健康風(fēng)險評價結(jié)果可以看出，在同樣的污染背景下，不同男童群體面臨的健康風(fēng)險有所不同，主要體現(xiàn)在：①各種化學(xué)污染物通過各種飲水途徑對城市男童所致健康風(fēng)險均高于其對農(nóng)村男童所致健康風(fēng)險，主要因為城市男童的各種飲水?dāng)z入率均高于農(nóng)村男童；②化學(xué)污染物通過直接、間接飲水途徑對城市男童所致健康風(fēng)險占總液體攝入途徑所致健康風(fēng)險的比例分別為60%和40%，農(nóng)村男童為64%和36%，和飲水?dāng)z入率的構(gòu)成一致，這說明不同的人群所受健康風(fēng)險的構(gòu)成也不同，主要取決于飲水?dāng)z入率的構(gòu)成。從而說明在進(jìn)行區(qū)域水環(huán)境健康風(fēng)險評估時，需要采用本地人群飲水?dāng)z入率，且盡可能考慮到所有的飲水和飲食途徑，以減少評價結(jié)果誤差，降低不確定性。本研究的評價結(jié)果存在一定程度的不確定性，主要來自于：①污染物濃度分布的不確定性，主要受流域水量的季節(jié)變化影響；②評價中未考慮放射性物質(zhì)對男童健康危害的風(fēng)險；③男童飲水?dāng)z入率的研究過程中也存在一定程度的不確定性。

通過上述研究可以看出，無論從汛期水質(zhì)分析，還是流域水環(huán)境健康風(fēng)險評價，研究結(jié)果都表明清水河從其發(fā)源地流經(jīng)途中，水環(huán)境受到了污染。清水河水污染主要是由于近年來流域城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施建設(shè)滯后，市區(qū)和沿岸村鎮(zhèn)污水收集管網(wǎng)不完善，部分淀粉加工廢水不能達(dá)標(biāo)排放，一些企業(yè)深度治理進(jìn)展緩慢，畜禽養(yǎng)殖場廢水處理設(shè)施不全。因此，清水河流域應(yīng)增加城鎮(zhèn)生活污水處理能力和尾水深度凈化能力，加大對重點行業(yè)水污染和村莊生活污染的治理力度，強化沈家河水庫庫區(qū)整治和生態(tài)基流保障，取締整治流域沿線排污口，將工程措施與管理措施相結(jié)合、污染治理與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合，加強清水河流域水環(huán)境綜合治理。

3 結(jié)論與建議

(1)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值，清水河汛期上游3個研究斷面水質(zhì)相對較好，達(dá)到三類及以上水質(zhì)，中下游4個研究斷面NH3-N、揮發(fā)酚、氟化物、Cd及Pb的濃度超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，而As、CN、Hg、Cu、Fe、Zn及Mn的濃度均未超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，清水河從源頭流經(jīng)的途中水質(zhì)受到了污染。

(2)對男童夏季飲水?dāng)z入率研究表明，城市男童的直接、間接及總液體攝入率的算數(shù)均值分別為1.013、0.669、1.682 L/d，均高于農(nóng)村男童(0.904、0.511、1.415 L/d)，且男童每千克體重總液體攝入率高于美國、加拿大兒童，和河南泌陽地區(qū)男童的飲水?dāng)z入率的大小和構(gòu)成也有所不同。飲水?dāng)z入率受區(qū)域、城鄉(xiāng)、飲食、生活習(xí)慣等影響而存在明顯的差異性。

(3)清水河水環(huán)境健康風(fēng)險評價結(jié)果表明，在同樣的污染背景下，流域不同男童群體面臨的健康風(fēng)險水平和構(gòu)成不同，主要取決于飲水?dāng)z入率。化學(xué)污染物通過飲水途徑所致健康風(fēng)險：城市男童>農(nóng)村男童，致癌物>非致癌物，總液體攝入>直接飲水>間接飲水。致癌物、非致癌物、12種化學(xué)污染物通過各飲水途徑所致健康風(fēng)險的數(shù)量級分別在10-6～10-5、10-9～10-8、10-6～10-5a-1之間，且總體上從源頭到黃河入河口在逐漸增大，下游為重點控制區(qū)域，泉眼山為重點控制斷面，但整個流域水環(huán)境質(zhì)量總體上在逐年好轉(zhuǎn)。

清水河是寧夏境內(nèi)流入黃河最大的支流，也是固原市的母親河，其水體有些污染物能夠達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)但卻存在潛在的健康風(fēng)險，應(yīng)采取必要措施減少低劑量暴露導(dǎo)致的健康損害。在進(jìn)行飲水途徑暴露評估時，不僅要準(zhǔn)確監(jiān)測水環(huán)境污染物的濃度，也要重視人群飲水?dāng)z入率的調(diào)查研究。通過本研究可出看出，男童作為有毒有害物質(zhì)的易感、高風(fēng)險人群，其飲水暴露參數(shù)的研究和健康風(fēng)險評價應(yīng)引起重視，研究人員、政策制定者及社會的方方面面都應(yīng)當(dāng)關(guān)注環(huán)境問題，保證男童的健康成長和社會的可持續(xù)發(fā)展。

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