当前的世界环境

介绍

多年来，河流逐渐受到人为干预造成的环境压力。¹河流的水质正受到若干相互关联的因素的影响，这些因素除了流量外，还受当地和时间的变化影响。²由于人体发生增加，包括污染，大规模撞击，沙坑等，河流的自然自净化能力被限制在最小水平。^3.营养物以富营养化的形式过量进入河流环境，对人类健康和淡水生态系统其他生物构成威胁。^28、29因此，了解水质降解的程度和污染源对于有效管理水资源而言是重要的。

描述分析解释河水质量的传统技术有几个限制⁴在影响质量地位的污染源分摊中，没有检测变量与缺陷之间的相关性。使用环境技术具有超越这些限制的潜力。

环境问题是在环境问题中应用的多变量统计技术。环境互联网，即多元统计技术的应用是水质问题中环境决策的重要工具。⁴相关分析和主成分分析已成功地应用于分析影响水质的潜在因素和机制。^{5,6,7,8,9,10,111}

此外，污染指数根据标准，通过比较不同的变量，提供单一值的水质补充信息。在文献中有许多不同的水质指数^12.基于评估的目的，在全球范围内制定水质指数。，Harkins指数，^13.霍顿质量指数,^14.水质指数，^15.农业水质指数^16.等。同样，为了评估污染等级，某些特定的污染指数，即卡尔森营养状态指数，^17.有机污染指数,^18.综合污染指数，^19.富营养化指数^20.众多应用于许多研究。^{21,22,23,24,25}

Karamana River（KR）是符合Thiruvananthapuram City的国内和饮酒目的的主要资源。这个热带河流遭受了不变的城市化的不变压力，类似于全球其他过度的河流流域^{26日,27日28}和这条河水水质的可用数据非常稀疏。因此，监测该河流的水质在目前的情况下非常相关。这是针对这一背景的，本研究进行了使用环境技术和污染污染状态及其底层来源的概述，使用环境技术，Pearson相关性分析和污染指数副的主成分分析。，有机污染指数（OPI），富营养化指数（EI）和综合污染指数（CPI）。

研究区

卡拉马纳河流域，KRB (n= 6^TH.；L = 68公里;A = 702公里²)是印度西南部喀拉拉邦南部的主要河流盆地之一。该盆地位于北纬8⁰27 ' 36 "至8⁰38 ' 24 "和东经76⁰54 ' 0 "至77⁰15 ' 0 "之间。卡拉马纳河(kramana river, KR)发源于西高止山脉的Chemmunji Motta和Aathiramala山峰，向西流，在Thiruvananthapuram西南的Poonthura(河口)流入阿拉伯海。Killiyar (n= 5^TH.；L= 24公里，A= 102公里²）在Poonthura河口的kr〜3km的效应（图1）。Ts Canal（Parvathy Puthanar Canal），与未经治疗的污水流出的海岸平行跑步冲入，进一步污染了kr的下游。KR的平均年度流流量计算为836mm^3.．^30.

方法

在2015年在非季风 - 非（3月）和季风 - 周一（6月）季节期间进行了采样。总共12种取样站从上游鉴定在下游（间隔= 3 km），并使用物理化学参数进行分析标准程序。^31、32

采用SPSS 17软件进行相关分析和因子分析。将Pearson相关公式应用于数据排序，计算Spearman相关。

Pearson的相关性分析（R）是一种衡量两种定量变量线性相关的程度。它总结了成对变量之间的线性关系的大小。关系值取值范围从-1到+1，其中+1表示绝对完美的正线性关系，0表示没有线性关系，而-1表示生成之间的绝对反向关系。相关系数值的符号确定关系的方向。一个正标志表示正相关关系，减去符号表示负相关。相关性（R）提供了两个变量之间的线性关联的标准化量，如EQ.1所示。

其中x和y是相关的二元变量，S_x和S_y分别为变量x和y的样本标准差。

PCA将相对大量的变量降低到仍然捕获相同信息的较小变量中。^33.PCA是关于提取研究的一组独立的线性组合，以捕获给定数据集的最大可变性量。PCA可以使用EQ.2计算。

在哪里j是测量的变量，f是因子加载，z为因素得分，e是错误的剩余术语核算，我样品号是，和米是总因素的总数。

采用方差旋转法进行因子分析，根据确定的规则旋转主成分分析定义的轴，寻找数据集的简单结构。用这种方法得到的变量可以更清楚地表示原始变量^33.因此，通过实现潜在因素的更简单和有意义的代表。^34.

