بررسی تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود
محورهای موضوعی :
مجتبی قره محمودلو
1
*
,
نادر جندقی
2
,
مریم صیادی
3
1 - دانشگاه اوترخت هلند
2 - روسیه
3 - دانشگاه گنبدکاووس
کلید واژه: تکامل هیدروشیمیایی, کیفیت آب, اندیس اشباع, طبقه‌بندی کیفی آب, رودخانه گرگانرود,
چکیده مقاله :
در این پژوهش، تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود در فاصله حدود 100 کیلومتری از حاشیه شمالی ارتفاعات البرز تا دریای خزر بررسی شد. بدین منظور از نتایج آنالیز 11 پارامتر فیزیکوشیمیایی مربوط به چهار ایستگاه هیدرومتری در طی یک دوره آماری ده ساله استفاده شد. برای بررسی تکامل هیدروشیمیایی رودخانه از نمودارهای گیبس، استیف، پایپر، دوروف و همچنین پنج شاخص اشباع مربوط به کانی‌های کربناته، سولفاته و کلروره استفاده شد. همچنین تغییرات کیفی آب در بخش‌های شرب (با استفاده از نمودار‌شولر)، کشاورزی (با استفاده از نمودار ویلکوکس) و صنعت (با استفاده از شاخص‌های خوردگی) در طول مسیر رودخانه گرگانرود بررسی شد. در این تحقیق برای تجزیه واریانس داده ها از آزمون F و در نهایت از آنالیز خوشه‌بندی سلسه مراتبی برای تعیین تعداد عوامل تأثیرگذار بر هیدروشیمی آب استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که واکنش آب-سنگ، تبخیر و نفوذ آب شور دریای خزر از مهمترین عوامل کنترل کننده شیمی آب رودخانه هستند. همچنین تیپ غالب آب رودخانه گرگانرود در حاشیه ارتفاعات بیکربناته می‌باشد و با ورود به دشت، تمایل به رسیدن به بلوغ کامل یعنی تیپ کلروره سدیک دارد. در تمامی ایستگاهها آب رودخانه نسبت به کلسیت و دولومیت فوق اشباع، اما نسبت به انیدریت، ژیپس و هالیت تحت اشباع می‌باشند. اگرچه در جهت جریان بر میزان اشباعیت کانی‌های تبخیری افزوده می‌شود. کیفیت آب برای شرب و کشاورزی در حاشیه ارتفاعات مناسب و با ورود به دشت و در ادامه مسیر به سمت دریای خزر بشدت کاهش می‌یابد. نتایج تمامی شاخص‌های کیفی در بخش صنعت نشان از افزایش خاصیت رسوبگذاری آب در طول مسیر رودخانه دارد. براساس نتایج آنالیز آماری، بیشترین تغییرات مربوط به پارامترهای فیزیکوشیمیایی بین ایستگاه لزوره در حاشیه ارتفاعات و ایستگاه قزاقلی واقع در قسمت میانی دشت دیده می‌شود و بعد از آن تا خروجی گرگانرود تغییرات فاحش و معنی داری بین پارامترهای کیفی آب مشاهده نشد.
In this study, the hydrochemical evolution and qualitative deterioration of Gorganrud River water were investigated in a distance of approximately 100 km from the northern margin of the Alborz highlands to Gorgan Gulf. For this purpose, the analysis results of elven physicochemical parameters related to four hydrometric stations over a ten-year statistical period were used. Gibbs, Stiff, Piper, Durov diagrams as well as five saturation indices for carbonate, sulfate and chloride minerals were used to study the hydrochemical evolution of the river. Water quality changes in drinking (using Schoeller Diagram), agricultural (using Wilcox Diagram), and industrial (using corrosion indices) sectors along the Gorganrud River were also investigated. In this study, F test and hierarchical cluster analysis were used to analyze the variance of data and the number of factors affecting water hydrochemistry, respectively. The results showed that rock-water reaction, evaporation, and Gorgan Gulf saline water intrusion are the most important factors controlling the river water chemistry. Also, the water dominant type of Gorganrud River at the highlands margin is bicarbonate and as it enters the plain, it tends to reach full maturity, the type of sodium chloride. At all stations, river water is supersaturated with respect to calcite and dolomite but it is under saturated respect to anhydrite, gypsum and halite. However, evaporite minerals saturation increases in the flow direction. The quality of water for drinking and agriculture is suitable at the margins of highlands and as it enters the plain and the path to the Gorgan Gulf decreases sharply. According to the statistical analysis results, the most changes in physicochemical parameters are obtained between the Lazoure Station at the highlands margin and the Qazaghli Station in the middle part of the plain and after that no significant changes were observed between the quality parameters until Gorganroud outlet.
آذری، ع.، ناظمی، س.، کاکاوندی، ب. و رستگار، ا. 1394. بررسی پتانسیل خوردگی و رسوبگذاری منابع آب شرب شهر شاهرود با استفاده از شاخص‌های پایداری در سال 1392، مجله دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، 22، 6، 954 -944.
بدیعی‌نژاد، ا.، حیدری، م.ر و فرزادکیا، م. 1394. بررسی پتانسیل خوردگی و رسوبگذاری شبکه توزیع آب آشامیدنی جنوب شهر شیراز. مجله ره‌آورد سلامت دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی ایران. ۱،۱، ۵۱-۶۰.
روحانی، ح.، زکی، ا.، کاشانی، م. و فتح‌آبادی، ا. 1394. ارزیابی پایداری تغییرات کیفیت شیمیایی آب سطحی در رودخانۀ گرگانرود. مجله اکوهیدرولوژی، 2، 2، 129-140.
روستائی، م.، آقآتابای، م.، رقیمی، م.، نعمتی، م. و رحیمی‌چاکدل، ع. 1393. بررسی زمین‌ساخت فعال دامنه شمالی البرز خاوری با استفاده از نشانه‌های زمین ریختی در حوضه آبریز گرگان رود . فصلنامه تحقیقات جغرافیایی. ۲۹، 4، ۴۳-۵۶.
قره‌محمودلو، م.، حشمت‌پور، ع.، جندقی، ن.، زارع، ع. و مهرابی، ح. 1397. بررسی هیدروژئوشیمیایی آب زیرزمینی آبخوان دشت سیدان-فاروق، استان فارس. مجله اکوهیدرولوژی، 5، 4، 1241-1253.
نبی‌زاده نودهی، ر.، مصداقی‌نیا، ع.، ناصری، س.، هادی، م.، سلیمانی، ح. و بهمنی، پ. 1395. تحلیل تمایل خورندگی در سیستم تامین آب با استفاده از شاخص‌های کیفی و شاخص کمی پتانسیل ترسیب کربنات کلسیم. فصلنامه سلامت و محیط زیست، ۹، 4، ۴۵۷-۴۷۰.
Arpine, H. and Gayane, S., 2016. Determination of background concentrations of hydrochemical parameters and water quality assessment in the Akhuryan River Basin (Armenia). Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 94, 2-9.
Batsaikhan, B., Kwon, J.S., Kim, K.H., Lee, Y.J., Lee, J.H., Badarch, M. and Yun, S.T., 2017. Hydrochemical evaluation of the influences of mining activities on river water chemistry in central northern Mongolia. Environmental Science and Pollution Research, 24, 2, 2019-2034.
Clesceri, L.S., 2005. Standard method for the examination of water and wastewater. American Public Health Association, 15, 3635-42.
Faryabi, M., Kalantari, N. and Negarestani, A., 2010. Evaluation of factors influencing groundwater chemical quality using statistical and hydrochemical methods in Jiroft Plain. Scientific Quaternary Journal, Geosciences, 20, 77, 115-120.
Furkansener, M. and Baba, A., 2019. Geochemical and hydrogeochemical characteristics and evolution of Kozaklı geothermal fluids, Central Anatolia, Turkey. Journal of Geothermics, 80, 69-77.
Gibbs, R. J. 1970. Mechanisms controlling world water chemistry, Science 17, 1088-1090.
Hounslow, A., 1995. Water quality data: analysis and interpretation. 1st Edition. CRC press. 146.
Islam, M.A., Zahid, A., Rahman, M.M., Rahman, M.S., Islam, M.J., Akter, Y., Shammi, M., Bodrud-Doza, M. and Roy, B., 2017. Investigation of groundwater quality and its suitability for drinking and agricultural use in the south central part of the coastal region in Bangladesh. Exposure and Health, 9,1, 27-41.
Jackson, J., 2001. Living with earthquakes: know your faults. Journal of Earthquake Engineering, 5, 1, 5-123
Kumar, M., Kumari, K., Ramanathan, A.L. and Saxena, R., 2007. Acomparative evaluation of groundwater suitability for irrigation and drinking purposes in two intensively cultivated districts of Punjab, India. Journal of Environmental Geology, 53, 553-574.
Larson, T.E. and Skold, R.V., 1958. Laboratory Studies Relating Mineral Quality of Water to Corrosion of Steel and Cast Iron, Illinois State Water Survey, Champaign, IL. ill. ISWS C-71, 43- 46
Laxmankumar, D., Satyanarayana, E., Dhakate, R. and Saxena, P.R., 2019. Hydrogeochemical characteristics with respect to fluoride contamination in groundwater of Maheshwarm mandal, RR district, Telangana state, India. Groundwater for Sustainable Development, 8, 474-483.
Liu, S., Ryu, D., Webb, J.A., Lintern, A., Waters, D., Guo, D. and Western, A.W., 2018. Characterisation of spatial variability in water quality in the Great Barrier Reef catchments using multivariate statistical analysis. Marine Pollution Bulletin, 137, 137-151.
Mishra, B.K., Regmi, R.K., Masago, Y., Fukushi, K., Kumar, P. and Saraswat, C., 2017. Assessment of Bagmati river pollution in Kathmandu Valley: Scenario-based modeling and analysis for sustainable urban development. Sustainability of Water Quality and Ecology, 9, 67-77.
Nwankwoala, H.O. and Udom, G.J., 2011. Hydrochemical facies and ionic ratios of groundwater in Port Harcourt, Southern Nigeria. Research Journal of Chemical Sciences, 1, 3, 87-101.
Parkhurst, D. and Appelo, C., 1999. PHREEQC for Windows version 1.4.07, A hydrogeochemical transport model. U.S, Geological Survey Software.
Pazand, K., Khosravi, D., Ghaderi, M.R. and Rezvanianzadeh, M.R., 2018. Identification of the hydrogeochemical processes and assessment of groundwater in a semi-arid region using major ion chemistry: A case study of Ardestan basin in central Iran. Journal of Groundwater for Sustainable Development, 6, 245-254.
Strauss, S.D. and Puckorius, P.R., 1984. Cooling-water treatment for control of scaling, fouling, corrosion. Power, 128, 6, S1-S24.
