利用GIS分析印度马哈拉施特拉邦浦那市部分地区地下水质量的空间分布
Suvarna Tikle1*M. J.萨博里2和R. Sankpal2
1Mitcon咨询和工程服务有限公司，印度浦那，411005
2印度浦那大学环境科学系，印度浦那411007
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.7.2.13
浦那是印度主要的发展中城市之一;随着邻近的村庄，如Aundh、Baner、pasan和Sutarvadi被合并到浦那市政公司(PMC)，它的面积正在迅速增加。大多数人使用地下水作为他们生活需要的主要来源，除此之外，PMC还向他们提供分配的处理过的水。地下水水质评价是现代社会的一个重要问题。利用地理信息系统(GIS)技术对印度马哈拉施特拉邦浦那市政公司部分地区地下水水质的空间变化进行了研究。收集了代表新合并的29个井水样本。采用标准技术对水样进行APHA规定的理化参数分析，并与WHO(2006、2008)饮用水水质标准进行比较(1,2)。采用GIS逆距离加权(IDW)技术对上述各项参数绘制了整个研究区地下水水质信息图。本文的研究结果与在GIS中建立的空间数据库将有助于浦纳市研究区地下水水质及其污染的监测和管理。
地下水;空间分布;理化参数;饮用水水质;GIS;逆距离加权技术
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[3]刘建军，张建军，张建军，等。基于GIS的城市地下水水质空间分布研究。生态学报，2012;7(2):281-286 DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.7.2.13
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[3]刘建军，张建军，张建军，等。基于GIS的城市地下水水质空间分布研究。环境科学学报，2012;7(2):281-286。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=2875
介绍
地下水资源是动态的。这些都受到诸如灌溉活动扩大、工业化和城市化等因素的影响。因此，监测和保护这一重要资源至关重要。水的质量是根据它的物理、化学和生物参数来定义的。在使用地下水之前，确定其水质是至关重要的。水可用于各种用途，如饮用、农业、娱乐和工业活动。3、4地下水评价一直以实验室调查为基础，但卫星技术和地理信息系统(GIS)的出现使各种数据库的整合变得非常容易。5
材料与方法
研究区包括Aundh、Baner、pasan和Sutarvadi。研究区底图绘制自印度地形图第1号。Toposheets 41 f / 14。确定了井眼位置。样本是从选定地点的29个钻孔中收集的。作为研究的一部分，从29口井中收集了地下水样本。2011年12月采集的样品进行了各种理化参数分析。理化分析按照美国公共卫生协会(APHA)规定的标准程序进行，测定电导率(EC)、总溶解固形物(TDS)、总硬度(TH)、pH、HCO3 -、镁２＋、钙２＋K+, Na+, Cl-,所以4 2 -,没有3. -和F-．结果与世界卫生组织(世卫组织2006年和2008年)饮用水质量指南建议的标准值进行了比较。
事实证明，地理信息系统技术对提高精度非常有用。利用GPS和Arc GIS软件对该井进行定位。应用IDW法分析了地下水水质的空间分布规律。在利用IDW的空间分析方法进行插值时，对待测点赋予一个权值。这个权重的大小取决于这个点到另一个未知点的距离。6这些权重以10的幂为基础进行控制。随着十次方的增加，更远的点的作用减弱。较小的幂函数在相邻点之间更均匀地分配权重。在这种方法中，计算点之间的距离，因此相等距离的点具有相等的权重。7IDW的优点是直观和高效。这种插值在均匀分布的点上效果最好。与样条函数类似，IDW对异常值很敏感。此外，不均匀分布的数据集群会导致引入错误。6
结果与讨论
了解地下水的水质很重要，因为它是决定其是否适合饮用的主要因素。8对所选参数绘制了地下水水质图。
电导率(EC)
EC的重要性在于它对盐度的测量;这极大地影响了味道。因此，欧共体对确定水的可饮用性有重大影响。9水在25℃时的EC是由于各种溶解盐的存在。EC随水样变化，范围为469.2μS/cm ~ 1173μS/cm，平均值为800μS/cm。在25℃条件下，饮用水中EC的最大限量为1500 μ s /cm，所有数值均在允许范围内。图1为研究区EC的空间分布。
pH值
