沙特阿拉伯东部Al-Ahsa绿洲地下水中氡水平与辐射风险的评估

《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》：Assessment of radon levels and radiological risk in groundwater of Al-Ahsa Oasis, Eastern Saudi Arabia

为评估饮用水源地潜在的放射学健康风险，研究人员对沙特阿拉伯Al-Ahsa绿洲35口水井的地下水进行了系统采样，首次测量了该地区的氡-222（222Rn）活度浓度，并计算了相关的年有效剂量与终生致癌风险。结果显示，虽然大部分水样氡浓度低于国际标准限值，但少数深井中氡浓度偏高，且终生致癌风险估算值超过国际推荐范围，提示需关注深层地下水的潜在风险。本研究为该地区地下水的放射性安全评估提供了基线数据，对保障居民饮用水安全和指导后续监测具有重要意义。

　　

在世界的许多地方，饮用水安全是关乎公众健康的重要议题。除了我们熟知的化学污染和微生物污染，还有一种看不见、闻不着的潜在威胁——放射性气体氡（Radon， ²²²Rn）。它由地壳中天然存在的铀-238衰变产生，无色无味，极易溶解于水中。当人们饮用含有氡的地下水，或者在使用过程中氡从水中释放到室内空气中被吸入，其衰变产生的α粒子可能会对人体组织，特别是肺部造成损伤，长期暴露会增加罹患肺癌和胃癌的风险。因此，监测地下水中氡的浓度，并评估其带来的辐射剂量和健康风险，对于保障饮用水安全至关重要。

沙特阿拉伯的Al-Ahsa绿洲，作为世界上最大的天然绿洲之一，其农业和居民生活高度依赖地下水资源。尽管沙特其他地区已有一些关于地下水氡水平的研究，但针对Al-Ahsa这一重要区域的系统调查却是一片空白。这片土地之下的含水层地质条件如何？这里的地下水氡浓度是多少？饮用这里的水对当地居民，尤其是儿童和婴儿，是否存在潜在的放射学健康风险？这些都是亟待回答的科学问题。为了填补这一知识空白，来自沙特阿拉伯的研究团队对Al-Ahsa绿洲的地下水展开了一次全面的“体检”，相关研究成果发表在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》上。

为了回答上述问题，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，他们于2024年10月至12月间，系统采集了Al-Ahsa地区35口私人水井的地下水样品。关键的氡活度浓度测量使用了RAD7探测器，并配合RAD-H₂O配件专用于水样分析。该设备利用α能谱法，能够区分和测量氡-222及其衰变子体，测量范围覆盖0.1 pCi/L 至 20,000 pCi/L。同时，研究使用了一台便携式数字设备测量了水样的pH值、盐度（Salt %）和总溶解固体（TDS）。基于测得的氡浓度，研究团队随后应用联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）和国际放射防护委员会（ICRP）推荐的剂量学模型，分别计算了通过吸入和食入途径导致的年有效剂量（Annual Effective Dose， AED）。特别地，他们为婴儿、儿童、中年人和成年人四个年龄组分别估算了食入剂量，因为不同年龄组的饮水率和剂量转换因子不同。最后，基于食入剂量，研究人员进一步计算了终生致癌风险（Lifetime Cancer Risk， LCR），以量化长期饮用含氡水可能导致的额外癌症发生概率。

研究结果部分揭示了以下关键发现：

3.1. 理化参数

对所有35个水样的分析显示，pH值处于中性至弱碱性范围（7.01–7.55），平均为7.29。总溶解固体（TDS）变化范围很大，从1407 mg/L到6621 mg/L，平均值为2551 mg/L，表明部分水样矿化度较高。盐度变化范围在0.14%到0.74%之间。

3.2. 氡浓度和剂量参数

测量的氡浓度（C_Rn）范围在0.19 到 14.44 Bq/L之间，平均值为2.10 Bq/L。绝大多数水样（26个）的浓度低于平均值，但有一个深井样本（S34，井深350米）的浓度达到了14.44 Bq/L，超过了美国环境保护署（USEPA）推荐的参考水平（11.1 Bq/L）。不过，所有样本的氡浓度都远低于世界卫生组织（WHO）建议的指导值（100 Bq/L）。计算得出的食入年有效剂量（E_ing）因年龄组而异，其中婴儿的剂量最高（范围：1.13 至 83.74 μSv/年），成年人最低（范围：0.50 至 36.89 μSv/年）。相比之下，因氡从水中释放到室内空气中被吸入而产生的剂量（E_inh）微乎其微（0.00005–0.036 μSv/年）。估算的终生致癌风险（LCR）范围从1.91 × 10^-4到 142.08 × 10^-4，平均值为20.66 × 10^-4。这一平均值超出了UNSCEAR、WHO和USEPA通常建议的环境辐射暴露风险范围（10^-6到 10^-4），提示存在潜在的放射学关注点。

