改進的地下水微生物風險評價方法

一、簡介世界衛(wèi)生組織（以下簡稱WHO）和聯(lián)合國兒童基金會（以下簡稱UNICEF）進行的相關評價認為，2000年初，世界有1/6的人口（約11億）缺少安全的用水供給（WHO/UNICEF2000）。盡管世界各國在1980～1990年10年間做出了相關的努力，但是世界上能夠獲得安全用水供給的大部分人口仍然分布在發(fā)達國家（如圖1所示）。圖1用水供給得不到改善的世界人口區(qū)域分布圖（WHO/UNICEF2000）為了解決發(fā)展中國家安全用水供給不足的問題，聯(lián)合國開展了一系列活動，例如制定千年發(fā)展目標（以下簡稱MDGs），發(fā)展全球飲用水水質快速評價方法(WHO/UNICEF2000)等。其中，MDGs的首要目標是，到2015年使無法獲得安全用水供給的人口所占的比率減少一半，同時確保環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展能力。這里所說的安全用水供給是指能夠供給無致病細菌、無病毒和高濃度有毒物質的水資源（WHO/UNICEF，2000；Howard等，2001）。在發(fā)展中國家，由于管道供水的費用比較高，而且可持續(xù)性令人質疑，因此許多農村和城市郊區(qū)仍然依賴于淺層地下水的供給。本文將要討論的就是發(fā)展中國家淺層地下水的安全性評價和管理的方法，其中有以下幾方面的內容：——承認全球化學污染物日益增加的重要性?！獜娬{地下水微生物污染脆弱性評價的必要性?！獜娬{未來水文地質學家面臨的微生物風險評價的挑戰(zhàn)。二、背景來自世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國兒童基金會2000年全球用水供給和衛(wèi)生評價的結果表明：非洲農村地區(qū)47%的人口，拉丁美洲62%的人口和亞洲75%的人口無法獲得水質良好的飲用水(WHO/UNICEF2000)。這些農村地區(qū)很多地方的主要水源就是淺層地下水，主要利用淺洞和機械或人工開挖的水井來取水。然而，由于不斷從這些飲用水中檢測出有毒的有機化學物質和高濃度的致病性微生物，所以對這些地區(qū)用水供給的安全性引起了全球性的關注。例如，世界衛(wèi)生組織最近的研究已經證實，在阿根廷、孟加拉國、柬埔寨、中國、蒙古和坦桑尼亞，淺層地下水中的砷（>0.01mg/l）和氟化物（>1.5mg/l）的含量較高（WHO，2004）；另外，再加之來源于人類活動和農業(yè)生產的硝酸鹽污染，更加強了對發(fā)展中國家地下水的關注（WHO，2004）。在發(fā)展中國家比較關注的是，使用微生物污染的淺層地下水所帶來的對人類健康的不利影響。自從1854年英國醫(yī)生JohnSnow發(fā)現(xiàn)地下水引發(fā)霍亂病事件之后，人們對飲用水微生物污染的重要性以及它對公眾健康危害風險的認識增強了。這在發(fā)展中國家尤其重要，因為這些國家的衛(wèi)生設施落后，衛(wèi)生措施有限，所以許多淺層地下水很容易遭受微生物的污染。實際上，由Esrey等人在1990對流行病的研究表明，腸胃疾病的減少與良好的水質和衛(wèi)生設施有密切的聯(lián)系。防止發(fā)展中國家低收入群體腹瀉疾病傳播的控制措施就是減少水中的致病微生物（包括病毒，細菌，原生動物和寄生蟲），控制淺層地下水水質（WHO，2004）。因此，下文將討論一些確保淺層地下水微生物安全和化學物質安全的方法。三、風險評價與管理確保淺層含水層中微生物的安全性，依賴于良好的工程實踐；“提高基礎設施”就相當于“增強了供水的安全性”（例如，設計和建筑的投入越多，處理與保護地下水的效果就越好），本文將對這種觀點產生置疑，在發(fā)展中國家，“安全”用水的獲得不僅僅依賴于良好的工程實踐。實際上，要了解發(fā)展中國家淺層地下水的安全性，就必須十分了解水資源供給中存在的“風險”。了解淺層地下水中微生物風險的核心問題是對水文地質中“來源—路徑—受體”之間關系的正確評價，這里的“來源”被定義為災害事件/環(huán)境（例如化糞池），“路徑”是具有脆弱性的水的存在介質（例如土壤類型），“受體”是用來存儲水源的基礎設施（例如人工水井）。