印度普里地区沿海含水层地下水的水文地球化学特征分析及质量评估：一种多元统计方法

《Scientific Reports》：Hydro-geochemical characterization and evaluation of groundwater quality in the coastal aquifers of Puri District, India: a multivariate statistical approach

　　

摘要

本研究对印度奥里萨邦普里地区的沿海含水层中的地下水进行了水文地球化学特征分析及水质评估。由于该地区城市化进程迅速且靠近孟加拉湾，了解地下水的化学成分对于判断其是否适合家庭用水和农业灌溉至关重要。研究在四个不同季节采集了80份地下水样本，对其主要离子及物理化学参数进行了分析。阳离子的浓度顺序为Na⁺ ?＞?Ca²⁺ ?＞?Mg²⁺ ?＞?K⁺，而阴离子的浓度顺序则为Cl^? ?＞?HCO?＞?SO?＞?NO。通过Piper三线性图对水化学类型进行解析后发现，雨季时地下水主要为淡水型的Ca–HCO₃型，而在雨季前及冬季则转变为混合型的Ca–Mg–Cl型和Na–Cl型，这表明该地区存在活跃的阳离子交换现象以及局部盐碱化问题。吉布斯图显示，对于90%的样本而言，岩石风化是决定其基础矿化度的主因，而另外10%的样本则是由蒸发浓缩作用导致的。热力学建模结果显示，方解石处于持续过饱和状态（SI值在+0.068至+0.524之间），而岩盐和石膏则处于显著欠饱和状态（SI值分别小于-6.5和-2.2），这说明蒸发岩溶解并非该地区盐度升高的主要原因。结合Na⁺/Cl^?比值以及以氯离子为主的水化学类型，这些结果表明沿海含水层系统中可能存在咸水与淡水的混合现象。通过IBM-SPSS软件中的主成分分析方法进行多变量统计分析后，提取出了三个主成分，它们能够解释超过91%的总方差，从而成功区分了地质作用导致的矿物溶解与人为因素引起的硝酸盐富集现象（PC3的负荷值为0.92）。水质指数评估显示，58–83%的地下水样本适用于饮用，品质属于优良级别；而灌溉适宜性指标，尤其是SAR指标，则表明74–92%的样本适合用于农业灌溉，不过在部分沿海区域观察到了水质下降的现象。这种结合热力学分析与统计方法的综合框架为地下水流动路径提供了可量化的诊断依据，有助于在脆弱沿海地区实施有针对性的可持续水资源管理，从而实现可持续发展目标6的要求。