大佛寺地表饮用水源地水质健康风险综合评价及保护对策分析

黄 亿,吴 艳，袁 泉，张绍斌

(1.四川省巴中生态环境监测中心站，四川 巴中 636000;2.巴中市生态环境局，四川 巴中 636000)

引 言

饮用水源地水质评价是合理开发利用水资源和保护水源地环境的重要工作，通过对水质监测数据客观、准确、合理地评价，给出定量结论可为水环境管理和决策提供理论依据。目前，我国饮用水水源地水质评价主要采用单因子评价法[1]、污染指数评价法[2]、主成分分析法[3]、模糊评价法[4-5]等。单因子评价法因其简单直观、易于操作，是我国饮用水源水质评价的推广性方法。但单因子评价法不考虑水体实际情况和地区差异，各指标均取相同权重，以单项指标最差项水质来判定饮用水水源地是否达标，并不能保证其科学性与合理性。目前我国饮用水源水质评价主要执行《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002) 和《地下水质量标准》(GB/T 14848-1993) 中Ⅲ类水质标准或标准限值，水体污染物对人体健康影响的研究较少。已有水质健康风险评价主要集中在几种特定金属类污染物[6-7]，缺乏水体中不同类别污染物对人体健康风险的综合评价。因此，本研究针对巴城大佛寺地表饮用水源地的环境和应用功能，采用“类别因子评价法”，将评价指标分为感官指标、综合指标和毒理指标等3个类别，将水质健康风险评价理念融入综合污染指数法中，对巴中市大佛寺集中式生活饮用水源地进行水质健康风险综合指数评价，以期能为巴中城市饮用水源地水质评价工作提供理论支撑和技术指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

大佛寺集中式饮用水水源保护区地处四川省东北部巴中市巴州区，取水口中心经度为106°44′44.4″，中心纬度31°53′46.40″，所属河流为渠江(南江，巴河)，属嘉陵江流域。巴城大佛寺集中式饮用水水源于1998年建成，2002年正式取水，设计取水能力6.8万m3/d，实际取水量为4.1万m3/d，取水量保证率为100%，服务人口为40万。巴中市巴州区属亚热带湿润性季风气候，年平均气温17℃，多年平均降雨量为1 117.9mm，降雨年际变化较大，降雨多集中在6～9月，春季雨水适中，下家降雨丰沛，秋冬少雨。因此，将该断面取水点1月、2月、12月份划分为枯水期，3月、4月、10月、11月定为平水期，5月、6月、7月、8月、9月为丰水期。巴城大佛寺集中式饮用水源地水源类型为河流型，主要承担着主城区生态、景观、排涝和防汛等重要功能，2018年取水量为2 045万t，无超采情况。

1.2 数据来源

按照水质采样方案设计技术规定(HJ495-2009)监测布点规范的要求，综合考虑该断面的水面宽度和水深程度，本研究于2018年1月至2018年12月在大佛寺集中式生活饮用水源保护区取水口取水面下0.5m处水样进行实验，采样频率为每月一次，于每月初进行。监测项目包括《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1和表2的29项目。监测项目分析方法及检出限见表1。

表1 水质监测分析方法

续表1

1.3 水质健康风险评价方法

1.3.1 评价指标类别划分

本研究针对不同水质指标的健康风险特征将评价指标分为感官指标、综合指标和毒理学指标等3类[8-9]。感官指标为污染物含量在不产生毒害作用的情况下也会导致人体感官不快的指标，此类污染物经过简单或者常规的物理、化学处理可以达到饮用水要求，主要包括溶解氧、铁、锰、铜、锌、挥发酚、石油、阴离子表面活性剂、硫化物、硫酸盐、氯化物，共计11项。综合类污染物主要反映水体的有机污染、微生物及富营养化状况，此类污染物本身没有毒害，主要包括高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、粪大肠菌群，共计7项；毒理学指标指对人体健康危害明显或存在长期危害，且目前水厂处理工艺难以去除的氟化物、重金属、挥发性与半挥发性有机物等污染物。因此，本研究的评价指标类别划分见表2。

