《Science of The Total Environment》：Impacts of wildfire-related chemicals on surface drinking water sources: Status and research gaps
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野火引发的水质变化及建模挑战研究，基于23项研究分析28个流域，发现火灾后悬浮固体峰值达1142 mg/L，浊度145 NTU，硝酸盐6.28 mg/L，总有机碳31.08 mg/L，电导率325 μS/cm，痕量金属如锌达116 mg/L，污染效应常持续五年以上。烟雾羽流通过大气沉降影响远距离流域，传统水处理工艺面临挑战，需改进建模工具以适应火灾特异性过程。
Raul de Leon Rabago | Loretta Li | Qingshi Tu
不列颠哥伦比亚大学土木工程系，加拿大温哥华应用科学巷6250号，V6T 1Z4
摘要
气候变化导致野火更加严重，这引发了对野火对地表水资源影响的紧迫担忧。本综述基于28个流域的23项研究，综合了现有知识，探讨了野火如何改变地表水中八类污染物的浓度：悬浮固体和浊度、营养物质、有机碳、主要离子、痕量金属、多环芳烃（PAHs）、持久性有机污染物（POPs）以及用于灭火的化学物质（WFFCs）。研究发现，野火后的峰值数据如下：总悬浮固体（TSS）达到1142毫克/升，浊度约为145 NTU，硝酸盐为6.28毫克/升，总有机碳（TOC）为31.08毫克/升，电导率为325微西门子/厘米，锌等痕量金属为116毫克/升，这些高浓度通常会持续五年以上。除了受火灾影响的流域外，烟雾还会通过大气沉降和随后的径流将污染物输送到远处的水域。这些污染物给饮用水处理系统带来了挑战，可能降低处理效率，同时增加健康风险和运营成本。尽管存在用于评估这些风险的模拟工具，但它们需要针对野火特有的过程（如大气沉降和水文变化）进行调整。因此，需要进一步研究野火产生的痕量金属、PAHs、POPs和WFFCs的持久性和再迁移机制，以及在这些受火灾影响的水源条件下处理系统的性能，并进行长期监测以提供改进建模的数据。
引言
近年来，野火活动显著增加，全球范围内火灾季节延长，燃烧面积扩大（Richardson等人，2022年）。这一趋势有长期数据支持，例如在美国西部，自1984年以来燃烧面积增加了1100%（Williams等人，2022年）。2023年的火灾季节尤其严重，全球有近400万平方公里的土地被烧毁，其中加拿大就有15万平方公里，比2001年的水平增加了500%（加拿大环境部长理事会，2023年；Jones等人，2024年；国家跨机构消防中心，2023年）。澳大利亚也出现了类似的趋势，2019年至2021年间燃烧面积增加了800%（Canadell等人，2021年）。气候变化导致的干旱季节加剧是野火频率和强度增加的主要原因（Jones等人，2024年；Richardson等人，2022年）。
野火期间，生物质和土壤的燃烧会释放颗粒物（Fang等人，2023年）、多环芳烃（PAHs）（Navarro等人，2019年）和痕量金属（Wu等人，2022年），同时还会生成持久性有机污染物（POPs），如五氯苯（PeCB或PCBz）（Prabhu和Lakshmipraba，2022年）、多氯二苯并-p-二噁英（PCDD/F）和二苯并呋喃（PCDFs）（Huang等人，2022年；Jacob，2013年；Kanan和Samara，2018年）。由于这些污染物的生物累积性、潜在的内分泌干扰作用、致癌性以及与心血管问题的关联（Alharbi等人，2018年），它们引起了越来越多的关注。在野火期间，这些污染物通过烟雾进入大气层，或在降水后通过径流传输到流域和地表水中，从而成为区域性的水质问题，可能影响人类健康和水生生态系统（Sánchez-García等人，2023年；Smith等人，2011年）。
对于依赖单一地表水源的饮用水系统而言，原水质量的意外恶化及其导致的处理效果下降会威胁供水安全和公众健康。传统的处理方法，如混凝和絮凝、沉淀、快速砂滤，偶尔使用颗粒活性炭吸附，无法同时应对浊度、有机物、痕量金属和其他野火衍生污染物的突然增加，从而对居民健康构成风险（Burke等人，2013年；Kieta等人，2023年）。因此，可能需要花费大量成本并进行操作调整才能应对这些问题。
尽管存在这些风险，大多数研究仅关注野火后的最初几个月（Emmerton等人，2020年；Hu等人，2025年；Marcotte等人，2024年；Nam等人，2022年；Rust等人，2019年），而对于野火产生的PAHs、POPs和痕量金属在河床沉积物中的长期持久性和再迁移机制仍知之甚少。不过，最初为野火扩散预测或水文模拟开发的建模工具（如加拿大森林火灾天气指数系统（Van Wagner，1987年）和HSPF（Hydrological Simulation Program — FORTRAN）（美国环境保护署，2019年）可以调整用于评估污染物从火灾区域向地表水体的迁移和分布（Basso等人，2020年；Cai和Wang，2025年；Kudlá?ková等人，2024年；Yang和Di，2011年）。
本综述：（i）综合了当前关于地表水中野火衍生污染物的证据，重点关注对水生生态系统和长期饮用水安全有影响的参数；（ii）评估了现有建模工具在预测野火后污染物向地表水体迁移方面的能力和局限性；（iii）指出了与野火导致的水体污染、饮用水处理挑战及建模应用相关的研究空白，为未来的研究方向提供指导，并支持长期饮用水管理和规划。
方法
本综述分为四个步骤进行（图1）。第一步是在Google Scholar、ScienceDirect和Web of Science数据库中使用“野火”、“影响”、“地表水”、“流域”和“水质”等关键词进行文献搜索。根据一系列标准筛选出与本综述相关的文章。符合条件的文章包括：（i）至少有六个月的野火后数据。
悬浮固体和浊度
在八个流域中，野火后的总悬浮固体（TSS）浓度范围从7.2毫克/升（Caldwell等人，2020年）到1142毫克/升（Barron等人，2022年），详见表1。Caldwell等人（2020年）报告称，同一场野火影响的四个流域显示出不同的趋势，其中某些流域的浓度下降了26.73%和84.97%，表明不同流域对同一场野火的反应可能不同，具体取决于各自的生物物理条件。
对饮用水系统的影响
野火影响流域中悬浮固体和浊度的增加可能会干扰水处理厂的进水，导致临时关闭并依赖替代水源，正如科罗拉多州High Park火灾后的情况所示（Hohner等人，2016年，Hohner等人，2019a，Hohner等人，2019b；Robinne等人，2021年；Writer等人，2014年）。侵蚀和沉积物输送的增加不仅减少了储水能力，还改变了水量。
野火对地表饮用水源影响的建模工具
野火衍生污染物的迁移途径包括：直接燃烧导致的土壤污染物（如营养物质）释放；空气沉降将野火衍生污染物（如POPs和痕量金属）输送到流域；以及降水径流，使这些污染物重新进入水体（表1）。为了准确评估野火对地表水质的影响，需要结合多种模型。结论
野火导致的水源地表水变化表现为多种污染物浓度的显著且往往是持续性的增加。虽然径流是移动燃烧区域沉积物和营养物质的主要机制，但烟雾通过大气沉降输送PAHs、POPs和痕量金属，使污染物能够传播到远离火灾流域的区域。然而，与...
