清水河水环境污染物通过饮水途径对男童所致健康风险研究

开晓莉，张维江，张宇正，褚金镝

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

水环境安全直接关系到国家的经济安全和社会政治稳定，已成为关系到生存与发展的战略问题[1]。环境污染所产生的健康风险正在制约着我国经济社会又好又快地发展。饮水途径是饮用水中有毒有害物质进入人体的重要暴露途径，虽然各种毒物在人们日常饮用水中含量很低，但长期低剂量暴露将会对人体健康造成严重伤害[2]。儿童是国家和社会的未来，日益严重的环境污染严重威胁着儿童健康。儿童相比成人每公斤体重摄入的污染物较多，同样的环境污染物暴露剂量对儿童会产生更严重且持久的损害[3-4]。有研究表明[5-7]，由于男童血细胞相对较高，骨骼占体重比例高，比较活泼好动，暴露在污染环境中的机会较多，饮食、饮水量普遍比女童大，相同的污染环境男童比女童的血镉、血铅水平及砷等化学污染物的摄入量相对较高，中毒率也高，可见男童对有毒有害化学污染物更具易感性，因此选择对研究区域水环境污染物通过饮水途径对男童所致健康风险更具代表性。饮水摄入率是饮用水暴露健康风险评价中最主要的暴露参数，其准确性直接决定着健康风险评价结果的可信度。然而我国在开展此方面评价时，往往采用国外发布的饮水摄入率，可能会造成较大的偏差，而且我国的人群饮水摄入率因地区和民族也会有较大差异[8]，因此调查研究并获得能够代表研究区域男童饮水摄入率具有极其重要的意义，切合当前环境健康研究及水环境管理的迫切需求。我国环境健康风险评价研究始于20世纪90年代，国内学者对其进行了探索性研究，并应用于饮用水源地等区域性水环境健康风险评价[9-12]，主要是借鉴国外已有的饮水摄入率对污染物通过饮水途径所致成年人平均化健康风险进行研究，将饮水摄入率本地化，且有针对性地研究污染物通过不同饮水途径对男童健康影响的程度非常少见。故本研究以宁夏清水河为研究对象，采用当地男童饮水摄入率，利用水环境健康风险模型，对水环境污染物通过各种饮水途径对男童所致健康风险进行系统研究，为清水河水环境安全管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

清水河位于宁夏回族自治区南部，是宁夏境内流入黄河最大、最长的支流，其发源于六盘山东侧山麓黑刺沟脑处，向北流经固原市原州区、西吉县、吴忠市同心县、红寺堡区及中卫市海原县、中宁县，最后于中宁县的泉眼山汇入黄河，是固原市的母亲河，河长320 km，流域面积14 481 km2，河道平均比降0.149%。近些年来，流量不断减小，表现出干旱半干旱河流的特点。清水河由南向北穿越了宁夏南部山区和中部干旱带的大部分地区，是宁夏生态环境脆弱、经济发展最落后、贫困人口最多的地区。选择该流域研究典型干旱、经济欠发达地区水环境具有较强的代表性。

1.2 样品的采集与测定

依据研究目标，并结合清水河流域的地理位置、水文特征及水环境特点，使用GPS定位，选择7个有代表性的部位布置采样断面，采样断面涵盖了清水河流域的各主要节点及入黄河口(具体分布见图1)。选择清水河汛期(2012-2016年每年5月)进行采样，检测As、Cd、NH3-N、CN、挥发酚、Hg、Pb、Cu、Fe、Zn、Mn及氟化物等12种化学污染物。水样的采集、保存及质量保证措施均按照《环境监测技术规范》和《环境水质监测质量保证手册》的技术要求执行，分析方法按照国家相关水质标准和《水和废水监测分析方法》(第4版)进行。

图1 采样点位置Fig.1 Sampling point position

1.3 健康风险评价模型

健康风险评价是20世纪80年代以后发展起来的，将环境污染与人体健康联系起来，综合了污染物危害程度、暴露水平、暴露时间等因素[13]，定量描述环境污染对人群健康的危害，估算有害因子对人体危害发生的概率[14]。很多学者根据不同污染物对人体的危害效应建立不同类型健康风险评价模型[15-17]。目前，国内外研究水中有毒物质通过饮水途径对人体健康造成的危害一般采用美国环境保护局(USEPA)[18,19]推荐的模型。假定每种化学物质对人体健康危害的毒性作用呈相加关系，则水环境污染物通过饮水途径所致健康危害风险R可表示为：R=Rc+Rn，其中Rc和Rn分别为致癌物、非致癌物通过饮水途径所致健康风险。

