基于源解析与蒙特卡洛法的漓江流域重金属健康风险评估

为探究漓江流域复杂污染源下表层水化学特征及重金属健康风险，研究人员结合 PMF 模型、CEWQI 水质评价及蒙特卡洛模拟，解析重金属来源并评估风险。发现 Cd、Al 等为主要污染物，非致癌风险源于农业面源，致癌风险与沉积物释放相关，为流域水污染治理提供科学依据。

　　

漓江作为我国西南典型喀斯特流域，其地表水生态安全长期面临自然地质过程与人类活动的双重挑战。近年来，随着流域内城市化、旅游业及农业的快速发展，水体中重金属（如 Cd、Hg）与化学组分（如 NO₃^-）污染问题逐渐凸显，这些污染物具有持久性、生物富集性等特点，可通过食物链威胁人类健康，如 Cd 已被证实具有致癌性，而 Al 的非致癌风险也备受关注。然而，以往研究多孤立分析重金属或水化学参数，缺乏对污染源解析与健康风险的系统性评估，因此亟需开展多维度研究以明确污染来源及风险等级，为流域治理提供科学支撑。

中国地质科学院岩溶地质资源与环境监督中心的研究人员针对上述问题，以漓江流域地表水为研究对象，开展了 “基于源解析与蒙特卡洛法的重金属健康风险评估” 研究。研究通过系统采集 120 份地表水样本，综合运用正矩阵分解（PMF）模型、综合环境水质指数（CEWQI）、蒙特卡洛模拟等方法，解析了水化学特征、污染来源，并评估了重金属对人群的健康风险。研究成果发表在《Ecological Indicators》，为喀斯特地区水污染防控提供了重要参考。

研究主要采用以下技术方法：

1. PMF 模型：用于定量识别污染来源及贡献度，通过分解样本数据矩阵，确定自然地质过程与工业、农业等人为活动的污染贡献。
2. CEWQI 水质评价：结合熵权法与 CRITIC 法，综合评估地表水水质，筛选关键污染指标。
3. 蒙特卡洛模拟：通过 10,000 次随机迭代，量化重金属暴露的不确定性，评估成人与儿童的致癌（如 Cd）与非致癌风险（如 Al）。

3.1 地表水化学组成特征

研究表明，漓江地表水流化学类型以 HCO₃^--Ca?Mg 型为主，反映碳酸盐岩风化的主导作用。阳离子以 Ca²⁺为主，阴离子以 HCO₃^-为主，但 NO₃^-、Al、Hg、Cd 等污染物存在超标现象，其中 Cd 超标率达 30%，Hg 达 63.33%。空间分布显示，上游水质优于下游，下游因受旅游、农业活动影响，污染较为突出。

3.2 PMF 源解析结果

通过 PMF 模型识别出 6 类污染来源：

• 工业源（F4，32%）：主要贡献 Cr、Co、Ni 等，与冶金、电镀废水排放相关。
• 农业源（F5，20%）：贡献 Hg、NO₃^-，与化肥、农药使用有关。
• 内源沉积物释放（F3，11%）：Cd 的主要来源，与沉积物再悬浮相关。
• 生活源（F6，18%）：贡献 Al、Na⁺，与城市生活污水排放相关。
• 岩石风化（F2，13%）：提供 Ca²⁺、Mg²⁺等，属于自然背景贡献。
• 交通源（F1，6%）：主要贡献 Mn，与机动车磨损相关。

3.3 污染指标筛选与健康风险评估

CEWQI 评价显示，研究区水质总体良好（36.14~79.62），但下游旅游区水质较差。关键污染指标为 Cd、Fe、Mn、Cu、Al、Hg、NO₃^-。蒙特卡洛模拟表明：

• 非致癌风险：Al 对成人（6.35% 概率）和儿童（7.26% 概率）均构成风险，儿童风险更高，主要暴露途径为饮水摄入。
• 致癌风险：Cd 对所有人群均具显著致癌性（风险值 > 1×10^-4），下游沉积物释放区风险最高。

3.4 风险来源归因

非致癌风险主要来自生活源（33%）与工业源（28%），致癌风险则 94.73% 源于内源沉积物释放。Al 的非致癌风险主要与生活污水中铝制品溶出相关，而 Cd 的致癌性与沉积物中重金属再释放密切关联。

结论与意义

本研究系统揭示了漓江流域地表水重金属的 “自然 - 人为” 双重污染格局，明确了工业与农业活动是主要污染源，沉积物释放是致癌风险的关键驱动因素。研究结果为流域污染治理提供了精准靶点：需加强工业废水排放管控、农业面源污染治理及沉积物环境管理。此外，研究整合 PMF 模型与蒙特卡洛模拟的方法体系，为喀斯特地区水质评估提供了可推广的技术框架，对保障区域饮用水安全与公众健康具有重要意义。未来研究可进一步关注新兴污染物（如微塑料）与气候变化对污染动态的影响，完善流域生态安全防控体系。