基于“3S”技术的名山县农村水源地水质健康风险评价研究1 精品

基于―3S‖技术的名山县农村水源地水质健康风险评价研究

信息与工程技术学院农业水利工程专业付成威

（指导教师：倪福全职称：教授）

摘要：饮用水水质与人类健康密不可分，不良的饮用水直接危害人类的健康。健康风险评价是以风险度为评价标准，定量描述饮用水水质对人体健康产生危害的方法。本文以EPA健康风险评价模型为基础，以饮用水水水质为研究对象，通过野外调查、水质采样、水质检测、健康风险计算和GIS专题地图制作等步骤，对名山县41个检测的饮用水中铜、铁、六价铬、硝酸盐和氟化物进行了检测和评价，结果表明：

1. 名山县41个检测点饮用水中，六价铬污染情况最严重，有97%的地点六价铬含量超标。硝酸盐污染情况其次，49%的地点六价铬含量超标。铁污染程度一般，13%的地点超过了标准。氟化物污染程度较低，2%的氟化物含量超标。41个监测点中，铜含量全部符合标准要求。

2.名山县的饮用水中，六价铬致癌风险的属于VI极高风险等级，铜非致癌健康危害等级为III级中风险，铁非致癌健康危害等级为II级中——低风险，六价铬非致癌健康危害等级为VI级极高风险，硝酸盐非致癌健康危害等级为IV级中——高风险，氟化物非致癌风险健康危害等级为IV级中——高风险。

3.名山县东南地区铁、铜风险较高；名山县东部地区硝酸盐风险较高；名山县南部氟化物风险较高。

关键词：名山县；水质；健康风险评价；GIS；

The health risk assessment for quality of rural drinking water source in Mingshan county based on “3s” technology

Special field: Agriculture hydraulic engineering Name: Fu Chengwei

Tutor: Ni Fuquan

Abstract drinking water quality and human health are inseparable, poor drinking water directly harmful to human health. Health risk assessment is a quantitative description for the drinking water quality on human health based on risk degree evaluation criteria.In this paper, based on EPA health risk assessment model, we detected and evaluated hexavalent chromium copper iron nitrate and fluoride in drinking water at 41 detection in Mingshan by field surveys, water sampling, water quality testing, health risk calculations and GIS thematic map production. It turned out that:

1. In Mingshan 41 test points in drinking water, hexavalent chromium, the most serious pollution, 97% of the locations exceeded the hexavalent chromium content. Followed by nitrate pollution, 49% of the locations exceeded the hexavalent chromium

content. General degree in pollution of iron , is 13% more than the standard location.

Low level of fluoride pollution has exceeded 2% of the fluoride content. 41 monitoring points, the copper content in all standard requirements.

2. Mingshan drinking water, hexavalent chromium is carcinogenic risks of VI risk level, copper non-carcinogenic health hazard rating of risk level III, non-carcinogenic health hazard Iron II level in grade - low-risk, non-carcinogenic chromium VI level health hazard rating of high risk, non-carcinogenic health risks of nitrate levels in the IV class - high risk, fluoride and non-cancer health hazard rating of risk level IV Medium - high risk.

3. Risk of iron and copper in Southeastern of Mingshan is higher; Risk of nitrate in east of Mingshan is higher; Risk of fluoride in South of Mingshan is higher.

Key words: Mingshan; water quality; health risk assessment; GIS;

第一章绪论

1.1选题背景

水资源是整个国民经济和人类生存的命脉，水对人的生命和健康至关重要，获得安全饮用水是人类生存的基本需求。然而，全球每六人中有一人不能持续获得安全饮用水，人类90%的癌症是由化学致癌物引起的[1]，饮用不良水质导致的消化疾病、传染病、皮肤病、糖尿病、癌症、结石等多达50多种，世界上贫困地区80%的疾病是由饮水不安全引起的，每天约有2.5万人因此而死亡[2]，全世界发展中国家1/3的城市人口得不到安全的饮用水[3]。在中国，通过饮水发生和传播的疾病就有五十多种。要减少疾病，提高健康水平，最行之有效的措施就是使广大人民群众得到安全的饮用水。