Shen, Y., Oki, T., Kanae, S., Hanasaki, N., Utsumi, N. and Kiguchi, M., 2014. Projection of future world water resources under SRES scenarios: an integrated assessment. Hydrological Sciences Journal, 59, 1775-1793.
Subbarao, C., Subbarao N.V. and Chandu S. N., 1996. Characterization of groundwater contamination using factor analysis. Environmental Geology, 28, 4, 175-180.
Subramani, T., Elango, L. and Damodarasamy, S.R., 2005. Groundwater quality and its suitability for drinking and agricultural use in Chithar River Basin, Tamil Nadu, India. Journal of Environmental Geology, 47, 1099-1110.
Todd, D. and Mays, L., 2005. Ground water hydrology. Wiley, USA. 652.
Wilcox, L.V. 1955. Classification and Use of Irrigation Waters. U.S. Department of Agriculture. Circ, Washington, DC, US, 969.
Wu, Z., Wang, X., Chen, Y., Cai, Y. and Deng, J., 2018. Assessing river water quality using water quality index in Lake Taihu Basin, China. Science of the Total Environment, 612, 914-922.
Xu, H., Zheng, H., Chen, X., Ren, Y. and Ouyang, Z., 2016. Relationships between river water quality and landscape factors in Haihe River Basin, China: Implications for environmental management. Chinese Geographical Science, 26,197-207.
You, S.H., Tseng, D.H. and Guo, G.L., 2001. A case study on the wastewater reclamation and reuse in the semiconductor industry Resources. Conservation and Recycling Journal, 32, 1, 73-81.
Zhao, G., Li, W., Li, F., Zhang, F. and Liu, G., 2018. Hydrochemistry of waters in snowpacks, lakes and streams of Mt. Dagu, eastern of Tibet Plateau. Science of the Total Environment, 610, 641-650.
بررسی تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود
مجتبی قره محمودلو۱و1، نادر جندقی1 و مریم صیادی2
1. استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس
2. دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس
چکیده
در این پژوهش، تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود در فاصله حدود 100 کیلومتری از حاشیه شمالی ارتفاعات البرز تا دریای خزر بررسی شد. بدینمنظور از نتایج آنالیز 11 پارامتر فیزیکوشیمیایی مربوط به چهار ایستگاه هیدرومتری در طی یک دوره آماری ده ساله استفاده شد. برای بررسی تکامل هیدروشیمیایی رودخانه از نمودارهای گیبس، استیف، پایپر، دوروف و همچنین پنج شاخص اشباع مربوط به کانی‌های کربناته، سولفاته و کلروره استفاده شد. همچنین تغییرات کیفی آب در بخش‌های شرب (با استفاده از نمودار‌شولر)، کشاورزی (با استفاده از نمودار ویلکوکس) و صنعت (با استفاده از شاخص‌های خوردگی) در طول مسیر رودخانه گرگانرود بررسی شد. در این تحقیق برای تجزیه واریانس دادهها از آزمون F و در نهایت از آنالیز خوشه‌بندی سلسه مراتبی برای تعیین تعداد عوامل تأثیرگذار بر هیدروشیمی آب استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که واکنش آب-سنگ، تبخیر و نفوذ آب شور دریای خزر از مهمترین عوامل کنترل کننده شیمی آب رودخانه هستند. همچنین تیپ غالب آب رودخانه گرگانرود در حاشیه ارتفاعات بیکربناته می‌باشد و با ورود به دشت، تمایل به رسیدن به بلوغ کامل یعنی تیپ کلروره سدیک دارد. در تمامی ایستگاهها آب رودخانه نسبت به کلسیت و دولومیت فوق اشباع، اما نسبت به انیدریت، ژیپس و هالیت تحت اشباع می‌باشند. اگرچه در جهت جریان بر میزان اشباعیت کانی‌های تبخیری افزوده می‌شود. کیفیت آب برای شرب و کشاورزی در حاشیه ارتفاعات مناسب و با ورود به دشت و در ادامه مسیر به سمت دریای خزر بشدت کاهش می‌یابد. نتایج تمامی شاخص‌های کیفی در بخش صنعت نشان از افزایش خاصیت رسوبگذاری آب در طول مسیر رودخانه دارد. براساس نتایج آنالیز آماری، بیشترین تغییرات مربوط به پارامترهای فیزیکوشیمیایی بین ایستگاه لزوره در حاشیه ارتفاعات و ایستگاه قزاقلی واقع در قسمت میانی دشت دیده می‌شود و بعد از آن تا خروجی گرگانرود تغییرات فاحش و معنیداری بین پارامترهای کیفی آب مشاهده نشد.
واژه‌های کلیدی: تکامل هیدروشیمیایی، کیفیت آب، اندیس اشباع، طبقه‌بندی کیفی آب، رودخانه گرگانرود
مقدمه
رودخانه‌ها یکی از مهمترین منابع آبی هر کشور در زمینه‌های کشاورزی، صنعتی، اقتصادی، آشامیدنی، ترابری و تفریحی هستند. همچنین سلامت و کيفيت آب آنها یکی از مهمترین عوامل دستيابى به توسعه پايدار مي‌باشد. بهره‌برداري از آب رودخانه‌ها مستلزم شناخت کمی و به‌ویژه کیفی آب رودخانه‌ها می‌باشد (Shen et al., 2014).
اگرچه آب‌های سطحی از دیرباز توسط بشر قابل بهره‌برداری مستقیم بوده اما این منابع به‌راحتی توسط عوامل انسانی (نظیر فاضلاب‌های خانگی و صنعتی و زه‌آب‌های کشاورزی) و طبیعی (نظیر بارش، سازندهای زمین‌شناسی، نفوذ آب‌شور و ...) آلوده می‌شوند. کاهش کیفیت آب‌های جاری مانند رودخانه‌ها و نهرها یکی از نگرانی‌های حال حاضر جامعه بشری می‌باشد (Nwankwoala and Udom., 2011; Xu et al., 2016; Mishra et al., 2017). بنابراین انجام یکسری مطالعات جامع مبنی بر تعیین عوامل مؤثر در تغییر ترکیبات هیدروشیمیایی و همچنین پایش کیفی آب آنها در طول مسیر حرکت‌شان می‌تواند کمک شایانی به شناسایی منابع آلاینده و در ادامه مدیریت ورود آلاینده‌ها به داخل رودخانه‌ها کند.
بررسی تکامل هیدروشیمیایی منابع آبی می‌تواند اطلاعات مفیدی در زمینه تأثیر سازندهای تغذیه‌کننده و دربرگیرنده منابع آبی، مسیر جریان آب، نواحی تبخیر و غیره در اختیار قرار دهد. علاوه براین، توجه به کیفیت مطلوب فیزیکوشیمیایی و میکروبی آب در راستای نوع استفاده در بخش شرب، کشاورزی، صنعت و رهاسازی در محیط‌زیست ضروری به نظر می‌رسد. در برخی از مناطق، کنترل غلظت برخی آلاینده‌ها جهت تأمین سلامتی مردم لازم است که این‌گونه اقدامات شامل انجام آزمایش‌های فیزیکوشیمیایی و میکروبی بر روی منابع تأمین آب می‌باشند (Arpine and Gayane, 2016).
تاکنون مطالعات بسیاری در زمینه بررسی هیدروشیمیایی و کیفی آب‌های سطحی و زیرزمینی انجام شده است که ادامه به برخی از این پژوهش‌ها اشاره می‌شود. Batsaikhan et al., (2017) در پژوهشی به بررسی تأثیر فعالیت‌های معدنی بر روی کیفیت آب رودخانه‌ای در شمال مغولستان پرداختند. نتایج آنها نشان داد که، کیفیت آب رودخانه متأثر از انحلال مواد معدنی کربناته، فرآیندهای مختلف فرسایشی و فعالیت‌های انسانی مانند دامداری، کشاورزی و معدن‌کاوی می‌باشد. در تحقیقی Islam et al., (2017) کیفیت آب زیرزمینی منطقه‌ای را در بنگلادش بررسی کردند. نتایج این تحقیق نشان داد که تیپ کلی آب منطقه مورد مطالعه شور بوده همچنین براساس نمودار گیبس، بارش عامل اصلی کنترل‌کننده شیمی آب می‌باشد. Zhao et al., (2018) در پژوهشی به ارزیابی هیدروشیمیایی آب ناشی از یخچال‌ها، دریاچه‌ها و آبراهه‌های منطقه داگو در شرق فلات تبت پرداختند. براساس این پژوهش، کلسیم و بیکربنات به‌ترتیب بیشترین کاتیون و آنیون در نمونه‌های آبی بودند. نمودار پایپر رسم شده برای منابع آبی نشان از تیپ غالب بیکربنات کلسیک در کل نمونه‌های منطقه دارد. نتایج این تحقیق همچنین نشان داد که میزان کل مواد جامد محلول در آب یخچال‌ها کمترین ولی در نهرها و رودخانه‌ها به بیشترین مقدار خود می‌رسد. در پژوهشی Wu et al., (2018) با اندازه‌گیری 15 پارامتر فیزیکوشیمیایی و میکروبی در چهار فصل متفاوت به ارزیابی کیفیت آب رودخانههای تغذیه‌کننده دریاچه تایو2 (در چین) پرداختند. بدین منظور شاخص WQI3 برای تمام رودخانه‌ها در یک دوره یک ساله محاسبه کردند. میانگین شاخص محاسبه شده در دوره مورد مطالعه برابر 39/55 به دست آمد که این مقدار نشان از کیفیت متوسط آب دارد. نتایج این پژوهش نشان داد که بالاترین میانگین شاخص WQI در فصل پاییز و کمترین مقدار آن مربوط به فصل زمستان می‌باشد. Laxmankumar et al., (2019) در پژوهشی خصوصیات هیدروژئوشیمیایی آب‌های زیرزمینی ناحیه‌ای را در ایالت تلانگانا4 هند با تاکید به آلودگی فلوراید مطالعه کردند. نتایج این پژوهش نشان داد واکنش آب-سنگ و تبخیر از مهمترین فرآیندهای کنترل‌کننده شیمی آب زیرزمینی می‌باشند اگرچه فرآیندهای ژئوشیمیایی نظیر هوازدگی، تبادل یونی و فعالیت‌های انسانی نیز در تغییر شیمی آب زیرزمینی نقش دارند. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد که میزان غلظت فلوراید در آب زیرزمینی در فصول قبل موسمی بیش از میزان استاندارد بهداشت جهانی است.