表2 评价指标类别的划分

1.3.2 健康风险综合指数法

1.3.2.1 水质标准分级

《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定集中式生活饮用水地表水源地一级保护区水质应符合Ⅱ类水标准，且不能超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表2中集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值。因此，理论上则认为当水质达到Ⅱ类且低于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表2中集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值水体的饮用水源地对人体健康造成风险程度在可接受的风险范围，不会对人体的健康造成风险。继而将基本项目Ⅱ类标准限值或补充项目标准限值的1/4为优、1/2为良、达到Ⅱ类标准为合格、超过Ⅱ类标准的50%以内为差、超过Ⅱ类标准的50%以上为劣，据此将集中式生活饮用水地表水源地一级保护区水质分为五个等级，具体水质标准分级见表3。

表3 各污染物水质标准分级浓度

1.3.2.2 单项指标的健康风险指数计算

(1)当评价项目i的监测值Ci处于标准分级值Cink和Cink+1之间时，单项指数按公式

式中，Ci：i指标的实测浓度；

Cink：i指标的k级标准浓度；

Cink+1：i指标的k+1级标准浓度；

Iink：i指标的k级标准指数(i=1,2,...5)。

(2)若该项目监测值为未检出，则评价指数Ii=0；若该项目监测值大于所给标准，则评价指数Ii=5。

1.3.2.3 同类污染物的健康风险指数的计算

取各单项指数的算术平均值为各类污染物的分类指数值。按如下公式计算：

1.3.2.4 健康风险综合指数的计算

对三类污染的分类指数进行加权得到的值为健康风险综合指数。按如下公式计算：

RWPI=W1×P1+W2×P2+W3×P3

式中，W1、W2、W3分别为感官类、综合类、有毒类污染物的健康风险权重；

P1、P2、P3分别为感官类、综合类、有毒类污染物的健康风险指数。本研究综合借鉴陈仁杰[10-11]和韩梅等[12]人的权重赋值方法同时兼顾饮用水源地水质健康风险特征，将感官类、综合类、有毒类污染物的健康风险权重分别取为0.2、0.3和0.5。

1.3.2.5 确定评价类别

根据健康风险综合指数，依据表4对水质污染程度进行分级和确定评价类别。

表4 健康风险综合指数分级及评价

2 结果与分析

2.1 不同污染物的监测结果

从表5可知，大佛寺监测断面感官类和毒理类各污染物浓度值均较低，属于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅰ类水标准。综合类污染物除总氮浓度属于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ外，其余指标均未超出Ⅱ类标准。

表5 不同水期各污染物的浓度情况

2.2 水质安全评价结果

由表6可见，三大类污染物的评价指数综合类>感官类>毒理类，说明对于该断面而言，综合类污染物对该断面的水质影响较大，其次为感官类，毒理类污染物的影响最小。从表6还可看出，感官类污染物评价指数和毒理类污染物评价指数不同水期变化差异不显著，而综合类污染物评价指数枯水期、平水期和丰水期之间呈显著性差异，且表现为丰水期显著大于平水期大于枯水期，表明在综合类污染物影响下，该断面水质不同时间段水质变化大。不同水期的水质健康风险综合指数值均小于1，年均值为0.79。由此可见，该断面2018年的水质健康风险评价结果为优，水质清洁，基本没有健康风险。

表6 水质健康风险评价结果

2.3 综合类污染物各指标与水质健康风险综合指数的关系

水质安全评价结果表明：不同水期，综合类污染物对该断面的水质影响最大，枯水期、平水期和丰水期综合类污染物评价指数分别高达1.92、2.32、2.78。因此本研究进一步探讨综合类污染物指标与水质健康风险综合指数的关系。以水质健康风险综合指数为因变量，以综合类污染物共计7项指标为自变量，用DPS数据处理系统进行逐步回归分析。逐步引进显著并剔除不显著效应的自变量，得到最优回归方程为Y=0.458487484+0.07565873897*X1+0.6446971564*X4+0.00003397086134*X5+2.5133533078*X6-0.08137215077*X7(R2=0.985702，p<0.01，Durbin-Watson统计量 d=2.07471053)，剩余通径系数为0.11957。结合表7可知，化学需氧量、五日生化需氧量因其与水质健康风险综合指数的关系不显著被剔除，高锰酸盐指数、氨氮、粪大肠菌群、总磷、总氮浓度与水质健康风险综合指数呈极显著或显著相关关系，高锰酸盐指数浓度对水质健康风险综合指数的贡献率高达40.31%，氨氮、粪大肠菌群、总磷对水质健康风险综合指数的贡献率均在25%左右，总氮的贡献率最低。由此可见，在综合类污染物各指标中，高锰酸盐指数、氨氮和粪大肠菌群、总磷对该断面水质的影响最为直接，总氮对该断面水质的影响相对较小，化学需氧量、五日生化需氧量不是构成该断面水质形成的主要影响因素。

