劉淑娟 李國文 魯瑞梅 楊春濤 張薇 祁云寬 李元

關(guān)鍵詞：重金屬：人體健康風險：飲用水源地

飲用水源是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源，其水質(zhì)優(yōu)劣直接關(guān)乎人體健康。在當前經(jīng)濟社會快速發(fā)展的背景下，飲用水源受工業(yè)、農(nóng)業(yè)等人類活動影響，同時日益增多的突發(fā)性水污染事件對其水質(zhì)安全構(gòu)成了較大威脅。人類生產(chǎn)活動產(chǎn)生的含重金屬污染物可通過地表徑流或降水等形式轉(zhuǎn)移至水體，造成水源地水體重金屬積累。在湖庫水環(huán)境中重金屬可通過食物鏈或飲水等途徑進入人體，對人體健康造成危害，同時重金屬具有持久性、可積累性和生態(tài)毒性等環(huán)境效應(yīng)，其濃度大小成為判別水環(huán)境質(zhì)量的重要指標。因此，開展飲用水源地水體重金屬健康風險評價顯得尤為重要。

目前，各生態(tài)環(huán)境部門主要采用單因子評價法對飲用水源地水質(zhì)進行評價，但是重金屬評價指標較少。在飲用水水質(zhì)漸趨達標及穩(wěn)定的大環(huán)境下，關(guān)注飲用水中重金屬濃度水平，并將其與人體健康風險結(jié)合起來，可以更全面、深入地掌握飲用水水質(zhì)狀況及其對人體健康的影響。隨著人們對飲用水安全的日趨關(guān)注，國內(nèi)有學(xué)者將水體重金屬濃度與人體健康結(jié)合起來，研究了我國水庫、河流和地下水中重金屬濃度對人體健康的危害。魯冬梅等初步研究了玉溪市紅塔區(qū)飛井海水庫水體水質(zhì)，認為飛井海水庫人體健康總風險以致癌物六價鉻（Cr6+）為主。王海鶴等研究貴陽市7個集中式飲用水源地12種重金屬對不同人群健康的潛在風險得出，致癌風險遠高于非致癌風險，且以Cr6+所致的人均風險最高。秦歡歡等探討了拉薩河重金屬濃度的分布特征以及帶來的健康風險。

本研究以云南某水庫飲用水源地為研究對象，基于2019年1月至2021年12月水體水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，探討庫區(qū)和入庫河流水體中8種重金屬元素鋅（Zn）、鉛（Pb）、鐵（Fe）、鎘（Cd）、錳（Mn）、Cr6+、砷（As）、汞（Hg）的質(zhì)量濃度分布特征，并運用美國環(huán)境保護署（US EPA）健康風險評價模型對人體健康風險進行評價，以期為該水庫飲用水源地水環(huán)境風險管理提供科學(xué)依據(jù)。

1研究方法

某水庫位于云南省中部某地級市，為當?shù)刂行某菂^(qū)集中式飲用水源，同時承擔周邊部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)及景觀用水，是一座以防洪、灌溉、城市供水為主的中大型湖庫型水庫。水庫總庫容9060萬m3，日供水10萬m3，水源主要由庫區(qū)降水和中上游3條河流補給。研究區(qū)屬于亞熱帶高原季風氣候區(qū)，地貌以山地和壩子為主，農(nóng)業(yè)較為發(fā)達，石灰?guī)r紅壤分布較為廣泛。研究區(qū)多年平均氣溫16.7℃，無霜期233d，多年平均降水量918mm。

1.1數(shù)據(jù)來源和斷面布設(shè)

研究所用數(shù)據(jù)來源于當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測部門，具體包括Zn、Pb、Cd、Fe、Mn、Cr6+、As、Hg共8種重金屬2019年1月至2021年12月逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)。共設(shè)置6個研究斷面，S1、S2、S3斷面分布于庫區(qū)，S4、S5、S6斷面分布于3條入庫河流下游靠近庫區(qū)位置，其中S1斷面位于庫區(qū)取水口、S2斷面位于庫心、S3斷面位于庫尾。