حوضه‌ي آبريز گرگانرود با جهت شرقي-غربي در جنوب شرقي درياچه‌ي خزر قرار دارد. اين حوضه در دامنه‌هاي شمالي البرز واقع شده و آب حاصل از بارش‌ها و سامانه‌ي زهكشي خود را به دریای خزر مي‌ريزد. آب رودخانه گرگانرود با توجه به مسیر طولانی‌اش تا رسیدن به دریای خزر، در بخش‌هایی از مسیر خود در معرض شدید انواع آلودگی‌ها قرار دارد. این آلودگی‌ها در اثر دو عامل مهم طبیعی (زمین‌شناسی) و انسانی می‌باشد. در اثر فرسایش خاك توسط آب، با هر بارندگی مقدار بسیار زیادي از خاك زمین‌هاي اطراف شسته شده و به همراه جریانات آبی وارد رودخانه می‌شود. به‌طوری‌که رودخانه در فصول سیلابی و پرآب، بشدت گل‌آلود و دارای کدورت بالاست. همچنین وجود سازندهای تبخیری به همراه رسوبات مارنی در زیرحوضه دوغ و برخی دیگر از زیرحوضه‌ها بشدت شوری آب را بالا برده و در نتیجه کیفیت آب این رودخانه کاهش میدهد. در حدود 39 درصد از کل مساحت حوضه آبخیز گرگانرود را اراضی زراعی تشکیل می‌دهند که همه ساله انواع محصولات زراعی در آن کشت و برداشت می‌شوند. فعالیت‌های کشاورزی به همراه، مصرف انواع سموم دفع آفات نباتی و کودهای شیمیایی و آلی، باعث شده تا سالانه مقادیر زیادی از این مواد آبشویی شده و وارد رودخانه گرگانرود شوند. علاوه براین، ظهور شهرها و آبادی‌های فراوان در مجاورت این رودخانه و ورود فاضلاب‌های شهری و روستایی بدون هیچ نوع تصفیه‌ای به داخل آن باعث کاهش شدید کیفیت آب از سرچشمه تا به دریای خزر شده‌است. درنتیجه ورود حجم بالایی از آلاینده‌های فیزیکوشیمیایی و میکروبی به رودخانه گرگانرود به یکی از بزرگ‌ترین مسائل مهم زیست محیطی این رودخانه مهم شمالی کشور تبدیل شده‌است. ازاین‌رو بررسی روند تغییرات هیدروشیمیایی و کیفی آب رودخانه گرگانرود (به‌عنوان یکی از مهمترین رودخانههای استان گلستان) در طول مسیرش قبل از رسیدن به دریای خزر می‌تواند اطلاعات مفیدی به تحقیق سازمان‌های ذینفع ارائه دهند.
اهداف کلی این پژوهش به ترتیب: (1) بررسی هیدروشیمیایی آب رودخانه گرگانرود با استفاده از نمودارهای استیف، پایپر، دوروف و گیبس، شاخص رول5 و همچنین برخی از شاخص‌های اشباع مربوط به کانی‌ها در طول مسیر رودخانه از حاشیه شمالی ارتفاعات خزر تا دریای خزر، (2) بررسی تغییرات کیفی آب رودخانه گرگانرود به لحاظ شرب، کشاورزی و صنعت در طول مسیر آن، (3) استفاده از آزمون F جهت تجزیه واریانس و آزمون گیمز-هاول جهت بررسی اختلاف آماری بین تیمارها، (4) استفاده از آنالیز تحلیل خوشه‌بندی سلسله مراتبی برای تعیین عوامل تاثیر گذار در ترکیب شیمیایی آب رودخانه گرگانرود در هر ایستگاه می‌باشد.
موقعیت منطقه مورد مطالعه
حوضه آبخیز گرگانرود با مساحت تقریبی آن 10600 کیلومتر مربع از جنوب مشرف به رشته کوه البرز شرقی، از شرق به کوه‌های آلاداغ و گلی داغ، از شمال به حوضه آبخیز اترک و از غرب به دریای خزر و حوضه آبخیز قره‌سو محدود می‌شود. طول رودخانه اصلی آن با نام گرگانرود بیش از 250 کیلومتر است که در امتداد عمومی شرقی-غربی جریان دارد و از جنوب شرق دریای خزر به این دریا می‌پیوندد. مهمترین سرشاخه‌های آن دوغ، زاو، اوغان، چهلچای، زرین‌گل، رامیان، نوده، رودبار و محمدآباد است. براساس روش دومارتن، این حوضه به دلیل گستردگی دارای اقلیم متنوعی شامل خشک، نیمه‌خشک، معتدل مدیترانه‌ای، نیمه مرطوب و مرطوب بوده و میانگین بارندگی در این حوضه از 287 میلی‌متر در تیل‌آباد تا 953 میلی‌متر در پس پشته متغیر (زیر حوضه چهلچای) است (روحانی و همکاران، 1394).
در این پژوهش، گستره مورد مطالعه بخشی از رودخانه گرگانرود بطول تقریبی 100 کیلومتر از ایستگاه هیدرومتری لزوره در زیرحوضه چهلچای شروع و تا ایستگاه هیدرومتری بصیرآباد در نزدیکی دریای خزر امتداد دارد (شکل 1).
زمین‌شناسی منطقه مورد مطالعه
در حوضه آبخیز گرگانرود، به لحاظ زمانی، گستره وسیعی از سازندهای زمین‌شناسی از پالئوزوئیک تا عهد رخنمون دارد. به‌طورکلی مجموعه شیست‌ها و سنگ آهک‌های ژوراسیک و سنگ آهک‌های کرتاسه پایانی از مهمترین واحدهای سنگ چینه‌ای در منطقه مورد مطالعه هستند (شکل1-b). در این میان سازندهای لار و مزدوران با سن ژوراسیک بالایی بیشترین رخنمون را در منطقه مورد مطالعه دارند. واحدهای سنگ چینه‌ای سنوزوییک دارای گسترش محدودی در این منطقه است که در این میان نهشته‌های نئوژن شامل: شیل، مارن، ماسه سنگ و کنگلومرا دارای بیشترین گسترش سطحی است. به‌طورکلی این حوضه بیشتر از رسوبات آبرفتی ماسه‌ای، سیلتی غیرمتراکم و سخت نشده کواترنری تشکیل شده است که از دامنه ارتفاعات تا نواحی پست دشت‌ها گسترش یافته‌اند و با دور شدن از ارتفاعات، دانه ریزتر می‌شوند (روستایی و همکاران، 1393).
به لحاظ ساختاری مهمترین گسل‌های فعال منطقه که دارای پیشینه لرزهخیزی هستند، گسل‌های کاسپین، شمال البرز، آشخانه، تکلکوه، کپهداغ و مراوهتپه می‌باشند. در این میان گسل‌های لرزه‌ای کاسپین و شمال البرز نهشته‌های کوارترنری را قطع کرده‌اند (Jackson, 2001).
روش مطالعه
به‌منظور بررسی تغییرات کیفی آب در طول رودخانه گرگانرود از اطلاعات مربوط به چهار ایستگاه هیدرومتری (لزوره، ارازکوسه، قزاقلی و بصیرآباد) در یک فاصله مکانی تقریبی 100 کیلومتر استفاده شد. بدین منظور از آنالیز نتایج پارامترهای فیزیکوشیمیایی (شامل: Ca، Mg، Na، K، HCO3، Cl، SO4، TDS، pH، EC و دما) مربوط به دو ایستگاه هیدرومتری لزوره، ارازکوسه (واقع در زیرحوضه چهلچای) و دو ایستگاه هیدرومتری قزاقلی و بصیرآباد بر روی شاخه اصلی گرگانرود در طی سال‌های1383 تا 1393 استفاده شد. زیرحوضه چهلچای یکی از زیر‌حوضه‌های اصلی گرگانرود است که کم‌وبیش در تمامی فصول سال پرآب بوده و در نتیجه دارای داده‌های کیفی کاملی نسبت به سایر زیر حوضه‌ها می‌باشد. اگرچه بررسی‌های اولیه نشان داد که کم‌وبیش در تمامی زیر حوضه‌های گرگانرود قبل از رسیدن به رودخانه اصلی به لحاظ پارامترهای کیفی وضعیت مشابهی دارند.
نمونه‌های آب از تمامی ایستگاهها به‌صورت ماهانه توسط شرکت آب منطقه‌ای استان گلستان جمع‌آوری و پارامترهای فیزیکوشیمیایی در آزمایشگاه شیمی آب این شرکت اندازه‌گیری شده‌است. تمامی نتایج آنالیز
شکل 1. a) موقعیت منطقه مورد مطالعه در استان گلستان و کشور، b) به‌همراه نقشه زمین‌شناسی، c)
حوضه آبریز گرگانرود
پارامترهای مذکور استفاده شده در این پژوهش از شرکت آب منطقه‌ای استان گلستان جمع‌آوری شد. سپس متوسط سالیانه پارامترها محاسبه شده است.
در این پژوهش، جهت بررسی وجود اختلاف آماری بین پارامترهای فیزیکوشیمیایی ایستگاهها از آزمون تجزیه واریانس دادهها استفاده شد. ابتدا دو فرض نرمال بودن دادهها و يكسان بودن واريانس‌ها بررسی شد. سپس تجزیه واریانس دادهها در قالب طرح به‌طور كامل تصادفي و با استفاده از آزمون F انجام شد. جهت بررسی اختلاف آماری بین تیمارهای مورد بررسی از آزمون گیمز-هاول استفاده شد.
در این تحقیق برای بررسی تکامل هیدروشیمیایی رودخانه گرگانرود در ایستگاههای مورد مطالعه ابتدا تیپ و رخساره هیدروشیمیایی آب با استفاده از نمودارهای استیف، پایپر و دوروف توسط نرمافزار AqQa تعیین شد. برای تعیین عوامل مؤثر در کنترل ترکیب شیمیایی آب از نمودار گیبس و برخی از نسبت‌های یونی در طول مسیر جریان استفاده شد. سپس به‌منظور پیش‌بینی و احتمال رسوب و یا انحلال برخی از کانی‌ها در مسیر حرکت رودخانه شاخص‌های اشباع شش کانی مهم کلسیت، دولومیت، هالیت و ژیپس با استفاده از نرمافزار AquaChem محاسبه شد. در نهایت برای تعیین تعداد عوامل تأثیرگذار بر هیدروشیمی آب ایستگاههای مورد مطالعه از آنالیز تحلیل خوشه‌بندی سلسله مراتبی استفاده شدند. برای رسم نقشه و آنالیزهای آماری از نرم‌افزارهای Surfer و SPSS استفاده شد.
برای تعیین تغییرات کیفیت آب رودخانه گرگانرود در طول مسیر تا دریای خزر به‌ترتیب از نمودارهای شولر و ویلکوکس برای طبقه‌بندی آب در بخش‌های شرب و کشاورزی استفاده شد. همچنین از شاخص‌های کیفی لانژلیه، رایزنر، پوکوریوس و لارسون اسکلد نیز برای بررسی آب رودخانه گرگانرود در بخش صنعت استفاده شد. شاخص‌های مذکور با استفاده از نرمافزار AquaChem محاسبه شدند (جدول 1).