表7 综合类各污染物指标与水质健康风险综合指数的逐步回归分析结果

2.4 综合类污染物各指标数据变化

由综合类污染物各指标与水质健康风险综合指数的关系可知，化学需氧量、五日生化需氧量不是构成该断面水质形成的主要影响因素，因此该部分不再对化学需氧量、五日生化需氧量的监测数据进行分析。

由图1可见，高锰酸盐指数浓度值范围在1.0～5.4mg/L，全年均值为2.6mg/L，达到地表水环境质量标准中II类水标准。不同时间段高锰酸盐指数浓度表现为丰水期>平水期>枯水期。从统计数据看，枯水期、平水期、丰水期的高锰酸盐指数浓度的变异系数分别为0.33、0.46、0.47，表明水体的高锰酸盐指数在枯水期各月份浓度分布均衡，而在平水期和丰水期分布的差异较大，对水体污染程度差异明显。

图1 不同水期高锰酸盐指数浓度变化

由图2可见，全年氨氮浓度值范围在0.05～0.29mg/L，年均值为0.16mg/L，达到地表水环境质量标准中Ⅱ类水标准，年际变异系数为0.52，表明氨氮不同月份之间波动变化很大。从不同时间分布来看，氨氮浓度表现为丰水期>平水期>枯水期。丰水期氨氮浓度范围为0.11～0.29mg/L，变异系数为0.34，平水期氨氮浓度范围为0.05～0.27mg/L，变异系数为0.55，枯水期氨氮在0.05～0.2之间，变异系数为0.92，说明水体氨氮浓度在枯水期波动较大，平水期次之，丰水期的变化最小。

图2 不同水期氨氮浓度的变化

由图3可见，全年粪大肠菌群浓度在20～6502MPN/L之间波动，年均浓度为2370MPN/L，符合地表水环境质量标准中Ⅲ类水标准，不同水期之间的浓度表现为丰水期>平水期>枯水期。同时该指标浓度全年变异系数为0.87，说明各月份之间粪大肠菌群浓度变化较大。

图3 不同水期粪大肠菌群个数的变化

由图4可见，全年总磷浓度值范围在0.01～0.08mg/L，年均值为0.03mg/L，达到地表水环境质量标准中Ⅱ类水标准，年际变异系数为0.63，表明总磷不同月份之间波动变化很大。从不同时间分布来看，总磷浓度表现为丰水期>平水期>枯水期。丰水期总磷浓度范围为0.02～0.06mg/L，变异系数为0.57，平水期总磷浓度范围为0.02～0.05mg/L，变异系数为0.55，枯水期总磷在0.01～0.02之间，变异系数为0.47。

图4 不同水期总磷浓度的变化

由图5可见，总氮浓度值范围在0.85～1.91mg/L，全年均值为1.23mg/L，达到地表水环境质量标准中Ⅳ类水标准。不同时间段总氮浓度表现为平水期>丰水期>枯水期。从统计数据看，平水期、丰水期、枯水期的总氮浓度的变异系数分别为0.25、0.33、0.22，表明水体的总氮在枯水期各月份浓度分布均衡，而在平水期和丰水期分布的差异较大，对水体污染程度差异明显。

图5 不同水期总氮浓度的变化

3 污染防治对策

3.1 水源地污染源调查

3.1.1 点源污染

大佛寺集中式饮用水水源地一级保护区内没有无关建筑、道路穿越和排污口，无点污染源，但是上游场镇分布较多，其中部分场镇生活污水未经彻底处理与雨水一同排入区域地表水体，是综合类污染物对水质的影响大最直接的原因。上游河段乐坝镇存在中石油和中石化两个油库也是对大佛寺集中式饮用水源地水质健康的风险因素。上游河段存在青滩电站和石门电站，洪水季节泄洪时会增加下游河段的水量和底泥。二级保护区内加油站和驾校已按照要求搬离了引用水源保护区，原有的建筑设施已全部拆除，但两地均并未完成建筑垃圾清理和生态恢复。尤其是加油站建筑拆除后的建筑垃圾仍大量堆放在原地，有的甚至冲刷到河边。

