当前的世界环境

介绍

地下水可能被认为是最珍贵的珍贵和基本需求之一，以及人类为他提供奢侈品和舒适性的人类的生存，以及满足他的基本生活必需品。地下水在印度大多数地区形成饮用目的的主要资料来源。它占农村地区约88％的安全饮用水，其中人口广泛分散，处理和运输地表水所需的基础设施不存在。地下水也在农业中发挥着重要作用，对庄稼的浇水以及旱季作物的灌溉。据估计，从地下水来源满足约45％的灌溉水需求。

图1:兰契的位置图 显示取样地点的乡镇 点击这里查看图

地下水的质量取决于各种化学成分及其浓度，这些成分大多来自特定区域的地质数据。由于人口的迅速增加和工业化的增长、使用农业化学品以及城市和工业废物的处理，地下水的质量正日益受到威胁。据估计，一旦污染进入地下环境，它可能隐藏多年，分散在广大的地下水含水层，使地下水供应不适于消费和其他用途。该国各区、城市和城镇的地下水质量恶化是迫在眉睫的问题(Khurshid等，1997;Das等人，1998年;Sohani等人2001年;Jain2002;Meenakumari Hosmani2003;Ramasubramanian et al.2004: Singh et al. 2007;Venugopal等人2008:Salve等人2008;Ramakrishnaiah等人2009:Jain等人2010; Chatterjee et al. 2010; Singh et al. 2011; Raju et al. 2011; Singh et al. 2012; Singh et al. 2013; Tiwari and Singh 2014).

图2:EC与EC之间变化的图表 兰契镇地区TDS浓度较高。 点击这里查看图

如今，由于人口的增长、城市的扩张和技术的发展，水质问题已经成为人们关注的重要问题。水很容易通过不受管制或管制但没有良好设计和监测的处置做法以不同方式受到污染(Ozlem Tunc Dede等人，2013年)。公众对环境和有关因素的无知、缺乏临时基本社会服务、任意处置日益增多的人为废物、无计划地使用农用化学品以及排放处理不当的污水/工业废水;导致地表污染物的过度积累和水资源的污染(Tiwari et al. 2013)。世界卫生组织(世卫组织)报告说，在发展中国家，每年有300多万人(90%是5岁以下儿童)死于水传播疾病(世卫组织，2004年;Akoteyon et al.2011)。获得安全饮用水仍然是当务之急，因为印度30%的城市人口和90%的农村人口仍然完全依赖未经处理的地表水或地下水资源(Kumar et al. 2005)。在过去几十年里，印度获得饮用水的机会增加了，不安全的水对健康产生了巨大的不利影响(Singh等人，2013年)。近年来，在西孟加拉邦、贾坎德邦、奥里萨邦、西北方邦、安得拉邦、拉贾斯坦邦和旁遮普邦的许多地区，清洁和可饮用的饮用水的短缺已经成为最严重的发展问题之一(Tiwari & Singh, 2014)。因此，正确评价和报告地下水质量是一个重要的问题。在目前的工作中，已尝试检测饮用水、家庭用水和灌溉用水的地下水质量。

图3(a):贡献百分比 总负离子平衡(TZ-） 点击这里查看图

图3(b):贡献百分比 总阳离子平衡(TZ+） 点击这里查看图

研究区域

兰契是印度恰尔肯德邦的首府。兰芝市辖区总面积约110平方公里，平均海拔2140英尺。在地理上，Ranchi位于Chota Nagpur高原的南部，形成了德干高原系统的东部边缘。兰契是恰尔肯德邦运动的中心，该运动呼吁为南比哈尔邦、奥里萨邦北部、西孟加拉邦西部和今天的恰蒂斯加尔邦东部地区的部落地区建立一个独立的邦。它从该州著名的地区总部通过NH-33连接。它还通过NH-23通过Gumla和Rourkela连接。根据2011年最新的印度人口普查，兰契市有107.3440万人口，是印度第37大城市，也是贾坎德邦继詹谢德普兰和丹巴德之后的第三大城市。男性占51.3%，女性占48.7%。兰契是贾坎德邦人口第二多的地区，仅次于丹巴德。兰契周围的地区有着得天独厚的自然景观，被称为“瀑布之城”。 The Subarnarekha river and its tributaries constitute the local river system. The channels Kanke, Rukka and Hatia have been dammed to create reservoirs that supply water to the majority of the population.