进一步，通过计算有机污染指数(OPI)、富营养化指数(EI)和综合污染指数(CPI)来评价该河流的污染状况。

利用化学需氧量(COD)、溶解无机氮(DIN)、溶解无机磷(DIP)和溶解氧(DO)四个参数计算有机污染指数(OPI)。^18.

OPI <0：优秀;0-1：好;1-2：开始被污染;2-3：轻微污染;3-4：中度污染;4-5：严重污染。^18.CODS，DINS，DIPS和DOS是BIS和世卫组织中定义的标准浓度。

富营养化指数（EI）用于评估水体的营养状况。

在其中，COD，DIN和DIP的单位是MG / L.EI> 1：富营养化;ei <1：没有富营养化。^20.

综合污染指数（CPI）是根据单因素指数评估计算的，并评估所有因素的组合效应。CPI用于评估各个地点的水体的污染程度。

CPI <0.8：合格;0.8-1：基本量化;1-2：污染，CPI> 2：严重污染。^19.

表1：具有突出功能的抽样站的画像

样品标识	抽样站	纬度和经度	讲话
S1	亚洲达桥梁	n 08°34'37.8“，e 77°05'12.6”	厚河岸植被
S2	Uzhamalakkal.	n 08°35'12.4“，e 77°03'48.1”	橡胶种植园
S3	Kooovakudi桥梁	n 08°34'26.1“，e 77°02'14.8”	水坝上游的橡胶种植园
S4	Aruvikkara大坝	N 08⁰34 ' 14.8 "，e 77⁰01 ' 17.3 "	农业，大坝，旅游
S5	Irumba	N 08⁰33 ' 47.1 "，e 77⁰00 ' 15.6 "	非法采砂
S6	Vellaikkadavu.	N 08⁰31 ' 51.6 "，e 77⁰00 ' 44.9 "	农业，污水排放，沙坑
S7	Kundamankadavu桥梁	n 08°30'57.2“，e 77°00'03.4”	废弃物倾倒可见，采砂可见
S8	卡拉马纳桥	N 08⁰28 ' 39.3 "，e 76⁰58 ' 12.4 "	汽车排放的污水，河流流量减少，河岸人口稠密
S9	Madhupalam.	N 08⁰27 ' 48.0 "，e 76⁰57 ' 28.0 "	鱼杀死可见，河流速度非常少
S10	Kalladimukham	n 08°27'11.9“，e 76°57'36.2”	与卡拉马纳河的Killiyar汇合
S11	Thiruvallam	n 08°26'25.0“，e 76°57'16.0”	Parvathi Puthanar Canal Confules与karamana河，粪便污染，速度非常低。
S12	Poonthura.	n 08°25'35.0“，e 76°57'32.1”	河口、旅游活动

