بخشی از مقاله
چکیده
آبهای سطحی به عنوان منابع مهم آب شیرین برای فعالیتهای زیستی انسان در مخاطرات شدید زیستمحیطی قرار دارند. با بررسی کیفیت آن می توان مسائل و مشکلات زیستمحیطی را تا حدودی کنترل نمود. هدف اساسی در تحقیق فوق شناسایی فلزات سنگین موجود در حوضه آبریز سد 15 خرداد و تعیین غلظت هر یک از این عناصر است به نوعی که در نهایت بتوان نقشه پهنهبندی غلظت عناصر سنگین شناسایی شده را ترسیم نمود و به بررسی آلودگی یا عدم آلودگی منطقه موردنظر پرداخت. این امر از طریق نمونهگیری در 18 ایستگاه مختلف منطقه حوزه آبریز سد 15 خرداد انجام میشود. جهت انجام مطالعات آلودگی از آن جایی که توزیع ژئوشیمیایی عناصر در محیط، حاصل ترکیبی از عوامل انسانی و طبیعی است لذا باید روند تغییرات با استفاده از شاخصهای آلودگی ارزیابی شود.
در همین راستا با درنظرگرفتن غلظت عناصر در نمونه زمینه، روند آلودگی بر اساس معیارهای غنی شدگی، شاخص زمین انباشتگی مورد بحث قرار میگیرد. بر اساس تحلیلهای انجام شده توسط هر یک از معیارهای فوق، منطقه مورد بررسی - حوضه آبریز سد 15 خرداد - از لحاظ بررسیهای آلودگی در محدوده غیرآلوده قرار میگیرد. هر چند که تحلیلهای انجام شده بر اساس معیار ضریب غنیسازی نشان میدهد که غلظت فلزات سنگین در منطقه مزبور به شدت رو به افزایش است و این افزایش شدید غلظت در اثر وجود فعالیتهای انسانزاد از قبیل وجود فعالیتهای معدنی موجود در منطقه نظیر معدن سرب و روی راونج، طلای موته و نیز پسابها و فاضلابهای صنعتی ناشی از شهرکهای صنعتی ارقده و نیمور و دلیجان است که در صورت عدم توجه کافی، این امر میتواند منجربه بروز آلودگی در منطقه مورد نظر شود.
مقدمه
یکی از مهمترین چالشها در مطالعه رسوبات رودخانه ودریاچهها پیداکردن رابطه بین مقدار اندازهگیری شده عنصر، در محیط مورد نظربا مقدار میانه یا کلارک آن درپوسته است .معمولا تحرکپذیری عناصر، بستگی به پارامترهای خاک مثل: مینرالوگرافی، بافت و طبقهبندی خاک دارد. بعضی از پارامترهای فیزیک وشیمیایی مثلPH وOC، پارامترهای مهمی در کنترل تجمع وحضور فلزات سنگین در محیط هستند .بکارگیری روشهای ژئوشیمیای مثل ضریب غنیشدگی، مناطق دارای آلودگی را زیرذرهبین میبرد وازآن مهمتر، تاثیرفعالیت انسان برروی رسوبات را برای مامشخص می کند Gonzalez et al . - - 2001 سد مخزنی 15 خرداد دراستان مرکزی و در نزدیکی شهر دلیجان در محل دهکده عباس آباد بر روی رودخانه قمرود به منظور کنترل و مهار آبهای سطحی و تامین حقابههای حدود 8000 هکتار اراضی زیردست محل سد در حاشیه رودخانه و همچنین تامین حدود 1/2 متر معکب در ثانیه آب مورد نیاز شهر قم احداث گردیده است.
این سد جریانهای مازاد رودخانه های دربند - گلپایگان - ، خمین، خوانسار و چند شاخه دیگر را دریافت و در آینده نیز با اجرای طرح انتقال آب از سرشاخه های رودخانه از طریق شاخه دربند، تامینکننده دراز مدت آب شرب شهرهای قم، کاشان و محلات خواهد بود. سد 15 خرداد دارای ارتفاع 53 متر از بستر رودخانه و 96/80 متر ارتفاع از پی می باشد. حجم کل مخزن آن 200 میلیون متر مکعب و وسعت دریاچه در حداکثر ارتفاع آبگیری درحدود 1300 هکتار و طول دریاچه حدود 12 کیلومتر است. طول تاج سد 320 متر و عرض آن 10 متر است. نوع سد خاکی غیر همگن و امتداد محور سد یک بازوی خاکی - دایک - با طول 1325 متر وارتفاع حداکثر 28 مترساخته شده است.
