当前世界环境

介绍

在这个世界上，清洁安全的饮用水是人类在地球上生存的重要基本需求之一。¹在印度，获得饮用水是一项具有挑战性的任务。近年来，由于人口的快速增长和经济系统的发展，淡水系统的资源受到影响。^{2, 3}在世界各地，水在传播各种水媒疾病方面发挥着关键作用，因此保持饮用水质量已成为普遍关注的健康问题。⁴在全世界，由于人类的干扰，自然饮用水资源正在急剧减少。此外，通过自然或人为活动引入水中的各种污染物，包括重金属，对个人和环境造成有毒有害影响。⁵在印度，砷和氟化物是地下水的污染物，已被确定为一个主要问题，因此，正在采取缓解措施来解决这些问题。水中存在许多无机阴离子和氧阴离子，如AsO₄^-，aso._3.^-F^-, Cl^-,HCO_3.^-， 所以₄^{2 -}，PO₄^{3 -}， 不_3.^-浓度过高也会使水质恶化。因此，对水中这些离子的评价对于人类和环境的安全至关重要。除了化学成分外，获得用于农业、灌溉和饮用目的的质量指数高的安全水对于无疾病的高质量生活很重要。在印度，地下水是饮用、农业和灌溉最可靠的水源。⁶印度的大多数人都依赖地下水来饮用和灌溉。^7,8因此，公共卫生相关问题对政府的巨大关注。在农村地区，人们更依赖于饮酒的地下水，因此，地下水质量评价是关系到农村居民健康的重要问题。^9、10为了了解某一特定地区水源的可用性，水质评估对该地区至关重要。

在我们目前的研究中，69个地下水样本来自Saroocharai和CharaibahiMouza收集了阿萨姆邦乔哈特区乔哈特镇西部郊区边缘的村庄，以评估其质量，了解其用于灌溉和饮用的可用性。该地区是印度东北部重要的学术、商业和战略中心之一，因此被选中进行研究。调查区域茶叶和石油产业都很发达。它是城市、城市过度增长、半城市和农村地区的混合体，那里的大多数人都依赖地下水作为饮用水和家庭用水。选择CharaibahiMouza拥有重要的研究和学术机构，如两个国家实验室、两所大学、至少五所医院、三所医学教育机构、一所管理机构、一所历史上的政府监狱、机场、重要的国防和警察机构、几所高中等。在手上萨鲁奇加Mouza位于北部，与毗邻的Charaibahi分开Mouza37国道旁是一个主要的农业区，有一些大型茶园和一个被称为古老的大稻田Malow Pathar作为主力军的农业背景。随着人口的增长、城市化和房地产的发展，这两个地区都是未来密集发展的地区，以及直接的农业、乳品和动物产品源区。

要了解这两个区域的地下水的可用性，确定了各种物理化学参数并用可用标准检查了它们的允许限制。评估每种水样的WQI，以了解GW饮用的质量。Also, various parameters such as Sodium Adsorption Ratio (SAR), Sodium Percentage, Kelly’s Ratio (KR), Magnesium Ratio (MR), and Corrosivity Ratio (CR), Residual Sodium Carbonate (RSC) were evaluated to check the quality of the ground water for irrigation.

材料和方法

研究区域

Saroocharai和Charaibahi Mouza的遗址（纬度26°43.2150 -26°48.2070'n和经度94°5.2740'- 94°11.5500'e），如图1所示的印度西部的西部部分，如图1所示，为此GW样本的集合。Jorhat区的气候是s亚热带湿润(潮湿)，冬季干燥。冬季平均温度为16.6°C，夏季为28.9°C。然而，冬季的最低温度可达9.9℃，夏季的最高温度可达36.8℃。2017年约哈特区年降水量为2107 mm，月平均降水量为176 mm。调查区域的北部位于布豪doi河西岸的泛滥平原上，布豪doi河是布拉马普特拉河的南岸支流。该地区表层土壤主要为冲积土。用于饮用和生活目的的水主要来自浅管井。在我们目前的研究中，地下水的评估是通过收集这些井的水。