(1)

(2)

式中：SFi为致癌物i的致癌强度系数，mg/(kg·d)；RfDi为非致癌物i的饮水途径参考剂量，mg/(kg·d)；L为人均寿命，a；θ为饮水摄入率(每日平均饮水量)，L；Ci为化学污染物的质量浓度，mg/L；W为人均体重，kg。

1.4 模型参数的确定

饮水暴露参数是指人体经口暴露各种类型水的强度、频率和持续时间，是饮水健康风险评估中的主要参数。在水中污染物浓度准确定量的情况下，饮水暴露参数的取值越接近于目标人群的实际暴露状况，健康风险评价的结果愈准确[20]。饮水摄入率即日均饮水量，是最主要的饮水暴露参数，包括直接摄入率(直接饮水)和间接摄入率(如通过饮食、洗浴等过程的暴露)。清水河是固原市农村人饮的重要水源。基于此，本研究针对固原市100余名男童(城乡各半，分布在各年龄段)采用抽样问卷调查和实际测量的方法，于2017年5-7月15名调查员深入居民家庭对调查对象的一日三餐及三餐之间的直接饮水和间接饮水(冲的牛奶、粥、汤、汤面条、米饭、馒头等)进行了详细调查。为了保证调查质量，在调查过程中对10%的被调查者进行了平行问卷调查，并对调查过的部分内容进行了重复调查，用统计分析软件对调查数据进行了描述性统计分析，并采用非参数的检验方法进行了差异性检验，对于有缺项或者有明显逻辑检验错误等质量不符合要求的问卷不进行统计分析。

间接饮水摄入率的计算可根据调查、实测的数据以及食物的含水率进行计算，其中面条、馒头、米饭的含水率分别在20%～25%、42%～47%、57.12%～67.22%之间[21,22]，在计算过程中面条、馒头、米饭的含水率取其平均值(分别为22.5%、44.5%、62.17%)进行计算。经过测量，粥、汤、汤面条的含水率分别在85%、85%、70%以上，在含水量计算过程中取其最低值进行计算。根据以上的数据和计算模型得出研究区域男童的夏季饮水摄入率(见表1)，可以看出城市男童的直接、间接及总液体摄入率均高于农村男童，其原因可能是由于城市平均气温比农村要高，气温升高促进了机体的饮水量增加，另一方面城市儿童大部分时间待在室内，饮水更具有便利性，而且城市居民照顾儿童生活更加细致，使儿童的饮食更具规律性。城市男童的直接和间接饮水摄入率占总液体摄入率的60%和40%，农村男童为64%和36%，而且城乡男童对各种饮食的饮水摄入率也不同，由此可见同一区域男童饮水摄入率受城乡、饮食、生活习惯等因素的影响而不同。

本研究所得男童每千克体重总液体摄入率89.7 mL/(kg·d)比美国56 mL/(kg·d)和加拿大47 mL/(kg·d)同龄儿童总液体摄入率要高[23]，主要因为饮食习惯的巨大差异，美国、加拿大等国家儿童总液体摄入率几乎取决于直接饮水摄入率。研究区域男童总液体摄入率(1.549 L/d)和直接饮水摄入率(0.959 L/d)算数均值均高于河南泌阳地区男童总液体摄入率(1.128 L/d)和直接饮水摄入率(0.437 L/d)，但间接饮水摄入率(0.590 L/d)低于河南泌阳地区男童间接饮水摄入率(0.691 L/d)[8]，由于研究区域地处黄土高原暖温半干旱气候区，天气干燥，男童在夏季的饮水量相对较高。通过以上研究表明饮水摄入率受区域、城乡、饮食、生活习惯等影响而存在明显的差异性，如果在研究过程中直接引用国外或者其他区域的饮水摄入率则会使水环境健康风险评价结果产生较大的偏差。

污染物的系数可采用US EPA[24]已公布的非致癌参考剂量和致癌强度系数(见表2)。人均寿命L根据《中国统计年鉴2012》取2010年预期期望寿命，男、女性分别为71.31和75.71。

