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世界各地，水在不同水源性疾病传播中发挥关键作用，因此维护饮用水质量已成为普遍的健康问题。⁴在世界范围内，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的各种污染物，包括重金属的出现，对个人和环境造成有毒和有害的影响。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^-麻生太郎_3.^-F^-, Cl^-，HCO_3.^-,所以₄^{2 -}，采购订单₄^3－，否_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，依靠地下水供应饮酒和灌溉。^7、8因此，与公共卫生有关的问题引起了政府的极大关注。在农村地区，人们更依赖地下水饮用，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（为土地收入组合的乡村群体组成的村庄中的Jorhat区镇苏哈特镇边缘，assam被收集了评估质量，以了解其对灌溉和饮酒的可用性。由于其重要性，该地区被选为研究，以至于印度东北部的重要学术，商业和战略中心之一。调查下的地区具有茶叶和石油工业的强劲存在。这是一个城市，城市过度增长，半城市和农村地区的混合，大多数人都依赖于饮酒和国内使用的地面水。选择的查塔基拉Mouza拥有重要的研究和学术机构，如两个国家实验室，两个大学，最少五位医院，三位医学教育机构，一个管理研究所，一个历史政府监狱，机场，重要的国防和警察机构，几个高中等。在手上的萨鲁查莱Mouza位于北部，与毗邻的Charaibahi分开Mouza国家高速公路37号主要是一个带有一些大型茶园的农业区和一个叫做大古代稻田Malow Pathar作为农业背景的主干。随着人口，城市化和房地产开发的增加，这两个领域都越来越多为未来密度沉降开发以及立即农业，乳制品和动物产品源区。

为了解这两个地区地下水的可利用性，测定了地下水的各种理化参数，并用现行标准对其容许限值进行了检验。对各水样的WQI进行评价，了解饮用水GW的质量。此外，还对地下水的钠吸附比（SAR）、钠含量、Kelly比（KR）、镁比（MR）、腐蚀性比（CR）、残留碳酸钠（RSC）等参数进行了评价。

材料和方法

研究区域

如图1所示，选择印度阿萨姆邦Jorhat镇西部的Saroocharai和Charaibahi Mouza（北纬26°43.2150-26°48.2070'，东经94°5.2740'-94°11.5500'，采集GW样品。乔哈特区的气候很冷亚热带湿润(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研究区地图Mouza位于印度阿萨姆邦乔哈特镇的西部。由地球谷歌改造而来。 点击这里查看图

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pH值(<2)，在实验室冰箱(Remi RRF-250)中保持4°C。取水样测定pH、总硬度等理化参数(记作TH)_，总碱度(用TA表示)，重要的阴离子如HCO_3.^-, Cl^-，否_3.^-,所以₄^{2 -}；F等分量^-，采购订单₄^3－，伯阳离子- Na⁺和K⁺，毫克^2＋、钙^2＋; 在实验室冰箱（Remi RRF-250）中，像铁这样的重金属被保存在4°C。采用火焰光度计（Systronic火焰光度计128）测定Na⁺和K⁺，阴离子SO₄^{2 -}，采购订单₄^3－，否_3.^-, Cl^-通过使用881Compact IC Pro Metrohm离子色谱仪（制造瑞士）确定。用TDS仪（Eutech Instruments）测定总溶解的固体（表示为TDS）。Ca^2＋，毫克^2＋和HCO_3.^-采用滴定法(APHA 1988)测定。¹¹采用1，10-二氮杂菲法，在510 nm处用紫外-可见分光光度计（岛津05500）测定铁的浓度（APHA 1988）。¹¹砷浓度用原子吸收光谱仪测定，Make: Perkin Elmer, Model: aanalyster -700。采用猎户座4星(pH/ISE)离子选择电极检测氟化物(F^-)用0.1、1、10 mgL校正后的水样^－1氟化物标准溶液。电导仪306（由Systronic制造）用于测量电导率（EC）。在收集水样时，使用手动pH计（型号：pHep，由Hanna Instruments制造）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。所研究地区的经度和纬度列于表1。

