ارزیابی شوری و آرسنیک به عنوان عوامل مخرب کیفیت آب های سطحی و زیرزمینی حوضه آبریز سد سهند

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه زمین‌شناسی دانشکده علوم طبیعی دانشگاه تبریز

2 دانشجوی دکتری هیدروژئولوژی دانشکده علوم طبیعی، گروه زمین‌شناسی دانشگاه تبریز

3 استاد گروه زمین‌شناسی دانشکده علوم طبیعی، گروه زمین شناسی دانشگاه تبریز.

4 دانشجوی دکتری هیدروژئولوژی دانشکده علوم طبیعی، گروه زمین‌شناسی دانشگاه تبریز

چکیده

مدیریت تقاضا و تأمین آب برای کاربری­های مختلف به همراه شناسایی، کنترل و کاهش آلاینده­های آب به منظور ارتقای شاخص­های کیفیت منابع آب و حفظ محیط زیست از رویکردهای مدیریت منابع آب کشور محسوب می­شود. با توجه به تأمین آب شرب، کشاورزی و صنعت مردم ناحیه از سد سهند و با توجه به گزارشات تأثیرات سوء سلامت مردم روستاهای اطراف، ناشی از مصرف آب شرب حاوی غلظت­های بالایی از آرسنیک (بیش از 200 برابر حد استاندارد آب شرب) مطالعه کیفی منابع آبی مرتبط با این سد ضرورت می­یابد. در این مطالعه به منظور ارزیابی کیفی منابع آب، 50  نمونه  از منابع آب منطقه مورد مطالعه جمع­آوری و در آزمایشگاه آبشناسی گروه زمین­شناسی دانشگاه تبریز  مورد آنالیز شیمیایی قرار گرفت. علاوه بر این، از  داده­های تهیه شده توسط سازمان آب منطقه­ای استان آذربایجان شرقی جهت مطالعات سد سهند استفاده گردید. این مطالعه با روش­های تجزیه و تحلیل مولفه­های اصلی و تغییرات سری­های زمانی به منظور تعیین عوامل موثر بر هیدروشیمی منطقه انجام پذیرفت. پایش­های کیفی و آنالیز عوامل موثر بر هیدروشیمی منابع آبی سد سهند مشخص کننده دو عامل عمده تأثیرگذار روی هیدروشیمی محدوده مطالعاتی شامل آنومالی­های آرسنیک و شوری می­باشند. در این راستا مکان­های متأثر از این آنومالی­ها در ارتباط با منشأ مربوطه شناسایی و نقشه توزیع این عوامل در محدوده مطالعاتی تهیه گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Assessment of Salinity and Arsenic as the Destructive Factors Affecting on Surface and Ground Water Quality of Sahand Dam water Basin

نویسندگان [English]

  • Atallah Nadiri 1
  • Fariba Sadeghi Aghdam 2
  • Asghar Aghari Moghaddam 3
  • Keivan Naderi 4
چکیده [English]

Ata Allah Nadiri[1]*
Asghar Asgharai Moghaddam[2]
Fariba Sadeghi Aghdam[3]
Keivan Naderi[4]
Abstract
Water demand management and water supply for different usages associated with identification, control and reduction of water pollution for improving water quality and environmental indices are the main purposes of water resources management in the country. Sahand Dam reservoir is the main source of water to supply drinking, industrial and agricultural demands. Therefore, the illness reported from residents due to high concentration of arsenic (200 times more than the permissible limit of drinking water) in drinking water, show the importance of the study of water quality in the area. To determine the quality of water resources for different consumptions, 50 water samples were collected from the water resources of the area and analysed in the hydrological lab of the Geolology Department of Tabriz University. In addition, data collected by the researchers sector of East Azerbaijan Regional Water Authority for studying the Sahand Dam also were used. In this research, Factor analyzing and time series variations methods for determing factor effecting on hydrogeochemistry of the area were used. Quality monitoring and hydrochemical factors affecting water resources of Sahand Dam identify two main factors affecting hydrochemistry of groundwater of the study area which are arsenic and salinity anomalies. In this regard the main anomalies, origins and areas affected by these anomalies were recognized and the distribution maps of these factors in the study area were prepared.



[1]- Ph.D of Hydrogeology, Assistant Professor, Faculty of Natural Science, University of Tabriz (Corresponding author), Email:nadiri@tabrizu.ac.ir.


[2]- Ph.D of Hydrogeology, Professor, Faculty of Natural Science, University of Tabriz.


[3]- M.Sc of Hydrogeology, Department of natural science, University of Tabriz.


[4]- M.Sc of Hydrogeology, Department of natural science, University of Tabriz.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arsenic
  • Distribution map
  • Sahand Dam
  • salinity
  • Quality monitoring

مقدمه

شناسایی و پایش کیفیت منابع آب از جمله مخازن سدها و منابع آبی مربوط به آن، جایگاه ویژه­ای در مدیریت کیفیت منابع آب دارد. سدها به عنوان مهم­ترین سازه­های کنترل و تأمین آب برای کاربری­های مختلف، اثرات زیست­محیطی، اجتماعی و اقتصادی گسترده­ای به همراه دارند. مدیریت کیفیت آب در مخازن سدها نیازمند مطالعه و ارزیابی تغییرات کیفیت آب و شناخت پدیده­های مختلف است. امروزه بیشتر آب­های طبیعی در معرض آلودگی قرار گرفته یا آلوده شده­اند؛ از این­رو لازمه‌ی هرگونه اقدام جهت کنترل و کاهش آلاینده­های آبی و تأثیرات آنها، آگاهی کامل از نحوه‌ی توزیع و پراکندگی آلاینده­های موجود در سطح است که در اختیار داشتن چنین اطلاعاتی صرفاً از طریق ایستگاه­های سنجش آلودگی توزیع یافته در سطح منطقه­ی مورد مطالعه و درون­یابی نقاط نمونه­برداری­شده و انجام آنالیزهای مختلف امکان­پذیر می­باشد.

