当前世界环境

介绍

地下水是自然界最宝贵的财富，可以维持地球上的生命和任何发展活动。尽管水是一种常见的商品，但它在地球上是稀缺的，而且没有替代品。Kumar等人认为，2005年恢复安全饮用水势在必行，因为印度30%的城市人口和90%的农村人口完全依赖未经处理的地下水资源。了解水文地球化学过程和污染源，定期监测水质，是任何区域地下水资源可持续发展和有效管理的关键。

地下水的pH和碱度在地下水资源管理中起着重要的作用。通过测量pH和碱度，可以迅速确定样品的特征，并与地层的地球化学有关。pH值超过5.0-10.0表示工业污染和灾难性事件。碱度值的长期数据库为研究人员提供了检测水域化学组成趋势的能力(自愿河口监测手册，2006年)。碳酸盐岩的风化作用增加了水体的碱性，提高了pH值(Sengupta, 2014)。Kupwade和Langade(2013)报告称，过量的碱度会与阳离子发生反应，导致沉淀，从而损坏管道、阀门等。

pH值是氢离子浓度的负对数，它表明一种物质是酸还是碱，碱度通过中和酸来保持一个相当稳定的pH值。pH值为7.0可能代表中性系统，pH值越大则为碱性，酸度越低则为酸性。

pH =日志₁₀[H⁺］

碱度= [HCO_3.^-) + 2(有限公司_3.^2－] +[哦^-] - [H⁺］

pH值约为4.3，仅低于游离矿物酸性(FMA)和溶解的二氧化碳(H₂有限公司_3.)，且不观察到碱度。当pH值在4.3到8.3之间增加时，溶解的二氧化碳转化为碳酸氢盐离子。当pH超过8.3时，碳酸氢盐离子转化为碳酸氢盐离子。当pH值在10.2左右时，转化几乎完成，几乎所有的碳酸氢盐都转化为碳酸盐。进一步增加pH值超过10.2，可测量的氢氧根离子和碳酸盐离子的水平是显而易见的(McDonald, 2006)。任何地区的地下水质量都是其物理和化学参数的函数，而这些参数又受到地质构造、气候条件和人类活动的高度影响(matess, 1982;Subramani et al.， 2005)。地下水化学变化取决于地下水与特定岩石接触的时间。接触时间越长，岩石化学对地下水配方和pH值的影响越大。基岩的化学成分可以缓冲地下水的pH值。 Groundwater passing through carbonate-rich rocks (e.g. limestones and marbles) usually has pH values more than 7. American Ground Water Trust (2003) reported that the acidic nature of the groundwater persist if the geology of the aquifer has few carbonate rocks (e.g., sandstones, metamorphic granitic schists and gneisses; volcanic rocks, etc.) the ground water will tend to remain acidic. Hence, the purpose of the study was to figure out the seasonal variation in pH and alkalinity of groundwater in semi-arid regions around Central India.

材料和方法

研究区

Sidhi地区位于印度中央邦的东北边界，位于印度恒河平原北部和德干高原南部之间的过渡地区。位于北纬22ÌŠ 47.5′- 24ÌŠ 42.10′、东纬81ÌŠ 18.40′- 82ÌŠ 48.30′之间(图1)。四地地区总面积为10536 km²其中森林面积占地40％。该地区的总人口为11,26,515，密度为110 / km²(人口普查,2011)。

图1:显示(a)采样地点的地图 (b)四地地区地质分类 点击这里查看图

地质

印度中部的研究区(Sidhi区)是印度最大的元古代盆地之一Vindhyan-Mahakoshal盆地的一部分(Auden, 1933;Tondon等人，1991)，是经历半干旱气候的重要地质领域。该带以线性脊和低丘的异石器时代角砾岩为标志，包括高度肥沃的新太古代至古元古代基底和物源(Chhotanagpur花岗片麻岩杂岩体)，千枚岩/碳千枚岩的存在，幕式镁铁质和酸性岩浆作用和基底再活化(Banerjee et al.， 2010)。从地形上看，该地区可以划分为三个带，Vindhyan山或Kaimour山脉，Gondwana带和太古代带。Roy和Bandyopadhyay, 1990年报道了Sidhi地区英纳石- trondjhemite系列最古老的岩石单元，形成于原大陆阶段(3.7-2.9 Ga)，具有古老结核的特征。