安全饮用水是人类生存的基本需求。实施农村饮水安全工程，是社会主义新农村建设的重要任务，对于保障广大农民群众身体健康和生命安全，改善农村人居环境，提高农村生活质量，加快实现全面建设小康社会目标，具有重要意义。近年来，我国在保障农村饮水安全方面取得了明显的进展。但是，农村饮水安全工程建设和管理任务依然十分艰巨，迫切需要继续采取有效措施，进一步加大工作力度，把这件广大农民群众最关心的实事办实，好事办好。我国是一个人口众多的发展中国家，13亿人口70％以上居住在农村(包括镇)[4]。我国又是一个水资源相对紧缺的国家，人均水资源占有量少，降雨时空分布不均，夏秋多，冬春少；东南多，西北少。北方大部分地区资源性缺水，南方部分地区季节性缺水。再加上自然地理条件复杂，农村地区经济社会发展相对落后，许多农村地区饮水问题突出，严重影响人民群众的生活，威胁人民群众的身体健康。

目前我国农村供水设施、规模普遍较小且简陋，仍以传统、落后的分散式供水

为主，自来水普及率低，供水水质低劣，管理落后。广大农村地区高氟水、高砷水、苦咸水、有机物污染水、血吸虫等，造成全国3亿多农村人口饮水不安全[5]，其中，1.9亿人饮水中有毒物质含量超标。因此，获得安全饮用水是人类生存的基本需求，是解决农村饮水安全问题是农民的迫切需要，是建设社会主义新农村的重要内容，也是各级政府的重要职责。

2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》正式公布。这是新中国成立62年来中共中央首次系统部署水利改革发展全面工作的决定。这个综合性政策文件，以水利改革发展为主题，向全党全社会发出了大兴水利的明确信号[6]。文件中讲到，我国要继续推进农村饮水安全建设。到2013年解决规划内农村饮水安全问题，―十二五‖期间基本解决新增农村饮水不安全人口的饮水问题。文件为全面规划和实施―十二五‖农村饮水安全工程的建设提供了准确的依据。

近年来，健康风险评价正逐渐兴起并成为一个新的研究领域[7-10]。健康风险评价是把水环境污染与人体健康联系起来的一种新的评价方法。其目的在于估计特定环境条件下的化学或物理因子对人体、动物或生态系统造造成损害的可能性及其程度大小。目前，健康风险评价主要用于评价各种气、液、固态物体对人体健康危害的影响，水质健康风险评价的主要特点是以风险度作为评价指标，把水环境污染和人们身体健康联系起来，定量描述污染物对人体产生健康危害的风险。水质风险评价目的是在于估计特定环境条件下的化学或物理因子对人体、动物和生态系统造成损害的可能性及其程度大小。全面开展农村水质健康风险评价十分必要，通过饮用水源水质健康危害的风险度评价，可以直接得到以健康危害的风险度表示的水源水质的综合结论。

1.2 选题目的和选题意义

1.2.1 选题目的

获得安全饮水是人类的基本需求，让每个人都得到安全饮水是人类的共同愿望。做好农村饮水安全研究工作，关系到广大农村人民群众的身体健康乃至生命安全，是社会发展的必然要求，是维护广大农村人民群众根本利益、落实科学发展观的基本要求，是实现全面建设小康社会目标、建设社会主义新农村、构建社会主义和谐社会和建设资源节约型、环境友好型社会的重要内容。由此可见，在以人为本、构建和谐社会的大背景下，研究农村饮水安全问题具有重要现实意义。同时为丰富农村饮水安全理论，指导农村饮水安全实践提供参考和依据。

本项目选题目的是：

（1）深入理解农村饮水安全问题，提高当地群众的健康水平。

（2）探索―十二五‖期间，本区应该采取哪些措施进行水质健康风险的控制与管理。如何将研究成果推广应用到其它类似区域，探索―十二五‖民生水利发展方向，确保农村水质安全，保护人类健康，保护生态环境。