از جمله عوامل تأثیرگذار بر کیفیت آب­ها، می‌توان زمین­شناسی (هم[1]، 1989) و تأثیر سازندها (فریز و چری[2]، 1979)؛ (اصغری مقدم، 2011)، فرآیندهای واکنشی و فعالیت­های بیولوژیکی و اختلاط آب­ها (هانسلو[3]، 1995؛ فتر[4]، 1994)، نزولات جوی، آب و هوا و موقعیت جغرافیایی (دیویس و دویست[5]، 1966)، نیمرخ خاک و پوشش گیاهی (باور[6]، 1978) و عوامل شوری (شوارتز و زنگ[7]، 2003) را برشمرد.

غلظت بیش از حد استاندارد عناصر کمیاب به عنوان آلودگی­هایی با منشأ طبیعی و مصنوعی از جمله نیترات، فلوئور، آرسنیک به ­علت تأثیر زیاد بر سلامتی انسان، بسیار با اهمیت است (انور و همکاران[8]، 2011؛ کاردسو و همکاران[9]، 2010؛ بوندشو و همکاران[10]، 2011؛ دیسچمپس و متسچولیت[11]، 2011). در صورت آلودگی طبیعی منابع آب که به­شدت متأثر از فرایندها و سازندهای زمین­شناسی است، نمی­توان به سادگی این آلودگی­ها را از بین برد و یا مانع گسترش آنها شد لذا این نوع آلودگی­ها بایستی به دقت مورد بررسی قرار گیرند (چیبان و همکاران[12]، 2012؛ انور و همکاران، 2011؛ کرنجو و همکاران[13]، 2008؛ قورونگ و همکاران[14]، 2005).

طی سال‌های اخیر غلظت آرسنیک تأثیرات سویی بر سلامت مردم منطقه­ی حوضه­ی آبریز سد سهند داشته است (مسافری و همکاران، 2008) و با توجه به این ­که سد سهند و منابع آبی آن، آب شرب شهرستان هشترود و روستاهای اطراف را تأمین می­کند، از اینرو، مطالعه­ی منابع آبی در ارتباط با این سد اهمیت و ضرورت می­یابد.

مطالعات هیدروشیمیایی نمونه­های آبی و همچنین مطالعه­ی مقاطع تهیه شده از سازندهای زمین­شناسی، وجود آرسنیک در سازندهای منطقه را همراه با آنومالی­های خیلی بالای این عنصر نشان می­دهد (ندیری و همکاران، 1390، صادقی اقدم، 1391؛ ندیری و همکاران، 2013).

اطلاع از وضعیت کیفی آب­های سطحی و زیرزمینی به­وسیله تعیین عوامل عمده مؤثر بر هیدروشیمی آب­ها و شاخص­های کیفیت آب این امکان را فراهم می­سازد تا ضمن استفاده از اطلاعات به­دست آمده، در مواقع لزوم برای تأمین سلامت این منبع مهم و حیاتی، بتوان راهکارهای مدیریتی مناسب را اتخاذ نمود. استفاده از فناوری­های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی برای کنترل کمّی و کیفی آب رودخانه­ها و مخازن و آب­های زیرزمینی موجب پایش کیفیت آسان­تر و مقرون به صرفه­­تر می­شود، مخصوصاً هنگامی که به­دست آوردن اطلاعات از منابع آبی کل منطقه مورد نیاز باشد. با تعیین پارامترهای کیفی آب از نقاط قابل نمونه­برداری و تعیین رگرسیون بین پارامترها و درون­یابی بین نقاط، می­توان نقشه­های توزیع پارامترهای کیفی را تهیه کرد (سولومن و کویل[15]، 2006؛ و دار و همکاران[16]، 2010) همچنین در شناسایی و تشخیص منابع آب زیرزمینی، انتخاب مکان­های تغذیه‌ی مصنوعی، مدل‌سازی آلودگی و جریانات سطحی بر پایه‌ی GIS، شناسایی خطرات آلودگی آب زیرزمینی و برنامه‌ریزی حفاظتی، تخمین توزیع تغذیه‌ی طبیعی، آنالیز داده­های هیدروژئولوژیکی و بازبینی فرآیندها می­توان از این فناوری­ها سود جست (Jha et al, 2006).

منطقه­ی مطالعاتی

منطقه­ی مطالعاتی به مساحت حدود 384 کیلومتر مربع در استان آذربایجان­شرقی، در غرب شهرستان هشترود و در محدوده­ای به مختصات جغرافیایی، ²55 ²62 °46 تا ²49  ¢00 °47 طول شرقی و ²32 ¢34 °37 تا 50 ¢52 °37 عرض شمالی واقع شده است. این محدوده در حد فاصل رشته­کوه بزقوش در شمال­شرق، توده‌ی­ آتشفشانی سهند در شمال­غرب و رشته­کوه­های تخت سلیمان (واقع در شهرستان چاراویماق) در جنوب قرار گرفته است. موقعیت مکانی حاصل از پیوند عناصر واحدهای توپوگرافی فوق­الذکر باعث شکل­یابی منطقه به

 صورت یک چاله­ی بسته­ای که تنها به سمت شرق و دره‌ی قزل­اوزن باز می­شود، شده است. این منطقه از لحاظ زمین­شناسی مشابه با زون البرز- آذربایجان بوده (آقانباتی، 1383) و جزو مناطق آتشفشانی-رسوبی جوان می­باشد. سد سهند در پایین­دست محل تلاقی دو رودخانه‌ی آلمالو و قرنقو احداث گردیده است. این سد با حجم مخزنی 165 میلیون مترمکعب، تأمین­کننده‌ی منابع آب کشاورزی، صنعت و شرب منطقه می­باشد (سازمان آب منطقه­ای آذربایجان­شرقی، 1386).

