当前世界环境

介绍

地下水可以被认为是人类生存最宝贵的资源之一，是人类生存的基本需要之一，除了满足人类的基本生活需要外，它还为人类提供奢侈品和舒适。在印度大部分地区，地下水是饮用水供应的主要来源。在人口分布广泛、地表水处理和运输所需的基础设施不存在的农村地区，它约占安全饮用水的88%。地下水在农业中也起着重要的作用，无论是灌溉作物还是灌溉旱季作物。据估计，大约45%的灌溉用水需要从地下水中得到满足。

图1:兰契的位置图 乡示采样地点 点击这里查看图

地下水的质量取决于各种化学成分及其浓度，这些化学成分大多来自特定地区的地质资料。由于人口的迅速增长和工业化、农用化学品的使用以及城市和工业废物的处置，地下水的质量正日益受到威胁。据估计，一旦污染进入地下环境，它可能隐藏多年，分散在地下水含水层的广大地区，使地下水供应不适合消费和其他用途。地下水质量的恶化是该国各区、城市和城镇的直接关切(Khurshid等，1997;Das et al. 1998;Sohani等人，2001;Jain2002;Meenakumari and Hosmani2003;Dhindsa et al.2004;Ramasubramanian et al.2004; Singh et al. 2007;Venugopal et al. 2008; Salve et al. 2008;Ramakrishnaiah et al. 2009; Jain et al. 2010; Chatterjee et al. 2010; Singh et al. 2011; Raju et al. 2011; Singh et al. 2012; Singh et al. 2013; Tiwari and Singh 2014).

图2:EC与 TDS集中在Ranchi镇地区。 点击这里查看图

今天，由于人口的增长、城市的扩张和技术的发展，水质问题已经成为一个值得关注的问题。水很容易通过不受管制或受管制但设计和监测不佳的处理做法以不同的方式受到污染(Ozlem Tunc Dede et al. 2013)。公众对环境及有关因素的无知、缺乏临时基本社会服务、滥放与日俱增的人为废物、无计划使用农用化学品，以及排放未经妥善处理的污水/工业废水;导致污染物在陆地表面的过度积累和水资源的污染(Tiwari et al. 2013)。世界卫生组织(世卫组织)报告说，在发展中国家，每年有300多万人(90%是5岁以下儿童)死于水传播疾病(世卫组织，2004年;Akoteyon et al.2011)。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)。在过去几十年里，印度获得饮用水的机会有所增加，不安全的水对健康产生了巨大的不利影响(Singh等人，2013年)。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)。因此，正确评价和报告地下水水质是一个重要的问题。在目前的工作中，已试图探测供饮用、家庭和灌溉使用的地下水质量。

图3(a):的贡献百分比 阴离子与总阴离子平衡(TZ)-） 点击这里查看图

图3(b):的贡献百分比 总阳离子平衡(TZ)+） 点击这里查看图

研究区域

兰契是印度贾坎德邦的首府。兰契市辖区的总面积约为110平方公里，城市的平均海拔为2140英尺。在地理上，兰契位于那格浦尔高原的南部，形成了德干高原系统的东部边缘。兰契是贾坎德邦运动的中心，该运动呼吁为南部比哈尔邦、北部奥里萨邦、西部西孟加拉邦和今天的恰蒂斯加尔邦东部地区的部落地区建立一个独立的国家。它通过NH-33从国家著名的地区总部连接。它也通过NH-23通过古姆拉和鲁尔克拉连接。根据2011年最新的印度人口普查，兰契市人口为1,073,440，是印度第37大城市，也是贾坎德邦第三大城市，仅次于贾姆谢德普兰和丹巴德。男性占人口的51.3%，女性占48.7%。兰契是贾坎德邦人口第二多的地区，仅次于丹巴德。兰契周围的地区被赋予了自然景观，被称为“瀑布之城”。 The Subarnarekha river and its tributaries constitute the local river system. The channels Kanke, Rukka and Hatia have been dammed to create reservoirs that supply water to the majority of the population.

图4:美国盐度图 灌溉水分类 点击这里查看图

兰契地区属于亚热带气候，其特点是一年中最热的部分，从4月中旬一直持续到6月中旬，但即使在这段时间里，夜晚仍然凉爽宜人。夏季偶尔下雨有助于降低气温。季风从六月中旬开始，一直持续到九月底。十一月中旬到二月中旬的冬天相当寒冷。十二月底至一月初的最低气温约为摄氏10度。正常年降雨量资料显示，平均降雨量为1394毫米。6月至10月录得最大雨量。大约90%的年总降雨量来自季风期。