جدول 1. شاخص‌های کیفی استفاده شده جهت طبقه‌بندی آب رودخانه گرگانرود در بخش‌های کشاورزی و صنعت | ||||
کاربری | شاخص | رابطه | طبقه‌بندی کیفی | منبع |
کشاورزی | نسبت جذب سدیم (6SAR) |
| S1= SAR<10 (عالی) 10< SAR <18 = S2(خوب) 18 <SAR< 26 = S2(متوسط) SAR >26 = S2(نامناسب) | (Wilcox, L.V. 1955)، (Kumar et al., 2007)، (Subramani et al., 2005) |
هدایت الکتریکی( (EC7 |
| 250>C1= EC (عالی) 750>EC >250C2= (خوب) 2250> EC > 750 C3= (متوسط) 2250< C4= EC (نامناسب) | (Wilcox, L.V. 1955)، (Kumar et al., 2007)، (Subramani et al., 2005) | |
صنعت | لانژلیه (LSI8) |
| 0 <LSI (تمایل به ترسیبCaCO3) 0 = LSI (عدم خورندگی و رسوبگذاری) 0 > LSI (تمایل به انحلالCaCO3 ) | (نبی‌زاده نودهی و همکاران، 1395)، (You et al., 2001)، (Clesceri, 2005) |
رایزنر (RSI9) |
| RSI < 6(رسوب‌گذار) 6 < RSI < 7 (خنثی) RSI > 7 (خورنده) | ( آذری و همکاران، 1394)(نبی‌زاده نودهی و همکاران، 1395) ،(Shelden and Pukorious,1984) | |
پوسته‌گذاری پوکوریوس(10PSI)
|
| PSI < 6 (رسوب‌گذار) PSI > 6 (خورنده) | ( آذری و همکاران، 1394)، (بدیعی‌نژاد و همکاران، 1394) (Shelden and Pukorious,1984) | |
لارسون-اسکلد(LSI11)
|
| LSI < 0.8 (تشکیل فیلم محافظ بدون دخالت یون‌های Cl- وSO42-) 0.8<LSI < 1.2 (تشکیل فیلم محافظ با دخالت یون‌های Cl- وSO42-) LSI > 1.2 (بروز خوردگی ناحیه‌ای) | (بدیعی‌نژاد و همکاران، 1394) (Larson and Skold, 1958)، | |
pHs ، همان pH اشباع آب از کلسیت یا کربنات کلسیم می‌باشد، pHeq مقدار pH در نقطه تعادل کربنات کلسیم می‌باشد | ||||
آزمون‌های آماری
تجزیه واریانس دادهها: تجزیه واریانس دادهها یکی از ابزارهای پرکاربرد در آزمون فرض و تحقیقات آماری است. در این روش سعی بر این است که اختلاف بین چند جامعه آماری ارزیابی و مورد بررسی قرار گیرد. جهت تجزیه واریانس دادهها از آزمون F در محیط نرمافزار مینیتب استفاده و تجزيه واريانس دادهها در قالب طرح به‌طور کامل تصادفي انجام شد. قبل از انجام آزمون F فرض نرمال بودن دادهها با استفاده از آزمون اندرسون-دارلینگ12 و فرض يكسان بودن واريانس‌ها با استفاده از آزمون بارتلت13 بررسی شد.
تحلیل خوشه‌ای: تحلیل خوشه‌ای یک عنوان کلی برای گروهی از روش‌های ریاضی است که برای تعیین شباهت نسبی بین افراد در یک مجموعه و همچنین به‌منظور نشان دادن همگنی در ویژگی‌های اندازه‌گیری شده آنها بکار می‌رود. در این تکنیک مجموعه‌ای از متغیرها در داخل خوشه‌های همگن قرار می‌گیرند. خوشه‌بندی متراکم سلسله مراتبی، رایج‌ترین روش تحلیل خوشه‌ای است که ارتباطات همسان ذاتی را بین هر کدام از نمونه‌ها و نیز بین همه دادهها فراهم می‌کند و به‌طور معمول با یک نمودار درختی نشان داده می‌شود. نمودار درختی خلاصه‌ای از فرآیندهای خوشه‌بندی، تصویر خوشه‌ها و مجاورت آنها را به همراه کاهش قابل توجه ابعاد داده‌های اولیه ارائه میدهد (Liu et al., 2018). در این پژوهش، از تحلیل خوشه‌ای سلسله مراتبی و روش نزدیک‌ترین همسایه استفاده شد.
بحث
تغییرات پارامترهای فیزیکوشیمیایی
املاح موجود در منابع آبی نقش اصلی را در تعیین کیفیت آب ایفا می‌کنند. ازاین‌رو با بررسی مقدار و تغییرات غلظت این املاح و با استفاده از روش‌های مختلف می‌توان عوامل مؤثر بر کیفیت آب‌ها (نظیر تأثیر ساختارهای زمین‌شناسی، شرایط اقلیمی، پیشروی، نفوذ و اختلاط آب‌های مختلف، واکنش بین آب-محیط (سنگ یا خاک) و فرآیندهای ژئوشیمیایی) مشخص کرد. در جدول 2 مقادیر آماری مربوط به پارامترهای کیفی نمونه‌های آب مربوط به ایستگاههای مورد مطالعه در سال‌های1383 تا 1393 ارائه شده‌است. مقادیر ارائه شده در جدول 2، میانگین کل دوره آماری برای هر یک از پارامترها می‌باشد. با توجه به نتایج جدول 2 میانگین پارامترهای فیزیکوشیمیایی اصلی آب در ایستگاه لزوره واقع در بالادست حوضه به نسبت کم و به سمت ایستگاه بصیرآباد در نزدیکی دریای خزر در حال افزایش می‌باشد. به‌طوری‌که غلظت کاتیون سدیم و آنیون کلراید به‌عنوان یون‌های شاخص شوری در ایستگاه پایین‌دست حوضه (بصیرآباد) به‌مراتب بیشتر از غلظت این دو یون در ایستگاه بالادست حوضه (لزوره) می‌باشد. علت آن می‌تواند به دلیل ورود فاضلاب‌های شهری، زه آب‌های کشاورزی، پیشروی آب‌شور دریای خزر به داخل رودخانه به دلیل شیب کم توپوگرافی و فرآیندهای ژئوشیمیایی حاکم در حوضه آبریز باشد. با توجه به نبود سیستم تصفیه فاضلاب در دشت گرگان، رودخانه‌ها مقصد نهایی فاضلاب‌های شهری و زه‌آب‌های کشاورزی هستند. ازآنجایی‌که میزان کاتیون سدیم از آنیون کلراید بیشتر می‌باشد منشأ سدیم می‌تواند، غیر از انحلال هالیت، شاید از تبادل یونی طبیعی کانی آلبیت14 باشد. به‌بیان‌دیگر، فرآیند تبادل کاتیونی و جانشینی یون‌های دو ظرفیتی مانند منیزیم و کلسیم موجود در منابع آبی با سدیم موجود در رس‌ها
جدول2. نتایج پارامترهای فیزیکوشیمیایی ایستگاههای مورد مطالعه در سال‌ها از 1383 تا 1393 (غلظت آنیون‌ها و کاتیون‌ها برحسبmeq/l، TDS برحسب mg/l، EC برحسب µmho/cm و دما برحسبC°) | ||||||||||||
Temp | pH | EC | TDS | Cl | SO4 | HCO3 | K | Na | Mg | Ca | Statistical | Station |
3/17 | 8/7 | 2/681 | 7/436 | 1/2 | 3/1 | 7/3 | 05/0 | 1/2 | 3/2 | 6/2 | Average |
لزوره |
9/10 | 6/7 | 2/593 | 4/374 | 7/1 | 85/0 | 2/3 | 04/0 | 6/1 | 8/1 | 1/2 | Min | |
8/23 | 1/8 | 800 | 9/507 | 8/2 | 8/1 | 2/4 | 07/0 | 9/2 | 9/2 | 3 | Max | |
7/0 | 18/0 | 4/74 | 7/46 | 45/0 | 27/0 | 30/0 | 01/0 | 45/0 | 32/0 | 24/0 | STDEV | |
04/0 | 03/0 | 6/5538 | 1/2184 | 20/0 | 07/0 | 09/0 | 0 | 20/0 | 10/0 | 06/0 | VAR | |
88/17 | 8/7 | 8/1574 | 9/974 | 9/6 | 5/4 | 05/5 | 08/0 | 02/8 | 4/4 | 4 | Average |
ارازکوسه |
75/10 | 6/7 | 1103 | 8/705 | 4/4 | 4/2 | 1/4 | 07/0 | 2/5 | 2/3 | 5/2 | Min | |
03/25 | 8 | 3/2170 | 3/1381 | 9/9 | 7 | 9/6 | 11/0 | 5/11 | 7/6 | 9/5 | Max | |
75/0 | 13/0 | 8/310 | 195 | 6/1 | 3/1 | 71/0 | 01/0 | 2 | 92/0 | 91/0 | STDEV | |
042/0 | 02/0 | 96615 | 1/38036 | 7/2 | 7/1 | 5/0 | 0 | 8/3 | 8/0 | 8/0 | VAR | |
62/17 | 8/7 | 5/2940 | 1/1799 | 3/15 | 5/10 | 5 | 13/0 | 9/16 | 9/7 | 6 | Average |
قزاقلی |
55/10 | 7/7 | 7/1315 | 7/813 | 2/5 | 8/3 | 1/4 | 08/0 | 8/5 | 9/3 | 4/3 | Min | |
69/24 | 9/7 | 5355 | 5/3305 | 9/28 | 7/22 | 3/6 | 29/0 | 7/34 | 4/13 | 4/9 | Max | |
71/0 | 06/0 | 4/1232 | 2/746 | 2/7 | 6/5 | 7/0 | 06/0 | 4/8 | 33 | 2/2 | STDEV | |
038/0 | 0 | 1518831 | 556864 | 5/52 | 6/31 | 5/0 | 0 | 1/70 | 9/8 | 6/4 | VAR | |
25/16 | 8/7 | 5/5848 | 3682 | 33 | 3/25 | 8/4 | 1/0 | 8/34 | 3/18 | 8/9 | Average |
بصیرآباد |
69/9 | 6/7 | 1/2355 | 7/1337 | 6/9 | 7/10 | 3/4 | 1/0 | 8/10 | 1/8 | 7/5 | Min | |
81/22 | 8 | 5/11747 | 1/6971 | 8/65 | 3/58 | 9/5 | 2/0 | 4/70 | 1/39 | 6/19 | Max | |
2/2 | 1/0 | 3/3120 | 9/2001 | 21 | 5/14 | 5/0 | 0 | 8/20 | 3/10 | 4/4 | STDEV | |
13/0 | 0 | 9736050 | 4007657 | 439 | 7/209 | 2/0 | 0 | 433 | 9/105 | 3/19 | VAR | |
که گسترش خوبی در پهنه دشت دارند، سبب آزاد شدن این یون در آب شده است (قره‌محمودلو و همکاران، 1397).
