بخشی از مقاله
بررسی آنومالی آرسنیک موجود در منابع آب سد سهند
چکیده
سد سهند با حجم مخزنی ۵۳۱ میلیون متر مکعب در جنوب غرب شهرستان هشترود یکی از مهمترین سدهای استان آذربایجان شرقی محسوب می شود. این سد علاوه بر تأمین آب شرب و صنعتی شهرستان هشترود ، آب کشاورزی حدود ۱۱ هزار هکتار از اراضی این منطقه را تأمین می کند. با توجه به اهمیت این منبع آبی از نظر کشاورزی، شرب و صنعت، طی ۸ سال اخیر (۱۸۳۱- ۸۸۳۱) کیفیت آب مخزن سد و منابع آب سطحی و زیرزمینی مرتبط با آن مورد پایش قرار گرفته است . بر اساس نتایج تجزیهوتحلیل ۸۰۳ نمونه آبی بهدست آمده که شامل تجزیهوتحلیل مشخصههای فیزیکی، عناصر اصلی، یونهای فرعی و فلزات سنگین بود، آنومالی از آرسنیک در منطقه مشاهده شد. به طوری که در برخی از منابع آبی مرتبط با مخزن سد غلظت آرسنیک به ده برابر استاندارد جهانی (10ppb) نیز میرسد. هدف این تحقیق تعیین منشأ و بررسی هیدروشیمیایی آنومالی های موجود در آب انباشته شده در سد سهند و منابع سطحی و زیر زمینی مرتبط با آن است. بد ین منظور از روشهای گرافیکی و تجزیه به عوامل استفاده شد. این روشها توانستند به کمک شواهد صحرایی و مطالعات زمین شناسی سه تیپ و پنج منشأ کلی برای منابع آبی منطقه شناسایی و پنج عامل اصلی مؤثر بر هیدروشیمی منطقه را مشخص کنند. بر اساس نتایج به دست آمده، تغلیظ اپی ترمالی آرسنیک در سازندهای میوسن می تواند منشأ اصلی آنومالی آرسنیک در منابع آبی منطقه باشد که نتایج هیدروشیمیایی نشان داد که جداسازی آن از منشأ و آزادسازی آن در منابع آبی، عموماً از طریق کمپلکس سازی یون بیکربنات صورت گرفته است.
کلید واﮊه
آبهای سطحی و زیرزمینی، آنومالی آرسنیک، تجزیه به عوامل، روش گرافیکی و سد سهند
سرآغاز
در ده ه اخیر بررسی کیفیت منابع آبی و به تبع آن آنومالی های هیدروشیمایی موضوع بسیاری از مطالعات هیدرولوﮊیکی بوده است از نظر هیدروشیمیایی مواد تشکیلدهنده غیرآلی منابع آبی را میتوان در سه دسته کلی دسته بندی کرد : ۱) یونهایی اصلی با غلظت بیشتر از ۵ میلی گرم بر لیتر، ۲) یونها یی فرعی با غلظت۱۰/۰ تا ۱ میلی گرم بر لیتر، ۳) یونهایی کمیاب با غلظت کمتراز ۱۰/۰ میلیگرم بر لیتر .(Davis and Dawiest, 1966) از این میان مهمترین و تأثیر گذارترین موادتشکیل دهند ه آب بر سلامتی انسان یونهایی فرعی و کمیاب هستندکه عموماً شامل فلزات سنگین و فلوراید، نیترات و غیره هستند. منشأ این مواد در آب میتواند طبیعی (عوامل زمین شناسی ) و غیر طبیعی (فعالیتهای انسانی مانند کشاورزی و پسابها، معدنکاری و غیره) باشد .(Dragon, 2006; Jiang, et al., 2009) با توجه به سمی بودن غلظت بالای فلزات سنگیناخیراً مطالعات فراوانی روی این عناصر در منابع آب صورت گرفته است .(Manzoor , et al., 2006) از میان فلزات سنگین غل ظت بالای سرب، روی، آهن، منگنز، کادمیم، مس، نیکل و کرم در منابع آبی گزارش شده است (HawaBili, et .al., 2006) آرسنیک به طور گسترده ای در سنگ، خاک، ارگانیسمها، پسابها و غیره یافت می شود، بنابراین این عنصر که غلظت بالای آن در آب آشامیدنی باعث ایجاد زخمهای پوستی، بیماریهای عروق محیطی، فشارخون، بیماری پای سیاه ۱ و خطر بالای انواع سرطانها می شود (پورفیضی و همکاران، ۶۸۳۱)، میتواند به وفور در منابع آبی ظاهر شود . غلظت بالای آرسنیک در منابع آب بسیاری از نقاط جهان مانند بنگلادش، هند، نپال، تایلند، چین، تایوان، ویتنام، شیلی، قسمتهایی ازامریکا و بعضی قسمتهای اروپا (رومانی، صربستان، مونت ه نگرو، مجارستان ) دیده شده است Smedley and Kinniburgh, 2002; Garcia-) .(Sanchez and Alvarez-Ayuso, 2003آرسنیک در طبیعت میتواند ظرفیتهای ۰، ۳-، ۳+ و ۵+ را اختیار کند که به دو صورت آلی و غیرآلی ظاهر میشود.
