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简介

地下水资源对人类的生存至关重要，特别是在缺乏其他饮用水来源的地区。然而，许多污染源对这一宝贵资源造成了损害。现场和分散污染物的主要来源是人类在地面上的活动，这些污染物渗透到地面往往会降低地下水的质量。因此，防止地下水污染对地下水资源的管理至关重要(Melloul & Collin, 1994)。

地下水是一种脆弱而重要的饮用水来源，因此必须仔细管理，使其纯度保持在标准范围内。当某些物质的引入或去除使地下水的质量参数超过其自然变化时，就会发生地下水退化(Ramesh, 2001)。在农业活动密集的地区，土壤的退化是由于灌溉过程中溶解而添加的盐、作为肥料或土壤改良剂而添加的盐以及蒸发作用引起的盐的集中造成的。由于灌溉是干旱和半干旱地区的主要用水，灌溉回流可能是这些地区地下水污染的主要原因。地下水可能自然受到污染，也可能由于各种各样的人类活动而受到污染;住宅、市政、商业、工业和农业活动都会影响地下水质量(Jalali, 2005)。

在饮用水水质评价中，基于水质数据的决策是一个关键问题，因为许多参数会影响水质。传统上，水资源专业人员通过将个别参数与指标值进行比较来传达饮用水质量状况。虽然这种技术语言太技术性，它不是一个决定，以提供饮用水质量的全貌(Cude, 2001)。地下水的质量与数量同样重要，因为它适用于各种用途。一个地区地下水质量的变化是物理和化学参数的函数，这些参数通常受到地质构造和人类活动的影响(Subramani等, 2005)。地理信息系统(GIS)和空间分析技术的发展，有助于将实验室分析数据与地理数据结合起来，对水质参数的空间分布进行稳健、准确的建模。现在GIS越来越多地与地下水和地表水质量评估模型集成。地理信息系统可作为流行病学疾病的空间监测工具，也可作为公共卫生管理的空间决策支持系统。化学成分的空间格局在决定各种目的的水利用策略方面是有用的(Shankar等, 2010)。因此，评估和监测地下水质量对于确保这些资源用于各种目的的可持续安全利用非常重要。本研究的目的是评估和绘制Parambikulam-Aliyar-Palar盆地Walayar流域的地下水质量。

研究区域

Walayar流域是印度泰米尔纳德邦哥印拜陀地区parambikulam - aliya - palar盆地的三个子盆地之一，位于北纬10°40’00”至10°20’00”之间，东经76°50’00”至77°20’00”之间。它的面积为877.49公里²．在Walayar次盆地，有两条河流发源于平原东北部的Koduvadi Aru，发源于海拔445米以上的MSL和盆地北部的Walayar河。在Balampatti区块保留森林和海拔1135米以上的丘陵地区。Walayar和Koduvadi Aru向南和西南方向流动。该地区的主要作物有椰子、甘蔗、香蕉、芒果、饲料、水稻、花生、棉花、蔬菜、豆类、番茄和玉米。

表1:理化参数统计分析

参数	单位	最小值	马克斯	平均	标准偏差。	性病。错误
电子商务	μs /厘米	510	4130	1679.55	838.83	197.71
pH值	-	7.25	7.96	7.6	0.23	0.05
HCO3.	毫克/升	109.8	555.1	301.95	129.40	30.50
Cl	毫克/升	40.12	498.07	241.88	135.79	32.01
所以4	毫克/升	12.96	189.6	44	49.43	11.65
Ca	毫克/升	15	81	40.34	20.04	4.72
K	毫克/升	2.34	59.28	17.04	15.16	3.57
毫克	毫克/升	15.84	127.92	62.25	26.42	6.23
Na	毫克/升	30.59	298.08	131.58	70.56	16.63

方法

作为研究的一部分，在2011年至2014年期间，从Walayar流域广泛用于饮用和灌溉的不同地点(18个地点)的裸井和钻孔井中收集了地下水样本。地下水采样站位置如图1所示。地下水采样站位置如图1所示。pH值和电导(EC)使用便携式仪表现场测量(Kusam-Meco公司，6011,6021)。将采集的样品带到实验室，用标准EDTA滴定法测定Ca和Mg，用Elico火焰光度计(CL 378)测定Na和K，用硝酸银滴定法测定氯化物。采用重沉淀法测定硫酸钠₄从BaCl₂．(apa, 2012年)并与世卫组织-世界卫生组织推荐的标准值进行比较(2011年)。采用SPSS 11.5软件对研究区理化参数进行统计分析，计算结果如表1所示。