图一:研究区位置图 点击此处查看数字

结果与讨论

表2和表3总结了非季风(Non)和季风(MON)地表水化学变量的结果。pH值的时空变化范围从微酸性到碱性。

表2：非季风的卡马纳河河的物理化学参数。

参数	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7	S8	S9	S10	S11	S12	意思
临时(°C)	30.1	30.4	30.2	29.3.	30.2	30.4	31.6	32.3	32.6	32.3	32.8	33.	31.3.
ph	6．5	6．2	6.3	7.31	7.2	7.42	7.29	7.32	7.53	7.7	7.86	7.96	7.2
做（mg / l）	7.6	7.3	6．8	6．6	6	6.7	6．2	5.8	3.6	1.1	0．2	0．8	4．9
BOD（MG / L）	0.6	0．8	1.1	2．4	2.9	3.8	3.6	7.3	12.8	46.2	52.3	48.2	15.2
鳕鱼(毫克/升)	4．1	5.9	6.3	14.3	11.2	18.7	21.2	26.	47.	88.2	127.8	119.1	40.8
th（mg / l）	14.	30.	14.	19.	24.	50.	62.	88.	127.	153.	182.	221	82.
Ca（mg / l）	8．8	20.2	12.2	16.2	18.3	43.4	54.	73.5	109.	130.2	154.3	190	69.2
mg（mg / l）	0.85	8.17	0.36	1.39	0．7	4.51	6.36	10．7	15.37	20.61	24.32	29.02	10.2
Na(毫克/升)	1.4	1	1	0．9	1.2	1.4	52.1	163.	221	824	1569.	2530.	447.2
K(毫克/升)	0．5	0.4	0.6	0.6	1.4	2．2	1.1	5.6	7.8	16.2	38.6	78.3	12.8
Cl(毫克/升)	12.	19.	28.3	34.5	78.9	112.	219.83	290.74	336.84.	758.1.	912.	1012.2	317.9
所以4（mg / l）	3.3	14.	7.7	9.2	14.3	19.3	17.6	28.2	59.3.	77.8	162.2	376.2	65.7
没有3.（mg / l）	1.2	2．6	4．2	2．3	2．2	3.7	10.2	27.	39.	46.2	49.	52.	19.9
没有2（mg / l）	0.17	0.27	0．3	0.22	0.28	0.37	0.46	0.61	0.62	0.68	0.71	0.75	0.4
NH3.（mg / l）	0.01	0.04	0.03	0.02	0.1	0.09	0.12	0.21	0.17	0.73	0.65	0.24	0．2
DIN（MG / L）	1.38	2.91	4.53	2.54	2.58	4.16	10.78	27.82	39.79	47.61	50.36	52.99	20.6
浸渍(毫克/升)	0．2	0．3	0.4	0．3	0．2	0．2	0．5	0．7	0．9	0.6	1.1	0．9	0．5

do -溶解氧，bod -生化需氧量，cod -化学需氧量，TH-总硬度，din -溶解无机氮，dip -溶解无机磷

表3：季风的Karamana河的物理化学参数

参数	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7	S8	S9	S10	S11	S12	意思
临时(°C)	28.4	28.8	29.3.	27.2	28.	28.4	29.6	29.4	29.5	29.	30.2	29.2	28.9
ph	6．1	6．1	6．2	7.1.	6．8	6.9	6.89	7.1.	7.2	7.76	7.77	7.89	6.9
做（mg / l）	8．8	9.2	8.4	8.2	7.9	7.3	7	6．6	5.4	3.7	0．8	1.2	6．2
BOD（MG / L）	0.4	0．5	0．9	1.2	1.1	2．3	2．7	4．6	8．9	33.7	44.1.	42.5	11.9
鳕鱼(毫克/升)	3.	4．6	5.1	7.8	9.3	13.4	17.3	23.2	43.5	81.	115.9	112.3.	36.4
th（mg / l）	6	20.	8	12.	22.	43.	54.	75.	112.	132.	146.	213	70.2
Ca（mg / l）	4．3	11.4	6．2	10．4	17.6	37.2	43.9	61.5	93.8	121.	128.3	182.6	59.8
mg（mg / l）	0．8	8	0.43	0.39	1.8	4.09	8.49	9.88	16.15	10.44	16.03	26.4	8．6
Na(毫克/升)	2．6	0．9	7.8	7.6	8.3	8．8	27.8	50.2	186.5	322.9	752.	1067.8	203.6
K(毫克/升)	0．2	0．8	0．2	0．3	2．2	3.5	3.2	2．3	4．3	9.7	11.2	15.2	4．4
Cl(毫克/升)	16.	22.	22.1	30.2	72.2	108.	202.4	213.25	221	339.3.	543.2.	776.9.	213.8
所以4（mg / l）	2．2	9.8	4．3	8.2	10.	16.2	12.2	22.1	51.2	69.7	106.6	121.	36.1.
没有3.（mg / l）	2．5	3.3	3.1	1.8	1.9	4．6	14.5	33.2.	40.2	48.3	51.2	48.2	21．1
没有2（mg / l）	0.21	0.34	0.4	0.54	0.55	0.6	0.72	0.82	0.77	0.79	0.81	0.87	0.6
NH3.（mg / l）	0.15	0.09	0.09	0.13	0.09	0.05	0.06	0.05	0.07	0．9	0.59	1.48	0．3
DIN（MG / L）	2.86	3.73	3.59	2.47	2.54	5.25	15.28	34.07	41.04	49.99	52.6	50.55	21.9
浸渍(毫克/升)	0．8	1	1.2	0.6	0.4	0.4	0．8	0．8	1	0．9	2．1	1.2	0．9