فرم معمول آرسنیک در منابع آب ، آرسنات (AsO4-3) و آرسنیت (AsO3-3) است. آرسنیک در بدن انسان به طور غیرآلی و سه ظرفیتی سمیتر از حالت آلی و ظرفیت های دیگر است
.(Bhattacharyya, et al., 2003)
ظتغل بالای آرسنیک در منابع آب عموماً منشأ طبیعی داشته و وابسته فرایندهای هیدروﮊئولوﮊیکی منطقه است. سازوکار اصلی ورود آرسنیک به فاز آبی، فاز هیدروکسیدی آهن و منگنز و سولفیدی کانیهای آرسنیک دار است .(Zheng, et al., 2004) بر اساس استاندارد آﮊانس حفاظت محیطی آمریکا (USEPA, 2001) و سازمان بهداشت جهانی (WHO , 2004) سطح حداکثر آرسنیک در منابع آب طبیعی ppb۰۱ مقرر شده است.
با این حال، هنوز استاندارد داخلی ایران ppb۰۵ است. که این مقدار از نظر سازمان بهداشت جهانی نیز میزان بالایی محسوب میشود، و سلامتی افراد را تهدید میکند. هدف این تحقیق بررسی آنومالی آرسنیک در آب انباشته شده در مخزن سد سهند و منابع آبی مرتبط با آن است.
این سد به منظور ایجاد مخزنی به حجم ۵۳۱ میلیون متر مکعب بر روی شاخ ه اصلی رود خانه قرنقوچای و قبل از اتصال آن با رودخانه کلقان و با هدف توسع ه کشاورزی در بخشی از اراضی جنوب غرب شهرستان هشترود صورت پذیرفته است . وسعت این اراضی حدود ۱۱ هزار هکتار است به علاوه تأمین آب شرب و صنعتی شهرستان هشترود نیز به میزان ۶ میلیون متر مکعب در سال تأمین میشود.
بر این اساس برای پایش این منابع آبی سازمان آب منطقه ای آذربایجان شرقی و گروه زمینشناسی دانشگاه از سال ۱۸۳۱ تا ۸۸۳۱ اقدام به نمونهبرداری از آب انباشته شده در مخزن سد و منابع آب سطحی و زیر زمینی مرتبط با آن کردند . نتایج حاصل از این پایش که شامل یونهای اصلی، فرعی و کمیاب مبین وجود آنومالیهای هیدروشیمیایی مانند آرسنیک در این منابع آبی بود. این تحقیق سعی در بررسی چگونگی توزیع آنومالی آرسنیک موجود و منشاء آن برای مقابله و کاهش این آنومالی دارد.
مواد و روشها
موقعیت منطقه مطالعاتی
محدوده مورد مطالعه در شمال غرب کشور، در استان آذربایجان شرقی و در فاصله حدود ۵۲ کیلومتری غرب شه رستان هشترود با مختصات ,UTMX=644000 تا X=677000 طول شرقی و Y=4134000 تا Y=4155000 عرض شمالی قرار گرفته است.
در ضمن محدوده مورد مطالعه در جنوب کوههای آتشفشانی سهند واقع و به شدت از آتشفشان سهند مت أثر شده است . شکل شماره (۱) موقعیت منطقه مورد مطالعه را نشان میدهد.
محدوده از نظر تقسیمات هیدروﮊئولوﮊیکی درحوض ه آبریز دریای خزر و زیر حوضه سفید رود است.
رودخانههای مهم منطقه شامل قرنقو ، آلمالو، هشترود چای (آغبلاغ)، شورچای، کلقان چای، ینگی چای، جنید و مغایر است که این هشت رودخانه که از رشته کوه سهند سرچش مه می گیرند باعث شده که این منطقه را هشت رود بنامند . سد سهند در ادامه محل تلاقی دو رودخانه قرنقو وآلمالو احداث شده است.