图1：Saroocharai和Charaibahi研究区的地图Mouza，位于印度阿萨姆邦Jorhat镇的西部由地球谷歌改造而来。 点击此处查看数字

地下水取样与分析

在2017年的前季风期(5 - 6月)和后季风期(11 - 12月)，从Jorhat区Jorhat镇西部的Saroocharai和Charaibahi Mouza的不同地点收集了69份地下水(GW)样本。采用手泵或钻孔水源采集地下水样品。用8 M硝酸洗涤后，用1L容量的聚乙烯瓶收集样品，然后用蒸馏水洗涤几次。采集样品前，用样品水冲洗瓶子三次。¹¹用于砷（As）测定的水样保持在pH（<2），并在实验室冰箱（Remi RRF-250）中保持在4°C。取水样测定pH、总硬度（以TH计）等理化参数_，总碱度(用TA表示)，重要的阴离子如HCO_3.^-, Cl^-， 不_3.^-,所以₄^{2 -}；F等分量^-，PO₄^{3 -}，伯阳离子- Na⁺，和K⁺，mg.^２＋、钙^２＋；在实验室冰箱（REMI RRF-250）中，将重金属的重金属保持在4°C上。火焰光度计（Systronic Flame Photometer 128）用于确定Na⁺和K⁺，阴离子SO₄^{2 -}，PO₄^{3 -}， 不_3.^-, Cl^-采用881Compact IC pro Metrohm离子色谱仪(瑞士制造)测定。总溶解固体(记为TDS)用TDS仪(EUTECH Instruments)测定。Ca^２＋，mg.^２＋和HCO_3.^-采用滴定法（APHA 1988）测定。¹¹使用510nm（APHA 1988）的UV可见分光光度计（Shimadzu 05500）通过1,10菲咯啉法测量铁的浓度。¹¹在原子吸收光谱仪中测定砷浓度，使：Perkin Elmer，型号：Aanalyst-700。ORION 4星（pH / ISE）离子选择性电极用于检测氟化物的存在（F.^-)用0.1、1、10 mgL校正后的水样^－1标准氟化物溶液。电导率计306（制造的Systronic）用于测量电导率（EC）。通过使用手pH计收集水样的时间（模型：HANNA仪器制作的PHEP）测量pH值

使用社会科学统计软件包(IBM SPSS statistics Version 25)进行统计分析。该软件用于确定描述性统计，并评估不同参数之间的相关性。用Origin软件绘制不同的图。研究区域的经纬度列于表1。

表1:样品采集地点说明

结果与讨论

地下水饮用评估

对地面水样的不同物理化学参数的评价非常重要，以检查它们的饮酒适用性。因此，评估参数，表2中列出了统计摘要。

表2：雨季前（前）和雨季后（后）采集水样的物理化学特征。

收集的地水（GW）水样的pH值在季风季节（平均6.5）中的5.2至7.7，季季季季节（平均6.3）中的5.5至7.2。从pH数据中发现，在季风季节20.29％的水样和季风后季节25％的水样中具有酸性pH值。在季风季节中具有碱性pH的GW水样的百分比为33.33％，在季风季节中，它为8.83％。然而，所有GW样本都在世界卫生组织（2011年）的允许范围内（6.5-8.5）（2011年）。¹²根据pH值，发现水源适合饮用和灌溉。在某些GW中存在轻微的酸性可归因于大气二氧化碳和有机酸（如富里酸和腐殖酸）的溶解，它是由植物材料的腐烂和随后的浸出形成的。¹³使用硫酸铵和过磷酸钙作为肥料也可能降低pH值，因为该地区充满了农业用地。¹³根据pH值将水样划分为4个pH区，如表3所示。

表3:基于pH值的样品分类。

样品的TDS值为162.9-212.9 mgL^－1(平均180.5球型^－1)和165.6-219.7 mgL^－1(平均184.5球型^－1)后季风季节。所有GW样品的TDS值均低于世界卫生组织(1984)的限值。¹⁴根据Davis和Dewiest(1966)提出的三重分类，所有水样可被视为生活类（TDS值<500 mgL）^－1)如表4所示。¹⁵

表4:样品分类的基础上总溶解固体(mgL^－1）.