do -溶解氧，bod -生化需氧量，cod -化学需氧量，TH-总硬度，din -溶解无机氮，dip -溶解无机磷

韩国产DO含量低于标准(6mg /L)。^35.在两个季节的下游，这是由于来自营养丰富的基尔河和TS运河的输入（图1）。BOD值超过标准限制（2 mg / L）^35.从中部朝向下游（即，S6至S12），这表明了人为影响的强烈标志。BOD签名反映了高负荷的有机化合物，增强了微生物生长，从而降低了水中的培养水平。CL水平还显示了从站8向下增加趋势，超过允许极限（250 mg / L）^35.这两个季节都显示了海洋的影响。没有_3.亦超过标准限量(45 mg/L)^35.在两个季节下游的最后三个站(S10-S12)(表2和3)，这可能是由于污水的输入。上游和中游河段(S1 ~ S6)整体水质较好;而从中游(S7)开始下降，向下游下降，特别是下游的最后4 km。

非阳离子趋势⁺> Ca²⁺> K.⁺>毫克²⁺（平均值= 447.17,69.17,12.77和10.20 mg / L）和NA⁺> Ca²⁺>毫克²⁺> K.⁺（分别为203.6,59.85,8.57和4.42 mg / L）。但是，非联盟的阴离子趋势和周一的趋势遵循与cl相同的命令^->所以₄^->没有_3.^->阿宝₄^->没有₂^-（非平均值= 317.87,65.75,19.97,0.52,0.45mg / L;周一平均值= 213.88,36.12,21.06,0.93和0.62mg / L）。

从研究中可以明显看出，大部分属性如TH、Ca、Mg、Na、K、Cl、NO_3.,没有₂,所以₄，BOD和COD从两个季节向下的上游表现出越来越大的趋势。虽然，其他变量如温度，nh_3.和DIP(图2)表现出不稳定的趋势，DO在两个季节都表现出从上游到下游的下降趋势(图2)。

图2 DO、Cl、DIN、DIP从上游到下游的时空变化 点击此处查看数字

Environmetrics

环境鉴定性，也称为多变量统计分析技术，viz，进行相关和主成分分析，以确定影响KR水质的因素。

相关分析

主要离子之间的皮尔逊相关检验和其他物理参数测量。

在NON期间，SO₄表现出弱相关性（0.408）和微不足道（p ≫ 0.05) correlation with NH_3.， 重要的 （p< 0.05)与中度相关(r ≥ 0.60 to < 0.80) with NO_3.，DIN和DIP，这表明这些营养素的来源可能是废水流出物排放到河中，因为在该干燥期间不受浸出。CA透露与MG，NA的强烈关系₄和CL，这是海水侵扰的指示。在Mon，DO和DIN显着与强负相关（-0.920）和DIN显着相关，并且由于人为的置换以及大气输入。NH_3.呈中度相关(0.643)，(p0.05‰«)。Mg显著(p< 0.05)和强烈(r ≥ 0.80) correlated with Na, K and Cl, while K was found to be correlated with Cl and SO₄一切都意味着这些营养素的来源最有可能是相同的，并且源可能是浸出的源。所以的中等相关性₄没有_3.,没有₂并且DIP表明用淡水混合营养丰富的污水。

主成分分析（PCA）：

PCA在NON和MON期间的结果如表4和表5所示。

为了确定影响研究区域的水化制度的因素，应用了主要成分分析（PCA），非季风的分析显示了三种主要成分（PCS），用于解释水质的变化（表4）。

表4：Kr，非季风的主成分矩阵

旋转成分矩阵一个
参数	组件
	1	2	3.
临时	.868	.328	.325
浸	.826	.367	.304
没有2	.805	.363	.440
没有3.	.720	.448	.512
喧嚣	.719	.444	.517
Ca	.657	.590	.462
TH	.655	.590	.466
毫克	.626	.594	.465
所以4	.355	.917	.173
K	.336	.913	.223
Na	.346	.865	.356
Cl	.516	.625	.581
鳕鱼	.472	.623	.612
NH3.	.386	.127	.902
生化需氧量	.389	.585	.706
做	-.519	-.518	-.664
ph	.493	.372	.516
特征值	14.63	1．09	.61
差异的百分比	86.04	6.40.	3.57
提取方法：主成分分析。 旋转方法：具有kaiser标准化的Varimax。
一种。旋转在6次迭代中融合。

