基于水质指数和多元建模评估沙特阿拉伯Makkah Al-Mukarramah省地下水在饮用与灌溉中的适宜性

水资源短缺和水质问题是许多地区面临的重大问题，尤其是在沙特阿拉伯Makkah Al-Mukarramah省等干旱和半干旱地区。本项工作旨在探讨影响地下水化学特征的地球化学机制，并通过多种水质指数（WQI）、GIS方法和偏最小二乘回归模型（PLSR）评估地下水资源。为此，采用常规分析程序对59口地下水井的不同物理和化学参数进行了检测。结果显示，离子平均含量顺序为：Na+ > Ca2+ > Mg 2+ > K+ 和 Cl− > SO42− > HCO32− > NO3− > CO3−。在蒸发作用以及与反向离子交换过程相关的咸水入侵压力下，主要水化学相为Ca-HCO3、Na-Cl、混合型Ca-Mg-Cl-SO4和Na-Ca-HCO3。饮用水水质指数（DWQI）表明，仅有5%的水井被归为适宜饮用的良好至极佳等级，而大多数水井（95%）水质较差至不适宜饮用，需要进行适当处理。此外，灌溉水水质指数（IWQI）表明，45.5%的水井被归类为农业利用受到高度至严重限制，仅能用于高耐盐植物。大多数水井（54.5%）被认为灌溉受中度限制或不受限制，对大多数植物不存在毒性风险。总溶解固体（TDS）、潜在盐度（PS）、钠吸附比（SAR）和残留碳酸钠（RSC）等农业指标的平均值分别为2572.30、33.32、4.84和−21.14。然而，研究区内的地下水水质随降雨量增加并进而补给第四纪含水层而有所改善。基于理化特性的PLSR模型已被证明是确定六种WQI的最有效替代技术。例如，所有IWQ的PLSR模型在Cal.数据集中的决定系数R2值介于0.848至0.999之间，在Val.数据集中介于0.848至0.999之间，且模型准确度在Cal.数据集中为0.824至0.999，在Val.数据集中为0.817至0.989。总之，将理化参数、WQI和多元建模与统计分析及GIS工具相结合，是一种成功且适应性强的方法体系，能够全面展现地下水水质及其主控机制。