硬度(如CaCO_3.)的含量范围为39.8 ~ 118.4 mgL^－1(平均值66.1 mgL^－1)， 40.8-120.2 mgL^－1(平均值68.7 mgL^－1)后季风季节。然而，所有地下水样品的硬度值均低于世界卫生组织(1984年)的允许限度，是500毫克^－1．¹⁴根据Durfor和Becker(1964)的研究分类，水样可分为4类，如表5所示。¹⁶

表5:基于总硬度的样品分类(mgL^－1）

水的酸性中和能力是用碱度来表示的。¹⁷地下水的碱度主要来源于碳酸盐和重碳酸盐。¹⁸碱度的可接受限度是200毫克^－1在没有其他替代来源的情况下，碱度高达600毫克^－1可用于饮用(IS 10500-1991)。¹⁹研究样品中没有碳酸盐碱度，这是由于碳酸盐阴离子通常存在于pH值大于8.3的水中。¹³研究样品中的总碱度来自于碳酸氢盐的存在。研究水样的碱度在92.2-108.9 mgL范围内^－1(平均95.6球型^－1)和100.0-135.0 mgL^－1(平均107.8球型^－1)为后季风期。

根据水的电导率（EC）测量水中的电离物质的浓度。^8、20在本研究中，我们发现EC在155.8µscm范围内变化^－1至224.5µscm^－1(mean179.1µscm^－1)， 156.7µscm^－1222.4µscm^－1（平均值181.1µscm）^－1)为后季风期。

Ca^２＋在收集的GW样品中，发现其范围在6.57 ~ 18.35 mgL^－1(平均10.98球型^－1）在季风期间和7.13-18.59 mgl^－1(平均11.16球型^－1)。同样,毫克^２＋在5.36-17.69毫克的范围内^－1（平均9.43毫克）^－1)及5.60 -17.98毫克^－1(平均9.94球型^－1)分别在季风前后。在这两个季节中，所有的地下水样品都含有Ca^２＋和毫克^２＋在BIS（2004）规定的理想限度内，即75 mgL^－1对Ca^２＋和30球型^－1为毫克^２＋．

钠的含量⁺在GW样品中发现在2.1-11.3 mgL范围内^－1(平均5.7球型^－1)和1.1-14.6 mgL^－1(平均4.5球型^－1)，分别为后季风期。K⁺地下水样品的含量在2.0-14.5 mgL范围内^－1(平均9.4球型^－1）在季风前期和3.1-13.5 mgl中^-后季风期分别为1(平均9.5)。从收集的数据中发现，23.5%的前季风期地下水样品和11.8%的后季风期GW样品的K值稍高⁺比12毫克的理想限值要高^－1．WHO(2011)和BIS(2004)对Na⁺是200球型^－1和K⁺是12米尔^－1在饮用水。然而，对于所有的样品，Na⁺在推荐值200毫克范围内^－1（世卫组织，2011年，国际清算银行，2004年）。从上述结果来看，Na⁺和K⁺可以说，研究区地下水水质适合生活饮用。

发现GW样品中的铁含量在0.6-5.9 mgL的范围内^－1(平均3.1球型^－1)，为0.6 ~ 5.4 mgL^－1（平均3.3毫克）^－1)。在两个季节，GW的铁内容超过了0.3 mgl的允许极限^－1（是10500：2012）。²¹基于铁含量的水样质量如表6所示。据报道，铁的溶解率约为10⁵pH6的时间越大，比在pH 8.5处。¹³由于我们的研究区域是酸性的(平均pH值<7)，我们认为当水向下渗透时，会从土壤中溶解大量的铁。

表6:基于铁含量的样品分类

GW氯离子在1.2 ~ 8.0 mgL范围内变化较大^－1(平均6.69球型^－1)， 3.26 ~ 9.45 mgL^－1(平均6.35球型^－1)在后季风季节。研究水样在两个季节的氯化物含量都很低，这可能是因为研究区域内没有工业活动，生活和农业废物渗入水体的速率也很低。²²发现每个样品的氯化物含量都在WHO允许的限度内（600毫克）^－1因此，适合饮用和国内使用。