图4:美国的盐度图 灌溉水分类 点击这里查看图

兰芝地区属于亚热带气候，从4月中旬到6月中旬是一年中最热的时期，但即使在这一时期，夜间也是凉爽宜人的。夏天偶尔下雨有助于降低气温。季风从6月中旬开始，一直持续到9月底。从11月中旬一直到2月中旬的冬季是相当严酷的。12月底和1月初的最低气温约为10°C。正常的年降雨量资料显示平均降雨量为1394毫米。6月至10月观测到最大降雨量。每年总降雨量的90%是在季风期收到的。

本区最古老的地质构造为带有基性侵入体的Dharwar沉积物。这些岩石后来被乔塔那格浦尔花岗岩的岩石体侵入，变质成各种类型的片岩和片麻岩。早期沉积岩和火成岩的残余物是从花岗岩块体和孔达岩广泛区域中不同尺寸的千枚岩和片岩的包裹体中得知的。千枚岩是该地区东南部的主要岩石类型。乔塔那格浦尔花岗片麻岩形成了该地区的乡村岩石，是巨大侵入体的一部分。在主体内，花岗片麻岩从正常的中粒岩石到含有钾长石大晶体的斑状物质不等。石英、黑云母或角闪石是其他的基本矿物。磷灰石、锆石、榍石是金红石的附件。角闪岩以较小的侵入体形式出现在孔闪岩系列中。角闪岩也以小包体的形式出现在兰契市及其周边的花岗片麻岩中。

材料和方法

2014年5月，对兰池镇地下水水质进行了系统采样评价。从Ranchi镇的水井和管井中采集了27个地下水样品(图1)。地下水样品采集在1升的窄口预洗聚乙烯瓶中。使用便携式电导率和pH计在现场测量电导率(EC)和pH值。在实验室中，水样通过0.45 μm微孔膜过滤器过滤，分离悬浮颗粒。采用酸滴定法测定地下水中碳酸氢盐和氯化物的浓度(APHA 1998)。主要阴离子(F-， NO_3. ^-和哌嗪^{2 -})，用紫外分光光度计测定。主要阳离子浓度(Ca^2＋、镁^2＋,Na⁺和K⁺用火焰光度法和火焰原子吸收分光光度计(AAS)测定。

结果与讨论

pH, EC和TDS

分析水样的pH值在7.0 ~ 8.0之间变化，平均pH值为7.4，表明地下水样品为弱碱性。电导率(EC)说明了水的导电能力，这反过来是由溶解的离子的存在决定的。可电离固体越高，电导率就越大。电子商务is a measure of total dissolved solids (TDS) i.e. - it depend upon the ionic strength of the solution. Increase in the concentration of dissolved solids, increases the ionic strength of the solution. The measured EC of the groundwater in the study area varies from 238 to 1357 µS cm-¹平均值为666μscm-¹．研究区地下水中总溶解固体(TDS)的浓度范围为200 ~ 1157mg l^－1平均为560mg / l^－1(图2)。水可以分类为新鲜(TDS <1,000 mg L^－1)、微咸(>1,000 mg L .^－1)、生理盐水(>10,000 mg L^－1)和盐水(1,000,000毫克升^－1)类别以TDS浓度为基础(Freeze和Cherry 1979)。根据这一分类，研究区94%的地下水为淡水，6%为微咸水。

