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印度旁遮普邦半干旱区地下水含盐量和氟化物评价

塔·Krishan1*，饶先生。1C. P.库马尔1苏蒂尔·库马尔1R. S. Loyal2G.S.吉尔2和Prabhat Semwal1

通讯作者:drgopal.krishan@gmail.com

DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.12.1.05

地下水是印度旁遮普邦西南半干旱地区的主要饮用水来源，该地区目前面临严重的盐度和氟化物问题-)问题。在旁遮普省西南半干旱地区的巴欣达区进行了一项研究，以评估盐度和F-浓度。对21个地点的地下水样本进行了分析，发现59%的地下水超过了允许电导率(EC) 1500µS/cm的限制1。氟浓度超过世界卫生组织(2008年)1在69%的样本中，允许限量为1.50毫克/升，可能通过引起氟中毒而严重影响人体健康。地下水位的增加导致高蒸发，从而引起盐的积累，进一步导致EC的增加。增加的F-富集主要是由于岩石-水相互作用导致萤石溶解。


地下水;质量;盐度;氟化;半干旱地区;西南旁遮普

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克里山，饶明生，库马尔，库马尔，忠诚r.s S，吉尔G S S, Semwal P.印度旁遮普省半干旱区地下水含盐量和氟化物评价。生态学报，2017;12(1)。DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.12.1.05

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收到: 2016-06-01
接受: 2017-02-11

介绍

随着农业和城市的迅猛发展，人口的迅速增长对地下水资源产生了巨大的需求。这导致了大规模的地下水开发以及水质问题，有时没有负责任的管理，也没有对质量问题给予应有的重视。2氟(F-)是用于饮用的地下水中最不受欢迎的元素之一，其含量高于规定的允许限量可能会引起氟中毒，从而严重影响人体健康。3、4氟化物通常存在于天然矿物萤石(CaF)中2)，冰晶石(Na3.阿尔夫6)、黄玉、碧玺、白云母、黑云母、角闪石和蓝铜矿。5 - 9其在地下水中的赋存可归因于角闪石、萤石、磷灰石和云母的风化淋滤作用。10 - 14F-通常发现，水中的浓度随着碱度的增加而升高。

在过去的三、四十年里，旁遮普平原见证了地下水使用量的快速增长，这导致了其质量下降和地下水位下降。15 -地下水水质恶化的主要原因是地下水盐度升高和高F值-浓度。盐度和高F的原因-人们对浓度没有很好的理解。因此，目前的重点是评估盐度和F-印度旁遮普巴欣达地区地下水的浓度。研究还考察了F的浓度和空间分布-并结合研究区地质特征分析了其可能的成因。

材料与方法

本研究选择了旁遮普的巴欣达区。全区总面积3369平方公里。km，有Bathinda, Nathana, Rampura, Phool, Talwandi Sabo, Sangat, Maur街区。研究区位于旁遮普邦南部北纬29°33′~ 30°36′，东经74°38′~ 75°46′之间(图1)，属于拉贾斯坦邦沙漠附近的半干旱区，年平均降雨量430 mm，集中在7月至9月中旬。夏季气温最高可达49℃，冬季气温最低可达-1.4℃。从五月中旬到八月底，天气通常是干燥的，但非常潮湿。

图1所示。有采样点的研究区域


图1:有采样点的研究区域
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阿拉瓦利-德里超群和马拉尼火成岩套的岩石由灰岩、碳酸盐沉积物、钙质页岩和板岩组成，高热花岗岩和长石构成了该地区的基底。28 - 29日Aravalli-Delhi超级群的零散露头出现在研究区以南的Tusham。研究区土壤属于干旱区和湿润区。与冲积平原相关联的土壤，随着土壤剖面发育的成熟，其硬化性较好。它们由不同的粘土层、粘性粘土和细粒到粗粒砂岩组成。表层为深红色粉砂，由于蒸发程度高，通常富含结核和钙质结核。属于Hanseran群的一套岩盐和伴生的蒸发岩(多岩盐、硬石膏、灰岩和白云岩)位于焦特布尔群之上。30.白云岩/白云质灰岩具有广义腐质特征，与生物还原及其相关过程有关;与第三纪马鲁特砾岩相有关的碳质物质和圈闭气覆盖在蒸发层序上。31地质形态为起伏起伏的地形，在旁遮普西南部存在约200米保存较差的近代和次近代古地表，并以砂质和碳酸盐风成物质为特征，以及不规则的低洼沙丘延伸。辛格(1992)32在该地区发现了更古老的平原和风成沉积(包括横向的巴坎和纵向的沙丘)。

