بخشی از مقاله
خلاصه
چشمههای کارستی اندرخ، مزار و گیلاس واقع در شمال شهر مشهد، تأمینکننده بخشی از نیاز آبی این شهر و روستاهای اطراف در بخشهای شرب وکشاورزی میباشند. در مطالعه حاضر منشأو عوامل موثر بر کیفیت آب چشمههای کارستی فوق با روشهای هیدروژئوشیمیایی و ایزوتوپی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آنالیز نمونهبرداریهای فصلی، نشان میدهد که رخسارههای آب چشمههای اندرخ و مزار بیکربناته - کلسیک و چشمهگیلاس سولفاته - سدیک میباشد. نتایج فرآیند تحلیل عاملی، ارتباط هیدرولیکی بین چشمه اندرخ و سد کارده و تأثیر سازند کربناته مزدوران را به عنوان دو عامل اصلی مؤثر برکیفیت آب چشمه اندرخ نشان میدهد. همچنین سه عامل نهشتههای تبخیری عهد حاضر، سازند کربناته مزدوران و کودهای کشاورزی، کیفیت آب چشمه گیلاس را تحت تأثیر قرار داده است. مطالعات ایزوتوپی - - 18O &2H، در هر سه چشمه غنیشدگی حاصل از تبخیر را نشان میدهد که دلیل آن میتواند کوچک بودن آبخوان چشمههای مزار و گیلاس و ارتباط هیدرولیکی چشمه اندرخ با مخزن سد کارده، واقع در بالادست چشمه باشد.
کلمات کلیدی: هیدروژئوشیمی، منشأ آب، تحلیل عاملی، ایزوتوپهای پایدار.
.1 مقدمه
امروزه بخش مهمی از آب مورد نیاز در بخشهای شرب، صنعت و کشاورزی از منابع آب زیرزمینی کارستی - چشمههای کارستی - تأمین میشود. بطور کلی کیفیت شیمیایی آب چشمهها تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند لیتولوژی سازندهای موجود در حوضه آبگیر، کیفیت آب بارندگی، زمان ماندگاری آب، تبخیر آب، اختلاط آبها و همچنین عوامل دیگری چون فعالیتهای صنعتی و کشاورزی میباشد. مطالعات هیدروژئوشیمیایی و ایزوتوپی آبها، به عنوان یک ابزار مهم و موثر در شناخت خصوصیات کیفی آبخوان، سیستم جریان، مطالعه منشأو سن آبهای کارستی و سنگهای دربرگیرنده آنها کاربرد وسیعی دارد.
تجزیه و تحلیل دادههای کیفی و محتوای ایزوتوپی نمونههای آب چشمههای کارستی، اطلاعات ارزشمندی را در رابطه با فرآیندهای ژئوشیمیایی حاکم بر کیفیت آب این چشمه بدست میدهد. در این زمینه تاکنون مطالعات زیادی در ایران و جهان انجام شده که از آن جمله میتوان به 5]؛[1 اشاره کرد.هدف از مطالعه حاضر، بررسی کیفیت آب و فرآیندهای ژئوشیمیایی حاکم بر کیفیت آب چشمههای کارستی اندرخ، مزار و گیلاس - واقع درشمال و شمالغربی شهر مشهد و در حوضه آبریز رودخانه قره قوم - ، تعیین منشا آب و چگونگی تاثیر سازندهای مختلف زمینشناسی بر کیفیت آب این چشمهها با استفاده از روشهای هیدروژئوشیمیایی میباشد.
.2 مواد و روشها
نمونهبرداری از آب هر سه چشمه بصورت فصلی و در چهار مرحله انجام شده است. در طی نمونهبرداری برای انجام آنالیزهای کیفی، ابتدا پارامترهای صحرایی از جمله درجه حرارت - T - ، شوری - Salinity - ، هدایت الکتریکی - EC - و کل مواد جامد محلول - TDS - توسط دستگاه Orion 115 و پارامترpH توسط دستگاه Jenway اندازهگیری شده است. جهت آنالیز آنیونها و کاتیونهای اصلی، نمونهها در ظروف یک لیتری از جنس پلیاتیلن - - PET و از نزدیکترین فاصله به مظهر چشمه جمعآوری شده و سپس در آزمایشگاه شرکت آب منطقهای خراسان رضوی مورد آنالیز قرار گرفتهاند. جهت افزایش دقت آنالیز، نمونهها در زمان انتقال به آزمایشگاه در دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری شدهاند. در آزمایشگاه غلظت یونهای اصلی کلسیم - Ca_⁺ - ، منیزیم - Mg_⁺ - ، سدیم - Na⁺ - ، پتاسیم - K⁺ - ، کلر - Cl⁻ - ، بیکربنات - HCO₃⁻ - ، سولفات - SO₄_⁻ - وکربنات - CO₃_⁻ - با استفاده از روش استاندارد تیتراسیون تعیین شده است.