زمین­شناسی و هیدروژئولوژی منطقه­ی مطالعاتی

در مـحدوده­ی مـطالعاتی سازنـدهای مربوط بـه میوسن تا کواترنری وجـود دارد. در شـکل (1) نـقشه­ی زمین­شناسی منطقه قابل مشاهده است. سازنـدهای زمین­شناسی در منطقه­ی مورد مـطالعه به دو بـخش مهم نهشته­های قرمز زیرین و فوقانی و نهشته­های آذرآواری و گدازه­های توده آتشفشانی سهند تقسیم می­شوند که کیفیت آب­های منطقه را تحت تأثیر قرار می­دهند. سازند قرمز زیرین شامل کنگلومرا و ماسه سنگ و بخش فوقانی آن شامل مارن و سیلت استون می­باشد. لایه­های دارای ژیپس، انیدریت و هالیت مکان­های شمالی و جنوبی حاشیه‌ی سد و رودخانه‌ی آلمالو واقع شده­اند. پدیده­­هایی همچون گسلش، چین­خوردگی، بالاآمدگی و زمین­لغزش، از جمله پدیده­های زمین­شناسی در سازندهای منطقه هستند. سازندهای ولکانیکی به سن میوسن و پلیوسن شامل نهشته­های پیروکلستیکی سهند و خاکسترهای آتشفشانی هستند که رودخانه‌ی قرنقو از بین این تشکیلات جریان می­یابد. سازندهای کواترنری منطقه شامل تراس­های آبرفتی قدیمی و جوان، سنگ آهک و رسوبات آبرفتی عهد حاضر می­باشند.

مطالعات و بررسی­های صحرایی منجر به شناسایی چندین گسلش در سازندهای میوسن گردید که این گسل­ها آب­های زیرزمینی و سطحی را به یکدیگر مرتبط می­سازند. طی مطالعه‌ی مقاطع نازک و صیقلی سولفیدهای آرسنیک در شکستگی­ها و درز و شکاف­های سنگ آهک، مارل و کنگلومرا ماسه سنگ و سازند قرمز مشاهده و بیشترین غلظت­های آرسنیک در نمونه­های آنالیز شده از آب چشمه­های مرتبط با گسل­ها شناسایی گردید. تغلیظ اپی­ترمال عنصر آرسنیک در شکستگی­های سازند میوسن عمده منشأ این آنومالی شناخته شد (ندیری و همکاران، 1390؛ ندیری و همکاران 2013).

 

 

شکل (1) نقشه­ی زمین­شناسی محدوده­ی مطالعاتی

محدوده­ی مطالعاتی از نظر هیدروژئولوژیکی جزوی از حوضه­ی آبریز سفید­رود دریای خزر است. با توجه به داده­های آب و هوایی برای دوره‌ی­ ده­ساله (1379-1389)، مطابق جدول (1) متوسط میزان بارش در ایستگاه­های ساریقمیش، چپینی، سراسکند حدود 350 میلی­متر و متوسط درجه­ حرارت سالانه oC11+ می­باشد. اقلیم منطقه با استفاده از تقسیم­بندی اقلیم­نمای آمبرژه (1930)، جزو مناطق نیمه­خشک سرد می­باشد. از نظر هیدروژئولوژیکی در محدوده­ی مطالعاتی سفره‌ی آب زیرزمینی وسیع و یکپارچه وجود ندارد و منابع آب زیرزمینی از تعدادی سفره­های هتروژن کم ­وسعت و پراکنده تشکیل شده است. شرایط هیدروژئولوژیکی محدوده­ی مطالعاتی با سازندهای زمین­شناسی و تکتونیک منطقه رابطه‌ی مستقیم دارد. آب­های سطحی و زیرزمینی منطقه با یکدیگر مرتبط هستند، به ­طوری که آب­های سطحی ناشی از بارش جوی و ذوب برف دامن»ه­های سهند ضمن نفوذ در زمین به ­صورت جریانات زیرسطحی، ب»ه آب­های زیرزمینی م»ی­پیوندند و آب­های زیرزمینی در بسیاری از مناطق به وسیله چشمه­ها به سطح راه می­یابند. اکثر این منابع آبی در ارتباط با سازند قرمز میوسن و نهشته­های کواترنری می­باشند.

جدول (1) متوسط پارامترهای هیدرولوژیکی و هواشناسی منطقه­ی مطالعاتی برای دوره شاخص ده­ساله (1379-1389)

پارامترها

واحد

ایستگاه

متوسط ایستگاه­ها

ساریقمیش

چپینی

سراسکند

متوسط بارش سالانه

میلی­متر

75/335

58/364

09/330

14/350

متوسط درجه­حرارت سالانه

سانتی­گراد

82/12+

98/9+

76/10+

18/11+

متوسط تبخیر و تعرق از تشتک

میلی­متر

30/1687

31/1181

41/1073

1314

متوسط رطوبت نسبی سالانه

درصد

17/57

34/43

47/43

99/47

مواد و روش­ها

به ­منظور پیشبرد مطالعات از داده­های تهیه شده توسط پایش­های کیفی گروه آب‌شناسی دانشگاه تبریز در قالب پایان­نامه‌ی­ کارشناسی ارشد (صادقی اقدم، 1391) و مطالعات انجام یافته توسط سازمان آب منطقه­ای استان آذربایجان شرقی، استفاده گردید. مشخصات آماری مربوط به 50 ایستگاه نمونه­برداری (شهریورماه 1390) مطابق جدول (2) و محل نمونه­برداری­ها در شکل (2) ارائه شده است.

در این مطالعه به ­منظور تعیین عوامل مؤثر بر هیدروشیمی منطقه، از روش تجزیه و تحلیل مؤلفه­های اصلی [17](PCA)، با استفاده از نرم­افزار SPSS (V.17) استفاده گردید. تجزیه به ­عوامل از تکنیک­های آماری گسترده در مطالعات هیدروشیمیایی است(خان، 2011؛ دراگون[18]، 2006؛ گوپتا و سابرامانین[19]، 1998). این آنالیز به ­طور عمده سعی در تفسیر یا آشکارسازی ساختارهای اساسی ساده و فرآیندهای اصلی حاکم بر هیدروشیمی منطقه به­وسیله‌ی کاهش و طبقه­بندی داده­ها را دارد (ییدانا[20]، 2012؛ پاپادرو و همکاران[21]، 2006)، که به ­ویژه به ­عنوان روش طبقه­بندی برای مطالعات رخساره­های هیدروشیمیایی، تعیین منشأ آنها، مطالعات آلودگی آب­های زیرزمینی، و شناسایی فرآیندهای زمین­زاد[22] و انسان­زاد[23] مؤثر در آنها به­کار می‌رود (آریس و همکاران[24]، 2007؛ دراگن، 2006). برای تعیین عوامل مؤثر بر هیدروشیمی منطقه از داده­های استاندارد شده (روش کایزنر) استفاده گردید. استخراج مقادیر ویژه حاصل از ماتریس ترانهاده این داده­ها منجر به استخراج عامل­های اصلی گردید. پس از استخراج عمده عوامل مؤثر بر منابع آبی، عوامل افت کیفیت و آلاینده‌ی آب، شامل عوامل شور­ی و آرسنیک در محدوده­ی مطالعاتی بررسی می­شود.

