论文部分内容阅读
在水资源紧张和水污染越来越严重的大背景下，对地区水环境进行健康风险评价，不仅可以从科学的角度消除人们对水质安全性的顾虑，而且可以为有关部门解决水污染问题提供治理方向。
水环境是人类社会赖以生存和发展的物质基础，也是受人类干扰和破坏最严重的领域之一，水环境的污染和破坏已成为当今世界重要的环境问题。
虽然我国河流湖泊数量众多，但水的人均占有量只有世界人均占有量的1/4，仅居世界第88位。南多北少和东多西少的整体状况，表明了我国水量分布空间上的不平衡性：而年际间水量变化大和季节分布不均衡，更反映出我国缺水问题较为严重。另一方面，随着人类生产活动规模的不断扩大，某些有害物质进入天然水体导致其发生物理和化学上的变化，造成水环境污染问题。在我国，每年污水的排放总量达到600多亿吨，其中80%以上的污水未经过任何处理就直接排入水域。全国7大河流经过的主要城市河段的大部分水质被严重污染。约有75%的湖泊出现富营养化，其中一部分已经不适宜作为饮用水源，江河湖海受污染情况愈发不容乐观。
水质评价
通常用水质参数来衡量水质的好坏，水的物理性质、化学和生物成分及其数量即为水质参数。当地主要污染物和相关物理化学检测项目的结果是进行水资源质量评价的参数选择原则。
水质评价中的常用参数分为六类：（1）常规水质参数，包括色、嗅、味、透明度（或浊度）、总悬浮固体、水温、pH值、电导率、硬度、矿化度、含盐量等；（2）氧平衡参数，包括溶解氧、溶解氧饱和百分率、化学耗氧量、生化需氧量等；（3）重金属参数，包括汞、铬、铜、铅、锌、镉、铁、锰等成分；（4）有机污染参数，分为简单有机物（苯、酚、芳烃、醛、六氯环己烷、洗涤剂等）和复杂有机物（苯并芘、石油、多氯联苯等）；（5）无机污染物参数，包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、硫酸盐、磷酸盐、氯化物、氰化物、氟化物等；（6）生物参数，包括细菌总数、大肠菌群数、藻类、底栖动物等。
在水资源紧张和水污染越来越严重的大背景下，饮水安全显得尤为重要。2014年，全国还有1.1亿农村居民和1535万农村学校师生存在饮水安全问题。我国在1978年出现富营养化的湖水面积仅为5%，到1987年这一比例剧增到55.1%；1990年以后，水体富营养化趋势更加迅猛，作为富营养化最严重的3个淡水湖，滇池、太湖和巢湖的水质由《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）确定的Ⅲ类（饮用水源的最低要求，主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区）下降到Ⅴ类（水质恶劣，不能作为饮用水源，主要适用于农业用水区及一般景观要求水域）；随着中国工业的迅速发展，2001—2005年间V类水体面积年增长率达到3%～5%，就是每10%的经济增长导致水质降到V类的湖面增加3000公里。
近年来，地方的经济发展和居民健康受到日渐频繁的水污染事故的极大威胁。据估算，因水污染造成的国家经济损失每年约为400亿元。仅2001至2004年间，水污染事故就发生3988起。近年来较为典型的严重水环境污染事故有：辽宁浑河抚顺段酚浓度超标事件，河南巩义二电厂柴油泄漏污染黄河，江西赣江水域油轮起火污染事件，松花江水污染事件，广东北江镉污染事件，广西红水河天峨段污染事件，湖南湘江株洲和长沙段镉污染事件等。2009年2月20日，江苏盐城越河水厂和城西水厂受到挥发性酚类化合物污染，导致盐城市区出现大范围断水，影响了20万居民的日常生活。2009年7月23日，大雨淹没了内蒙古自治区赤峰市自来水水源井，水源地受到严重污染，许多居民因饮用自来水后出现呕吐、腹泻等症状。
