بررسی غلظت فلزات سنگین در آب های زیرزمینی به روش زمین آماری (مطالعه موردی معدن سنگ آهن گل گهر)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد هیدروژئولوژی، دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 دانشجو دکترای آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران

3 استاد گروه مهندسی آب دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

شبیه‌سازی در جریان آبهای زیرزمینی مصارف کشاورزی و دسترسی به آبهای زیرزمینی با کیفیت بالا از اهمیت بسزایی برخوردار است. در بسیاری از کشورهای خشک جهان و به خصوص ایران، اصلی ترین منبع تأمین آب، ذخایر آب زیرزمینی است. این پژوهش، با بهره گیری از تحلیل‌های زمین‌آمار، به بررسی اثرات زیست ‌محیطی عناصر سنگین معدن سنگ‌آهن گل گلهر سیرجان، پرداخته است. بدین منظور عناصر فلزات سنگین (آهن، مس، کروم، کادمیم، آنتیموان، آرسنیک)، از 115 نمونه آب زیرزمینی نمونه‌برداری شدند. سپس با رسم نمودار هیستوگرام به بررسی آمار مقدماتی و اطلاعات اکتشافی – مکانی حاصل از داده‌های منطقه مورد مطالعه پرداخته ‌شد. نیم تغییر نمای تجربی هریک از پارامترها با استفاده از نرم‌افزار isatis محاسبه‌شد و با مدل‌های گاوسین، کروی، خطی و نمایی، برازش داده شد. بعد از انجام واریوگرفی، شبیه‌سازی گاوسی متوالی در مدل بلوکی تهیه ‌شده در منطقه مورد مطالعه در 100 مرتبه انجام‌ و نقشه حاصل از شبیه‌سازی گاوسی هر یک از متغیرهای مذکور تهیه شد. علاوه بر بررسی پیوستگی مکانی متغیرها، نقشه احتمال و عدم قطعیت، طبق استاندارد آب آشامیدنی EPA تهیه و نقاطی که در آن غلظت فلزات سنگین در حد مجاز آب آشامیدنی و یا بیشتر از حد آستانه مجاز بود، مشخص شد. نتایج صحت سنجی درانتها با نتایج حاصل از شبیه سازی و مقادیراصلی مقایسه شد. نتایج مطالعات نشان داد که بیشترین خطر آلودگی فلزات سنگین آهن، مس، آرسنیک و کروم، طبق استاندارد آب آشامیدنی EPA، مربوط به مناطق معدنی سنگ‌آهن گل گهر، و چاه‌ دراز، در کفه‌نمک خیرآباد و منطقه قطاربنه است. همچنین نتایج بررسی‌ها بر روی عنصرآنتیموان نشان داد، بخش عمده‌ای از منابع آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه آلوده، به این عنصر است و براساس حد مجاز EPA قابل شرب نیستند. آبهای زیرزمینی در نقاط KH1،KH2، KH3 و CHD20 بیشترین غلظت کادمیم را داشتند که نقشه های احتمال هریک ازعناصر تهیه شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of heavy metal concentrations in groundwater by geostatistical method (Case study of Gol Gohar iron ore mine)

نویسندگان [English]

  • Reza Deshibi 1
  • Fatemeh Shirzadi 2
  • Abbas khashei siuki 3
1 Master of Hydrogeology, University of Sistan and Baluchestan
2 PhD Student in Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Faculty of Water and Soil, Zabol University, Zabol, Iran
3 Professor, Department of Water Science and Engineering, College of Agriculture, University of Birjand
چکیده [English]

