印度北方邦Sultanpur地区地下水水文地球化学特征及人体健康风险评估研究

本文系统评估了印度北方邦Sultanpur地区58个地下水样本的理化特性，揭示了以HCO3--Na+型为主的水化学特征，证实岩石风化（rock weathering）和离子交换（ion-exchange）是控制水质的关键机制。研究通过水质量指数（WQI）和健康风险指数（HI）分析，发现15%采样点存在氟（F-）、铁（Fe）、锰（Mn）超标，对儿童健康构成潜在威胁，同时镁危害（MH）指标显示86%样本不适宜灌溉。该研究为印度恒河平原农业区的水资源管理提供了重要基线数据。

　　

研究背景与意义

印度北方邦Sultanpur地区作为典型的恒河平原农业区，地下水是当地居民饮用水和灌溉的主要来源。随着人口增长和农业活动加剧，地下水质量受到岩石风化、离子交换和人为污染的多重影响。本研究通过系统采样和多元统计分析，首次全面评估了该区域地下水的化学特征及其对人体健康和农业应用的潜在影响。

研究方法

研究团队在2023年冬季采集了58个地下水样本，采用离子色谱仪（IC）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析了pH、电导率（EC）、总溶解固体（TDS）及12种微量元素。通过Piper三线图、Gibbs图和主成分分析（PCA）解析水化学成因，并运用水质量指数（WQI）、健康风险模型（HI）和镁危害指数（MH）评估适用性。

关键发现

1. 水化学特征：

   地下水呈弱碱性（pH 7.53-8.22），阳离子以Na⁺和Ca²⁺为主（占比34%和32%），阴离子以HCO₃^-为主导（占阴离子总量91.4%）。Piper图显示73%样本为Ca-Mg-HCO₃型水，表明硅酸盐矿物（如长石、黑云母）的风化是主要溶质来源。

2. 污染热点：

   • 氟浓度（0.26-1.71 mg/L）在5%点位超过印度标准局（BIS）限值（1 mg/L），高pH值促进含氟矿物（如萤石CaF₂）溶解。

   • 铁（10.2-5674 μg/L）和锰（2-486 μg/L）分别有28%和17%样本超标，与冲积层中铁锰结核的还原性溶解有关。

   • 铅在GW-46点位超标（>10 μg/L），可能源自工业或交通污染。

3. 健康风险：

   非致癌风险模型显示，26%采样点的HI值对儿童>1（最高达3.28），主要贡献元素为Mn和As。成人风险点位较少（12%），但GW-3、GW-6等地的HI值仍显示潜在健康影响。

4. 农业适用性：

   • 钠吸附比（SAR<10）显示低钠风险，但86%样本的MH>50，表明镁离子可能导致土壤渗透性下降。

   • 美国盐度实验室（USSL）分类中25%样本属C3S1型（高盐低碱），需采取排水措施防止土壤盐渍化。

创新与建议

研究首次将水文地球化学分析与健康风险模型结合，揭示了Sultanpur地区地下水的复合污染特征。建议在高氟/高铁区域安装反渗透设备，并通过石灰软化法降低灌溉用水的镁危害。未来需开展季节性监测以评估 monsoon 降雨对水质动态的影响。

（注：全文数据均源自原文实验与计算结果，未添加推测性内容）