 

 

شکل (2) موقعیت مکان­های نمونه­برداری شده

جدول (2) مشخصات آماری آنالیز نمونه­برداری­های محدوده­ی مطالعاتی

واریانس

انحراف معیار

میانه

میانگین

ماکزیمم

مینیمم

پارامتر

39/10429

12/102

79/77

65/121

04/417

29/35

Ca (mg/L)

84/2177

67/46

39/12

45/31

76/216

92/2

Mg (mg/L)

58/973283

55/986

71/68

61/306

17/6365

73/8

Na (mg/L)

81/291

08/17

73/5

75/11

75/96

62/0

K (mg/L)

68/18

32/4

0

50/2

80/16

0

 (mg/L)

60/370156

41/608

42/318

09/523

80/3708

40/146

 (mg/L)

44/1750458

05/1323

70/64

79/392

8508

89/0

Cl (mg/L)

88/95214

57/308

50/46

28/165

1417

10/1

 (mg/L)

53/53

32/7

86/1

15/4

87/42

15/0

 (mg/L)

07/0

26/0

62/0

65/0

28/1

09/0

F (mg/L)

19/1

09/1

91/1

96/1

58/4

34/0

 (mg/L)

15/0

39/0

02/0

19/0

01/2

0

As (mg/L)

01/0

10/0

10/1738

02/0

71/0

0

Fe (mg/L)

03/15188169

20/3897

69/7

10/1738

25100

285

EC(s/cm)

23/0

47/0

79/77

69/7

57/8

03/6

PH

بحث و نتایج

عوامل مؤثر بر هیدروشیمی محدوده­ی مطالعاتی از طریق بررسی پارامترهای مربوط به 50 داده‌ی هیدروشیمیایی (شهریورماه 1390) تعیین گردید. جدول (3) نشانگر درصد واریانس تجمعی و جدول (4) بارهای عاملی مؤثر هر متغیر در عامل­های استخراجی است که نمایش توزیع این بارها در هر عامل مطابق شکل (3) ارائه گردیده است. بر این اساس سه عامل مؤثر بر هیدروشیمی منطقه مشخص گردید. عامل اول که دربردارنده 44 درصد کل واریانس داده­ها می­باشد، به ­عنوان اصلی­ترین عامل در هیدروشیمی منطقه دانسته می­شود. این عامل  نشان ‌دهنده‌ی روند عمومی و عامل شوری آب­های زیرزمینی است که همراه با افزایش مواد محلول و هدایت الکتریکی نشانگر تعامل بین زون آب - خاک و تأثیر سازندهای زمین­شناسی در منطقه است. عامل دوم دارای 16 درصد واریانس کل داده­ها نشانگر منشأ مرتبط با آنومالی آرسنیک موجود در منابع آبی و تأثیر نیترات حاصل از کودهای کشاورزی می­باشد. عامل سوم با 12 درصد واریانس کل داده­ها نشانگر چگونگی افزایش یون­های کربنات، آهن و سیلیس در منابع آبی منطقه است.

طبق مطالعات و گزارشات کیفی این منابع آبی، دو عامل اول و دوم یعنی شوری (هدایت الکتریکی) و آرسنیک، در منطقه مشکل­ساز می­باشد که به بررسی بیشتر این دو عامل پرداخته می­شود.

جدول (3) عامل­های استخراجی و مقادیر واریانس آنها

عوامل

مقادیر ویژه اولیه

مجموع چرخش مربع بارها

 

کل

% واریانس

% تجمعی

کل

% واریانس

% تجمعی

1

129/7

527/47

527/47

669/6

46/44

46/44

2

350/2

667/15

194/63

376/2

84/15

30/60

3

421/1

476/9

670/72

854/1

36/12

67/72

4

980/0

534/6

204/79

 

 

 

5

810/0

406/5

611/84

 

 

 

6

766/0

113/5

723/89

 

 

 

7

548/0

654/3

378/93

 

 

 

8

401/0

678/2

056/96

 

 

 

9

303/0

020/2

076/96

 

 

 

10

156/0

044/1

120/99

 

 

 

11

073/0

490/0

611/99

 

 

 

12

051/0

343/0

955/99

 

 

 

13

006/0

041/0

996/99

 

 

 

14

0005/0

0034/0

999/99

 

 

 

15

00004/0

0002/0

100

 

 

 

امتیازات عاملی مرتبط با شدت فرآیندهای شیمیایی توصیف شده را می­توان در نمودارهای پراکندگی و نقشه­ها پلات نمود (دراگن، 2006). نقشه­ی توزیع عوامل مؤثر در منطقه با توجه به پراکندگی نمونه­های برداشت شده و امتیازات عاملی مطابق شکل (4) از روش پهنه­بندی کریجینگ معمولی به­وسیله نرم­افزار ArcGIS (V, 9.3) تهیه گردید. عامل اول در نواحی شمال­غربی و جنوب­شرقی محدوده­ی مطالعاتی و در عمده مناطق دره‌ی عین­آباد، رودخانه‌ی آلمالو، روستای شوردرق و یانیق و عامل دوم در جناح راست و چپ دریاچه‌ی سد و در نواحی روستای قوپوز، شوردرق و ذولبین می­باشد.

