مقاله بررسی عوامل مؤثر بر هیدروژئوشیمی آبخوان زاهدان با استفاده از روشهای تحلیل عاملی، نمایههای اشباع و نمودارهای ترکیبی

word قابل ویرایش
25 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

بررسی عوامل مؤثر بر هیدروژئوشیمی آبخوان زاهدان با استفاده از روشهای تحلیل عاملی، نمایههای اشباع و نمودارهای ترکیبی

چکیده

آبخوان زاهدان در شمال حوضه آبریز زاهدان قرار دارد. بررسی کیفی منابع آب زیرزمینی این آبخوان به دلیل تأمین بخشی از آب شرب، کشاورزی و صنعتی این شهر ضروری است. بهمنظور اجرای برنامه پایش منابع آب زیرزمینی و بررسی فرآیندهای کنترلکننده و تعین منشأ کاتیونها و آنیون هـای آب زیرزمینی این آبخوان، از ۲۶ حلقه چاه بهرهبرداری نمونهبرداری شد. سدیم، کلر و سولفات به ترتیب کاتیون و آنیونهای غالب بوده و تیپ آب سدیم -کلروره و سدیم -سولفاته تیپ های غالب آب زیرزمینی این آبخوان هستند. تحلیل عاملی نتایج نمونهها نشان میدهد که دو عامـل اصـلی طبیعـی و انسانی در مهرماه به ترتیب ۶۵/۲۵و ۱۸/۵ درصد و در بهمنماه به ترتیب ۵۸/۸۲ و ۱۵/۵۶ درصدتغییرات کیفی آب زیرزمینی را کنترل میکند. عامل اول که مرتبط با فرآیندهای طبیعی تبادل یونی و انحلال اسـت، بـا یـونهـایCa2+ ،Mg2+،Na+،-Cl،K+ و-SO42 ارتبـاط داشـته و عامـل دوم کـه بـا یون های-No3 و Ca2+ ارتباط دارد، به فعالیت انسانی بستگی دارد. در نمونههای مهرماه شاخصهای اشباع کانیهای کلسیت، ژیپس و دولومیت حالت تحت اشباع داشته و در بهمنماه شاخصهای کلسیت و دولومیت به ترتیب در بیش از ۶۰ و ۹۰ درصد نمونهها حالت اشباع داشته ولی شاخص ژیپس در تمامی نمونه ها حالت تحت اشباع دارد. اشباع نبودن آب زیرزمینی آبخوان زاهدان نشاندهنده کافی نبودن زمان ماندگاری آب در آبخوان برای انحـلال کانیها میباشد. با توجه به عدم احداث شبکه جمعآوری فاضلاب در شهر زاهدان و دفع پساب توسط چاههای جذبی یونهای SO4-2 و No3- در بیش از ۷۰ درصد نمونههای آبزیرزمینی منشأ غیرطبیعی (نفوذ فاضلاب) دارند.

واژههای کلیدی: هیدروژئوشیمی، آبخوان زاهدان، تحلیل عاملی، نمودارهای ترکیبی، نمایههای اشباع

مقدمه

عوامل متعددی ازجمله زمین شناسی، فرآیند هوازدگی (شیمیایی)، شرایط هیدروژئولوژیکی، اختلاط آب هـا، شـرایط جـوی و تبخیـر در فراوانی و غلظت یون ها در منابع آب (سـطحی و زیرسـطحی) مـؤثر هستند .(۱۹) با استفاده از تجزیه و تحلیل غلظت آنیونها و کاتیونها، نمودارهای ترکیبی، مدلهای کیفی، نمایههای اشباع مختلف و فاکتور عاملی ۴ که نوعی روش آمـاری چنـدمتغیره اسـت، مـیتـوان عوامـل کنترلکننده کیفیت آبهای زیرزمینی را شناسایی کرد.