一般来说，pH值是衡量水的酸度或碱度。它是最重要的操作水质参数之一，所需的最佳pH值通常在7.0-8.5之间。10世界卫生组织规定的饮用水pH值上限为9.2。所采集的地下水pH值在7.05 ~ 7.76之间变化，平均值为7.27。这说明研究区地下水的性质以中性至微碱性为主。pH浓度的空间分布如图2所示。pH值显示所有样品的pH值都在最大允许范围内。
总溶解固体(TDS)
水中的TDS由水样蒸发至干燥后留下的残留物重量表示(世卫组织，2006年)。TDS是无机盐(主要是Ca, Mg, K, Na, HCO)的化合物3. -氯化物和SO4 2 -)和溶解在水中的少量有机物。TDS含量在50mg/l到650mg/l之间，平均为367 mg/l。本研究中有3个样品(BW7、BW12和BW18) TDS浓度超标。图3为研究区TDS的空间分布。
碳酸盐和双碳酸盐
相对于HCO3 -96.5%的采样站超过了世界卫生组织(2006)《饮用水限量指南》规定的240mg/l的允许限量。HCO的值3 -最低196毫克/升至最高855毫克/升，平均为423毫克/升。HCO的空间分布如图4所示3 -．
钙(Ca)和镁(Mg)
钙、镁来自花岗岩等天然来源，花岗岩中钙、镁元素含量较高。结果表明，超过82%的采样站的Mg含量超过30mg/l的允许限量，而Ca含量在75 Mg /l的允许限量范围内，只有1个采样站(bw15)超过允许限量。钙和镁是总硬度的离子，因此它们是相互联系的。Mg的值从12mg /l到最大125mg /l不等，平均值为50mg /l; Ca的值最小为6mg /l，最大为80mg /l，平均值为34mg /l。研究区Mg和Ca的空间分布如图5和图6所示。
氯化(Cl)
氯化物自然存在于各种类型的水中。天然水中的氯化物可能来自农业活动、工业和富含氯化物的岩石。获得的结果表明，所有采样站均完全在世界卫生组织(2008年)饮用水质量指南所规定的250毫克/升允许限度内。数值从最小21mg /l到最大87mg /l不等，平均值为43mg /l。研究区氯离子浓度空间分布如图7所示。
总硬度(TH)
无论水质是用于家庭、工业还是农业用途，TH都是水质的重要参数。这是由于存在过量的钙、镁和铁盐。碳酸盐和碳酸氢盐浓度可用于测定暂时性硬度和碱度。由于本研究中大部分样品的碳酸盐分析结果为阴性，因此碱度主要是由碳酸氢盐引起的。图8显示，获得的TH值显示，25%的样品超过了WHO(2008)规定的200 mg/l的允许限量。数值从最小116 mg/l到最大590 mg/l不等，平均值为292 mg/l。
钠(Na)和钾(K)
钠和钾是天然存在的最重要的矿物质。这两种阳离子的主要来源可能是岩石的风化作用11除了污水和工业废水。它们的研究面积值表明，Na和K都在允许范围内。最小值为45 ~ 77 mg/l，平均值为62 mg/l;最小值为0.188 mg/l，最大值为10.73 mg/l，平均值为0.88 mg/l。图9和图10分别为研究区Na和K的空间变化图。
硝酸(不3.-）
高氮含量是有机污染的一个指标。它可能是由添加的氮肥、死亡动植物的腐烂、动物尿液或粪便产生的。它们都在自然过程中被氧化成硝酸盐，因此氮以硝酸盐的形式存在。上述一个或全部因素的增加是造成硝酸盐含量增加的原因。12地下水的污染是由于地表的硝酸盐被渗滤水淋滤而造成的。图11为研究区硝酸盐的空间分布。研究区硝酸盐含量最小为1.858 mg/l，最大值为111 mg/l，平均值为31 mg/l。结果表明，21%的采样站超过世界卫生组织(2008年)指导的允许限值50 mg/l。
硫酸(所以42 -）
地下水中含有少量硫酸盐。硫酸盐可能通过工业或人为的添加以硫酸盐肥料的形式进入地下水。结果表明，研究区域的重金属含量均在世界卫生组织(2008)饮用水允许限值250mg /l之内。硫酸盐的值从最低73毫克/升到最高77毫克/升，平均为74毫克/升(图12)。
氟(F)
氟化物在自然界中以萤石(萤石)、磷矿、三磷酸盐、磷矿晶体等形式存在。控制氟化物浓度的因素包括该地区的气候和地下水循环所通过的岩石矿物组合中附属矿物的存在。13在本研究中，氟化物浓度在世卫组织(2008年)的允许范围内。最低为1.094毫克/升，最高为1.128毫克/升，平均为1.1029毫克/升。从所得结果可以看出，氟化物的值超过了1 mg/l的理想限值。随着人为活动的增加，氟化物浓度可能有增加的趋势，如Bhosle等, 200114注意到周围工业排放的生活废物增加了氟化物值。研究区氟化物分布如图13所示。
结论
利用地理信息系统(GIS)成功地研究了研究区地下水水质的空间变化。本案例研究的结果和在GIS中建立的空间数据库表明，同样的方法可以用于确定、监测和管理大范围的地下水质量及其污染。所形成的数据库对今后的研究和参考非常有用。
致谢
作者衷心感谢GSDA pune的支持。
参考文献