主要离子化学

在主要的阴离子中，碳酸氢盐普遍占优势，平均占总阴离子的60.6%。氯化物是第二主要的阴离子，平均占总阴离子的20%。硫酸盐和硝酸盐是较弱的主导离子，分别占总阴离子的14.5%和4.5%(图)。3)。氟离子是总阴离子中最弱的阴离子。地下水中阴离子丰度的顺序是HCO_3. ^-> Cl^->所以_4. ^{2 -}>没有_3. ^-> F^-．主要阳离子中，以钙离子为主，平均占总阳离子的48%。其次是钠离子和镁离子，平均分别占总阳离子的27%和19%。钾离子是最不占优势的阳离子，占总阳离子的6%(图3b)。阳离子丰度的顺序为Ca^2＋> Na⁺>毫克^2＋> K⁺．

地下水是否适合饮用及家居用水

地下水分析结果的物理和化学参数与世界卫生组织(卫生组织，1997年)和印度标准局(BIS，地下水样品的pH值(7.0-8.0)在饮用水规定的6.5-8.5的安全限度内。TDS值超过了要求的500mg L的限值^－1In55.5％的地下水样本。总硬度（Th）是水的性质，通过肥皂防止泡沫形成并增加水的沸点。水的硬度是归因于碱土的存在。水可以分为柔软（75 mg l^－1)，中等硬度(75-150 mg L^－1)，硬(150 - 300mg L^－1)和非常硬(>300毫克L^－1)，基于硬度(Sawyer and McCarty1967)。研究区分析地下水的总硬度在120 ~ 598 mg L之间^－1(平均298 mg L^－1）表明适度难以非常苛刻的地下水。分析数据表明7％的地下水适度硬，56％硬度和37％非常硬样品。高硬度可能导致供水分配系统的结壳。有一些暗示的证据表明，极其硬水的长期消费可能导致尿道病的发生率增加，Anecephaly，父母死亡率，某种类型的癌症和心血管疾病（1997年Agrawal和Jagetia; Durvey等，1991）.the牧场乡镇地区地下水中的氯化物浓度在30至176.3毫克的升高^-1(平均81 mg L^－1）.氯化物在普通岩石中的浓度较低，与其他天然水的成分相比。假定水中氯化物的大部分主要来自大气或海水。盐石和蒸发岩的风化作用被认为是氯化物的主要成岩来源(Singh 2013)。硫酸盐的浓度从10毫克到126毫克不等^-1(平均59 mg L^－1）.天然水中的硫酸盐浓度通常在2至80毫克L之间^－1而异常高浓度的硫酸盐可能是由于岩石风化或人为来源，如工业和农业废水(Berner和Berner, 1987)。浓度的氯^-所以_4. ^{2 -}都在理想的mg L范围内^－1．分析的地下水样品中硝酸盐的浓度在2.5到53.7 mg L之间^－1(平均18 mg L^－1）.硝酸盐是环境中的一种重要污染物，一般来源于大气降水、农业肥料、人和动物排泄物、有机N和NH4的生物固定和硝化作用(Appelo and Postma1996)。的浓度不_3. ^-超过45毫克L的标准^－1在7%的地下水样本中。氟化物是维持牙齿和骨骼正常发育的必要元素。氟在浓度为0.8 ~ 1.0mg L时具有一定的有益作用^－1对牙釉质进行分类，特别是对8岁以下儿童(Tiwari等，2003年)，如果as的含量超过1.5 mg L，就会导致氟牙症^－1以及超过3.0 mg L的氟骨症^－1如果用水持续6个月到数年(Nawlakhe and Bulusu 1989)。高F^-浓度会导致牙齿和骨骼氟中毒，如牙齿斑点、韧带变形和脊柱弯曲(Tiwari和Singh 2014)。F的浓度^-在1.5毫克的推荐限度内^－1在地下水样本。