在非季风期间的PC I解释了总方差的86.04％（表4），具有高负荷，温度，浸和载荷₂表现出较强的正负荷量(>0.750)_3.，DIN，Ca，Mg，总硬度显示适度阳性负载（<0.750），表明硝化受水温增加的影响，^36.并将浸入河沉积物的吸附是水温条件的增加^37.在干燥的季节。第n_3.、DIN、Ca、TH、Mg呈中等正负载量，提示NO_3.Ca、Mg和TH的组合表明，这些参数受单一源的影响，可能是海水入侵。结果还表明，富营养化污水与海水之间存在连续混合。PC II占总方差的6.40%(表4)₄， K和Na具有较强的正负荷，这反映了风化和盐水的进入。各参数对PC III的绝对贡献之和仅为3.57%。在这些因素中，NH_3.的负荷最强(0.902)，而BOD、DO和pH的负荷中等，突出人为污染。BOD与DO呈中度负相关关系。

季风期间的主要成分分析（PCA）揭示了三个PC，有效地解释了水质的变化，这些因素占总方差的95.56％（表5）.pc我占总差异的85.51％（表5）强大的NH积极载荷_3.， Na, K, BOD, SO₄，cod和cl。虽然表现出适度的负载;Ca，Th和Mg显示适度的阳性载荷。该组件表现出海洋喷雾，次级盐的浸出和表面径流的影响。PC II上参数的绝对贡献总和仅产生7.24％。没有₂pH值为强正负荷量;没有_3.和Din具有中度阳性载荷。许多研究人员研究了硝化与pH之间的关系^38,39,40,41．PC III解释了5.47%的总方差。温度和DIP是该组分中具有强正负荷的参数(表5)。这可能是由于矿化的结果，沉积物中的磷酸盐释放随着温度的升高而增加。^42、43、44沉积物 - 水界面的磷的释放导致覆盖水中溶解的无机磷的增加。^43,45,46,43

表5:KR、Monsoon的主成分矩阵

旋转成分矩阵一个
参数	组件
	1	2	3.
NH3.	.928	.265	.045
Na	.879	.319	.310
生化需氧量	.829	.391	.347
K	.825	.492	.231
所以4	.804	.469	.350
鳕鱼	.784	.473	.377
Cl	.776	.518	.299
做	-.725	-.556	-.373
Ca	.710	.636	.280
TH	.700	.638	.290
毫克	.598	.578	.375
没有2	.290	.923	.149
ph	.590	.761	.029
没有3.	.508	.706	.438
喧嚣	.519	.704	.430
临时	.064	.376	.888
浸	.445	.002	.855
特征值	14.03	1.23	0.93
差异的百分比	85.51	7.24	5.47
提取方法：主成分分析。 旋转方法：具有kaiser标准化的Varimax。
一种。旋转融合在4个迭代中。

污染指数

对于非季风和季风2015的Karamana河流的有机污染指数（OPI），富营养化指数（EI）和综合污染指数（CPI）分别如表6和7所示。

表6：非季风（2015）期间卡拉马纳河污染指数的变化（2015）

遗址	OPI	状态	EI	状态	CPI.	状态
S1	-1.24	优秀	0.00	没有富营养化	0.36	合格的
S2	-1.04	优秀	0.00	没有富营养化	0.37	合格的
S3	-0.86.	优秀	0.00	没有富营养化	0.37	合格的
S4	-0.49	优秀	0.00	没有富营养化	0.43	合格的
S5	-0.54	优秀	0.00	没有富营养化	0.45	合格的
S6	-0.27	优秀	0.00	没有富营养化	0.56	合格的
S7	0.16	好的	0.02	没有富营养化	0.58	合格的
S8	0.89	好的	0.11	没有富营养化	0.85	基本量化
S9	2.68	轻	0.38	没有富营养化	1.15	污染
S10	5.36	heav	0.56	没有富营养化	3.06	严重污染
S11	7.68	heav	1.57	富营养化	3.48	严重污染
S12	7．14	heav	1.26	富营养化	3.42	严重污染

