当前世界环境

介绍

水是我们生命维持系统必不可少的重要组成部分。由于人口持续增长和工业化，地下水供应迅速减少，威胁到印度许多含水层的质量。为了评价地下水不同用途的适宜性，了解地下水的化学成分是必要的。此外，有可能理解由于岩石-水相互作用(风化)或任何类型的人为影响而导致的质量变化(Todd 1980, Kelly 1940)。水质的定义在很大程度上取决于水的预期用途。因此，不同的用途需要不同的水质标准，以及报告和比较水分析结果的标准方法(Babiker 2007)。获得安全饮用水仍然是迫切需要的，因为30%的城市人口和90%的农村人口仍然完全依赖未经处理的地表水或地下水资源(Kumar et al. 2005)。近年来，在西孟加拉邦、贾坎德邦、奥里萨邦、西北方邦、安得拉邦、拉贾斯坦邦和旁遮普邦的许多地区，清洁和饮用水的短缺已成为最严重的发展问题之一(Tiwari & Singh 2014)。地下水水位的枯竭速度和地下水质量的恶化是国家主要城镇迫切关注的问题(Meenkumari和Hosmani 2003, Dhindsa等人2004,Ramakrishnaiah等人2009;Jain等人2010;Singh et al. 2011; Singh et al. 2012; Singh et al. 2013; Tiwari and Singh 2014, Singh et al. 2014, Tiwari et al. 2014). The objective of this study is to assess groundwater quality with reference to seasonal fluctuation and primarily investigation; an attempt has been made to assess its suitability for drinking and domestic uses and also evaluate of availability of groundwater resources of the area.

材料与方法 研究区域

贾里亚煤矿区是印度最重要的煤矿区之一。它大致呈椭圆形或镰刀状，位于贾坎德邦的丹巴德地区，位于纬度23之间^o39^/N和23^o48^/北纬和经度86度^o11^/E和86^o27^/它西起钱丹普拉，东至辛德里。贾里亚煤田自然排水的主要组成部分是达摩达尔河。这里有八条主要的河流，一些是多年生的，其余的是断流的，这些河流从北向南将JCF汇入达摩达尔河。它们是Tisra, Chatkari, Katri, Khudia, Jamuniya, Kumari和Bansjora等。从11月到2月的寒冷天气里，贾里亚煤矿区的气候非常宜人。3月至6月的炎热天气中偶尔会下雨，这使气候变得宜人，但从6月到10月，10月至11月的情况总体上并不令人不愉快。一般气候可以大致地描述为热带季风带的气候。贾里亚和邻近地区的年降雨量从1197毫米到1382毫米不等。由于可开采的冶金级煤储量，这是开采最多的煤矿区。煤田区温度变化范围在5℃~ 5℃之间^ºC和48ºC。

样品收集和保存

对Jharia矿区地下水水质进行了系统采样评价。从研究区的Lodna、Bastacolla、Sijua、Western Jharia、Block-II、Barora等不同矿山采集了具有代表性的29个地下水样本(图1)。地下水样本采集在1升预洗聚乙烯窄口瓶中。在每次实地工作之前，聚乙烯瓶在实验室用稀盐酸清洗，然后用双倍蒸馏水冲洗两次。实验室水样中悬浮物采用0.45µm Millipore膜过滤器进行分离。对水样进行了各种理化参数分析。抽样分析采用标准方法(APHA, 1998)。

图1:采样点 在研究区域 点击此处查看图

结果与讨论 降雨和地下水位特征

由于煤尘的影响，研究区域降雨较多，煤尘吸引云层，为该地区带来降雨。降雨是补给地下水的主要方法。西南季风主要在6月至10月为该地区带来降雨。评估了2000 - 2013年的年平均降雨量(图2)。最大降雨量为2311mm，最小降雨量为921mm。

图2:年雨量 研究范围的 点击此处查看图

基于GIS的WLF对比分析

对比分析了研究区29口监测井2013年季风前后的深度-水位数据。季风前的6月和季风后的12月分别采集了季风前和季风后的12月数据(表1)。数据绘制在专题等高线图上，可以观察到无约束含水层的水位变化趋势。从等高线图中可以观察到，2013年季风前的井显示的最大深度到水位为3.05至11.10 mbgl(图3)，季风后的最小深度为1.4至7.5 mbgl(图4)。2013年的水位波动显示为1.29 - 6.9 mbgl(图5)。Jharia煤田有6个区块，如Londna、Bastacolla、Kuskunda。BlockII, Barora和Jharia西部。由于一些影响地下水波动的岩性特征，Bastocalla地区和Londna地区的水位波动最大。东部Jharia地区地下水补给良好，地下水波动较小。达摩达尔河是研究区地下水补给的主要来源。地下水通过裂缝、裂缝和面不连续来补充。因此，从以上研究中，我们发现西部和北部部分地区由于地下水可利用性较低而面临极度稀缺，而研究区东部地区地下水资源可利用性充足。

