加纳半干旱沃尔塔沉积盆地的多重地球化学驱动因素与地下水健康风险概率评估

《Scientific Reports》：Competing geochemical drivers and probabilistic health risk assessment of groundwater in the semi?arid Voltaian sedimentary basin, Ghana

　　

摘要

在半干旱的沉积盆地中，地下水是一种重要的农村资源，但由于地球化学复杂性、成分稳定性问题、类别边界不确定性以及暴露信息不完整，其质量评估往往难以准确进行。在加纳的沃尔塔沉积盆地，以往的研究通常采用分步评估方法，分别分析水文化学过程、水质、健康风险以及灌溉适宜性。本研究通过从卡拉加地区的公共钻井中采集的34个旱季样本来评估地下水质量与健康风险，并提出了一种双空间耦合框架，该框架将基于稳定性分析的过程识别与考虑不确定性的决策建模相结合。该框架运用了等距对数比主成分分析、中性偏最小二乘法地下水质量指数法（NPLS-GWQI）、贝叶斯方法筛选驱动因素、饱和度指数分析、概率性氟化物/硝酸盐健康风险评估以及中性灌溉适宜性指数法。这些地下水主要为Na-HCO₃型，反映了岩石与水的相互作用、阳离子交换以及矿化程度差异。通过NPLS-GWQI分析，34个样本中有25个（73.5%）被评定为优质，8个（23.5%）质量较差，4个（11.8%）不适合使用。氟化物含量并非由单一的统计上显著的驱动因素决定，而是与交换状态、矿化程度以及风化作用等相关因素有关。儿童面临最高的氟化物相关骨骼牙齿健康风险，在旱季摄入情况下，其健康指数超过安全阈值的后验概率为69%，而硝酸盐相关血液健康风险则仍处于安全水平以下。这些研究结果支持对氟化物进行持续监测、针对儿童开展风险宣传，并在那些风险较高的钻井处考虑采取处理措施或更换水源。该工作流程作为一种标准化的筛查方法，若要实现更广泛的应用，还需通过更大规模、具有季节重复性的数据集进行独立验证。