جدول (4) نتایج تجزیه به عوامل بعد چرخش وریماکس

پارامترهای استاندارد شده

عوامل

1

2

3

(Ca)

756/0

335/0

204/0-

(Mg)

682/0

478/0

042/0-

(Na)

953/0

115/0-

002/0

(K)

918/0

168/0

080/0-

()

206/0-

099/0-

768/0

()

916/0

003/0

232/0-

(Cl)

950/0

130/0-

005/0

(

786/0

519/0

102/0

()

020/0

797/0

123/0-

(F)

267/0

682/0

363/0-

(Si)

202/0-

274/0

611/0-

(As)

051/0-

706/0

041/0-

(Fe)

040/0-

061/0

555/0

(EC)

969/0

053/0-

006/0-

(PH)

651/0-

138/0-

579/0

 

شکل (3) نمایش بارهای عاملی مؤثر در هر عامل استخراجی

 

شکل (4) توزیع نتایج امتیازات عامل اول (شوری) و عامل دوم (آرسنیک) در محدوده­ی مطالعاتی به روش کریجینگ معمولی

ارزیابی شوری منابع آبی

مقادیر هدایت الکتریکی در محدوده­ی مطالعاتی در محدوده­ی عددی ms/cm 25000-300 متغیر است. بیشترین دامنه­ی تغییرات مربوط به این پارامتر است که کمترین مقدار آن ms/cm 285 مربوط به روستای قره­آغاج و بیشترین مقدار آن ms/cm 25100 مربوط به دره­ی عین­آباد می­باشد که به­طور عمده از سازند قرمز فوقانی منشأ می­گیرند. آب­های دارای مقادیر هدایت الکتریکی پایین در مکان­هایی از جمله قره­آغاج، باش­خلج، ساری­قیه، تن­توراب، عرقطو، سیف­الدین و قزللو و آب­های دارای مقادیر هدایت الکتریکی بالا در مکان­های نـمونه­برداری شده از دره­ی عین­آباد و دیگر نـمونه­های دارای مقادیر هدایت الکتریکی بالا در دریاچه­ی قوپوز، ذولبین، یانیق و رودخانهی آلمالو مشاهده می‌شود. مکان­های دارای آنومالی­های بالای عناصر اصلی عمدتاً در مجاورت با سازندهای گچی و نمکی سازند قرمز فوقانی مشاهده می­شوند که این سازندها فراهم­کننده‌ی مواد قابل انحلال بالا در آب هستند.

میانگین هدایت الکتریکی مخزن سد حدود  600 گزارش شده است. آب­های سطحی رودخانه­ها به­ ویژه رودخانه‌ی آلمالو، نسبت به رودخانه‌ی قرنقو دارای مقادیر بالایی از عناصر اصلی است. شکل (5) نمودار دایره­ای توزیع عناصر اصلی و هدایت الکتریکی را در منطقه­ی مطالعاتی نشان می­دهد. ملاحظه می­شود که توزیع آنیون­ها و کاتیون­های اصلی در منطقه از الگوی خاصی تبعیت نمی­کند که علت آن ممکن است ناشی از وجود آب­های با منشأ مختلف و آبخوان­های پراکنده‌ی کم­عمقی باشد که اغلب آب خود را به­صورت چشمه تخلیه می­کنند.

 

شکل (5) نمودار دایره­ای توزیع عناصر اصلی و هدایت الکتریکی در منطقه­ی مطالعاتی

مطالعات صورت گرفته تاکنون منجر به شناسایی منابع شوری عمده شامل دره‌ی عین­آباد، قزل­بلاغ، قوپوز، چشمه­های نمکی دشمن­لو و چشمه­های تراوشی در ساختگاه سد شده است. علاوه بر این حرکت آب از بالا­دست به سمت مخزن سد همراه با افزایش شوری در اثر برخورد با سازند­های شور­کننده و چشمه­های شور ناپیدا در کف رودخانه می­باشند. طبق بررسی­های انجام شده، کل میزان نمک محلول در آب رودخانه مربوط به تمام گستره­ی حوضه­ی آبریز رودخانه­ها نیست؛ بخشی از حوضه­ی آبریز رودخانه در بالادست مخزن و به خصوص در رودخانه‌ی آلمالو از سنگ­های آواری- تبخیری واحد قرمز بالایی تشکیل شده که لایه­های گچ و نمک در بین آنها وجود دارد. رواناب سطحی این گستره چندان تأثیری در کیفیت آب رودخانه ندارد؛ جریان­های زیرسطحی که از درون این واحد می­گذرد، مقدار زیادی نمک در خود حل کرده و به جریان رودخانه­ای انتقال می­دهد. به همین دلیل اندازه­گیری نمک در دبی­های مختلف تفاوت چندانی نشان نمی­دهد. همچنین تغذیهی آب کشاورزی توسط آب شور حاصل از نفوذ آب کشاورزی اراضی مشرف به مخزن باعث تشدید شوری آب مخزن می­شود (سازمان آب منطقه­ای، 2007). مطابق شکل (6) در بازهی زمانی سال­های 88-1385، روند تغییرات شوری در فصول آغازین سال مقادیر کمتری را نشان می­دهد که مناسب­ترین زمان برای آبگیری مخزن سد می­باشد.

 

شکل (6) روند تغییرات هدایت الکتریکی در آب ورودی مخزن سد

ارزیابی آرسنیک منابع آبی

عناصر سنگین با غلظت اندک در سنگ، خاک، آب، گیاهان، هوا و حتی در بدن انسان یافت می­شوند. از میان این عناصر، آرسنیک به­ دلیل داشتن سم بسیار بالا، یکی از مهم­ترین آلاینده­های محیط­های طبیعی است  که در اثر پدیده­های انسان­­زاد و زمین­زاد غـلظت آن افزایش یافـته و باعث آلودگی آب­های سطحی و زیرزمینی می­گردد. آرسنیک عنصری با منشأ طبیعی است که ممکن است متحمل چندین سازوکار پیچیده شامل اکسایش-کاهش، انحلال-ته­نشینی، جذب-پراکندگی، و متیلیزاسیون گردد. این عنصر از جمله فلزات سنگین و آلاینده­های منابع آب و مواد غذایی، و تهدیدی مهم برای حیات انسان و سایر ارگانیسم­ها است که مشکلات زیست­محیطی عمده­ای را در سراسر جهان به­وجود آورده است و به ­عنوان مسأله‌ی حاد سلامت عمومی مطرح است (سیگریست و همکاران، 2009). این عناصر با حضور در آب و خاک، وارد گیاهان شده و خود را به چرخه و هرم غذایی منتهی به انسان می‌رسانند؛ و موجب بیماری در موجودات زنده می­شوند. از آن جمله بیماری آرسنیکوزیس[25] است که افـراد در اثر مصرف آرسنیک موجود در آب­های آشـامیدنی، بـه آن مبتلا می‌شوند. زخم­های پوستی و انواع سرطان در انسان از دیگر عوارض آن است (­پورفیضی، 1386). طی چند سال اخیر گزارشات عوارض ناشی از مصرف آب شرب حاوی آرسنیک در مردم روستاهای منطقه تهیه شده است(مسافری و همکاران، 2008).

