孟加拉国西南部沿海地下水质量及盐碱化脆弱性的水文地球化学评估

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Hydrogeochemical Assessment of Coastal Groundwater Quality and Salinization Vulnerability in Southwestern Bangladesh

摘要沿海地下水系统面临盐渍化和重金属污染威胁，本研究通过物化参数、主离子分析及多元统计，对孟加拉国西南部Tala地区90-100米深中间含水层进行水文地质评估，发现地下水以Ca-Mg-HCO3型淡水为主，但存在局部Na-Cl型盐渍化风险，砷和铁污染主要源于铁矿物还原溶解作用，自然地质过程主导地下水化学特征。

　　

阿兰尼·米特拉·阿德里（Arani Mitra Adri）|贾希达·伊斯兰·乔蒂（Jahida Islam Jyoti）|A.H.M. 塞利姆·雷扎（A.H.M. Selim Reza）|穆尼鲁尔·伊斯兰（Munirul Islam）|萨迪亚·舒斯米塔·伊斯兰（Sadia Shusmita Islam）

拉杰沙希大学（University of Rajshahi）地质与矿业系，拉杰沙希 - 6205，孟加拉国

摘要

孟加拉国西南部的沿海地下水在家庭和农业供水方面发挥着关键作用，但正日益受到盐碱化和地质污染的威胁。本研究利用物理化学参数、主要离子、痕量金属、多元统计分析以及空间分布图，对塔拉区（Tala upazila）的地下水进行了综合水文地球化学评估。通过多种水文地球化学技术评估了地质化学过程和水的适应性。水文地球化学相分析显示，Ca–HCO₃和Mg–HCO₃相占主导地位，表明目前该地区主要为淡水含水层系统。然而，局部Na–Cl相和混合相特征表明，在水文条件和抽取量变化的情况下，盐碱化风险正在增加。砷和铁的浓度升高对健康构成严重威胁，尤其是通过饮用水摄入。这些现象主要归因于与含铁矿物还原溶解相关的地质过程。多元统计分析进一步证实，地下水化学成分主要受自然地质过程控制，而非海洋水入侵。研究结果强调了淡水含水层系统面临的质量恶化风险，并强调了在孟加拉国沿海地区进行持续监测和主动地下水管理的必要性。

引言

在全球许多低洼三角洲地区，沿海地下水系统是家庭、农业和工业用水的重要来源。这些系统正日益受到自然和人为因素共同导致的地下水盐碱化的威胁，包括海平面上升、上游河流流量减少、过度抽取地下水以及土地利用变化（Dun等人，2022；Fu等人，2022；Lapworth等人，2022；Abd-Elaty和Polemio，2023；Abd-Elaty等人，2024）。在人口密集且地表水资源有限的地区，沿海含水层尤为脆弱（Sbai等人，2021）。因此，地下水质量下降已成为水资源安全和公共卫生的主要问题（Li等人，2021；Lapworth等人，2022；Dao等人，2023）。

孟加拉国位于世界上最大的三角洲系统内，面临着严重的沿海地下水盐碱化问题（Worland等人，2015；Islam等人，2019；Roy和Zahid，2021；Sarker等人，2021）。潮汐河流、季节性季风补给以及孟加拉盆地的复杂沉积含水层系统都对西南沿海地区产生影响（Roy和Zahid，2021；Zhang等人，2023）。在孟加拉国沿海的水文地质框架中，根据井深和水文地层特征，地下水含水层通常被分为浅层（<50米）、中层（约50–150米）和深层（>150米）系统（Lapworth等人，2018）。先前的研究表明，该地区的浅层含水层存在盐碱化现象，地表水也受到盐碱化影响，同时地下水中砷和铁的含量较高（Islam等人，2020；Rahman等人，2022；Hoinkis等人，2023；Sazeed等人，2025）。然而，许多研究仅关注浅层含水层、地表水系统或孤立的水文地球化学指标，对中层含水层及其对盐碱化过程的脆弱性关注较少。

除了盐度问题外，砷和铁的污染在孟加拉国许多地区也构成严重的公共卫生风险（Islam等人，2020；Hoinkis等人，2023；Sazeed等人，2025）。地下水中的砷浓度通常与地质过程有关，特别是厌氧含水层中铁氧氢化物的还原溶解过程，这是砷迁移的主要机制（Chakraborty等人，2015；Szubska & Be?dowski，2019）。铁污染常常伴随砷污染，进一步影响地下水质量及其处理方式（Rahman等人，2022）。尽管人为活动可能对地下水化学成分产生局部影响，但砷和铁的迁移主要受地质因素控制，例如孟加拉盆地沿海和三角洲含水层中微生物介导的铁氧氢化物还原溶解（Chakraborty等人，2015；Das等人，2020）。