对地区水环境进行健康风险评价，不仅可以从科学的角度消除人们对水质安全性的顾虑，而且可以为有关部门解决水污染问题提供治理方向。
水环境污染的类型
水污染造成的损失范围广泛。水污染可导致生物资源受损，生产设备遭腐蚀或被堵塞，净化费用增长，人类疾病增加，产品质量下降，并降低水体作为风景、观光、文化娱乐及体育活动的价值。
按污染物质的类型，水环境污染有病原体污染、石油污染、有毒化学物质污染、放射性污染、耗氧物质污染、植物营养物质污染和无机物污染等。
病原体污染 饮用水卫生监测网于1993年在我国26个省的180个县展开监测，结果表明，农村饮用水中微生物严重超标。我国分散式供水的使用人口占到全部人口的53%，而一半以上的自来水在集中式供水中也未经任何处理，农村饮用水微生物超标严重，可导致肠道传染病的流行。
石油污染 石油工业在最近几十年发展异常迅速，也带来石油污染。炼油工业废水、含油废水、洗船水、输油、油船和各种机动船只的压舱水、蓄油设备的泄漏、油井井喷是石油污染的主要成因。这些污染物会造成氧气难以进入水中，水生植物不能进行光合作用。此外，鱼类的鳃也会被石油黏附，因呼吸困难而最终死亡，水鸟产卵和孵化也受到石油污染的抑制。在含有石油的水体中生长的鱼类等水产品一经人食用，就会危及健康。据统计，在世界范围内，每年排入海洋的石油及其制品约1000万吨，占总产量的1/200，危害巨大。
有毒化学物质污染 有毒化学物质污染主要指重金属和难降解有机物的污染。20世纪中期，日本由于排放的工业废水中含有大量汞、镉引起水体污染导致水俣病和骨痛病等公害病。能在水中长期稳定地存留，并且难以被微生物降解的有机物被称为难降解有机物。它们可以通过食物链富集作用进入人体，其中一些化学物质即使含量非常低，也具有致癌、致畸和致突变的作用。
放射性污染 放射性污染的成因很多，如放射性矿的开采，提炼废水、核动力厂冷却水、核材料固体废物的处理不当等。放射性物质主要有锶90、碘131、铯137等。水中放射性污染物既能在生物表面附着，也能通过食物链在生物体内富集。如果人体长期接触低剂量的放射性物质，可能会引起癌症或遗传变异。 耗氧物质污染 碳水化合物、蛋白质、油质和木质素等大量存在于牲畜污水、食品工业和造纸工业废水以及生活污水中。虽然这些物质本身无毒，但通过微生物的生化作用后易分解，大量氧气在分解过程中被消耗，减少了水中溶解氧含量，从而对鱼类和其他水生生物的生长产生较大威胁。
植物营养物质污染 磷氮等植物营养物质在食品及化肥工业的废水、含洗涤剂的污水、生活污水中含量较高，主要由氮磷肥料、牲畜粪便随地表径流进入水体造成。水中藻类及其他浮游生物在富含磷氮等营养物质的环境里迅速繁殖，导致水体富营养化，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，某些湖泊的干涸消失也与此有关。
无机物污染 主要有酸、碱、无机盐类和无机悬浮物污染。其中酸污染影响较为严重，进行电镀、轧钢或农药、硫酸等生产的工厂废水和矿山排水都会造成水环境酸污染。酸性物质有很强的腐蚀性，破坏排水管道、船只，对农作物生长也会产生较大干扰。
环境健康风险评价
健康风险评价是指在收集和运用毒理学、流行病学及其他学科相关资料的基础上，按照一定的评价原则和技术路线，综合定性和定量评价某种环境有害因素所造成的暴露人群不良健康效应的过程。
随着模型发展的日趋成熟和完善，一些研究专家开始利用数学模型来预测健康效应，以动物实验剂量-效应关系曲线为基础，对人终身得癌症的超额危险度进行估算。人类对化学物质危害的评定在1980年代以后开始由定性向定量发展，美国国家科学院（NAS）和国家研究委员会（NRC）经过研究后认为，在保护公众免受化学物质危害方面，健康风险评价是最合适的方法，为危险管理提供了重要科学依据。健康风险评价的步骤也在1983年被提出。在健康风险评价中，致癌物的风险评价最早开始，因而关于癌风险评价方法的研究最多，其程序也相对成熟。在此之后，各国又建立了致突变性、发育毒性、生殖毒性、神经毒性等风险评价程序。