地下水资源是动态的。这些都受到诸如灌溉活动扩大、工业化和城市化等因素的影响。因此，监测和保护这一重要资源至关重要。水的质量是根据它的物理、化学和生物参数来定义的。在使用地下水之前，确定其水质是至关重要的。水可用于各种用途，如饮用、农业、娱乐和工业活动。3、4地下水评价一直以实验室调查为基础，但卫星技术和地理信息系统(GIS)的出现使各种数据库的整合变得非常容易。5
材料与方法
研究区包括Aundh、Baner、pasan和Sutarvadi。研究区底图绘制自印度地形图第1号。Toposheets 41 f / 14。确定了井眼位置。样本是从选定地点的29个钻孔中收集的。作为研究的一部分，从29口井中收集了地下水样本。2011年12月采集的样品进行了各种理化参数分析。理化分析按照美国公共卫生协会(APHA)规定的标准程序进行，测定电导率(EC)、总溶解固形物(TDS)、总硬度(TH)、pH、HCO3 -、镁２＋、钙２＋K+, Na+, Cl-,所以4 2 -,没有3. -和F-．结果与世界卫生组织(世卫组织2006年和2008年)饮用水质量指南建议的标准值进行了比较。
事实证明，地理信息系统技术对提高精度非常有用。利用GPS和Arc GIS软件对该井进行定位。应用IDW法分析了地下水水质的空间分布规律。在利用IDW的空间分析方法进行插值时，对待测点赋予一个权值。这个权重的大小取决于这个点到另一个未知点的距离。6这些权重以10的幂为基础进行控制。随着十次方的增加，更远的点的作用减弱。较小的幂函数在相邻点之间更均匀地分配权重。在这种方法中，计算点之间的距离，因此相等距离的点具有相等的权重。7IDW的优点是直观和高效。这种插值在均匀分布的点上效果最好。与样条函数类似，IDW对异常值很敏感。此外，不均匀分布的数据集群会导致引入错误。6
结果与讨论
了解地下水的水质很重要，因为它是决定其是否适合饮用的主要因素。8对所选参数绘制了地下水水质图。
电导率(EC)
EC的重要性在于它对盐度的测量;这极大地影响了味道。因此，欧共体对确定水的可饮用性有重大影响。9水在25℃时的EC是由于各种溶解盐的存在。EC随水样变化，范围为469.2μS/cm ~ 1173μS/cm，平均值为800μS/cm。在25℃条件下，饮用水中EC的最大限量为1500 μ s /cm，所有数值均在允许范围内。图1为研究区EC的空间分布。
pH值
一般来说，pH值是衡量水的酸度或碱度。它是最重要的操作水质参数之一，所需的最佳pH值通常在7.0-8.5之间。10世界卫生组织规定的饮用水pH值上限为9.2。所采集的地下水pH值在7.05 ~ 7.76之间变化，平均值为7.27。这说明研究区地下水的性质以中性至微碱性为主。pH浓度的空间分布如图2所示。pH值显示所有样品的pH值都在最大允许范围内。
总溶解固体(TDS)
水中的TDS由水样蒸发至干燥后留下的残留物重量表示(世卫组织，2006年)。TDS是无机盐(主要是Ca, Mg, K, Na, HCO)的化合物3. -氯化物和SO4 2 -)和溶解在水中的少量有机物。TDS含量在50mg/l到650mg/l之间，平均为367 mg/l。本研究中有3个样品(BW7、BW12和BW18) TDS浓度超标。图3为研究区TDS的空间分布。
碳酸盐和双碳酸盐
相对于HCO3 -96.5%的采样站超过了世界卫生组织(2006)《饮用水限量指南》规定的240mg/l的允许限量。HCO的值3 -最低196毫克/升至最高855毫克/升，平均为423毫克/升。HCO的空间分布如图4所示3 -．
钙(Ca)和镁(Mg)
钙、镁来自花岗岩等天然来源，花岗岩中钙、镁元素含量较高。结果表明，超过82%的采样站的Mg含量超过30mg/l的允许限量，而Ca含量在75 Mg /l的允许限量范围内，只有1个采样站(bw15)超过允许限量。钙和镁是总硬度的离子，因此它们是相互联系的。Mg的值从12mg /l到最大125mg /l不等，平均值为50mg /l; Ca的值最小为6mg /l，最大为80mg /l，平均值为34mg /l。研究区Mg和Ca的空间分布如图5和图6所示。
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图1:研究区EC的空间分异 图2:研究区pH的空间分异 图3:研究区TDS分布的空间变异性 图4:研究区HCO3-分布的空间变异性 点击此处查看图 |
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图5研究区Mg分布的空间变异性 图6研究区Ca分布的空间变化图 图7研究区氯化物分布的空间变化图 图8:研究区TH分布的空间变异性 点击此处查看图 |
