Para abordar la brecha de investigación sobre los metales pesados solubles en agua (WSHMs) en Taiyuan, China, realizamos una campaña invernal (del 18 al 29 de enero de 2019) en un sitio urbano para medir quince WSHMs (Zn, Fe, Mn, Ba, Cu, Se, As, Sb, Sn, Pb, Ni, V, Ti, Cd y Co). La concentración media de WSHMs totales (SumWSHMs) en PM fue de 209.17 +/- 187.21 ng m. Notablemente, las concentraciones de masa de SumWSHMs en días de alta contaminación (291.01 +/- 170.64 ng m) fueron un 224.8% más altas que en días de contaminación leve (89.61 +/- 55.36 ng m). Se aplicó un análisis de componentes principales (PCA) en combinación con la regresión lineal múltiple de puntuaciones de componentes principales absolutas (APCS-MLR) para analizar las fuentes de contaminación y sus contribuciones. Los resultados mostraron que las principales fuentes de contaminación eran la combustión de carbón y las emisiones de vehículos (42.50%), junto con la industria metalúrgica y el polvo natural (34.47%). Se evaluaron los riesgos carcinogénicos y no carcinogénicos de los WSHMs tanto para adultos como para niños, basándose en las directrices de evaluación de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (U.S. EPA) y la base de datos de la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC). Los niños enfrentaron mayores riesgos no carcinogénicos (índice de peligro = 2.37) que los adultos (índice de peligro = 0.30), superando el umbral de seguridad (índice de peligro = 1). El riesgo carcinogénico total alcanzó 2.20 x 10, superando el valor umbral (1 x 10) para el riesgo carcinogénico. El arsénico soluble en agua (As) dominó tanto los riesgos carcinogénicos como no carcinogénicos en invierno y fue el elemento más arriesgado. Estos hallazgos proporcionan una base esencial para controlar los WSHMs ligados al PM en áreas industrializadas.