表1:样品采集地点说明

结果与讨论

地下水饮用评估

评价地下水样品的各种理化参数对于检验其是否适合饮用是非常必要的。因此，对参数进行了评估，统计总结如表2所示。

表2:季风前(pr-)和季风后(pos-)水样理化特征。

收集的地下水（GW）水样的pH值在季风前（平均6.5）为5.2至7.7，季风后（平均6.3）为5.5至7.2。从pH值数据可以看出，季风前20.29%的水样和季风后25%的水样具有酸性pH值，季风前GW水样具有碱性pH值的比例为33.33%，季风后GW水样具有碱性pH值的比例为8.83%。然而，所有GW样品的pH值均在世界卫生组织（WHO 2011）允许的范围内（6.5-8.5）。¹²在pH值的基础上，发现水源既适合饮用，也适合灌溉。一些GW中存在的微酸性可以归因于大气中二氧化碳和有机酸的溶解，如黄腐酸和腐殖酸，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，所有水样均可视为国产水样(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（作为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，碱度可达600毫克^－1可用于饮用(IS 10500-1991)。¹⁹由于pH值大于8.3的水体中普遍存在碳酸盐岩阴离子，因此研究样品中缺乏碳酸盐岩碱度。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。

水中离子物质的浓度是根据水的电导率（EC）来测量的。^8、20在本研究中，我们发现EC在155.8µscm范围内变化^－1224.5µscm^－1(mean179.1µscm^－1)， 156.7µscm^－1222.4µscm^－1(平均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毫克）^－1)季风前期和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球型^－1)及5.60 -17.98毫克^－1(平均9.94球型^－1)。在这两个季节，所有的地下水样品都有Ca的浓度^2＋和毫克^2＋在BIS(2004)规定的75毫克升的理想限度内^－1对Ca^2＋和30球型^－1为毫克^2＋．

na的数量⁺在GW样品中发现在2.1-11.3 mgL范围内^－1(平均5.7球型^－1）在季风季节和1.1-14.6 mgl中^－1（平均4.5 mgl^－1）分别在季度季后赛期间。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)季风前期和3.1-13.5 mgL^-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毫克^－1在饮用水。然而，对于所有的样品，Na⁺是否在200毫克的推荐值内^－1(who 2011, bis 2004)。从上述结果来看，Na⁺和K⁺，则可以说，研究地区的地下水水质适合于生活和饮用用途。

铁含量在GW样品中被发现在0.6-5.9 mgL范围内^－1（平均3.1 mgl^－1)，为0.6 ~ 5.4 mgL^－1(平均3.3球型^－1)分别在后季风季节。在这两个季节，GW的铁含量都超过了0.3 mgL的允许限值^－1（IS 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10⁵pH值为6时是pH值为8.5时的两倍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)后季风季节。研究的水样在这两个季节氯含量都很低，这可能是由于研究区没有工业活动，而且生活和农业废弃物进入水体的渗漏率很低。²²每个样品的氯含量均在世界卫生组织允许的限度内(600毫克)^－1)因此，适合饮用和家用。

SO的范围₄^{2 -}所研究的GW样品中的含量在0.138-0.747毫克之间^－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(世卫组织，2004年)。

GW样品中发现了NO_3.^-在0.18-11.95 mgL范围内^－1(平均2.77球型^－1）0.12 ~ 10.54 mgL^－1(平均2.30球型^－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第n_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（平均值0.453mgl.^－1)在后季风时期。然而，世卫组织允许的采购订单限额₄^3－0.1球型^－1（世卫组织，2004年）。在两个季节的GW水样中₄^3－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^-）发现两个季节中收集的水样中的含量非常低。对于在季风前期的GW样本中，该范围低于可检测的极限（BDL）-0.650 MGL^－1（平均值0.303 mgl^－1)，在之后的季风季节范围是BDL-0.710毫克^－1（平均0.380毫克）^－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^-)污染的水及其与健康有关的问题。

水中的砷（AS）含量是一个非常重要的参数，特别是为了饮用的适用性。在我们目前的研究中，发现在季风季季季节中收集的水样品从BDL-0.07 MGL中的可变金属中的砷（AS）含量有砷（AS）含量^－1(平均0.007球型^－1）.在雨季前，有12个样本(17.4%)砷含量超标。在季风后，GW样品中的砷含量在BDL - 0.056 mgL范围内^－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)，应用于WQI的计算。²⁵在第一步中，不同的水参数，如TDS，pH，TH，HCO_3.^-, Cl^-,所以₄^{2 -}，否_3.^-F^-、钙^2＋，毫克^2＋，Fe，As等分配了重量（w_我）根据他们对饮酒水质的重要性。基于它们的重要性分配给每个参数的不同权重如表7所示。在第二步中，应用以下等式来确定相对重量（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。

计算出的相对权重(W_我）每个化学参数如表7所示。

表7:化学参数的相对重量

1化学参数以mg/L表示

2较低的值表示理想的限制，更高的值在没有备用源时表示允许的限制。²⁵

最后，计算质量评分表(q_我)为参数，采用下式

在这里，

问_我，质量评级

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

计算WQI时，首先根据下式确定各参数的子指标SI

在这里，

硅_我， I的子索引^th参数;

