改进的地下水微生物风险评价方法.doc

一、简介世界卫生组织（以下简称 WHO）和联合国儿童基金会（以下简称 UNICEF）进行的相关评价认为，2000年初，世界有1/6的人口（约11亿）缺少安全的用水供给（WHO/UNICEF 2000）。尽管世界各国在19801990年10年间做出了相关的努力，但是世界上能够获得安全用水供给的大部分人口仍然分布在发达国家（如图1所示）。图1 用水供给得不到改善的世界人口区域分布图（WHO/UNICEF 2000）为了解决发展中国家安全用水供给不足的问题，联合国开展了一系列活动，例如制定千年发展目标（以下简称MDGs），发展全球饮用水水质快速评价方法(WHO/UNICEF 2000)等。其中，MDGs的首要目标是，到2015年使无法获得安全用水供给的人口所占的比率减少一半，同时确保环境的可持续发展能力。这里所说的安全用水供给是指能够供给无致病细菌、无病毒和高浓度有毒物质的水资源（WHO/UNICEF，2000；Howard等，2001）。在发展中国家，由于管道供水的费用比较高，而且可持续性令人质疑，因此许多农村和城市郊区仍然依赖于浅层地下水的供给。本文将要讨论的就是发展中国家浅层地下水的安全性评价和管理的方法，其中有以下几方面的内容：承认全球化学污染物日益增加的重要性。强调地下水微生物污染脆弱性评价的必要性。强调未来水文地质学家面临的微生物风险评价的挑战。二、背 景来自世界卫生组织和联合国儿童基金会2000年全球用水供给和卫生评价的结果表明：非洲农村地区47%的人口，拉丁美洲62%的人口和亚洲75%的人口无法获得水质良好的饮用水(WHO/UNICEF2000)。这些农村地区很多地方的主要水源就是浅层地下水，主要利用浅洞和机械或人工开挖的水井来取水。然而，由于不断从这些饮用水中检测出有毒的有机化学物质和高浓度的致病性微生物，所以对这些地区用水供给的安全性引起了全球性的关注。例如，世界卫生组织最近的研究已经证实，在阿根廷、孟加拉国、柬埔寨、中国、蒙古和坦桑尼亚，浅层地下水中的砷（0.01mg/l）和氟化物（1.5mg/l）的含量较高（WHO，2004）；另外，再加之来源于人类活动和农业生产的硝酸盐污染，更加强了对发展中国家地下水的关注（WHO，2004）。在发展中国家比较关注的是，使用微生物污染的浅层地下水所带来的对人类健康的不利影响。自从1854年英国医生John Snow发现地下水引发霍乱病事件之后，人们对饮用水微生物污染的重要性以及它对公众健康危害风险的认识增强了。这在发展中国家尤其重要，因为这些国家的卫生设施落后，卫生措施有限，所以许多浅层地下水很容易遭受微生物的污染。实际上，由Esrey等人在1990对流行病的研究表明，肠胃疾病的减少与良好的水质和卫生设施有密切的联系。防止发展中国家低收入群体腹泻疾病传播的控制措施就是减少水中的致病微生物（包括病毒，细菌，原生动物和寄生虫），控制浅层地下水水质（WHO，2004）。因此，下文将讨论一些确保浅层地下水微生物安全和化学物质安全的方法。三、风险评价与管理确保浅层含水层中微生物的安全性，依赖于良好的工程实践；“提高基础设施”就相当于“增强了供水的安全性”（例如，设计和建筑的投入越多，处理与保护地下水的效果就越好），本文将对这种观点产生置疑，在发展中国家，“安全”用水的获得不仅仅依赖于良好的工程实践。实际上，要了解发展中国家浅层地下水的安全性，就必须十分了解水资源供给中存在的“风险”。了解浅层地下水中微生物风险的核心问题是对水文地质中“来源路径受体”之间关系的正确评价，这里的“来源”被定义为灾害事件/环境（例如化粪池），“路径”是具有脆弱性的水的存在介质（例如土壤类型），“受体”是用来存储水源的基础设施（例如人工水井）。四、含水层途径习惯上，对风险的理解集中在微生物病原体的排泄源上，排泄源是通过含水层途径传输到达水受体的。