水文地質(zhì)學(xué)與人類接觸有毒物質(zhì)的評價

接觸評價實質(zhì)上是對人群接觸環(huán)境污染物的量、頻率和持續(xù)時間的一種估測。當(dāng)?shù)叵滤心撤N物質(zhì)的濃度達(dá)到有毒水平時，公眾健康和接觸評價就不可避免地與水文地質(zhì)學(xué)發(fā)生了聯(lián)系。本文闡述了接觸評價過程中水文地質(zhì)資料是如何得以利用，接觸評價的需求會對未來的水文地質(zhì)學(xué)產(chǎn)生何種補(bǔ)充，同時也呼吁水文地質(zhì)學(xué)家和從事公眾健康事業(yè)的科學(xué)家們應(yīng)更好地進(jìn)行協(xié)作。用于描繪場地特征和修復(fù)研究的水文地質(zhì)基礎(chǔ)資料同樣也是接觸評價研究所必需的。這些資料包括地下水中污染物的濃度和分布以及控制地下水流動（或污染物遷移）的水文地質(zhì)特征。然而，場地特征通常與目前的場地條件和有著潛在影響的場地修復(fù)活動有關(guān)。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)地下水受到污染后，就會尋找新的替代水源，因此，接觸評價研究通常需要了解過去污染物濃度的分布情況。特別要關(guān)注的是人們使用和飲用受污染地下水的時間以及所含污染物的濃度。在建立污染羽模擬模型時，需要相關(guān)的資料，場地特征資料就取決于為了更好地說明含水層的性質(zhì)并預(yù)防交叉污染而新建的監(jiān)測井，利用這些監(jiān)測井將含水層隔離是很有必要的。然而，接觸評價關(guān)注的是飲用水井中的污染物濃度，而建造這些水井時只考慮了出水量，防止交叉污染的措施可能改變了污染物的初始濃度。另外，家庭管道系統(tǒng)可能會使一些污染物的濃度降低，如揮發(fā)性有機(jī)物VOCs，也可能會增加其它的污染物，如鉛，所以要進(jìn)行詳細(xì)的接觸評價，需要在家用水籠頭或直接接觸點進(jìn)行取樣分析。場地特征和接觸評價研究并不對立，二者所需的資料是相似的，區(qū)別在于利用資料的方式不同。為了研究過去、目前或?qū)淼奈廴疚锝佑|問題，需要研究能夠反映特定區(qū)域和時間范圍與污染物接觸狀況相關(guān)的采樣策略。本文通過介紹正在討論的飲用水中砷濃度標(biāo)準(zhǔn)的修改問題，來說明公眾健康和水文地質(zhì)之間的聯(lián)系。對于水文地質(zhì)學(xué)家而言，非常有必要了解修改的科學(xué)根據(jù)以及缺乏水文地質(zhì)資料會如何影響對流行病資料的解釋。為了表明環(huán)境污染物和疾病之間的聯(lián)系，流行病學(xué)家必須利用某些污染物濃度的測量值來估計接觸的量。然而，地下水中的污染物濃度檢測必須在水文地質(zhì)背景下進(jìn)行，因此，流行病研究和接觸評價研究應(yīng)當(dāng)是協(xié)同完成的。美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）已經(jīng)規(guī)定，飲用水中砷的最大污染物濃度(MCL)是50μg/L。1999年，鑒于從飲用水中攝取砷的致癌風(fēng)險評價結(jié)果，美國國家研究會（NRC）建議降低EPA規(guī)定的MCL（NRC，1999）。EPA采納了這一建議，將飲用水中砷的MCL降至10μg/L（2006年開始生效）。世界衛(wèi)生組織（WHO）已于1993年將飲用水中砷的MCL從50μg/L降至10μg/L（WHO，2001）。對臺灣地下水中砷濃度較高地區(qū)的膀胱癌流行病進(jìn)行了重新研究，以此為基礎(chǔ)，NRC降低了飲用水中砷的MCL標(biāo)準(zhǔn)。NRC（1999）根據(jù)降低飲用水的MCL標(biāo)準(zhǔn)，對臺灣地下水中砷濃度含量高的地區(qū)，重新進(jìn)行了膀胱癌研究（Morales等，2000）。自上世紀(jì)50年代以來，對該地區(qū)癌癥和其它疾病的發(fā)病率已進(jìn)行了廣泛研究（Lamm等，2003）。關(guān)于砷接觸造成的健康影響一直都有分歧。Morales等（2000）的研究發(fā)現(xiàn)膀胱癌和村莊井水中的砷濃度之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。然而，Lamm等（2003）根據(jù)同樣的資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明即使井水中砷的濃度相近，不同地下水來源（自流井、淺水井和混合井）的村莊具有不同的膀胱癌的發(fā)病率。特別是與飲用自流井水的居民相比（即使某些非自流井與自流井中的砷濃度相似），飲用非自流井水居民的膀胱癌發(fā)病率并沒有明顯增加。由于僅根據(jù)井水中的砷濃度不足以預(yù)測膀胱癌的發(fā)病率，Chiang等（1993）和Lamm等（2003）提出腐殖質(zhì)或腐殖質(zhì)與其它化合物及砷共同作用可能會誘發(fā)膀胱癌。另一些研究表明某些腐殖質(zhì)具有誘導(dǎo)有機(jī)體突變的性質(zhì)。地下水中的腐殖質(zhì)也對污染物的運(yùn)移起著重要的作用（USGS，2004），而且可能會提高某些金屬物質(zhì)的生物利用率和毒性（Senesi和Miano，1994）。