环境科学  2023, Vol. 44 Issue (8): 4304-4313   PDF    
引用本文
谢浩, 邹胜章, 李军, 申豪勇, 林永生, 周长松, 朱丹尼, 王志恒. 重庆东南部岩溶水金属元素空间分布、源解析及健康风险评价[J]. 环境科学, 2023, 44(8): 4304-4313.
XIE Hao, ZOU Sheng-zhang, LI Jun, SHEN Hao-yong, LIN Yong-sheng, ZHOU Chang-song, ZHU Dan-ni, WANG Zhi-heng. Spatial Distribution, Source Analysis, and Health Risk Assessment of Metal Elements in Karst Water in Southeastern Chongqing[J]. Environmental Science, 2023, 44(8): 4304-4313.
重庆东南部岩溶水金属元素空间分布、源解析及健康风险评价
谢浩1,2,3, 邹胜章1,2,3, 李军4, 申豪勇1,2,3, 林永生1,2,3, 周长松1,2,3, 朱丹尼5, 王志恒1,2,3     
1. 中国地质科学院岩溶地质研究所, 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室, 桂林 541004;
2. 广西岩溶资源环境工程技术研究中心, 桂林 541004;
3. 联合国教科文组织国际岩溶研究中心, 桂林 541004;
4. 河北建筑工程学院市政与环境工程系, 张家口 075000;
5. 河海大学水文水资源学院, 南京 210024
收稿日期: 2022-08-26; 修订日期: 2022-11-03
基金项目: 中国地质调查局地质调查项目(DD20221758); 广西科技计划项目(桂科AB22080070); 中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目(2021006)
作者简介: 谢浩(1991~), 男, 硕士, 助理研究员, 主要研究方向为重金属污染溯源与评价, E-mail: geoxie@126.com
通信作者: 李军, E-mail: lipshydro@163.com
摘要: 分散式岩溶水是重庆部分区县的重要供水水源, 甚至是唯一供水水源, 了解岩溶水金属元素分布特征及其暴露的健康风险尤为必要.以重庆东南部分散式岩溶水为主要研究对象, 测定42组岩溶泉水样品中的Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni、Mn、As和Hg金属元素浓度, 利用普通克里金插值方法绘图揭示了高检出率金属元素的空间分布情况, 应用多元统计方法与健康风险模型分析金属元素空间分布特征、来源及其暴露的健康风险.结果表明, 重庆东南地区分散岩溶水水质整体较好, 金属元素在岩溶水中赋存的空间尺度变异性较强, 特别是Ni和As; Cu、Pb、As、Zn和Cr元素来源主要受到区域地质背景的影响, Al和Mn元素主要受到人类工农矿业生产活动的影响, Ni元素受到自然背景与人类活动的双重影响; 通过饮用途径暴露的总健康风险高于皮肤渗入途径, 是人体主要的暴露途径, 儿童通过饮用途径暴露的总健康风险高于成人, 而通过皮肤渗入途径暴露的总健康风险成人高于儿童, 值得注意的是, Cr元素是引起健康总风险的决定元素.从饮水安全的角度考虑, 当地居民在饮用分散式岩溶地下水时需对水质给予一定的关注, 以期降低人群健康风险.
关键词: 岩溶水      金属元素      空间分布特征      健康风险评价      重庆东南部      来源解析      Cr元素     
Spatial Distribution, Source Analysis, and Health Risk Assessment of Metal Elements in Karst Water in Southeastern Chongqing
XIE Hao1,2,3 , ZOU Sheng-zhang1,2,3 , LI Jun4 , SHEN Hao-yong1,2,3 , LIN Yong-sheng1,2,3 , ZHOU Chang-song1,2,3 , ZHU Dan-ni5 , WANG Zhi-heng1,2,3     
1. Key Laboratory of Karst Dynamics, Ministry of Natural Resources/Guangxi, Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin 541004, China;
2. Guangxi Karst Resources and Environmental Research Center of Engineering Technology, Guilin 541004, China;
3. International Research Center on Karst under the Auspices of United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, Guilin 541004, China;
4. Department of Municipal and Environmental Engineering, Hebei University of Architecture, Zhangjiakou 075000, China;
5. College of Hydrology and Water Resources, Hohai University, Nanjing 210024, China
Abstract: Dispersed karst water is an important water supply source, or even the only water supply source, for some districts and counties in Chongqing City. It is particularly necessary to understand the distribution characteristics of metal elements in karst water and the health risks exposed. In this study, the scattered karst water in the southeastern part of Chongqing was taken as the main research object, and the concentrations of Al, Cu, Pb, Zn, Cr, Cd, Ni, Mn, As, and Hg in 42 groups of karst spring water samples were determined. The spatial distribution of metal elements with a high detection rate was revealed using the ordinary kriging interpolation method, and the spatial distribution characteristics, sources, and health risks of metal elements were analyzed using multivariate statistical methods and health risk models. The results showed that the quality of dispersed karst water in southeastern Chongqing was generally good, and the spatial scale variability in the occurrence of metal elements in karst water was strong, especially for Ni and As. The sources of Cu, Pb, As, Zn, and Cr were mainly affected by the regional geological background; Al and Mn were mainly affected by human industrial, agricultural, and mining activities; and Ni was affected by both the natural background and human activities. The total health risk of exposure through the drinking route was higher than that of the skin infiltration route, which was the main exposure route of the human body. The total health risk of children exposed through the drinking route was higher than that of adults, and the total health risk of adults exposed through the skin infiltration route was higher than that of children. It is worth noting that Cr was the determinant of total health risk. From the perspective of drinking water safety, local residents need to pay certain attention to water quality when drinking distributed karst groundwater, in order to reduce the health risk of the population.
Key words: karst water      metal elements      spatial distribution characteristics      health risk assessment      southeastern Chongqing      source analysis      chromium     

