نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبد کاووس، گنبد کاووس، ایران

2 کارشناس امور آب سیدان-فاروق، مرودشت، ایران

چکیده

سابقه و هدف:
مطالعه کیفیت آب‌های زیرزمینی یکی از ابزارهای مهم برای توسعه پایدار در هر منطقه‌ای می‌باشد و اطلاعات تعیین کننده‌ای را برای مدیریت آب در بخش‌های مختلف فراهم می‌کند. در سال­ های اخیر برداشت بی‌رویۀ آب از آبخوان‌های کشور سبب کاهش کیفیت آب زیرزمینی در بیشتر دشت‌ها شده‌است. این تحقیق بمنظور بررسی کیفیت آب زیرزمینی دشت سیدان-فاروق برای مصرف­ های کشاورزی، شرب و همچنین پهنه‌بندی برخی پارامترهای شیمیایی موثر در این دو بخش انجام شد.
مواد و روش‌ها:
در این پژوهش از نتایج یک دوره آنالیز شیمیایی مربوط به 12 حلقه چاه در سال 1395 استفاده شد. ابتدا تیپ و رخساره هیدروژئوشیمیایی آب زیرزمینی تعیین شد. سپس عامل ­های کنترل‌کننده شیمی آب زیرزمینی با استفاده از نمودار گیبس و نمودار Ca+Mg در برابر SO4+HCO3 تعیین شد. بمنظور طبقه‌بندی آب برای آبیاری از هدایت الکتریکی (EC)، نسبت جذب سدیم (SAR)، درصد سدیم محلول، نسبت منیزیم، نسبت خورندگی و اندیس نفوذپذیری استفاده شد. سپس نقشه پهنه‌بندی برخی از پارامتر مهم در بخش آبیاری تهیه‌شد. برای طبقه‌بندی آب برای شرب، ابتدا پارامترهای شیمیایی با دستورالعمل‌های سازمان بهداشت جهانی(WHO) مقایسه شد. در مرحله بعد برخی از پارامترهای مهم در بخش شرب نظیر کل مواد جامد محلول، سختی کل، غلظت یون کلرید با استانداردهای موجود مقایسه و تأثیر آن­ها بر سلامت انسان بحث شد. سپس نقشه پهنه‌بندی این پارامتر برای دشت مورد مطالعه تهیه گردید. در نهایت کیفیت آب با استفاده از دیاگرام شولر مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج و بحث:
الگوی پراکندگی نمونه‌ها در دیاگرام درو، نشان از تمایل برخی از نمونه‌های آب برای رسیدن به انتهای سیکل تکاملی هیدروژئوشیمیایی دارد. بطوریکه در فاصله کوتاهی از تیپ بی‌کربناته به تیپ کلریده تغییر کرده‌است. براساس نمودار گیبس و نمودار Ca+Mg در برابر SO4+HCO3 واکنش‌آب-سنگ و هوازدگی کانی‌های کربناته عامل اصلی در تغییر کیفیت شیمی آب زیرزمینی دشت می‌باشد. باتوجه به میزان SAR تمام نمونه‌ها در رده عالی قرار گرفتند که برای آبیاری مناسب می‌باشند و هیچ خطری مبنی بر قلیایی شدن خاک وجود ندارد. درحالی که به لحاظ شوری (EC) در بخش کشاورزی قابل قبول می‌باشند. براساس میزان درصد سدیم، نمونه‌ها در رده عالی تا خوب قرار می‌گیرند که برای آبیاری مناسب می‌باشند. براساس اندیس نفوذپذیری بجز یک نمونه، همه نمونه‌ها دارای کیفیت خوب برای آبیاری می‌باشند و نفوذپذیری خاک را تغییر نمی‌دهند. در بیشتر نمونه‌ها میزان نسبت منیزیم کمتر از 50 می‌باشد که برای آبیاری مناسب هستند. مقایسه پارامترهای شیمیایی با دستورالعمل‌ WHO نشان داد که هیچ کدام از پارامترها از حد مجاز تجاوز نمی‌کند. مقایسه TDS و کلرید نمونه‌ها با دیگر استانداردهای موجود نشان داد تنها یک نمونه جزء آب‌های لب شور بوده و مناسب شرب نمی‌باشد. براساس میزان سختی، آب‌ زیرزمینی دشت مورد مطالعه جزء آب­های با سختی بالا طبقه‌بندی می‌شود. باتوجه به دیاگرام شولر، کیفیت آب دشت مورد مطالعه در رده خوب قرار می‌گیرد.
نتیجه‌گیری:
براساس نتایج هیدروژئوشیمیایی، واکنش‌آب-سنگ و هوازدگی کانی‌های کربناته عامل اصلی در تغییر شیمی آب می‌باشد. از آنجائی­که بیشتر سنگ‌های تغذیه کننده آبخوان مورد مطالعه آهکی هستند غالب بودن یون‌های کلسیم و بی‌کربنات در آب زیرزمینی بدیهی بنظر می‌رسد. بجز چاه ­هایی که نفوذ آب شور در آن­ها محتمل بنظر می‌رسد در همه نمونه‌ها، پارامترهایی نظیر خطر شوری، SAR، سدیم محلول و اندیس نفوذپذیری قابل قبول برای کشاورزی می‌باشند و هیچ خطری مبنی بر قلیایی شدن خاک وجود ندارد. تغذیه آبخوان توسط سنگ­های آهکی-دولومیتی و دولومیتی در برخی از منطقه­ ها سبب افزایش نسبت منیزیم در حدود 40 درصد از نمونه‌ها و افزایش سختی آب‌ زیرزمینی شده است. هیچ کدام از پارامترهای شیمیایی از حد مجاز WHO تجاوز نکردند و نمودار شولر کیفیت آب دشت را در رده خوب طبقه‌بندی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessment of groundwater quality in Seydan-Farooq plain for irrigation and drinking purposes