واکنش (1) 
واکنش (2) 
کاهش میزان کلسیم در نمونه‌های آبی می‌تواند به دلیل تبادل یونی مذکور یا رسوب کلسیت باشد که احتمال مورد دوم را می‌توان در بخش مربوط به اندیس‌های اشباع بررسی کرد. بررسی میزان سولفات نسبت به بیکربنات در آب ایستگاههای مورد مطالعه می‌تواند نشان‌دهنده نوع آب در ایستگاهها می‌باشد. با توجه به اینکه میزان بیکربنات نسبت به سولفات در آب ایستگاههای لزوره و ارازکوسه بیشتر باشد نشان‌دهنده نوع بیکربناته آب می‌باشد. درحالی‌که با نزدیک شدن به دریای خزر، به دلیل پیشروی آب‌شور، آبشویی کودها و سموم کشاورزی و ورود فاضلاب‌های خانگی به منابع آبی میزان سولفات نسبت به بیکربنات افزایش یافته و نوع آب از بیکربناته به سولفاته تغییر می‌یابد. کمترین میزان TDS نمونه‌ها در ایستگاه لزوره در حدود 374 میلی‌گرم بر لیتر می‌باشد که این پارامتر در ایستگاه بصیرآباد به بیشترین مقدار خود (6971 میلی‌گرم بر لیتر) می‌رسد. با توجه به میزان غلظت بالای منیزیم نسبت به کلسیم می‌توان دریافت که سختی نمونه‌های آب بیشتر تحت تأثیر کاتیون منیزیم می‌باشد. همچنین با توجه به نزدیک شدن جریان آب به سمت دریای خزر میزان EC بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته است که این مورد نیز نشان‌دهنده افزایش غلظت یون‌های محلول در آب می‌باشد. پارامتر pH در تمام نمونه‌های آب نیز در محدوده قلیایی می‌باشد.
مکانیسم کنترل‌کننده شیمی آب ایستگاههای مورد مطالعه
گیبس مدلی را برای بررسی مکانیسم‌های کنترل‌کننده شیمی آب‌های سطحی و شناخت تکامل آنها، بر مبنای پارامترهای TDS، Na+/(Na++Ca2+) و Cl-/(Cl-+HCO3-) با استفاده از جمع‌آوری و آنالیز نمونه‌های نقاط مختلف دنیا ارائه کرد. نمودارهای گیبس در بسیاری از موارد جهت تعیین تأثیر فرآیندهای مؤثر نظیر بارش، تبخیر و هوازدگی سنگ بستر بر ترکیب شیمیایی آب‌های سطحی مورد استفاده قرار می‌گیرد (Gibbs, 1970).
براساس تجمع، توزیع و جهت یافتگی نمونه‌ها بر روی نمودار گیبس (شکل 2)، با توجه به نمودار هوازدگی شیمیایی کانی‌های تشکیل‌دهنده سنگ‌ها، تبخیر و تا حدودی هجوم آب‌شور دریای خزر به داخل رودخانه گرگانرود، عوامل اصلی کنترل‌کننده شیمی آب رودخانه می‌باشند. به‌طورکلی در ایستگاه لزوره عامل اصلی کنترل‌کننده شیمی آب، واکنش آب-سنگ می‌باشد. درحالی‌که در راستای حرکت آب رودخانه گرگانرود به سمت دریای خزر و احتمال پیشروی آب‌شور در ایستگاه بصیرآباد، عواملی نظیر نفوذ آب‌شور، تبخیر و رسوبگذاری برخی از املاح غالب می‌شوند. البته با توجه به عبور این رودخانه از زمین‌های کشاورزی و حاشیه برخی از شهرها و آبادی‌های مهم استان گلستان، نباید نقش پساب‌های شهری و کشاورزی را در افزایش میزان پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب رودخانه نادیده گرفت.
شکل2. نمودار گیبس رودخانه گرگانرود در ایستگاههای مورد مطالعه
تیپ و رخساره آب ایستگاههای مورد مطالعه
بررسی تیپ و رخساره نمونه‌های آبی از متداولترین روش‌های مطالعه هیدروشیمیایی منابع آبی است. نمودار استیف یکی از روش‌های سریع تعیین تیپ آب می‌باشد. با رسم نمودار استیف علاوه بر تشخیص سریع تیپ آب، با توجه به اندازه و شباهت نواحی رسم شده در نمودار، می‌توان به منشأ نمونه‌های آبی پی برد. نمودارهای استیف ایستگاههای واقع در طول رودخانه گرگانرود در شکل 3 نشان داده شده است. براین اساس تیپ غالب آب رودخانه گرگانرود در ایستگاه بالادست (لزوره) بیکربنات منیزیک می‌باشد، که در جهت جریان با غالب شدن آنیون کلرید و کاتیون سدیم به کلرید سدیک تغییر می‌کند.
شکل 3. روند تغییرات تیپ آب (نمودار استیف) در ایستگاههای مورد مطالعه بر روی رودخانه گرگانرود
به‌طورکلی رخساره‌های هیدروشیمیایی منابع آبی، تعیین‌کننده توده‌های آبی با ماهیت ژئوشیمی متفاوت‌اند (Laxmankumar et al., 2019). براساس تجمع نمونه‌ها در نمودار پایپر (شکل4-a)، رخساره آب رودخانه گرگانرود در بالادست از رخساره ترکیبی15 در ایستگاه لزوره تا رخساره لب‌شور16 در نزدیکی دریای خزر متغیر می‌باشد (Todd and Mays, 2005). در اصل كيفيت آب در رخساره تركيبي، نسبت به رخساره شيرين پائين‌تر است و از نظر سختي جزو آب‌هاي سخت و مقدار بي‌كربنات آن مشابه با آب‌هاي شيرين مي‌باشد. در اين آب‌ها غلظت كلريد نسبت به آب‌هاي شيرين افزايش مي‌يابد. در آب‌های شورمزه مقدار كلريد افزايش قابل توجه‌اي دارد. همچنین از سختي بالائي (بيش از 600 ميلي‌گرم بر ليتر برحسب بي‌كربنات كلسيم) برخوردار هستند. به‌طورکلی روند تغییرات نمونه‌ها در نمودار پایپر نشان از تکامل سریع هیدروژئوشیمیایی نمونه‌های آب رودخانه گرگانرود دارد.
برای تفسیر بهتر تیپ و تکامل هیدروژئوشیمیایی آب ایستگاههای مورد مطالعه از نمودار دوروف استفاده شده است (شکل4-b). با توجه به بخش مربع شکل نمودار دروو، آب پس از گذر از تیپ بیکربناته تمایل به رسیدن به بلوغ کامل یعنی تیپ کلروره سدیک دارد. بخش‌های مثلثی شکل این نمودار نیز این نکته را تایید می‌کنند. میزان TDS نمونه‌های آبی در جهت حرکت جریان آب از ایستگاه لزوره به سمت ایستگاه بصیرآباد روند افزایشی از خود نشان می‌دهند. این نکته نشان‌دهنده افزایش غلظت یون‌های موجود در آب و در نهایت شورشدگی آب رودخانه در مسیر جریان آب می‌باشد. به‌طوری‌که میزان TDS از حدود 500 میلی‌گرم بر لیتر (رخساره شیرین) تا در حدود 7000 میلی‌گرم بر لیتر (رخساره شور مزه) تغییر می‌کند. میزانpH نمونه‌های آب ایستگاههای مورد مطالعه نیز روند صعودی داشته و تمایل به قلیایی شدن را از خودشان نشان میدهد. که این نتایج با توجه به افزایش میزان املاح و شورشدن آب رودخانه در مسیر حرکت به سمت دریای خزر بدیهی است.
به‌طورکلی در این نمودار دو جهت مجزا برای تکامل هیدروژئوشیمیایی نمونه‌های آب وجود دارد. اگرچه چرخه تکامل کاتیونی نسبت به چرخه تکامل آنیونی تبعیت بیشتری از سیکل کلی تکامل هیدروژئوشیمیایی در طول مسیر حرکت جریان آب رودخانه گرگانرود از خود نشان میدهد.
شکل4 . نمودارهای a) پایپر ، b) دوروف رودخانه گرگانرود در ایستگاههای مورد مطالعه
تعیین منشأ املاح و رسوبات با استفاده از روش شاخص رول
شاخص رول بر پایه نسبت غلظت یون کلر به مجموع یون‌های بیکربنات و کربنات استوار است. یون‌های بیکربنات و کربنات به‌طور معمول فراوان‌ترین یون‌های موجود در آب‌های سطحی و زیرزمینی هستند و در آب دریا به مقدار جزئی وجود دارند، در مقابل یون کلر در آب‌های شور و یا آب دریا بیش از یون‌های دیگر می‌باشد. این اندیس معیار مناسبی برای ارزیابی و تشخیص آلودگی آب به‌وسیله آب دریا یا آب‌های شور فسیلی است (Hounslow, 1995; Faryabi et al., 2010). با توجه به شکل 5، مقدار این شاخص در تمام ایستگاههای مورد مطالعه کمتر از یک می‌باشد. چرا که که علیرغم بالا بودن یون کلر در آب رودخانه، هنوز غلظت یون بیکربنات در آب قابل ملاحظه می‌باشد. با توجه به حرکت جریان آب به سمت دریای خزر میزان این اندیس رو به افزایش و نزدیک به یک می‌باشد. از جمله عوامل مهم در افزایش میزان شاخص رول می‌تواند به نفوذ آب‌ها شور دریا در رودخانه گرگانرود، فاضلاب‌های شهری و زه‌آب‌های کشاورزی به داخل آب رودخانه گرگانرود اشاره کرد.
شکل 5. نمودار شاخص رول رودخانه گرگانرود در ایستگاههای مورد مطالعه
شاخص اشباع(17SI)
محاسبه شاخص اشباع کانی‌های مختلف به‌منظور توصیف تکامل شیمیایی آب صورت می‌گیرد (Hounslow, 1995). شاخص اشباع‌شدگی به‌صورت رابطه زیر بیان می‌شود:
معادله 1 |
|
در رابطه بالا IAP میزان فعالیت کانی مورد نظر و Kt ثابت انحلال‌پذیری است.
اگر مقدار SI برابر صفر باشد، آب به‌طور دقیق فوق اشباع خواهد بود. در صورت مثبت بودن SI، آب نسبت به کانی موردنظر فوق اشباع خواهد و تمایل به ته‌نشینی آن کانی را دارد. درصورتی‌که مقدار SI منفی باشد آب نسبت
به کانی مورد نظر تحت اشباع بوده و تمایل به انحلال آن کانی را دارد (Parkhurts and Appelo, 1999).
