新安江—錢塘江流域水環(huán)境健康風(fēng)險評價研究

楊文杰，馬樂寬，孫運海，姚瑞華，趙 越*

（環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院水環(huán)境規(guī)劃部，北京 100012）

目前我國流域水環(huán)境管理的主要依據(jù)之一為地表水環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果，其主要根據(jù)污染指標濃度范圍劃分水質(zhì)類別，對比流域水質(zhì)目標要求進行管理。健康風(fēng)險評價將水體中污染指標濃度與人體健康聯(lián)系起來[1]，定量描述污染指標對人體健康的危害。尤其是水質(zhì)較好的流域或飲用水水源地，除關(guān)注水質(zhì)類別外，更應(yīng)以保護人體健康為主要導(dǎo)向[2]，引入環(huán)境健康風(fēng)險管理。因此，在水質(zhì)分析的基礎(chǔ)上從健康風(fēng)險角度管理流域，與我們的福祉更加密切。

1 水環(huán)境健康風(fēng)險評價研究現(xiàn)狀以及評價方法確定

1.1 水環(huán)境健康風(fēng)險評價研究現(xiàn)狀

20世紀80 年代發(fā)展起來的健康風(fēng)險評價定量描述了環(huán)境污染對人體健康的危害，估算有害因子對人體健康危害發(fā)生的概率，并分析了不同概率下事件后果的嚴重性[3,4]。健康風(fēng)險評價不僅建立了環(huán)境污染與人體健康之間的關(guān)系，也讓環(huán)境保護的研究重點由污染治理逐步轉(zhuǎn)向污染物進入環(huán)境之前的風(fēng)險管理，由注重事后處理變成加強事前預(yù)防，并獲得更多的安全保障[5]。國外學(xué)者對環(huán)境健康風(fēng)險評價開展了相關(guān)基礎(chǔ)研究，包括在環(huán)評中如何深化人體健康影響評價[6]、環(huán)境風(fēng)險評價的基本步驟[7]，以及Chowdhury[8]、Caeiro[9]等學(xué)者對已有評價模型中相關(guān)參數(shù)及模型不確定性的改進研究等。上述評價的核心思路相近，均是評估水體中污染物與人體健康之間的聯(lián)系，定量估算飲用、皮膚接觸等不同暴露條件下，水環(huán)境污染物對人體機能的影響程度及其可能性的過程[11]。20世紀80年代美國國家科學(xué)院出版《聯(lián)邦政府的風(fēng)險評價：管理程序》，提出風(fēng)險評價的“四步法”：危害鑒別、劑量—反應(yīng)評估、暴露評估和風(fēng)險表征，該方法目前已被荷蘭、法國、日本、中國等許多國家和國際組織所采用，成為環(huán)境風(fēng)險評價的指導(dǎo)性文件[6,10,12]。在此基礎(chǔ)上，由美國環(huán)保署推薦的健康風(fēng)險評價模型成為目前評價應(yīng)用的主要模型[13]，已經(jīng)為大多數(shù)國家和研究人員認可與采納。

未來我國將進一步貫徹落實綠色發(fā)展理念，建立健全以改善環(huán)境質(zhì)量為核心的環(huán)境保護管理制度，因此創(chuàng)新環(huán)境管理手段是重要方向。在水環(huán)境領(lǐng)域，雖然健康風(fēng)險評價模型還需要進一步研究[20]，但這些研究成果明確了污染物濃度與人體健康風(fēng)險的關(guān)系，開展的實證研究可以為環(huán)境質(zhì)量管理提供理論支持[14-19]。

本文采用美國環(huán)保署推薦的評價模型[13]，選取新安江至錢塘江流域，從源頭至入海的主干河流湖庫開展水環(huán)境健康風(fēng)險評價。選取有機物、重金屬等對人體健康影響較大的指標開展研究，通過測定并評價污染物濃度與人體健康的關(guān)系，以期對流域整個沿程的人體健康風(fēng)險水平有一個較為全面的了解。