地下水样本从21个随机选择的地点采集(图1)，采用覆盖Bathinda区所有7个街区的标准方案。选择井/管井代表不同的地质构造、土地利用模式和不同的含水层深度(9.14 m - 106.68 m)。

钻至60米深的地下岩性(图2)显示了2-6米深的最上层粘土层。这一层阻碍了地表径流渗透到土壤中，导致地表洪水和涝渍，即使在超过6米深度的饱和区也是如此。在24-60 m的深度存在一层厚的中砂透水地层。在区域范围内，这是唯一一个在潜水条件下含有地下水的含水层。水位深度是用“水位测深仪”(Eijelkemp，荷兰）.

图2所示。巴欣达地区岩性


图2:巴欣达地区岩性
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所有水样均收集在预洗聚乙烯瓶中。取样前，手摇泵至少冲洗5分钟，取样时，用待取样的地下水彻底冲洗2-3次。使用原位探针(Mettler Toledo, Sonnenbergstrasse 74 CH 8603 Schwerzenbach, Switzerland)测量电导率(EC)达到恒定后收集样品，然后过滤以分离悬浮沉积物。使用Garmin全球定位系统(Garmin International Inc.， Olateh, Kansas, USA)记录样本地点的经纬度。分析是尽早在实验室进行的。在Roorkee国家水文研究所同位素实验室，使用经过校准的Dionex离子色谱仪ICS-5000 (Sunnyvale, CA, USA)对样品进行F¯分析。图3、图4和图5使用GIS软件Arc GIS 9.3生成。Arc GIS中有一个插值工具(拓扑到栅格)，用于对点、线和多边形数据进行水文正确曲面的插值。

结果与讨论

EC和F的变化-图3和图4分别表示了研究区域的浓度。从图3可以看出，只有41%的区域EC值低于1500µS/cm, 59%的区域EC值>饮用水规定限值1500µS/cm1。在锡林德运河Bathinda支流附近的地区发现了高EC值(图5)，并且由于地下水位的上升，其影响在西部地区进一步横向扩展。这一上升也是由于与运河水相比，它的使用减少了，而且由于靠近沙漠，夏季气温相对较高。31盐碱化是由于锡林德运河巴欣达支流蒸发增加导致土壤盐分上升造成的15如图5所示，Bathinda和Sangat区块离水位的深度更高。

Ca的值++从18到229 ppm不等，平均为78.1 ppm(表1)。在Mehta的地下水样本中发现了最高的值，而在Burj Gill的样本中发现了最低的值。所有的Ca++浓度在200 PPM的允许范围内1除了在梅塔采集的样本。

F¯的浓度范围为0.60-4.40 mg/L(表1)。从大约57%的研究区域收集的水样超过了饮用水的允许限值1.50 mg/L(图4)。1

氟立即反应生成F-化合物由于其高电负性，使得游离氟的存在是一个遥远的可能性。在有利的物理化学条件下，氟在地下水中停留时间长，可以溶解形式存在。5、33

地下水分析表明，钠(Na+)值从4.7毫克/升到509毫克/升，钾(K+)值从8.2毫克/升到199.0毫克/升。氯(Cl)-)值为7.3毫克/升至502毫克/升，硝酸盐(NO3.-)的取值范围从2.7毫克/升到217毫克/升。硫酸盐(SO4--)值在27.1 mg/L到784.0 mg/L之间。

图3所示。研究区域的EC地图


图3:研究区域的EC图
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图4所示。研究区域的氟化物地图


图4:研究区域氟化物分布图
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图5所示。巴欣达地区水深-水位图


图5:巴欣达区水深-水位图
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Bathinda地区的水位深度从6.9米到15.4米(图5)。正如目前在Phul和Nathana区块所建立的那样，存在更深层次的淡水区，这反映了地下水位的下降以及随之而来的提取难度22。

表1:Â旁遮普西南部的深度、EC和离子浓度(阴离子- f -、Cl-、NO3-、SO4-和阳离子- ca ++、Na+、K+、Mg++)(来源:Krishan et al.， 2013