یکی از روش­های بررسی غلظت عناصر محلول و شناسایی مکان­های آلوده، تعیین ضریب کیفیت مجاز می­باشد. این ضریب مطابق رابطه­ی زیر با استفاده از نسبت غلظت عناصر در نمونه،­ به غلظت استانداردهای بین­المللی تعیین می­شود.

ضریب کیفیت مجاز آرسنیک = غلظت استاندارد آرسنیک در آب شرب (mg/L01/0) / غلظت آرسنیک در نمونه (mg/L)

پس از محاسبه‌ی ضریب کیفیت مجاز آرسنیک در نمونه­ها معلوم شد که غلظت عنصر موجود در نمونه چندین برابر غلظت حد استاندارد (سازمان سلامت جهانی[26]، 2008) است.  نمونه­های قزللو، خورشید، قزلجه و گوجه­کملاق بیش از 10 برابر حد مجاز و نمونه­های مربوط به قوپوز (شماره­ی 21)، چشمه ذولبین (شماره­ی 28) و شوردرق (شماره­ی 2، 3 و 4) بیش از 50 برابر حد مجاز را دارا هستند. بیشترین آنومالی آرسنیک منطقه در نمونه‌ی مربوط به چشمه و دریاچه‌ی روستای قوپوز (شماره­ی 20 و 19) به ترتیب در حدود 147 برابر و 200 برابر حد مجاز آرسنیک در آب شرب می­رسد. مطالعه­ی مقادیر آرسنیک در سایر نقاط در دسترس از جمله مسیر رودخانه­های آلمالو و قرنقو و برخی چشمه­ها و مخزن سد منجر به شناسایی مکان­های دارای آنومالی گردید.

نمودار دایره­ای توزیع آرسنیک و نمودار ستونی مربوط به مقادیر ضرایب کیفیت مجاز آرسنیک در محدوده­ی مطالعاتی مطابق شکل (7) و (8) ارایه شده است. آرسنیک نمونه­ها بین mg/L 01/2-0 متفاوت است. وجود مقادیر بالای آرسنیک در منابع آب عموماً از سازندهای منطقه منشأ می­گیرد. بنابراین، برای بررسی منشأ آنومالی آرسنیک در منابع آبی منطقه، مطالعات صحرایی و نمونه‌برداری از سازندهای موجود در مناطق با آرسنیک بالا در منطقه صورت گرفت (ندیری و همکاران، 1390 و 2013). بالاترین غلظت­های آرسنیک در نمونه­های آب زیرزمینی است که ممکن است به­دلیل فرآیندهای تقابل آب-سنگ طبیعی باشد. با توجه به این که هیچ­گونه فعالیت آلوده­کننده‌ی صنعتی و شهری در منطقه دیده نمی­شود، تنها منشأ انسان­زاد که می­توان برای این آلودگی فرض کرد، استفاده از کود و سموم شیمیایی حاوی آرسنیک است؛ که به دلیل محدودیت استفاده‌ در منطقه، عامل اصلی آلودگی محسوب نمی­شود. منشأ اصلی آنومالی آرسنیک در منطقه ناشی از سازندهای زمین­شناسی مرتبط با ماگماتیسم، دگرگونی، تکتونیک و تخلخل می­باشد. طی مشاهدات صحرایی و نمونه­برداری­ از سازندهای موجود در مناطق دارای آرسنیک بالا، سولفید آرسنیک در شکستگی­ها و درز و شکاف آهک، مارن و ماسه­سنگ­ها و کنگولومرای قرمز فوقانی، به صورت بافت­های پرکننده‌ی فضاهای خالی دیده می‌شود و بافت کلوفورم در رگه­ها، نشانگر کانی­سازی در حرارت و عمق کم منطقه است. شکستگی­ها در ایجاد مسیر حرکت محلول­های هیدروترمال تحت فشار و تمرکز کانی­های آرسنیک­دار نقش دارند؛ به ­طوری که از راستا و توزیع گسل­ها تبعیت می­کنند. گسل­های اصلی نقش کنترل­کننده داشته و کانی­زایی عموماً در گسل­های فرعی و شکستگی­ها روی داده است. کانی­های اصلی آرسنیک در منطقه، شامل رآلگار و اوریپیمنت می­باشد. منشأ اصلی این کانی­زایی­ها فعالیت­های اپی­ترمال در سازندها است و وجود کانی­های آمفیبول و بیوتیت در توده­ی آذرین منطقه نشانگر توانایی ماگما در تولید سیالات گرمابی است که علاوه بر جزو متئوریک کانسارهای اپی­ترمال، جزو ماگمایی در ارتباط با دم­های سهند، سازندها را تحت تأثیر قرار داده و انواع دگرسانی­های سیلیسی شدن، دولومیتی شدن، پیریتی شدن و دی­کلسی­فیکاسیون مرتبط با تمرکز آرسنیک را به ­وجود آورده است (ندیری و همکاران، 2012).

  

شکل (7)  نمودار دایره­ای توزیع مقادیر آرسنیک از 50 نقطه نمونه­برداری شده در سال 1390

 

شکل (8) ضریب کیفیت مجاز آرسنیک در نمونه­های برداشت شده از منطقه­ی مطالعاتی

برخی از منابع آبی دارای آنومالی آرسنیک تعیین شده از داده­های هیدروشیمیایی قبلی شامل چشمه­های بستر مخزن یا برخی چشمه­های دیگر درحال حاضر خشک شده­اند یا امکان دسترسی و نمونه­برداری از آنها وجود ندارد. مطالعه­ی مقادیر آرسنیک در سایر نقاط در دسترس از جمله مسیر رودخانه­های آلمالو و قرنقو و برخی چشمه­ها و مخزن سد منجر به شناسایی مکان­های دارای آنومالی گردید. مطالعه­ی تغییرات غلظت آرسنیک در آنها نسبت زمان و دبی­های مختلف مطابق شکل (9) انجام شد. تغییرات غلظت آرسنیک نسبت به دبی­های مختلف نشان داد که با افزایش دبی رودخانه مقادیر آرسنیک کاهش می­یابد. علت افزایش غلظت آرسنیک در فصول خشک می­تواند مربوط به کاهش آب­های جاری و تخلیه­ی آب چشمه­های دایمی و دارای آرسنیک بیشتر باشد (صادقی اقدم، 2013). این تغییرات مربوط به ساز و کارهای فرآیندهای جذب و آزادسازی عناصر در تعامل بین آب و رسوبات است. مقایسه­ی مقادیر آرسنیک در رودخانه­های آلمالو و قرنقو و مخزن سد مطابق شکل (10) نشان می­دهد که مقادیر آرسنیک در آلمالو به مراتب خیلی بیشتر از قرنقو است که آنومالی بالای مقادیر آرسنیک آورده شده توسط آلمالو باعث کاهش کیفیت آب مخزن می­گردد.