表1 固原市男童体重和夏季饮水摄入率Tab.1 The weight and summer drinking water intake rate of boy in Guyuan city

表2 模型参数SF和RfD值 mg/(kg·d)

2 结果与讨论

2.1 2012-2016年清水河汛期水质分析

清水河水样中12种化学污染物浓度范围及特点主要有：2012-2016年汛期7个研究断面As、Hg的浓度均未超过最低检出限(0.000 5和0.000 02 mg/L)，其他污染物在一些断面有检出，其浓度值见表3。对照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，清水河贺家湾水库和二十里铺断面的水质均达到Ⅱ类水质标准，原州的水质达到Ⅲ类水质标准，一些断面NH3-N(沈家河水库、韩府湾、王团、泉眼山)、挥发酚(沈家河水库)、氟化物(沈家河水库、韩府湾、王团、泉眼山)、Cd(韩府湾、王团、泉眼山)及Pb(王团、泉眼山)的浓度超过地表Ⅲ类水质标准，其他均符合地表Ⅲ类水质标准。由此可见，清水河从源头流经的途中水质受到了污染。

2.2 清水河水环境健康风险评价

为了比较分析污染物通过不同饮水途径对男童健康影响的特点，在健康风险评价过程中，污染物浓度低于最低检出限的取其最低检出限，利用US EPA推荐的暴露计算方法和评价模型，采用本研究得出的固原市男童饮水摄入率，对其进行水环境健康风险评价和分析。

2.2.1 化学污染物通过饮水途径所致健康风险五年平均值

从表4可以看出，清水河12种化学污染物通过各种饮水途径对男童健康危害的个人年风险五年平均值特点主要有：①致癌物、非致癌物、12种化学污染物通过各饮水途径所致健康风险的数量级分别在10-6～10-5、10-9～10-8、10-6～10-5a-1之间，均未超过美国环境保护署(US EPA)[25]推荐的最大可接受风险水平1×10-4a-1，但在泉眼山断面致癌物、12种化学污染物通过总液体摄入途径对城市男童所致健康风险超过了国际辐射防护委员会(ICRP)[25]推荐的最大可接受风险水平5×10-5a-1；②无论是城市男童还是农村男童，直接、间接、总液体摄入途径：致癌物>非致癌物，同一人群总风险和致癌物风险的数量级一致；③致癌物、非致癌物、12种化学污染物对男童所致健康风险：总液体摄入>直接饮水>间接饮水；④流域7个研究断面，非致癌物通过直接、间接、总液体摄入途径对男童所致健康风险大小均为：泉眼山>沈家河水库>王团>韩府湾>原州>二十里铺>贺家湾水库，致癌物、12种化学污染物通过直接和间接饮水途径对男童所致健康风险大小均为：泉眼山>韩府湾>王团>沈家河水库=原州=二十里铺=贺家湾水库，致癌物、12种化学污染物通过总液体摄入途径对男童所致健康风险大小分别为：泉眼山>韩府湾>王团>沈家河水库=原州=二十里铺=贺家湾水库，泉眼山>韩府湾>王团>沈家河水库>原州=二十里铺=贺家湾水库；⑤对于不同的男童群体：每个研究断面致癌物、非致癌物、12种化学污染物通过各种饮水途径所致健康风险大小均为：城市男童>农村男童。

表3 2012-2016年清水河汛期7个研究断面的水质指标浓度 mg/L

注：As、Cd、CN、挥发酚、Hg、Pb、Cu、Fe、Zn、Mn的最低检出限分别为：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 化学污染物通过饮水途径所致健康风险五年平均值 a-1

2.2.2 化学污染物通过饮水途径所致健康风险流域平均值

从表5可以看出，2012-2016年清水河12种化学污染物通过各种饮水途径对男童所致健康风险流域平均值的特点主要有：①致癌物、非致癌物、12种化学污染物通过直接、间接、总液体摄入途径所致健康风险均未超过5×10-5a-1，各种饮水途径：致癌物>非致癌物，致癌物、非致癌物：总液体摄入途径>直接饮水途径>间接饮水途径，城市男童>农村男童；②整个流域非致癌物通过直接、间接、总液体摄入途径对男童所致健康风险均为：2016年>2012年>2013年>2014年>2015年，致癌物为：2013年>2015年>2012年=2014年=2016年，12种化学污染物通过直接、间接饮水途径对男童所致健康风险为：2013年>2015年>2012年=2014年=2016年，总液体摄入途径：2013年>2015年>2016年=2012年>2014年(城市男童)，2013年>2015年>2016年>2012年=2014年(农村男童)。