SO的范围₄^{2 -}发现研究的GW样品中的内容落在0.138-0.747 mg的范围内^－1(平均0.232球型^－1）0.198 ~ 0.946 mgL^－1(平均0.287球型^－1)。两个季节的所有水源的硫酸盐含量都在允许的限度内(200毫克l)^－1，WHO 2004），用于饮用和家庭用途。

GW样品中发现了NO_3.^-在0.18-11.95 mgL范围内^－1（平均2.77毫克）^－1）在前季风期和0.12-10.54 mgL^－1（平均2.30毫克）^－1)。然而，这两个季节的所有样品都发现了NO_3.^-含量低于WHO(2004)的允许值50毫克^－1为饮用水。高不_3.^-内容可能导致许多健康相关的问题，如高铁血红蛋白血症或蓝婴综合征，并导致发展为胃癌和肠癌。²³无_3.^-我们发现在我们研究区域的GW样品中含量很低，导致这种情况。

PO的浓度_3.^{3 -}在我们研究的样本中，发现其范围在0.18-2.58 mgL^－1(平均0.644球型^－1)和0.1-1.3 mgL^－1(平均0.453球型^－1)为后季风期。但是，PO的世卫组织允许的限额₄^{3 -}为0.1毫克^－1（世界卫生组织2004年）。在两个季节的GW水样中PO₄^{3 -}含量略高于饮用水的允许限量。含磷岩石的风化和农业径流的渗滤可能是磷含量高的原因₄^{3 -}内容GW。¹³

氟(F^-两个季节采集的水样中)含量都很低。对于前季风时期的GW样品，范围是低于检测极限(BDL) -0.650 mgL^－1(平均0.303球型^－1)，在之后的季风季节范围是BDL-0.710毫克^－1（平均0.380 mgl^－1）.在印度，饮用水中氟化物的最高允许值为1.5毫克/升^－1．²¹因此，在我们研究的地区，氟化物(F^-)污染水及其健康相关问题。

砷(As)在水中的含量是一个非常重要的参数，特别是它是否适于饮用。在本研究中，我们发现在季风前采集的水样中，BDL-0.07 mgL中砷(As)的含量是可变的^－1（平均0.007毫克）^－1). 在季风前季节，共有12份样品（17.4%）砷含量超过允许限值。在季风过后，GW样品中的砷（As）含量在BDL到0.056毫克之间^－1(平均0.0047球型^－1）.只有7个样本(10.1%)的砷含量超过世界卫生组织允许的0.01毫克^－1．²⁴

研究清楚地显示，除水样中铁、钙、镁的浓度升高外，大部分水质成分的浓度均在WHO允许的限度内。很少有水样的砷含量超过世界卫生组织允许的限度。

为了了解地下水样品是否适合饮用，对各水样的WQI进行了评价用于广泛的地下水水质描述。按照文献报道的方法，分三个主要步骤进行计算。¹⁰是专门为饮用水(BIS 1991)，用于WQI的计算。²⁵在第一步中，不同的水参数，如TD，pH，TH，HCO_3.^-, Cl^-， 所以₄^{2 -}， 不_3.^-F^-、钙^２＋，mg.^２＋分配了Fe，AD等重量（W_我)，根据它们在饮用水质量中的重要性。根据每个参数的重要性为其分配不同的权重如表7所示。在第二步中，应用下式确定相对权重(W_我)。


其中，相对权重为W_我

每个参数的权重用w表示_我

参数总数用n表示。

计算的相对重量（W_我)的各化学参数见表7。

表7:化学参数的相对重量

1化学参数以mg/L表示

2当没有替代源时，较低的值表示需要的限值，较高的值表示允许的限值。²⁵

最后，计算质量评分表(q_我)为参数，采用下式

这里，

问_我，质量评级

每个水样中每个化学参数的浓度用C表示_我单位：mgL^－1．饮用水的IS对每个参数表示为S_我单位：mgL^－1．

计算WQI时，首先根据下式确定各参数的子指标SI

这里，

SI._我，i的子索引^th参数;

W_我， I的相对权重^th参数。

问_我，是根据I的浓度计算出的等级^th参数,

N，化学参数的个数。

WQI值列在表8中，并将数据与其他地方报告的文献进行了比较。¹⁰两个季节WQI分类GW样品分别如图2(a)和图2(b)所示。从图中可以看出，大部分水样属于饮用不良类。这可能是由于所有水样中铁含量升高所致。