这些已经考虑了比如污染物浓度，土壤的渗透性和孔隙度，与生理温度相关的土壤微生物的环境温度以及从排泄源到水受体之间的距离。许多多元的地下水脆弱性评价工具被开发出来，包括DRASTIC、EPIK、GOD和LE GRAND等(August，2004)。这些工具可以利用数据来描绘地下水供给保护区的边界（Foster等，2002）。在发展中国家这可能会最终建立起排泄源（例如沼池/粪池）和水受体（例如水井和地上凿洞）之间的安全距离。然而，要实现对供水区的保护还存在一些障碍，例如：可利用的数据资料有限，传统的土地利用政策复杂而又可变，不切实际的从用户到供水点之间的距离（Godfrey，2003）。五、局限性途径对最近在发展中国家研究的含水层途径与其它污染物路径进行了对比（Gelinas等，1996；BGS，2001；Howard等，2003）结果发现，质量很差的水井和地表高负荷高风险的排泄物在水源保护区（这篇文章中定义为与较大的截获区相对应的管道和水井等建筑结构）形成了短路。另外还发现，污染物从地表排泄源（与不完善的卫生条件有关系）开始扩散进入地下含水层，并沿着局限性途径运移，其中穿过质量差的地上凿洞和地表护坦的裂隙（与建筑的开裂和不完善的水井维护有关系）（Howard等，2003）。这些研究进一步说明，为了减少浅层地下水的污染风险，必须对影响局限性途径的优先流动路径的形成机制有一个比较彻底的认识。由此认为，在发展中国家，这些局限性路径比一般性含水层路径有更高的污染风险。六、未来面临的挑战水文地质学家目前所面临的挑战是如何有效地评价和管理地下水的微生物污染风险，从而确保发展中国家安全的饮用水供给。在第三版世界卫生组织饮用水水质指导方针中（2004），已提出要对水安全评价方法进行根本性的改变（WHO，2004）。这就是水安全计划（以下简称 WSP），它综述了全球可利用的微生物风险的评价和管理方法（基于质量保证理论，而不是质量控制原理）。本文中的质量保证被定义为对与地下水供给相关的风险的透彻理解，它可以通过微生物质量控制得以验证。传统方法与WSP方法不同，它所要求的水质只是对最终得到的水源进行测试所控制（参看图2中传统方法与WSP方法的比较）。而WSP方法采用的控制措施和控制点是贯穿地下水的抽取、分布和采集的整个过程的，它对于含水层的局限性途径和整个含水层途径的评价都是适用的；WPS方法通过检查卫生设施以确定和水源的距离以及危害程度；然后，利用选择的物理化学参数（例如温度，pH和浊度，电导率）进行监测，评价每个污染物进口控制点的风险。在每个控制点上，利用选择的微生物进行校验。这些生物体（例如肠道球菌）的现状和顺应性程度是一个需要进一步研究的领域。自1998年以来，英国水工程发展中心（简称WEDC）已经在孟加拉国，加纳，印度，蒙古，莫桑比克和乌干达实施了一系列调研活动，评价这种方法在发展中国家的适用性。研究的结果显示，WSP方法尽管适用，但是仍然对数据资料有较大的依赖性。在发展中国家的农村地区，受保护的地下水资源在大区域内是分散的，需要一种快速的方法来评价地下水在局限性途径上的脆弱性。由于在发展中国家的许多农村地区，水文地质条件的资料有限，还需要利用简单的评价方法来替代WPS。因此，水文地质学家面临的挑战就是开发出能够应用于发展中国家偏僻地区浅层地下水污染的快速风险评价方法。七、结 论为了强调千年发展目标（MDGs）纲要中的全球目标，水文地质学家们需要更适用于发展中国家评价微生物安全性的工具。目前，确保地下水保护区安全性的方法还存在一定的问题，因为在发展中国家，其它的一些含水层途径也被证明是很重要的。含水层局限性途径的风险评价和管理方法仍然是非常必要的；WSP方法的应用是一个很好的起步。更为重要的是，人们需要越来越多地关注具有可替代性的新方法的研究。