我国西南岩溶山区地下水资源丰富, 可开发岩溶地下水资源量为515.38×108 m3 ·a-1, 占总可开发利用地下水资源量的82.88%, 岩溶地下水是岩溶地区水资源开发的主要水源, 甚至是唯一水源[1].重庆市岩溶地下水量占总地下水资源量的74%, 并且多为城乡供水的重要水源[2, 3].由于岩溶石山地区特殊的地质结构与环境特征, 水资源在地表-地下双层岩溶结构中转换频繁, 导致其水化学性质容易受到外界干扰.岩溶水系统防污性能相对差, 且具有高度脆弱性[4], 尤其是在人类活动强烈的城镇地区及工矿业发展区域.西南岩溶区碳酸盐岩矿物中赋存一定的金属元素, 且碳酸盐岩风化过程往往伴随金属元素的富集[5, 6].金属元素是水环境中常见的污染物, 主要来源包括原始地层的自然来源与人类工农业生产及生活输入的人为来源等2种方式[7~9].由于金属元素具有稳定性、生物积累性和不可降解性等特点, 容易在生物体内富集, 进而对人体健康造成潜在威胁[10, 11].

面对岩溶地区的水质现状以及地下水污染的不易去除和不可见等特性, 分析金属元素的分布特征显得尤为重要.此外, 地下水中一定剂量的金属元素经过长时间的暴露, 会对人体产生致癌与非致癌的健康风险[12, 13].《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)中推荐了各种金属元素的浓度标准限值[14], 但是由于金属元素在生物体内的积累属性, 尽管在地下水中浓度较低, 多种金属元素暴露的总健康风险可能会对人体造成一定的影响[15~17].同时, 由于Cr元素的特殊属性, 低浓度地下水也可暴露相对较高的人体健康风险, 某种程度上说, Cr的空间分布格局决定了地下水的健康风险格局[10, 18, 19].因此, 地下水中金属元素暴露的人群健康风险应当引起足够重视, 尤其是在以地下水作为饮用水源的地区.

