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摘要 根据2011—2015年湘江株洲段水质监测资料，对朱亭、枫溪、白石和霞湾4个水质断面的环境健康风险状况进行评价。结果表明：①躯体毒物质的个人年风险大小排列为氟化物、铜、铅、氨氮、汞、氰化物、酚，而基因毒物质的个人年风险大小排序为砷、六价铬、镉；②基因毒物质所产生的健康风险远超过躯体毒物质，基因毒物质为各断面的优先控制污染物，氟化物为躯体毒物质中优先控制污染物；③“十二五”期间，4个断面经由饮水途径所致健康危害的个人年总风险，均超过国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的最大可接受值。该评价结论对于指导湘江株洲段水环境风险管理具有参考价值。
关键词 健康风险评价；水环境；湘江
中图分类号 X820.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）13-0052-04
Water Environmental Health Risk Assessment for Zhuzhou Reach in Xiangjiang River during the Period of the 12th Five-year-plan
SHI Yong
（Zhuzhou Planning and Design Institute，Zhuzhou， Hunan 412000）
Abstract Water environmental health risk assessment for Zhuzhou Reach in Xiangjiang River was conducted based on the water environment health risk analysis model and monitoring date during the years of 2011-2015. The result shows that： ①Ranking of average risk deriving from non-gene toxic substances via drinking water was fluoride， Cu， Pb， NH3， Hg， cyanide， hydroxybenzene， and the ranking of average risk due to gene toxic substances via drinking water was As， Cr6+， Cd on the whole. ②Health risk for individual person caused by gene toxic substances was far greater than that of non-gene toxic substances. Therefore， gene toxic substances should be afforded prior attention. As for non-gene toxic substances， fluoride was the highest priority pollutant among the 4 controlling sections for water quality in the Zhuzhou Reach of Xiangjiang River. ③Total heath risk caused by all pollutants for the 4 sections during the period of the 12th five-year-plan was higher than the value recommended by ICRP. The results can provide important information for water quality management and protection in the Zhuzhou Reach of Xiangjiang River.
Key words Health risk assessment；Water environment；Xiangjiang River
湘江株洲段长度89.6 km，流域面积2 055 km2，自王十万乡入境向北，流经株洲县和市区，至马家河出境。自20世纪60年代，湘江就成为株洲市区工业废水和城市居民生活污水的受纳水体，而株洲市企业和居民的生活用水大部分取自湘江。为了监控湘江的水质，株洲段设有朱亭（交接断面）、枫溪（对照断面）、白石（控制断面）和霞湾（控制断面）4个例行监测断面，其中朱亭、枫溪和白石断面为省控断面，霞湾断面为国控断面。根据《湖南省株洲市环境质量报告书》（2011—2015年），通过对湘江株洲段4个监控断面水质监测资料进行水环境评价，“十二五”期间的平均污染指数均较“十一五”期间有所下降，但是对人体健康危害的风险程度却难以直观反映出来，目前对“十二五”期间湘江株洲段的水质健康风险研究鲜见报道。笔者根据2011—2015年湘江株洲段水质监测资料，对“十二五”期间该河段的水环境健康风险进行了定量评价和分析，旨在为湘江株洲段水环境风险管理提供决策依据。
1 水环境健康风险评价模型
水环境健康风险评价中，对人体健康有害的物质大致可分为放射性物质、化学致癌物和非致癌物，其中放射性物质和化学致癌物为基因毒物质，非致癌物为躯体毒物质。根据上述2类污染物质通过饮用途径对人体健康造成危害效應机理不同，可建立不同的风险评价模型[1-4]。