表8:基于WQI的饮用水样本分类

图2：基于WQI的GW样品分类。（a）季风季节。（b）季后赛季节。 点击此处查看数字

用于灌溉的地下水分类

The parameters such as Electrical Conductivity (denoted as EC), Total Dissolved Solids (dented as TDS), Sodium Adsorption Ratio (denoted as SAR), Kelly’s Ratio (denoted as KR), Sodium Percent (Na %), Residual Sodium Carbonate (denoted as RSC), Magnesium Ratio (denoted as MR), and Corrosivity Ratio (denoted as CR) are adapted to find out the suitability of GW for irrigation.⁸

GW中EC值升高导致土壤盐碱化。理查德(1954),根据EC值将灌溉水分为5类，如表9所示。²⁶在本研究中，我们发现两个季节的水样都属于优良类。

SAR一般表示钠碱危害。用Richards(1954)的公式计算每个样本的SAR值。²⁶



在这个方程中，阳离子的浓度以meqL为单位^－1．以钙和镁为主意味着碱害较小，而钠浓度过高则导致碱害较高。灌溉水的SAR值与土壤对钠的吸收程度有显著的关系。高钠GW灌水会增加土壤中钠的含量，影响土壤质地及其渗透性。因此，土壤变得难以耕作和不适合暴露幼苗。²⁷前季风期的SAR值为0.16 ~ 1.07，后季风期的SAR值为0.113 ~ 1.15。由于两个季节的SAR值都小于10，所以根据Richards(1954)的分类，所有的水样都属于优秀灌溉类。

下面给出的公式用于计算水的钠百分比

其中，取meqL中所有阳离子的浓度^－1．雨季前钠含量为39.1% ~ 73.6%，雨季后钠含量为31.3% ~ 73.4%。结果如表9所示。

钠离子与钙离子和镁离子的比值被称为凯利比值(KR)。每个离子的浓度以meqL为单位^－1．KR的计算公式如下:

如果发现地下水的KR大于1，则认为它不适合灌溉。钠浓度大于1⁺在这种情况下，粘土颗粒吸收Na⁺离子并置换了Ca^２＋和毫克^２＋离子。这影响内部排水，导致土壤渗透性降低。²⁸在我们研究的GW样品中，发现在季风前期，68.1%的样品适用于KR值<1的灌溉，而在季风后期，87%的样品适用于KR值<1的灌溉。

镁离子与钙、镁离子的比值称为镁比值(MR)。²⁹它表示为

每个离子的浓度以meqL表示^－1．含水率大于50%的地下水表明适宜灌溉用水。灌溉水中Mg含量较高时^２＋含量，它增加了土壤的碱度，降低了作物产量。^30.在本研究中，只有2.9%的季风前水样MR值大于50%，不适合灌溉。在MR值小于50%的情况下，两个季节的剩余水样均可用于灌溉。

HCO比例高_3.^-和有限公司_3.^{2 -}土壤中钙的自然析出趋势^２＋和毫克^２＋离子。为了了解这种影响的程度，伊顿(1950)，提出了残馀碳酸盐(RSC)一词，由下式计算。³¹meqL中各离子的浓度^－1．lloyd和Heathcote (1985)，基于RSC值对水进行分类。³²根据这一分类，RSC值低于1.25的水样被认为是适宜灌溉的，而RSC值达到2.5的水被认为是轻微适宜的，高于RSC值的水则不适宜。

正如LIoyd和Heathcote(1985)所言，根据RSC值进行分类，53.6%的GW样品在前季风期适宜灌溉，46.4%的水样稍适宜灌溉。³²在季风后期，所有水样的RSC值都低于1.25，适合灌溉。

腐蚀性比（CR）通过以下公式计算，其中每个离子的浓度以meqL表示^－1．

CR值表示地下水的腐蚀程度。对于管道安全运输地下水，CR应小于1。CR值大于1表示水具有腐蚀性，管道运输不安全。³³两个季节的地下水样品均适宜通过CR值小于1的管道输送。