با توجه به شکل 6 میزان شاخص‌های اشباع دولومیت و کلسیت در نمونه‌ها مثبت می‌باشد. ازاین‌رو امکان پدیده رسوبگذاری کانی‌های مذکور در آب رودخانه گرگانرود وجود دارد. به‌طورکلی میزان شاخص اشباع دولومیت نسبت به دو کانی کربناته دیگر بیشتر می‌باشد که علت آن وجود کانی‌های دولومیتی در تشکیلات منطقه می‌باشد. در مقابل مقادیر شاخص‌های اشباع ژیپس، هالیت و انیدریت نسبت به آب رودخانه گرگانرود در کل مسیر تحت اشباع است (شکل 6). علت این اثر فراوانی به نسبت پایین کانی‌های سولفاته و کلروره در سازندهای منطقه می‌باشد. با توجه به شکل 6 میزان شاخص‌های اشباع ژیپس، هالیت و انیدریت از ایستگاه لزوره به سمت دریای خزر افزایش پیدا کرده و به میزان تعادل نزدیک‌تر می‌شود. این اثر با افزایش میزان غلظت برخی از یون‌ها نظیر کلراید، سولفات، سدیم که در بالا بحث شد همخوانی دارد. افزایش یون‌های مذکور می‌تواند به دلیل فعالیت‌های کشاورزی، فاضلاب‌های خانگی و نزدیک شدن جریان آب به آب‌شور دریا (مصب رودخانه گرگانرود) باشد.
شکل6. نمودار میزان شاخص‌های اشباع رودخانه گرگانرود در ایستگاههای مورد مطالعه
کیفیت آب
کیفیت آب شرب
نمودار شولر یکي از مهمترین طبقه‌بندی‌ها برای بررسي کیفیت آب از نظر شرب می‌باشد. این نمودار بر پایه غلظت یون‌های اصلی سدیم، کلر، سولفات، کلسیم، منیزیم استوار است و براي نمايش اختلاف شيميايي نمونه‌ها در يك نمودار به كار مي‌رود. براساس نمودار شولر کیفیت آب‌ها از نظر شرب به شش گروه شامل خوب، قابل قبول، متوسط، نامناسب، بطور کامل نامناسب و غیرقابل شرب تقسیم مي‌شوند (Furkansener and Baba, 2019). با توجه به نمودار شولر، کیفیت آب ایستگاههای مورد مطالعه در گروه خوب (ایستگاه لزوره)، قابل قبول (ایستگاه اراز کوسه) و نامناسب (ایستگاه قزاقلی و بصیرآباد) قرار می‌گیرد (شکل 7-a). این در حالی است که میزان غلظت یون‌های موجود در آب بخصوص منیزیم و سدیم با توجه به حرکت جریان آب از ایستگاه لزوره به سمت ایستگاه بصیرآباد افزایش می‌یابد. این موضوع نشان‌دهنده پیشروی آب‌شور دریا و افزایش فعالیت‌های کشاورزی می‌باشد. اما برای قضاوت بهتر در مورد قابل شرب بودن آب ایستگاههای مورد مطالعه می‌بایست پارامترهای شیمیایی بیشتری (نظیر نیترات، فلورید) به همراه پارامترهای میکروبی بررسی شود. زیرا نمی‌توان تنها با داشتن غلظت آنیون‌ها و کاتیون‌های اصلی یک منبع آبی، درمورد قابلیت شرب آن تصمیم‌گیری کرد.
کیفیت آب آبیاری
به‌طورکلی کیفیت آب برای آبیاری به نسبت یون سدیم به یون‌های دو ظرفیتی کلسیم و منیزیم (نسبت جذب سدیم) و همچنین مقدار کل نمک محلول یا هدایت الکتریکی در آب بستگی دارد (.(Pazand et al., 2018 نسبت جذب سدیم (SAR) به‌عنوان یک شاخص موثر در ارزیابی خطر بالقوه سدیم در محلول در حال تعادل با فاز جامد خاك و همچنین خطر قلیایی شدن خاک است (Subramani et al., 2005). هدایت الکتریکی (EC) یکی از مهمترین پارامترها در تعیین کیفیت آب برای کشاورزی است که می‌تواند بر رشد گیاه، عملکرد و کیفیت محصولات زراعی تاثیر گذار باشد (Kumar et al., 2007). یک روش سریع برای ارزیابی هم‌زمان هر دو شاخص استفاده از نمودار ویلکوکس می‌باشد. با توجه به نمودار ویلکوکس (شکل7-b)، تمام نمونه‌های آب در ایستگاه لزوره و نیمی از نمونه‌های آب در ایستگاههای قزاقلی و اراز کوسه در گروه S1 قرار می‌گیرد که نشان‌دهنده وضعیت مناسب آب از نظر جذب سدیم و کیفیت مناسب آب برای کشاورزی می‌باشد. همچنین نیمی
شکل7. نمودارهای a) شولر، b) ویلکوکس رودخانه گرگانرود در ایستگاههای مورد مطالعه
دیگر از نمونه‌های آب در ایستگاههای قزاقلی و اراز کوسه در گروه S2 قرار می‌گیرد که دارای خطر قلیاییت متوسط بوده و جهت کشاورزی مناسب است. درحالی‌که تمام نمونه‌های آب ایستگاه بصیرآباد در گروه S3 قرار می‌گیرد که نشان‌دهنده خطر قلیاییت زیاد بوده و قلیاییت خاک را به حد زیان‌آوری می‌رساند. براساس شکل7-b، آب ایستگاه لزروه در رده C2S1، ایستگاههای قزاقلی و اراز کوسه در رده‌های C3S1، C3S2، C4S2 و ایستگاه بصیرآباد در رده C4S3 قرار می‌گیرد. با توجه به دلایل ذکر شده در بخش هیدروشیمی مبنی بر تکامل سریع هیدروشیمیایی آب، بدتر شدن کیفیت آب در بخش کشاورزی در ایستگاه پایین دست (بصیرآباد)، بدیهی به نظر می‌رسد.
کیفیت آب صنعت
در اصل بـراي بررسـي كيفيت آب در بخش صنعت، دو ویژگی خورندگي و رسوب‌گـذاري مـورد ارزيـابي قرار مي‌گيرد. این دو ویژگی را می‌توان توسط شاخص‌های فراوانی نظیر لانژلیه (LSI)، رایزنر(RSI)، پوکوریوس (PSI) و لارسون-اسکلد (L-SI) محاسبه کرد. در این پژوهش مقادیر شاخص‌های مذکور آب در بخش صنعت برای رودخانه گرگانرود محاسبه شده و نتایج آنها در جدول 3 ارائه شده است. با توجه به نتایج شاخص لانژلیه، آب در بالادست (ایستگاه لزوره) خورنده بوده و با حرکت جریان آب به سمت دریای خزر از خاصیت خورندگی آن کاسته و تمایل به رسوبگذاری دارد. نتایج شاخص رایزنر بیانگر این است که، آب در ایستگاه لزوره خورنده بوده و قابلیت انحلال کربنات کلسیم را دارد و با حرکت جریان آب رودخانه گرگانرود به سمت پایین‌دست (ایستگاه بصیرآباد) کیفیت آب به سمت رسوبگذاری میل می‌کند. میانگین شاخص پوکوریوس در طول دوره آماری مورد مطالعه نیز همانند شاخص‌های رایزنر و لانژلیه، در بالادست (ایستگاه لزوره) خورنده بوده و با توجه به مسیر حرکت آب به سمت دریای خزر (آب‌شور) از خاصیت خورندگی آن کاسته می‌شود. با توجه به نتایج شاخص لارسون-اسکلد، کلراید و سولفات موجود در آب ایستگاه لزوره ممکن است با تشکیل لایه‌های طبیعی مواجه شوند. اما میزان این شاخص در سایر ایستگاهها نشان‌دهنده خوردگی می‌باشد.
جدول 3. نتایج شاخص‌های لانژلیه، رایزنر، پوکوریوس و لارسون-اسکلد در آب ایستگاههای مورد مطالعه | ||||
ایستگاه | L-SI | PSI | RSI | LSI |
لزوره | 93/0 | 15/13 | 75/10 | 49/1- |
ارازکوسه | 27/2 | 39/12 | 18/10 | 2/1- |
قزاقلی | 15/5 | 09/12 | 87/9 | 04/1- |
بصیرآباد | 24/12 | 81/11 | 57/9 | 89/0- |
يون‌هايي مثل كربنات، قادرند با تشكيل رسوب كربنـات كلـسيم، سرعت خوردگي را كاهش دهند. دراین‌بین تأثير ميـزان TDS در رسوب‌گذاري از ديگر عوامل ايجاد رسوب بيشتر مي‌باشد. با توجه به افزایش میزان TDS از ایستگاه لزوره به سمت دریای خزر احتمال رسوبگذاری بدیهی به نظر می‌رسد. رسوبگذاری در بستر لوله‌هاي انتقال آب به‌عنوان عامل منفي در كاهش سطح مقطع عمل مـي‌كنـد. به‌طورکلی خاصیت آب در ایستگاههای مورد مطالعه خورنده می‌باشد اما با توجه به مسیر حرکت آب رودخانه گرگانرود از خاصیت خورندگی آن کاسته می‌شود.
آنالیزی آماری
تجزیه و تحلیل آماری پارامترهای فیزیکوشیمیایی
مطابق با جدول 4 مقدار P-value آزمون F برای پارامتر pH کمتر از 989/0 محاسبه شده که نشان میدهد تغییرات این پارامتر در طول مسیر گرگانرود از سرشاخه تا مصب دارای نوسانات جزیی بوده و اختلاف آماری در ایستگاههای مختلف مشاهده نشد. در سایر پارامترهای مورد بررسی با توجه به اینکه مقدار P-value آزمون F کوچک‌تر از 05/0 محاسبه شده، نشان میدهد که اختلاف آماری بین حداقل دو ایستگاه از چهار ایستگاه مورد بررسی وجود دارد. پارامترهای Mg و SO4 بیشترین تغییرات را از سرشاخه تا مصب دارا بوده به‌طوری‌که بین مقادیر آنها در تمام ایستگاهها اختلاف آماری مشاهده شد. پارامترهای TDS، Cl، Na و EC نیز دارای تغییرات زیاد بوده و بین مقادیر آنها در تمام ایستگاهها (به‌جز بصیرآباد-قزاقلی) اختلاف آماری مشاهده شد. همچنین نتایج این بررسی نشان داد بیشترین تغییرات کیفی آب در دو ایستگاه متوالی در بخش سرشاخه گرگانرود مابین ایستگاههای لزوره و ارازکوسه به وقوع پیوسته و باعث ایجاد اختلاف آماری بین اکثر پارامترهای مورد بررسی شده است درحالی‌که کمترین تغییرات در بخش انتهایی حوزه آبریز گرگانرود مابین ایستگاههای بصیرآباد و قزاقلی مشاهده شد. از ایستگاه قزاقلی که در بخش میانی حوزه آبریز گرگانرود واقع شده تا خروجی گرگانرود در نزدیکی ایستگاه بصیرآباد تغییرات فاحش و معنیداری بین پارامترهای کیفی مورد بررسی مشاهده نشد.