表5 化学污染物通过饮水途径所致健康风险流域平均值 a-1

从清水河水环境健康风险评价结果可以看出，在同样的污染背景下，不同男童群体面临的健康风险有所不同，主要体现在：①各种化学污染物通过各种饮水途径对城市男童所致健康风险均高于其对农村男童所致健康风险，主要因为城市男童的各种饮水摄入率均高于农村男童；②化学污染物通过直接、间接饮水途径对城市男童所致健康风险占总液体摄入途径所致健康风险的比例分别为60%和40%，农村男童为64%和36%，和饮水摄入率的构成一致，这说明不同的人群所受健康风险的构成也不同，主要取决于饮水摄入率的构成。从而说明在进行区域水环境健康风险评估时，需要采用本地人群饮水摄入率，且尽可能考虑到所有的饮水和饮食途径，以减少评价结果误差，降低不确定性。本研究的评价结果存在一定程度的不确定性，主要来自于：①污染物浓度分布的不确定性，主要受流域水量的季节变化影响；②评价中未考虑放射性物质对男童健康危害的风险；③男童饮水摄入率的研究过程中也存在一定程度的不确定性。

通过上述研究可以看出，无论从汛期水质分析，还是流域水环境健康风险评价，研究结果都表明清水河从其发源地流经途中，水环境受到了污染。清水河水污染主要是由于近年来流域城镇生活污水处理设施建设滞后，市区和沿岸村镇污水收集管网不完善，部分淀粉加工废水不能达标排放，一些企业深度治理进展缓慢，畜禽养殖场废水处理设施不全。因此，清水河流域应增加城镇生活污水处理能力和尾水深度净化能力，加大对重点行业水污染和村庄生活污染的治理力度，强化沈家河水库库区整治和生态基流保障，取缔整治流域沿线排污口，将工程措施与管理措施相结合、污染治理与生态修复相结合，加强清水河流域水环境综合治理。

3 结论与建议

(1)依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的标准限值，清水河汛期上游3个研究断面水质相对较好，达到三类及以上水质，中下游4个研究断面NH3-N、挥发酚、氟化物、Cd及Pb的浓度超过水质标准限值，而As、CN、Hg、Cu、Fe、Zn及Mn的浓度均未超过水质标准限值，清水河从源头流经的途中水质受到了污染。

(2)对男童夏季饮水摄入率研究表明，城市男童的直接、间接及总液体摄入率的算数均值分别为1.013、0.669、1.682 L/d，均高于农村男童(0.904、0.511、1.415 L/d)，且男童每千克体重总液体摄入率高于美国、加拿大儿童，和河南泌阳地区男童的饮水摄入率的大小和构成也有所不同。饮水摄入率受区域、城乡、饮食、生活习惯等影响而存在明显的差异性。

(3)清水河水环境健康风险评价结果表明，在同样的污染背景下，流域不同男童群体面临的健康风险水平和构成不同，主要取决于饮水摄入率。化学污染物通过饮水途径所致健康风险：城市男童>农村男童，致癌物>非致癌物，总液体摄入>直接饮水>间接饮水。致癌物、非致癌物、12种化学污染物通过各饮水途径所致健康风险的数量级分别在10-6～10-5、10-9～10-8、10-6～10-5a-1之间，且总体上从源头到黄河入河口在逐渐增大，下游为重点控制区域，泉眼山为重点控制断面，但整个流域水环境质量总体上在逐年好转。

清水河是宁夏境内流入黄河最大的支流，也是固原市的母亲河，其水体有些污染物能够达到水质目标但却存在潜在的健康风险，应采取必要措施减少低剂量暴露导致的健康损害。在进行饮水途径暴露评估时，不仅要准确监测水环境污染物的浓度，也要重视人群饮水摄入率的调查研究。通过本研究可出看出，男童作为有毒有害物质的易感、高风险人群，其饮水暴露参数的研究和健康风险评价应引起重视，研究人员、政策制定者及社会的方方面面都应当关注环境问题，保证男童的健康成长和社会的可持续发展。

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