马来西亚柔佛州地下水质量及健康风险的空间和时间评估

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Spatial and Temporal Assessment of Groundwater Quality and Health Risks of Johor State, Malaysia

地下水质量评估与健康管理研究，通过GWQI指数和健康风险模型分析马来西亚柔佛州28个监测站数据，发现空间异质性显著，沿海井氯化物超标达4150mg/L，但砷浓度均低于安全限值，GIS热点分析揭示低地和沿海区域污染突出，提出整合质量指数、健康评估与空间分析的综合管理框架。

　　

Ibrahim Tabash|Zaher Mundher Yaseen

沙特阿拉伯达兰国王法赫德石油与矿业大学土木与环境工程系

摘要

本研究利用来自39个监测站的数据（其中28个位于该州境内）评估了马来西亚柔佛州的地下水质量及潜在健康风险。地下水质量指数（GWQI）是通过参数加权、质量评级和子指数聚合计算得出的，而健康风险评估则采用了污染物剂量指数（CDI）和危害商（HQ）方法。结果显示，GWQI值范围从20（优秀）到1,420（极差），反映了地下水状况的显著空间差异。大约65%的样本水质处于“良好”到“中等”水平（GWQI < 100），而35%的样本被归类为“较差”或更差，这突显了局部污染问题。沿海井中的氯化物浓度高达4,150毫克/升，超过了世界卫生组织（WHO）和马来西亚的指导标准，表明存在盐水入侵的风险。相比之下，所有地点的砷浓度均低于WHO规定的0.01毫克/升的阈值。健康风险分析表明，砷的HQ和危害指数值始终低于1，表明其非致癌风险可以忽略不计。然而，如果未经处理直接使用含高浓度氯化物和磷酸盐的地下水作为饮用水，可能会带来间接健康风险。基于地理信息系统（GIS）的空间插值分析显示，低地和沿海地区存在地下水质量较差的热点区域，这突显了土地利用和水文地质条件的影响。总体而言，将地下水质量指数、健康风险评估和空间分析相结合，为柔佛州的地下水质量管理提供了一个全面的框架，为可持续利用和区域政策制定提供了依据。

引言

水作为饮用水、农业和工业活动的基本资源的重要性得到了普遍认可（Rowshon等人，2014年；Taiwo等人，2023年）。尽管地下水污染程度不断加剧，但由于自然资源的可用性，人口数量多年来持续增长，同时城市发展和基础设施也在不断扩大（Mukherjee等人，2024年；Saha和Paul，2019年）。本研究考察了马来西亚柔佛州选定物理和化学水质参数的空间分布和时间变化，以应对全球变化的影响。这些参数可以作为当前水质状况和水资源管理效果的指标。

选择柔佛州作为研究区域，是因为该地区是马来西亚主要的农业区，大量使用地下水进行灌溉（Rathinasamy等人，2023年）。集约化农业、快速发展和热带气候条件使得柔佛州成为评估地下水质量挑战及其潜在健康影响的典型案例（Ismail和Musa，2023年）。值得注意的是，在马来西亚，约99%的饮用水来自地表水（河流和水库）（Ab Razak等人，2015年），柔佛州也不例外——大多数人口依赖处理过的水源作为饮用水。柔佛州的地下水主要用于农业灌溉和农村供水，而非主要饮用水来源。通过关注此前地下水质量评估较为有限的柔佛州，本研究填补了这一知识空白，并为类似地区提供了参考。

本研究考察了悬浮固体（SS）、温度（TEMP）、电导率（COND）和浊度（TUR）等关键物理参数，因为它们能够指示颗粒物污染程度、热效应对生物或化学反应的影响、溶解离子的浓度以及影响水质清澈度和适用性的颗粒物存在情况（Babiker等人，2007年；Nguyen和Huynh，2023年）。氨氮（NH?-N）、氯化物（Cl）、磷酸盐（PO?）、砷（AS）和铁（Fe）等化学参数被认为极其重要，因为它们可能对人类或环境健康产生影响。例如，高浓度的氨氮通常表明有农业径流，而高浓度的氯化物可能表明盐水入侵或工业排放。过量的磷酸盐会导致水体富营养化，而砷和铁则会引起严重的健康问题，尤其是在依赖地下水饮用的地区（Adimalla等人，2020年；Gad等人，2023年；Ukah等人，2020年）。

本研究使用地下水质量指数（GWQI）进行综合评估，将多个参数值合成一个单一指数得分，从而便于跨地区和季节进行比较分析。为了计算GWQI，本研究揭示了空间分布和季节变化，有助于识别水质较差的区域。对GWQI的季节性时间序列分析进一步阐明了地下水质量随时间的变化情况，例如受降雨量或温度变化的影响，并揭示了人为活动和气候变化的影响。

针对某些参数（如砷、氨氮和氯化物）进行了健康风险评估，因为这些物质在灌溉水中存在时会对健康产生已知影响。通过将观测浓度与既定的安全限值进行比较（Farzana等人，2025年；Sivakumar等人，2023年），本研究评估了依赖地下水的社区的潜在健康风险。

本研究的主要目标是评估和保护柔佛州的地下水资源。具体而言，研究旨在通过整合多种物理和化学参数来使用GWQI评估地下水质量。通过基于GIS的插值和制图技术探讨了空间和时间变化，全面了解了研究区域的地下水动态。此外，研究还使用污染物剂量指数（CDI）、危害商（HQ）和危害指数（HI）等指标评估了接触选定污染物（特别是砷、氨氮和氯化物）的潜在健康风险。分析结果还与马来西亚国家饮用水标准（NDWQS）和世界卫生组织（WHO）的指导标准进行了比较，明确了合规和超标的区域。最后，研究结果被综合起来，提出了支持地下水可持续性的管理建议，重点关注最易受污染的地区。

材料与方法

柔佛州位于马来半岛南部，纬度介于1.4847°N至2.2715°N之间，经度介于103.4219°E至104.1881°E之间，占地面积约为19,210平方公里。灌溉用水的稳定质量是柔佛州农业生产力的关键决定因素，该地区属于马来西亚重要的农业区。该州具有热带雨林气候特征，湿度水平较高

地下水质量参数

本研究使用ArcGIS软件10.8.2根据先前选定的参数创建了地下水质量地图，如图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示。以下部分讨论了研究中考虑的各种参数。

结论

本研究阐明了马来西亚柔佛州关键地下水质量指标的空间分布和季节变化，强调了进行彻底地下水监测对于保护公众健康和促进可持续农业实践的必要性。研究结果表明，该地区的地下水适合用于灌溉，并揭示了水质的显著时间变化，表明存在较高的污染水平

作者贡献声明

Zaher Mundher Yaseen：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、项目管理、正式分析、概念化。Ibrahim Tabash：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源管理、方法论、调查、正式分析、数据整理、概念化

未引用参考文献

马来西亚矿业部工程服务部门，2004年；联合国粮农组织出版物目录，2023年；Tiwari和匿名作者，1985年；美国农业部，2024年；美国环境保护署，2017年；世界卫生组织，2001年。

利益冲突

作者声明与任何一方均无利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。