图1:地下水采样站位置 点击此处查看图

地理信息系统可以成为开发水资源问题解决方案的有力工具，用于评估水质、确定水的可用性、防止洪水、了解自然环境以及在地方或区域范围内管理水资源(Collet 1996)。本文采用arcgis(9.2版)软件中的空间分析模块进行研究。基础地图是用1:5万比例的地形图制作的。采用“距离加权逆”算法对采样点进行插值，对饮用水水质进行空间分析。将采样站的位置作为点层导入GIS软件。每个采样点由一个数字分配并存储在点属性表中。属性数据文件在每个采样站的单独列中包含所有物理化学参数的值。利用地质数据库生成了分析的pH、电导率、总溶解固形物(TDS)、氯化物、硫酸盐、钙、镁、氟、碳酸氢盐、总硬度、硝酸盐等水质参数的空间分布图，并给出了结果。

结果与讨论

pH值

溶液的pH值是氢离子浓度的负对数，单位是摩尔/升。一般来说，pH值是衡量水的酸度或碱度的标准。它是最重要的运行水质参数之一，所需的最佳pH值通常在7.0-8.5范围内(Tikleet al .,2012)。pH值是一个重要的参数，它决定了水是否适合各种用途。研究区水的pH值在7.25 ~ 7.96之间(图2)，说明研究区地下水呈微碱性，处于WHO标准的最大允许范围之间。轻微的碱性可能是由于碳酸氢盐离子的存在，它是由CO的自由结合产生的₂与水形成碳酸，影响水的pH值(Azeez等,2000)。

图2:pH的空间分布 点击此处查看图

电导率(EC)

电导率是其对盐度重要性的衡量标准;这会极大地影响味道。因此，电导率对决定水的可携带性有重大影响。25°C时水的电导率是由于各种溶解盐的存在(Thangavelu, 2013)。它与水中电离物质的浓度直接相关，也可能与硬度过高的问题有关。研究区EC值变化范围为510 μS/cm ~ 4130 μS/cm，平均值为1679.55 μS/cm(图3)。较高的EC可引起人体胃肠道刺激。虽然EC的较大变化主要归因于离子交换、反向交换、蒸发、硅酸盐风化、岩水相互作用、硫酸盐还原和氧化过程等地球化学过程(Ramesh 2008)，但在研究区地下水中盐的富集可能是由于蒸发效应和包括农业活动在内的人为活动。较高的EC值可能是由于该地区的停留时间长和现有的岩性(Ballukraya和Ravi, 1999)。

图3:EC的空间分布 点击此处查看图

钙

钙是水中最丰富的物质之一。溶解在水中的钙和镁是使水变硬的两种最常见的矿物质。分析样品的钙含量从15到81毫克/升不等(图4)。在研究区域，大多数样品都在允许范围内(75 mg/L)。缺钙会导致严重的佝偻病;过量会导致体内凝结，如肾结石或膀胱结石，并刺激尿路(CPCB 2008)。

图4:钙的空间分布 点击此处查看图

镁

镁元素存在于天然来源的地下水中，如花岗岩地形，其中含有大量的这些元素。镁v分析样品的含量在15.84 ~ 127.92 mg/L之间，平均值为62.25 mg/L(图5)。岩石类型的地球化学特征可能对地下水中镁的浓度有影响。高浓度镁可引起通便作用(CPCB 2008)。

图5:镁的空间分布 点击此处查看图

钠

钠是自然界中最重要的矿物质。除污水和工业废水排放到地面外，岩石风化作用是钠的主要来源。咸水侵入区地下水中钠含量较高。一般来说，钠盐对人体实际上并不是有毒物质，因为成熟的肾脏排泄钠的效率很高(Swarna Latha和Nageswara Rao, 2010)。Na是一种重要的天然阳离子，在淡水中的浓度一般低于Ca和Mg。但在本次研究中，Na的平均浓度相对高于Ca和Mg。钠浓度在30.59 ~ 298.08 mg/L之间变化，平均值为131.58 mg/L(图6)。出于美观考虑，WHO给出的指导值为200 mg/L。饮用水中过量的钠可能对患有心脏、肾脏和循环系统疾病的人有害(CPCB 2008年)。过量的钠会导致人体高血压、同类疾病、肾脏疾病和神经系统疾病(Ramesh and Elango, 2011)。 According to Hem (1985), high values of sodium in groundwater may either be due to chemical weathering of feldspars or over exploitation of groundwater resources.