1.2 水環(huán)境健康風(fēng)險評價方法

水環(huán)境健康風(fēng)險評價對象為水體中對人體存在健康風(fēng)險的有毒污染物，主要包括基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)[21]。根據(jù)國際癌癥研究中心對化學(xué)物的分類，化學(xué)致癌物和放射性污染物屬于基因毒物質(zhì)，非致癌物屬于軀體毒物質(zhì)。

它們主要通過直接接觸、攝入水體中食物和飲水三種暴露途徑對人體健康造成危害[22]，其中飲水途徑是最為重要的暴露途徑[23,24]。由于水質(zhì)監(jiān)測中沒有檢測出放射性污染物，本文僅考慮化學(xué)致癌物和非致癌物的健康風(fēng)險，沒有考慮水體中放射性污染物的情況。同時，結(jié)合我國情況，選取國際輻射防護委員會推薦的有毒污染物個人年風(fēng)險最大可接受水平進行評價。

（1）化學(xué)致癌物對健康危害的風(fēng)險模型為：

（2）非致癌物對健康危害的風(fēng)險模型為：

筆者選取了從源頭到入海的整個河段為研究對象，假定各種有毒污染物對人體健康產(chǎn)生危害的作用是獨立的，其累積假設(shè)各有毒有害物質(zhì)對人體健康的毒性作用呈相加關(guān)系，而不是協(xié)同或者頡頏關(guān)系，則水環(huán)境總的健康風(fēng)險危害為：

根據(jù)國際癌癥研究機構(gòu)和世界衛(wèi)生組織通過全面評價化學(xué)物質(zhì)致癌性可靠程度而編制的分類系統(tǒng)，鉻（VI）、砷、鎘為化學(xué)致癌物，其致癌系數(shù)見表1，氨氮、揮發(fā)酚、氟化物、氰化物、鋅、鉛、銅、汞為非致癌物，其參考劑量見表2。

表1 化學(xué)致癌物飲水途徑致癌系數(shù)

表2 非致癌物飲水途徑致癌系數(shù)

根據(jù)美國環(huán)境保護署1986年出版的《超級基金公眾健康評價手冊》[13]，表3列出了各種物質(zhì)風(fēng)險水平及其可接受程度。國際輻射防護委員會推薦的最大可接受風(fēng)險水平 5.0×10-5/a[12]。

表3 各種風(fēng)險水平及其可接受程度

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究監(jiān)測數(shù)據(jù)均按照監(jiān)測規(guī)范，3個平行樣品的均值，并采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件在P=0.05的置信水平對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，用Excel 對數(shù)據(jù)進行分析和制圖。

2 研究區(qū)域概況與環(huán)境狀況分析

2.1 研究區(qū)域概況

本研究選取了從安徽黃山的新安江源頭至浙江杭州的錢塘江的主干河流湖庫，包含新安江、千島湖、富春江、錢塘江，全程約589km，該流域是工業(yè)和居民生活用水的重要來源，同時，也接納了兩岸生活污水的匯入。新安江位于安徽省黃山市，干流長度約242 km，地跨皖、浙兩省，為錢塘江正源，也是浙江省最大的入境河流。千島湖位于浙江省杭州市淳安縣境內(nèi)，又稱新安江水庫，新安江是其最大入湖河流，年均注入千島湖水量占總?cè)牒康?8%以上。富春江為千島湖一條主要出湖河流，是錢塘江中游，長約110km。錢塘江干流長約149.5km，經(jīng)杭州灣最終注入東海。

2.2 樣品采集和分析

本研究從新安江源頭至錢塘江，沿程共選擇13個監(jiān)測斷面集中采樣，共測定了11項指標，采樣點如圖1所示，監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

每個斷面（點位）均采集測定11項水質(zhì)指標，從2014年1月至2014年12月，每月采集一次樣本。水樣采集依據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（HJ/T 91—2002）》[25]進行，水樣保存和預(yù)處理依據(jù)《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定（HJ 493—2009）》[26]進行，水質(zhì)指標監(jiān)測采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838—2002）》[27]中規(guī)定的方法，具體如表4所示。

