成都市南河流域重金属健康风险评估

何 鑫 张玉娇 赖承钺 王照丽 陶红群

(成都市环境保护科学研究院，成都 610072)

环境中的重金属极难降解，通过大气沉降、雨水冲刷等作用会在环境介质中富集转移，并最终通过食物链放大，进入人体对人体产生负面影响[1-4]。例如，重金属与氨基酸及其他人体基本物质反应等作用，导致人体肾功能下降、机体代谢紊乱、产生癌变、影响胚胎正常发育等[5-7]。2005年，我国七大流域所接纳的重金属总量已达877.397吨[8]，有关统计显示，我国受重金属污染的水体达80%以上[9]。因此，开展水环境重金属健康风险评估工作十分必要，能有效监控流域重金属污染现状避免危及人类正常的生活。

水环境中重金属健康风险评估主要是对通过直接接触、饮用摄入和呼吸摄入等暴露途径进入人体的重金属危害等级进行评估，其中饮水是目前考虑的主要摄入途径[10-11]。利用美国EPA推荐模型，卢俊平等[12]对内蒙古大河口水库不同蓄水期水质展开健康风险评价，黄毅等[13]对藏东南的尼洋河流域进行健康风险评价，黄宏伟等[14]对漓江流域水体中重金属污染进行健康风险评价，刘昭等[10]对清江流域地表水丰枯两季地表水中重金属对成人与儿童产生的健康危害进行对比评估。本文也采用该模型，对成都市南河流域中重金属(Cr、Cu、Zn、Pb、Cd)的健康风险进行了评估。

居民的日常生活、农业、工业、自然释放等多种因素会对水环境造成重金属污染(见表1)。

表1 部分生产生活活动排放重金属种类[15]

相比成都市的其他流域，南河流域分布有人口聚居区、工业集中区及大量耕地，因此，选取新津南河作为重金属分布特征及健康风险评估的对象，有较好的代表性，并为国内水中重金属污染分布特征及其健康风险研究提供参考。

1 研究区域概况

南河发源于邛崃市西山和天台山东麓，自西向东汇聚了斜江河、蒲江河诸水后分流，分别汇入岷江和通济堰。全长135 km，是成都平原西侧的重要河流，也是岷江的重要支流[16]，南河流域水系图及采样点位见图1。

图1 南河水系及采样点位图

2 材料与方法

2.1 样品采集分析

2020年11月(枯水期)和2021年6月(丰水期)对南河流域共计20个采样点的水样进行了采集，现场测试了水样的pH及溶解氧。水样加酸调节pH≤2后密封，-4℃保存送回实验室。按照《水质金属总量的消解-微波消解法》(HJ 678-2013)对水样进行前处理后，依照表2中方法分别完成了五种重金属的分析。

表2 样品监测方法及检出限

2.2 健康风险评价方法

本文只评估地表水中重金属通过饮用途径对当地成人与儿童人群造成的健康风险，主要分为致癌物(Cr和Cd)和非致癌物(Pb、Cu、Zn)。

2.2.1 致癌风险模型

致癌风险以风险值(Ri)表示，其评价模型表达式[12]如下：

Ri=(Di×SFi)/81.52

(1)

若结果>0.01，则按高剂量暴露计算

Ri=[1-exp(-Di×SFi)]/81.52

(2)

式中Ri为化学致癌物i通过饮用途径产生的人均致癌风险，a-1；Di为有毒物质i通过饮用途径的单位个体日均暴露剂量，mg/(kg·d)；SFi为化学致癌物i通过饮用途径摄入的致癌系数，mg/(kg·d)；81.52为成都人均期望寿命，a[17]。

2.2.2 非致癌风险模型

非致癌风险以风险指数(Hi)表示，其评价模型表达式[12]如下：

Hi=Di/(RfDi×81.52)×10-6

(3)

式中Hi为非致癌物i通过饮用途径产生的人均年健康风险,a-1；Di为有毒物质i通过饮用途径的单位个体日均暴露剂量，mg/(kg·d)；RfDi为非致癌物i通过饮用途径摄入的致癌系数，mg/(kg·d)。

饮用途径日均暴露剂量Di按照成人和儿童分别计算，公式如下[12]：

成人:Di=(1.74ρi)/61.58

(4)

儿童:Di=(0.87ρi)/18.87

(5)

式中ρi为化学致癌物i的质量浓度，mg/L；1.74为成人日均饮水量，L/d[18]；61.58为成都市成年男子平均体重,kg；0.87为儿童日均饮水量，L/d[19]；18.87为成都市3～6岁儿童平均体重,kg[20]。

结合美国EPA推荐值，本次评估的五种重金属毒理学参数见表3。

表3 重金属毒理学参数[10]