سد 15 خرداد دارای دو تونل هر یک به قطر 4/5 متر با پوشش بتونی جهت انحراف آب در زمان ساخت و تخلیه تحتانی و آبیاری در زمان بهرهبرداری است که در بازوی سمت راست سد جمعا بطول 765 متر ساخته شده است. همچنین در بازوی سمت چپ یک تونل با پوشش بتونی متصل به سرریز نیلوفری جهت تخیله مازاد آب وسیلابها پیشبینی شده است. سطح حوزه آبریز تا محل سد 15 خرداد 10200 کیلو متر مربع، ارتفاع بستر رودخانه در محل سد ازسطح دریا حدود 1395 متر و حداکثر ارتفاع درحوزه آبریز رودخانه قمرود 3724 متر ازسطح دریا است. کاربردهای این تحقیق برای سازمان زمینشناسی کشور، دانشگاه ها وموسسات تحقیقاتی وپژوهشی، دانشجویان تحصیلات تکمیلی رشتههای زمین شناسی ومعدن، مرکز تحقیقات آب ومدیریت وامور بهرهبرداری سد 15 خرداد دلیجان است.
مطالعات ژئوشیمیایی رسوبات پیکرههای آبی مانند رودخانهها، مصبها و بستر دریاها، می تواند گام مؤثری برای یافتن منشأ رسوبات، الگوی پراکنش عنا صر و ارزشیابی محیطزیستی وضعیت موجود در یک منطقه باشد . - Ouyang , 2005 - با توجه به اهمیت مطالعه برروی عناصر سنگین در رسوبات مخازن سد، دراین تحقیق با استفاده از روش مطالعات ژئوشیمیایی به شناسایی فلزات و عناصر سنگین در رسوبات مخزن سد 15 پرداخته میشود و منشایابی احتمالی آنها نیز با تحلیل الگوهای همروندی و همرشدی REE انجام میشود و همچنین با استفاده از تحلیلهای چندمتغیره، تحلیل مولفههای اصلی PCAو همبستگی و رگرسیون و همچنین مدلسازی به روش زمین آمار برای کمیسازی منشا احتمالی اقدام میشود.
مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق
شهبازی و همکاران - 1390 - ، بررسی توزیع مکانی فلزات سنگین کادمیوم، مس و سرب در خاک و تعیین منشا این فلزات را مورد بررسی و تحقیق قرار میدهد. هدف از این مطالعه بررسی توزیع مکانی فلزات سنگین کادمیوم، مس و سرب با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و زمین آمار و تاثیرهای ساختارهای زمین شناسی و کاربری اراضی بر غلظت این فلزات در خاک است. با استفاده از روش نمونهبرداری سیستماتیک - تصادفی، 39 نمونه خاک سطحی 0-20 - سانتیمتری - از شهرستان نهاوند واقع در استان همدان به وسعت 1623 کیلومترمربع جمعآوری و غلظت کل عناصر، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک شامل EC،pH و ماده آلی برای کلیه نمونهها اندازهگیری می شود.
برای پهنهبندی غلظت عناصر از روشهای مختلف کریجینگ استفاده شد و با کمک آنالیز همبستگی مکانی، مناسبترین روش پهنهبندی با استفاده ازمقادیر RMSS و RMSE و توابع MAE و MBE انتخاب شد. سپس نقشه پهنهبندی غلظت فلز سنگین کادمیوم با استفاده از روش کریجینگ گسسته و مدل نمایی، نقشه پهنهبندی غلظت فلز مس با استفاده از روش کریجینگ معمولی و مدل نمایی و نقشه پهنهبندی غلظت فلز سرب با استفاده از روش کریجینگ گسسته و مدل کروی تهیه شد. همچنین برای تجزیه و تحلیل توزیع مکانی فلزات از نقشههای کاربری اراضی و زمین شناسی استفاده شد. نقشه کاربری اراضی با استفاده از اعمال روش هیبرید - که ترکیبی از طبقهبندی نظارت شده و نظارت نشده است - بر روی تصویر AWIFS سال 1378 با کاپای 0/91 و صحت کلی %95 تهیه شد.
