综述：伊善高原地下水水文地球化学评价（尼日利亚南部）

《Cleaner Water》：Hydrogeochemical Evaluation of Groundwater Resources of the Ishan Plateau, Southern Nigeria

本文系统评价了尼日利亚南部伊善高原34口井的地下水水质，揭示了其呈弱酸性、铁含量偏高但整体符合世界卫生组织（WHO）饮用水标准（除pH和Fe外）的特点。通过Piper三线图、Schoeller图和Gibbs图等分析，明确了主要离子组成及水化学类型（以混合型为主），并证实该地下水为软水、淡水，极适宜灌溉。研究为区域水资源可持续管理提供了关键科学依据。

　　

引言

地下水是维持生命、支持农业和工业发展的关键资源，尤其在依赖季节性水源或地表水稀缺的地区，其重要性更为凸显。随着人口增长、农业扩张以及潜在污染源压力的增加，对特定区域地下水水质进行全面评估显得至关重要。尼日利亚南部的伊善高原便是这样一个区域，当地居民长期依赖雨水、手挖井、池塘和季节性河流作为主要水源，但这些水源极易受到人类活动的影响而污染。因此，本研究旨在系统评估伊善高原主要含水层系统的地下水水质，为其可持续开发利用提供科学依据。

研究区域概况

伊善高原地处尼日利亚南部，地理坐标范围为北纬6°30’至6°50’，东经5°55’至6°29’，面积约2424平方公里。该地区人口稠密，拥有超过250个社区，估计人口约96万。高原表面地势大致平坦，但被地表排水和溪流切割出深邃的河谷，海拔普遍超过400米，最高点位于Ivue，超过450米。该地区面临的主要挑战是安全饮用水的短缺。

在地质构造上，该区域主要由四种地质单元构成：伊莫页岩（Imo Shale，古新世）、阿梅基组（Ameki Formation，始新世中期）、奥格瓦希-阿萨巴组（Ogwashi-Asaba Formation，渐新世至中新世）和贝宁组（Benin Formation）。其中，奥格瓦希-阿萨巴组以其富含褐煤、粘土和钙质页岩为特征，这些岩层通常富含Fe₂O₃，是影响当地地下水化学性质，特别是铁含量的重要地质背景。

材料与方法

研究团队从高原上的34口钻井中随机采集了水样。采样使用灭菌采样瓶和点源贝勒采样器（Point-Source Bailer）完成，采样点位置通过GPS（Garmin Etrex 20）精确定位。对水样进行了物理化学参数的原位测量（如pH、温度、总溶解固体TDS、电导率EC等）和实验室分析。实验室分析主要针对主要阳离子、阴离子和重金属浓度，使用了原子吸收光谱法（AAS）和滴定法。获得的数据随后运用IBM SPSS 25.0、Aquachem 9.0等软件进行了主成分分析（PCA）、聚类分析、相关性分析以及Piper图、Schoeller图、Gibbs图等水文地球化学图解分析。

结果与讨论

基本水质参数：

分析结果显示，该地区地下水总体呈弱酸性。在所采集的样本中，仅有来自Ugboha、Ewu和Ogwa的样本（占8.8%）的pH值落在世界卫生组织（WHO）建议的饮用水标准范围（6.5-8.5）内，其余样本的pH值均低于6.5（范围在5-6.3之间）。这种酸性特征可能与地层中硫化物的氧化、有机质分解以及铁铝水解有关。总溶解固体（TDS）、电导率（EC）、硬度、碱度、氯化物（Cl^-）、硝酸盐（NO₃^-）、硫酸盐（SO₄^2-）、锌（Zn）、钠（Na⁺）和镁（Mg²⁺）等参数的浓度均低于WHO的限值。颜色和浊度在部分新钻井（如Orhua, Okemuen等）样本中较高，且二者呈现强相关性（相关系数达0.891），这可能是由于钻井尚处于开发阶段所致。

铁和锰的含量：

高浓度的铁是研究区地下水面临的主要问题之一。铁含量范围在0.01 – 1.39 mg/L之间，在北部地区和较深的钻井中（如Umukpe, Irrua, Ekpoma等地），许多样本的铁含量超过了WHO规定的0.3 mg/L限值。这主要归因于奥格瓦希-阿萨巴组和下伏阿梅基组地层中褐煤和页岩的风化分解，导致铁离子被淋滤进入含水层。虽然高铁含量本身对人体健康影响不大，但会导致衣物染色、产生异味，并可能腐蚀管道。锰（Mn）的含量范围在0.01 – 0.21 mg/L之间，绝大多数样本符合WHO标准（限值0.2 mg/L），仅Ekpan一样本略超限。

水化学类型与成因：

Piper三线图分析揭示了四种水化学类型：CaCl₂型、NaCl型、MgHCO₃型和混合型，其中以混合型水为主（占91.2%），这表明没有明显的优势阳离子或阴离子，进一步证实了地下水属于软水和淡水。仅有三个样本（Ehor, Igueben, Irrua，占8.8%）可归类为CaCl型水。Schoeller半对数图显示，Cl^-、HCO₃^-、Ca²⁺和Na⁺是水中主要的离子，但同样没有单一离子占据绝对主导地位。Gibbs图则清晰地表明，地下水化学组成主要受岩石风化和降水共同控制。

相关性分析与灌溉适用性：

物理化学参数间的相关性分析（见表1）揭示了一些有意义的关系。例如，浊度与颜色、悬浮固体（SS）之间存在高度显著的正相关。硬度与电导率（EC）、钙离子（Ca²⁺）和镁离子（Mg²⁺）之间也存在显著相关性。计算得到的钠吸附比（SAR）值在0.33至0.89之间，根据美国盐度实验室（US Salinity Laboratory, 1954）的分类标准，该值属于“极佳”级别，表明该地下水非常适合用于灌溉，不会对土壤渗透性造成钠害风险。

结论

对伊善高原的水文地球化学评估表明，地下水水质更多地受到地质成因（即原生环境）的影响，而非人为活动。地下水呈弱酸性，主要水化学类型为混合型，属于软水、淡水。北部地区地下水铁含量超标主要源于含铁丰富的地层（如奥格瓦希-阿萨巴组）的风化分解。尽管存在pH值和铁含量方面的挑战，但绝大多数水质参数符合国际标准，特别是其极低的钠吸附比（SAR）证实了该地下水资源在农业灌溉方面具有优异的品质。这项研究为理解和可持续管理伊善高原这一重要水资源提供了坚实的基础。