بررسی عوامل مؤثر بر کیفیت آب زیرزمینی آبخوان دشت مشگین شهر (استان اردبیل) با تاکید بر منشأ احتمالی برخی فلزات سنگین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استادیار، دانشکده زمین شناسی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانشجوی دکترا، گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در دهه‌های اخیر به دلیل رشد روزافزون جمعیت در منطقه مشگین‌شهر و به تبع آن افزایش تقاضا برای استفاده از آب برای شرب، کشاورزی و صنعت باعث شده است که آب زیرزمینی به عنوان مهمترین منبع آبی منطقه مورد توجه قرار گیرد. بنابراین لازم است در کنار توجه به کمیت آب زیرزمینی منطقه، کیفیت آن نیز مورد توجه قرار گیرد. اهداف این مطالعه، بررسی منشا احتمالی برخی فلزات سنگین در آب زیرزمینی دشت مشگین‌شهر با استفاده از روش‌های آماری چندمتغیره از جمله تحلیل خوشه‌ای و تحلیل عاملی به همراه ضریب همبستگی و همچنین شناسایی عوامل موثر در کیفیت آب زیرزمینی منطقه می‌‌‌‌باشند. برای این منظور تعداد 25 نمونه از منابع آب زیرزمینی منطقه در مهر ماه سال 1395 جمع‌آوری گردید و پارامترهای اسیدیته، هدایت الکتریکی، یون‌های اصلی (کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، کلرید، سولفات، کربنات، و بی کربنات) و فرعی (نیترات، فلوراید و سیلیس) و برخی از فلزات/شبه‌فلز سنگین همچون آهن، منگنز، آلومینیوم، روی، کروم، مس، کادمیوم، سرب و آرسنیک اندازه‌گیری شدند. آنالیزها نشان می‌دهند که فرایندهایی همچون هوازدگی و انحلال سازندهای تبخیری و سیلیکاته، تعویض یونی و فعالیت‌های کشاورزی بر کیفیت آب زیرزمینی منطقه موثر می‌باشند. نتایج آنالیز چند متغیره نشان می‌دهد که اغلب فلزات سنگین در آب زیرزمینی از سازندهای آتشفشانی موجود در منطقه نشات می‌گیرند و شوری و اسیدیته نقش مهمی در آزادسازی آنها به آب زیرزمینی دارد. تحلیل عاملی نشان می‌دهد که فرایندهای زمین‌زاد با مجموع واریانس 9/79 درصد و عوامل انسان‌زاد با مجموع واریانس 6/6 درصد شیمی آب زیرزمینی منطقه را کنترل می‌کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessing the effective factors on groundwater quality of Meshgin-Shahr plain aquifer (Ardebil province) with emphasis on possible origin of some heavy metals

نویسندگان [English]

  • Shahrokh Norallahi 1
  • A. Asghari Moghaddam 2
  • Fijani Elham 3
  • Rahim Barzegar 4
1 M.Sc. Student, Department of Geology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Professor, Department of Geology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Assistant Professor, School of Geology, College of Science, University of Tehran, Tehran, Iran
4 Ph.D. Student, Department of Geology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In recent decades, due to growth of population and qancequently increasing demand for drinking, agriculture and industry purposes has led to consider the groundwater as the most important resource of water in the area. Therefore, it is necessary to pay attention to the quality of the groundwater in the area, along with its quantity. The objectives of this study are to investigate the possible origin of some heavy metals in the groundwater of Mashgin-Shahr plain using multivariate statistical methods including cluster analysis and factor analysis along with correlation coefficient as well as identification of factors affecting groundwater quality in the area. For this purpose, 25 groundwater samples were collected in October 2016, and measured with respect to pH, electrical conductivity, major (calcium, magnesium, sodium, potassium, chloride, sulfate, carbonate, and bicarbonate) and minor (nitrate, fluoride and silica) ions and some heavy metals/metalloid such as iron, manganese, aluminum, zinc, chromium, copper, cadmium, lead and arsenic. The analyzes show that processes such as weathering and dissolution of evaporatic and silicate formations, ion exchange and agricultural activities are effective on the groundwater quality of the area. The results of multivariate analysis show that most of the heavy are originated from volcanic formations in the area and salinity and acidity play an important role in releasing them into the groundwater. Factor analysis indicates that geogenic processes with a total of 79.9 % of variance and anthropogenic factors with a total of 6.6 % of variance control the groundwater chemistry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • Multivariate Statistic
  • Water Quality
  • heavy metals
  • Meshgin-Shahr
کتابنگاری
اردکانی، س.، جمالی، م. و معانی‎جو، م.، 1393- بررسی غلظت آرسنیک، روی، کروم و منگنز در منابع آب زیرزمینی دشت رزن و تهیه نقشه پهنه بندی عناصر با استفاده از سیستم اطاعات جغرافیایی، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره شانزدهم، شماره 2، صص. 25 تا 38 .
رهنمای رهسپار، ص.، شاه‎نظری، ع.، خالدیان، م. و فرقانی، ا.، 1394- بررسی میزان آلودگی آب‌های زیرزمینی به عناصر سنگین و پهنه‎بندی آن در منطقه گیلان مرکزی، نشریه آبیاری و زهکشی ایران، شماره 1، جلد 9، صص. 13 تا 21.
طلایی، ر. و پیروان، ح.، ۱۳۸۵- شناخت و بررسی لیتوژئوشیمیایی هاله­های ولکانوپلوتونیک­های اوغلان­داغ (مشگین­شهر- استان اردبیل)، دهمین همایش انجمن زمین‎شناسی ایران، تهران، انجمن زمین‎شناسی ایران، دانشگاه تربیت مدرس.
فتح‎اللهی، م.، خیرخواه، م.، 1394- منشأ و جایگاه تکتونوماگمایی سنگ‎های آتشفشانی کواترنری سبلان. فصلنامة کواترنری ایران، دوره 1، شماره 2، صص. 125 تا 136.
فخری، م.، اصغری‎مقدم، ا.، برزگری، ر.، کاظمیان، ن. و نجیب، ن.، 1395- بررسی منشأ برخی فلزات سنگین در آب زیرزمینی آبخوان دشت مرند با استفاده از روش‎های آماری چند متغیره، نشریه دانش آب و خاک، جلد 26 شماره 2/2، صص. 253 تا 237.
                                                  