重庆市是国家西部大开发重要的支撑城市, 长江上游地区的经济中心, 人口众多, 工农业产业密集; 重庆东南部以武隆区为代表的喀斯特地貌较发育, 旅游业较为发达.在经济发展的同时, 伴随着一定污染物的产生与排放, 这使得地下水金属污染问题面临一定的挑战[20].在重庆老龙洞地下河系统中发现Mn、Pb、Cu和As等重金属[21]以及有机氯农药、多氯联苯和多环芳烃等有机物的污染[22~24].重庆东南部地区村镇居民饮用和生活用水主要以居住地附近岩溶泉水与地下河水为主, 部分大流量地下河开发为区域重要的饮用水源地[25].以此背景下, 揭示地区分散岩溶水中金属污染组分的空间分布, 并分析其可能暴露的潜在健康风险, 有利于加强该地区分散式岩溶水资源的水质管理.同时, 可利用岩溶水资源量相对匮乏的背景下, 也有利于实现岩溶水高效利用的目标.因此, 本文对重庆东南部地区岩溶地下水中Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni、Mn、As和Hg这10种重金属元素的空间分布进行调查, 分析其空间分布特征及来源, 并利用健康风险模型评价了地下河水与泉水对儿童和成人引起的健康风险, 以期为分散式岩溶水污染防控和水资源高效利用提供科学依据.

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于重庆市区东南约100 km, 主要行政区包括武隆区和彭水县, 地理坐标范围为东经：107°14′04″~108°25′26″; 北纬：28°58′40″~29°33′35″.所处区域属亚热带湿润性季风气候, 多年平均气温16~19℃, 年无霜期由河谷区的312 d递减到中山区的235 d.区内降雨量充沛, 时空分配极不均匀, 多年平均降水量1 000~1 300 mm之间, 雨季主要集中在5~9月, 占全年降雨量的68% ~70%.研究区内水系主要为长江的一级支流——乌江, 其横切碳酸盐岩, 成为区内岩溶地下水的区域排泄基准面.

研究区岩溶分布面积广, 碳酸盐岩分布区岩溶强烈发育, 多见落水洞、地下河天窗和洼地等负地形, 岩溶裂隙与溶洞管道为岩溶地下水资源的赋存和运移提供了重要的场所.地貌类型普遍为典型裸露岩溶中山, 相对切割深度一般为500~1 200 m, 地表溶蚀剧烈, 水土流失严重, 生态环境脆弱.区内碳酸盐岩广布, 主要分布有三叠系、二叠系、奥陶系和寒武系的灰岩、白云岩、白云质灰岩和灰质白云岩.大气降水是研究区内岩溶地下水的主要补给来源, 除垂直入渗补给外, 大气降雨可通过负地形直接补给地下水.地下水的运动规律和排泄条件主要受地质构造、岩溶发育和地形地貌等因素控制, 沿岩溶管道、裂隙运移, 于河流两岸、沟谷和斜坡低洼处以伏流或岩溶大泉的形式排泄, 总体上受到最低侵蚀基准面控制.

1.2 样品采集

地下河水样和岩溶泉水样采集于2018年12月, 共计42组水样品, 其中包括地下河水样9组(H01~H09)和岩溶泉水样33组(S01~S33), 采样点分布详见图 1.采样点流量均大于10 L ·s-1, 并且为附近村镇地区分散式供水水源地.水样采集时, 首先利用原样水将500 mL聚乙烯采样瓶清洗3遍, 使用0.45 μm孔径的过滤膜进行原样水过滤, 每组样品收集500 mL水样, 加入1 ∶1硝酸2 mL以稳定过滤水样中的金属元素, 使用封口膜对瓶口进行密封.采样结束后, 记录采样点周边环境、人类活动和可能污染源.全部水样在采集后均放入保温箱进行运输保存, 并快速送往实验室进行相关组分检测.

1.侏罗系中下统; 2.三叠系上统; 3.三叠系中下统; 4.二叠系中上统; 5.二叠系下统; 6.泥盆系中上统; 7.奥陶系及志留系中下统; 8.寒武系中上统; 9.寒武系下统; 10.断层; 11.区、县; 12.地表水系; 13.地下河采样点; 14.岩溶泉采样点 图 1 研究区采样点分布示意 Fig. 1 Distribution of sampling sites in the study area

1.3 样品分析测试

水体金属元素测试由自然资源部岩溶地质与资源环境检测中心完成, Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni、Mn、As和Hg由电感耦合等离子体质谱仪(iCAP RQ ICP-MS, 赛默飞世尔)完成测试.为确保样品测试质量, 同一水样采用3次进样测试, 取平均值作为样品最终浓度, 全部金属元素检测过程均设有空白对照组, 严格采用国家一级标准物质实现本次测试的质量控制和保证, 测试结果的标准偏差不超过5%, 加标回收率在90% ~110%范围内.因此, 本次水样金属检测结果可靠, 能够满足后续分析.

