Millions of people in Bangladesh drink well water contaminated with arsenic. Despite the severity of this heath crisis, little is known about the extent to which groundwater arsenic concentrations change over time: Are concentrations generally rising, or is arsenic being flushed out of aquifers? Are spatially patterns of high and low concentrations across wells homogenizing over time, or are these spatial gradients becoming more pronounced? To address these questions, we analyze a large set of arsenic concentrations that were sampled within a 25 km$^2$ area of Bangladesh over time. We compare two blanket survey collected in 2000/2001 and 2012/2013 from the same villages but relying on a largely different set of wells. The early set consists of 4574 accurate laboratory measurements, but the later set poses a challenge for analysis because it is composed of 8229 less accurate categorical measurements conducted in the field with a kit. We construct a Bayesian model that jointly calibrates the measurement errors, applies spatial smoothing, and describes the spatiotemporal dynamic with a diffusion-like process model. Our statistical analysis reveals that arsenic concentrations change over time and that their mean dropped from 110 to 96 $\mu$g/L over 12 years, although one quarter of individual wells are inferred to see an increase. The largest decreases occurred at the wells with locally high concentrations where the estimated Laplacian indicated that the arsenic surface was strongly concave. However, well with initially low concentrations were unlikely to be contaminated by nearby high concentration wells over a decade. We validate the model using a posterior predictive check on an external subset of laboratory measurements from the same 271 wells in the same study area available for 2000, 2014, and 2015.


翻译:孟加拉国数百万人饮用受砷污染的水井。尽管这一热量危机十分严重,但对于地下水砷浓度随时间而变化的程度却知之甚少:浓度普遍上升,还是正在从含水层中冲出砷? 早期的一组由4574个精确的实验室测量组成,但后来的一组则构成一个分析挑战,因为它是由8229个不同井的高度和低浓度构成的,随着时间推移,这些空间梯度是否变得更加明显?为了解决这些问题,我们分析了在孟加拉国25公里2美元地区中抽取的大量砷浓度。我们比较了2000/2001年和2012/2013年从同一村庄收集的两次全面调查,但主要依赖一组不同的井。早期的一组由4574个精确的实验室测量组成,或正在从含水层中冲出? 早期的一组由8229个不同水井的高度和低浓度构成的空间模式,或这些空间梯度随着时间推移而变得更加明显? 我们的统计分析显示,砷浓度从2000年的深度从110美元下降到了近96美元/穆克/利克测量,但后一组分析显示,在2000年的浓度为四分之一的地基水平的浓度。

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