各国有不同的危险管理法律规定，导致不同国家采用的健康风险评价方法也有所差别。为了形成统一的基本评价方式，从1993年起，国际化学品安全规划署多次召开会议，最后达成以危害识别、暴露评价、剂量-效应评价、风险表征作为健康风险评价的基本框架。
危害识别指识别需要评价的化学物质对人体健康和环境潜在的影响和危害。
暴露评价是在人群暴露于环境介质的情况下测量、估算或预测有害因子的强度、频率和时间的过程，是进行健康风险评价的定量依据。
剂量-效应评价即根据所获取的人群研究或动物实验资料，确定适合于人的剂量反应曲线，进而计算在某种暴露剂量下评价危险人群的危险度的基准值。
风险表征即在危害识别、暴露评价、剂量-效应评价获得的数据的基础上，结合暴露评价和剂量-效应评价的结果，进而估算在不同接触条件下，可能产生的对人体健康危害的强度或某种健康效应的发生概率，同时论述其可信度或不确定性，最终形成报告，提供给环境风险管理人员进行管理决策。
水环境健康风险评价模型
我国的风险评价起步于1990年代，主要以介绍和应用国外的研究成果为主。1990年，我国开始在核工业系统开展环境健康风险评价研究：1997年，国家科委将研究燃煤大气污染对人体健康的危害列入国家攻关计划。在水环境健康风险评价领域，有国内学者分别对河北保定市、松花江干流哈尔滨段和城市供水水源地水质进行过相关研究。
水环境健康风险评价是将水环境污染与人体健康联系起来，以估计化学或物理等因子在某种特定的环境条件下对人体、动物或生态系统造成损害的可能性及其程度大小。通过分析水环境中对人体有害的物质，主要为基因毒物质和躯体毒物质，并根据大量研究结果，建立不同类型污染物对人体健康影响的风险评价模型。
基因毒物质包括放射性污染物和化学致癌物。放射性污染物在饮用水源的水体中污染程度较轻，一般不容易被监测，因此主要考虑化学致癌物，如镉、砷以及六价铬等。躯体毒物质主要为非致癌物质，如氨氮、氰化物、挥发酚、汞、铅以及铜等。
若Rc为基因毒物质引起的年健康风险水平，Rn为躯体毒物质引起的年健康风险水平，根据有毒有害物质对人体健康的毒性作用呈相加关系，可得水环境总的健康风险（R总）为：
R总=Rc+Rn，指每年一定人口中因饮用水中各类污染物而使其健康受到危害或死亡的人数占总人口的比例。
在Rc和Rn计算模型中涉及化学致癌物的致癌强度系数和非致癌物的参考剂量。世界卫生组织和国际癌症研究机构（IARC）通过全面评价化学物质致癌性可靠程度编制出分类系统，提供了化学致癌物的致癌强度系数和非致癌物的参考剂量。
牛栏江上游水环境评价案例
牛栏江发源于云南省昆明市寻甸县，是金沙江右岸一级支流，流域面积13672公里，其中云南省境内流域面积11408公里；多年平均径流量49.5亿米，在云南省境内43.5亿米；干流全长440公里。水资源开发利用率（流域或区域用水量占水资源总量的比率）较低，全流域只有16%，下游只有2.5%。
牛栏江上游作为牛栏江一滇池补水工程的水源地，其水质参数在水环境健康风险评价中起着至关重要的作用。通过在牛栏江上游段顺水流方向选取河口、崔家庄、七星桥3个断面2003—2010年的水质情况为研究对象，对该河段水环境进行健康风险评价。经过对牛栏江上游的水质检测，获得各污染物指标表。
牛栏江上游化学致癌物的个人年健康风险排序总体为六价铬>砷>镉，只有河口断面六价铬略小于砷。其中，六价铬最大风险值出现在七星桥断面，为1.670×10-4年-1，超过国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的化学致癌物经饮水途径的最大可接受风险值5.0×10-5年-1；其他两个断面的相应参数也已接近最大可接受风险值。因此，六价铬是导致牛栏江水环境健康风险的主要化学致癌污染物。
