随着时间的推移,水危机在全球变得越来越严重。据报道,在发展中国家,80%的疾病和超过1/3的死亡是与水有关。全球70多个国家中,大约137,000,000人可能受到饮水砷中毒的影响。巴基斯坦和中国同样也面临着地下水中砷污染问题。拉合尔是巴基斯坦人口数量位居第二的大城市,人口密集,地下水是重要的饮用水来源。从十年前开始,拉合尔市就面临着砷污染问题,地下水中的砷浓度高达166 lμg/L,远远超过WHO的最高限值10 μg/L。大同盆地位于中国北方,地下水是包括大同市在内以及下辖的10个城镇和61个村工农业用水的重要水源。关于慢性砷中毒影响的报道最早出现于二十世纪90年代第一次。据报道,区域地下水砷浓度高达1820μg/L,受高砷地下水(>50μg/L)影响人口高达36,676人,砷中毒患者高达3296人。本文的主要研究目标是将巴基斯坦拉合尔与大同盆地的沉积含水层进行比较,以识别诱发含水层中砷释放和富集的不同机制。大同盆地和巴基斯坦拉合尔均为典型的高砷地下水分布区,但气候差异大,前者为亚热带大陆性气候,雨水充足,后者属于大陆性半干旱季风气候。作为沉积含水层,水化学形成过程非常复杂,且近年来大同盆地开展了比较深入的水文地球化学研究。基于这两个主要的原因,特选择大同盆地进行比较,以识别不同地球化学环境含水层砷富集的原因。研究内容包括：(1)拉合尔源头和配水系统水质评价；(2)拉合尔高砷地下水的水化学特征、影响因素和形成过程；(3)拉合尔富砷含水层的沉积地球化学；(4)中国大同盆地下水水化学特征分析；(5)中国大同盆地和巴基斯坦拉合尔地下水中砷的来源、水文地球化学演化过程和影响因素对比。研究结论如下：(1)对采集于巴基斯坦拉哈尔市的50个饮用水样品(16个取自源头,34个取自配水系统)的物理、化学和生物参数分析显示,与地下水源样品进行比较,绝大部分配水系统样品的平均含量更高,检测到不同含量的微量元素,包括Cr(8个样品)、Fe(18个样品)、Cu(18个样品)、Zn(13个样品)和Pb(14个样品)。但除了14个样品中有5个样品中铅超出了WHO限值(Pb>0.01mg/L),其余微量元素几乎都在WHO饮用水允许范围内。细菌学分析发现,42%的样品(12%来自源头,55%来自配水系统)达不到WHO标准,尤其是分布式地下水,并不能作为安全的饮用水。地下水类型主要的是HCO3-Mg型,其次是HCO3-Ca型,碳酸盐岩的风化是控制溶解/沉淀的主要过程。主成分分析(PCA)显示As浓度与S042-密切相关,还原性溶解和pH控制的解吸可能是造成拉合尔高砷的原因。(2)为评价拉合尔地区源头水的砷浓度,在拉合尔7个城镇的共收集474个管井样品。分析显示,TH、TDS、HCO3-、NO3-和As存在明显的空间变化。总体上,城市东南部TH和HC03-较高,而北部As浓度较高。大部分水样品的As浓度高于WHO的最高限值。生活污水和商业废水随意排放并通过开放的渠道最终进入拉维河,可能导致研究区内部分地区(东部地区同样较高)N03的浓度增大。地下水类型排序如下HCO3·S04-Mg.Ca>HCOI3.SO4-Ca.Mg>HCO3.SO4-Cl-Mg.Ca>HCO3·SO4-Ca.Mg>HCO3·SO4-Ca>HCO3·SO4-Mg.Ca。系统聚类分析(HCA)显示,pH值对As、F-、NO3和N02-有显著影响,而HC03-是TDS的主要贡献者。矿物溶解/沉淀、pH、好氧条件、人类活动、大气传输/湿沉降、微生物活动和表层土壤特征影响地下水中As(Ⅲ)和As(V)值的增大。