洪水后池塘霍乱弧菌定量微生物风险评估框架及其在加纳阿克拉的应用

本研究针对洪水后水体中霍乱弧菌(Vibrio cholerae)感染风险，开发了SPATE（poSt-flood Pond pAThogEn）模型，整合水文过程与病原体衰减率，首次量化了加纳阿克拉Alajo地区洪水后12小时内感染风险峰值现象，为资源分配和脆弱区优先防控提供科学依据。

　　

在气候变化与城市化双重压力下，洪水已成为全球最频繁的自然灾害。加纳首都阿克拉因低洼地势、垃圾堵塞排水系统等问题，长期遭受洪水与霍乱疫情的双重打击。洪水退去后形成的积水池塘成为霍乱弧菌(Vibrio cholerae)的温床，但传统研究多关注洪水动态过程，对退水后病原体滞留风险缺乏量化手段。这一空白使得公共卫生部门难以精准识别高风险区域与干预时机。

针对这一难题，研究人员开发了创新的SPATE（poSt-flood Pond pAThogEn）模型，首次将二维水动力模型与病原体衰减机制耦合，模拟了1-100年重现期洪水后72小时内霍乱弧菌的时空分布。研究以阿克拉Alajo社区为案例，通过四步定量微生物风险评估(QMRA)框架计算了预期年感染概率(EAPI)，揭示了儿童戏水比成人涉水风险高40%的关键差异。

关键技术包括：1）耦合1D-2D水动力模型生成洪水初始条件；2）SPATE模型整合蒸发、渗透与病原体一级衰减动力学；3）基于剂量反应关系计算不同暴露途径感染概率；4）利用Monte Carlo模拟量化不确定性。数据来源于当地排水系统测量与历史霍乱菌浓度监测。

研究结果
Spatiotemporal distribution of V. cholerae in post-flood ponds
模拟显示洪水后池塘主要沿Onyasia河岸和阿克拉东北部城区分布。霍乱弧菌浓度在最初12小时保持高活性（衰减率k=0.05 h^-1），随后因阳光暴晒导致快速失活。50年一遇洪水后，距排水网络200米内的分散池塘呈现最高风险值（EAPI>10^-3）。

Risk of infection
儿童因每毫升水摄入量达0.1 mL（成人仅0.01 mL），其EAPI峰值达2.3×10^-3，显著高于成人组。风险空间分布显示，东北部贫民窟因缺乏卫生设施形成持续高风险带，而河道附近因水流冲刷作用风险消退更快。

Capabilities, limitations & future work
SPATE模型创新性地采用零维池塘单元质量平衡算法，计算效率较传统流体力学模型提升80%，但未考虑降雨再污染与人群行为差异。作者建议未来整合卫星遥感与移动端暴露数据。

结论与意义
该研究突破性地量化了"洪水后12小时黄金干预窗口"，证实传统防洪工程需与病原体动态监测结合。通过EAPI风险地图，政府可将有限资源优先投放于Alajo东北部等高风险社区，例如在退水后立即开展池塘消毒或设置儿童活动限制区。方法论上，SPATE框架为全球洪水多发区的传染病防控提供了可迁移的技术模板，尤其适用于撒哈拉以南非洲等卫生基础设施薄弱地区。论文成果已发表于《Water Research》，为联合国减灾署(UNDRR)的"水与卫生"行动计划提供了科学依据。