روش تحلیل عاملی برای بررسی پدیدههای زیستمحیطی بهطور وسیعی مورد استفاده قرار گرفتـه اسـت .(۳۰) اسـتفاده از ایـن روش، گروهبندی نمونههای آب در گروههای مستقل بر اساس خصوصـیات شیمیایی آنها را ممکن میسازد ( .(۲۵ بررسی تحقیقـات انجـامشـده نشان میدهد که این روش برای مطالعه و دسـتهبنـدی فرآینـدهای هیدروژئوشیمیایی بهطور موفقیتآمیزی مورد استفاده قرار گرفته است.
کلوتیر و همکاران (۲۸) روش تحلیل عاملی را برای بررسی روند تکامل هیدروژئوشیمیایی آب های زیرزمینی آبخوان سازندی Bases-Laurextides در کبک کانادا با استفاده از دادههای نمونـههـای آب مورد استفاده قرار دادند. بلخاری و همکاران ۲۵) و (۲۶ با اسـتفاده از این روش خصوصیات هیدروژئوشـیمی آبخـوان AinAzel در شـمال الجزایر و روابط واکنشی بین آبهای زیرزمینی و سنگهای منطقه را بررسی کردند. چـن و همکـاران (۲۷) روش تحلیـل عـاملی را بـرای ارزیابی فراوانی عناصر کمیاب آبهای زیرزمینـی در منطقـه سـاحلی Shenzhen چین مورداستفاده قـرار داده و نشـان دادنـد کـه عناصـر W,MO,AS,Cr,V و U با شرایط اکسیداسیونی آب زیرزمینی منطقه ارتباط مثبت داشته و با استفاده از تحلیل عاملی مهمترین عامل مؤثر بر کیفیت آبخوان را اکسیداسیون تعیین کردند. محمـدی و همکـاران (۲۱) با استفاده از روش تحلیل عاملی، هیدروژئوشیمی آبخوان ساحلی آبدان – دیر را بررسی نموده و سه فرآیند اصلی تبخیر، نفوذ آبهای آهکـی و آبهـای برگشــتی کشـاورزی را بـهعنــوان عوامـل اصــلی کنترلکننده کیفیت آبخوان معرفی کردند.

علاوه بر این روش تحلیل عاملی در دشتهای سرچاهان توسـط غیومیان و همکاران (۱۵)، قروه توسط زراعی و همکاران (۸ ) و خوی توسط جلالی و اصغری مقدم ( ۲)، معـدن گـل گهـر توسـط حسـینی سبزوار و همکاران ( (۳ و منابع آب شهر گرگان توسط قره محمـدلو و همکاران ( (۱۸ برای بررسی هیدروژئوشیمیایی مورد استفاده قرار گرفته و کـارایی خــود را بــهخــوبی نشـان داده اســت. رضــایی (۶) عوامــل کنترل کننده شوری آبخوان آبرفتی دشـت منـد اسـتان بوشـهر را بـا استفاده از روش تحلیل عاملی و نمودارهای ترکیبی مورد بررسی قرار داد و نتیجه گرفت که سه عامل انحلال کانیهای سولفاته سازندهای گروه فارس، انحلال هالیت گنبد نمکی شرق دشت، نفوذ آب دریـا و انحلال گازکربنیک در آب نفوذی آبخوان مهم تـرین عوامـل کنتـرل کیفیت بوده و سهم هر یک بـه ترتیـب ۴۰، ۲۸ و ۱۵ درصـد اسـت. همچنین از نسبت های یونی و نمودارهـای ترکیبـی مختلـف توسـط محمدزاده و همکاران ۴)و (۲۰، فاریابی و همکاران (۱۷) و رضایی (۷) برای شناخت فرآیندهای هیدروژئوشیمیایی اسـتفاده شـده و کـارایی آنها برای تعیین منشأ عناصر و فرآیندهای مؤثر بر آبخوان اثباتشده است. در این تحقیق نیز هیدروژئوشیمی آبخوان زاهدان بـا اسـتفاده از روش تحلیل عاملی، نسبتهای یونی، نمودارهای ترکیبی و نمایههای اشباع با هدف تعیین عوامل مؤثر در کیفیت آبخوان مورد بررسی قرار گرفته است.