4.1. 氡浓度的统计特征

数据分析显示，氡浓度数据具有高度的变异性。标准偏差（2.37 Bq/L）大于平均值（2.10 Bq/L），变异系数（CV）高达113%，表明氡浓度在空间上分布很不均匀。数据的偏度和峰度值也表明，大部分水井氡浓度较低，但少数水井（特别是S34, S28, S29）浓度异常高，形成了数据分布的“长右尾”。

4.2. 理化参数与氡浓度的关系

相关性分析表明，氡浓度与pH值、TDS和盐度之间仅存在微弱的相关性（相关系数绝对值均小于0.2）。这说明，影响Al-Ahsa地区地下水氡水平的主要因素并非水化学条件，而更可能是地质因素。

4.3. 深度对氡浓度的影响

研究发现了井深与氡浓度之间的明确趋势。通过箱线图（?1) in groundwater as a function of well depth in the Al-Ahsa region, Saudi Arabia.">）和方差分析（ANOVA）可以清晰地看到，浅井（<150米）氡浓度最低，中深井（150–250米）次之，而深井（>250米，特别是350米的S34号井）的平均氡浓度和变异性最高。统计分析确认了不同深度组之间的氡浓度存在显著差异（p值 < 0.05）。这表明，更深的地下水由于与含铀/钍岩石的接触时间更长，且处于更封闭的环境中，更容易累积氡气。

4.4. 放射学与健康影响

尽管平均总有效剂量（5.37 μSv/年）远低于WHO对饮用水的参考水平（100 μSv/年），表明从整体上看，该地区地下水是放射学安全的。然而，重点在于特定深井（如S34）表现出的高浓度和高风险。食入剂量评估图（?1) assessment in groundwater samples across 35 wells in the Al-Ahsa Oasis region.">）直观显示，婴儿因单位体重摄入水量大而承受的剂量最高。与国际数据对比，Al-Ahsa地区某些深井的LCR值（如S34的142.08 × 10^-4）与印度、巴基斯坦报道的高风险地区水平相当，提示长期饮用这些特定深井的水可能带来不可忽视的癌症风险。

4.5. 统计分析

进一步的多元统计分析（如主成分分析PCA和层次聚类分析HCA）结果支持了上述发现。PCA分析（）显示，代表水化学特征的参数（TDS， 盐度）与代表放射学特征的参数（氡浓度， LCR）在坐标轴上几乎正交，说明它们受不同因素控制。HCA的树状图（222Rn).">）也清晰地将TDS和盐度聚为一类，而将氡浓度和LCR紧密聚为另一类，再次印证了氡水平主要受地质因素（如含铀岩层、断裂构造）控制，而非一般的地下水化学性质。

综上所述，这项研究得出了明确结论： Al-Ahsa绿洲大部分地下水样本的氡浓度低于国际安全限值，从放射学角度看对于日常使用是安全的。研究计算出的平均年有效剂量仅为全球平均水平的约5%，主要暴露途径是食入。然而，研究也揭示了一个关键风险点：氡浓度存在显著的空间异质性，并与井深密切相关。少数深井（特别是350米深的S34号井）表现出异常高的氡浓度和终生致癌风险，其风险值超过了国际建议范围。统计分析强有力地表明，这种高浓度主要受局部地质条件（如含铀矿物、断层构造）控制，而非水化学参数。因此，虽然整个绿洲的地下水总体安全，但研究强调需要对特定深井进行持续监测和评估。这些发现不仅为Al-Ahsa地区建立了首个地下水氡的基线数据库，也为理解干旱地区地下水系统中氡的分布规律和控制因素提供了重要案例。研究指出的深井高风险问题，对于当地水资源管理、公共卫生决策以及未来在类似地质环境中的辐射防护研究，都具有重要的警示和参考意义。