典型煤矿区地表水与地下水中潜在毒性元素的定量源解析及健康风险评价

本研究针对煤矿区水环境中潜在毒性元素(PTEs)污染问题，通过采集48份水样(26份地下水GW/22份地表水SW)，结合PMF和APCS-MLR模型定量解析了Fe、Mn、SO42-等主要污染物的自然-人为混合来源，揭示As等元素通过饮用水途径对儿童(最高36.36%超标率)等群体造成的非致癌风险，为全球矿区水安全治理提供科学依据。

　　

在全球范围内，煤矿开采活动导致的潜在毒性元素(PTEs)水污染已成为重大环境健康威胁。中国西南部某典型煤矿区，约3万居民长期暴露于含高浓度铁(Fe)、锰(Mn)、砷(As)等元素的饮用水，这些物质通过酸矿排水(AMD)和废水排放进入水体，可能引发氟骨症、癌症等多种疾病。尽管前人研究已关注矿区水污染，但传统统计方法难以量化污染源贡献，且多聚焦地下水而忽视地表水系统。这种认知缺口使得政策制定者缺乏精准干预依据。

四川科技计划资助的研究团队创新性地将正矩阵分解(PMF)和绝对主成分得分-多元线性回归(APCS-MLR)模型联用，对矿区48份水样进行系统分析。研究首先通过描述性统计和GIS空间分析定位污染热点，继而采用受体模型量化四种污染源(自然因素、农业活动、煤矿开采、废水排放)的贡献率，最后运用美国环保署(USEPA)健康风险模型评估不同人群暴露风险。

研究区域特征
调查区域位于中国西南部120 km²的亚热带矿区，年均降水量1300 mm。水文地质测绘显示，污染主要沿西南-东北走向分布，与煤矿巷道走向高度吻合。

水质超标特征
地下水Fe超标率46.15%，地表水Mn超标率达77.27%，SO₄^2-在两类水体中分别超标15.38%和18.18%。空间分析表明，污染最严重区域集中在矿井排水口下游3公里范围内。

源解析结果
PMF与APCS-MLR模型共同验证：Fe和Mn主要源自煤矿开采(贡献率38.2%)，NO₃^-来自农业活动(21.7%)，而As具有双重来源——既来自含砷矿物溶解(自然源)，又与采煤活动密切关联。

健康风险评估
儿童群体非致癌风险最高(地表水暴露风险36.36%)，成年男性风险次之(31.82%)。As在所有PTEs中危害最显著，其风险值超过USEPA安全阈值2.8倍。敏感性分析显示，饮水摄入量和污染物浓度是风险变异的主要驱动因子。

这项研究首次在煤矿区水环境研究中实现了"污染溯源-贡献量化-风险预估"的全链条分析。方法论上，双模型联用策略有效克服了单一模型的局限性——例如PMF可能过度拟合噪声，而APCS-MLR依赖线性假设的缺陷。实践层面，明确将As污染与采矿活动直接关联，为矿区实施靶向治理提供了直接证据。研究者特别建议，应优先管控矿井排水中的Fe/Mn浓度，并在居民区安装As特异性净水装置。这些成果对全球面临类似问题的矿区具有普适参考价值，尤其为"一带一路"沿线发展中国家的矿业环境管理提供了技术范本。