（3）改善了农村生活环境，促进了新农村建设。农村饮水安全工程的建设是新农村建设重要的环节，关系到农村居民的生存、生活和生产等切身利益，是―民心工程‖、―德政工程"和―三个代表‖重要思想在农村的具体体现。

（4）密切党群、干群的关系，增进了农村社会和谐。农村居民饮水问题是各级党委、政府落实以人为本和科学发展观，统筹城乡发展的重要环节。

1.2.2 选题意义

本项目的选题意义是：

(1) 构建适于本区农村饮水水质健康风险评估的理论体系和工作模式；

(2) 探索农村饮水水质健康风险的动态性、方向性和过程性；

(3) 揭示农村饮水水质健康风险的成因机制，为寻找避免和削减农村饮水水质健康风险的工程措施和非工程措施提供科学依据；

(4) 为强化农村饮水水质健康风险管理的可操作性提供科学依据，确保生态环境的可持续发展；

(5) 促进农业生态水文环境信息系统的开发力度，为社会主义新农村建设提供正确的科学决策依据。

(6) 对指导农村水源地的管理、饮水处理技术的选择、水质分级风险控制，促进水资源保护与合理开发利用和农村生态环境建设等具有十分重要的意义，研究成果可以为四川―512‖汶川地震灾后变迁水源地的水质评价提供科学的示范，切实做到确保水质安全、人群健康，实现人水和谐。

1.3 国内外研究进展

1.3.1 健康风险评价研究进展

健康风险评估兴起于20世纪70年代几个工业发达国家，尤以美国独领风骚。在短短20多年中，大体上经历了三个时期：20世纪的70～80年代初，萌芽阶段，风险评价内涵不甚明确，仅仅采取毒性鉴定的方法；80年代中，为风险评价体系建立的技术准备阶段；从1989年起，风险评价的科学体系基本形成，并处于不断发展和完善的阶段。水质健康风险评估正逐渐兴起并成为一个新的研究领域，其主要特点是以风险度作为评价指标，把水环境污染和人们身体健康联系起来，定量描述污染物对人体产生健康危害的风险。水质风险评估目的是在于估计特定环境条件下的化学或物理因子对人体、动物和生态系统造成损害的可能性及其程度大小。全面开展农村水质健康风险评估十分必要，通过饮用水源水质健康危害的风险度评估，可以直接得到以健康危害的风险度表示的水源水质的综合结论，确定水体中污染物的主次及治理的优先顺序。

1.3.2 国外研究进展

美国国家环保局(U．S．EPA)1976年首先公布的风险评价准则，被很多环境立法机构所接受，也引起了学术界广泛深入的研究和讨论，使风险评价的方法在各个方

面得到了应用和发展。由于没有制定统一的规范化程序，不同研究者的评价方法各有千秋。美国环保局制定和颁布了有关饮用水环境中地下水水质健康风险评价与应用研究风险评价的一系列技术性文件、准则或指南等。当今，风险评价方法己被欧洲、美洲、亚洲等许多国家和一些国际组织所采用。现在，在国外很多国家健康风险评价已经上升为重要的跨学科间的一门学问，而且进入了一个以计算机、数学模型为工具综合各学科进行综合分析研究的阶段，其成果亦越来越丰富。

Evens Emmanuel[11]等学者利用健康风险评价，研究了医院排放废水的微生物和污染物对地下水的影像情况。Said Muhammad[12]等学者在巴基斯坦北部利用多元统计的方法，对饮用水水源地中砷元素对人体的健康进行了健康风险评价。Derya Baytak[13]等学者在伊兹密尔对饮用水中消毒副产物的季节变化性进行了健康风险评价。Marie-Claude Besner[14]等学者建立了微生物对公众的健康风险评价模型，并用该模型评价了评价了抵押和负压状态下的微生物对人体的健康风险。Syam S.Andra[15]等学者对烟草中特有的亚硝酸胺水进行了健康风险评价。Christelle Legay[16]等学者通过研究特定地区的饮用水水质，研究了人体健康风险CBP的曝光的空间变异性。