 

شکل (9) تغییرات غلظت آرسنیک نسبت به دبی

 

 

شکل (10) تغییرات غلظت آرسنیک نسبت به زمان

نتیجه­گیری

استخراج عوامل مؤثر بر هیدروشیمی منطقه منجر به شناسایی دو آنومالی اصلی منابع آبی شامل آرسنیک و شوری گردید. منشأ بیشترین مواد محلول آب دره­ی عین­آباد و رودخانه­ی آلمالو تعیین گردید که این مکان­ها مرتبط با سازند قرمز فوقانی و انحلال تشکیلات گچی و نمکی می­باشد. غلظت آرسنیک تعدادی از نمونه­های آنالیز شده به بیش 200 برابر حد مجاز آرسنیک در آب شرب (mg/L 01/0) می­رسد. آنومالی اصلی آرسنیک مربوط به مناطق قوپوز، ذولبین و شوردرق است که علت آن عامل زمین­زاد مرتبط با سازند آرسنیک­دار منطقه می­باشد. در شاخه­ی عین­آباد آنومالی آرسنیکی مشاهده نگردید و به طور کلی این مکان جزو عوامل افت کیفیت از لحاظ افزایش شوری و مواد محلول آب است. مقادیر آرسنیک و شوری بالای آورده شده توسط رودخانه­ی آلمالو نسبت به رودخانه­ی قرنقو باعث کاهش کیفیت آب مخزن می­گردد. کیفیت منابع آب شرب از نظر آرسنیک و شوری در نقاط مختلف محدوده­ی مطالعاتی متفاوت است. با توجه به اینکه آب شرب شهرستان هشترود از ذخیره­ی این سد تأمین می­گردد و با در نظر گرفتن کاهش آنومالی در زمان­های آبگیری مخزن و فصول پر آب اتخاذ تدابیر مدیریتی مناسب برای کنترل کیفی آب مخزن الزامی است. کیفیت آب مخزن برای مصارف کشاورزی از نوع کمی شور و مناسب می­باشد.

سپاسگزاری

از مسئول محترم آزمایشگاه آب­شناسی گروه زمین­شناسی دانشگاه تبریز به دلیل همکاری و کمک­های صمیمانه در تجزیه­ی شیمیایی نمونه­های آب و شرکت آب منطقه­ای استان آذربایجان­شرقی به­ خاطر در اختیار قرار دادن گزارشات پایش­های کیفی منطقه کمال تشکر و قدردانی به عمل می­آید.



