“十三五”期间海宁盐官下河水源地水质监测及其健康风险评价

范雪毅，季耀波，彭孔曙，陈李庆，陈新乐，贾文超，李伟东，刘 奇

(1. 杭州师范大学钱江学院，浙江 杭州 310018； 2. 杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 311121；3. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014； 4. 海宁市环境保护监测站，浙江 嘉兴 314400)

水是人类赖以生存的基本要素，水的可持续利用关系国计民生.我国人均淡水占有量仅约为世界人均占有量的1/4.我国政府已把解决水污染问题放到了突出位置[1-3]，各地政府加强了对水环境的整治力度，但水污染形势依旧严峻[2,4].“十三五”时期是加快推进生态文明建设的关键阶段，也是水源地水环境保护的攻坚阶段.

海宁市位于杭嘉湖平原，地形狭长,河道坡降平缓,水体的水动力条件差且自净能力弱，环境容量相对较小[4].近年来海宁市通过大力推进水质监测评价、水源地环境整治等一系列措施，使区域内水环境质量有所改善[5]，但农业面源污染问题依旧突出.盐官下河是海宁市生活饮用水水源地，其水环境质量直接影响区域内居民的饮用水安全，关系公众健康.开展水环境监测评价不仅可为综合规划和管理区域水资源提供依据，而且是保障和有效控制饮用水健康风险的重要抓手[6].本研究在对盐官下河水质检测基础上，采用单因子评价法和内梅罗污染指数评价法开展水质评价，同时借鉴美国国家环境保护署(USEPA)推荐的非致癌物健康风险模型，进行饮用水水源地健康风险评价.通过分析该流域“十三五”期间水质状况，为其后续水环境综合整治提供依据.

1 研究方法

1.1 监测断面与水样采集

1.1.1 监测断面设置

依据海宁市环境监测站提供的盐官下河饮用水源地流域情况，经调查发现，流域水体以农业面源污染的影响为主，同时伴有上游来水污染、区域内少量企业排污和区域内河道交汇支流水体的影响.为此在河流上、中、下游共设3个主要河流地表水监测断面，分别为杭申公路桥(1#，上游县市交汇断面)、泰山桥(2#，中间河道交汇断面)和盐官枢纽(3#，下游清洁断面)，如图1所示.

图1 盐官下河流域监测位点示意图Fig.1 Schematic diagram of monitoring sites in the Yanguanxia River

1.1.2 断面水样采集

断面水样采集于2016年1月—2020年12月，每月采集1次.采样时在1#、2#和3#3个监测断面水面左右两边明显水流处设置2条垂线(河面宽度超过50 m)，并在断面采样垂线处水面下0.5 m处取水(河道水深小于5 m).当2条断面垂线水样采集后，立即混合制成断面综合水样.

1.2 水质监测指标与评价标准

水质监测指标及方法按《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，选取溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、生化需氧量(BOD5)、高锰酸盐指数(COD)5项反映流域水质状况的水质指标进行监测分析.水质分析时每个断面的综合水样均做3份平行样，经狄克逊检验法验算，满足显著性水平小于5%后，取平均值为水质检测数值.水质指标评价标准选用《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准开展评价.

1.3 评价方法

1.3.1 水环境质量评价方法

针对盐官下河3个监测断面水质DO、NH3-N、TP、BOD5、COD共5项指标，分别采用单因子评价法和内梅罗污染指数评价法对盐官下河水域的水质进行综合评价.

1.3.1.1 单因子评价法

单因子评价法是将各监测指标的实测值与国家规定的相应指标标准限值进行对比来确定每项指标的水质类别，以最差指标的水质类别作为水质评价结果的方法[7-9].

Ci=Cip/Si，

式中,Ci为水体中i类污染物的相对污染指数；Cip为在监测点p处污染物的实际浓度值；Si为i类污染物的标准值或参考值[10].

1.3.1.2 内梅罗污染指数评价法

内梅罗污染指数评价法是根据水质指标的实测值和标准值，分别计算内梅罗污染指数和标准指数，与相应的等级标准指数对照后得到评价等级的方法[11-13].

