利用Rn-222示踪技术评估冲积含水层地下水滞留时间及其多含水层系统中的健康风险效应

本研究通过分析印度喀拉拉邦冲积与红土含水层中氡-222（222Rn）的时空分布特征，揭示了季风动态对地下水滞留时间（0.2–13.1天）的控制机制，并采用年龄特异性剂量转换模型评估了经口摄入/吸入途径的健康风险。研究发现婴幼儿群体年有效剂量最高，但整体符合WHO安全标准，为地下水安全管理提供了关键示踪技术（222Rn tracer）与公共卫生干预依据。

　　

Highlight

研究区域

研究区域覆盖喀拉拉邦卡萨拉戈德县约756.5平方公里范围，北接卡纳塔克邦达克希纳·坎纳达县，南邻坎努尔县，西濒拉克沙海。地理坐标介于东经75°02′4.17″至75°07′20.12″，北纬12°02′35.59″至12°45′31.85″。区内有九条河流穿行，年径流量介于307至4000毫米3（中央地下水委员会，2013年）。该区域属热带湿润气候，年均降雨量约3600毫米，约80%集中于西南季风期（6-9月）。研究区地质构造主要包括由花岗片麻岩、镁铁质岩和伟晶岩组成的基底岩石，上覆红土层与冲积沉积物。冲积层由砂、粉砂和粘土组成，富含铀（U）、钍（Th）矿物，而红土层则呈现多孔铁质硬壳特征。地下水赋存于风化裂隙含水层与冲积孔隙含水层中，水位波动受季风补给控制显著。

地下水²²²Rn的空间变异特征

研究结果显示氡浓度存在明显季节性差异。季风前期间，氡水平范围为0.302至9.782贝可/升（Bq/L），均值为1.954 Bq/L；而季风后期浓度显著降低，区间为0.0378至2.343 Bq/L，均值仅0.532 Bq/L。单因素方差分析（ANOVA）证实氡浓度季节性差异具有统计学显著性（F_1,139=32.369, p<0.001），但采样点间的空间变异未达显著水平（p>0.05）。空间分布上，冲积带氡浓度（均值2.32 Bq/L）显著高于红土带（均值1.12 Bq/L），这与冲积沉积物中铀/镭矿物富集特性一致。高氡异常点主要分布于东北部冲积平原，该区域岩性为铀矿化花岗片麻岩风化产物。

地下水滞留时间估算

通过氡衰变动力学模型计算冲积含水层地下水滞留时间，结果显示其范围为0.2至13.1天，均值4.3天。短滞留时间表明含水层与地表水联系密切，具有活跃的垂向交换过程。滞留时间空间分布呈现由河道向两侧递增的趋势，印证了河流渗漏补给的主导作用。本研究首次在该区域实现基于天然示踪剂（²²²Rn）的含水层更新速率量化，为水资源可持续开发提供关键参数。

健康风险评估

采用美国环境保护署（USEPA）推荐模型计算经口摄入与吸入暴露的年有效剂量（AED）。婴幼儿、儿童和成人的平均AED范围分别为0.033–1.071、0.028–0.908和0.021–0.687微西弗/年（μSv/y）。剂量水平呈现明显年龄依赖性，婴幼儿群体暴露风险最高，其胃黏膜与造血系统对辐射敏感度尤为突出。虽有个别点位在季风前呈现剂量升高趋势，但98.6%的样本低于世界卫生组织（WHO）设定的100 Bq/L行动阈值。值得注意的是，冲积含水层的剂量均值（0.47 μSv/y）达红土带（0.21 μSv/y）的两倍以上，印证地质背景对辐射风险的调控作用。

Conclusion

本研究通过对比季风前后喀拉拉邦卡萨拉戈德县冲积与红土带70个地下水样本的氡浓度，揭示其显著受降雨与补给动态控制的季节性变异规律。虽未发现明确空间分异模式，但局部高氡异常区与富铀镭岩性密切相关，其中红土带因氧化环境抑制镭溶解度而呈现较低浓度。冲积含水层0.2–13.1天的短滞留时间印证了活跃的地表水-地下水交互过程。健康风险评估显示婴幼儿为最高风险群体，但整体处于安全阈值内。建议对东北部冲积区实施长期辐射监测，并优化井体结构以降低氡析出风险。