3.1.2 面源污染

经走访调查发现，大佛寺饮用水源地二级保护区内存在散居农户和道路穿越，因此生活污水、固体废物、化肥施用及农田灌溉是一个较大的水质健康风险因素。值得一提的是，高锰酸盐指数和氨氮均表现为丰水期>平水期>枯水期，可能很大程度上是由于散居农户的生活污水和农田灌溉水在多雨季节随地表径流汇入了地表水体导致的。同时，跨河段桥梁公路两旁缺乏桥面径流的收集设施，桥面初期雨水是各跨河段桥梁运营期产生的非经常性污水，随桥面径流汇入河段中易导致水中的pH、悬浮物和石油含量升高。当运输危险品的车辆通过大桥时，因发生交通事故而造成有毒有害物质翻车或泄漏，直接向河内流淌或散落，将对水质和生态环境产生较大影响。

3.2 水源地监控和监测能力调查

大佛寺集中式饮用水水源有1套在线监测设备，监测位置距离巴城大佛寺水源地一级保护区边界1600m。监控指标为6项(监测项目为常规五参数：温度、pH、溶解氧、电导率、浊度和生物毒性项目监测)，频次为4h每次；视频监控2个，即站房内1个，取水口处1个。依托市环境监测中心站和市环境监察执法支队，有专业人员进行监测分析工作。

3.3 水源地保护对策及建议

3.3.1 加强跨河桥段营运期废水收集

一是加强大桥运行交通管理，设置交通警示牌和宣传标牌引起车辆驾驶员注意，控制车速，加密防撞墩，减少因交通事故发生而引起的水域污染。二是在二级保护区内利用道路水沟设置事故导流槽、增设应急抢险池，将事故废水导流至桥下足够容积的事故池，将事故废水处理达标后排放，防止危险化学品事故性泄漏直接排入水体。三是采取路面截污措施，设置污水收集管网将道路路面初期污水及雨水进行有效处置。

3.3.2 强化场镇污水处理设施建设

一是开展农村环境综合整治，完善居民聚居点生活污水收集处理设施，规范完善散居农户用化粪池，禁止生活污水排放。尤其是枣林镇污水处理站排污口距离水源地二级保护区较近，建议将场镇处理后的污水经管网排入饮用水源下游或直接进入巴城城市污水管网进行统一处理。二是建设居民聚居点生活垃圾收运设施，将生活垃圾统一收集后，运至保护区外进行无害化处理。三是尽快完成二级保护区加油站及驾校的土地平整和生态恢复。

3.3.3 科学引导区域水环境管理与风险防范

一是不断完善在线监测设备，确保水质自动监测系统稳定运行，对饮用水源地的水质状况实时动态在线监测。二是编制油品、有毒有害物质泄漏事故应急预案，详细制定预防和事故处理措施，定期组织饮用水源突发环境污染事故应急演练，储备应急物资，有效提升油库及跨河桥段的水环境风险防控和突发事件应急监测能力。三是大力加强环境监测队伍和能力建设，加大饮用水源监测投资力度，完善应急监测设备。四是成立应急专家库，不断提升饮用水源突发环境污染事故应急处置能力和效率。

4 结 论

4.1 大佛寺监测断面感官类和毒理类各污染物浓度属于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅰ类水标准，综合类污染物各项指标均未超出Ⅱ类标准(总氮除外，属于Ⅳ标准)。

4.2 大佛寺断面水质健康风险综合指数年均值为0.79，水质健康风险评价结果为优，水质清洁，基本没有健康风险。

4.3 综合类污染物对该断面的水质健康风险的评价结果影响最大。高锰酸盐指数、氨氮、粪大肠菌群、总磷对该断面水质的影响最为直接，总氮对该断面水质的影响相对较小，化学需氧量、五日生化需氧量不是构成该断面水质形成的主要影响因素。

4.4 为了更好的保护巴中城市饮用水源，结合水质综合评价结果与区域现状，大佛寺地表水水源地污染防治工作重点需加强跨河桥段营运期废水收集、强化场镇污水处理设施建设、科学引导区域水环境管理与风险防范。