1.3.3 国内研究进展

我国的风险评价研究起步较晚，发展比较缓慢，近年来主要是对国外的研究成果进行介绍或在某个区域进行应用研究。属于适合我国的健康风险评价理论体系和指标体系有待更多的学者开拓创新。

钱家忠[17]等学者在2004年简要介绍水环境健康风险评价基本方法的基础上，建立了健康风险评价模式，并根据某市供水水源地水质实测资料，进行分析与评价。耿福明[18]等学者在2006年介绍了饮用水水源受到化学致癌物、放射性污染物以及非致癌性污染物所致的健康危害的风险度计算模型，并应用于某市受污染地下水水源的饮水途径健康风险评价，分别计算出了各类污染物的风险度。王东红[19]等学者在2007年建立了1种可以应用于饮用水中有毒污染物的筛查和健康风险评价的方法．应用此方法对北京市自来水厂进出水中的有毒有机污染物进行了分析，定性筛查到113种有毒有机污染物，并对其中多环芳烃、有机氯农药、挥发性有机物和酚类物质等62种污染物进行了定量分析,闰欣荣[20]等学者介绍了饮用水水源受到基因毒物质和躯体毒物质所致的健康危害的风险度计算模型，并应用于西安市饮用水源地饮水途径健康风险评价，分别计算出了各类污染物的风险度。倪福全[21]等学者在2009年基于GIS技术对四川盆地西缘农村水源地水质健康风险评价。胡春华[22]等学者在2010年运用目前美国环保局推荐的健康风险评价模型对环鄱阳湖区农村饮用水中重金属所引起的健康风险作了初步评价。

尽管健康风险评价已经取得了不少的成果，总体来说健康风险评价依然还是一门新生的科学，很多方面的应用研究受到很大的限制。比如说美国的健康风险评价研究属于世界领先地位，但在其很多环境影响报告书中并没有涉及到健康风险，一

部分考虑了健康风险的环境影响评价报告书也仅仅只研究了有毒有害物质及放射性物质引发癌症的风险。所以健康风险评价的普及应用还需要政府的大力推广和该领域学者的不限努力。与国外相比，我国的健康风险评价需要做的工作更多，政府和该领域研究机构及学者要付出更多的努力。

1.4 研究内容

以水土复合系统为研究对象，以探索该区农村水源水质健康风险的形成原因和条件、发生机制为目标，以协调人水关系达到人水和谐为主线，以从定性分析到定量计算的综合方法为指导，以系统分析为手段构建研究的基本内容，主要包括理论研究、方法研究、应用研究等三个方面（图1-1）。

图1-1 主要研究内容

本项目具体研究内容有：

(1) 监测本区农村居民地表水源、地下水源水质，开展流行病的定性调查分析，确定主要污染物；

(2) 定量计算本区水质健康风险分布水平及动态变化特征，确定主要治理对象及其优先顺序；

(3) 应用GPS、GIS制作致癌物和非致癌物的健康风险专题地图；

(4) 探讨水质健康风险形成原因、发生条件、形成过程，为确定改水方案及风险管制提供科学依据。

(5) 厘清本区农村水质健康风险与原生环境及次生的农村面源污染之间的关系，探讨农村水质健康风险的成因机制、水平和整治方法。

1.5 研究方法及技术路线

1.5.1 总体思路

基于对四川盆地西缘典型区-雅安市名山县的农村饮用水水质的全面检测、关键

的致癌物、非致癌物的筛选、来源识别、流行病调查的基础上，建立本区饮用地下水风险污染物筛选方法，形成四川盆地西缘典型区-雅安市名山县居民饮用水消费数据库及饮用地下水健康暴露评价方法，系统分析该区不同消费者经饮用水暴露水平、暴露特征、潜在风险及成因机制。