موقعیت و زمینشناسی منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز زاهدان با مساحت ۲۲۶۱کیلومترمربع در شرق ایـران و شمال استان سیستان و بلوچستان قـرار دارد .ایـن حوضـه اقلیمـی خشک داشته و متوسط بارندگی ۴۸ ساله ۴۵-۱۳۴۴) تـا (۹۰-۱۳۸۹ آن بر اساس آمار ایستگاه سینوپتیک زاهدان حدود ۷۸ میلیمتر اسـت و تابستان گرم و زمستان سرد و خشک دارد .(۱۵)
از نظر زمینشناسـی ایـن محـدوده قسـمتی از واحـد تکتـونیکی نهبندان- خاش است که از سه واحد سنگی فلیشهای قدیمی، تـوده گرانودیوریتی و فلیشها و آبرفتهای جوان تشکیل شده است. دشت زاهدان فروافتادگی کوچک محصور بین ارتفاعات است که مسیلهای زیارت و گوربند از غرب، حاجی آباد از جنوب غرب و کلات رزاق زاده از جنوب وارد آن شده و پس از پیمـودن دشـت از شـمال شـرقی آن خارج می شوند . متوسط ارتفاع دشت زاهدان حدود ۱۴۰۰ متر و شـیب عمومی دشت از سمت غرب و جنوب غرب به سمت شـرق و شـمال شرق است .(۱۳)
آبخوان زاهدان با مسـاحت ۱۳۳کیلومترمربـع در بخـش شـمالی دشت واقع شده و سنگ کف آنتوپوگرافی ناهمواری دارد. بررسی نقشهضخامت آبرفت آبخوان نشان می دهد که در دشـت تعـدادی گـودی پرشده توسط آبرفت وجود دارد. در مقاطع ژئوفیزیک گسلهـایی کـه سنگ کف را تحت تأثیر قرار داده باشند، شناسایی نشده اسـت .(۱۰) مهم ترین این گودی ها در جنـوب غـرب شـهر قـرار دارد کـه بیشـتر چاه های آب شرب شهر زاهدان در آن حفر شده و یکی از ضخیمترین بخش های آبخوان با ضخامت حدود ۷۰ متر است. بخشش مــــالی این گودی به ارتفاعات منفرد غرب شهر و شمال غرب آن به گـودی دورین که یکی از ورودی های آب سـطحی بـه آبخـوان اسـت خـتم می شود. ضخامت رسوبات در این بخش حـدود ۵۰ متـر و در جنـوب شرقی دشت حدود ۶۰ متر میباشد .(۱۵)

سنگ کف آبخوان در شمال غرب از فلیشهای قدیمی، در نواحی غربی و جنوب غربی از گرانیت و در جنوب، شرق و جنـوب شـرق از فلیشهای جوان و رسوبات نئوژن تشکیل شده است . جهـت جریـان آب زیرزمینی در آبخوان از غرب به شرق و در مناطق جنوبی به سمت شمال بوده و درنهایت از شمال شرق آبخوان خارج می شود و کیفیت آب زیرزمینی از ارتفاعات غربی به سمت شرقشدیداً، کاهش مییابد
.(۱۵)

بررسی وضعیت بهرهبرداری از منابع آب زیرزمینی آبخوان زاهدان نشان می دهد که بر اساس آخرین آماربرداری سالانه (۱۳۸۸) در این آبخوان ۶۷/۸ میلیون مترمکعب آبزیرزمینی برداشت میشود که سهم مصارف کشاورزی، شرب و صنعت به ترتیب۸/۲۲، ۰/۳۷و ۰/۸ میلیون مترمکعب است. لازم به ذکر است که سالانه ۲۵ میلیـون مترمکعـب آب سطحی از چاه نیمه های زابل برای تأمین آب شرب شـهر منتقـل میشود.