每個監(jiān)測斷面于每月上旬嚴格按照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 91-2002）要求定點進行一次表層水（水面下0.5m）采樣。其中，S4斷面2020年5月無水，S5斷面2019年5月無水，S6斷面2020年2月及2021年5月和6月因修路未采集水樣，最終共收集到211組水樣。

1.2健康風險評價模型

水體中污染物進人人體最主要的途徑為飲水。本研究考慮飲水途徑下致癌重金屬和非致癌重金屬引起的人體健康風險，運用美國環(huán)境保護署（US EPA）推薦的健康風險評價模型進行人體健康風險評價，其評價模型：

假設(shè)水體中各污染物對人體健康危害的毒性作用為累積關(guān)系，水體中重金屬的總健康風險可表示為

2結(jié)果與討論

2.1研究區(qū)水體重金屬質(zhì)量濃度

2019-2021年研究區(qū)水體重金屬質(zhì)量濃度見表1（庫區(qū)Cr6+、Pb、Cd、Hg、Zn均未檢出，入庫河流Cr6+、Pb、Cd、Hg均未檢出）。按質(zhì)量濃度排序，庫區(qū)Fe>Mn>As、入庫河流Fe>Mn>Zn>As，F(xiàn)e和Mn質(zhì)量濃度較高，F(xiàn)e、Mn質(zhì)量濃度最大值均超過《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749-2022）和《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類水標準限值。從變異系數(shù)看，除庫區(qū)As外，檢出的重金屬均呈現(xiàn)高變異（0.74≤CV≤1.32）特征，由此推測，這幾種重金屬可能受人類活動影響較大，受局部污染源的影響較明顯。

2.2研究區(qū)水體重金屬質(zhì)量濃度時空變化

研究區(qū)As、Zn、Fe、Mn質(zhì)量濃度月變化見圖1，可以看出As、Zn、Fe、Mn質(zhì)量濃度表現(xiàn)出較明顯的季節(jié)性變化。在庫區(qū)（S1、S2、S3斷面）As質(zhì)量濃度各月差異不大，12月、1月、2月質(zhì)量濃度稍高于其余月份的。在入庫河流（S4、S5、S6斷面）As呈現(xiàn)豐水期（4-10月）質(zhì)量濃度較高、枯水期質(zhì)量濃度較低的趨勢。庫區(qū)3個監(jiān)測斷面均未檢出Zn，入庫河流S6斷面Zn質(zhì)量濃度高值出現(xiàn)在4月、9月、11月，在S5斷面Zn質(zhì)量濃度高值出現(xiàn)在6月、10月、11月，在S4斷面Zn質(zhì)量濃度從6月開始總體呈上升趨勢。庫區(qū)Fe、Mn質(zhì)量濃度高值均出現(xiàn)在冬季（1-3月、12月），稍高于其他月份的。在S4斷面Fe質(zhì)量濃度高值出現(xiàn)在5-9月，在S5斷面Fe質(zhì)量濃度呈現(xiàn)V形，5月下降至最低，在S6斷面Fe質(zhì)量濃度呈現(xiàn)上升與下降交替變化趨勢，高值出現(xiàn)在6月、8月、11月。在S4斷面Mn質(zhì)量濃度高值出現(xiàn)在豐水期（4-11月），在S5斷面Mn質(zhì)量濃度較高值出現(xiàn)在6月、8月、9月、10月、11月，在S6斷面Mn質(zhì)量濃度較高值出現(xiàn)在2月、3月、5月、6月。

由圖1還可以看出，3條入庫河流水體As、Zn、Fe、Mn質(zhì)量濃度高值基本集中在豐水期（4-11月），而庫區(qū)水體質(zhì)量濃度高值出現(xiàn)在枯水期（12月、1月、2月、3月），造成庫區(qū)和入庫河流水體中重金屬質(zhì)量濃度出現(xiàn)季節(jié)性差異的主要原因是各季節(jié)水循環(huán)條件不同。

豐水期入庫河流水量充沛，河流徑流量和流速增大，水土流失加劇，上游來水夾雜較多泥沙向下游流動，同時河流水位上漲，沖刷河流兩側(cè)枯枝落葉或生活垃圾進入下游，極易擾動河流水體底部重金屬，加大水體與河流底部重金屬的物質(zhì)交換，從而使水質(zhì)變差。具體而言，夏季氣溫較高，枯枝落葉消耗水體中溶解氧而腐爛，并釋放有機酸，使水體pH值降低，在此環(huán)境下，高價態(tài)的Fe、Mn被還原成可溶態(tài)化合物釋放到水體，導(dǎo)致入庫河流下游水體Fe、Mn質(zhì)量濃度增大，甚至超標。據(jù)相關(guān)研究，重金屬As多來源于農(nóng)業(yè)區(qū)施用的含磷化肥及農(nóng)藥和人類生活產(chǎn)生的廢棄物，經(jīng)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)入庫河流上游農(nóng)業(yè)較發(fā)達，存在生活污水、生活垃圾及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生的廢棄物處理不當?shù)葐栴}，這些廢棄物沿途經(jīng)雨水淋溶進入下游水體，從而導(dǎo)致As質(zhì)量濃度升高。有報道顯示，Zn作為交通污染源的標識性元素主要來源于汽車輪胎機械磨損，經(jīng)實地調(diào)查，研究區(qū)3條入庫河流監(jiān)測斷面上游沿線有城市快速路或鄉(xiāng)村道路通過，豐水期雨量充沛，降水頻繁，汽車碾壓路面產(chǎn)生的揚塵或輪胎與地面磨損產(chǎn)生的含Zn氣溶膠顆粒很容易通過地表徑流或降水轉(zhuǎn)移進入河流，致使河流水體Zn質(zhì)量濃度上升。

冬季枯水期降水減少，匯入庫區(qū)的3條河流地表徑流減少，庫區(qū)水位下降。冬季太陽輻射減弱、氣溫降低，庫區(qū)水體處于混合期，水庫熱分層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，水體存在強烈的垂向?qū)α鲾U散，下層水體與上層水體交換相對容易，有利于水庫底部As、Fe、Mn向水體表層輸送，導(dǎo)致表層水體As、Fe、Mn質(zhì)量濃度出現(xiàn)季節(jié)性增大。

由圖2可以看出，水體中檢出的4種重金屬As、Zn、Fe、Mn質(zhì)量濃度空間分布不均，4種重金屬在入庫河流中的質(zhì)量濃度均值普遍高于庫區(qū)的。具體而言，入庫河流As、Zn、Fe、Mn質(zhì)量濃度均值最大值分別出現(xiàn)在S5、S4（S6）、S5、S4斷面，分別為2.50、4.91、156.85、76.81ug/L，庫區(qū)As、Fe、Mn質(zhì)量濃度均值最大值分別出現(xiàn)在S2（S3）、S3、S3斷面，分別為0.90、26.86．6.92ug/L。這可能與研究區(qū)地形地貌、水體水文特征等自然環(huán)境條件及當?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人類生產(chǎn)方式和活動強度有關(guān)。

2.3研究區(qū)水體重金屬健康風險評價

由表2可知，在庫區(qū)和入庫河流，成人的致癌重金屬年健康風險平均值分別為4.53×10-5/a和4.99x10-5/a，兒童的R．平均值分別為5.78x10-5/a和6.37×10-5/a，成人和兒童所受的風險均處于10-5/a水平，但兒童所受致癌總風險大于成人，約為成人的1.28倍。此外，致癌重金屬在庫區(qū)和入庫河流對成人所致的年健康風險均低于美國環(huán)境保護署（US EPA）推薦限值（1.0x10-4/a）1個數(shù)量級，非常接近國際輻射防護委員會（ICRP）推薦限值（5.0×10-5/a），應(yīng)引起高度重視：致癌重金屬在庫區(qū)和入庫河流對兒童所致的年健康風險分別超過ICRP推薦限值的15.6%和27.4%，表明致癌重金屬對兒童有致癌風險，主要原因在于兒童身體的生理特點有別于成人，更易受到致癌重金屬影響。