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图9研究区钠的空间分布变异性 图10:研究区钾元素分布的空间变异性 图11研究区硝酸盐分布的空间变异性 图12:研究区硫酸盐分布的空间变异性 点击此处查看图 |
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图13:研究区域氟化物的空间分布 点击此处查看图 |
氯化(Cl)
氯化物自然存在于各种类型的水中。天然水中的氯化物可能来自农业活动、工业和富含氯化物的岩石。获得的结果表明，所有采样站均完全在世界卫生组织(2008年)饮用水质量指南所规定的250毫克/升允许限度内。数值从最小21mg /l到最大87mg /l不等，平均值为43mg /l。研究区氯离子浓度空间分布如图7所示。
总硬度(TH)
无论水质是用于家庭、工业还是农业用途，TH都是水质的重要参数。这是由于存在过量的钙、镁和铁盐。碳酸盐和碳酸氢盐浓度可用于测定暂时性硬度和碱度。由于本研究中大部分样品的碳酸盐分析结果为阴性，因此碱度主要是由碳酸氢盐引起的。图8显示，获得的TH值显示，25%的样品超过了WHO(2008)规定的200 mg/l的允许限量。数值从最小116 mg/l到最大590 mg/l不等，平均值为292 mg/l。
钠(Na)和钾(K)
钠和钾是天然存在的最重要的矿物质。这两种阳离子的主要来源可能是岩石的风化作用11除了污水和工业废水。它们的研究面积值表明，Na和K都在允许范围内。最小值为45 ~ 77 mg/l，平均值为62 mg/l;最小值为0.188 mg/l，最大值为10.73 mg/l，平均值为0.88 mg/l。图9和图10分别为研究区Na和K的空间变化图。
硝酸(不3.-）
高氮含量是有机污染的一个指标。它可能是由添加的氮肥、死亡动植物的腐烂、动物尿液或粪便产生的。它们都在自然过程中被氧化成硝酸盐，因此氮以硝酸盐的形式存在。上述一个或全部因素的增加是造成硝酸盐含量增加的原因。12地下水的污染是由于地表的硝酸盐被渗滤水淋滤而造成的。图11为研究区硝酸盐的空间分布。研究区硝酸盐含量最小为1.858 mg/l，最大值为111 mg/l，平均值为31 mg/l。结果表明，21%的采样站超过世界卫生组织(2008年)指导的允许限值50 mg/l。
硫酸(所以42 -）
地下水中含有少量硫酸盐。硫酸盐可能通过工业或人为的添加以硫酸盐肥料的形式进入地下水。结果表明，研究区域的重金属含量均在世界卫生组织(2008)饮用水允许限值250mg /l之内。硫酸盐的值从最低73毫克/升到最高77毫克/升，平均为74毫克/升(图12)。
氟(F)
氟化物在自然界中以萤石(萤石)、磷矿、三磷酸盐、磷矿晶体等形式存在。控制氟化物浓度的因素包括该地区的气候和地下水循环所通过的岩石矿物组合中附属矿物的存在。13在本研究中，氟化物浓度在世卫组织(2008年)的允许范围内。最低为1.094毫克/升，最高为1.128毫克/升，平均为1.1029毫克/升。从所得结果可以看出，氟化物的值超过了1 mg/l的理想限值。随着人为活动的增加，氟化物浓度可能有增加的趋势，如Bhosle等, 200114注意到周围工业排放的生活废物增加了氟化物值。研究区氟化物分布如图13所示。
结论
利用地理信息系统(GIS)成功地研究了研究区地下水水质的空间变化。本案例研究的结果和在GIS中建立的空间数据库表明，同样的方法可以用于确定、监测和管理大范围的地下水质量及其污染。所形成的数据库对今后的研究和参考非常有用。
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参考文献
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- 张建军，张建军，张建军，等。环境科学与技术，(3):1 -6。, 2003年。http://dx.doi.org/10.1023/A:1025886025137
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- 达希亚，S.;达塔，D.;库什瓦哈，H.;环境地质学、第八卷，第158-165页，2005年
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- 拉赫曼:“阿曼的地下水质量”，地下水质量，伦敦，第122-128页，2002
- 韩建军。地下水地质，(3):275 - 28,1975。http://dx.doi.org/10.1111/j.1745-6584.1975.tb03086.x
- Bhosle, A. B.， Narkhede, R. K.， BalajiRao和Patil, P. M.，生态。Env .&Conserv。7(3)， 2001