(3)对采集于拉合尔不同地区管井中的30个地下水样品进行了同位素和重金属分析。主成分分析(PCA)分析表明,砷含量受氧化还原反应、矿物溶解过程和蒸发作用的影响。同位素分析发现,样品中的δ180和δ2 H变化范围分别是-51.04‰～-8.178‰和-33.92‰～-5.846‰。除了5个点,其它点都分布在大气降水线上,表明该区域蒸发作用较弱。根据曲线斜率,推测可能存在土壤水分蒸发和雨水下渗的混合作用。(4)共收集了来自拉合尔东北部高砷地下水分布区的沉积物样品进行XRD和形态分析。结果表明,该区沉积物由粘土、细砂、粉砂、粗砂组成,主要矿物组成为石英和伊利石。沉积物提取分析也表明,强烈吸附态的砷和与无定形的铁氧化物化铁和非晶态铝共沉淀的砷、与结晶的铁氢氧化物结合态的砷含量均很高。因此,在拉合尔,硅酸盐是地下水矿物的主要组成部分,且沉积物砷含量与Fe和Mn有关。(5)对采自于大同盆地的87个地下水样数据进行分析,并结合现有大同盆地高砷地下水研究基础,与拉合尔的高砷地下水进行了比较。数据分析采用IBMSPSS Statistics 21版,结果表明,拉合尔地区地下水样品中的五5个主要因子(PC1、PC2、PC3、PC4和PC5)的数据方差为77.07%,大同盆地地下水样品6个主要因子(PC1、PC2、PC3、PC4、PC5和 PC6)的数据方差为78.3%。地下水中As浓度主要受氧化还原条件、溶解和蒸发作用影响。大同盆地地下水中元素组成的变化比拉合尔地区显著。Na+和HC03是大同盆地和拉合尔地区地下水中的主要离子。在大同盆地,大多数低砷地下水样品为HC03-Mg(Ca)Na和HCO3·SO4(Cl)-Na(Mg)型,而大多数高砷地下水样品为HCO3-Na(Mg)和 HCO3·Cl-Na(Mg)型水。大同盆地地下水As与B的正相关性不显著,与Cr、Cu、Fe、Li、 Ni、Pb、Se、Sr、V、Zn、Ti呈负相关关系,但在拉合尔却相反,地下水水中的As与 Fe (r=0.41)、Ba (r=0.25)、Zn (r=0.22)、Cr (r=0.23), Mn (r=1.43)和 Si(r=0.131)有明显的相关性。拉合尔地下水相关性分析表明：水中硼和砷的来源是不同的,而砷、铁、铬、锌、硅的来源则是相同的,还原环境中可能会增强拉合尔地下水中砷的迁移性。两个研究区的沉积物地球化学存在一定的差异,大同盆地沉积物样品的砷含量为2.45-27.38 mg/kg,平均值9.4 mg/kg,拉合尔砷含量为0-81 mg/kg,平均含量6mg/kg o在拉合尔用1.6-240m深度的沉积物与现代松散沉积物比较,几乎比大同盆地沉积物中的砷含量高出近两倍。大同盆地沉积物中的砷主要以吸附态或铁锰矿物结合态存在,而在拉合尔地区,伊利石、石英、绿泥石和蛇纹石是是沉积物中砷的主要载体。按照WHO的限值,大同盆地地下水中的硼、砷、盐度是造成水不安全的原因,除了原生砷异常,煤矿开采和工业活动对地下水有很大污染。而在拉合尔,所有城镇地下水的砷含量均很高,Nishter Town(工业区)的Ittifaq殖民地(NI-41)砷浓度最高,Gunj Bakhsh Town As超标率最高(17.4%),Nishter town位居第二(16.4%), Ravi town最低(3%),这预示着大多数管井都需要持续的评估和检测以保证当地人的健康。研究区北部和南部TDS和HCO3-均较高,SO42-在研究区北部集中分布,除了生活污水和工业污水,地下水位下降、农业活动、垃圾填埋场管理不善等问题也是地下水污染的原因之一。