تجزیه و تحلیل نقشه پهنهبندی فلزات نشان داد که عناصر کادمیوم، مس و سرب منشا زمینشناسی و کشاورزی دارند. در حقیقت این فلزات به طور طبیعی در خاک وجود دارند اما فعالیتهای انسان سبب تجمع بیشتر این فلزات در خاک میشود. زارع و همکاران - 1390 - با استفاده از زمین آمار و GIS، پهنهبندی آلودگی فلزات سنگین در رسوبات تالاب انزلی را بررسی کردند. دراین مطالعه روشهای آماری مختلف - همبستگی پیرسون، تحلیل عاملی و زمین آمار - برای تعیین همبستگی بین عناصر و منشا آلودگی رسوبات و تغییرات مکانی فلزات سنگین در بخش های مختلف تالاب مورد استفاده قرار گرفت.
در طی مطالعه، غلظت عناصراصلی و فلزات سنگین - Al, Fe, K, Mg, Mn, Ti, S, P , Na, Ca, Sr Ba, As, - Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, V, Ni, Pb, Zn در رسوبات 18 نقطه از تالاب و رودخانه منتهی به آن اندازهگیری شد. نتایج تحلیل عاملی و همبستگی پیرسون نشان داد که نیکل دارای منشا مشترک انسانزاد و طبیعی است، در حالی که As ,Bi ,Cd ,Co ,Cr ,Cu ,Mo ,Pb ,Zn ,V فقط منشا انسانزاد دارند. برای درونیابی و بررسی تغییرات مکانی دادههای فلزات سنگین از روش کریجینگ معمولی استفاده شد.
ابتدا نرمالیزه بودن دادهها با استفاده از آزمون کولموگرف - اسمیرنف بررسی شد و پس از رسم سمی واریوگرام برای هر یک ازفلزات سنگین، مدلهای مختلف مدور، کروی، نمایی وگوسی به واریوگرامها برازش داده شد. برای اعتبارسنجی و انتخاب بهترین مدل، پارامتر RMS بدست آمده از Cross-Validation مورد استفاده قرار گرفت. بهترین مدل برازش شده برای فلزات سنگین برای عناصر As، Cu و Pb نمایی و برای Zn ,Cd و Ni مدور بود. نتایج حاصله حاکی از دقت بالای تخمین کریجینگ برای عناصر Cu, Ni, AS و Pb بود. نقشه پهنهبندی آلودگی تولید شده توسط نتایج کریجینگ و GIS نشان داد که بخش های هندخاله و شیجان، آلودهترین و سیاه کیشم، غیرآلودهترین بخش تالاب هستند.
مطالعات گستردهای را در زمینه کاربرد زمین آمار در بررسی تغییرات مکانی عناصر سنگین انجام دادند Gonsales . - - 2001 توزیع احتمالی سرب افزایشیافته در پسابهای کشاورزی را با استفاده از کریجینگ پیش بینی کردند. از GIS در تلفیق با زمین آمار در جهت بررسی تغییرات مکانی و شناسایی مناطق آلوده نسبت به فلزات سنگین در خاک بکار میرود . - Dao - 2008 رسوبات ساحلی را به عنوان نشانگرهای حساس جهت پایش آلودگی در مناطق ساحلی به کار میبرد - - 2010 . Manasreh
فرضیات تحقیق
-1 امکان شناسایی منشا احتمالی عناصر سنگین در رسوبات مخزن سد 15 خرداد با استفاده از مطالعات ژئوشیمیایی و تحلیلهای آماری همبستگی وجود دارد.
-2 امکان شناسایی منشا احتمالی عناصر سنگین در رسوبات مخزن سد 15 خرداد با استفاده از مطالعات ژئوشیمیایی و تحلیلهای آماری رگرسیون وجود دارد.
-3 امکان شناسایی منشا احتمالی عناصر سنگین در رسوبات مخزن سد 15 خرداد با استفاده از مطالعات ژئوشیمیایی و تحلیلهای آماری PCA وجود دارد.
-4 امکان شناسایی منشا احتمالی عناصر سنگین در رسوبات مخزن سد 15 خرداد با استفاده از مطالعات ژئوشیمیایی و تحلیلهای آماری زمین آمار وجود دارد.