1.1 基因毒物质所致健康危害的风险模型
放射性污染物在水体中浓度极小，一般检测不出，因此，笔者在进行风险评价时仅考虑化学致癌物。则基因毒物质（饮用途经）健康危害风险模型为[1-4] 式中，Rcig、Dig分别为基因毒物质i对平均个人致癌年风险和单位体重日均暴露剂量[mg/（kg·d）]；Qig为基因毒物质i的致癌系数[mg/（kg·d）]；Ci为基因毒物质或躯体毒物质的浓度（mg/L）；70、60和2.2分别为评价区域内人平均寿命（a）、成人平均体重（kg）和成人平均每日饮水量（L）。
1.2 躯体毒物质对健康危害的风险模型
躯体毒物质（饮用途径）健康危害风险模型为[1-4]
式中，Rnig、Dig分别为躯体毒物质i的平均个人致癌年风险（a-1）和单位体重日均暴露剂量[mg/（kg·d）]；RfDig为躯体毒物质i的参考剂量[mg/（kg·d）]。
1.3 水环境健康风险评价总体模型
在一般水体中，特别是湘江株洲段为沿线居民生活饮用水水源地，各有毒物质浓度均很低，根据目前国内有关文献[3-10]的研究，可假定各有毒物质对人体健康的毒性作用为相加关系，则该研究中水环境总的健康危害风险R总风险可表示为
式（6）为水环境健康风险评价总体模型。
2 湘江株洲段水质健康风险评价
2.1 水质基本资料
该研究收集了“十二五”期间湘江株洲段的朱亭、枫溪、白石和霞湾4个断面5年的水质监测资料，并选取了危害人体健康的10种主要污染物质：六价铬、砷、镉、氨氮、铜、铅、汞、氟化物、酚和氰化物，以1年内多次采样的平均值作为该年的平均值，结果见表1。
2.2 评价参数选择
根据国际癌症研究机构（IARC）和世界卫生组织（WHO）编制的权衡化学物质致癌性可靠程度体系，在湘江株洲段10种主要污染物质监测项目中，六价铬、镉和砷属于化学致癌物，即基因毒物质；氨氮、铜、铅、汞、氟化物、酚和氰化物属于非致癌化学有毒物，即躯体毒物质。该研究中，化学致癌物的致癌强度系数和非致癌物质的参考剂量分别见表2、3[1]。
2.3 健康危害风险计算
根据健康风险评价模型、相关监测数据和评价参数，可以计算出“十二五”期间各年通过饮水途径，基因毒物质和躯体物质造成的健康危害风险，结果见表4、5。
为了更直观地反映各污染物的风险水平，可以采用直方图来表征计算结果。如“十二五”期末2015年各断面相应的健康风险水平见图1、2所示。
2.4 评价结果
从表4、图1、2可以看出，从单个基因毒物质来看，4个断面各化学致癌物由饮水途径所致健康危害最高的为砷，其次为六价铬，最低为镉。以2015年的霞湾断面为例，分别占该类年总风险的62.43%、36.29%及1.28%；从单个躯体毒物质来看，由饮水途径所致健康危害最高的为氟化物，其余各非致癌物的个人年风险大小排序为铜、铅、氨氮、汞、氰化物、酚。同样，以2015年霞湾断面为例，占该类年总风险分别为76.29%、10.61%、9.07%、3.01%、0.49%、0.40%及0.13%。
从表5可看出，与基因毒物质相比，躯体毒物质对人体健康危害的个人年风险可忽略不计。例如2015年霞湾断面处，躯体毒物质年风险为3.55×10-9 a-1，而基因毒物质对人体健康危害的年风险却高达1.18×10-4 a-1，因此各断面的水环境健康危害的总风险变化趋势必将由砷、六价铬和镉3种基因毒物所决定。
由表5可知，“十二五”期间湘江株洲段4个断面处，各污染有毒物质危害的个人年总风险均超过了国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的最大可接受值5.0×10-5 a-1，超标158～2.38倍，与瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受水平1.0×10-6 a-1相比，超标高达79～119倍。总体上看，水境健康危害总风险最大的断面为2011年的白石断面，其基因毒物质所致健康风险也最大，为1.19×10-4 a-1。
从表1和图3可以看出，“十二五”期间，湘江株洲段水体中污染物含量均满足《地表水环境质量标准》中 Ⅲ 类水要求，但各断面对人体健康危害的总风险仍处于上升趋势，其潜在健康危害程度仍有加重。此外，由于未考虑有毒物质经由皮肤接触及食物等途径带来的风险，又仅是针对部分监测指标，湘江株洲段水环境实际的健康风险水平可能要高于上述评价结果，这需要充分引起相关部门重视，并大力加强环境风险管理。
3 結论
（1）从评价结果可以看出，基因毒物质是湘江株洲段各断面水环境健康危害的总风险主要来源，各断面的优先控制污染物为砷、六价铬和镉。在躯体毒物质中，各断面优先控制污染物应为氟化物。
（2）2011—2015年朱亭、枫溪、白石和霞湾4个断面处，各类污染物所致健康危害（饮水途径）的个人年总风险均超过了ICRP 推荐的最大可接受值，远远超过了瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受水平。同时，“十二五”期间，湘江株洲段的潜在健康风险处于上升的趋势。
（3）该研究仅针对部分监测指标，未含放射性物质和部分其他有机物，也未考虑暴露途径中经由食物及皮肤接触等途径带来的风险，因此，湘江株洲段的水环境实际的健康风险水平可能要高于评价结果。
参考文献
[1] U.S.EPA.Risk assessment guidance for superfund：Volume 3-Process for Conducting Probabilistic Risk Assessment Chapter1，Part A [R].Washington，DC：Office of Emergency and Remedial Response U.S.EPA，2001.