در مطالعه صورت گرفته در سال ۱۳۸۰ توسط خزاعی و همکاران (۳۰) از ۴۱ حلقه چاه نمونهبرداری شده و اثرات فعالیـتهـای انسـانی به ویژه دفع پساب توسط چاهـهای جـذبی بـر کیفیـت آب زیرزمینـی بررسی شده است . در این بررسی مشخص شد که هـدایت الکتریکـی در برخی نقـاط آبخـوان در طـی ۲۵سـال ۱۳۵۵ ) تـا (۱۳۸۰، ۷۵۰۰ میکرومهوس بر سانتی متر افزایش یافته و غلظت نیترات در چاهـهای مرکز شهر به بیش از ۲۴۰میلیگرم برلیتر رسیده است.

بررسی روند تغییرات نقشههای هدایت الکتریکی، باقیمانده خشک (TDS) و کلر این آبخوان نشان می دهد که میزان هدایت الکتریکی، باقیمانده خشک و کلر در غرب آبخوان حداقل بوده و در جهت حرکت آب زیرزمینی به سمت شرقشدیداً افزایش مییابد بهطوریکه هدایت الکتریکی از ۱۵۰۰ به بیش از ۱۳۵۰۰ میکرومهـوس بـر سـانتیمتـر، باقیمانده خشک املاح محلول از۶۵۰ تا بیش از ۶۰۰۰میلیگرم بر لیتر و غلظت کلر از ۱۳۰ تا بیش از ۲۸۰۰میلی گرم بر لیتر میرسد. علـت کاهش شدید کیفیت آب زیرزمینی را میتوان وجود رسوبات تبخیری و کاهش دهنده کیفیت در رسوبات تشکیلدهنده آبخوان در نظر گرفت.(۱۵)

مواد و روشها

بــهمنظــور انجــام پــایش کیفــی آبخــوان زاهــدان در مهرمــاه و بهمن ماه۱۳۹۱ از ۲۶ حلقه چاه نمونـه بـرداری شـده و در آزمایشـگاه مهندسین مشاور خاک آزما نگین آنالیز شده است. موقعیـت چاهـهای نمونه برداری در شکل ۱ ارائه شـده اسـت ( .(۱۴ پارامترهـای هـدایت الکتریکی (EC)، درجه حـرارت (T) و PH در هنگـام نمونـهبـرداری اندازهگیری شد و سایر پارامترهای کیفی با استفاده از روشهای ذکـر شده در جدول۱ ارائه شده است . محاسبه درصد خطای موازنـه یـونی اختلاف کاتیون ها و آنیونها بر حسب میلیاکـیوالان گـرم بـر لیتـر نشان میدهد که خطای انجـام آزمـایش در تمـام نمونـههـا در حـد استاندارد تعیین شده برای صحت دادهها است. لازم به ذکر است کـه بهجز نمونه چاه شماره ۱۶ مربوط به نمونهبرداری بهمنماه که خطای انجام آزمایش آن بین ۵ تا ۱۰ درصد است، خطـای انجـام آزمـایش سایر نمونههاکمتر از ۵ درصد است (جدول .(۲

برای شناسایی عوامل حاکم بر تغییرات کیفیـت آب زیرزمینـی و روابط بین متغیرهـا از روش تحلیـل عـاملی، نمودارهـای ترکیبـی و نمایههای اشباع اسـتفاده شـده و بـرای ترسـیم نقشـه و نمودارهـای ترکیبی، انجام تحلیل عاملی، محاسبه نمایههای اشباع کـانی هـا بـه ترتیـــــب از نـــــرمافزارهـــــای Arc GIS9.3، Excel 2007،SPSS13وPHREEQC-Ver.2.18 استفاده شده است.

