喀斯特化工园区地下水重金属污染的源-径-汇解析与健康风险分区研究

针对喀斯特地区化工园区地下水重金属污染源复杂、迁移路径受地质结构制约及传统风险评估与水文地质现实脱节等问题，研究人员通过整合PMF（正矩阵分解）、HHRA（健康风险评估）、MCS（蒙特卡洛模拟）及三维地质-水流耦合模型，系统解析了"源-径-汇"全过程。研究发现园区西南部为高风险区（占比67.08%），硫酸生产为主要污染源（贡献率48.62%），儿童致癌风险概率超89.33%。该研究为工业园精准治污提供了创新方法学支撑。

　　

喀斯特地区因其独特的地质构造，成为全球生态环境脆弱区之一。中国西南部广泛分布的喀斯特地貌，在支撑化工产业发展的同时，也面临着严峻的地下水重金属污染挑战。化工园区排放的污染物通过高度发育的溶蚀裂隙网络快速扩散，而传统二维评估方法难以捕捉这种复杂迁移过程，导致污染源追溯不准、风险分区失真。更棘手的是，不同工业源排放的重金属具有协同毒性效应，但现有研究多聚焦浓度导向的风险评估，忽视了污染源指纹特征与健康风险的定量关联。这种"源-径-汇"链条的认知断层，使得喀斯特工业园区的精准环境管理陷入困境。

针对这一系列科学难题，中国某研究团队在《Environmental Pollution》发表的研究中，创新性地构建了多方法融合的分析框架。研究选取广西北部某化工园区为典型案例区，该区域以峰丛洼地地貌为主，地下水流速受溶蚀管道控制呈现强烈空间异质性。团队首先通过PMF模型解析出4类主要污染源：硫酸生产（48.62%）、磷石膏处理、不锈钢制造和高纯铟冶炼；继而采用三维地质建模技术重构了溶蚀管道-裂隙网络系统，耦合地下水流动模拟揭示了污染物沿西南向东北的优先迁移路径；最后整合PMF-HHRA-MCS模型，首次实现"溯源导向"的健康风险定量归因，发现儿童非致癌风险（NCR）和致癌风险（CR）超标概率分别达70.79%和89.33%。

关键技术方法包括：1) 正矩阵分解（PMF）用于污染源定量解析；2) 三维地质建模刻画溶蚀管道空间结构；3) 地下水数值模拟重现污染物迁移过程；4) 基于指示克里金（IK）的健康风险分区；5) 蒙特卡洛模拟（MCS）量化风险评估不确定性。研究共采集园区及周边78个地下水样品，检测As、Cd、Hg等8种重金属浓度。

^{污染源解析结果}
PMF模型识别出4类主要源：硫酸生产（贡献率48.62%）主要关联As、Tl；磷石膏处理释放Al、Cd；不锈钢制造贡献Ni、Co；高纯铟冶炼排放Pb、Hg。源解析显示工业活动存在明显协同效应，如硫酸生产与铟冶炼共同加剧了As的生态风险。

^{迁移路径模拟}
三维模型揭示西南部发育3条主溶蚀管道，渗透系数达25.6 m/d，形成污染物快速扩散通道。模拟显示Cd在裂隙网络中迁移速度是孔隙介质的7.3倍，导致中央洼地区出现污染富集。

^{健康风险评估}
MCS模拟表明儿童经口摄入是主要暴露途径，CR风险值空间分布与硫酸生产源贡献高度吻合（R²=0.82）。西南部高风险区面积达4.3 km²，其中Cr⁶⁺的致癌风险贡献占总量76%。

研究结论指出，喀斯特化工园区重金属污染呈现"多源协同-管道控运-风险集聚"的特征。创新提出的"三维源-径-汇"分析框架，突破了传统方法在复杂介质中的适用性瓶颈。特别是将PMF源谱嵌入健康风险评估，实现了从"浓度管控"到"源头治理"的范式转变。该成果为喀斯特地区工业园区的精准环境管理提供了方法论工具，其中西南高风险区的划定直接指导了当地应急水源工程的选址建设。未来研究需进一步关注裂隙网络-管道系统的动态演化对污染物长期归趋的影响。