این سد از نوع هسته خاکی با هسته ناتراوای میانی بوده، طول تاج سد ۵۰۴ متر و عرض آن ۰۱ متر و ارتفاع سد از بستر پی نیز ۶۳ متر است. این سد ۶ روستا با جمعیت حدود ۰۰۰۱نفر و جمعاً ۰۲۳ هکتار اراضی زراعی را زیر آب برده است . وسعت حوض ه آبریز رودخانه قرنقوچای در حدود ۰۲۸ کیلومتر مربع است . جریان رودخانه قرنقو از ارتفاعات کوه سهند به بلندی ۲۴۵۳ متر شروع شده و تا محل ساختگاه به ارتفاع ۰۶۵۱ متر، مسافتی بالغ بر ۱۵ کیلومتر را میپیماید. بخش عمده مسیر رودخانه آلمالو در بستر آن از سازندهای قرمز بالایی تشکیل شده است . عبور آب از این سازند، باعث افت کیفیت آب رودخانه میشود.
زمین شناسی منطقه
بر اساس تقسیمبندی ایران ب ه واحدهای مهم تکتونیکی، این منطقه بخشی از البرز است که پی سنگ پرکامبرین با رسوبات اینفراکامبرین و پالئوزوئیک در آن گسترش زیادی داشته است اما رسوبات مزوزوئیک و سنوزوئیک در برخی نقاط آن ضخامت زیادی دارند. به طور کلی با تلفیق نظریات مختلف، محدو ده مورد مطالعه بیشتر مربوط به زون البرز غربی – آذربایجان است (آقانباتی، ۳۸۳۱). قدیمیترین سنگی که در این حوضه دیده می شود مربوط به پرکامبرین در کوه دامان داغ در جنوب غربی ناحیه است . بر روی این شیستهای پرکامبرین، شیستهای سبز کهر، که مربوط به قسمت بالای پرکامبرین است قرار دارد و سپس سازندهای بایندور، سلطانیه، باروت ، لالون و میلا به ترتیب بر روی آن قرار دارند . رسوبات سازند الیکا و شمشک با کنتاکت گسلی در مقابل سنگهای دوران اول قرار گرفته اند.
از تشکیلات متعلق به دور ه ﮊوراسیک می توان به شیل و ماسه سنگ اشاره ک رد. از سنگهای دوره ائوسن جریانهای لاوا ، سنگ های آهکی و مارنی متعلق به تشکیلات زیارت و گنگلومرا و سنگ آهک قرمز متعلق به تشکیلات فجن و بالاخره ریولیت و لاتیت از نوع پورفیری در محدوده مورد مطالعه دیده می شوند . از تشکیلات قرمز فوقانی دو رخنمون در شمال شرقی محدوده مورد مطالعه مشاهده می شود و رخنمونهای سنگ های پیروکلاستیک و خاکسترهای همراه با سنگهای پیروکلاستیک بیشتر محدوده مورد مطالعه را پرکرده اند که به کمپلکس رسوبی و آتشفشانی سهند تعلق دارند. در آخر جدیدترین نهشتهها عبارتند از نهشتههای آبرفتی که عموماً در حاشیه رودخانه ها شکل گرفته اند و در اطراف روستاهای گل تپه و سعادتلو پهنههای کم وسعتی از سنگهای تراورتنی دیده میشود که در بعضی از آنها نظیر گل تپه، چشمههای آهکی هم اکنون نیز در جریان است . این پهنههایتراورتنی عموماً در امتداد گسل ها شکل گرفته اند و ضخامت آنها گاهی به چندین متر میرسد. به طور کلی از نظر هیدروﮊئولوﮊیکی سازندهای زمینشناسی در منطقه مورد مطالعه به دو بخش مهم تقسیم میشوند: ۱- نهشتههای سازند قرمز فوقانی: نهشتههای این سازند از نوع تخریبی بوده و به لحاظ اینکه دریای آن کم عمق بوده است ، رسوبات تخریبی گچ و نمک بویژه در بخش زیرین آن به فراوانی دیده میشود، به همین دلیل آبهای جاری وچشمههایی که در این سازند ایجاد شده اند املاح گچی و نمکی فراوان دارند . لایههای این سازند در همه جای این منطقه شیبدار و چین خورده وجود دارد و در آنها گسلهای کوچک و بزرگ فراوانی به چشم میخورد (آقایی، ۸۸۳۱). ۲- نهشتههای آذرآواری و گدازههای توده آتشفشانی سهند : گدازههای سهند و نهش تههای آذرآواری آن، بخش وسیعی ا ز گستره مورد بررسی را می پوشاند در گستره مورد بررسی حوضه آبریز قرنقو، تنها گدازههای داسیتی و کوارتز - آندزیتی آن است این گدازه ها به صورت قلههای پراکنده آتشفشانی به صورت منفرد یا مختلط در ناحیه، دیده میشوند.