1.4 健康风险评价模型 1.4.1 日均摄入量

自然界中与人类活动密切相关的水体多数处于液态, 液态水主要通过饮水摄入方式和皮肤渗入方式进入人体, 污染物通过这2种途径进入人体的占比超过90%[26].金属元素是地下水中一类常见的污染组分[27], 依据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)所检测的化学物质致癌可靠性分析项目, 金属元素可划分为化学致癌金属元素和非化学致癌金属元素这2类.目前, 国内外水体中金属元素暴露的人群健康风险, 主要采用美国环保署(USEPA)推荐的水环境中有毒组分引起的健康风险评价模型[28~30].基于此, 本研究将所检测的10种金属元素划分为化学致癌金属As、Cr和Cd以及非化学致癌金属Al、Cu、Pb、Zn、Ni、Mn和Hg, 根据USEPA推荐的水环境健康风险评价模型, 对研究区成人和儿童这2类人群进行健康风险评价.

金属元素通过饮用水途径的人群日均暴露计量为：

(1)

金属元素通过皮肤渗入途径的人群日均暴露计量为：

(2)
1.4.2 健康风险

水体中化学致癌金属As、Cr和Cd暴露的人群健康风险计算模型为：

(3)

水体中非化学致癌金属Al、Cu、Pb、Zn、Ni、Mn和Hg暴露的人群健康风险计算模型为：

(4)

式中相关计算参数表示含义、取值和单位详见表 1[31~33].PC、SF和RfD参数取值与金属元素的物化性质相关, 10种金属的具体取值详见表 2[34, 35].

表 1 健康风险评价模型参数汇总 Table 1 Summary of health risk assessment model parameters

表 2 健康风险评价方法相关参数值1) Table 2 Values of parameters related to health risk assessment

1.4.3 总健康风险

由于金属元素具有累积效应, 假设水体中的各金属元素暴露的人群健康同样具有累计风险关系[36], 则多种金属元素暴露的人群总健康风险RT计算公式为：

(5)
1.5 数理统计方法

利用Excel 2019完成金属元素原始测试数据的分类整理、计算和统计; 利用SPSS 22对金属浓度分类数据进行正态分布检验, 统计各类数据的浓度平均值、标准差和变异系数; 利用ArcGIS 10.0绘制采样点分布图和金属浓度空间分布; 利用Origin 2019绘制相关性分析、金属浓度和健康风险统计.

2 结果与讨论 2.1 金属元素浓度特征

重庆东南地区2种类型分散岩溶水源中10种金属元素浓度特征如表 3.地下河水中检出Al、Cu、Cr、Ni、Mn和As这6种金属元素, 浓度平均值顺序为：Al>Mn>Cr>Ni>As>Cu, 其中Al、Cr和Mn在全部地下河水样中检出, Cu、Ni和As检出率均低于50%; 岩溶泉水中检出金属元素种类多于地下河水, 包括Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Mn和As这8种, 浓度平均值顺序为：Al>Mn>Zn>Cr>Ni>Cu>Pb>As, 其中Cr在全部岩溶泉中检出, Al、Ni和Mn的检出率高于50%, 其余金属元素检出率偏低.东南地区分散式岩溶水源中检出率在50%以上的金属元素浓度特征如图 2.Al、Mn和Ni元素在地下河水中的浓度分布总体高于岩溶泉水, 仅Cr元素浓度分布总体低于岩溶泉水.依据我国《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水标准限值和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)标准限值[14, 37], 重庆东南地区分散岩溶水源中检测的10种金属元素均未出现超标, 说明重庆东南地区分散岩溶水源水质整体较好.

