尼日利亚南南地区伊武鲁水质参数评估及其对饮用水安全与环境健康的影响

《Cleaner Water》：Assessment of Water Quality Parameters in Iwuru, South-South Nigeria: Implications for Potability and Environmental Health

本研究针对尼日利亚南南地区伊武鲁地下水水质安全问题，通过系统采集27个点位水样，综合评估了pH、浊度、溶解氧、重金属等关键理化参数。研究发现多数指标符合尼日利亚饮用水标准（NSDWQ），但SL25（Orira）和SL26（Iwuru Obio）等点位出现浊度超标（9.73 NTU）和pH异常（4.00-4.60），铁含量在SL9、SL27等点位超过0.30 mg/L阈值。研究通过水质量指数（WQI）、污染负荷指数（PLI）等模型揭示局部污染特征，为热带地区地下水管理提供重要科学依据。

　　

在发展中国家，获得安全的饮用水仍然是一个严峻的挑战。全球范围内，约有22亿人缺乏可靠的清洁饮用水来源。在非洲，地下水是至关重要的资源，约占大陆淡水总量的三分之二。在尼日利亚这样的国家，尤其是在农村地区，来自钻孔和浅井的地下水是社区生存的关键。然而，地下水质量在许多发展中国家往往没有得到充分评估，导致重大的健康风险。地下水污染可能来自自然和人为来源，包括细菌、病毒、重金属和营养物质。这些污染物会显著降低水质并对公共健康构成威胁。在尼日利亚，钻孔已成为饮用水的主要来源，特别是在供水基础设施不足的地区。水质直接影响健康和生产力，劣质水会阻碍减贫努力和经济增长。儿童尤其容易受到劣质水的不利影响，据估计，尼日利亚每天约有530名儿童因与水有关的问题而死亡，这凸显了干预的紧迫性。

在此背景下，对特定区域的地下水质量进行详细评估显得尤为重要。位于尼日利亚南南地区克罗斯河州的伊武鲁地区，其地质和水文地质特征显著影响水质。该地区复杂的地质条件，以风化变质岩和有限的新鲜岩石露头为标志，对评估和管理地下水资源提出了挑战。在此类背景下有效管理水质需要进行全面的地质调查、持续监测和改善卫生实践，以确保受影响社区获得安全和可持续的供水。本研究旨在调查尼日利亚南南地区伊武鲁地下水的地球化学质量，评估其可饮用性和环境健康影响。其新颖性在于其详细的空间分析，识别了局部污染热点，并为未来的健康风险评估和环境监测提供了基础。

这项研究发表在《Cleaner Water》期刊上。为了评估伊武鲁地区的水质，研究人员从研究区域内的27个不同地点共收集了27个水样。每个采样点都使用Garmin全球定位系统（GPS）仔细记录以确保精确追踪水源。样品被收集在塑料罐中并在严格的预防措施下运输到实验室以保持样品完整性。在现场立即标记水样，并储存在保持约4°C的冰冷却容器中。样品在收集后6小时内运至克罗斯河州水务局实验室。现场参数，包括温度、pH、电导率（EC）和溶解氧（DO），使用预先校准的HANNA HI 98194多参数仪进行现场测量。实验室分析在克罗斯河州水务局有限公司（CRSWBL）的标准化实验室进行，遵循NSDWQ（2008）和APHA（2017）的指南。分析涵盖了物理化学参数（如pH、浊度、总溶解固体TDS）和重金属（如铜Cu、锌Zn、锰Mn、铁Fe）。关键的分析方法包括使用原子吸收光谱法（AAS）测定阳离子，使用滴定法测定阴离子，以及计算水质量指数（WQI）、污染负荷指数（PLI）和重金属评价指数（HEI）等水质指数。

3.1. 物理水质参数的空间和比较评估

对外观、色度、温度、pH、浊度、电导率（EC）、总溶解固体（TDS）和总悬浮固体（TSS）等参数进行了评估。结果显示，水温在27.0°C至30.3°C之间，属于环境温度。pH值在4.00至7.00之间，多数地区低于NSDWQ推荐的6.5-8.5范围，SL19（4.50）、SL20（4.00）和SL13（4.60）等地点酸性较强，存在腐蚀风险。浊度范围在2.25 NTU至9.73 NTU之间，SL25（9.73 NTU）、SL26（8.45 NTU）和SL27（9.00 NTU）等点位的浊度超过了5 NTU的限值，表明存在悬浮颗粒物。EC值在24.6 μS/cm至111.90 μS/cm之间，远低于1000 μS/cm的标准。TDS在12 mg/L至55.0 mg/L之间，TSS在0.001 mg/L至0.025 mg/L之间，均远低于NSDWQ标准（分别为500 mg/L和0.1 mg/L）。空间分布图显示，东北部地区温度较高，南部部分地区（如SL25-SL27）的浊度、TDS和EC值相对较高。