همچنین به منظور بررسی ترکیب شیمیایی آبهای موجود در رسوبات عهدحاضر، از نتایج آنالیز کیفی چاههای آبرفتی منطقه مطالعاتی، در آرشیو شرکت آب منطقهای خراسان رضوی استفاده شده است. جهت مطالعه ترکیب ایزوتوپی آب چشمهها و بررسی نسبت ایزوتوپهای پایدار 18O/16O و 2H/H یک مرحله نمونهبرداری ایزوتوپی در فصل بهار انجام شده است. بدین منظور نمونهی آب هر چشمه پس از فیلتر شدن 45 - میکرون - درظروف 25cc پلیاتیلنی جمعآوری و جهت آنالیز به آزمایشگاه G.G. Hatch Stable Isotope Laboratory در دانشگاه اوتاوا ارسال شده است. جهت تفسیر دادهها و رسم دیاگرامهای ترکیبی مختلف از نرمافزارهای Microsoft Office Excel RockWare Aq.QA وChemistry استفاده شده است. همچنین نمایه اشباع کانیهای کربناته - کلسیت، دولومیت - و تبخیری - ژیپس - بوسیله نرمافزارPHREEQC محاسبه شده و جهت انجام فرآیند تحلیل عاملی از نرمافزار PASW Statistics 18 استفاده شده است.
.3 نتایج و بحث
نتایج آنالیز نمونههای آب چشمههای مورد مطالعه در فصول مختلف سال در جدول 1 ارائه شده است. مقدار متوسط سالانه TDS در چشمههای اندرخ، مزار و گیلاس بهترتیب 365، 224 و 822 میلیگرمبرلیتر میباشد. متوسط pH آب در چشمه اندرخ 7/6، در چشمهی مزار 7/7 و در چشمهگیلاس 7/5 میباشد. همچنین متوسط سالانه سختی کل - TH - در چشمهگیلاس 436 میلیگرمبرلیتر و در چشمههای اندرخ و مزار بهترتیب 249 و 167 میلیگرمبرلیتر میباشد. از نظر آنیونها وکاتیونهای اصلی، یونهای بیکربنات و کلسیم در چشمههای اندرخ و مزار و سولفات و سدیم در چشمهگیلاس بیشترین مقادیر را به خود اختصاص دادهاند.
در این مطالعه جهت شناخت دقیقتر عوامل و میزان تأثیرگذاری آنها بر شیمی آب چشمههای مورد مطالعه، از روش تحلیل عاملی استفاده شده است. تحلیل عاملی یک روش آماری چند متغیره بوده که هدف آن سادهکردن رابطهی بین مجموعهای پیچیده از متغیرهای مشاهدهای میباشد. این فرآیند شامل سه مرحله تهیه ماتریس همبستگی متغیرها، استخراج عاملها و تفسیر نتایج است .[6] جهت تعیین تعداد عوامل موثر بر کیفیت آب چشمهها از دو روش Kaiser Criterian و Screeplot استفاده شده و نتایج هر دو روش نشاندهندهی وجود دو عامل اصلی در کیفیت آب چشمه اندرخ و سه عامل اصلی در کیفیت آب چشمه گیلاس میباشد - جدول . - 2
با توجه به محدودیت تعداد دادهها در چشمه مزار، تحلیل عاملی برروی نمونههای این چشمه انجام نشده است.تحلیل مؤلفهی اصلی چشمه اندرخ، وجود ارتباط قوی بین پارامترهای سولفات، منیزیم، سدیم، کلر و بیکربنات - در عامل اول - را نشان داده که احتمالا ارتباط هیدرولیکی بین چشمه اندرخ و آب سد کارده - بعنوان مهمترین عامل مؤثر بر کیفیت آب چشمه اندرخ - را نشان میدهد. با توجه به اینکه کیفیت آب سد کارده در بالادست چشمه اندرخ، تحت تاثیر عوامل متعددی از قبیل اثر سازندهای آهکی و عهدحاضر موجود در کل حوضهی آبریز رودخانه کارده و تبخیر آب در دریاچه سد می باشد، ارتباط بین این پارامترها قابل توجیه است.وجود ارتباط بین پارامترهای کلسیم و بیکربنات - در عامل دوم - نشان دهنده تأثیر سازند آهکی مزدوران - انحلال کانی کلسیت - می باشد.
در مورد چشمه گیلاس، وجود مقادیر بالای پارامترهای سدیم، کلر و سولفات در عامل اول، تأثیر سازندهای عهد حاضر - کانیهای هالیت وژیپس - را در کیفیت آب چشمه گیلاس اثبات مینماید. عامل دوم مؤثر در کیفیت آب چشمه گیلاس، تأثیر سازند آهکی مزدوران بوده که مقادیر بالای پارامترهای کلسیم، بیکربنات و منیزیم مبین این موضوع است. عامل سوم مؤثر بر کیفیت آب چشمه گیلاس که از اهمیت کمی نسبت به دو عامل دیگر برخورداراست، تأثیر کودهای شیمیایی کشاورزی بوده که مقادیر بالای pH و منیزیم معرف آن است. اگرچه به علت عدم اندازهگیری غلظت یون نیترات و ناچیز بودن واریانس عامل سوم، این عامل با قطعیت بالایی همراه نیست. از سوی دیگر با توجه به اینکه ضریب اشباع کلسیت در این چشمه مثبت بوده - جدول - 2، و آب نسبت به کلسیت در حالت فوق اشباع قرار دارد، لذا کانی کلسیت رسوب کرده و مقادیر یونهای کلسیم و بیکربنات در عامل سوم کاهش یافته است.