تحلیل خوشه‌ای
برای خوشه‌بندی عوامل مؤثر بر ترکیب شیمیایی آب ایستگاههای مورد مطالعه از روش خوشه‌بندی سلسله مراتبی استفاده شد، تعداد داده‌های آماری مورد استفاده برای رسم این دندوگرام 10 مورد می‌باشد که هر یک از این نمونه‌ها برابر با میانگین سالیانه پارامترهای مورد مطالعه می‌باشد. نتایج این بررسی به‌صورت گرافیکی در
جدول 4. نتایج آزمون F و گیمز-هاول پارامترهای کیفی آب در ایستگاههای مورد مطالعه
پارامتر | P-value آزمون F | نتایج آزمون گیمز-هاول | |||||
ارازکوسه-بصیرآباد | ارازکوسه-لزوره | ارازکوسه-قزاقلی | بصیرآباد-لزوره | بصیرآباد-قزاقلی | لزوره-قزاقلی | ||
Ca | 000/0 | * | * | --- | * | --- | * |
Mg | 000/0 | * | * | * | * | * | * |
Na | 000/0 | * | * | * | * | --- | * |
K | 000/0 | * | * | --- | * | --- | * |
HCO3 | 000/0 | --- | * | --- | * | --- | * |
SO4 | 000/0 | * | * | * | * | * | * |
Cl | 000/0 | * | * | * | * | --- | * |
TDS | 000/0 | * | * | * | * | --- | * |
EC | 000/0 | * | * | * | * | --- | * |
pH | 989/0 | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
*وجود اختلاف معنیدار بین دو تیمار مورد بررسی --- نبود اختلاف معنیدار بین دو تیمار مورد بررسی
شکل 8 نشان داده شده است. براساس دندوگرام رسم شده در ایستگاه لزوره (شکل 8- a) و شباهت پارامترها به دو خوشه کلی تقسیم می‌شوند. خوشه اول شامل کلسیم و بیکربنات است که این دو یون بیشترین شباهت را در بین پارامترها دارند. خوشه دوم شامل یون‌های سدیم، کلراید، منیزیم و سولفات می‌باشد که همه از یون‌های مربوط به کانی‌های تبخیری تشکیل شده‌است. با توجه به غالب بودن سازندهای کربناته در حوضه مورد مطالعه، خوشه اول را می‌توان به انحلال تشکیلات آهکی موجود در منطقه مربوط دانست. درحالی‌که یون‌های موجود در خوشه دوم را می‌توان به انحلال سازندهای تبخیری، مارن و رسی مربوط دانست.
به‌طورکلی، براساس شباهت بین پارامترهای شیمیایی اصلی، دو خوشه در ایستگاه ارازکوسه قابل تشخیص می‌باشد (شکل 8-b). خوشه اول به دلیل ماهیت یون‌های آن، ناشی از انحلال سازندهای گچی-نمکی و رسی و شاید ورود پساب‌های تصفیه نشده شهری، روستایی و کشاورزی به داخل رودخانه گرگانرود می‌باشد. این خوشه
شکل 8. دندوگرام آنالیز خوشه‌ای عناصر اصلی در ایستگاههای، a) لزوره، b) ارازکوسه، c) قزاقلی، d) بصیرآباد
را می‌توان به دلیل شباهت بالای یون‌های سدیم-کلراید و سولفات-کلسیم می‌توان به دو زیر خوشه تقسیم نمود. اما خوشه دوم با توجه به همبستگی بالای بین یون‌های بیکربنات و منیزیم ناشی از انحلال سنگ‌های آهکی-دولومیتی است که از پراکندگی به نسبت بالایی در بخش‌های بالادست حوضه مورد مطالعه برخوردار هستند.
با توجه به میزان شباهت بین عناصر اصلی در ایستگاه قزاقلی و شکل دندوگرام این ایستگاه، ترکیبی بودن رخساره آب به درستی مشهود است (شکل 8-c). اگرچه با توجه به شباهت بالای بین یون‌های تبخیری در این دندوگرام و فراوانی به‌نسبت کم یون بیکربنات، شور شدن آب رودخانه گرگانرود به دلیل نفوذ آب‌شور دریا و ورود پساب‌های تصفیه نشده شهری، روستایی و کشاورزی به داخل آن محتمل به نظر می‌رسد. براساس دندوگرام ایستگاه بصیرآباد، عوامل مؤثر بر ترکیب شیمیایی آب در این ایستگاه مشابه ایستگاه قزاقلی است و به دو خوشه تقسیم‌بندی می‌شود. در خوشه اول همبستگی بالایی بین سدیم-کلراید و کلسیم-سولفات دیده می‌شود که بیانگر انحلال کانی‌های هالیت و ژیپس در آب است (شکل 8-d). منشأ خوشه اول را می‌توان به پیشروی آب‌شور دریا مربوط دانست. در خوشه دوم پتاسیم و بیکربنات شباهت به نسبت بالایی از خود نشان می‌دهند.
نتیجه‌گیری
پژوهش حاضر جهت بررسی تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود به‌عنوان یکی از مهمترین رودخانههای استان گلستان انجام شد. تغییرات میانگین غلظت یون‌های اصلی آب رودخانه گرگانرود نشان از افزایش مقادیر آنها به‌خصوص غالب شدن آنیون کلراید و کاتیون سدیم در طول مسیر جریان به سمت دریای خزر دارد. در کل دشت گرگان با توجه به نبود سیستم تصفیه فاضلاب، رودخانه‌ها مقصد نهایی فاضلاب‌های شهری و زه‌آب‌های کشاورزی هستند. ازآنجایی‌که یون‌های سدیم و کلر از ترکیبات اصلی فاضلاب‌های شهری هستند بنابراین افزایش آنها در طول مسیر رودخانه بدیهی به نظر می‌رسد. علاوه براین شیب سطح توپوگرافی در پهنه وسیعی از دشت بسیار پایین و در برخی نقاط دشت منفی می‌باشد. این مورد در سیل فرودین 1398بسیار مشهود بود به‌طوری‌که مانع از زهکشی آب‌های سطحی و رواناب‌ها به سمت دریای خزر شد. بنابراین شرایط توپوگرافی منطقه امکان نفوذ آب از دریای خزر گرگان به داخل رودخانه گرگانرود را میدهد. از دیگر دلایل افزایش غلظت یون‌های سدیم و کلر نفوذ آب‌شور دریای خزر به داخل رودخانه گرگانرود می‌باشد. وجود برخی از ماهیان و موجودات کفی (نظیر بنتوزها) شورپسند در بخش‌های انتهایی رودخانه دلیلی بر این ادعا می‌باشد.
همچنین بیشترین تغییرات هیدروشیمیایی آب در بخش سرشاخه گرگانرود مابین ایستگاههای لزوره (ایستگاه خروجی کوهستان) و ارازکوسه (اولین ایستگاه واقع در دشت) به وقوع پیوسته است. در مقابل از ایستگاه قزاقلی که در بخش میانی حوزه آبریز گرگانرود واقع شده تا خروجی گرگانرود در نزدیکی ایستگاه بصیرآباد تغییرات فاحش و معنیداری بین پارامترهای کیفی مورد بررسی مشاهده نشد.
براساس نتایج هیدروشیمیایی واکنش آب-سنگ عامل اصلی کنترل‌کننده شیمی آب در بخش بالادست حوضه (ایستگاه لزوره) می‌باشد. درحالی‌که در جهت حرکت آب رودخانه گرگانرود به سمت دریای خزر عواملی نظیر تبخیر، رسوبگذاری و نفوذ آب‌شور نیز نقش دارند. ازاین‌رو تیپ غالب آب این رودخانه در ایستگاه بالادست (لزوره) بیکربنات منیزیک می‌باشد. با توجه به نزدیکی ایستگاه لزوره به سرچشمه و همچنین فراوانی سنگ‌های کربناته به‌خصوص دولومیتی بدیهی به نظر می‌رسد. اما به‌تدریج با غالب شدن آنیون کلرید و کاتیون سدیم در جهت جریان به کلروره سدیک تغییر می‌کند.
تجمع نمونه‌ها در دو نمودار پایپر و دروو نیز نشان از تمایل آب رودخانه گرگانرود برای رسیدن به بلوغ کامل یعنی تیپ کلروره سدیک دارد. به‌طورکلی روند تغییرات نمونه‌ها در نمودار های پایپر و دروو نشان از تکامل سریع هیدروژئوشیمیایی نمونه‌های آب رودخانه گرگانرود در مسیر حرکت به سمت دریای خزر دارد.
تاثیر تکامل هیدروشیمیایی را به‌راحتی می‌توان در بخش تغییر کیفیت آب رودخانه گرگانرود از بالادست حوضه تا دریای خزر مشاهده نمود. به‌طوری‌که کیفیت آب برای شرب بر اساس نمودار شولر، از خوب تا نامناسب تغییر می‌کند. این نتایج با تغییرات میزان غلظت یون‌های اصلی آب همخوانی کامل دارد. همچنین براساس نمودار ویلکوکس آب ایستگاه لزوره برای استفاده در بخش کشاورزی کم‌وبیش مناسب می‌باشد، اما در طول جریان با افزایش غلظت یون سدیم و پارامتر شوری به‌تدریج غیرقابل استفاده در بخش کشاورزي می‌شود. براساس نتایج حاصل از شاخص‌های استفاده شده در بخش صنعت (لانژلیه، رایزنر، پوکوریوس و لارسون-اسکلد) آب در ایستگاههای مورد مطالعه دارای خاصیت خورنده می‌باشد اما در طول مسیر حرکت آب رودخانه گرگانرود به سمت دریای خزر از خاصیت خورندگی آن کاسته می‌شود.
با توجه به نتایج این پژوهش، عبور رودخانه گرگانرود از زمین‌های کشاورزی و حاشیه برخی از شهرها و آبادی‌های مهم استان گلستان و درپی آن ورود فاضلاب‌های شهری، زه آب‌های کشاورزی به رودخانه، رسوبات سیلتی-رسی غیر متراکم در دشت و همچنین پیشروی آب شور دریای خزر به داخل رودخانه به دلیل شیب کم توپوگرافی از عوامل مهم تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود می‌باشد. اگرچه بیشترین تغییرات در هر دو بخش هیدروشیمیایی و کیفی را می‌توان زمانی مشاهده کرد که رودخانه گرگانرود جبهه کوهستان را ترک می‌کند و وارد دشت گرگان می‌شود.
