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流域水体重金属污染对人类健康和水生生态系统造成不可逆转的损害,受到全球的广泛关注[1]。环境健康风险评价兴起于以美国为首的工业发达国家,其在我国的相关研究起步于20世纪90年代。近年来,国家环境保护部门加强了生态环境风险管理研究,2013年出版了《中国人群暴露参数手册(成人卷)》[2],为我国研究重点流域健康风险提供了基础数据和信息;2020年发布了《生态环境健康风险评估技术指南总纲:HJ1111—2020》[3],填补了这一领域的空白。国内外学者曾对许多河流水体中的重金属进行了健康风险研究[4],但对渭河水体重金属的健康风险研究鲜见。本课题组曾对2008~2012年渭河陕西段水体5种重金属的污染特征及健康风险进行了初步研究[5-6],指出截至2012年渭河陕西段水体Hg、As、Pb、Cr(VI)和Cd对周围居民产生的健康风险均处于可接受状态,其中As引起的健康风险最大,致癌健康风险值接近可接受范围的上限。由于当时我国人体暴露参数研究成果缺乏,在健康风险评价中采用美国人体暴露参数,使得这些研究成果具有一定的局限性。2011年以来,陕西省对渭河实施了一系列综合整治工程,渭河水质恶化的趋势得到了遏制,2016年渭河综合治理工程全线贯通后,依据《地表水环境质量标准:GB3838—2002》[7]常规指标评价,渭河干流陕西段已由2010年的重度污染改善为轻度污染[8]。然而,这一时期涉及渭河陕西段水体多种重金属的污染特征及风险识别仍旧缺乏。
本研究全面分析渭河陕西段水体14种重金属(Hg、As、Se、Sb、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr(VI)、Ni、Mn、V、Co和Tl)的浓度水平、分布特征,首次将陕西地区人群暴露参数应用于USEPA健康风险评价模型,研究重金属在渭河陕西段水体产生的健康风险,识别区域优先防控的重金属,以期为该区域水体重金属的污染防控和水环境生态的进一步改善提供参考。
渭河陕西段水体重金属的分布特征及其健康风险
Distribution and health risk of heavy metals of Weihe River in Shaanxi Region
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摘要: 为了解2016年渭河陕西段综合治理全线贯通以后水体重金属的污染状况,文章采用重金属综合污染指数法和USEPA健康风险评价模型等,研究了渭河陕西段水体14种重金属的浓度水平、分布特征及其健康风险。结果表明,2016年渭河陕西段水体As浓度在皂河入渭处超过《地表水环境质量标准:GB3838—2002》Ⅲ类水质标准限值0.3倍,其余13种重金属浓度较低;各重金属空间分布差异较大,其综合污染处于可接受水平,行政区综合污染水平为渭南市>宝鸡市>西安市>咸阳市;As对周围居民产生的健康风险较大,是渭河水体重金属对沿岸居民产生健康风险的首要贡献源,应优先控制。Abstract: In order to understand the pollution status of heavy metals of Weihe River in Shaanxi Region after the comprehensive treatments of all sections in 2016, the concentration levels, distribution characteristics and health risks of 14 heavy metals were studied by using a Heavy Metal Pollution Index (HPI) and the Human Health Risk Assessment method recommended by the United States Environmental Protection Agency (USEPA). The results indicated that the arsenic exceeded the standard limit for category III in surface water by 0.3 times of Zaohe River according to the China Environment Quality Standards for Surface Water. And the concentrations of the remaining 13 heavy metals were very low or not detected. Most of the heavy metals exhibited distinctive spatial distribution characteristics. The comprehensive pollution status of these heavy metals was generally at an acceptable level with the pollution order of Weinan>Baoji>Xi’an>Xianyang for the local cities. Arsenic was identified as the primary contribution to the health risk for the local population, and should be controlled preferentially.