[2] 胡二邦.环境风险评价实用技术和方法[M].北京：中国环境科学出版社，2000.
[3] 李如忠，石勇，王玉锋.淮河蚌埠段水环境健康风险评价[J].水电能源科学，2008，26 （2）：37-40.
[4] 孙树青，胡国华，王勇泽，等.湘江干流水环境健康风险评价[J].安全与环境学报，2006，6（2）：12-15.
[5] PRUPPERS M J M，JANSSEN M P M，ALE B J M，et al.Accumulation of environmental risks to human health：Geographical differences in the Netherlands[J].Journal of hazardous materials，1998，61（1/2/3）：187-196.
[6] 韩冰，何江涛，陈鸿汉，等.地下水有机污染人体健康风险评价初探[J].地学前缘，2006，13（1）：224-229.
[7] 钱家忠，李如忠，汪家权，等.城市供水水源地水质健康风险评价[J].水利学报，2004，35（8）：90-93.
[8] 李如忠.基于不确定信息的城市水源水环境健康风险评价[J].水利学报，2007，38（8）：895-900.
[9] 王勇泽，李诚，孙树青，等.黄河三门峡段水环境健康风险评价[J].水资源保护，2007，23（1）：28-30.
[10] 黄奕龙，王仰麟，谭启宇，等.城市饮用水源地水环境健康风险评价及风险管理[J].地学前缘，2006，13（3）：162-168.
关键词 健康风险评价；水环境；湘江
中图分类号 X820.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）13-0052-04
Water Environmental Health Risk Assessment for Zhuzhou Reach in Xiangjiang River during the Period of the 12th Five-year-plan
SHI Yong
（Zhuzhou Planning and Design Institute，Zhuzhou， Hunan 412000）
Abstract Water environmental health risk assessment for Zhuzhou Reach in Xiangjiang River was conducted based on the water environment health risk analysis model and monitoring date during the years of 2011-2015. The result shows that： ①Ranking of average risk deriving from non-gene toxic substances via drinking water was fluoride， Cu， Pb， NH3， Hg， cyanide， hydroxybenzene， and the ranking of average risk due to gene toxic substances via drinking water was As， Cr6+， Cd on the whole. ②Health risk for individual person caused by gene toxic substances was far greater than that of non-gene toxic substances. Therefore， gene toxic substances should be afforded prior attention. As for non-gene toxic substances， fluoride was the highest priority pollutant among the 4 controlling sections for water quality in the Zhuzhou Reach of Xiangjiang River. ③Total heath risk caused by all pollutants for the 4 sections during the period of the 12th five-year-plan was higher than the value recommended by ICRP. The results can provide important information for water quality management and protection in the Zhuzhou Reach of Xiangjiang River.