3 结果与讨论

3.1 南河重金属污染现状及特征

南河流域20个点位pH范围为7.08～8.22，溶解氧浓度范围为5.1～9.31 mg/L，5种重金属指标除Pb外其余均未检出，所有点位的重金属浓度均远低于GB3838-2002《地表水环境质量标准》规定的Ⅲ类水质标准限制。对Pb检出浓度进行分析，由图2可知，南河流域Pb最大浓度为4.4×10-6mg/L，且上下游波动较大。所检测点位Pb浓度大致可分为高中低三个等级，点位1#、2#、7#、9#、10#、14#、17#、18#、19#浓度较高，点位3#、4#、5#、8#、15#、16#、20#浓度处在中等水平，点位6#、11#、12#、13#浓度较低，其中1#、5#、7#、8#、11#、13#、15#、17#、20#属于南河干流，其余点位属于支流或堰渠汇入。

图2 南河流域重金属Pb浓度变化

结合点位周边环境与来水情况可知，1#、2#位于研究区域上游，水量较小且处于交通要道，车流量较大；3#上游主要为耕地，但灌溉面积相对较小；4#、5#处在邛崃市区上游，且水量较大，对Pb浓度有一定稀释作用；6#上游主要为林地及少量耕地，水环境生态较好；7#处在市区下游且属于市区出入交通干道，所接纳污染物有一定的增加；8#周边多为耕地，但灌溉用水及退水均由两岸堰渠提供，Pb浓度由7#-8#得到一定的稀释降解；9#、10#属于南河左岸灌溉堰渠，流经大面积耕地，且9#-10#间有农灌渠汇入，因此10#Pb浓度明显升高；11#、12#、13#周边多为耕地、林地，但不是主要农业用水水源，且水量较大，对污染物有稀释降解作用；14#位于工业园区旁且为运输干道，工业及汽车尾气等污染贡献较大；15#、16#属工业园区下游，但水量较大，污染物被稀释降解；17#、18#、19#位于新津市区，其中17#位于交通要道，18#上游涉及耕地和工业园区，19#流经人口聚居区；20#位于研究区域末端，南河汇入岷江前，较大的水量及河宽，放缓的流速，使污染物得到一定的降解。

根据上文的分析，成都市南河流域的Pb浓度主要受农业、工业、人类生活、道路交通方面的影响较大，是流域中最需要关注的重金属。在实际生产生活过程中，应减少涉Pb生产材料的使用，加强对含Pb废水排放的监督和考核。

由表4可知，作为长江一级支流岷江中上游的支流，由于南河流域面积相对较小，涉及土地利用类型简单，人口密度低且上游来水水质较好等条件，南河流域对长江干流中Cr、Cu、Cd、Pb、Zn五种重金属污染的贡献值远低于湘江、汉江、嘉陵江、赣江、岷江等长江一级支流，自身的重金属尚处于较低的污染水平，能满足流域内人们的生产生活用水要求。

表4 长江流域部分河流各重金属参考值[10]

3.2 新津南河流域重金属健康风险评估

利用美国EAP模型对南河流域重金属的健康风险值进行评估，结果见表5。南河流域重金属健康风险最大致癌金属Cr对儿童风险值为4.64×10-5a-1，最小非致癌金属Pb对成人风险值为1.11×10-11a-1。与清江流域、尼洋河流域、漓江流域已有健康数据比较，目前南河流域重金属健康风险值处于较低水平。与国外健康风险值标准相比，南河流域重金属健康风险值均低于国际辐射防护委员会(ICRP)所推荐的最大可接受水平5.0×10-5a-1[12]，低于美国环境保护署推荐的最大可接受风险水平1.0×10-4a-1[21]，除Cr外，其余4种重金属健康风险值均低于英国皇家协会所制定的1×10-6a-1[22]警戒限。针对不同人群的健康风险，五种重金属对儿童的危害比成人高1.5～1.7倍，与儿童对环境耐受能力较弱、身体免疫系统等未发育完全、较容易受到外界伤害有关。

表5 南河流域及国内部分流域各重金属健康风险值/a-1

4 结论

(1)成都市南河流域Cr、Cu、Zn、Pb、Cd重金属健康风险值均低于国际辐射防护委员会(ICRP)所推荐的最大可接受水平5.0×10-5a-1，低于美国环境保护署推荐的最大可接受风险水平1.0×10-4a-1，所采集点位的重金属除Cr外，其余4种重金属健康环境风险值均低于英国皇家协会所制定的1×10-6a-1。与国内其他流域比较，目前南河流域重金属健康风险值处于较低水平，但也应加强对重金属排放的管控，防止重金属长期富集危害人体健康。

(2)成都市南河流域致癌金属(Cr、Cd)健康风险值高于非致癌金属(Cu、Zn、Pb)，重金属对儿童健康风险值高于成人。

(3)成都市南河流域农业、工业、人类生活、道路交通等因素对Pb浓度变化影响较大，应减少涉Pb生产材料的使用，加强对生产、生活中含Pb废水排放的监督和考核。