本区最古老的地质构造以达尔瓦沉积为代表，具有基性侵入。这些岩石后来被那格浦尔乔塔花岗岩的底石器岩体侵入，变质为各种类型的片岩和片麻岩。早期沉积岩和火成岩的残余物是通过花岗岩块体中不同尺寸的千层岩和片岩的包裹体和孔达利岩的广阔区域来确定的。到目前为止，千层岩是该地区东南部的主要岩石类型。乔塔那格浦尔花岗片麻岩形成了该地区的乡村岩石，是巨大侵入岩体的一部分。在主体内部，花岗片麻岩从正常的中粒岩到含钾长石大晶体的斑状岩。石英、黑云母或角闪石是其他必需矿物。磷灰石、锆石、榍石、金红石等为配件。角闪岩产于孔达利岩系列中，属次级侵入岩。角闪岩也以小飞地的形式出现在兰契市及其周围的花岗片麻岩中。

材料与方法

为评价Ranchi乡镇地区的地下水质量，于2014年5月进行了系统采样。从Ranchi乡镇地区的水井和管井中采集了27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。使用便携式电导率和pH计在现场测量电导率(EC)和pH值。在实验室中，水样通过0.45 μm Millipore膜过滤器过滤，以分离悬浮颗粒。酸滴定法用于测定地下水中碳酸氢盐和氯化物的浓度(APHA, 1998年)。主要阴离子(F-， NO_3. ^-和哌嗪^{2 -})用紫外分光光度计测定。主要阳离子(Ca^２＋、镁^２＋, Na⁺和K⁺用火焰光度法和火焰原子吸收分光光度计(AAS)测定。

结果与讨论

pH, EC和TDS

分析水样的pH值在7.0 ~ 8.0之间，平均pH值为7.4，表明地下水样品呈微碱性。电导率(EC)表明水的导电能力，而导电能力又由溶解离子的存在决定。可电离固体越高，EC越大。电子商务is a measure of total dissolved solids (TDS) i.e. - it depend upon the ionic strength of the solution. Increase in the concentration of dissolved solids, increases the ionic strength of the solution. The measured EC of the groundwater in the study area varies from 238 to 1357 µS cm-¹平均值为666µS cm-¹。研究区地下水中总溶解固形物(TDS)浓度在200 ~ 1157mg l之间^－1平均值为560mg / l^－1(图2)。水可分为淡水(TDS <1,000 mg L)^－1)，微咸(>1,000 mg L^－1)、生理盐水(>10,000 mg L)^－1)和盐水(100,000 mg L^－1)的分类(Freeze and Cherry 1979)。据此分类，研究区地下水94%为淡水，6%为微咸水。

离子化学专业

在主要阴离子中，碳酸氢盐普遍占主导地位，平均占阴离子总数的60.6%。氯离子是第二大阴离子，平均占阴离子总数的20%。硫酸盐和硝酸盐是较不占优势的离子，分别占阴离子总数的14.5%和4.5%(图2)。3)。氟是所有阴离子中最不占优势的。地下水中阴离子丰度的顺序为HCO_3. ^-> Cl^->所以₄ ^{2 -}>没有_3. ^-> F^-。在主要阳离子中，钙是主要离子，平均占阳离子总数的48%。钠离子和镁离子次之，分别平均占总阳离子的27%和19%。钾是最不占优势的阳离子，占总阳离子的6%(图3b)。阳离子丰度顺序为Ca^２＋> Na⁺>毫克^２＋> K⁺。

饮用水和家庭用水的适宜性

地下水分析结果的物理和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1)。地下水样品的pH值(7.0-8.0)在饮用水规定的6.5-8.5的安全限度内。TDS值超过500mg L的理想限值^－155.5%的地下水样本。总硬度(TH)是水的性质，通过它可以防止肥皂形成泡沫并提高水的沸点。水的硬度是由于碱土的存在而造成的。水可分为软质(75毫克升)^－1)，中等硬度(75 - 150mg L^－1)，硬(150-300 mg L^－1)，非常硬(>300 mg L^－1)，基于硬度(Sawyer and McCarty1967)。研究区分析的地下水总硬度在120 ~ 598 mg L之间^－1(平均298毫克升^－1)，表明中硬到非常硬的地下水类型。分析数据表明，地下水中硬样品占7%，硬样品占56%，极硬样品占37%。高硬度会导致供水分配系统结皮。有一些暗示的证据表明，长期饮用极硬的水可能导致尿石症、轶事、父母死亡率、某些类型的癌症和心血管疾病的发病率增加(Agrawal和Jagetia, 1997;Durvey et al. 1991)。兰契乡地区地下水氯离子浓度在30 ~ 176.3 mg L之间变化^-1(平均81mg L^－1）.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。岩盐和蒸发岩的风化作用被认为是氯化物的主要成岩来源(Singh 2013)。硫酸盐的浓度从10毫克升到126毫克升不等^-1(平均59毫克升)^－1）.天然水中的硫酸盐浓度通常在2至80毫克升之间^－1硫酸盐浓度异常升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)。氯浓度^-所以₄ ^{2 -}都在理想的限量内^－1。分析的地下水样本中硝酸盐的浓度在2.5至53.7毫克升之间变化^－1(平均18毫克/升^－1）.硝酸盐是一种重要的环境污染物，一般来源于大气降水、农业肥料、人畜排泄物、有机N和NH4的生物固定和硝化作用(Appelo and Postma1996)。NO浓度_3. ^-超过45毫克/升的理想限量^－1在7%的地下水样本中。氟化物是维持牙齿和骨骼正常发育的必要元素。在0.8 ~ 1.0mg L的浓度范围内，氟化物有一定的作用^－1对牙釉质进行分类，特别是对8岁以下儿童(Tiwari等人，2003年)，如果存在超过1.5毫克升的砷，会导致氟牙症^－1氟骨症超过3.0毫克升^－1如果水长期消耗，即6个月至几年(Nawlakhe和Bulusu 1989)。高F^-高浓度会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)。F的浓度^-在1.5毫克/升的建议限量内^－1在地下水样本中。

表1:分析数据的汇总统计，并与世卫组织和
国内使用的印度标准(IS: 10500)

				人(1997)	人(1997)	Bis 2003(是10500)	Bis 2003(是10500)
水的质量 参数	单位	范围	平均	Max。 可取的	最高 允许的范围	Max。 可取的	最高 允许的范围
pH值	-	7.0 - 8.0	7.4	7.0 - -8.5	6.5 - -9.2	6.5 - -8.5	8.5 - -9.2
电子商务	µS cm -1	238 - 1357	666	750	1，500	-	-
HCO3.-	mg L－1	90 - 488	245	200	600	200	600
F-	mg L－1	0.1 - 1.4	0.6	0.6 - -0.9	1.5	1．0	1.5
Cl -	mg L－1	30 - 176.3	81	250	600	250	1000年
没有3.-	mg L－1	2.5 - 53.7	18	-	50	45	One hundred.
所以42 -	mg L－1	9.7 - 125.9	59	200	600	200	400
Na+	mg L－1	14.2 - 75.2	40.6	50	200	-	-
Ca２＋	mg L－1	21.8 - 164	72	75	200	75	200
毫克２＋	mg L－1	9.8 - 46	28	30.	150	30.	One hundred.
K+	mg L－1	1.6 - 19.3	8．5	One hundred.	200	-	-
TDS	mg L－1	200 - 1157	560	500	1，500	500	2000年
TH	mg L－1	120 - 598	298	One hundred.	500	300	600

钙和镁是植物、动物生长所必需的营养物质，在骨骼、神经系统和细胞发育中起着重要作用。摄入高浓度钙的一个可能的副作用是^２＋可能会增加患肾结石的风险(Maragella et al. 1996)。Ca浓度^２＋和毫克^２＋超过75毫克/升的理想限量^－130mg L^－1在41%和37%的地下水样本中。然而，这两种离子的浓度都在200毫克升的最大允许限度之内^－1100mg L^－12003年(BIS)。钠和钾是最重要的自然元素。除了污水和工业废水外，这两种阳离子的主要来源可能是岩石的风化作用(Singh et al.， 1999)。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)，而水样中过量的钾可能导致神经和消化系统紊乱(Tiwari 2001)。饮用水中钠和钾的建议允许浓度上限为200毫克升^－1(1997)。Na浓度⁺和K⁺是否在200毫克/升的建议限量内^－1在地下水样本中。

适合灌溉用途

水被认为是农业生产中植物生长所需的重要资源(Tiwari et al. 2013)。因此，对研究地区的水质进行了评价，以确定其适合农业用途。地下水是否适合灌溉取决于水的矿物成分对植物和土壤的影响。事实上，盐是非常有害的。它们可以通过改变渗透过程来限制水分的吸收，从而在物理上限制植物的生长。盐还可能通过有毒物质对代谢过程的影响而化学地损害植物生长。下面讨论了适合灌溉目的的钠吸收比(SAR)、钠百分比(%Na)、剩余碳酸钠(RSC)和渗透指数(PI)等参数:

钠吸收比(SAR)

电导率和钠浓度是灌溉水分类的重要指标。水中高盐除直接影响植物生长外，还会影响土壤结构、透气性和通气性，间接影响植物生长。美国盐度实验室(1954年)提出了一个基于电导率和钠吸附比来研究地下水是否适合灌溉的图表。在此图中，灌溉水被分类为低(EC = 250µS cm)^－1)，培养基(EC = 750-2250µS cm)^－1)和非常高(EC = 2250-5000µS cm)^－1)，盐度等级(USSL 1954)。水中盐分浓度高导致盐渍土的形成，而钠浓度高导致碱性土壤的形成。钠或碱危害以SAR表示，并由公式估算