1.5.2 研究方法

主要采取野外调研、水质检测、室内计算分析等综合研究手段进行科学研究。研究中将人体健康与水源地水土环境相结合，宏观环境与人体微观环境相结合，水土环境中元素的地球化学性与生物学特性相结合，人体病因研究与综合防治相结合，水土环境质量评价与环境综合整治相结合，环境地球化学规律的普遍性与特殊性相结合，水源地水质健康风险评估、预警与调控相结合，水源地水质健康风险分析的专业知识与GPS、GIS技术相结合，水源地水质健康风险分析的时间和空间分析相结合。

1.5.3 实施步骤

(1) 检测源水水质

综合考虑地形、地貌、地质、水文、水系与饮水水源、饮水型疾病分布、供水工程类型及前期研究基础条件，确定检测村屯地下井泉水、地表坑塘水、集中式供水及池水源水.依据有关标准规范，应用美国YSI9500、GPS仪器检测源水水质中的水化学指标（PH、COD、总硬度、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐）、毒理学指标（铁、锰、氟化物、As、Hg、Cd、Cr、Pb、硝酸盐）、细菌学指标（细菌总数、总大肠菌群总数）等和检测点的大地坐标。

(2) 对本区农村水源地水质健康风险物进行筛选和甄别

结合流行病学调查成果，依据检测的水质指标中致癌物和非致癌物的分布水平是否对人体健康有害，筛选并甄别确定需要进行健康风险评价的致癌物和非致癌物指标项目。

(3) 农村水源地水质健康风险定量评价及分析

应用美国科学院国家研究委员会(U.S. National Research Council of National Academy of Science，NAS)推荐的健康风险评价模型进行源水水质中致癌风险与非致癌风险健康风险定定量计算。

(4) 制作GIS专题图

在进行室内的数据分析前，首先收集研究区相关图件及数据、文字资料，利用ArcGIS将有关图件数字化，经过编辑、配准，使其在统一的坐标系统下（北京1984坐标系），利用GIS专题图层组织和存储空间数据，并将相关属性数据入库，添加必要的注记，如山川、河流、村庄等，建立起研究区基础空间数据库。建立合理的工作流程，将得到事半功倍的效果。在进行野外水土检测时，记录下检测点的大地坐标（GPS测量），以便在ArcGIS中根据监测点坐际自动生成采样点图层，与统一坐

标系统相匹配，减少因人工输入而带来的位置误差，并将采样点的水土监测数据与采样点图层属性表进行联接（图1-2）。

图1-2 基础数据库建库流程图

第二章我国农村饮用水安全现状

2.1 农村饮水安全的概念

农村饮水安全主要包含四个方面的内容[23]，即：水质达到国家规定相关标准，水量要满足人畜基本用水标准，水源要确保供水一定的百分率，取水要达到要求的方便程度。

农村饮水安全是指农村居民能够及时方便地获得足量、洁净、负担得起的生活饮用水。2004年底，国家发展和改革委、卫生部、水利部在全国开展农村饮水安全调查。将农村饮用水安全以及评价指标体系分成安全和基本安全两个档次，由水质、水量、用水方便程度和水源保证率四项指标组成。

水质指标以符合国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749)要求的为安全；符合《农村实施<生活饮用水卫生标准>准则》要求的为基本安全；低于农村实施《农村实施<生活饮用水卫生标准>准则》要求的为不安全。

水量以每人每天可获得的水量不低于40-60升为安全；不低于20-40升为基本安全；常年水量不足的，属于农村饮用水不安全。在我国，根据气候特点、地形、水资源条件和生活习惯，将全国划分为5个类型区，不同地区的安全饮用水量标准有所不同。安全饮用水水量标准从一区到五区分别是每人每天40、45、50、55、60升。基本安全饮用水量标准从一区到五区分别是每人每天20、25、30、35、40升。

用水方便程度为，人力取水往返时间不超过10分钟的为安全，取水往返时间不超过20分钟的为基本安全。多数居民需要远距离挑水或拉水，人力取水往返时间超过20分钟，大体相当于水平距离800米，或垂直高差80米的情况，即可认为用水方便