表1:分析数据的汇总统计并与世卫组织和
印度标准(IS: 10500)，供国内使用

				人(1997)	人(1997)	Bis 2003(是10500)	Bis 2003(是10500)
水质 参数	单位	范围	平均	Max。 可取的	最高 允许的范围	Max。 可取的	最高 允许的范围
pH值	-	7.0 - 8.0	7.4	7.0 - -8.5	6.5-9.2.	6.5 - -8.5	8.5 - -9.2
电子商务	µS cm -1	238 - 1357	666	750	1，500	-	-
HCO3.-	mg L－1	90 - 488	245	200	600	200	600
F-	mg L－1	0.1 - 1.4	0.6	0.6-0.9	1．5	1．0	1．5
Cl -	mg L－1	30 - 176.3	81	250	600	250	1，000
没有3.-	mg L－1	2.5 - 53.7	18	-	50	45	One hundred.
所以4.2 -	mg L－1	9.7 - 125.9	59	200	600	200	400
Na+	mg L－1	14.2 - 75.2	40.6	50	200	-	-
Ca2＋	mg L－1	21.8 - 164.	72	75	200	75	200
毫克2＋	mg L－1	9.8 - 46	28	30.	150	30.	One hundred.
K.+	mg L－1	1.6 - 19.3	8．5	One hundred.	200	-	-
TDS	mg L－1	200 - 1157	560	500	1，500	500	2，000
TH	mg L－1	120 - 598	298	One hundred.	500	300	600

钙、镁是植物、动物生长所必需的营养物质，在骨骼、神经系统和细胞的发育中起着重要作用。摄入高浓度钙的一个可能的不良反应^2＋长期可能是肾结石的风险增加（马拉格拉等人1996）。浓度的CA^2＋和毫克^2＋超过75 mg l的理想限制^－130毫克L^－1分别占地下水样品的41%和37%。然而，这两种离子的浓度都在200 mg L的最大允许限度内^－1100毫克L^－12003年(BIS)。钠和钾是天然存在的最重要的元素。除污水和工业废水外，这两种阳离子的主要来源可能是岩石的风化(Singh et al.， 1999)。高钠摄入量可能导致高血压、心脏病和肾脏问题(Singh et al. 2008)，而水样本中过量的钾可能导致神经和消化障碍(Tiwari 2001)。饮用水中钠和钾浓度的建议允许限值是200mg L^－1(1997)。钠的浓度⁺和K⁺是否在建议的200毫克的范围内^－1在地下水样本。

灌溉用途的适宜性

水被认为是农业生产中植物生长所需要的重要资源(Tiwari et al. 2013)。因此，在研究区域进行水质评价，以确定其适合农业用途。地下水是否适合灌溉取决于水的矿物成分对植物和土壤的影响。事实上，盐是非常有害的。它们可以通过改变渗透过程来限制植物对水分的吸收，从而在物理上限制植物的生长。此外，盐也可能通过有毒物质在代谢过程中的作用，在化学上损害植物的生长。以下讨论了钠吸收比(SAR)、钠百分比(%Na)、残余碳酸钠(RSC)和渗透指数(PI)等参数对灌溉目的适用性的影响:

钠吸收比(SAR)

电导率和钠浓度在分类灌溉水方面非常重要。除了影响植物的生长之外，水中的高盐也会影响土壤结构，渗透性和曝气，间接地影响植物生长。美国盐度实验室（1954）提出了一种研究基于电导率和钠吸附率的灌溉用途的地下水的适用性的图。在该图中，灌溉水分为低（EC =250μscm^－1)，中等(EC = 750-2250 μ S cm^－1EC = 2250-5000µS cm^－1)，盐度等级(USSL 1954)。水的含盐量高会形成盐渍土，而钠的含量高则会形成碱性土。钠、碱危害用SAR表示，并用公式估计

SAR = Na / [Ca + Mg]^0．5
浓度为meq1^－1

根据SAR值，水可分为低(SAR<6)、中(SAR 6-12)、高(SAR 12-18)和极高(SAR>18)碱性水。灌溉水的SAR值与土壤对钠的吸附程度存在显著的相关关系。如果用于灌溉的水钠含量高而钙含量低，阳离子交换络合物可能会被钠饱和。由于粘土颗粒的分散，这会破坏土壤结构。Ranchi镇地下水SAR计算值为0.6 ~ 2.0(平均值)。1.0)。的情节我们盐度数据图(1954年永联)作为盐度EC的危害和SAR碱度下降风险显示,55.5%的样品C2S1类别显示好允许灌溉用水的质量,使用(图4)。由于低钠和中等盐度,C2S1级水可以用于几乎所有土壤的灌溉，几乎没有钠问题的危险。约37%的样品属于C3S1类，即高盐低碱水。高矿化度水(C3)不能在有限制的土壤上使用，需要特殊的矿化度控制管理。在良好的排水条件下，可用于灌溉耐盐和半耐盐作物。