2.3 流域上下游水環(huán)境狀況分析結(jié)果

本研究共有13個采樣點，其中3個位于千島湖湖體，分別是入湖口、湖心、出湖口。為了說明千島湖整體水質(zhì)情況，取這3個采樣點的平均值，以千島湖作為這3個采樣點的總體命名。流域上下游水環(huán)境中污染物濃度年均值如圖2所示。從圖2中可知，整個流域鎘的濃度介于0.000 05～0.000 25mg/L，鉻的濃度介于0.002 0～0.002 3mg/L，鉛的濃度介于0.000 3～0.001 0 mg/L， 汞 的 濃 度 介 于0.000 001～0.000 01 mg/L，這四種污染物上下游沿程濃度變化不大；砷的濃度介于0.000 25～0.006 48 mg/L，在西區(qū)斷面測得最大值；氟化物濃度介于0.083 75～0.460 80 mg/L，在富陽斷面處濃度較大；鋅的濃度介于0.003 5～0.025 0 mg/L，在桐廬和窄溪處濃度較大；銅的濃度介于0.001 6～0.025 0mg/L，在三都大橋處濃度達到最大值；氰化物均低于檢出限，按照檢出限值的一半處理，為0.002 mg/L；揮發(fā)酚介于0.000 15～0.001 00 mg/L，在富陽斷面處達到最大值；根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）[27]中表1地表水環(huán)境質(zhì)量標準基本項目限值，以上10種污染物均等于或小于各自Ⅰ類限值；氨氮濃度介于0.025～0.583 mg/L，從富陽到七堡斷面逐漸上升，介于Ⅰ類至Ⅲ類限值之間。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》[28]，若斷面水質(zhì)類別評價采用單因子評價法，即該斷面的水質(zhì)類別根據(jù)評價時段內(nèi)該斷面參評指標中類別最差的一項來確定。評價結(jié)果表明，率水大橋、街口、千島湖點位均符合地表水Ⅰ類標準，篁墩、三都大橋、窄溪、桐廬、富陽、西區(qū)斷面均符合地表水Ⅱ類標準，閘口、七堡斷面均符合地表水Ⅲ類標準，具體如表5所示。

圖1 采樣點位置

圖2 (a)～(d)各個采樣點測定污染物濃度值

表4 采集、測定的指標及分析方法

表5 各采樣點水質(zhì)評價結(jié)果

3 新安江—錢塘江流域水環(huán)境狀況與健康風(fēng)險評估及其不確定性分析

3.1 流域上下游水環(huán)境健康風(fēng)險評價結(jié)果

根據(jù)式（1）和（2）以及各項指標濃度值，計算得到河流干流通過飲水途徑化學(xué)致癌物所造成的平均個人年風(fēng)險值及總風(fēng)險值，如表6所示。化學(xué)致癌物中，鉻的致癌系數(shù)相對較大，其健康風(fēng)險最大值出現(xiàn)在篁墩斷面，為4.14×10-5，低于國際輻射防護委員會推薦的最大可接受風(fēng)險水平5.0×10-5/a；鎘的致癌系數(shù)值相對最小，其最大值出現(xiàn)在西區(qū)斷面，為4.25×10-6，低于5.0×10-5/a，最小值出現(xiàn)在率水大橋斷面，兩者相差一個數(shù)量級；砷的風(fēng)險值在西區(qū)斷面達到最大，為4.34×10-5，也低于5.0×10-5/a，在富陽斷面處達到最小，兩者也相差一個數(shù)量級。由于西區(qū)斷面隔、砷的風(fēng)險值相對較高，該斷面處化學(xué)致癌風(fēng)險值與其他斷面相比總體偏高。