表 3 重庆东南部岩溶水源中金属元素浓度特征1) Table 3 Concentration characteristics of metal elements in karst water sources in southeastern Chongqing

图 2 检出率50%以上的金属元素在地下河水和岩溶泉水中浓度特征 Fig. 2 Concentration characteristics of metal elements with detection rate of more than 50% in underground river water and karst spring water

变异系数可反映出同一时期水体中金属元素受空间尺度的影响程度[16, 38], 当变异系数低于0.2时, 表示水体中金属元素的空间分布为低变异, 变异系数介于0.2~0.5时为中等变异, 当变异系数高于0.5~1.0时为强变异, 当变异系数高于1.0时为极强变异[39].不考虑未检出金属元素, 在地下河水与岩溶泉水样品中除Cr(变异系数为0.21)外, Al、Cu、Ni、Mn和As的变异系数均超过1, 说明这些金属元素在岩溶地下水中赋存的空间变异性较强, 特别是Ni和As; 其中, 岩溶泉水中Al、Cu、Pb和Zn的变异系数高于地下河水, 表明水岩作用更充分的岩溶泉水受地下水赋存空间影响比地下河水大, 而地下河水中的Ni、Mn和As变异系数高于岩溶泉水.由于地下岩溶管道的存在更有利于岩溶地下水的空间运移, 使得距离城区较近的地下河水采样点更容易受到城镇生活废水中金属元素[40]的影响, 导致地下河水中部分金属元素浓度发生异常.

2.2 金属元素空间分布特征

以普通克里金插值方法绘制重庆东南地区地下水样品中检出率50%以上金属元素(Al、Cr、Mn和Ni)的空间分布(图 3).在武隆区东北部与彭水县东北部Al元素浓度较高, 形成近斑状高浓度区.武隆区东北部地下河水样H09和泉水样S13点ρ(Al)为115 μg ·L-1和176 μg ·L-1, 浓度偏高; 彭水县东北部泉S27点ρ(Al)为148 μg ·L-1, 为区域地下水Al高值区, 此外研究区西南部分布有Al元素的带状高值区.研究区西北部出现Mn带状浓度高值区, 主要分布H02和H03地下河水采样点, H02附近东侧0.5 km处为矿业活动区域, H03所在位置为重庆市某化工园区下游.Ni斑状高浓度区分布在研究区西南部, 主要受到H02点浓度的控制.元素Al、Mn和Ni的空间特征均呈不均匀分布特点, 推测其由于受到人类活动的影响, 改变了区域上元素的分布规律.

图 3 研究区检出率50%以上的金属元素空间分布特征 Fig. 3 Spatial distribution characteristics of metal elements with detection rate over 50% in the study area

武隆区东部和彭水县大部分地区出现Cr元素浓度高值区, 浓度最高位武隆区南部S07泉水样点, 为5.03 μg ·L-1, 地下河水样品和岩溶泉水浓度平均值分别为3.26 μg ·L-1和3.82 μg ·L-1, 在《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)Ⅰ类水标准限值以下, 因此, 推测其主要以水岩作用的自然来源为主[41].此外, 使用独立样本T检验方法分别对地下河水、泉水样品中检出率50%以上金属元素浓度进行对比分析发现, Al、Mn、Cr和Ni这4种元素的差异性显著指数分别为0.711、0.185、0.054和0.336, 可以看出, 4种元素在地下河水中和泉水中浓度差异性程度不同, Al元素差异性最大, 其次为Ni、Mn和Cr.说明不同重金属元素在地下河和岩溶泉的地下水排泄形式中表现出来的水岩相互作用充分程度不同.

2.3 金属元素来源解析 2.3.1 相关性分析

重庆东南地区地下水样品pH和各金属元素间的Spearman相关分析结果见图 4.Mn与Al和Cr与Ni元素呈显著正相关(P < 0.01), 相关系数分别为0.92和0.60, 说明重庆东南地区Al、Ni和As这3种元素与Mn具有相同的来源或是迁移转化过程相近, 其主要体现在研究区西北部地下河分布的地区, 在我国西南其他岩溶地区也发现了相同的规律[10, 16].另外, pH与各个金属元素之间无明显相关性, 说明在该地区岩溶地下水酸碱度对金属元素赋存无明显影响.