Key words Health risk assessment；Water environment；Xiangjiang River
湘江株洲段长度89.6 km，流域面积2 055 km2，自王十万乡入境向北，流经株洲县和市区，至马家河出境。自20世纪60年代，湘江就成为株洲市区工业废水和城市居民生活污水的受纳水体，而株洲市企业和居民的生活用水大部分取自湘江。为了监控湘江的水质，株洲段设有朱亭（交接断面）、枫溪（对照断面）、白石（控制断面）和霞湾（控制断面）4个例行监测断面，其中朱亭、枫溪和白石断面为省控断面，霞湾断面为国控断面。根据《湖南省株洲市环境质量报告书》（2011—2015年），通过对湘江株洲段4个监控断面水质监测资料进行水环境评价，“十二五”期间的平均污染指数均较“十一五”期间有所下降，但是对人体健康危害的风险程度却难以直观反映出来，目前对“十二五”期间湘江株洲段的水质健康风险研究鲜见报道。笔者根据2011—2015年湘江株洲段水质监测资料，对“十二五”期间该河段的水环境健康风险进行了定量评价和分析，旨在为湘江株洲段水环境风险管理提供决策依据。
1 水环境健康风险评价模型
水环境健康风险评价中，对人体健康有害的物质大致可分为放射性物质、化学致癌物和非致癌物，其中放射性物质和化学致癌物为基因毒物质，非致癌物为躯体毒物质。根据上述2类污染物质通过饮用途径对人体健康造成危害效應机理不同，可建立不同的风险评价模型[1-4]。
1.1 基因毒物质所致健康危害的风险模型
放射性污染物在水体中浓度极小，一般检测不出，因此，笔者在进行风险评价时仅考虑化学致癌物。则基因毒物质（饮用途经）健康危害风险模型为[1-4] 式中，Rcig、Dig分别为基因毒物质i对平均个人致癌年风险和单位体重日均暴露剂量[mg/（kg·d）]；Qig为基因毒物质i的致癌系数[mg/（kg·d）]；Ci为基因毒物质或躯体毒物质的浓度（mg/L）；70、60和2.2分别为评价区域内人平均寿命（a）、成人平均体重（kg）和成人平均每日饮水量（L）。
1.2 躯体毒物质对健康危害的风险模型
躯体毒物质（饮用途径）健康危害风险模型为[1-4]
式中，Rnig、Dig分别为躯体毒物质i的平均个人致癌年风险（a-1）和单位体重日均暴露剂量[mg/（kg·d）]；RfDig为躯体毒物质i的参考剂量[mg/（kg·d）]。
1.3 水环境健康风险评价总体模型
在一般水体中，特别是湘江株洲段为沿线居民生活饮用水水源地，各有毒物质浓度均很低，根据目前国内有关文献[3-10]的研究，可假定各有毒物质对人体健康的毒性作用为相加关系，则该研究中水环境总的健康危害风险R总风险可表示为
式（6）为水环境健康风险评价总体模型。
2 湘江株洲段水质健康风险评价
2.1 水质基本资料
该研究收集了“十二五”期间湘江株洲段的朱亭、枫溪、白石和霞湾4个断面5年的水质监测资料，并选取了危害人体健康的10种主要污染物质：六价铬、砷、镉、氨氮、铜、铅、汞、氟化物、酚和氰化物，以1年内多次采样的平均值作为该年的平均值，结果见表1。
2.2 评价参数选择
根据国际癌症研究机构（IARC）和世界卫生组织（WHO）编制的权衡化学物质致癌性可靠程度体系，在湘江株洲段10种主要污染物质监测项目中，六价铬、镉和砷属于化学致癌物，即基因毒物质；氨氮、铜、铅、汞、氟化物、酚和氰化物属于非致癌化学有毒物，即躯体毒物质。该研究中，化学致癌物的致癌强度系数和非致癌物质的参考剂量分别见表2、3[1]。
2.3 健康危害风险计算
根据健康风险评价模型、相关监测数据和评价参数，可以计算出“十二五”期间各年通过饮水途径，基因毒物质和躯体物质造成的健康危害风险，结果见表4、5。
为了更直观地反映各污染物的风险水平，可以采用直方图来表征计算结果。如“十二五”期末2015年各断面相应的健康风险水平见图1、2所示。
2.4 评价结果
从表4、图1、2可以看出，从单个基因毒物质来看，4个断面各化学致癌物由饮水途径所致健康危害最高的为砷，其次为六价铬，最低为镉。以2015年的霞湾断面为例，分别占该类年总风险的62.43%、36.29%及1.28%；从单个躯体毒物质来看，由饮水途径所致健康危害最高的为氟化物，其余各非致癌物的个人年风险大小排序为铜、铅、氨氮、汞、氰化物、酚。同样，以2015年霞湾断面为例，占该类年总风险分别为76.29%、10.61%、9.07%、3.01%、0.49%、0.40%及0.13%。
