青藏高原地表水砷的空间分异机制、迁移及健康风险研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 温其谦 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 杨林生 ; 韦炳干 |
| 关键词 | 青藏高原 砷 地质作用 地理要素 风险预测 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 青藏高原水资源的安全对我国及“一带一路”沿线国家和地区20多亿人口的的福祉至关重要。源起青藏高原的许多河流已经识别出砷污染问题，引起了国际学术界的广泛关注。尽管，目前对青藏高原部分水资源砷污染问题的理解已日益增多，然而关于砷的分异特征及潜在风险研究仍缺乏。从全球尺度上，砷的分异特征与大规模的地质过程和地理要素密切相关，而青藏高原作为全球最显著且最活跃的造山区之一，其地质活动无疑在控制砷的分布和迁移中扮演了重要角色。青藏高原作为世界上最典型且最活跃的“造山高原”，其地质作用控制着砷的空间分异。因此，探索青藏高原的地质和地理特性如何影响砷的空间变异，对于深入了解其分布机制和预防砷相关风险至关重要。本研究基于青藏高原地表水、地下水等环境样品砷的数据，结合地质（构造、地震密度、地壳厚度）、地理要素（气候、地形、水文）和人类活动等影响因子，综合应用了空间统计、多元统计、地统计、机器学习技术等方法，系统揭示了青藏高原地表水砷的空间分布特征、影响过程及主控因子，建立了青藏高原地表水砷的潜在暴露风险区并厘清潜在的暴露风险人口。本研究不仅提升了对青藏高原水资源砷空间分异机制的理解，还为该地区水环境安全管理提供了科学依据和理论支撑，提升环境水砷安全的预警水平。目前，已取得的研究结果如下：（1）青藏高原地表水砷的含量范围为0.01-649.0μg/L（n=1056），算数平均值为8.3μg/L。地下水砷的含量范围为0.01-5435.5μg/L（n=241），算数平均值为264.8μg/L。土壤砷的含量范围为0.4-536.4mg/kg（n=751），算数平均值为21.4mg/kg。岩石砷的含量为1.45-1347.00mg/kg（n=18），算数平均值为85.52mg/kg。（2）地表水砷含量表现出明显的聚类特征（莫兰指数为0.23），局部自相关表明地表水砷的高值区主要集中在阿里地区东南部及日喀则西部。地表水和地下水砷含量具有统计学上的显著相关性，地表水砷的含量在青藏高原西南部受地下水砷的影响更显著，而在东部受地下水砷的影响相对较小。（3）高砷地下水和地表水都主要分布在雅鲁藏布江北岸（29.5°N附近），即拉萨地体和喜马拉雅地体碰撞带上。氢氧同位素结果表明地热水和地表水主要来自大气降水补给，在南萨拉地体部分高砷地热可能为岩浆和水岩的相互作用所致。从地质角度来看，岩浆上升和构造断裂是青藏高原环境砷空间分异的关键因素。地震密度和地壳厚度对地热水砷含量都具有显著的空间正相关，而对地表水不具有空间相关性。因此推断地震密度和地壳厚度通过影响地热水砷含量间接影响地表水砷的空间分布。（4）在自然环境中，钙华、硅华和硫华的形成对于砷的稳定保留起到了决定性作用。这些矿物通过其固体特性能够有效地固存砷元素，减少其在环境中的流动性和生物可用性。然而，如芒硝、盐石、氯化钙和硫化钠等盐类矿物则在砷的释放过程中发挥关键作用。这些盐类矿物易于溶解，能够在水体中释放砷，增加了砷在的流动性和潜在的环境风险。（5）基于机器学习模型，识别出降雨量、地表水距温泉距离以及潜在蒸发量是影响青藏高原地表水砷空间分异的主要地理要素。利用SHAP值与偏依赖图发现高砷地表水（As>10μg/L）对温泉距离的具有高度依赖性，在温泉附近以及地震活动频繁的区域，对高砷水的形成产生了促进作用。在降雨量低于25毫米时地表水中高砷浓度的形成受到正向影响。另外，蒸发量相对较低的条件下，地表水中高砷浓度也受到正向的影响。这指向了高砷浓度与干旱气候条件之间的相关性。（6）青藏高原雅鲁藏布江流域地表水砷在运移过程中经历沉淀吸附和稀释等作用。吸附过程主要发生在上游区域，而在下游区域砷的以稀释为主。（7）青藏高原人群尿砷含量范围为0.2-636.7μg/L，平均值15.3μg/L，整体低于《人群尿砷安全指导值》（32μg/L）。从不同地区来看，阿里地区居民的平均尿砷含量最高，达到60.8μg/L，远超过安全指导值。通过机器学习模型揭示了青藏高原西部和西南部地区的地表水砷污染风险普遍较高。据估计，约18.9万人可能处于高砷风险地表水的影响之下，这些区域主要包括阿里、日喀则、拉萨以及海西州。结合阿里地区人群尿砷含量较高的调查结果，需要对这些高风险区域引起重视。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 165 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209244]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 温其谦. 青藏高原地表水砷的空间分异机制、迁移及健康风险研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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