式中,Pj为第j种用途的内梅罗综合污染指数，j=1，2，3，…，m.Fmax为Cip/Si中最大的一项，i=1，2，3，…，m；Cip为在监测点p处污染物的实际浓度值；Si为i类污染物的标准值或参考值.F′为权重最大的污染物对应的F值[14].

1.3.2 健康风险评价方法

典型的健康风险评价模型包括吸入、食入和体外皮肤接触3种途径的健康风险危害评价.本研究采用美国国家环境保护署(USEPA)推荐的食入化学物非致癌健康风险评价模型[15]：

1.4 水质评价等级划分

单因子评价法以最差指标的水质类别作为水质评价结果.Ci<1表示流域水体未受到污染，水体清洁；Ci≥1表示水体受到污染，未达到水质标准；Ci数值越大表示流域水体受污染越严重.内梅罗污染指数评价法根据内梅罗标准污染指数结果划分水质类别，Pj<0.55表示水质清洁，未受到污染；0.55≤Pj<0.69表示水质较清洁；0.69≤Pj<1.00表示水体受到轻微污染；1.00≤Pj<3.53表示水质受到中度污染；Pj≥3.53表示水质受到严重污染.

2 结果与讨论

2.1 水环境质量评价结果

2.1.1 单因子评价结果

经狄克逊检验法校验满足显著性差异小于5%的盐官下河流域“十三五”期间(2016—2020年)，3个断面综合水样的DO、NH3-N、TP、BOD5和COD共5个水质指标对照Ⅲ类水对应的标准值Si，计算出该污染物的相对污染指数Ci，结果见表1.

表1 2016—2020年各断面各污染物的相对污染指数Tab.1 Relative pollution indexes of pollutants at each section from 2016 to 2020

由表2可知，在“十三五”期间，1#断面的NH3-N、TP、BOD5虽出现不同程度的超标情况，但水质趋于逐年改善.其中，NH3-N、BOD5和TP污染指数分别由1.571、1.269和1.307降至0.828、0.923和1.192，水质提升.2#断面除2016年有超标外，其他年份各项指标均满足地表水Ⅲ类标准.其中，DO污染指数由1.078降至0.401；NH3-N污染指数由1.496下降为0.148，下降幅度高达90.1%；TP污染指数由1.216降至0.742；BOD5污染指数由1.346变为0.681.3#断面除2016年存在NH3-N和BOD5轻微超标情况，其他指标均达到地表水Ⅲ类标准.其中，NH3-N污染指数由1.105降至0.329，下降幅度达70.2%；BOD5污染指数由1.071降至0.836.结果表明，“十三五”期间，海宁在强化区域农业面源管理后，各断面污染情况均有好转，NH3-N指标尤为明显，污染指数降幅均高于45%，水环境质量状况明显提升.

2.1.2 内梅罗污染指数法评价结果

1#断面和2#断面各水质指标监测数据比较，差异有统计学意义(P<0.05)；2#断面和3#断面各水质指标监测数据比较，差异无统计学意义(P>0.05)；监测期间的水质数据符合统计学意义.利用内梅罗污染指数评价法公式分别计算2016—2020年3个断面每年的内梅罗综合污染指数Pj，并根据污染等级划分标准，划分出相应的污染等级和每个断面每年的污染状况，结果见图2.

由图2可知，2016—2020年盐官下河流域1#、2#和3#断面的Pj值总体呈下降趋势，水环境质量均有不同程度的提高.其中，1#断面虽到2020年水质仍处于中度污染状态，但5年来水质日渐改善，Pj值由1.445降至1.192，下降幅度为17.5%；2#断面的Pj值由1.363降至0.759，下降幅度为44.3%，由中度污染转为轻度污染；3#断面的Pj值由1.049降至0.798，下降幅度为23.9%，由中度污染转为轻度污染.从各断面Pj均值来看，1#断面水质污染最严重，其次是3#断面，2#断面水质污染程度最小.结果表明，“十三五”期间盐官下河河段下游水环境质量相对上游有提升，污染指数逐年下降，整体水环境质量改善较为明显，但仍需继续强化水环境治理工作.