水环境是人类社会赖以生存和发展的物质基础，也是受人类干扰和破坏最严重的领域之一，水环境的污染和破坏已成为当今世界重要的环境问题。
虽然我国河流湖泊数量众多，但水的人均占有量只有世界人均占有量的1/4，仅居世界第88位。南多北少和东多西少的整体状况，表明了我国水量分布空间上的不平衡性：而年际间水量变化大和季节分布不均衡，更反映出我国缺水问题较为严重。另一方面，随着人类生产活动规模的不断扩大，某些有害物质进入天然水体导致其发生物理和化学上的变化，造成水环境污染问题。在我国，每年污水的排放总量达到600多亿吨，其中80%以上的污水未经过任何处理就直接排入水域。全国7大河流经过的主要城市河段的大部分水质被严重污染。约有75%的湖泊出现富营养化，其中一部分已经不适宜作为饮用水源，江河湖海受污染情况愈发不容乐观。
水质评价
通常用水质参数来衡量水质的好坏，水的物理性质、化学和生物成分及其数量即为水质参数。当地主要污染物和相关物理化学检测项目的结果是进行水资源质量评价的参数选择原则。
水质评价中的常用参数分为六类：（1）常规水质参数，包括色、嗅、味、透明度（或浊度）、总悬浮固体、水温、pH值、电导率、硬度、矿化度、含盐量等；（2）氧平衡参数，包括溶解氧、溶解氧饱和百分率、化学耗氧量、生化需氧量等；（3）重金属参数，包括汞、铬、铜、铅、锌、镉、铁、锰等成分；（4）有机污染参数，分为简单有机物（苯、酚、芳烃、醛、六氯环己烷、洗涤剂等）和复杂有机物（苯并芘、石油、多氯联苯等）；（5）无机污染物参数，包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、硫酸盐、磷酸盐、氯化物、氰化物、氟化物等；（6）生物参数，包括细菌总数、大肠菌群数、藻类、底栖动物等。
在水资源紧张和水污染越来越严重的大背景下，饮水安全显得尤为重要。2014年，全国还有1.1亿农村居民和1535万农村学校师生存在饮水安全问题。我国在1978年出现富营养化的湖水面积仅为5%，到1987年这一比例剧增到55.1%；1990年以后，水体富营养化趋势更加迅猛，作为富营养化最严重的3个淡水湖，滇池、太湖和巢湖的水质由《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）确定的Ⅲ类（饮用水源的最低要求，主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区）下降到Ⅴ类（水质恶劣，不能作为饮用水源，主要适用于农业用水区及一般景观要求水域）；随着中国工业的迅速发展，2001—2005年间V类水体面积年增长率达到3%～5%，就是每10%的经济增长导致水质降到V类的湖面增加3000公里。
近年来，地方的经济发展和居民健康受到日渐频繁的水污染事故的极大威胁。据估算，因水污染造成的国家经济损失每年约为400亿元。仅2001至2004年间，水污染事故就发生3988起。近年来较为典型的严重水环境污染事故有：辽宁浑河抚顺段酚浓度超标事件，河南巩义二电厂柴油泄漏污染黄河，江西赣江水域油轮起火污染事件，松花江水污染事件，广东北江镉污染事件，广西红水河天峨段污染事件，湖南湘江株洲和长沙段镉污染事件等。2009年2月20日，江苏盐城越河水厂和城西水厂受到挥发性酚类化合物污染，导致盐城市区出现大范围断水，影响了20万居民的日常生活。2009年7月23日，大雨淹没了内蒙古自治区赤峰市自来水水源井，水源地受到严重污染，许多居民因饮用自来水后出现呕吐、腹泻等症状。
对地区水环境进行健康风险评价，不仅可以从科学的角度消除人们对水质安全性的顾虑，而且可以为有关部门解决水污染问题提供治理方向。
水环境污染的类型