نتایج و بحث

نتایج حاصل از آنالیز نمونه های برداشت شده آبخـوان زاهـدان و میانگین پارامترها در دو دوره مهرماه و بهمنماه در جدول ۲ ارائه شده است ۱۱) و .( ۱۲ بررسی نتایج آنالیز نمونههای دو مرحله نمونهبرداری نشان میدهدکه تقریباً تمامی نمونهها (بهجز نمونه مربوط به نیروگاه گاز) خیلی شور بوده، حداکثر، حداقل و میانگین هدایت الکتریکی آب زیرزمینــی در مهرمــاه ۱۳۵۹، ۱۲۶۲۰ و ۶۸۸۷ میکرومهــوس بــر سانتی متـر و در بهمـن مـاه۲۱۴۱، ۱۲۷۷۱ و ۷۰۲۶ میکرومهـوس بـر سانتی متر است. همچنین حداقل و حداکثر غلظـت باقیمانـده خشـک املاح محلول (TDS) در مهرماه ۶۵۲ و ۶۸۹۰ میلیگرم بر لیتـر و در بهمنماه ۹۸۲ و ۷۰۸۰میلیگرم بر لیتراست.

در هر دو دوره نمونه های آبزیرزمینی آبخوان از نظـر تیـپ در ۳ گروه بی کربناته، سولفاته و کلروره قرار میگیرند. در جدول۳ نوع تیپ و فراوانی آن ها ارائه شده است. تیـپ آب در ایـن آبخـوان در جهـت جریان آب زیرزمینی از کربناته سدیک در بخش غربـی بـه سـولفاته سدیک در بخش غربی و مرکزی و در نهایت کلروره سدیک در بخش شرقی تغییر میکند.

با توجه به نتایج آنالیز نمونههای آب زیرزمینی (جدول (۲، کاتیون غالب در هر دو دوره Na+ و آنیون غالب در نمونههای مهرماه در ۴۰ درصد نمونهها-Clو در ۵۶ درصد SO42- و در نمونههای بهمنماه در ۶۴ درصد نمونههـا-Clو در ۳۲ درصـد-SO42 اسـت. تیـپ غالـب آب زیرزمینی کلرور سدیک بوده ولی در بخش مهمـی از آبخـوان تیـپ سولفات سـدیک و در بخـش کـوچکی از آن تیـپ کربناتـه سـدیک گسترش دارد.

تحلیل عاملی

انجام تحلیل عاملی دارای سه مرحله تهیه ماتریس همبستگی از تمام متغیرها، استخراج عاملها و تفسیر نتایج است. با انجـام آزمـون ۱KMO بر روی دادهها (جدول (۴ می توان از مناسـب بـودن دادههـا برای انجام تحلیل عاملی اطمینان حاصل کرد . درصـورتی کـه مقـدار KMOکم تر از ۰/۵ باشد، دادهها برای تحلیل عاملی مناسب نبـوده و اگر مقدار آن بین ۰/۵ تا ۰/۶۹ باشد، می تـوان بـا احتیـاط از تحلیـل عاملی استفاده نمود و اگر بیش از ۰/۷ باشد، همبستگی موجـود بـین داده ها برای تحلیـل عـاملی مناسـب بـوده و تحلیـل عـاملی بـرای تجزیه وتحلیل دادهها قابل اسـتفاده اسـت .(۹) بررسـی مقـدار KMO محاسبه شده برای داده های آبخوان زاهدان (جدول (۵ نشان می دهد که این ضریب برای دادههای مهر، بهمن و کل داده به ترتیب ۰/۶۹، ۰/۷۰ و ۰/۷۱ است، لذا از تحلیل عاملی برای تجزیـه و تحلیـل ایـن داده ها می توان استفاده نمود. آزمون بارتلت انجامشده نیز فرض یکـه بودن ماتریس ضرایب همبستگی دادهها را نشان میدهد. با رد فرض یکه بودن ماتریس، همبسته بودن دادهها تأیید شده و صحت دادههـا برای تحلیل عاملی نیز تأیید میشود.