百分比(% NA)钠

百分比钠(%Na)被广泛用于评价灌溉水质的适宜性(Wilcox, 1955)。高钠含量⁺关于^2＋、镁^2＋,Na⁺）在灌溉水中，导致偏离土壤渗透率和损害土壤渗透率（Singh等，2008）。印度标准（BIS，1991）建议灌溉水的最高钠百分比（％NA）为60％。钠百分比（％Na）可以通过式测定

％na = na + k /（ca + mg + na + k）x 100
浓度为meq1^－1

研究区域的钠含量从16%到42%(平均25.6%)不等。关于EC和%Na的Wilcox(1955)图的分析数据图显示水样分为两类。大约63%的水样质量优良至良好，37%的水样质量良好至允许的质量，可用于灌溉目的而不会造成任何危害(图5)。

图5:相关的Wilcox图电 电导率(EC)和钠含量(%Na) 点击这里查看图

残余碳酸钠(RSC)

HCO的数量_3. ^-和有限公司_3. ^-过量的碱土(Ca^2＋+毫克^2＋)表示为RSC也影响灌溉用水的适宜性。碳酸盐和碳酸氢盐的作用和灌溉用水的适宜性可以通过以下公式计算残余碳酸钠(RSC)值来评价

RSC =（CO3 + HCO3） - （CA + MG）
浓度为meq1^－1

RSC被认为是水的酸性危害的指示。RSC值>5 meq l的灌溉水^－1被认为对植物生长有害，而RSC值高于2.5 meq l^－1被认为不适合灌溉。所有地下水样品(100%)的RSC值均在2.5 meq l以下^－1并且发现水适合灌溉使用。

渗透率指数(PI)

渗透性指数（PI）是用于评估水适合灌溉用途的适用性的另一个参数。DOTEN（1964）基于渗透性指数（PI）的分类灌溉水域。PI可以由式PI =（Na +√HCO3）/（Ca + Mg + Na）×100确定所有浓度在MEQ 1中^－1长期使用富钠水对土壤渗透性有影响⁺、钙^2＋、镁^2＋和HCO_3. ^-. doneen(1964)将灌溉水分为三个PI类。i类、ii类水适用于最大渗透性75%以上的灌溉，iii类水适用于最大渗透性25%的灌溉，不适合灌溉。在Donnen的图表上绘制数据表明，在Doneen的图表中，52%的水样属于i类，48%属于ii类，这意味着水的质量很好，可以用于灌溉，最大渗透性达到75%或更多(Domenico和Schwartz, 1990)(图6)。

图6:Doneen水的分类 在PI的基础上进行灌溉 点击这里查看图

结论

兰契镇地区的地下水是微碱性的。地下水的化学成分以Ca为主^2＋和钠⁺在阳离子和HCO_3. ^-和Cl^-在阴离子丰富。在大多数样品中，分析的参数都在理想的限度内，而且水是可饮用的。然而，EC，TDS，TH，CA的浓度^{2 +,}和毫克^2＋在少数地方超过理想的限度，需要在使用前进行处理。该地区的地下水受各种自然和人为因素的影响很大。灌溉用水质量评价结果表明，根据计算参数如盐度危害、钠吸附比(SAR)、残余碳酸钠(RSC)和渗透指数(PI)，大部分地下水可用于灌溉，无需任何处理。然而，少数地点的高盐度值限制了灌溉用水的适宜性，需要为该地区制定专门的管理计划。

确认

作者感谢教授d . c . Panigarhi导演,印度商学院矿山的盛情supportand作者衷心感谢的环境科学与工程系,印度商学院矿山、Dhanbad,印度为他准备的精神上的支持和建议。我们感谢Binay Prakash Panigarhi先生和其他实验室同事的支持和鼓励。

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