[1]- Hem

[2]- Freeze & Cheny

[3]- Hounslow

[4]- Fetter

[5]- Davis & Dewiest

[6]- Bouwer

[7]- Schwartz & Zhang

[8]- Anawar et al.,

[9]- Cardoso et al.,

[10]- Bundchuh et al.,

[11]- Deschumps & Matschullat

[12]- Chiban et al.,

[13]- Cornejo et al.,

[14]- Gurung et al

[15]- Solomon & Quiel

[16]- Dar et al.,

[17]- Principal Component Analysis

[18]- Dragen

[19]- Gupta & Subramanian

[20]- Yidana

[21]- Papatheodoroa et al.,

[22]- Geogenic

[23]- Anthropogenic

[24]- Aris et al.,

[25]- Arsenicosis

[26]- WHO

منابع
ـ آقانباتی، سیدعلی (1383)، زمین­شناسی ایران، تهران: سازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور.
ـ آقایی، حسین (1388)، بررسی هیدروژئوشیمی محدوده­ی غرب هشترود با تأکید بر آنومالی­های احتمالی آرسنیک در منطقه، پایان­نامه­ی کارشناسی ارشد، گروه زمین­شناسی دانشگاه تبریز.
ـ اصغری مقدم، اصغر (1389)، اصول شناخت آب­های زیرزمینی، تبریز: انتشارات دانشگاه تبریز.
ـ سازمان آب منطقه­ای استان آذربایجان­شرقی، (1386)، مطالعات هیدروژئولوژی طرح سد سهند، شرکت مشاورین آب­بند، گزارش نهایی، نشریه­ی شماره­ی 632.
ـ صادقی اقدم، فریبا (1391)، بررسی تغییرات زمانی و مکانی کیفیت منابع آب ورودی به سد سهند هشترود با تأکید بر آنومالی آرسنیک، پایان­نامه­ی کارشناسی­ارشد، گروه زمین­شناسی دانشگاه تبریز.
ـ ندیری، عطاالله؛ اصغری­مقدم، اصغر؛ صادقی اقدم، فریبا و حسین آقایی (1390)، بررسی آنومالی آرسنیک موجود در منابع آب سد سهند، محیط­شناسی، سال سی و هشتم، شماره­ی 3، ص 74-61.
-Anawar, H.M.; Akai, J.; Mihaljevic, M.; Sikder, A.M.; Ahmed, G.; Tareq, S.M. & Rahman, M.M., (2011), Arsenic Contamination in Groundwater of Bangladesh: Perspectives on Geochemical, Microbial and Anthropogenic Issues, Water, Vol. 3, PP 1050-1076.
-Aris, A.Z.; Abdullah, M.H.; Ahmed, A. and Woong, K.K., (2007), Controlling Factors of Groundwater Hydrochemistry in a Small Island’s Aquifer, Environ Science, Vol. 4, No. 4, PP 441-450.
-Bouwer, H. (1978), Groundwater Hydrology. McGraw-Hill, Inc.
-Bundschuh, J.; Litter, M.I.; Parvez, F.; Román-Ross, G.; Nicolli, H.B.; Jean, J. Sh.; Liu Ch.; López, D; Armienta, M. A.; Guilherme, L.R.G.; Cuevas, A.G.; Cornejo, L.; Cumbal, L. & Toujaguez, L.R., (2011), One Century of Arsenic Exposure in Latin America: A Review of History and Occurrence from 14 Countries, Science of the Total Environment, Vol. 429, PP 2-35.
-Cardoso, S.; Grajeda, C.; Argueta, S. and Garrido, S.E., (2010), Experiencia Satisfactoria Para la Remocion de Arsenico en Condado Naranjo, Mixco, Guatemala. In: Litter, M.I., Sancha, A.M., Ingallinella, A.M. Editors. Tecnologías Economicas Para el Abatimiento de Arsenico en Aguas, Buenos Aires, Argentina: Editorial Programa Iberoamericano de Ciencia, Tecnologia para el Desarrollo, PP 211–22.
-Chiban, M., Zerbet, M., Carja, G. & Sinan, F., (2012), Application of low-cost adsorbents for Arsenic Removal: A Review, Journal of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Vol. 4, No. 5, PP 91-102.
-Cornejo, L.; Lienqueo, H.; Arenas, M.; Acarapi, J.; Contreras, D.; Yanez, J. & Mansilla, H.D., (2008), In Field Arsenic Removal from Natural Water by Zero-valent IronAssisted by Solar Radiation, Environmental Pollution, Vol. 156, PP 827-831.
-Dar, I.A.; Sankar, K. & Dar, M.A., (2010), Remote Sensing Technology and Geographic Information System Modeling: An Integrated Approach towards the Mapping of Groundwater Potential Zones in Hardrock Terrain, Mamundiyar Basin, Journal of Hydrology, Vol. 394, No. 3-4, PP 285–295.
-Davis, N.S. & Dewiest, R.J.M., (1966), Hydrogeology, John Wiley and Sons Inc, U.S.A.
-Deschamps, E. & Matschullat, J. (2011), Arsenic: natural and anthropogenic. Bundschuh J, Bhattacharya P, editors, Arsenic in the Environment Leiden, The Netherlands: CRC Press/ Balkema Publisher.
-Dragon, K., (2006), Application of Factor Analysis to Study Contamination of a Semi-Confined Aquifer (Wielkopolska Buried Valley Aquifer, Poland), Journal of Hydrology, Vol. 331, PP 272– 279.
-Emberger, L., (1930), La vegetation de la Region Mediterraneenne, Essai D’une Classification des Groupments Vegetaux, Rev. Gen. Bot, Vol. 42, PP 641-662, 705-721.
-Fetter, C.W., (1994), Applied Hydrogeology, New York: Prentice hall publishing.
-Freeze, R.A. and Cherry, J.A., (1979), GroundWater, Prentice-Hall, Inc.
-Gupta, L.P. & Subramanian, V. (1998), Geochemical Factors Controlling the Chemical Nature of Water and Sediments in the Gomti River; India, Environmental Geology, Vol, 3, No. ½, , PP 102–108.
-Gurung, K.; Hiroaki, I; & Khadka, M.S., (2005), Geological and Geochemical Examination of Arsenic Contamination in GroundWater in the Holocene Terai Basin, Nepal, Environ Geol, Vol. 49, PP 98–113.
-Hem, J., (1989), Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water, U.S, Geological Survey Water-Supply Paper, 2254. 263.
-Hounslow, A.W. (1995), Water Quality Data: Analysis and Interpretation, Lewis Publishers.
-Jha, M.K.; Chowdhury, A. & Chowdary, V.M., (2006), GroundWater Management and Development by Integrated Remote Sensing and Geographic Information System: Prospects and Constraints, Water Resource Manage, Vol. 21, PP 427-467.
-Khan, A.T. (2011), Multivariate analysis of Hydrochemical Data of the Groundwater in Parts of Karvan-Sengar SUB-basin, Central Ganga basin, India, Global NEST Journal, Vol. 13, No. 3, PP 229-236.
-Mosaferi, M.; Yunesian, M.; Dastgiri, S.; Mesdaghinia, A. & Esmailnasab, N., (2008), Prevalence of Skin Lesions and Exposure to Arsenic in Drinking Water in Iran, Science of the Total Environment, Vol. 390, PP 69–76.
-Nadiri, A.A.; Sadeghi Aghdam, F.; Asghari Moghaddam, A. and Asadi, S., (2013), Arsenic Anomalies Occurrence in Water Resources of Sahand Dam of Hashtrud, Iran, ASCE Texas Section Fall Conference and Centennial Celebration. Dallas, Texas.
-Papatheodorou, G.; Demopulou, G. & Lambrakis, N., (2006), A long-term Study of Temporal Hydrochemical Data in a Shallow Lake Using Multivariate Statistical Techniques, Ecological Modelling, Vol. 193, PP 759–776.
-Richard, L.A., (1954), Diagnosis and Impovemet of Saline Alkali Soils Agriculture, Handbook 60, US Department of Agriculture, Washington DC.
-Schwartz, F.W. & Zhang, H., (2003), Foundamentals of groundwater, John Wiley and Sons, Inc.
-Solomon, S. & Quiel, F. (2006), Groundwater study using remote sensing and geographic information systems (GIS) in the central highland of Eritrea, Hydrogeology Journal, Vol. 14, PP 729-741.
-Todd, D.K. and Mays, L.W. (2005), Groundwater Hydrology, John Wiley and Sons, NewYork.
-World Health Organization (WHO), (2008), Guidelines for Drinking-water Quality, Third Edition, Incorporating the First and Second Addenda, Vol. 1. Recomamendations World Health Organization, WHO Press, World Health Organization, Geneva, Switzerland.
-Yidana, M.S.; Banoeng-Yakubo, B. & Sakyi, A.P., (2012), Identifying Key Processes in the Hydrochemistry of a Basin Through the Cmbined Use of Factor and Regression Models, Earth Syst. Sci, Vol. 121, No. 2, PP 491-507.