با توجه به پیچیده بودن بررسی و شناخت عوامل مؤثر بر کیفیت آب های زیرزمینی دشت زاهدان، جهت تشـخیص سـهم هـر یـک از عوامل از روش تحلیل عاملی ۴) و (۲۳ استفاده و جـدول همبسـتگی متغیرها (کاتیونها و آنیونها، (TDS تهیه شده است. بررسی ماتریس همبستگی داده ها (جداول –۶الـف و ب) کـه بـا اسـتفاده از ضـریب همبستگی پیرسون محاسبه شدهاند، نیز نشان میدهد کـه در هـر دو دوره بین یـون هـایCa2+، Mg2+،Na+، Cl،K+،SO4+ ،-No3 و TDS همبستگی بالایی وجود داشته و تحلیـل عـاملی را بـر اسـاس آنهـا میتوان انجام داد.
بررسی محاسبات تعیین عاملهای مؤثر با استفاده از روش تعیین مقدار ویژه دادههای آبخوان زاهدان (جدول (۷ نشان میدهـد کـه در هر دو داده مهرماه و بهمنماه دو عامل اصلی مؤثر بر کیفیت آبخوان وجود دارد. تحلیل عاملی بر اساس دادههای مهرماه آبخـوان زاهـدان نشان میدهد که ۲ عامل اصلی، ۸۳/۳ درصد از تغییـرات کیفـی آب زیرزمینــی را کنتــرل مــیکننــد. عامــل اول کــه بــا یــونهــای Ca2+Mg2+،Na+، Cl- ،K+، SO4+ ارتباط دارد، ۶۵/۲۵ درصد تغییرات کیفی آب زیرزمینی را کنترل کرده و به عوامل طبیعی (تبادل یـونی، انحلال کانیها و …) بستگی دارد.
عامل دوم که با یـون No3- وCa2+ مـرتبط اسـت، حـدود ۱۸/۵ درصد تغییرات کیفی را کنترل کرده و با توجه به گسـترش شـهر در بخش اعظم آبخـوان (حـدود ۷۰ کیلومترمربـع از سـطح آبخـوان در محـدوده شـهری قـرار دارد) و عـدم تکمیـل و بهـرهبـرداری شــبکه جمع آوری فاضلاب در آن، انتقال ۲۵میلیون مترمکعب آب سطحی از چاه نیمههای زابل برای شرب شهر و توسعه کم کشـاورزی بـر روی آبخوان (با مصرف سالانه ۸ میلیون مترمکعب آبزیرزمینی برای آبیاری اراضی کشاورزی کهعمدتاً در بخش غربی دشت قرار دارند)، میتوان آن را ناشی از فعالیت انسانی دانست.

بررسی تحلیل عاملی انجام شده بر روی داده های بهمن ماه نشان میدهد که در این دوره نیز ۲ عامل اصـلی، ۷۴/۳۷ درصـد تغییـرات کیفی آبخوان را کنترل مـی کننـد. عامـل اول کـه ماننـد عامـل اول اطلاعــات مهرمــاه بــا یــونهــایCa2+،Mg2+،Na+ ، Cl-،K+و-SO42 همبستگی بالایی دارد ۵۸/۸۲ درصد تغییرات کیفی آبخوان را کنترل میکند . عامل دوم نیز با یون های-No3 وCa2+ ارتباط داشته و حـدود ۱۵/۵۶ درصد تغییرات کیفی را در برمیگیرد و با فعالیت انسانی ارتباط دارد. با توجه به اینکه نمونههای مهرماه در فصل خشک و نمونههای بهمن ماه در فصل تر برداشته شدهاند، دلیل افزایش درصد عامل اول و کاهش درصد عامل دوم در بهمنماه نسبت به مهرماه را نفوذ آبهای سطحی و رواناب در سطح حوضه و افزایش تغذیـه عمـودی و افقـی میتوان در نظر گرفت. در ادامه هریک از عوامل محیطـی و انسـانی مؤثر بر کیفیت آبخوان بهتفصیل مورد بررسی قرار گرفته است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 25 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد