基于GIS与CMIP6整合模型的孟加拉国北部地下水灌溉质量动态评估及可持续管理策略

本研究针对孟加拉国Islampur地区地下水灌溉质量时空变异问题，创新性地结合GIS空间分析、多元统计建模和CMIP6气候情景，开发了首个适用于季风影响冲积含水层的季节性自适应灌溉水质量指数（IWQI）。研究揭示了地下水化学类型从旱季Ca-Mg-Cl向雨季Ca-Mg-HCO3的转变规律，发现西北部区域持续存在水质风险，并预测气候变化将加剧水文循环季节性波动。该成果为热带季风区农业水资源管理提供了动态评估框架。

　　

在气候变化和农业集约化的双重压力下，孟加拉国作为全球地下水灌溉依赖度最高的国家之一，其北部冲积平原正面临日益严峻的水质挑战。该地区80%的灌溉用水依赖地下水，但传统的水质评估方法存在明显缺陷——基于干旱地区开发的静态灌溉水质量指数（IWQI）无法捕捉季风气候区特有的水文地球化学动态，且忽视磷酸盐等关键农业污染指标。这种评估盲区导致水资源管理者难以精准识别高风险区域，特别是在降水模式剧烈变化的背景下。

针对这一科学难题，孟加拉农业大学（Bangladesh Agricultural University）的研究团队在Jamalpur地区的Islampur Upazila展开了一项跨学科研究。通过整合地理信息系统（GIS）、多元统计分析和第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）气候预测模型，研究人员首次构建了适用于季风气候区的动态水质评估框架。相关成果发表在《Results in Engineering》期刊，为热带地区农业水资源适应性管理提供了新范式。

研究团队采用多技术融合的方法体系：1）在2024年旱季（4月）和雨季（10月）采集24个站点的地下水样本，检测12项理化指标；2）通过主成分分析（PCA）和因子分析确定参数权重，开发季节性自适应IWQI；3）运用反距离加权（IDW）空间插值绘制水质分布图；4）采用Piper三线图和Gibbs图解析水化学演化机制；5）基于CMIP6的四种共享社会经济路径（SSP2.6/4.5/7.0/8.5）预测未来水文变化。

研究结果揭示显著时空变异特征。在水化学特征方面，Piper图显示旱季以Ca-Mg-Cl型水为主（占比83.3%），雨季则转变为Ca-Mg-HCO₃型（占比54.2%），Gibbs图证实岩石风化作用主导水质形成。空间分布上，西北部区域持续表现最差，站点S12的旱季IWQI值低至50.49，属"高度限制"级；而雨季水质普遍改善，IWQI均值从67.83升至85.07，"无限制"样本比例增至54.2%。多元统计分析提取出三个关键因子：旱季以SO₄^2-（载荷0.39）、PO₄^3-（0.37）等农业输入为主，雨季则转为Ca²⁺（0.42）、Mg²⁺（0.41）等地质来源因子主导。

气候预测显示严峻前景：SSP8.5情景下，2100年最低温将上升4.46°C，3月降水减少31.3%而7月增加3.7%，这种"旱季更旱、雨季更涝"的模式可能加剧水质波动。特别值得注意的是，传统IWQI会低估16.7%高风险区域，而新模型通过纳入磷酸盐（PO₄^3-）等参数，更准确识别西南部农业密集区为管理重点。

这项研究开创性地解决了季风区地下水评估的三个关键问题：1）开发首个季节性自适应IWQI，参数选择动态响应水文地球化学条件；2）揭示气候变暖将强化旱季溶质浓缩效应；3）建立空间显式管理框架，精准定位16.7%需优先干预区域。成果对保障南亚粮食安全具有现实意义——该地区50%劳动力从事农业，且水稻种植周期与水质改善期天然契合。研究者建议建立基于CMIP6预测的动态监测系统，并针对西北部高风险区实施精准农业管理，这些措施可为全球季风区应对气候-水-粮食纽带挑战提供示范。