References
Aris, A. Z., Abdullah, M. H., Ahmed, A. and Woong, K. K., 2007- Controlling factors of groundwater hydrochemistry in a small island’s aquifer. Environmental Science 4:441- 450.
Barzegar, R., Asghari Moghaddam, A. and Kazemian, N., 2015- Assessment of heavy metals concentrations with emphasis on arsenic in the Tabriz plain aquifers, Iran. Environmental Earth Sciences 74(1):297- 313.
Barzegar, R., Asghari Moghaddam, A., Soltani, S., Fijani, E., Tziritis, E. and Kazemian, N., 2018- Heavy metal(loid)s in the groundwater of Shabestar area (NW Iran): source identification and health risk assessment. Exposure and Health 1- 15.
Devi Onim, J., Ramanathan, A. L. and Singh, G., 2012- Geochemical and Statistical evaluation of groundwater in Imphal and Thoubal district of Manipur, India. Journal of Asian Earth Sciences 48: 136- 149.
Dragon, K., 2006- Application of factor analysis to study contamination of a semi-confined aquifer (Wielkopolska Buried Valley aquifer, Poland). Journal of Hydrology. 331:272- 279.
EPA, 2000- Groundwater Sampling Guidelines. Victoria, Australia: Environment Protection Authority.
Esmaeili, S., Asghari Moghaddam, A., Barzegar, R. and Tziritis, E., 2017- Multivariate statistics and hydrogeochemical modeling for source identification of major elements and heavy metals in the groundwater of Qareh-Ziaeddin plain, NW Iran. Arabian Journal of Geosciences 11:5
Facchinelli, A., Sacchi, E. and Mallen, L., 2001- Multivariate statistical and GIS-based approach to identify heavy metal sources in soils. Environment Pollution 114:313- 324.
Joe, H. and Ward, Jr., 1963- Hierarchical Grouping to Optimize an Objective Function, Journal of the American Statistical Association, 58: 301, 236- 244.
Kribek, B., Majer, V., Veselovsk, F. and Nyambe, I., 2010- Discrimination of lithogenic and anthropogenic sources of metals and sulphur in soils of the central-northern part of the Zambian Copper belt Mining District: a top soil vs. subsurface soil concept. Journal of Geochemistry Explore 104: 69- 86.
Kumar, M., Rmanathan, A. L., Rao, M. S. and Kumar, B., 2006- Identification and evaluation of hydrogeochemical processes in the groundwater environment of Delhi, India. Environmental geology 50 (7):1025- 1039.
Li, S., Jia, L. and Zhang, Q., 2011- Water quality assessment in the rivers along the water conveyance system of the Middle Route of the South to North Water Transfer Project (China) using multivariate statistical techniques and receptor modeling. Journal of Hazardous Materials 195(1):306- 317.
Lu, K. L. Liu, C. W., Wang, S. W., Jang, C. S., Lin, K. H., Liao, V. H. C. and Chang, F. J., 2011- Assessing the characteristics of groundwater quality of arsenic contaminated aquifers in the blackfoot disease endemic area. Journal of Hazardous Materials 185(2):1458- 1466.
Mehrotra, P. and Mehrotra, S., 2000- Pollution of Groundwater by Manganese in Hindon- Yamuna Doab (Noida area) District, Ghaziabad’, in Proceedings of the International Seminar on Applied Hydrogeochemistry, Annamalai University. p.106- 112.
Menico, A. and Mas-Pla, J., 2008- Assessment by multivariate analysis of groundwater-surface water interactions in urbanized Mediterranean Streams. Journal of Hydrology 352:355- 366.
Nriago, J. O. and Pacyna, J. M., 1988- Quantitative assessment of worldwide contamination of air, water and soils by trace metals. Nature 333:134- 139.
Rubio, B., Nombela, M. A. and Vilas, F., 2000- Geochemistry of major and trace elements in sediments of the Ria de Vigo (Nw Spain): an assessment of metal pollution. Marine Pollution Bulletin 40: 968- 980.
Sikdar, P. K., Sarkar, S. S. and Palchoudhury, S., 2001- Geochemical evolution of groundwater in the Quaternary aquifer of Calcutta and Howrah, India. Journal of Asian Earth Science 19:579- 594.
Soltani, S., Asghari Moghaddam, A., Barzegar, R., Kazemian, N. and Tziritis, E., 2018- Hydrogeochemistry and water quality of the Kordkandi-Duzduzan plain, NW Iran: application of multivariate statistical analysis and PoS index. Environ Monit Assess 189: 455.
Wang, J., Liu, G., Liu, H. and Lam, P. K. S., 2017- Multivariate statistical evaluation of dissolved trace elements and awater quality assessment in the middle reaches of Huaihe River, Anhui, China. Science of the Total Environment 583:421- 431.
WHO (World Health Organization), 2011- Evaluating household water treatment options: Health-based targets and microbiological performance specifications.