研究人员通过对河流沉积物和水库底泥样品开展准全量（pseudo‑total）及序批提取（sequential extraction）分析，并结合污染指数计算，评估了水库淤积及筑坝蓄水对近期萤石矿加工废物与历史铅锌矿遗留污染物的影响。结果显示，自采矿活动停止三十余年来，污染水平几乎未出现自然衰减。作为饮用水源地的德文特（Derwent）水库对铅（Pb）具有一定截留作用，其底泥中铅浓度随距离入河口越远而降低；但锌（Zn）在整个水库中均处于较高水平，锰（Mn）则在靠近取水口和排放口的深水区远端富集。由于水库沉积物中镉（Cd）、锰和锌主要以可交换态（exchangeable fraction）存在，因此形成了一个由细颗粒组成、化学与生物可利用性高的污染储存库，极易因运行活动或气象事件而被扰动再悬浮，且在未来气候变化背景下风险可能进一步加剧。
研究背景与意义
历史金属开采导致全球约2300万人受到河流与沉积物中潜在有毒元素（Potentially Toxic Elements, PTEs）污染的威胁，影响联合国可持续发展目标中关于健康、清洁水及水生生态的多项指标。英国诺森伯兰河流域是受采矿影响最严重的区域之一，尽管点源污染治理技术已较成熟，但尾矿、废石及受污染土壤等扩散源治理难度大、成本高。水库被广泛认为是截留污染沉积物的有效屏障，但其内部元素形态转化与生物可利用性的变化机制尚不清楚，尤其在气候变化可能增加极端水文事件的背景下，这类蓄积的污染可能转化为二次污染源。为此，研究人员选择德文特水库集水区开展研究，该区域拥有超过500年的铅锌氟矿开采史，且采矿活动已于1987年完全停止，具备研究长期污染滞留与转化的理想条件。研究成果发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》。
主要技术方法
研究采用多方法综合分析策略：在德文特河及其支流、水库周边入流区及坝下河段布设采样点，于2014—2018年间分阶段采集河流活性沉积物与水下底泥，使用范·维恩抓斗（Van Veen grab）在水深1–30 m范围内沿水库主轴线取样。样品经筛分、干燥及研磨后，分别进行准全量消解（aqua regia digest）和改良BCR四步序批提取，利用电感耦合等离子体质谱（ICP‑MS）测定As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、U、Zn等元素浓度。结合激光衍射法粒度分析、X射线衍射（XRD）矿物鉴定及烧失量法测定有机质含量，并采用非参数统计与相关聚类分析方法处理数据。污染评价则基于区域地球化学背景值计算地累积指数（I‑geo）、富集因子（EF）、风险评估代码（RAC）及可交换态风险（ExR）等指标。
研究结果
4.1 准全量PTE浓度
与现行水质标准相比，集水区及水库沉积物中Mn、Pb、Zn普遍超过阈值效应水平（TEL）及可能效应水平（PEL）。高浓度集中在Bolt's Burn及上游河段，与已知矿脉及Whiteheaps选矿厂位置一致。As、Cd、F也在采矿影响区显著升高。水库纵向上Pb浓度递减，Mn递增，而Cd和Zn维持高水平，并在坝下沉积物中出现约50%的浓度突增。
4.2 采矿影响的持久性
当前沉积物中PTE浓度与30–40年前采矿活跃期的记录相近，表明即便点源排放停止，流域内仍存有大量可侵蚀的富金属细颗粒，可在洪水等事件中持续释放。
4.3 污染指数
I‑geo与EF均显示Cd、Pb、Zn呈显著至极强的人为富集，且Zn与Cd在坝下富集程度最高，揭示水库沉积物可作为二次富集源。
4.4 水库沉积物特征与矿物‑元素关联
沉积物整体为粉砂质砂，从入库口到坝前砂含量下降，粉砂与黏土比例上升。Pb主要与粗颗粒及石英共生，随距离迅速减少；Mn则与细颗粒及黏土正相关，在坝前富集。
4.5 水库沉积物的序批提取
Pb主要赋存于可还原态（铁锰氧化物结合态），Cd、Mn、Zn则以可交换态为主，易在环境变化时释放。坝下沉积物中Cd、Zn浓度突增，且有机质含量高，暗示有机胶体在其迁移富集中的作用。
4.6 元素间分异与地理分离
Pb与Zn在水库中表现出明显的分异模式，Pb优先沉降，Zn保持溶解或悬浮状态，这一现象与邻近河流下游的长期观测结果一致，证实重力沉降与吸附差异是控制因素。
4.7 风险评估意义
Cd、Mn、Zn的可交换态占比高，RAC显示其具高风险。ExR综合评估进一步指出，取水口附近及坝下区域的复合风险最高，主要来自Mn、Zn和Cd。
讨论与结论
研究推翻了水库仅作为被动污染拦截设施的认知，证明其在截留颗粒态污染物的同时，会通过物理沉降与化学吸附改变PTE的形态分布，形成细粒、高生物可利用性的污染储库。这种储库在取水作业、泄洪或极端气候引发的扰动下，可能重新释放污染物，威胁水源安全与水生生态。研究成果为历史采矿区的长期风险管理提供了科学依据，强调在水库运营与未来气候适应规划中需纳入污染形态与生物可利用性评估，而非仅依赖总量监测。