图2 2016—2020年各断面内梅罗污染指数Fig.2 Nemerow pollution index of each section from 2016 to 2020

综上所述，两种评价方法均表明1#断面水环境污染最为突出，但盐官下河整体水环境质量明显改善.1#断面水质较差主要是因为流域内工业化水平相对较高，农业面源污染、少量企业排污及河道上游过境水环境质量较差等因素破坏了盐官下河上游水环境[18].单因子评价法的结果表明，截至2020年，除1#断面的TP相对污染指数超标外，其他指标均已达到Ⅲ类水水质标准.TP超标主要原因在于农村面源污染问题依旧突出.内梅罗污染指数评价法表明，截至2020年，1#断面仍处于中度污染水平，且年际间水环境治理效果并不显著.今后需加大对1#断面的治理力度，尤其是TP污染物的治理，探索长效管理机制，以便进一步改善水质[19].

2.2 水质健康风险评价

按照健康风险评价计算公式，假定以区域人均寿命80岁、人均体质量60 kg、日饮水量2 L计，在计算盐官下河水源地水质指标的非致癌健康风险评价结果基础上，将盐官下河水源地各监测断面的水质指标非致癌健康风险值绘制成图3，同时水质污染物所致健康危害的个人致癌风险可接受最大值采用国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的5.00×10-6/a标准开展健康风险评价.

图3 2016—2020年盐官下河各断面健康风险值Fig.3 Health risk values of Yanguanxia River sections from 2016 to 2020

“十三五”期间，盐官下河单项水质指标的非致癌物通过饮水途径的健康风险为9.83×10-11/a～1.55×10-9/a.各单项水质指标中，TP的健康风险为6.35×10-10/a ～1.55×10-9/a，3个断面的平均风险值分别为1.40×10-9/a、8.37×10-10/a和9.76×10-10/a，其中1#断面最高(1.55×10-9/a)，2#断面最低(6.35×10-10/a).NH3-N的健康风险为6.10×10-11/a ～6.75×10-10/a，3个断面的平均风险值分别为4.63×10-10/a、2.10×10-10/a和3.31×10-10/a，其中1#断面最高(6.75×10-10/a)，2#断面最低(6.10×10-11/a).COD的健康风险为9.83×10-11/a ～1.43×10-10/a，3个断面的平均风险值为1.29×10-10/a、1.12×10-10/a和1.08×10-10/a，其中1#断面最高(1.43×10-10/a)，3#断面最低(9.83×10-11/a).全流域总健康风险值为7.94×10-10/a ～2.37×10-9/a，平均为1.52×10-9/a.

此外，在非致癌物总健康风险值中，TP指标占比最大(超过70%)，其次是NH3-N指标，COD指标最小.可见造成水体富营养化的氮、磷污染物也是饮用水主要的健康风险源.因此，对富营养化指标较高的水源地需要重点关注TP和NH3-N指标的控制以降低健康风险水平[20].整体而言，“十三五”期间盐官下河水水源地的健康风险值低于国际组织推荐的标准，风险水平呈现下降趋势，饮用水水源地的健康风险较小，但仍需重点关注TP和NH3-N等水体富营养化指标的管理，确保饮用水源地水质的健康风险.

3 结论

1)单因子评价结果表明，“十三五”期间，NH3-N和TP为盐官下河的主要污染物，各监测断面均存在不同程度的污染.5年内，除1#断面TP仍未达标外，水质监测1#断面、2#断面和3#断面的各项水质指标均满足Ⅲ类水质要求，其中3个断面的NH3-N污染指数分别由1.571、1.496、1.105降至0.828、0.148、0.329，流域水环境质量有所改善.

2)内梅罗污染指数评价结果表明，“十三五”期间盐官下河河段整体水环境质量改善明显，其中1#断面、2#断面和3#断面的Pj值分别由1.445、1.363、1.049降至1.192、0.759、0.798.2#断面和3#断面水环境质量由中度污染降至轻度污染，1#断面水质虽有改善，仍处于中度污染.虽然流域总体水质有所提高，但农业面源管理和减排工作仍需加强.

3)水质非致癌健康风险评价结果表明，3个断面的平均风险值分别是1.29×10-10/a、1.12×10-10/a和1.08×10-10/a，其中1#断面最高，3#断面最低.全流域总的健康风险值平均为1.52×10-9/a.盐官下河流域水源地水质健康风险低于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的标准，但仍需加强氮、磷等水体富营养化物质的控制，以期进一步降低饮用水源地健康风险.