W_我，我的相对重量^th参数。

问_我，是基于I的浓度计算的评级^th参数,

N，化学参数的个数。

WQI值列于表8中，并与其他文献报道的数据进行了比较。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。季节(a)前季风时期。(b) Post-monsoon季节。 点击这里查看图

用于灌溉的地下水分类

电导率（以EC表示）、总溶解固体（以TDS表示）、钠吸附比（以SAR表示）、凯利比（以KR表示）、钠百分比（Na%）、残余碳酸钠（以RSC表示）、镁比（以MR表示）等参数，采用腐蚀性比（CR）来确定GW对灌溉的适宜性。⁸

GW中EC值升高导致土壤盐碱化。理查德(1954),根据表9所示的EC值将灌溉水分为五类。²⁶在本研究中，我们发现两个季节的水样都属于优良类。

SAR通常表达碱性危险。Richards（1954），使用以下等式来计算每个样本的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。

下面的公式用于计算水的钠含量

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，则认为不适合用于灌溉。当Na的浓度大于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它表达为

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.在目前的研究中，发现仅29％的季风季节水样具有大于50％的MR值，并且不适合灌溉。发现两个季节的剩余水样可根据MR值适用于灌溉，小于50％。

HCO含量高_3.^-和有限公司_3.^{2 -}在地上导致加息的降水趋势^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)，根据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。

腐蚀率(CR)由下式计算，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。采用管道安全输送地下水时，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:用于灌溉的地下水分类

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。³⁴永联图是一块获得的EC值对SAR(盐度危害)。在我们目前的研究中,图表显示所有地下水样品的两个赛季都C1-S1水型(低盐度、低SAR)和适合大部分的作物在大多数的土壤。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。 点击这里查看图

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。

从表9中，观察到季风预态GW样品在EC-TH等参数中显示出强烈的正相关性^2＋，EC毫克^2＋， EC-TA, TDS-TH, TH-Ca^2＋, TH-Mg^2＋TH-TA, Ca^2＋-毫克^2＋、钙^2＋助教、镁^2＋-助教。除此之外，EC-TDS、EC-SO之间呈显著正相关₄^{2 -},日给₄^{2 -}, TDS-Ca^2＋, TDS-Mg^2＋、TDS-TA TDS-SO₄^{2 -}、钙^2＋所以₄^{2 -}，毫克^2＋——所以₄^{2 -}．

从表10可以看出，在季风季节后的GW样本中，EC-TH、EC-Ca之间存在较强的正相关关系^2＋，EC毫克^2＋_，TDS-TH, TH-Ca^2＋, TH-Mg^2＋TH-TA, Ca^2＋-毫克^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-Mg^2＋、TDS-TA TDS-SO₄^{2 -}，毫克^2＋——所以₄^{2 -}．Ca^2＋助教、镁^2＋助教。

表10:相关矩阵(季风期前)

表11:相关矩阵(季风季节后)

结论

GW样品的质量评估显示，大多数水样的理化参数都在BIS(2012)可接受的饮用范围内。因此，在理化参数的基础上，可以认为水样适合家庭使用。从WQI中可以发现，在雨季前采集的水样中，水质优良的占1.5%，水质良好的占19.1%，水质差的占73.5%，水质极差的占5.9%。同样,在post-monsoon季节水质指数显示,1.5%的水样本,14.7%好,可怜的80.9%,只有2.9%的样品被发现是非常贫穷的水来饮用,可能的原因为贫困水样的水质指数在大多数是由于铁的存在超过允许的限度。根据钠含量划分，雨季前和雨季后的水样中，有46.3%和36.2%的水样不适于灌溉。RSC值表明，46.3%的前季风期水样适宜灌溉，后季风期水样均适宜灌溉。MR值表明，2.9%的样品在季风前期不适宜灌溉。由KR值可知，前季风期和后季风期分别有31.8%和13.04%的样品不适宜灌溉。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于大多数作物的灌溉。所有的水样中都没有发现氟化物之类的污染物。 So, ground water samples were found safe for drinking on the basis of fluoride contamination. Accordingly, it may be stated the area where the limited study was carried out is relatively free from these toxic contaminants. However, to have a full proof conclusion a thorough and round the year monitoring with wider sets of data collection is extremely important. Arsenic was found in few GW samples in both seasons. In pre-monsoon season 17.3 % water samples have Arsenic (As) above permissible limit and in post monsoon season 10.14 % water samples have Arsenic (As) above permissible limit.

的利益冲突

代表所有作者，相应的作者表示没有利益冲突。

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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