根據(jù)式（3）和（4）以及各項指標濃度值，計算出河流通過飲水途徑非致癌物造成的平均個人年風(fēng)險值及總風(fēng)險值，如表7所示。在本研究的非致癌物質(zhì)中，氨氮的飲水途徑致癌系數(shù)最大，汞的致癌系數(shù)最小。七堡斷面由于氨氮風(fēng)險值與其他斷面相比較高，導(dǎo)致七堡斷面的整個非致癌風(fēng)險值最大。同時，各斷面風(fēng)險最大的物質(zhì)均為氨氮，風(fēng)險最小的物質(zhì)均為汞。氨氮是主要的污染物，但是它對人體健康危害的個人年風(fēng)險均小于10-10/a，也就是說，每10億人口中可能由于飲用水水質(zhì)的非致癌污染物而受到健康危害的人數(shù)不到1人。

根據(jù)式（6）以及各斷面化學(xué)致癌物健康風(fēng)險和非致癌物健康風(fēng)險，可以計算得到流域上下游通過飲水途徑造成的平均個人年均總風(fēng)險值，如圖3所示。由圖3可以看出，西區(qū)、閘口、七堡斷面總健康風(fēng)險值較大，其他斷面總健康風(fēng)險值較小。其中西區(qū)斷面總健康風(fēng)險值最大，富陽斷面總健康風(fēng)險值最小。且從西區(qū)斷面到七堡斷面，總健康風(fēng)險值比其他斷面要偏高。但總體來講，所有斷面的風(fēng)險值保持在10-5數(shù)量級，與游泳事故和煤氣中毒事故屬同一級別，可以采取相應(yīng)措施進行預(yù)防。

3.2 流域上下游健康風(fēng)險空間特征分析

3.3 基于流域健康風(fēng)險評估結(jié)果確定的風(fēng)險防控重點

實例計算結(jié)果表明，流域上下游總體水質(zhì)為良，符合或優(yōu)于地表水Ⅲ類標準，三都大橋、西區(qū)、閘口、七堡斷面水環(huán)境健康個人總年風(fēng)險均超過國際輻射防護委員會推薦的標準，分別超標0.03、0.69、0.20、0.23倍，其主要原因是這些斷面的Cr （Ⅵ）的風(fēng)險略高。對比水質(zhì)評價結(jié)果和水環(huán)境風(fēng)險計算結(jié)果可知，新安江—錢塘江流域如果作為飲用水，雖然污染物濃度極低，但健康風(fēng)險仍略有超標，一方面是水質(zhì)評價與風(fēng)險評價之間不同評價體系之間的差異所致；另一方面也說明，雖然水質(zhì)評價結(jié)果較好，污染物的健康風(fēng)險程度極小，但長期的低劑量暴露仍有導(dǎo)致人體健康損害風(fēng)險的可能性，需要繼續(xù)加強這方面的研究。

圖3 各采樣點總健康風(fēng)險

表6 化學(xué)致癌健康風(fēng)險

表7 各斷面非致癌健康風(fēng)險

結(jié)合表6、表7和圖3可以看出，非致癌物中氨氮的健康風(fēng)險最大，屬于我國總量減排中常規(guī)削減指標，As和Cr等重金屬污染物在我國《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中有相應(yīng)的綜合管控措施。化學(xué)致癌物對人體健康危害的個人年風(fēng)險遠遠超過非致癌物的年風(fēng)險，兩者甚至相差5～6個數(shù)量級。以富陽斷面為例，化學(xué)致癌物對人體健康危害的年風(fēng)險為3.93×10-5，而非致癌物對人體健康危害的年風(fēng)險僅為1.57×10-10，即非致癌物約占0.000 4 %，幾乎可以忽略不計，因此關(guān)注重點應(yīng)放在化學(xué)致癌物的風(fēng)險管理上。