Simulation in groundwater flow is important for agricultural use and access to high quality groundwater.In many arid countries of the world, especially Iran, the main source of water supply is groundwater reserves.This study, using geostatistical analyzes, has investigated the environmental effects of heavy elements of Gol Gohar Goljan iron ore mine in Sirjan.For this purpose, heavy metal elements (iron, copper, chromium, cadmium, antimony, arsenic) were sampled from 115 groundwater samples.Then, by drawing a histogram, preliminary statistics and exploratory-spatial information obtained from the data of the study area were examined.The experimental half-change of each parameter was calculated using isatis software and fitted with Gaussian, spherical, linear and exponential models.After variography, Gaussian simulation in a block model prepared in the study area was performed 100 times and the map obtained from Gaussian simulation of each of the mentioned variables was prepared. In addition to examining the spatial coherence of the variables, the probability and uncertainty map was prepared according to the EPA drinking water standard and the points where the concentration of heavy metals was within the allowable drinking water limit or above the threshold were determined. The validation results were finally compared with the simulation results and the original values. The results of the studies showed that the highest risk of contamination of heavy metals iron, copper, arsenic and chromium, according to the EPA drinking water standard, is related to Gol Gohar iron ore mineral areas and long wells in Kefahnamak, Khairabad and Qatarbaneh area. Also, the results of studies on the element antimony showed that most of the groundwater resources in the study area are contaminated with this element and are not drinkable according to the EPA limit. Groundwater at points KH1, KH2, KH3 and CHD20 had the highest concentration of cadmium, and probability maps of each element were prepared.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Interpolation
  • Statistical context
  • Gaussian simulation
  • heavy metals
  • Water Quality
احمدی ‌زاده فینی، الف.، رازمند، ن.، زمانی، الف.، 1393. بررسی میزان غلظت عناصر سنگین (کادمیوم، سرب، روی) در منابع تأمین‌کننده آب آشامیدنی در روستاهای شهرستان بندرعباس، مجله‌ی پزشکی هرمزگان. 18(3): 239-245.
احمدی، س.، جهانشاهی، ر.، 1396. ارزیابی آب زمین شیمی و فلزات سنگین در منابع آب زیرزمینی محدوده­ی اکتشاف معدنی مس اردستان، استان اصفهان، دانشگاه سیستان و بلوچستان.
جهانشاهی، ر.، زارع، م.، 1392. تکنیکهای هیدروشیمی و ایزوتوپهای پایدار H2 وO18 در تعیین منشأ شوری آبهای نشتی و زیرزمینی در پیت معدن آهن گل گهر، سی و دومین گردهمایی و نخستین کنگره بین­المللی تخصصی علوم زمین.
حسن‌زاده، ر.، عباس نژاد، الف.، حمزه، م.، 1389. ارزیابی آلودگی آب‌های زیرزمینی محدوده‌ی شهر کرمان، محیط‌شناسی. 36(56): 101-110.
حسینی سبزواری، س.م.، 1۳۸6. بررسی خصوصیات هیدروژئولوژیکی سفره آب زیرزمینی در معدن گل گهر، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، سیرجان، دانشگاه صنعتی شاهرود.
ملکوتیان، م.، خاشی، ز.، 1393. بررسی غلظت فلزات سنگین آرسنیک،کادمیوم، سرب، مس در منابع آب آشامیدنی روستاهای جنوب شرقی دشت رفسنجان، فصلنامه‌ی بهداشت در عرصه‌‌ی دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی- دانشکده بهداشت. 9-1.
Azareh, A., Zehtabian, Gh.R., Nazari Samani, A.A. and Khosravi, H. 2015. Desertification monitoring in Garmsar plain with emphasis on water and agriculture criteria. J. Range Water. Manage. 68: 3. 427-439.
Basavarajappa, H. and Manjunatha, M. 2015. Groundwater Quality Analysis in Precambrian Rock of Chitradurga District, Karanataka, India using Geo-informatics Technique, Aquatic Procedia. 4: 1354-1365.
Brar. M. S., Malhi. S. S., Singh. A. P. and Arora. C. L. 2015. Swage water irrigation effect on some potentially toxic trace element in soil in northwestern India, Canada Journal Soil Sciences. 2: 189-142.
Esmaeili, A. and Moore, F. 2012. Hydrogeochemical assessment of groundwater in Isfahan province, Iran, Environmental Earth Science. 107-120.
Jahanshahi, R., zare, M. and Schneider, M., 2014. A metal sorption/desorption study to assess the potential efficiency of a tailing dam at the Golgohar Iron ore mine, Iran. Mine Water Environ. 33: 228-240.
Jalali, M. and Jalali, M. 2016. Geochemistry and background concentration of major ions in spring waters in high-mountain area of the Hamedan (Iran), Journal of Geochemical Exploration 165
Khan, A., Umar, R. and Hasan Khan, H. 2015. Hydrochemical Characterization of Groundwater in Lower Kali Watershed Western Uttar Pradesh, Journal Geological Society of India. 86: 195-210.
Nadiri, A., Sedghi, Z. and Kazemian, N. 2017. Optimization of DRASTIC method using ANN to evaluating of vulnerability of multiple Varzqan Aquifer. Journal of Ecohydraulics. 4 (4): 1089-1103.
Li, P., Wu, J., Qian, H., Lyu, X. and Liu, H. 2014. Origin and assessment of groundwater pollution and associated health risk: a case study in an industrial park, northwest, china. Environ Geochem Health. 693-712.
Redwan, M. and Abdel Moneim, A.A. 2015. Factors controlling groundwater hydrogeochemistry in the area west of Tahta, Sohag, Upper Egypt, Journal of African Earth Sciences. 118: 328-338.
Roosevelt, F. 2013. Isatis 2013 Beginner's Guide, Geovariances.
Samantara, M. K., Padhi, R. K., Sowmya, M., Satpathy, K.K. 2017. Heavy metal contamination, major ion chemistry and appraisal of the groundwater status in coastal aquifer, Kalpakkam. Tamil Nadu, India. 49-58.
Wang, S. 2014. Hydrochemical and isotopic characteristics of groundwater in the Yanqi Basin of Xinjiang province, northwest China, Environ Earth Sciences. 427-440.