图3:研究区域的水深与水位关系 2013年季风前期 点击此处查看图

图4:研究的深度到水位 2013年后季风期的面积 点击此处查看图

图5:水深到水位 波动期 点击此处查看图

表1:Jharia煤田地下水位波动 点击这里查看表格

离子化学

在季风前的主要阳离子中，钙是主要离子，平均占总阳离子的46%。镁离子和钠离子次之，分别平均占总阳离子的26%和23%。钾是最不占优势的阳离子，占总阳离子的5%(图6)。季风后丰度的阳离子顺序为Ca^{2 +}>毫克^{2 +}> Na⁺> K⁺．然而，在季风前季节，钙离子是主要离子，平均占总阳离子的39%。钠离子和镁离子次之，分别平均占总阳离子的29%和26%。钾是最不占优势的阳离子，占总阳离子的6%(图7)。季风后阳离子丰度的顺序是Ca^{2 +}> Na⁺>毫克^{2 +}> K⁺在季风前季节。在主要阴离子中，碳酸氢盐普遍占主导地位，平均占总阴离子的43%。硫酸盐是第二大阴离子，平均占阴离子总数的39%。氯化物是较少的优势离子，分别占总阴离子的17%(图8)。硝酸盐和氟化物是总阴离子中最不占优势的阴离子。季风后表层阴离子丰度的顺序为HCO_3. ^->所以₄ ^{2 -}> Cl^->没有_3. ^-> F^- _．然而，在季风前季节，碳酸氢盐是主要阴离子，平均占阴离子总量的43%。硫酸盐是第二大阴离子，平均占阴离子总数的37%。氯化物的优势离子较少，占阴离子总量的18%。硝酸盐和氟化物是所有阴离子中最不占优势的。表面阴离子丰度的顺序为HCO_3. ^->所以₄ ^{2 -}> Cl^->没有_3. ^-> F^-(图9)。

图7:阳离子对 总阳离子平衡+）对于pre-monsoon 点击此处查看图

图8:阴离子的贡献百分比 总阴离子平衡(TZ-)，以备季风后使用 点击此处查看图

图9:阳离子对 总阳离子平衡-）对于pre-monsoon 点击此处查看图

地下水饮用及家庭用途的适宜性

将地下水分析结果的物理化学参数与世界卫生组织(世卫组织，1997年)和印度标准局(印度标准局，2003年)建议的饮用水和公共卫生标准的标准指导值进行了比较(表2)。发现地下水样品的pH值在6.5至8.2之间，季风季节后的平均值为7.2，而季风季节前的水样pH值在6.5至8.3之间，平均值为7.3．水样显示为微酸性至碱性。季风后的地下水电导率为480 ~ 1300µS/cm，平均为862.3 μ S/cm，季风前的地下水电导率为630 ~ 1590µS/cm。季风后水样TDS为350 ~ 1150 mg/L，季风前水样TDS为532 ~ 1377 mg/L。TDS值超过500mg L的理想限值^－196%的地下水样本在季风后，而100%在季风前。研究区分析水样的总硬度(TH)在210 ~ 752 mg/L之间，季风后平均硬度(TH)为444 mg/L。然而，季风季节前的水样含量分别为294毫克/升至917毫克/升和(平均546毫克/升)，表明水的硬度从硬到非常硬。季风后季节研究区地下水氯化物含量在39 ~ 198 mg/L之间。然而，季风季节前的水样含量在54毫克/升到254毫克/升之间变化。与天然水的其他成分相比，氯化物在普通岩石类型中的浓度较低。据推测，水中的大部分氯化物要么主要来自大气，要么来自海水。季风后地下水硝酸盐含量在1.1 ~ 30 mg/L之间变化。然而，季风季节前的水样从2.1毫克/升到46毫克/升不等。NO浓度_3. ^-超过45毫克/升的理想限量^－1在3%的地下水样本在季风前季节。季风过后，水样中的硫酸盐含量在47毫克/升至369毫克/升之间。而季风季节前的水样则从90毫克/升到397毫克/升不等。SO的值₄ ^{2 -}超过200毫克/升的理想限量^－1在季风后45%的地下水样本中，而在季风前51%。硫酸盐浓度较高可归因于岩石风化或工业和农业废水等人为来源(Berner和Berner, 1987年)。高F^-高浓度氟导致牙齿和骨骼氟中毒，如牙齿斑斑、韧带变形和脊髓弯曲(Tiwari和Singh, 2014年)。F的浓度^-在1.5毫克/升的建议限量内^－1后季风季节的地下水样本。然而，在季风前季节，F^-超过1.5毫克升的允许限量^－1在21%的地下水样本中。季风后水样钙离子含量为28 ~ 192 mg/L，季风前水样钙离子含量为35 ~ 205 mg/L。研究区季风后水样的镁含量在38 ~ 129 mg/L之间。而季风季节前的水样则为38毫克/升至138毫克/升。季风后水样中的钠浓度在14毫克/升至143毫克/升之间，而季风前水样中的钠浓度在28毫克/升至189毫克/升之间。根据世界卫生组织的指导方针，钠的允许限量为200毫克/升。Na浓度⁺在1.5毫克/升的建议限量内^－1在地下水样本中。较高的钠摄入量可能导致高血压、心脏病和肾脏问题(Singh et al. 2008, Tiwari et al. 2013)。

表2:汇总统计分析 数据，并与世卫组织和印度进行比较 家用标准(IS: 10500) 点击这里查看表格

结论

东部Jharia地区地下水补给良好，地下水波动较小。地下水通过裂缝、裂缝和面不连续来补充。2013年的水位波动为1.29 ~ 690mbgl。研究区西部和北部部分地区地下水资源极度匮乏，东部地区地下水资源充足。Jharia煤田地下水性质为微酸性至碱性。在大多数样品中，分析的参数都在理想的范围内，水是可饮用的。然而，EC, TDS, TH, SO₄ ^{2 -}, Na⁺、钙^{2 +}和毫克^{2 +}在少数地点超过理想限度，需要在使用前进行处理。该地区的地下水受各种自然资源和采矿活动的影响很大。

确认

作者感谢新德里大学教育资助委员会(UGC)，也感谢印度学校矿业主任dc . Panigrahi教授在研究期间给予的宝贵支持。

参考

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