印度西部北方邦Yamuna-Hindon河间地区地下水地球化学过程与质量评估：对饮用水和灌溉用水的启示

本研究针对印度西部北方邦Bagpat地区Yamuna-Hindon河间带的地下水质量开展系统评估。研究人员采集105个地下水样品，通过ICP-MS等技术分析主要离子和重金属含量，揭示地下水化学特征受岩石风化主导，同时存在农业和工业污染影响。研究发现32%样品氟化物(F-)超标，84%样品铁(Fe)含量超标，部分区域存在农药残留。该研究为印度恒河平原这一重要农业区的水资源管理提供了科学依据，对保障饮用水安全和可持续灌溉具有重要意义。

　　

在印度恒河平原这片世界最肥沃的农业区，地下水正面临前所未有的挑战。作为80%农村人口和50%城市人口的饮用水源，以及85%灌溉用水的来源，地下水质量直接关系到数亿人的健康与粮食安全。然而，随着绿色革命后地下水超采加剧，以及无节制的工业化、城市化进程，这片被誉为"印度粮仓"的区域正遭受水质恶化与水位下降的双重威胁。特别是在北方邦Bagpat地区——这个以甘蔗种植闻名的国家首都区(NCR)组成部分，地下水中不断检出氟化物、重金属甚至农药残留，引发对饮用水安全和农业可持续性的深切忧虑。

为了系统评估这一关键区域的地下水状况，CSIR-中央矿业与燃料研究所(Central Institute of Mining and Fuel Research)的水资源管理团队开展了这项开创性研究。研究人员在2015年旱季采集了105个地下水样品，运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等先进技术，全面分析了pH值、电导率(EC)、总溶解固体(TDS)、主要阴阳离子(包括HCO₃^-、SO₄^2-、F^-、Cl^-、NO₃^-和Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺)以及12种重金属含量。同时选取5个农业区附近样品进行有机氯和有机磷农药检测。通过吉布斯图、皮珀三线图等地球化学分析方法，结合多元统计技术，揭示了控制地下水化学组成的关键过程。

研究采用了系统的质量控制措施：通过电荷平衡误差(CBE)验证主要离子数据的可靠性，误差控制在±5%以内；使用美国国家标准与技术研究院(NIST)的认证参考物质(CRM)1640a和1643验证重金属分析数据，回收率达95.3%-105%。采样过程中使用0.45μm微孔膜过滤样品，重金属样品用高纯HNO₃酸化保存，所有分析在采样后10天内完成以确保数据准确性。

研究结果揭示了该地区地下水化学的复杂特征：

pH、EC、TDS、TH和浊度方面：地下水呈中性至弱碱性(pH 7.05-8.69)，82%样品TDS超过饮用水标准(500 mg L^-1)，80%样品总硬度(TH)超标(200 mg L^-1)，39%样品浊度高于1 NTU。空间分布显示西南部TDS和TH值较高，可能与河流侧向补给有关。

主要离子化学特征：Piper图显示主要水化学相为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO₃^-(77%)和Na⁺-K⁺-HCO₃^--Cl^-(12%)。阳离子丰度顺序为Na⁺>Mg²⁺>Ca²⁺>K⁺，阴离子为HCO₃^->Cl^->SO₄^2->NO₃^->F^-。Na⁺对总阳离子贡献达40%，高于Ca²⁺(26.3%)和Mg²⁺(32%)。

重金属和农药分布：84%样品铁(Fe)含量超标(300 μg L^-1)，36%铝(Al)超标，21%锰(Mn)超标。农药分析检出林丹(γ-HCH)、β-硫丹和DDT异构体，其中Tikris村的狄氏剂浓度(5.93 μg L^-1)远超限值(0.03 μg L^-1)。

水文地球化学过程：吉布斯图表明岩石风化是控制地下水化学的主要过程。阳离子交换作用明显，残余Na⁺+Ca²⁺+Mg²⁺与Cl^-+F^-+NO₃^-高度相关(r²=0.969)，显示人为源贡献。主成分分析(PCA)提取的6个主成分解释了73.9%的方差，证实地质过程和人为活动共同影响水质。

灌溉和工业适用性评估：80%样品电导率(EC)在750-2250 μS cm^-1之间，属于中等盐度；所有样品钠吸附比(SAR)<10，属于低钠危害。但31%样品镁危害(MH)>50%，可能影响土壤渗透性。工业应用评估显示95%样品可能产生结垢(LSI>0)。

这项研究的重要意义在于：首次系统揭示了Bagpat地区地下水化学特征及其控制因素，为这一重要农业区的水资源管理提供了科学依据。研究发现的高氟、高铁及农药残留问题，直接关系到当地居民健康，特别是长期饮用可能导致的氟骨症等健康风险。提出的灌溉水质指数为农业用水选择提供了量化工具，而结垢倾向评估则对工业用水具有指导价值。研究强调需要加强农药使用监管，并建议在污染严重区域实施水质净化措施。该成果发表在《Geochemical Transactions》上，为印度恒河平原类似地区的地下水保护与管理提供了重要参考。