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Key words:
- Weihe River in Shanxi Region /
- water body /
- heavy metals /
- health risk
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表 1 2016年渭河陕西段水体14种重金属的浓度统计结果
重金属 最小浓度/µg·L−1 最大浓度/µg·L−1 检出率/% 平均浓度/µg·L−1 标准差 变异系数/% 超标断面比/% Hg ND ND 0 0.04 0.00 0 0 As 0.5 67.1 100 12.1 16.09 133 4.0 Se ND ND 0 0.4 0.00 0 0 Sb ND 1.8 52.0 0.4 0.39 90 0 Cu 0.92 13.4 100 3.65 3.16 87 0 Zn ND 225 56.0 16.5 45.03 274 0 Pb 0.18 6.98 100 1.58 1.82 116 0 Cd ND 0.60 48.0 0.12 0.16 130 0 Cr(VI) 1.51 20.7 100 8.06 4.75 59 0 Ni 1.61 26.3 100 7.42 5.23 70 4.0 Mn ND 350 80.0 80 86.70 108 24.0 V 1.29 13.1 100 4.55 2.88 63 0 Co 0.15 3.02 100 0.84 0.70 84 0 Tl ND 0.06 24.0 0.02 0.01 38 0 注:表中ND表示未检出;某重金属浓度结果表示的小数位数或有效数字保留按其对应的测定标准[10-13]中的相关要求执行。 表 2 2016年渭河陕西段干流及各支流入渭水体重金属综合污染指数(HPI)计算结果
干流水体 支流水体 断面 HPI 断面 HPI 断面 HPI 断面 HPI 断面 HPI 林家村 29.2 咸阳铁桥 29.5 清姜河入渭 29.2 涝河入渭 29.2 泾河入渭 29.2 卧龙寺 29.3 天江人渡 29.4 金陵河入渭 29.3 新河入渭 29.6 临河入渭 29.2 虢镇 38.2 耿镇 34.0 千河入渭 47.0 沣河入渭 29.2 石川河入渭 29.4 常兴 29.3 新丰镇 31.4 漆水河入渭 29.4 皂河入渭 29.6 沋河入渭 29.2 兴平 29.3 潼关吊桥 40.8 黑河入渭 29.2 灞河入渭 29.3 北洛河入渭 36.1 -
[1] 马明真, 高扬, 宋贤威, 等. 鄱阳湖地区多尺度流域水体重金属输送特征及其污染风险评价[J]. 生态学报, 2019, 39(17): 6404 − 6415. [2] 国家环境保护部. 中国人群暴露参数手册(成人卷)[M]. 北京: 中国环境出版社, 2013. [3] 生态环境部. 生态环境健康风险评估技术指南 总纲HJ1111-2020[EB/OL]. (2020-03-20)[2021-08-03]. http://www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/other/qt/202003/W020200320573467891627.pdf. [4] 刘凤, 李梅, 张荣飞, 等. 拉萨河流域重金属污染及健康风险评价[J]. 环境化学, 2012, 31(5): 580 − 585. [5] YANG X F, DUAN J M, WANG L, et al. Heavy metal pollution and health risk assessment in the Wei River in China[J]. Environmental Monitoring and Assessment: An International Journal, 2015, 187(3): 111. doi: 10.1007/s10661-014-4202-y [6] 杨学福, 关建玲, 段晋明, 等. 渭河西安段水体重金属污染现状及其健康风险评价[J]. 水土保持通报, 2014, 34(2): 152 − 156. [7] 生态环境部. 地表水环境质量标准GB3838-2002[S/OL]. (2006-10-27)[2021-08-03]. http://www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/shjbh/shjzlbz/200206/W020061027509896672057.pdf. [8] 胡德秀, 李立, 张艳, 等. 渭河干流陕西段综合治理前后的水质变化与趋势[J]. 水土保持通报, 2018, 38(5): 91 − 96. [9] 生态环境部. 地表水和污水监测技术规范HJ/T91-2002[S/OL]. (2003-01-01)[2021-08-03]. http://www.mee.gov.cn/image20010518/3589.pdf. [10] 生态环境部. 水质 汞、砷、硒、铋、锑的测定 原子荧光法HJ694-2014 [S/OL]. (2014-04-21)[2021-08-03]. http://www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/jcffbz/201403/W020140421395031614397.pdf. [11] 生态环境部. 水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法HJ700-2014 [S/OL]. (2014-05-23)[2021-08-03]. http://www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/jcffbz/201405/W020140523543423227755.pdf. [12] 国家环境保护局. 水质 六价铬的测定 二苯碳酰二肼分光光度法: GB 7467—87[S]. 北京: 中国标准出版社, 1987. [13] 国家环境保护局. 水质 铁、锰的测定 火焰原子吸收分光光度法: GB 11911—1989[S]. 北京: 中国标准出版社, 1990. [14] 杨学福, 关建玲, 王蕾, 等. 渭河陕西段水体中重金属的时空动态变化特征研究[J]. 安全与环境学报, 2013, 13(6): 115 − 119. [15] World Health Organization (WHO). International Agency for Research on Cancer (IARC)[EB/OL], [2013-04-03]. http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/index.php. [16] 杨学福. 渭河陕西段重金属的污染特征及风险研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2015. [17] 胡健, 戴清, 袁玉平. 渭河下游河道泥沙分布特性研究[J]. 人民黄河, 2008, 30(9): 23 − 25. doi: 10.3969/j.issn.1000-1379.2008.09.012 [18] 王艳, 黄玉明. 我国水环境中重金属污染行为和相关效应的研究进展[J]. 癌变·畸变·突变, 2007, 19(3): 198 − 201. [19] 吴万富, 徐艳, 史德强, 等. 我国河流湖泊砷污染现状及除砷技术研究进展[J]. 环境科学与技术, 2015, 38(增1): 190 − 197.