为了识别沿海含水层中的重要地质化学过程和岩水相互作用，水文地球化学表征通常使用主要离子化学、水文地球化学相分析和多元统计方法（Chucuya等人，2022）。Ca-HCO₃和Mg-HCO₃相通常与淡水补给环境相关，而Na-Cl或混合Ca-Cl相可能表明由于海洋影响、蒸发或离子交换过程导致盐度升高（Sappa等人，2012）。重要的是，局部盐度证据并不总是海水入侵的标志，但在水文条件变化的情况下可能预示着早期或正在发展的盐碱化过程（Han和Currell，2018；Cantelon等人，2022；Su等人，2025）。

塔拉区（Tala upazila）位于孟加拉国西南沿海地区，是内陆淡水含水层与咸水沿海环境之间的过渡带，具有淡水和咸水影响的混合特征（Rahman & Zhao，2020）。该地区地下水抽取量不断增加，安全地表水资源有限，对地下水的依赖程度日益增加（Rahman & Zhao，2020）。尽管存在这些挑战，对该地区中层地下水的详细水文地球化学评估仍是一个亟待解决的研究课题，这反映了孟加拉国其他沿海地区的类似问题（Laboni等人，2025；Hossain等人，2025）。特别是，盐碱化脆弱性、砷和铁污染以及潜在的河流-地下水相互作用的综合评估尚未得到充分研究。

因此，本研究旨在：（i）描述塔拉区沿海地区中层含水层（90–100米）的水文化学特性和地下水质量；（ii）确定控制地下水成分的主要水文地球化学相和关键地质化学过程；（iii）评估地下水盐碱化的程度，并评估含水层对沿海水文影响的脆弱性，而不假设海水入侵广泛或活跃；（iv）评估饮用水中砷和铁的浓度升高情况。通过结合物理化学分析、主要离子化学、多元统计技术和空间分布图，本研究为了解这一水文地质敏感地区的地下水质量和未来盐碱化风险提供了全面的基准。

研究地点描述

本研究在萨特基拉区（Satkhira district）的塔拉区（Tala upazila）进行，该地区的含水层深度范围为<50至>150米（Lapworth等人，2018），位于孟加拉国西南部沿海地带。塔拉区占地面积约为344平方公里，纬度在22°30′至22°50′之间，经度在89°00′至89°20′之间。该区北邻贾绍尔区（Jashore district），南接阿萨苏尼区（Assasuni upazila）和德巴塔区（Debhata upazila），西邻...

地下水的物理化学参数

根据世界卫生组织（WHO，2011）的标准，地下水样本的pH值介于7.16至8.11之间，平均值为7.52（表1）。这表明水呈微碱性，适合饮用和灌溉（Bahar等人，2010）。氧化还原电位（ORP）介于114.2至227.2 mV之间（平均值205.09 mV）（Alam等人，2007），表明环境具有中等氧化性，有利于溶解金属和离子的稳定。

结论

本研究评估了孟加拉国西南部塔拉区沿海地区中层含水层（90–100米深度）地下水的化学特性和盐度状况。Ca–HCO₃和Mg–HCO₃相占主导地位，电导率较低至中等，表明该地下水系统目前为淡水系统，未受到广泛的海水入侵影响。然而，局部盐度特征的存在表明含水层仍存在...

资金来源

本研究未获得任何资金支持

数据可用性

数据可应要求提供

作者的伦理责任

作者声明：“所有作者均已阅读、理解并遵守《作者指南》中的‘作者伦理责任’相关内容。”

CRediT作者贡献声明

萨迪亚·舒斯米塔·伊斯兰（Sadia Shusmita Islam）：写作 – 审稿与编辑、可视化。A.H.M. 塞利姆·雷扎（A.H.M. Selim Reza）：写作 – 审稿与编辑、验证、监督、调查。穆尼鲁尔·伊斯兰（Munirul Islam）：写作 – 审稿与编辑、可视化。贾希达·伊斯兰·乔蒂（Jahida Islam Jyoti）：写作 – 审稿与编辑、可视化、正式分析、概念构建。阿兰尼·米特拉·阿德里（Arani Mitra Adri）：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件应用、方法论、正式分析、数据管理、概念构建

未引用的参考文献

Bahar和Reza，2010；Beyene，2015；Freez和Cherry，1979；Giménez-Forcada，2014；Kaluarachchi和Alila，2025；Kelley，1951；Shrestha和Kazama，2007；美国盐度实验室工作人员，1954。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。