تحقیقات آب و خاک ایران

تحقیقات آب و خاک ایران

ارزیابی کیفیت و فرآیندهای هیدروژئوشیمیایی منابع آب زیرزمینی در استان خراسان جنوبی با استفاده از شاخص‌های کیفی و مدل‌سازی آماری چندمتغیره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
چکیده
تأمین آب باکیفیت در مناطق خشک نظیر استان خراسان جنوبی چالشی حیاتی است. این پژوهش با هدف ارزیابی جامع کیفیت منابع آب زیرزمینی این استان برای مصارف شرب و کشاورزی و همچنین تفکیک منشأ آلاینده‌ها انجام شد. بدین منظور، داده‌های هیدروشیمیایی ۲۷۹ نمونه آب پس از غربالگری بر اساس خطای تعادل بار یونی (IBE) در بستر پایتون پردازش شد. برای ارزیابی شرب، تحلیل تطبیقی میان سه شاخص کیفی (WHO-WQI، CCME-WQI و Weighted WQI) صورت گرفت و تناسب آب برای مصارف کشاورزی با شاخص‌هایی نظیر SAR، RSC، Na%، MH و KR سنجیده شد. همچنین فرآیندهای هیدروژئوشیمیایی با استفاده از دیاگرام‌های پایپر، گیبس و تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) واکاوی گردید. نتایج نشان داد رخساره غالب آبخوان Na-K-Cl (با ۷۹.۳ درصد) بوده و فرآیند تبخیر–تبلور مکانیسم اصلی کنترل‌کننده شیمی آب منطقه است. بر اساس مدل WHO، بیش از ۷۰ درصد (۷۰.۶ درصد) نمونه‌ها در رده مطلوب شرب قرار دارند، اما تحلیل مکانی بیانگر افت کیفیت در کانون‌های جنوب‌شرقی و غربی است. در بخش کشاورزی، علیرغم طبقه‌بندی مناسب آب‌ها بر اساس شاخص سنتی SAR، شاخص خطر منیزیم (MH)، نسبت کلی (KR) و درصد سدیم، زنگ خطری جدی برای تخریب ساختمان خاک و کاهش نفوذپذیری در درازمدت محسوب می‌شوند. در نهایت، تحلیل PCA موفق به تفکیک دو مؤلفه اصلی شد: عامل زمین‌زاد (انحلال کانی‌های تبخیری) به عنوان محرک اصلی شوری (۵۵.۹درصد واریانس) و عامل انسان‌زاد (نیترات و پتاسیم) ناشی از مصرف کودهای کشاورزی و پساب‌ها (۱۱.۲درصد واریانس).
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of Groundwater Quality and Hydrogeochemical Processes in South Khorasan Province Using Water Quality Indices and Multivariate Statistical Modeling

نویسندگان English

Sadegh Yaghoobzadeh 1
Vahid Khorramnezhad 1
Mahdi Naseri 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده English

Securing high-quality water resources in arid regions such as South Khorasan Province is a critical challenge. This study aims to provide a comprehensive assessment of groundwater quality for drinking and agricultural purposes, as well as to identify and delineate the sources of contamination. To this end, hydrochemical data from 279 groundwater samples were processed in a Python environment following rigorous screening based on the ionic balance error (IBE). Drinking water suitability was evaluated through a comparative analysis of three water quality indices (WHO-WQI, CCME-WQI and Weighted WQI), while agricultural suitability was appraised using key parameters including SAR, RSC, %Na, MH and KR. Furthermore, hydrogeochemical processes were investigated using Piper trilinear diagrams, Gibbs plots, and Principal Component Analysis (PCA). The results revealed that Na-K-Cl is the predominant hydrochemical facies, with evaporation–crystallization identified as the primary mechanism controlling water chemistry. According to the WHO model, over 70% (70.6%) of the samples fell within the permissible/desirable category for drinking; however, spatial analysis highlighted localized quality deterioration in southwestern and eastern hotspots. Regarding agricultural use, despite favorable classifications based on traditional "SAR" values, elevated levels of Magnesium Hazard (MH), Kelley’s Ratio (KR), and sodium percentage (Na% ) pose serious long-term threats to soil structure degradation and permeability reduction. Finally, PCA successfully distinguished two principal components: a geogenic factor (evaporite mineral dissolution) as the primary driver of overall salinity (explaining 55.9% of total variance), and an anthropogenic factor (NO3-and K+) originating from agricultural fertilizer application and wastewater seepage (explaining 11.2% of total variance).

کلیدواژه‌ها English

Groundwater quality
Hydrogeochemistry
Principal Component Analysis (PCA)
South Khorasan Sustainable agriculture
WQI