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Ghareh Mahmoodlu 1
  • Ali Heshmatpoor 1
  • Nader Jandaghi 1
  • Ali Zare 2
  • Hossein Mehrabi 1

1 Department of Watershed and Rangeland Management, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Gonbad Kavous University, Gonbad Kavous, Iran

2 Water Expert at Regeional Water Company of Sydan-Farooq, Marvdasht, Iran

چکیده [English]

Introduction:
Groundwater quality study is one of the important tools for the sustainable development of a region and provides crucial information for managing water in different sectors. In recent years, water withdrawal from Iran's aquifers has reduced the groundwater quality in most of the plains. This research was conducted to investigate the groundwater quality of Seydan-Farooq plain for agricultural and drinking purposes and also mapping some effective chemical parameters in these two sections.
Material and methods:
In this research, the results of chemical analysis of twelve wells in 2016 were used. First, groundwater type and hydrogeochemical facies were determined. Factors controlling groundwater chemistry were determined using Gibbs diagram and plot of Ca+Mg versus SO4+HCO3. To classify water for irrigation, electrical conductivity (EC), sodium adsorption ratio (SAR), sodium percentage (%Na), magnesium ratio, corrosivity ratio, and permeability index were used. Then, the map of some important parameters for irrigation water was prepared. To classify water for drinking purposes, chemical parameters were first compared with World Health Organization (WHO) guidelines. Next, some important parameters for drinking such as total dissolved solids, total hardness, and chloride ion concentration were compared with existing standards and their effects on human health were discussed. Then, the map of these parameters for the study plain was prepared. Finally, the quality of water for drinking purposes was evaluated using the Schoeller diagram.
Results and discussion:
The distribution pattern of samples in Durov diagram indicated the tendency of some samples to reach the end of the hydrogeochemical evolutionary cycle. As such, the bicarbonate type was changed into chloride type in a short time. Based on Gibbs diagram and the plot of Ca+Mg versus SO4+HCO3, rock-water interaction and dissolution of carbonate rocks were the main factors changing the groundwater chemical quality of the plain. According to SAR value, all samples fell in the excellent category which is suitable for irrigation and there is no risk of soil alkalinity. While in terms of salinity (EC), they are acceptable in the agricultural sector. Based on the percentage of sodium, samples were categorized as excellent, which are suitable for irrigation. According to the permeability index, all samples, except for one sample, showed good irrigation quality and did not change the soil permeability. In the majority of samples, the magnesium ratio was less than 50, which is suitable for irrigation. Comparison of chemical parameters with the WHO guidelines showed that none of the parameters exceeded the permissible limit. Comparison of TDS and chloride in samples with other existing standards showed that only one sample was brackish, which is not suitable for drinking purposes. Based on the groundwater hardness, water of the study plain was classified as high hardness water. According to the Schoeller diagram, the water quality of the study plain was classified in the good category.
Conclusion:
According to the hydrogeochemical results, water-rock interaction and weathering of carbonate minerals are the main factors in changing water chemistry. Since the majority of rocks recharging the aquifer are calcareous, it seems obvious that calcium and bicarbonate ions are dominant in the groundwater. In all samples, except those wells with possible saltwater intrusion, parameters such as salinity risk, SAR, sodium solution, and permeability index were acceptable for irrigation and there was no risk of soil alkalinity. Aquifer recharge by limestone-dolomite and dolomitic rocks in some regions has increased the magnesium ratio of groundwater in about 40% of samples. It has also increased the groundwater hardness. None of the chemical parameters exceeded the permissible limit set by the WHO and Schoeller diagram indicated that the water quality of the study plain was classified in the good category.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater quality
  • Hydrogeochemistry
  • Irrigation water
  • Drinking water