水污染造成的损失范围广泛。水污染可导致生物资源受损，生产设备遭腐蚀或被堵塞，净化费用增长，人类疾病增加，产品质量下降，并降低水体作为风景、观光、文化娱乐及体育活动的价值。
按污染物质的类型，水环境污染有病原体污染、石油污染、有毒化学物质污染、放射性污染、耗氧物质污染、植物营养物质污染和无机物污染等。
病原体污染 饮用水卫生监测网于1993年在我国26个省的180个县展开监测，结果表明，农村饮用水中微生物严重超标。我国分散式供水的使用人口占到全部人口的53%，而一半以上的自来水在集中式供水中也未经任何处理，农村饮用水微生物超标严重，可导致肠道传染病的流行。
石油污染 石油工业在最近几十年发展异常迅速，也带来石油污染。炼油工业废水、含油废水、洗船水、输油、油船和各种机动船只的压舱水、蓄油设备的泄漏、油井井喷是石油污染的主要成因。这些污染物会造成氧气难以进入水中，水生植物不能进行光合作用。此外，鱼类的鳃也会被石油黏附，因呼吸困难而最终死亡，水鸟产卵和孵化也受到石油污染的抑制。在含有石油的水体中生长的鱼类等水产品一经人食用，就会危及健康。据统计，在世界范围内，每年排入海洋的石油及其制品约1000万吨，占总产量的1/200，危害巨大。
有毒化学物质污染 有毒化学物质污染主要指重金属和难降解有机物的污染。20世纪中期，日本由于排放的工业废水中含有大量汞、镉引起水体污染导致水俣病和骨痛病等公害病。能在水中长期稳定地存留，并且难以被微生物降解的有机物被称为难降解有机物。它们可以通过食物链富集作用进入人体，其中一些化学物质即使含量非常低，也具有致癌、致畸和致突变的作用。
放射性污染 放射性污染的成因很多，如放射性矿的开采，提炼废水、核动力厂冷却水、核材料固体废物的处理不当等。放射性物质主要有锶90、碘131、铯137等。水中放射性污染物既能在生物表面附着，也能通过食物链在生物体内富集。如果人体长期接触低剂量的放射性物质，可能会引起癌症或遗传变异。 耗氧物质污染 碳水化合物、蛋白质、油质和木质素等大量存在于牲畜污水、食品工业和造纸工业废水以及生活污水中。虽然这些物质本身无毒，但通过微生物的生化作用后易分解，大量氧气在分解过程中被消耗，减少了水中溶解氧含量，从而对鱼类和其他水生生物的生长产生较大威胁。
植物营养物质污染 磷氮等植物营养物质在食品及化肥工业的废水、含洗涤剂的污水、生活污水中含量较高，主要由氮磷肥料、牲畜粪便随地表径流进入水体造成。水中藻类及其他浮游生物在富含磷氮等营养物质的环境里迅速繁殖，导致水体富营养化，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，某些湖泊的干涸消失也与此有关。
无机物污染 主要有酸、碱、无机盐类和无机悬浮物污染。其中酸污染影响较为严重，进行电镀、轧钢或农药、硫酸等生产的工厂废水和矿山排水都会造成水环境酸污染。酸性物质有很强的腐蚀性，破坏排水管道、船只，对农作物生长也会产生较大干扰。
环境健康风险评价
健康风险评价是指在收集和运用毒理学、流行病学及其他学科相关资料的基础上，按照一定的评价原则和技术路线，综合定性和定量评价某种环境有害因素所造成的暴露人群不良健康效应的过程。
随着模型发展的日趋成熟和完善，一些研究专家开始利用数学模型来预测健康效应，以动物实验剂量-效应关系曲线为基础，对人终身得癌症的超额危险度进行估算。人类对化学物质危害的评定在1980年代以后开始由定性向定量发展，美国国家科学院（NAS）和国家研究委员会（NRC）经过研究后认为，在保护公众免受化学物质危害方面，健康风险评价是最合适的方法，为危险管理提供了重要科学依据。健康风险评价的步骤也在1983年被提出。在健康风险评价中，致癌物的风险评价最早开始，因而关于癌风险评价方法的研究最多，其程序也相对成熟。在此之后，各国又建立了致突变性、发育毒性、生殖毒性、神经毒性等风险评价程序。