منابع
آذری، ع.، ناظمی، س.، کاکاوندی، ب. و رستگار، ا. 1394. بررسی پتانسیل خوردگی و رسوبگذاری منابع آب شرب شهر شاهرود با استفاده از شاخص‌های پایداری در سال 1392، مجله دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، 22، 6، 954 -944. ##بدیعی‌نژاد، ا.، حیدری، م.ر و فرزادکیا، م. 1394. بررسی پتانسیل خوردگی و رسوبگذاری شبکه توزیع آب آشامیدنی جنوب شهر شیراز. مجله ره‌آورد سلامت دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی ایران. ۱،۱، ۵۱-۶۰. ##روحانی، ح.، زکی، ا.، کاشانی، م. و فتح‌آبادی، ا. 1394. ارزیابی پایداری تغییرات کیفیت شیمیایی آب سطحی در رودخانۀ گرگانرود. مجله اکوهیدرولوژی، 2، 2، 129-140. ##روستائی، م.، آقآتابای، م.، رقیمی، م.، نعمتی، م. و رحیمی‌چاکدل، ع. 1393. بررسی زمین‌ساخت فعال دامنه شمالی البرز خاوری با استفاده از نشانه‌های زمین ریختی در حوضه آبریز گرگان رود . فصلنامه تحقیقات جغرافیایی. ۲۹، 4، ۴۳-۵۶. ##قره‌محمودلو، م.، حشمت‌پور، ع.، جندقی، ن.، زارع، ع. و مهرابی، ح. 1397. بررسی هیدروژئوشیمیایی آب زیرزمینی آبخوان دشت سیدان-فاروق، استان فارس. مجله اکوهیدرولوژی، 5، 4، 1241-1253. ##نبی‌زاده نودهی، ر.، مصداقی‌نیا، ع.، ناصری، س.، هادی، م.، سلیمانی، ح. و بهمنی، پ. 1395. تحلیل تمایل خورندگی در سیستم تامین آب با استفاده از شاخص‌های کیفی و شاخص کمی پتانسیل ترسیب کربنات کلسیم. فصلنامه سلامت و محیط زیست، ۹، 4، ۴۵۷-۴۷۰. ##Arpine, H. and Gayane, S., 2016. Determination of background concentrations of hydrochemical parameters and water quality assessment in the Akhuryan River Basin (Armenia). Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 94, 2-9. ##Batsaikhan, B., Kwon, J.S., Kim, K.H., Lee, Y.J., Lee, J.H., Badarch, M. and Yun, S.T., 2017. Hydrochemical evaluation of the influences of mining activities on river water chemistry in central northern Mongolia. Environmental Science and Pollution Research, 24, 2, 2019-2034. ##Clesceri, L.S., 2005. Standard method for the examination of water and wastewater. American Public Health Association, 15, 3635-42. ##Faryabi, M., Kalantari, N. and Negarestani, A., 2010. Evaluation of factors influencing groundwater chemical quality using statistical and hydrochemical methods in Jiroft Plain. Scientific Quaternary Journal, Geosciences, 20, 77, 115-120. ##Furkansener, M. and Baba, A., 2019. Geochemical and hydrogeochemical characteristics and evolution of Kozaklı geothermal fluids, Central Anatolia, Turkey. Journal of Geothermics, 80, 69-77. ##Gibbs, R. J. 1970. Mechanisms controlling world water chemistry, Science 17, 1088-1090. ##Hounslow, A., 1995. Water quality data: analysis and interpretation. 1st Edition. CRC press. 146. ##Islam, M.A., Zahid, A., Rahman, M.M., Rahman, M.S., Islam, M.J., Akter, Y., Shammi, M., Bodrud-Doza, M. and Roy, B., 2017. Investigation of groundwater quality and its suitability for drinking and agricultural use in the south central part of the coastal region in Bangladesh. Exposure and Health, 9,1, 27-41. ##Jackson, J., 2001. Living with earthquakes: know your faults. Journal of Earthquake Engineering, 5, 1, 5-123##Kumar, M., Kumari, K., Ramanathan, A.L. and Saxena, R., 2007. Acomparative evaluation of groundwater suitability for irrigation and drinking purposes in two intensively cultivated districts of Punjab, India. Journal of Environmental Geology, 53, 553-574. ##Larson, T.E. and Skold, R.V., 1958. Laboratory Studies Relating Mineral Quality of Water to Corrosion of Steel and Cast Iron, Illinois State Water Survey, Champaign, IL. ill. ISWS C-71, 43- 46##Laxmankumar, D., Satyanarayana, E., Dhakate, R. and Saxena, P.R., 2019. Hydrogeochemical characteristics with respect to fluoride contamination in groundwater of Maheshwarm mandal, RR district, Telangana state, India. Groundwater for Sustainable Development, 8, 474-483. ##Liu, S., Ryu, D., Webb, J.A., Lintern, A., Waters, D., Guo, D. and Western, A.W., 2018. Characterisation of spatial variability in water quality in the Great Barrier Reef catchments using multivariate statistical analysis. Marine Pollution Bulletin, 137, 137-151. ##Mishra, B.K., Regmi, R.K., Masago, Y., Fukushi, K., Kumar, P. and Saraswat, C., 2017. Assessment of Bagmati river pollution in Kathmandu Valley: Scenario-based modeling and analysis for sustainable urban development. Sustainability of Water Quality and Ecology, 9, 67-77. ##Nwankwoala, H.O. and Udom, G.J., 2011. Hydrochemical facies and ionic ratios of groundwater in Port Harcourt, Southern Nigeria. Research Journal of Chemical Sciences, 1, 3, 87-101. ##Parkhurst, D. and Appelo, C., 1999. PHREEQC for Windows version 1.4.07, A hydrogeochemical transport model. U.S, Geological Survey Software. ##Pazand, K., Khosravi, D., Ghaderi, M.R. and Rezvanianzadeh, M.R., 2018. Identification of the hydrogeochemical processes and assessment of groundwater in a semi-arid region using major ion chemistry: A case study of Ardestan basin in central Iran. Journal of Groundwater for Sustainable Development, 6, 245-254. ##Strauss, S.D. and Puckorius, P.R., 1984. Cooling-water treatment for control of scaling, fouling, corrosion. Power, 128, 6, S1-S24. ##Shen, Y., Oki, T., Kanae, S., Hanasaki, N., Utsumi, N. and Kiguchi, M., 2014. Projection of future world water resources under SRES scenarios: an integrated assessment. Hydrological Sciences Journal, 59, 1775-1793. ##Subbarao, C., Subbarao N.V. and Chandu S. N., 1996. Characterization of groundwater contamination using factor analysis. Environmental Geology, 28, 4, 175-180. ##Subramani, T., Elango, L. and Damodarasamy, S.R., 2005. Groundwater quality and its suitability for drinking and agricultural use in Chithar River Basin, Tamil Nadu, India. Journal of Environmental Geology, 47, 1099-1110. ##Todd, D. and Mays, L., 2005. Ground water hydrology. Wiley, USA. 652. ##Wilcox, L.V. 1955. Classification and Use of Irrigation Waters. U.S. Department of Agriculture. Circ, Washington, DC, US, 969. ##Wu, Z., Wang, X., Chen, Y., Cai, Y. and Deng, J., 2018. Assessing river water quality using water quality index in Lake Taihu Basin, China. Science of the Total Environment, 612, 914-922. ##Xu, H., Zheng, H., Chen, X., Ren, Y. and Ouyang, Z., 2016. Relationships between river water quality and landscape factors in Haihe River Basin, China: Implications for environmental management. Chinese Geographical Science, 26,197-207. ##You, S.H., Tseng, D.H. and Guo, G.L., 2001. A case study on the wastewater reclamation and reuse in the semiconductor industry Resources. Conservation and Recycling Journal, 32, 1, 73-81. ##Zhao, G., Li, W., Li, F., Zhang, F. and Liu, G., 2018. Hydrochemistry of waters in snowpacks, lakes and streams of Mt. Dagu, eastern of Tibet Plateau. Science of the Total Environment, 610, 641-650.##
Hydrochemical Evaluation and Qualitative Deterioration Assessment of Gorganrud River
Ghareh Mahmoodlu, M1., Jandaghi, N1. and Sayadi, M2.
1. Assistant prof. at Department of Watershed and Rangeland Management, Gonbad Kavous University
2. MSc in watershed management, Gonbad Kavous University, Gonbad, Iran
Abstract
In this study, the hydrochemical evolution and qualitative deterioration of Gorganrud River water were investigated in a distance of approximately 100 km from the northern margin of the Alborz highlands to Gorgan Gulf. For this purpose, the analysis results of elven physicochemical parameters related to four hydrometric stations over a ten-year statistical period were used. Gibbs, Stiff, Piper, Durov diagrams as well as five saturation indices for carbonate, sulfate and chloride minerals were used to study the hydrochemical evolution of the river. Water quality changes in drinking (using Schoeller Diagram), agricultural (using Wilcox Diagram), and industrial (using corrosion indices) sectors along the Gorganrud River were also investigated. In this study, F test and hierarchical cluster analysis were used to analyze the variance of data and the number of factors affecting water hydrochemistry, respectively. The results showed that rock-water reaction, evaporation, and Gorgan Gulf saline water intrusion are the most important factors controlling the river water chemistry. Also, the water dominant type of Gorganrud River at the highlands margin is bicarbonate and as it enters the plain, it tends to reach full maturity, the type of sodium chloride. At all stations, river water is supersaturated with respect to calcite and dolomite but it is under saturated respect to anhydrite, gypsum and halite. However, evaporite minerals saturation increases in the flow direction. The quality of water for drinking and agriculture is suitable at the margins of highlands and as it enters the plain and the path to the Gorgan Gulf decreases sharply. According to the statistical analysis results, the most changes in physicochemical parameters are obtained between the Lazoure Station at the highlands margin and the Qazaghli Station in the middle part of the plain and after that no significant changes were observed between the quality parameters until Gorganroud outlet.
Keywords: Hydrochemical Evolution, Water Quality, Saturation Index, Water Quality Classification, Gorganroud River
[1] * نویسنده مرتبط: m.g.mahmoodlu@gmail.com
[2] Taiho
[3] Water Quality Index
[4] Telangana
[5] Revelle index
[6] Sodium adsorption ratio
[7] Electrical onductivity
[8] Langelier saturation index
[9] Ryzner saturation index
[10] Puckorius scaling index
[11] Larson-skold index
[12] Anderson-Darling test
[13] Bartlett test
[14] Albite (NaAlSi3O8)
[15] Blended
[16] Brackish
[17] Saturation index