Abbasnejad, A. Nazari, Y. and Dehghani, M., 2016. Investigation of hydrogeochemical process affecting the groundwater quality of rayen plain (Northeast Kerman Province) using statistical analyses. Journal of Geochemistry. 5 (2), 145-155. (In Persian with English abstract)

Aher, K.R., 2017. Delineation of groundwater quality for drinking and irrigation purposes: a case study of Bori Nala watershed, district Aurangabad, Maharashtra, India. Journal of Applied Geochemistry.19(3), 321-338.

Alipour, A. Rahimi, J. and Azarnivand, A., 2017. Groundwater quality analysis for drinking and agricultural purposes-a prerequisite for land use planning in the arid and semi-arid regions of Iran. Journal of Natural Environment. 70(2), 423-434. (In Persian with English abstract)

Agrawal, V. and Jagetia, M., 1997. Hydrogeochemical assessment of groundwater quality in Udaipur City, Rajasthan, India. Proceedings of National Conference on Dimensions of Environmental Stress in India, Baroda. 151-154.

Azizi, F. and Asghari Moghaddam, A., 2017. Evaluation of groundwater salinization and delineation of ion offspring in Malekan plain coastal aquifer using ionic ratios. Journal of Environmental Studies. 43(3), 437-454. (In Persian with English abstract).

Bhat, M.A. Wani, A.S. Vijay, K. Jyotirmaya, S. Dinesh, T. and Sanswal, R., 2018. An overview of the assessment of groundwater quality for irrigation. Journal of Agricultural Science and Food Research. 9(1), 1-9.

Davis, S.N. and De Wiest, R.J.M., 1966. Hydrogeology. John Wiley & Sons, New York. p 463

Doneen, L.D. 1964. Water Quality for Agriculture. Department of Irrigation, University of California, Davis, USA, p 48.

Durvey, V.S. Sharma, L.L. Saini, V.P. and Sharma, B.K., 1991. Handbook on the Methodology of Water Quality Assessment. Rajasthan Agriculture University, India.

Freeze, R.A. and Cherry, J.A. 1979. Groundwater. Prentice Hall, Engle Wood Cliffs, p 604.

Ghareh Mahmoodlu, M. Raghimi, M. and Tahmasebi, A., 2008. Salt water intrusion in water wells by using of hydrogeochemistry study (case study: Sari City). Journal of Agriculture Sciences and Natural Resources. 15(4), 281-293. (In Persian with English abstract).

Gibbs, R.J., 1970. Mechanisms controlling world water chemistry. Science Journal. 170, 795-840.

Homayoonnezhad, I. Amirian, P. and Piri, I., 2016. Investigation on water quality of zabol chahnimeh reservoirs from drinking water and agricultural viewpoint with focus on schuler and Wilcox diagrams. Journal of Environmental Science and Technology. 18(1), 1-13. (In Persian with English abstract)

Janardhana Raju, N., 2007. Hydrogeochemical parameters for assessment of groundwater quality in the upper Gunjanaeru River basin, Cuddapah District, Andhra Pradesh, South India. Environmental Geology. 52,1067-1074.

Karanth, K.R. 2001. Assessment Development and Management. Tata McGaw-Hill. p720.

Kaur, T. Bhardwaj, R. and Arora, S., 2017 .Assessment of groundwater quality for drinking and irrigation purposes using hydrochemical studies in Malwa region, southwestern part of Punjab, India. Applied Water Science. 7(6), 3301-3316.

Kumar, M. Kumari, K. Ramanathan, A.L. and Saxena, R., 2007. A comparative evaluation of groundwater suitability for irrigation and drinking purposes in two intensively cultivated districts of Punjab, India. Journal of Environmental Geology. 53,553-574.

Palliwal, K.V., 1972. Irrigation with Saline Water, ICARI Monograph No.2, New Delhi, p198.

Purushothman, P. Rao, M.S. Kumar, B. Rawat, Y.S. Krishan, G. Gupta, S. Marwah, S. Bhatia, A.K. Kaushik, Y.B. Angurala, M.P. and Singh, G.P., 2012. Drinking and irrigation water quality in Jalandhar and Kapurthala Districts, Punjab, India: using hydrochemistry. International Journal of Earth Sciences and Engineering. 5(6), 1599-1608.

Raman, V., 1985. Impact of corrosion in the conveyance and distribution of water. Journal of Indian Water Works Association. 11,115-121.