表9：灌溉用途地面水的分类

美国盐度实验室图(USSL)也用于确定灌溉用途的水的类别/类型。³⁴USSL图是获得的EC（盐度危害）值与SAR值的曲线图。在我们目前的研究中，图表显示两个季节的所有地下水样本都是C1-S1水类型（低盐度和低SAR），适合大多数土壤上的大多数作物。USSL图如图3（a）和3（b）所示。

图3:(a)季风季前和季风季后GW样品的通用盐度库图。 点击此处查看数字

多元统计分析

相关矩阵分析

相关矩阵分析是了解主要理化参数与主要阳离子、阴离子之间线性关系的有效工具。季风前后季节的相关矩阵分析研究见表10和表11。对于两个参数之间的正相关，相关系数r应闭合于+1，当相关系数r闭合于-1时，表示负线性相关。³⁵两个参数正相关表示它们来源于同一源，负相关表示它们来源于不同源。当r>0.50时，相关性较强，当r=0.50时相关性较好，当r < 0.50时相关性较差。

由表9可以看出，季风前GW样品在EC-TH、EC-Ca等参数之间表现出很强的正相关关系^２＋，EC-MG^２＋， EC-TA, TDS-TH, TH-Ca^２＋，钍毫克^２＋TH-TA, Ca^２＋-mg.^２＋、钙^２＋-ta，mg^２＋助教。除此之外，EC-TDS，EC所发现的显着正相关₄^{2 -},日给₄^{2 -}, TDS-Ca^２＋，TDS毫克^２＋、TDS-TA TDS-SO₄^{2 -}、钙^２＋所以₄^{2 -}，mg.^２＋——所以₄^{2 -}．

从表10可以看出，在后季风季节的GW样本中，EC-TH、EC-Ca之间存在很强的正相关^２＋，EC-MG^２＋_，TDS-TH, TH-Ca^２＋，钍毫克^２＋TH-TA, Ca^２＋-mg.^２＋，.EC-TDS、EC-TA、EC-SO之间呈显著正相关₄^{2 -},日给₄^{2 -}, TDS-Ca^２＋，TDS毫克^２＋、TDS-TA TDS-SO₄^{2 -}，mg.^２＋——所以₄^{2 -}．Ca^２＋-ta，mg^２＋助教。

表10:相关矩阵(季风期前)

表11：相关矩阵（后季风季节）

结论

GW样品的质量评估显示，大多数水样的物理化学参数在BIS（2012）饮用水的可接受范围内。因此，根据物理化学参数，可以认为水样适合于家庭使用。从WQI中观察到，收集的水样中有1.5%的水质优良，19.1%的水质优良，73.5%的水质较差，5.9%的水质非常差，适合在季风季节前饮用。同样，在后季风季节，WQI显示1.5%的水样为优，14.7%为良，80.9%为差，只有2.9%的水样被发现非常不适合饮用。大多数水样中WQI差的可能原因是由于存在超过允许限度的铁。根据钠含量划分，季风前和季风后有46.3%和36.2%的水样对灌溉有怀疑。RSC值表明，季风前期46.3%的水样适宜灌溉，季风后期各水样适宜灌溉。MR值表明，季风前期有2.9%的样品不宜灌溉。根据KR值，季前和季后分别有31.8%和13.04%的样品不宜灌溉。其他参数如TDS、EC、SAR和CR的值表明，两个季节的所有水样都适合大多数作物的灌溉。所有水样中均未发现氟化物等污染物。因此，基于氟化物污染，地下水样本被发现可以安全饮用。因此，可以说进行有限研究的区域相对没有这些有毒污染物。然而，要有一个充分的证据结论，通过更广泛的数据收集进行全面的全年监测是极其重要的。在这两个季节中，在少数GW样品中都发现了砷。季风前17.3%的水样砷（As）超标，季风后10.14%的水样砷（As）超标。

的利益冲突

通讯作者代表所有作者声明，不存在利益冲突。

致谢

作者感谢印度Jorhat的CSIR-NEIST主任允许开展这项工作，也感谢印度阿萨姆邦高哈蒂大学化学系给博士生注册机会。

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