3.2. 关键物理化学参数的空间分布与评价

分析了总碱度、溶解氧（DO）、镁、钙、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物和氟化物等参数。总碱度在12.5 mg/L至20.0 mg/L之间，远低于200 mg/L的标准。DO水平在1.59 mg/L至4.00 mg/L之间，全部低于通常与良好水质相关的5 mg/L阈值，表明氧气可用性有限，可能与有机物分解和微生物呼吸有关。镁含量在4.50 mg/L至13.00 mg/L之间，钙含量在9.5 mg/L至24.0 mg/L之间，总硬度在14.5 mg/L至36.0 mg/L之间，均低于NSDWQ限值。硝酸盐浓度在6.25 mg/L至18.0 mg/L之间，亚硝酸盐在0.01 mg/L至0.15 mg/L之间，均低于标准。硫酸盐浓度在18.5 mg/L至33.0 mg/L之间，磷酸盐在12.6 mg/L至30.2 mg/L之间，氯化物在12.2 mg/L至60.0 mg/L之间，氟化物在0.01 mg/L至0.35 mg/L之间，全部在允许限度内。空间分布图揭示了参数的区域差异，例如SL25和SL26周围的硝酸盐水平升高，南部地区的氯化物浓度较高。

3.3. 痕量金属浓度的空间分布与分析

评估了铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）和铁（Fe）的浓度。铜浓度在0.10 mg/L至0.31 mg/L之间，锌在0.08 mg/L至0.40 mg/L之间，锰在0.01 mg/L至0.03 mg/L之间，全部低于NSDWQ标准（分别为1.00 mg/L、1.50 mg/L和0.05 mg/L）。铁浓度在0.21 mg/L至0.45 mg/L之间，在SL9、SL7、SL8、SL11、SL17、SL23、SL24和SL27等多个地点的铁含量超过了0.30 mg/L的允许限值。空间分布图显示，铜和锌的污染水平较低，而铁污染在几个地点较为普遍，需要进一步调查和潜在的缓解措施。

3.4. 采样点水质指数（WQI）评价

计算了27个地点的WQI值，范围在20.3至61.3之间。大多数地点（25个）的WQI属于“优秀”类别，表明水质良好，适合人类消费。SL6（61.3）和SL25（59.8）的WQI被归类为“良好”，表明这些地点的污染物浓度相对较高。SL1（20.3）、SL19（20.4）和SL17（23.7）的WQI值最低，水质最优。WQI的空间变异性反映了影响水质的当地因素，如靠近污染源、土地利用和自然地球化学变化。

3.5. 重金属污染综合评价

使用污染因子指数（CFI）评估了铜、锌、锰和铁的污染水平。所有地点的单个CFI值均为负值，表明这些金属的浓度低于NSDWQ的比较阈值，污染程度“低”。总CFI（ΣCFI）值在-22.50至-23.83之间，均归类为低污染水平。这表明所研究地点的水源受到重金属的污染最小。尽管铁浓度在几个地点超标，但CFI评估显示其总体污染风险较低。

3.6. 重金属污染、PLI和灌溉适宜性评估

污染负荷指数（PLI）值在0.00001至0.00130之间，显著低于1，表明所有地点重金属的累积污染水平很低。重金属评价指数（HEI）值在1.17至2.50之间，全部属于“低”污染等级，确认了与重金属暴露相关的健康风险最小。镁吸附比（MAR）用于评估灌溉适宜性，多数水样被归类为“适宜”灌溉，但SL3、SL4、SL12、SL13等一些样品被归类为“不适宜”，表明这些水源长期用于灌溉可能对土壤结构和肥力产生负面影响。

本研究得出结论，伊武鲁地区的地下水质量总体符合尼日利亚饮用水标准（NSDWQ），但存在局部化的水质问题。尽管大多数物理化学参数和重金属浓度在安全范围内，但在特定地点（如SL25、SL26、SL27）发现的pH值偏低、浊度超标、溶解氧不足以及铁含量升高等问题，表明了潜在的污染风险，需要引起关注。这些问题的根源可能包括有机污染、工业来源污染或地质条件的影响。

研究的空间分析成功识别了污染热点区域，主要集中在研究区的东北部。这为实施有针对性的干预措施提供了科学依据。计算的水质指数（WQI）、污染负荷指数（PLI）和重金属评价指数（HEI）等综合指标表明，大部分地区的水质为“优秀”或“良好”，整体污染风险较低。然而，镁吸附比（MAR）分析提示，部分水源用于灌溉时可能存在土壤退化风险，需要谨慎管理。

该研究的意义在于为伊武鲁及类似地质条件地区的地下水资源管理提供了重要的基线数据和决策支持。研究结果强调了对地下水质量进行持续监测的必要性，特别是在已识别的热点区域。建议采取改善卫生设施、控制污染源以及推广适当的水处理技术等措施，以保障饮用水安全。从政策层面看， findings 呼吁加强社区为基础的水质监测网络，并严格执行水安全法规。此外，推广低影响农业实践和升级废水处理基础设施，对于减少人为污染负荷至关重要。最终，这项研究通过详细的科学评估，为实现可持续的水资源管理和保障公共健康安全做出了贡献，这与联合国可持续发展目标（SDG）6——“清洁饮水和卫生设施”的目标高度一致。