在阿根廷（Bates等，2004）和美國西部地區(qū)（Steinmaus等，2003），也對膀胱癌和砷接觸之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。在這些研究中，將膀胱癌的個例與特定井的砷濃度進(jìn)行比較，結(jié)果表明飲用水中的砷濃度與膀胱癌砷之間沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。這些研究也表明砷造成的癌癥發(fā)病率低于其它研究中的發(fā)病率，但是吸煙和砷接觸共同作用會明顯提高患膀胱癌的風(fēng)險，這可以認(rèn)為是膀胱癌的發(fā)病率具有混合病因。從水文地質(zhì)和接觸評價的觀點出發(fā)，這些流行病學(xué)研究都有一定局限性。首先，在臺灣進(jìn)行的研究采用的是村莊水井中砷濃度的平均值，這些研究沒有考慮單個水井的濃度或每一水井的濃度變化，如季節(jié)性變化等。另外，盡管有資料證明水井中存在腐殖質(zhì)，但是沒有與腐殖質(zhì)接觸評價相關(guān)的濃度或地球化學(xué)方面的資料記載。Bates等人（2004）直接利用了特定水井中的砷濃度的測量值，但是他們的研究被公認(rèn)為在假設(shè)目前的砷濃度測量值反映超過50年的接觸方面具有潛在的局限性。地下水中的砷，在還原條件下以三價態(tài)存在，在氧化條件下以五價態(tài)存在，也可能以有機(jī)形態(tài)存在（毒物與疾病登記署，簡稱ATSDR，2000）。盡管在環(huán)境中以及人體攝取后，砷會在上述形態(tài)之間進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化，但是通過飲用水?dāng)z取的砷的價態(tài)卻尤為重要，這是因為三價砷比五價砷的毒性要大2～3倍。為了解決與臺灣流行病學(xué)研究相關(guān)的一些問題，有必要對淺水井和自流水井的地球化學(xué)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)評價。對地下水進(jìn)行公眾健康評價是一個多步驟過程。評價的第一步通常是要確定地下水的污染物濃度是否高于某一定值，如EPAMCL或ATSDR環(huán)境評價準(zhǔn)則（EMEGs）。若低于“安全”劑量，確信可以保證公眾健康。對于大多數(shù)致癌污染物，假設(shè)每一劑量都存在相關(guān)風(fēng)險，然后確定一個風(fēng)險閾值作為可接受的或“安全”的劑量。初始評價可能表明污染物濃度超過了閾值，如果是這樣的話，就需要進(jìn)行更為詳細(xì)的接觸評價，進(jìn)一步確定可能的劑量，并確定這種水平下的劑量是否會對人類健康造成不利影響。特定接觸劑量評價試圖將篩選分析中的接觸假設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟c的接觸因素（如攝取率和接觸時間）以及污染物濃度和分布情況。特定點的污染物濃度和分布情況的歷史資料一般都非常有限、難以獲得或根本不存在，所以就必須通過模型進(jìn)行模擬。ATSDR已經(jīng)開始使用隨時間變化而變化的污染物運(yùn)移模型和概率分析方法（蒙特卡羅模擬）進(jìn)行污染物接觸評價（Maslia和Aral，2004）。采用這種方法，可以測試與接觸時間有關(guān)的重要參數(shù)。從公眾健康的角度來看，在利用概率分析方法（例如蒙特卡羅模擬）對污染物在所有介質(zhì)（包括地下水）中的運(yùn)移及其不確定性進(jìn)行評價的過程中，會出現(xiàn)與劑量或者接觸評價相關(guān)的非常有價值的信息。水文地質(zhì)學(xué)家廣泛采用概率分析方法來分析水文地質(zhì)參數(shù)和污染物運(yùn)移的不確定性，這對于水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展和公眾健康都非常有益。實例之一是由Neupauer和Wilson進(jìn)行的模擬研究（2003）。NRC已經(jīng)把“水文地質(zhì)預(yù)報”作為“環(huán)境科學(xué)的重大挑戰(zhàn)”的八個組成部分之一（NRC，2001b）。此外，委員會還建議將“提高對地下運(yùn)移機(jī)理的認(rèn)識”作為該主題下的一個重要的研究領(lǐng)域。這就要求提高對地下水流動系統(tǒng)及其動態(tài)變化的認(rèn)識，進(jìn)而將對污染物濃度的確定性評價轉(zhuǎn)向?qū)佑|濃度和持續(xù)時間都不確定的劑量評價上來（Patrick，2004）。水文地質(zhì)學(xué)家也應(yīng)當(dāng)探究抽樣理論的應(yīng)用潛力，從而有助于量化地下水采樣的不確定性。建立四維模型（x,y,z,t），通過真實情況和某些簡單現(xiàn)象的時間和空間變化來確定污染物濃度和含水層特征。抽樣理論有助于確定這些簡單現(xiàn)象的變化情況，最終可以確定這些變化值的分布。在一些研究工作中，已經(jīng)采用抽樣理論對與二維土壤取樣相關(guān)有不確定性進(jìn)行了量化，但是仍未開展地下水采樣方面的四維方法。從作者引用的實例中看出，最近修訂的砷MCL的閾值有所降低，該閾值被認(rèn)為是“安全”劑量。根據(jù)Paracelsus的名言“只是劑量決定了某些