红色表示正相关, 蓝色表示负相关, 颜色深浅表示相关性大小 图 4 岩溶地下水中金属元素与pH的Spearman相关性(n=42) Fig. 4 Spearman correlation between metal elements and pH in karst groundwater(n=42)

2.3.2 聚类分析

岩溶地下水中金属元素的来源受到多种影响因素的综合影响, 可分为自然因素和人类活动两类[42].为进一步了解研究区金属元素的来源, 对研究区金属元素浓度进行聚类分析, 可以揭示岩溶地下水中不同离子之间的同源性或经历了相同的水文地球化学过程[20].运用SPSS软件对研究区岩溶地下水中金属元素进行系统聚类分析, 采用组间平均连结法, 得到结果见图 5.将8种金属元素分为2类, Cu、Pb、As、Zn、Ni和Cr为一类, Al和Mn为一类.

图 5 研究区岩溶地下水金属元素聚类分析树状 Fig. 5 Dendrogram of cluster analysis of metal elements in karst groundwater in the study area

由前所述, Cu、Pb、As和Zn元素检出率低于50%, 元素浓度相对较高的采样点为部分岩溶泉水, 如S22、S27、S29和S31号点, 均位于研究区东部, 其地层大部分布有志留系中统和奥陶系, 岩性主要为粉砂岩与石灰岩, 岩石中含有Cu、Pb、As和Zn等元素[43, 44], 其经过地下水溶滤作用进入地下水; Ni元素高值点位于研究区西南部, 该点附近有一采矿场, 矿业的开发加重了Ni元素的富集; 另外, 研究区内Cr元素浓度较低, 分布相对均匀, 且与重庆其他未污染地区浓度相近[45, 46], 由此推测研究区中Cr元素分布主要受到地球化学背景值影响, 与空间分布分析结果一致.因此, 第一类金属元素来源大部分受到区域地质背景的影响, Ni元素则受到矿业活动与自然来源的双重影响.

Al是农业杀虫剂和除草剂中的重要组分, 可作为农业活动的标志[47, 48].H09和S13采样点相距0.87 km, 距离乌江3.7 km, 水文地质条件相同, 位于同一小型岩溶地下水系统, 且附近无工矿企业存在, 该区域分布有大片农田, 推测其来源主要为农业活动的汇入; Al和Mn元素浓度高值为地下河采样点H02和H03, 均分布在工业园区及采矿场附近, 工矿业生产活动使Al和Mn元素分布高于区域背景值.地下河水补给范围较大, 裂隙及岩溶管道发育, 金属元素随地表径流补给至地下空间中, 最终导致岩溶地下水中金属元素浓度偏高, 根据研究区工矿业分布, 推测Mn和部分Al元素来源于采矿活动及化工园区生产.因此, 第二类金属元素来源主要受到人类活动的影响.

2.4 健康风险评价

水体中金属元素暴露的人群最大健康风险往往更受人类关注, 因此, 本研究参照重庆东南部分散岩溶水源各金属的最大浓度, 获取了成人和儿童通过饮用途径和皮肤渗入途径暴露的年均最大健康风险(表 4).可以看出, 通过饮用途径暴露的人群健康风险总体表现为致癌风险(10-4~10-7 a-1)高于非致癌风险(10-9~10-12 a-1).据国际辐射防护委员会(ICRP)规定的年均人群最大可接受风险水平5.0×10-5 a-1[34], 以及英国皇家协会(ERS)和瑞典环境保护局(SEPA)限定的健康风险最大可接受水平1.0×10-6 a-1[49], 引起人群健康风险的主要来自于致癌金属元素Cr和As, 长时间暴露容易导致皮肤癌和肝癌等疾病[50].Cr引起的致癌风险相对As高出2~3个数量级, 且儿童暴露风险值要高于成人一个数量级.地下河水和岩溶泉水中的Cr在成人和儿童中暴露的最大人群致癌风险均超过ICRP限定的最大可接受风险水平5.0×10-5 a-1, 岩溶泉水中Cr暴露的人群致癌风险略高于地下河水.As仅在地下河水中暴露的儿童致癌风险值超过了ERS和SEPA限定的最大可接受风险水平1.0×10-6 a-1.Cr与As元素暴露引起的健康风险是引起地下水中健康风险的主要来源, 在西南部岩溶地区发现了同样的结论[32, 51].因此, 当地居民将这部分水源作为饮用水时, 需对地下水中Cr和As元素格外关注, 特别是针对水体中的Cr元素.