表7:季风期克拉玛纳斯河污染指数变化(2015年)

遗址	OPI	状态	EI	状态	CPI.	状态
S1	-1.39	优秀	0.00	没有富营养化	0.41	合格的
S2	-1.33	优秀	0.00	没有富营养化	0.44	合格的
S3	-1.11	优秀	0.00	没有富营养化	0.43	合格的
S4	-1.07	优秀	0.00	没有富营养化	0.43	合格的
S5	-0.98	优秀	0.00	没有富营养化	0.43	合格的
S6	-0.59	优秀	0.00	没有富营养化	0.50	合格的
S7	-0.04	好的	0.05	没有富营养化	0.57	合格的
S8	0.75	好的	0.14	没有富营养化	0.73	合格的
S9	2.19	轻	0.40	没有富营养化	0.99	基本量化
S10	4.59	heav	0.81	没有富营养化	2.38	严重污染
S11	7.21	heav	2.84	富营养化	2.94	严重污染
S12	6.72	heav	1.51	富营养化	2.94	严重污染

有机污染指数(OPI)在NON期间的变化范围为-1.24至7.68，在MON期间的变化范围为-1.39至7.21(表6和7)，两个季节的污染范围从极好到严重。这一范围被发现比世界上其他少数地区获得的OPI高。^47、48下游(L= 4km)的OPI水平如此之高，清楚地表明未经处理的污水输入和河流稀释能力较差。^3.从KR的位置S1-S8的地表水样品（图1）是基于OPI结果的良好分类的代表。

NON期间，富营养化指数(EI)为0 ~ 1.57,MON期间，EI为0 ~ 2.84，是下游富营养化的明确指示。Yadav等人，2018年^24.利用EI对印度北部昌巴尔河(Chambal river)的水质进行了评估，这些EI值较KR获得的值低。较高的EI值(>1)表明下游(L=3 km;S11和S12)。TS运河污染物泛滥^49.在该地区的汇合，将其标记为KR（图3）中的主要威胁点污染源之一。

综合污染指数(CPI)在NON季节为0.36 ~ 3.48，在MON季节为0.41 ~ 2.94，可划分为合格和严重污染。这些数值远高于印度其他几条河流的CPI，^24,50但比印度北印度河的CPI更小，^51.从2.68到7.12范围。CPI的结果跟随OPI几乎相同的趋势。

编制从污染指数和水质评估中获得的结果，很明显，最终4公里的KR被严重污染。有趣的是，这种伸展与基于CPCB标准-I基于标准I的印度河延伸的区域一致。^52.从这些结果来看，在河口下游的不同〜4km被鉴定为“污染影响（ZPI）”（图3）。

图3：Karamana River的污染区划地图有点来源 点击此处查看数字

结论

研究结果似乎为Karamana河- kr(印度喀拉拉邦)的水质变化提供了证据。通过对非季风(NON)和季风(MON)季节地表水样品的理化分析，认为从上游到中游(L=45 km)水质良好。大部分参数(pH、Cl、DO、BOD、NO_3.等)超过了CPCB 1995年的理想限度^35.在下游区域（L = 4 km）中的最低区。环境分析viz的应用。Pearson相关分析和主要成分分析（PCA）表示KR的水化学属性主要受天然（风化，大气沉积，海水入侵）以及人为（污水流入）扰动。以上发现由富营养化指数（EI）值证实，并基于此;河流在较低〜3公里的下游受到富营养化的影响。再次，综合污染指数（CPI）和有机污染指数（OPI）的结果表明，下游〜4公里的河流伸展，达到河口严重污染。该河流中所确定的污染影响区​​（ZPI）受到污染物缓解方案的利益相关者和管理员最大的关注。环境和污染指数工具的应用是这条河流的紧急技术;因此，据报道了在KR中物理化学参数和水污染源分配的关系很少的工作。这些环保工具提供了对地表水物理化学参数的更客观解释，以及污染源的识别，作为对该河流盆地可持续管理的一部分。

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