现场取样和实验室分析

为了解pH和碱度在评价地下水质量中的作用，在季风前(2013年6月- 2013年8月)和季风后(2014年1月- 2014年1月)，通过手动泵采集了39个地下水样本，以代表Sidhi地区不规则区域的不同地质构造和土地利用模式。手泵的使用年龄报告是从居民处收集的，范围从不到一年到二十年不等，平均七年。在3个季节分别用无气泡的纯聚丙烯瓶采集了9份地下水样品。地下水样品采用0.45µm微孔滤纸过滤。pH采用电滴定法监测，碱度采用滴定法测定，参照APHA(2012)。分析重复进行，以量化误差。整个样品的总精密度小于5%。

结果与讨论

在本研究中，pH和碱度显示出相似的空间和季节变化。在季风前、季风和季风后，地下水的pH值在6.2-7.8、7.1-8.5和6.8-7.9之间变化(图2a)，表明季风期间的pH值为碱性，而季风前和季风后的pH值为酸性至碱性。pH值记录在标准允许限值6.5-8.5 (IS: 10500)内。四地地区在季风前、季风后和季风后地下水总碱度分别为236-798、624-1388和568-894 mg/l(图2b)，均超过了建议的允许限值600 mg/l。季风季节pH值和碱度较大，且呈正相关关系。

图2:显示季节变化的地图 (a)锡地地区的pH值(b)碱度 点击这里查看图

在季风季节，水从富含碳酸氢盐、碳酸盐、方解石和萤石的岩石中渗透，并从附近的岩石中渗入地下水，导致碱度增强(Raju et al.， 2014, Naaz和Anshumali, 2015)。由于碳酸氢盐和碳酸盐的溶解，石灰岩含水层的地下水可能具有高硬度和碱性(Chris, 2010)。高碱度可能是由于岩石地层中存在石灰石，某些矿物或盐溶于水并赋予碱度(Kumar, 2005)。岩性是Ca等阳离子的主要来源^２＋_，米^２＋, Na⁺和K.⁺(哼哼,1991)。围岩风化，长石(斜长石和钾质矿物)和铁镁矿物(石榴石、黑云母、硅线石和辉石)在碳酸(H₂有限公司_3.）有助于阳离子。在阴离子中，ION HCO_3.^{- - - - - -}为岩性源，是CO₂土壤中有水存在。的有限公司₂也会由于有机物的腐烂和根系呼吸而释放到土壤中。控制地下水碱度的主要地球化学反应如下:

阳离子硅酸盐(s) + H₂有限公司_3.（aq）⇒h₄SiO₄(aq) + HCO_3.^{- - - - - -}(aq) + Ca^２＋（aq）+ mg^２＋(aq) +

NA.⁺(aq) + K+ (aq) +粘土(s) (3)

有限公司₂(g) + H₂O (l₂有限公司_3.(aq) (4)

H₂有限公司_3.（aq）⇒h⁺(aq) + HCO_3.^{- - - - - -}(aq) (5)

结论

季风期和后季风期pH值较高，夏季pH值较低。研究区地下水水质的主要问题是高碱度。季风期和后季风期的高碱性主要是由于碳酸盐岩矿物(石灰岩和白云岩)的风化作用所致。季风期间的水渗过土壤剖面和岩石地层，导致溶解固体的富集，并导致地下水暂时和永久的硬度。简而言之，Sidhi地区的地下水供应需要在使用前进行处理。

承认

作者很高兴印度人力资源开发部、印度政府和印度矿业学院为Asmaa Naaz女士的博士论文提供了资助。2013 dr0060)。我们也感谢丹巴德环境科学与工程系为现场监测和实验室分析提供的后勤支持。

参考

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