人类生活用水和农业灌溉活动使得水源长时间与人体皮肤接触, 无论城市区还是村镇区, 这些活动暴露的健康风险并不能被忽略.由表 4可知, 通过皮肤渗入途径暴露的人群健康风险(10-6~10-15 a-1)明显低于饮用途径(10-4~10-12 a-1), 这说明饮用途径是主要的暴露途径.通过皮肤渗入途径引起的健康风险主要来源于致癌金属元素Cr, 成人暴露的致癌风险高于儿童, 这与成人的体表面积和暴露时间相对大有关.地下河水中Cr暴露的成人致癌风险和岩溶泉水中的Cr暴露的成人和儿童致癌风险略高于ERS和SEPA限定的最大可接受风险水平1.0×10-6 a-1, 应当引起当地居民关注.其他金属元素暴露的人群健康风险均低于最大可接受水平, 不能对人类构成明显的毒害风险.

表 4 不同类型水中金属元素通过饮用途径和皮肤渗入途径暴露的最大人群健康风险1)/a-1 Table 4 Largest population health risk of exposure of metal elements in different types of water through drinking and skin penetration/a-1

重庆东南部地下河水和岩溶泉分散水源中10种金属暴露的人群总健康风险如图 6.总体来看, 通过饮用途径暴露的总健康风险高于皮肤渗入途径, 儿童通过饮用途径暴露的总健康风险高于成人, 而通过皮肤渗入途径暴露的总健康风险成人高于儿童.通过饮用途径, 儿童在地下河水和岩溶泉水中暴露的总健康风险均高于ICRP限定的最大可接受风险水平5.0×10-5 a-1, 多数岩溶泉和部分地下河水中暴露的成人总健康风险超过最大可接受水平.因此, 重庆东南部分散岩溶水源作为饮用水, 建议进行适当风险管控.通过皮肤渗入暴露的总健康风险均低于ICRP限定的最大可接受风险水平5.0×10-5 a-1, 仅少量水点高于ERS和SEPA限定的最大可接受风险水平1.0×10-6 a-1, 这说明重庆东南部分散岩溶水源作为生活用水和农业灌溉时对人体构成毒害风险并不明显.

图 6 不同类型水中金属元素通过饮用途径和皮肤渗入途径暴露的人群总健康风险 Fig. 6 Total health risk of people exposed to metal elements in different types of water through drinking and skin penetration

3 结论

(1) 重庆东南地区分散岩溶水源水质整体较好, Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni、Mn、As和Hg这10种元素均未超过《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)标准限值, 其中Hg和Cd元素浓度均未超出检出限.地下河水中的浓度分布总体高于岩溶泉水, 岩溶泉水受地下水赋存空间影响大于地下河水.

(2) 通过空间分布特征和多元统计分析可知, Cu、Pb、As、Zn和Cr元素浓度主要受到区域地质背景的影响; Al和Mn元素空间分布不均匀, 其主要来源受到农业、化工园区生产和矿业开采等人类活动的影响; Ni元素同时受到水岩作用的自然来源与人类工矿业活动的双重影响.

(3) 通过饮用途径暴露的总健康风险高于皮肤渗入途径, 是人体主要的暴露途径, 对于研究区岩溶水源作为饮用水时建议进行适当的风险管控, 而作为生活用水和农业灌溉时对人体构成毒害风险并不明显; 儿童通过饮用途径暴露的总健康风险高于成人, 而通过皮肤渗入途径暴露的总健康风险成人高于儿童.值得注意的是, Cr元素是引起健康总风险的决定性元素, 应当列为饮用水安全管控中的重点金属元素.

参考文献
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