SAR = Na / [Ca + Mg]^0.5
浓度单位是meq 1^－1

根据SAR值将水体划分为低碱水(SAR<6)、中碱水(SAR 6-12)、高碱水(SAR 12-18)和极高碱水(SAR>18)。灌溉水的SAR值与土壤对钠的吸附程度有显著关系。如果用于灌溉的水钠含量高而钙含量低，则阳离子交换络合物可能会被钠饱和。由于粘土颗粒的分散，这会破坏土壤结构。Ranchi镇地下水SAR计算值在0.6 ~ 2.0(avg)之间。1.0)。美国盐度图(USSL 1954)的数据图显示，55.5%的样品属于C2S1类，表明灌溉用水的质量良好至允许的(图4)。由于低钠和中等盐度，C2S1类水几乎可以用于所有土壤的灌溉目的，钠问题的危险很小。约37%的样品属于C3S1类，表明高盐度、低碱水。高含盐量水(C3)不能用于含盐量受限的土壤，需要特殊的含盐量控制管理。在良好的排水条件下，可用于灌溉耐盐和半耐盐作物。

钠百分比(%NA)

百分比钠(%Na)被广泛用于评价灌溉水质的适宜性(Wilcox, 1955)。高钠含量⁺相对于(Ca^２＋、镁^２＋, Na⁺)在灌溉水中，会导致土壤脱凝和破坏土壤渗透性(Singh et al.， 2008)。印度标准(BIS, 1991)建议灌溉用水的最大钠含量(%Na)为60%。钠的百分比(%Na)可由公式确定

% Na = Na+K / (Ca+Mg+Na+K) × 100
浓度单位是meq 1^－1

研究区域钠的含量从16%到42%不等(平均25.6%)。Wilcox(1955)图表上有关EC和%Na的分析数据图表明，水样分为两类。约63%的水样质量为优至良，37%的水样质量为合格，可用于灌溉而无任何危害(图5)。

图5:Wilcox关系图电 电导率(EC)和钠百分比(%Na) 点击这里查看图

残余碳酸钠(RSC)

HCO的量_3. ^-和有限公司_3. ^-过量的碱土(Ca^２＋+毫克^２＋)，表示为RSC，也影响灌溉用水的适宜性。通过计算剩余碳酸钠(RSC)值，可以评估碳酸钠和碳酸氢盐的作用以及灌溉用水的适宜性

RSC = (Co3 + HCO3) - (Ca + Mg)
浓度单位是meq 1^－1

RSC被认为是水体中酸碱危害的指示物。RSC值>5毫克/升的灌溉水^－1被认为对植物生长有害，而RSC值在2.5 m / l以上的水^－1被认为不适合灌溉。在所有分析的地下水样本中(100%)，RSC值低于2.5毫微克/升^－1人们发现水适合用于灌溉。

渗透率指数(PI)

渗透性指数(PI)是评价灌溉用水适宜性的另一个参数。Doneen(1964)根据渗透率指数(PI)对灌溉水进行分类。PI可由公式PI = (Na +√HCO3)/ (Ca+ Mg + Na) x 100确定，所有浓度均为meq 1^－1土壤渗透性受长期施用富钠水的影响⁺、钙^２＋、镁^２＋，和HCO_3. ^-doneen(1964)将灌溉水分为三个PI类。第一类和第二类水的最大渗透率为75%及以上时适合灌溉，第三类水的最大渗透率为25%时不适合灌溉。在多宁图上绘制数据表明，52%的水样在多宁图中属于第一类，48%属于第二类，这意味着水的质量很好，可用于灌溉目的，最大渗透率达到75%或更多(Domenico和Schwartz, 1990)(图6)。

图6:水的Doneen分类 在PI的基础上用于灌溉 点击这里查看图

结论

兰契乡地区的地下水呈微碱性。地下水的化学成分主要是钙^２＋和钠⁺在阳离子和HCO中_3. ^-和Cl^-阴离子的丰度。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, Ca^{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。这个地区的地下水受各种自然和人为来源的影响很大。灌溉用水质量评价结果表明，综合考虑盐分危害、钠吸附比(SAR)、残余碳酸钠(RSC)、渗透指数(PI)等计算参数，大部分地下水可直接用于灌溉。然而，一些地点的高盐度值限制了灌溉用水的适宜性，需要对该地区进行特殊的管理计划。

确认

作者感谢印度矿业学院院长D. C. Panigarhi教授的大力支持，并衷心感谢印度矿业学院环境科学与工程系主任在论文编写过程中给予的精神支持和建议。我们感谢Binay Prakash Panigarhi先生和其他实验室同事的支持和鼓励。

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