表1:深度，EC和离子浓度(阴离子- f)-, Cl-,没有3.-,所以4--和Cations-Ca++, Na+K+、镁++)(来源:Krishan et al.， 2013)19
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在岩石和土壤中水分的风化和循环过程中-可以浸出并溶解在地下水中。F的变化-地下水的浓度取决于地质环境和岩石类型。F-地下水的浓度也受到其他离子存在的影响。F-和Ca++(丹西和雷迪出版社，2004年)34(r=0.77, r2= 0.59;p值=0.0013,p=< 0.01;在深度=18-45m处采集的样品中df =14)，其中NO3.-浓度<80mg/L。Na与Na之间呈显著正相关+和Cl-(r= 0.84)2=0.71, p值=0.00001,p=< 0.01;df = 19);Na+所以4++(r= 0.892=0.78, p值=0.00001,p=< 0.01;df = 19);Cl-所以4--(r= 0.94, r2=0.89, p值=0.00001,p=< 0.01;df = 19)。Mg和Mg之间存在中度正相关++所以4--(r= 0.45)2=0.20, p值=0.0532,p=< 0.01;df = 19)。

高F-浓度与高钠含量、高pH值和低钙有关++浓度。35Na的风化+丰富的沉积物会增加pH值，从而引发CO的溶解2。随之增加的HCO3.-和有限公司3.--与方解石相比，导致地下水过饱和，导致这种矿物的沉淀。这种沉淀降低了Ca++溶液中的浓度和导致系统中萤石的亚饱和。结果，萤石会溶解，F-浓度会增加(公式1-5)。来自Burj Mehma、Phul、Rampura、Jhumba、Khemuana、Burj Gill、Jalal、Ramgarh、Maur的低钙样品++高浓度是典型的高氟-地下水。


CaCO3.↔Ca+++有限公司3.--K = 10-8.4——(1)

CaF2↔Ca+++ 2 f-K = 10-10.57——(2)

CaF2+钠2有限公司3→CaCO3.+ 2 f-+ 2 na+——(3)

CaF2+ 2 nahco3.→CaCO3.+ 2 f-+ 2 na++ H2O + co2——(4)

2 na(硅铝合金3.阿)8+ 2 h++ 9 h2O→Al2如果2O5(哦)4+ 2 na++ 4 h4SiO4——(5)

一个弱的负的统计上不显著的关系34F之间-浓度与采样深度(r=-0.14;p= 0.545, p=< 0.01;Df =19)。F的浓度-地下水在很大程度上取决于与含水层矿物质的反应时间。在含水层中停留时间长的地下水具有较高的F值-浓度和这些都与深层含水层系统和缓慢的地下水运动有关。因此，含有新近入渗雨水的浅层含水层通常具有较低的F-浓度。在干旱/干旱条件下，地下水流量小，地下水与岩石的反应时间长36这就为含氟地层的溶解创造了更多的时间。但是，从浅层深处采集的样品中较高的浓度可能是由于蒸发导致的水位上升。19

一个弱的正的不显著关系34F之间-和EC (r=0.23;p= 0.3202, p=< 0.01;df = 19)。在比电导率750 ~ 1750 μS/cm范围内，萤石矿物的溶解速率增大。37

因此，氟化物浓度高是由于(一)其地质成因(二)高蒸发。由于蒸发作用，地下水中钙矿物过饱和，方解石沉淀，萤石溶解。38

以地下水水质为重点的地下水水质研究-在旁遮普省西南部，F-经EC和离子交换、溶蚀、风化等地球化学过程证实。该地区的地下水含盐量高，受到F-它被发现超过2/3理查德·道金斯部分研究区域氟化物浓度较高(高于世卫组织允许的限值(2008年))1和BIS)3.）.因此，低降雨量、高蒸发速率、昼夜温差大、碱性环境和长停留时间有利于F的溶解-在地下水。

在西南地区，旁遮普省水位上升的地区，在不久的将来可能会出现积水，这可以在图5中看到，也由CGWB(2007)报告。15克里珊和乔普拉(2015)。23因此，迫切需要遏制该地区西南部水位上升的趋势，并实施防内涝方案。用于控制相对于F的劣化质量-在旁遮普半干旱地区，可以采取适当的管理措施。地表水和地下水的联合利用需要解决水位和地下水质量问题。为此，在使用过量地表水的地区南部，应鼓励使用地下水。F的原因-污染大多是自然的和不可避免的，因此，教育人民和在消费前对地下水进行除氟处理对于维持健康饮用水的供应至关重要。

确认

作者感谢Roorkee国家水文研究所所长对开展本研究的一贯支持和鼓励。谢谢厄。旁遮普水资源组织的K.S. Takshi，感谢他的支持。


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