各国有不同的危险管理法律规定，导致不同国家采用的健康风险评价方法也有所差别。为了形成统一的基本评价方式，从1993年起，国际化学品安全规划署多次召开会议，最后达成以危害识别、暴露评价、剂量-效应评价、风险表征作为健康风险评价的基本框架。
危害识别指识别需要评价的化学物质对人体健康和环境潜在的影响和危害。
暴露评价是在人群暴露于环境介质的情况下测量、估算或预测有害因子的强度、频率和时间的过程，是进行健康风险评价的定量依据。
剂量-效应评价即根据所获取的人群研究或动物实验资料，确定适合于人的剂量反应曲线，进而计算在某种暴露剂量下评价危险人群的危险度的基准值。
风险表征即在危害识别、暴露评价、剂量-效应评价获得的数据的基础上，结合暴露评价和剂量-效应评价的结果，进而估算在不同接触条件下，可能产生的对人体健康危害的强度或某种健康效应的发生概率，同时论述其可信度或不确定性，最终形成报告，提供给环境风险管理人员进行管理决策。
水环境健康风险评价模型
我国的风险评价起步于1990年代，主要以介绍和应用国外的研究成果为主。1990年，我国开始在核工业系统开展环境健康风险评价研究：1997年，国家科委将研究燃煤大气污染对人体健康的危害列入国家攻关计划。在水环境健康风险评价领域，有国内学者分别对河北保定市、松花江干流哈尔滨段和城市供水水源地水质进行过相关研究。
水环境健康风险评价是将水环境污染与人体健康联系起来，以估计化学或物理等因子在某种特定的环境条件下对人体、动物或生态系统造成损害的可能性及其程度大小。通过分析水环境中对人体有害的物质，主要为基因毒物质和躯体毒物质，并根据大量研究结果，建立不同类型污染物对人体健康影响的风险评价模型。
基因毒物质包括放射性污染物和化学致癌物。放射性污染物在饮用水源的水体中污染程度较轻，一般不容易被监测，因此主要考虑化学致癌物，如镉、砷以及六价铬等。躯体毒物质主要为非致癌物质，如氨氮、氰化物、挥发酚、汞、铅以及铜等。
若Rc为基因毒物质引起的年健康风险水平，Rn为躯体毒物质引起的年健康风险水平，根据有毒有害物质对人体健康的毒性作用呈相加关系，可得水环境总的健康风险（R总）为：
R总=Rc+Rn，指每年一定人口中因饮用水中各类污染物而使其健康受到危害或死亡的人数占总人口的比例。
在Rc和Rn计算模型中涉及化学致癌物的致癌强度系数和非致癌物的参考剂量。世界卫生组织和国际癌症研究机构（IARC）通过全面评价化学物质致癌性可靠程度编制出分类系统，提供了化学致癌物的致癌强度系数和非致癌物的参考剂量。
牛栏江上游水环境评价案例
牛栏江发源于云南省昆明市寻甸县，是金沙江右岸一级支流，流域面积13672公里，其中云南省境内流域面积11408公里；多年平均径流量49.5亿米，在云南省境内43.5亿米；干流全长440公里。水资源开发利用率（流域或区域用水量占水资源总量的比率）较低，全流域只有16%，下游只有2.5%。
牛栏江上游作为牛栏江一滇池补水工程的水源地，其水质参数在水环境健康风险评价中起着至关重要的作用。通过在牛栏江上游段顺水流方向选取河口、崔家庄、七星桥3个断面2003—2010年的水质情况为研究对象，对该河段水环境进行健康风险评价。经过对牛栏江上游的水质检测，获得各污染物指标表。
牛栏江上游化学致癌物的个人年健康风险排序总体为六价铬>砷>镉，只有河口断面六价铬略小于砷。其中，六价铬最大风险值出现在七星桥断面，为1.670×10-4年-1，超过国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的化学致癌物经饮水途径的最大可接受风险值5.0×10-5年-1；其他两个断面的相应参数也已接近最大可接受风险值。因此，六价铬是导致牛栏江水环境健康风险的主要化学致癌污染物。