从表5可看出，与基因毒物质相比，躯体毒物质对人体健康危害的个人年风险可忽略不计。例如2015年霞湾断面处，躯体毒物质年风险为3.55×10-9 a-1，而基因毒物质对人体健康危害的年风险却高达1.18×10-4 a-1，因此各断面的水环境健康危害的总风险变化趋势必将由砷、六价铬和镉3种基因毒物所决定。
由表5可知，“十二五”期间湘江株洲段4个断面处，各污染有毒物质危害的个人年总风险均超过了国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的最大可接受值5.0×10-5 a-1，超标158～2.38倍，与瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受水平1.0×10-6 a-1相比，超标高达79～119倍。总体上看，水境健康危害总风险最大的断面为2011年的白石断面，其基因毒物质所致健康风险也最大，为1.19×10-4 a-1。
从表1和图3可以看出，“十二五”期间，湘江株洲段水体中污染物含量均满足《地表水环境质量标准》中 Ⅲ 类水要求，但各断面对人体健康危害的总风险仍处于上升趋势，其潜在健康危害程度仍有加重。此外，由于未考虑有毒物质经由皮肤接触及食物等途径带来的风险，又仅是针对部分监测指标，湘江株洲段水环境实际的健康风险水平可能要高于上述评价结果，这需要充分引起相关部门重视，并大力加强环境风险管理。
3 結论
（1）从评价结果可以看出，基因毒物质是湘江株洲段各断面水环境健康危害的总风险主要来源，各断面的优先控制污染物为砷、六价铬和镉。在躯体毒物质中，各断面优先控制污染物应为氟化物。
（2）2011—2015年朱亭、枫溪、白石和霞湾4个断面处，各类污染物所致健康危害（饮水途径）的个人年总风险均超过了ICRP 推荐的最大可接受值，远远超过了瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受水平。同时，“十二五”期间，湘江株洲段的潜在健康风险处于上升的趋势。
（3）该研究仅针对部分监测指标，未含放射性物质和部分其他有机物，也未考虑暴露途径中经由食物及皮肤接触等途径带来的风险，因此，湘江株洲段的水环境实际的健康风险水平可能要高于评价结果。
参考文献
[1] U.S.EPA.Risk assessment guidance for superfund：Volume 3-Process for Conducting Probabilistic Risk Assessment Chapter1，Part A [R].Washington，DC：Office of Emergency and Remedial Response U.S.EPA，2001.
[2] 胡二邦.环境风险评价实用技术和方法[M].北京：中国环境科学出版社，2000.
[3] 李如忠，石勇，王玉锋.淮河蚌埠段水环境健康风险评价[J].水电能源科学，2008，26 （2）：37-40.
[4] 孙树青，胡国华，王勇泽，等.湘江干流水环境健康风险评价[J].安全与环境学报，2006，6（2）：12-15.
[5] PRUPPERS M J M，JANSSEN M P M，ALE B J M，et al.Accumulation of environmental risks to human health：Geographical differences in the Netherlands[J].Journal of hazardous materials，1998，61（1/2/3）：187-196.
[6] 韩冰，何江涛，陈鸿汉，等.地下水有机污染人体健康风险评价初探[J].地学前缘，2006，13（1）：224-229.
[7] 钱家忠，李如忠，汪家权，等.城市供水水源地水质健康风险评价[J].水利学报，2004，35（8）：90-93.
[8] 李如忠.基于不确定信息的城市水源水环境健康风险评价[J].水利学报，2007，38（8）：895-900.
[9] 王勇泽，李诚，孙树青，等.黄河三门峡段水环境健康风险评价[J].水资源保护，2007，23（1）：28-30.
[10] 黄奕龙，王仰麟，谭启宇，等.城市饮用水源地水环境健康风险评价及风险管理[J].地学前缘，2006，13（3）：162-168.