图6:钠的空间分布 点击此处查看图

钾

钾在火成岩中的含量略低于钠，但在所有沉积岩中含量较高。钾是动植物所必需的元素。这些元素存在于植物材料中，通过作物收割和移除以及有机残留物的淋滤和径流从农业土壤中流失(Swarna Latha和Nageswara Rao, 2010)。分析样品钾含量在2.34 ~ 59.28之间，平均值为17.04 mg/L(图7)。地下水钾污染可由施用无机肥超过农艺用量引起。在干旱和半干旱地区的许多地区，包括钾在内的营养物质的流失已被确定为导致水质下降的主要因素之一(Jalali, 2005)。

图7:钾的空间分布 点击此处查看图

氯

氯化物是评价水质最重要的参数之一，氯化物浓度越高，有机污染程度越高(Yogendra and Puttaiah, 2008)。根据世界卫生组织的规定，饮用水中氯化物的允许限量为200(图8)。氯化物浓度范围为40.12 mg/L ~ 498.07 mg/L。平均值为241.88 mg/L。8个样品超过250 mg/L的最大允许限量。在自然水体中，氯的可能来源包括含氯矿物(如磷灰石)和与水接触的岩石的浸出、内陆盐度以及农业、工业和生活废水的排放(Abbasi, 1998)。

图8:氯化物的空间分布 点击此处查看图

硫酸

地下水中含有少量的硫酸盐。硫酸盐可以以硫酸盐肥料的形式通过工业或人为的添加进入地下水。硫酸盐在天然水中的浓度高达50毫克/升，在与黄铁矿、褐煤和煤等特定地质构造接触的水中可以发现浓度为1000毫克/升的硫酸盐(Sridharet al .,2014)，而最大允许限量为250 mg/l (WHO, 2011)。研究区地下水中硫酸盐的空间分布为12.96 ~ 189.60 mg/L。平均值为44.00 mg/L(图9)。饮用水中硫酸盐浓度高会引起胃肠道刺激，镁或钠对消费者有泻药作用。浓度超过750毫克/升，连同mg，可能有通便作用(CPCB 2008)。饮用水中硫酸盐浓度较高的样本与呼吸问题有关(Subramani等, 2010)。

图9:硫酸盐的空间分布 点击此处查看图

碳酸氢

地下水中碳酸氢盐(HCO3)浓度变化范围为109.80 ~ 555.10 mg/l，平均值为301.95 mg/l(图10)。地下水中碳酸盐和碳酸氢盐离子的主要来源是研究区碳酸盐矿物的溶解。土壤中有机质的腐烂会释放一氧化碳₂．含CO的水₂溶解碳酸盐矿物，当它通过土壤和岩石产生碳酸氢盐。碳酸氢盐也与碱度呈高度正相关(Flood, 1996)。

图10:碳酸氢盐的空间分布 点击此处查看图

结论

水是地球上不可缺少的自然资源。地下水是城乡居民饮用水的主要来源。人口的增长和人口需求的增加导致了地表水和地下水的恶化。地下水质量取决于补给水质量、大气降水质量和内陆地表水质量。地下水质量与水量同样重要。因此，评估和监测地下水质量对于确保这些资源用于各种目的的可持续安全利用非常重要。利用地理信息系统(GIS)分析了地下水pH值、电导率(EC)、总溶解固体、总硬度、硫酸盐、氟化物和钙等主要水质参数的空间变化规律。GIS可以为大量多学科数据的收敛分析提供合适的平台，有效地进行地下水基础研究的决策。研究表明，利用GIS技术可以为地下水质量评价提供有用的信息。研究结果表明，有必要使公众、当地管理者和政府意识到该地区地下水质量普遍较差的危机。 The study helps us to understand the quality of the water as well as to develop suitable management practices to protect the groundwater resources.

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