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  WQI最初由Horton和Brown提出,并广泛应用于评价地表水和地下水的水质总体水平和综合污染情况,是常用和最有效的反应水质的综合性指数。WQI评价的重点是确定各个理化参数的权重,因为权重的微小变化都会影响水质评价的结果。当前广泛采用主观赋权法根据理化参数的重要性进行赋权,由于专家的偏好,使得水质评价结果具有多重不确定性。考虑到主观赋权法的不足,熵权法等客观赋权法得到了应用。客观赋权法有较强的数学依据,但是不能反应不同理化指标对人体健康的影响重要性。因此,结合前人研究中对不同理化指标的重要性主观评价和熵权法可以更有效的反应地下水水质。此外,WQI评价指标的选择主要基于世界卫生组织的指导准则和中国生活饮用水标准等提供的限制性指标,而忽视了Sr、B、V等未制定上限值的指标,而HI则可以反应这些微量元素的非致癌健康风险。因此,结合WQI和HI可以综合反应地下水的饮用适宜性。

  在计算Water Quality Index(WQI)的权重时采用基于主观赋权法和客观赋权法结合的组合赋权法。其中,主观赋权法是根据水质指标j与人体健康的的相对感知效应和重要性确定重要性分数Pj,Pj的范围为1—5,1表示对水质的影响最小,5表示对水质的影响最大,从而计算各个水质指标的权重。虽然不同专家对不同水质指标与人体健康重要性的理解不同,但是经过多年的发展,在一些水质指标的重要性分数赋值上达到了共识,例如,As、Cd、Cr、Pb等重金属对人体健康危害很大,因此他们的重要性分数为5。因此,本研究采用前人文献中普遍采用的重要性分数来计算主观赋权的权重wj1。

  水质指标的选取同样决定了WQI的结果,水质指标太多时,微小的个体变化在水质指标值中是检测不到的,因此采用蒙特卡洛模型,使用Crystal Ball 11.1 (Oracle Inc.,美国)软件,对21种理化指标对WQI结果的敏感性进行分析(表S1),可以发现,TDS、TH、SO42-、NO3-、Pb、Sb、As、Se和F-能解释WQI 98.66%的方差贡献,因此,采用这几种理化指标作为评价WQI的水质指标,他们的组合权重见表S2。

  饮用水中污染物的暴露途径主要是皮肤接触(如沐浴)和口头摄入(如饮水)两种方式,因此,本文对饮用水中的污染物的健康风险评价的研究主要根据经口摄入和皮肤暴露两个途径进行估算,使用危险系数(HI)评估健康风险。

  不可接受的HI阈值设置为1,HI1表示对健康无危害,即使产生了健康危害也是可以忽略不计的,难以被察觉;hi1表示会对健康产生不利的影响。

  广西巴马地下水水样的WQI见图6a。总体来说研究区水质较好,其中极好的水样占比95.7%,好的水样占比4.3%。型岩溶区和埋藏型岩溶区地下水水样的WQI值范围分别为3.31—26.86和3.18—33.27,平均值分别为12.17和9.56。型岩溶区地下水样WQI略高于埋藏型岩溶区(p0.05),主要是型岩溶区的TDS、TH和NO3-对WQI的贡献高于埋藏型岩溶区。由图6b可以发现,WQI较高的区域主要分布在北部和东部的研究区(型研究区),而WQI值较低的区域主要分布研究区西部和南部的研究区(埋藏型岩溶区)。

  非致癌健康风险评价增加了Li、V和Sn等非生活饮用水限制性指标的评价,能够更全面的评价地下水水质中微量元素的健康风险。儿童和成年人通过口服摄入(HQoral)和皮肤吸收(HQdermal)获得的微量元素非致癌风险统计结果如表1所示。型岩溶区儿童和成人的HI平均值分别为0.300和0.241,埋藏型岩溶区儿童和成人的HI平均值分别为0.316和0.257,型岩溶区地下水微量元素健康风险略低于埋藏型岩溶区(p0.05),儿童获得的健康风险大于成人。总体来说,型岩溶区和埋藏型岩溶区儿童和成人的HI平均值较低,不存在显著的健康风险。研究区地下水非致癌健康风险分布如图8,可以发现,HI的分布和岩溶分布没有显著的关系,HI较高的区域主要分布在研究区的东部,研究区西部的HI值较低。

  本研究采用组合赋权法,同时综合WQI和HI的评价对不同类型岩溶区水质进行分析,完善了水质评价的方法。同时,基于以上的水质评价方法,本研究还得到了如下结论:广西巴马锶和锌矿泉水资源丰富。其中,Yandong等镇的锌型和锶型矿泉水具有较低的HI和WQI,是非常优质的矿泉水资源,经济价值高,应当从洁净生产的角度制定产业化开发规划。Xishan镇锌矿泉水具有较高的WQI和较低的HI,WQI较高的水样硝酸盐含量也较高,因此,需要减少这些区域的人类活动,保护地下水资源,以利于当地矿泉水产业的可持续发展。