四、含水層途徑習慣上，對風險的理解集中在微生物病原體的排泄源上，排泄源是通過含水層途徑傳輸?shù)竭_水受體的。這些已經考慮了比如污染物濃度，土壤的滲透性和孔隙度，與生理溫度相關的土壤微生物的環(huán)境溫度以及從排泄源到水受體之間的距離。許多多元的地下水脆弱性評價工具被開發(fā)出來，包括DRASTIC、EPIK、GOD和LEGRAND等(August，2004)。這些工具可以利用數(shù)據(jù)來描繪地下水供給保護區(qū)的邊界（Foster等，2002）。在發(fā)展中國家這可能會最終建立起排泄源（例如沼池/糞池）和水受體（例如水井和地上鑿洞）之間的安全距離。然而，要實現(xiàn)對供水區(qū)的保護還存在一些障礙，例如：可利用的數(shù)據(jù)資料有限，傳統(tǒng)的土地利用政策復雜而又可變，不切實際的從用戶到供水點之間的距離（Godfrey，2003）。五、局限性途徑對最近在發(fā)展中國家研究的含水層途徑與其它污染物路徑進行了對比（Gelinas等，1996；BGS，2001；Howard等，2003）結果發(fā)現(xiàn)，質量很差的水井和地表高負荷高風險的排泄物在水源保護區(qū)（這篇文章中定義為與較大的截獲區(qū)相對應的管道和水井等建筑結構）形成了短路。另外還發(fā)現(xiàn)，污染物從地表排泄源（與不完善的衛(wèi)生條件有關系）開始擴散進入地下含水層，并沿著局限性途徑運移，其中穿過質量差的地上鑿洞和地表護坦的裂隙（與建筑的開裂和不完善的水井維護有關系）（Howard等，2003）。這些研究進一步說明，為了減少淺層地下水的污染風險，必須對影響局限性途徑的優(yōu)先流動路徑的形成機制有一個比較徹底的認識。由此認為，在發(fā)展中國家，這些局限性路徑比一般性含水層路徑有更高的污染風險。六、未來面臨的挑戰(zhàn)水文地質學家目前所面臨的挑戰(zhàn)是如何有效地評價和管理地下水的微生物污染風險，從而確保發(fā)展中國家安全的飲用水供給。在第三版世界衛(wèi)生組織飲用水水質指導方針中（2004），已提出要對水安全評價方法進行根本性的改變（WHO，2004）。這就是水安全計劃（以下簡稱WSP），它綜述了全球可利用的微生物風險的評價和管理方法（基于質量保證理論，而不是質量控制原理）。本文中的質量保證被定義為對與地下水供給相關的風險的透徹理解，它可以通過微生物質量控制得以驗證。傳統(tǒng)方法與WSP方法不同，它所要求的水質只是對最終得到的水源進行測試所控制（參看圖2中傳統(tǒng)方法與WSP方法的比較）。而WSP方法采用的控制措施和控制點是貫穿地下水的抽取、分布和采集的整個過程的，它對于含水層的局限性途徑和整個含水層途徑的評價都是適用的；WPS方法通過檢查衛(wèi)生設施以確定和水源的距離以及危害程度；然后，利用選擇的物理—化學參數(shù)（例如溫度，pH和濁度，電導率）進行監(jiān)測，評價每個污染物進口控制點的風險。在每個控制點上，利用選擇的微生物進行校驗。這些生物體（例如腸道球菌）的現(xiàn)狀和順應性程度是一個需要進一步研究的領域。自1998年以來，英國水工程發(fā)展中心（簡稱WEDC）已經在孟加拉國，加納，印度，蒙古，莫桑比克和烏干達實施了一系列調研活動，評價這種方法在發(fā)展中國家的適用性。研究的結果顯示，WSP方法盡管適用，但是仍然對數(shù)據(jù)資料有較大的依賴性。在發(fā)展中國家的農村地區(qū)，受保護的地下水資源在大區(qū)域內是分散的，需要一種快速的方法來評價地下水在局限性途徑上的脆弱性。由于在發(fā)展中國家的許多農村地區(qū)，水文地質條件的資料有限，還需要利用簡單的評價方法來替代WPS。因此，水文地質學家面臨的挑戰(zhàn)就是開發(fā)出能夠應用于發(fā)展中國家偏僻地區(qū)淺層地下水污染的快速風險評價方法。HYPERLINK"/uploadfile/2005821173843125.gif"七、結論為了強調千年發(fā)展目標（MDGs）綱要中的全球目