Ravikumar, P. and Somashekar, R.K., 2017. Principal component analysis and hydrochemical facies characterization to evaluate groundwater quality in Varahi river basin, Karnataka state, India. Journal of Applied Water Scinces. 7,745-755.

Rezaee, M., 2011. Assessing the controlling factors of groundwater hydrochemistry in Mond alluvial aquifer, Bushehr. Journal of Environmental studies. 37(58), 105-116. (In Persian with English abstract)

Richards, L.A., 1954. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils. Agricaltur Handbook 60. U.S. Department of Agriculture, Washington, DC, p 160.

Sajedi-Hosseini, F. Choubin, B. and Shahbazi, B., 2015. Determining type, faces and hypothetical composition of groundwater aquifer Seydan-Farooq in Fars Province. Journal of Water Management in Arid Lands. 1 (2), 35-44. (In Persian with English abstract).

Saleh, A. Al-Ruwaih, F. and Shehata, M., 1999. Hydrogeochemical processes operating within the main aquifers of Kuwait. Journl of Arid Environments. 42,195-209.

Sappa, G. Ergul, S. and Ferranti, F., 2014. Water quality assessment of carbonate aquifers in southern Latium region, Central Italy: a case study for irrigation and drinking purposes. Journal of Applied Water Science. 4, 115-128.

Sawyer, G.N. and McCartly, D.L., 1967. Chemistry of Sanitary Engineers. 2nd ed, McGraw Hill, New York, p 518.

Shanmugasundharam, A. Kalpana, G. Mahapatra, S.R. Sudharson, E.R. and Jayaprakash, M., 2017. Assessment of groundwater quality in Krishnagiri and Vellore districts in Tamil Nadu, India. Journl of Applied Water Science. 7, 1869-1879.

Sheikhy Narany, T. Firuz Ramli, M. Zaharin Aris, A. Sulaiman, W.N.A. Juahir, H. and Fakharian, K., 2014. Identification of the hydrogeochemical processes in groundwater using classic integrated geochemical methods and geostatistical techniques, in Amol-Babol Plain, Iran. Hindawi Publishing Corporation, The Scientific World Journal, Article ID 419058, http://dx.doi.org/10.1155/2014/419058.

Shirvani, T. Shirvani Saroei, I. Boochani, M.H. and Aref, F., 2016. Qualitative assessment of groundwater for agriculture and industrypurposesin Sahra Bagh plain, Larestan, Iran. Iranian Journal of Ecohydrology. 2(4), 345-356. (In Persian with English abstract).

Singh, S. Raju, N.J. and Ramakrishna, Ch., 2015. Evaluation of groundwater quality and its suitability for domestic and irrigation use in parts of the Chandauli-Varanasi Region, Uttar Pradesh, India. Journal of Water Resource and Protection. 7, 572-587.

Sreepat, J., 2014. Fundamentals of Physical Geology, Springer, India, p 488.

Stuyfzand, P.J., 1991. Non-point source of trace element in potable groundwater in Netherland. Proceedings of the 18th International Water Supply Congress and Exhibition (IWSA), 25-31 May, Copenhagen, Denmark.

Subramani, T. Elango, L. and Damodarasamy, S.R., 2005. Groundwater quality and its suitability for drinking and agricultural use in Chithar River Basin, Tamil Nadu, India. Journal of Environmental Geology. 47, 1099-1110.

Talebi, B. Sajjadi, N. and Sharmad, T., 2017. Evaluation of drinking and agricultural water quality in the north of Qazvin Plain's. Journal of Marine Scince & Technology. 12(2), 1-16. (In Persian with English abstract).

Tamma, R.G. Srinivasa, R.Y. Mahesh, J. Surinaidu, L. Dhakate, R. Gurunadha, R.V.V.S and Durga, P.M., 2015. Hydrochemical assessment of groundwater in alluvial aquifer region, Jalandhar District, Punjab, India. Journal of Environmental Earth Sciences. 73, 8145-8153.

Tripathi, A.K. Mishra, U.K. Mishra, A. Tiwari, S. and Dubey, P., 2012. Studies of hydrogeochemical in groundwater quality around Chakghat Area, Rewa District, Madhya Pradesh, India. International Journal of Modern Engineering and Research Technology. 2(6), 4051-4059.

Wilcox, L.V., 1955. Classification and Use of Irrigation Waters. U.S. Department of Agriculture. Circ, Washington, DC, US, p 969.

World Health Organization (WHO), 2004. Guideline for Drinking-Water Quality, 3rd ed, Vol. 1: Recommendations, World Health Organization, Geneva: Switzerland, p515. Availble online at: http://www.who.int/water_

sanitation_health/publications/gdwq3/en/