表2所列的3種致癌重金屬，以Cr6+的健康風險最高，As次之，Cd最小，致癌重金屬Cr6+和As年健康總風險貢獻占比之和高達99%．說明Cr6+和As是致癌健康總風險的決定元素，這一研究結(jié)果與余蔥蔥等的研究結(jié)果一致。應(yīng)優(yōu)先將研究區(qū)Cr6+和As作為水環(huán)境健康風險管理的重點，并采取相關(guān)治理措施。值得注意的是，Cr6+和Cd在研究區(qū)水體中未檢測到，但經(jīng)風險評價后Cr6+成為研究區(qū)主要致癌金屬，說明痕量重金屬也可引起較高致癌年健康風險，這主要與不同金屬元素毒性大小有關(guān)。因此，應(yīng)科學(xué)合理地將水體水質(zhì)評價標準與水環(huán)境健康風險結(jié)合起來，以準確掌握飲用水安全狀況。

表3顯示，在庫區(qū)和入庫河流，成人的非致癌重金屬年健康風險（R）平均值分別為4. 25×10-10／a和7.42×10／a，兒童的R。平均值分別為5.42×10／a和9.46×10／a，成人和兒童所受的風險均值處于10／a水平，遠低于荷蘭建設(shè)和環(huán)境保護部推薦的可忽略水平1×10／a以及英國皇家協(xié)會推薦的可忽略水平1×10-7／a[5]，說明研究區(qū)非致癌金屬對成人和兒童年健康風險極低，可忽略不計。

結(jié)合表2和表3來看，研究區(qū)重金屬經(jīng)飲水途徑引起的致癌風險遠遠大于非致癌風險，說明致癌重金屬年健康風險（R）占據(jù)總風險值（R）的主導(dǎo)地位。此外，研究區(qū)致癌和非致癌重金屬年健康風險均表現(xiàn)出入庫河流>庫區(qū)、兒童>成人的特點，說明入庫河流較庫區(qū)引起的人體健康風險更高，兒童較成人對水體重金屬更敏感，這與黃宏偉等的研究結(jié)果一致。因此，應(yīng)重視研究區(qū)水體對兒童飲水安全的影響。

3結(jié)論

2019-2021年，云南某水庫飲用水源地庫區(qū)及入庫河流水體各重金屬質(zhì)量濃度差異較大，Hg、Cr6+、Pb和Cd均未檢出，Zn、As、Fe和Mn均有檢出且質(zhì)量濃度變異系數(shù)較大，其中Fe和Mn質(zhì)量濃度最大值已超過我國現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749-2022）和《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ類水標準限值。研究區(qū)檢出的As、Zn、Fe、Mn質(zhì)量濃度具有明顯季節(jié)性和地域性差異，在入庫河流水體中重金屬質(zhì)量濃度普遍高于庫區(qū)水體的，且入庫河流水體重金屬質(zhì)量濃度高值出現(xiàn)在豐水期，庫區(qū)重金屬質(zhì)量濃度高值出現(xiàn)在枯水期。研究區(qū)致癌和非致癌重金屬年健康風險呈現(xiàn)出入庫河流>庫區(qū)、兒童>成人的特點。5種非致癌重金屬Pb、Hg、Fe、Mn、Zn對成人和兒童的年健康風險極低，處于10-10/a水平，為無風險：3種致癌重金屬Cd、Cr6+、As對成人的最大年健康風險平均值4.99×10-5/a接近ICRP推薦限值（5.0x 10-5/a），應(yīng)引起重視，而對兒童的最大年健康風險平均值6.37×10-5a已超過ICRP推薦限值，對兒童有致癌風險，其中致癌重金屬主要為Cr6+和As，應(yīng)作為優(yōu)先控制污染物。