3.4 流域水環(huán)境健康風(fēng)險的不確定性分析

健康風(fēng)險研究是不良結(jié)果發(fā)生概率的研究，是研究導(dǎo)致發(fā)生損失、損害的可能性，本身具有不確定性的特點。水環(huán)境健康風(fēng)險評價包括有毒污染物通過直接接觸、攝入水體中食物、飲水三種暴露途徑對人體健康造成的危害，而本文僅考慮了飲水途徑，其他途徑尚未納入研究。此外，通過飲水暴露風(fēng)險還與消費者的生活方式、消費習(xí)慣以及職業(yè)類型密切相關(guān)[29]，這些因素在計算中均未考慮。各種有毒污染物對人體健康產(chǎn)生危害的作用機理不盡相同，它們產(chǎn)生的累積效應(yīng)呈相加關(guān)系、協(xié)同關(guān)系或是拮抗關(guān)系。但由于目前仍未形成系統(tǒng)理論和方法學(xué)[30]，因此在計算中各污染物產(chǎn)生的效應(yīng)以相加和的方式計算，未考慮其他關(guān)系。水環(huán)境健康風(fēng)險評價模型中涉及多個參數(shù)，其中某些參數(shù)為范圍值，并不具有唯一確定值，而本文均采用調(diào)查平均值，且為一年數(shù)據(jù)。而其他方面的模型參數(shù)取值也采用國外主要研究成果，如化學(xué)物質(zhì)致癌系數(shù)、非致癌物致癌系數(shù)等，雖然得出的結(jié)論與國外其他相關(guān)實證研究之間具有一定的可比性，但僅作風(fēng)險管理的參考之用，與我國實際情況是否相符有待進一步研究。環(huán)境風(fēng)險評價中的風(fēng)險標準，即風(fēng)險可接受水平， 由于涉及不同人群的利益，且不同區(qū)域的自然條件和社會經(jīng)濟水平存在差異，評價標準也存在很大的不確定性[20]。

4 結(jié)論及建議

綜上所述，新安江—錢塘江流域水質(zhì)總體較好，測定的11項污染物符合或優(yōu)于地表水Ⅲ類標準。雖然污染物濃度極低，非致癌風(fēng)險很小，但健康風(fēng)險仍然存在。

本研究通過風(fēng)險評價識別出新安江—錢塘江流域?qū)θ梭w健康風(fēng)險相對較大的是Cr（Ⅵ），屬于流域首要管控指標。Cr在工業(yè)生產(chǎn)過程中被廣泛使用，進入人體可導(dǎo)致急、慢性中毒，具有神經(jīng)毒性、基因毒性、致癌性等，是已知的化學(xué)致癌物，被《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）列為“第一類污染物”，在排放控制上有嚴格要求[31]。為此，在新安江—錢塘江流域管理上，首先，建議參考健康風(fēng)險評價結(jié)果，針對含Cr（Ⅵ）廢水開展風(fēng)險源排查，對廢水排放企業(yè)嚴格實施“第一類污染物”排放總量控制。其次，根據(jù)風(fēng)險評價結(jié)果，建議對于有飲用水用途的水體，進一步開展人體健康風(fēng)險評價，對那些雖然達到水質(zhì)目標但有健康風(fēng)險的污染物引起足夠重視，采取必要措施減少低劑量暴露導(dǎo)致的健康損害。最后，在水質(zhì)標準制定過程中，建議把污染物對人體健康風(fēng)險作為考慮因素，結(jié)合風(fēng)險評價對應(yīng)的劑量濃度制定相關(guān)標準。

目前，我國環(huán)境問題呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)型、復(fù)合型、壓縮型的特點，發(fā)達國家上百年工業(yè)化過程中分階段出現(xiàn)的環(huán)境問題在我國快速發(fā)展的20多年中集中出現(xiàn)，新型、高風(fēng)險污染不斷涌現(xiàn)。由于環(huán)境污染，導(dǎo)致人體長期低劑量暴露經(jīng)過二三十年的累積可能出現(xiàn)問題凸顯期，可以預(yù)見，環(huán)境污染因素將成為影響我國居民健康的主要風(fēng)險因素。因此應(yīng)該在典型流域與區(qū)域開展水環(huán)境健康風(fēng)險評估，并應(yīng)基于評估結(jié)果構(gòu)建新型風(fēng)險防控體系，努力實現(xiàn)污染減排和質(zhì)量改善合一。

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