گسلهای مهم منطقه، گسل گورچینلو و گسل دشمنلو هستند که امتداد آنها شمال غربی - جنوب شرقی است (شکل شماره ۲). با این وجود گسل ها و شکستگ یهای کوچک فراوانی بخصوص در شمال غرب منطقه دیده میشود (شکل شماره ۲).
هواشناسی و هیدرولوﮊی
عوامل آب و هوایی (درجه حرارت، بارندگی، رطوبت نسبی هوا و تبخیر)، به طور مستقیم یا غیر مستقیم بر منابع آب تأثیر می گذارند. به منظور بررسی تأثیر این عوامل در منطقه مورد مطالعه از آمار در از مدت تبخیر، درجه حرارت، ساعت آفتابی و رطوبت نسبی ایستگاههای هشترود، سهند، مراغه استفاده شده است (جدول شماره ۱). با توجه به مشخصههای ارائه شده در جدول شماره (۱)و بر اساس اقلیم نمای آمبرﮊه، اقلیم منطقه نیمه خشک سرد است.
بررسی داده ها
به منظور بررسی هیدروشیمیایی منابع آبی منطقه مطالعاتی از اواسط سال ۱۸۳۱ تا سال ۸۸۳۱ نمونهبرداری از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی، مخزن سد و خروجی آن انجام شده است و تا کنون نیز این پایش ادامه دارد.
) Cl , SO42 یونها ی فرعی NH 4 (PO4-3, NO3-, (فلزات سنگین (Fe, Mn, Pb, Zn, Cd , Cu, As) است. جدول شماره (۲) خصوصیات آماری دادههای مورد استفاده را نشان میدهد.
این نمونه برداری ها در دو ظرف مجزای یک لیتری پلاستیکی(پلی اتیلنی ) برای تجزیه وتحلیل عناصر اصلی، فرعی و کمیاب صورت گرفت . برای نمونه برداری برای تجزیه وتحلیل عناصر کمیاب که عموماً شامل فلزات سنگین است، با اضافه کردن اسید نیتریک غلیظ به هر یک از ظروف نمونه برداری pH آب به ۲رسانده شد . این نمونهها در آزمایشگاههای آ بشناسی دانشگاه تبریز، آب منطقه ای آذربایجان شرقی و شرکت آب فاضلاب استان تهران مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفت کلاً. ۸۰۳نمونه در طی ۸ سال (۱۸۳۱- ۸۸۳۱) از منابع منطقه اخذ شده است که به تفکیک در شکل شماره (۳) ارائه شده است . مشخصههای تجزیه وتحلیل شده شامل مشخصههای فیزیکی (EC, pH, COD, BOD) و شکل شماره (۳):نمونه های اخذ شده از منابع آبی منطقهمشخصههای شیمیایی بودند . مشخصههای شیمیایی نیز شامل مطالعاتی، الف) نمونه های مخزن و خروجی سد، ب) نمونه های آب سطحی یونهای اصلی و زیرزمینی.
برای بهدست آوردن ماتریس همبستگی از همبستگی اسپیرمن که مستقل از نوع توزیع دادهها است، استفاده شد. ماتریس همبستگی رسم شده توسط نرم افزار برای متغیرها نشان می دهد که همبسته ترین مشخصهها با آرسنیک به ترتیب عبارت است از یونهای فسفات، سدیم، بی کربنات و کلراید است (جدول شماره ۳). در این تحقیق همبستگیهای بالاتر از ۵/۰ به عنوان همبستگی بالا انتخاب و پررنگ نشان داده شده اند . بالاترین هم بستگیها بین مشخصهها عموماً مربوط به کات یونها و آن یونهای مرتبط است . به طوری که کلسیم و منیزیم و سدیم همبستگی بالایی با آن یونها ی مرتبطی مثل سولفات، کلراید و بی کربنات
