استفاده از تکنیک‌های ژئوشیمیایی در شناسایی منشأ یون‌ها و فرآیندهای کنترل کننده کیفیت آب آبخوان شاهرود

نوع مقاله : علمی -پژوهشی

نویسندگان

گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

آب زیرزمینی در مسیر جریان خود از محل تغذیه تا محل تخلیه، با مواد مختلفی در تماس بوده و واکنش‌های متعددی را متحمل می‌شود. طی این مسیر برخی از مواد در آب حل شده و برخی دیگر در آن رسوب می‌کنند و کیفیت آب در آبخوان دچار تغییراتی می‌شود. تعیین و شناخت عوامل مؤثر بر تغییرات کیفیت آب، می‌تواند گامی مؤثر در راستای مدیریت کیفی آبخوان‌ها باشد. آب زیرزمینی در شمال آبخوان شاهرود، داری تیپ بی‌کربناته و کیفیتی مطلوب با EC حدود (µs/cm) 671 است، که به تدریج در روندی رو به جنوب کیفیت آب کاهش یافته و در نهایت به آبی شور با تیپ کلراید سدیم و میزان EC (µs/cm) 11210 تبدیل می‌گردد. پژوهش حاضر به منظور شناسایی منشأ یون‌ها و فرآیندهای مهم کنترل کننده کیفیت آب آبخوان شاهرود صورت گرفته است. به منظور بررسی فرآیندهای ژئوشیمـیایی حاکم بر این آبخوان، با استفاده از نتایج آنالیز 120 نمونه آب زیرزمینی برداشت شده در خرداد 1397، نقشه‌های پراکندگی EC، تیپ آب، غلظت یون‌ها، و نمودارهای دو متغیره Ca2+Mg2 در برابر HCO3+SO4، Ca+Mg در برابر TDS، Na در برابرCl  وCa  در مقابل HCO3 و نمودارهای تبادلات یونی و شاخص‌های اشباع کانی‌های هالیت، ژیپس، کلسیت، دولومیت و آراگونیت ترسیم و استفاده گردید. براساس نتایج این پژوهش فـرآیندهای انحلال هالیت و ژیپس، رسوبگذاری کلسیت و دولومیت و تبادلات کاتیونی مستقیم و معکوس، از مهم‌ترین فرآیندهای کنترل کننده کیفیت آب آبخوان شاهرود هستند. خط تقسیم آب زیرزمینی باعث تغییراتی در روند کلی جهت جریان آب زیرزمینی گردیده و با جلوگیری از نفوذ آب شور وارد شده از بخش‌های شرقی و جنوب شرقی، به بخش‌های مرکزی و غربی آبخوان، باعث شده این توده‌های آب شور، تأثیر چندانی بر هیدروشیمی آبخوان شاهرود نداشته باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Using geochemical techniques to identify the origin of ions and processes controlling groundwater quality of Shahrood aquifer

نویسندگان [English]

  • hadi jafari
  • zahra boosalik
Department of Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahrood university of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

IntroductionGroundwater is in contact with different materials and undergoes several reactions, in its flow way, from the recharge point to the discharge point. In this path, some of the materials are dissolved in water and some others are deposited in it, and the water quality changes in the aquifer. Determining and identifying the factors affecting water quality, can be an effective step towards the quality management of aquifers. In the north of Shahrood aquifer, the groundwater type is bicarbonate with a good quality and its EC is about 671 μs/cm, while water quality decreases gradually in the southward direction and eventually it changes to saline water which is from sodium chloride type and the amount of EC (μs/cm) is 11210. The present study was carried out to identify the origin of ions and important processes controlling water quality in Shahrood aquifer. Materials and MethodsIn order to investigate the geochemical processes of this aquifer, the results of analysis of 120 groundwater samples taken in June 2018 were used. The maps of EC dispersion, water type, ion concentrations, two-variable diagrams such as Ca2+Mg2 versus HCO3+SO4, Ca+Mg versus TDS, Na versus Cl and Ca versus HCO3, ion exchange diagrams and saturation indices of halite, gypsum, calcite, dolomite and aragonite were used. In the present study, ions with a common origin, or twin ions, such as sodium and chlorine, were studied together and the imbalance between them was considered as significant factors and processes affecting the quality of Shahrood aquifer.Results and DiscussionAccording to the geology and lithology situation of Shahrood aquifer, the most probable hypothesis for the groundwater salinity in this aquifer is the dissolution of evaporative formations’ dispersion in the eastern and southern parts of the aquifer. This is consistent with the high salinity areas of the aquifer. However, there are evaporative formations in the southwest parts of the aquifer too, even though the salinity of samples taken from these parts is low. Based on the results of this study, halite and gypsum dissolution processes and precipitation of calcite and dolomite and direct and reverse cation exchanges are the most important processes for controlling water quality in Shahrood aquifer. The creation of the water divide line in the eastern and southeastern parts of the region has led to changes in the general trend of groundwater flow in the aquifer. The general direction of groundwater flow in the Shahroud aquifer is from the northern, eastern and southeast parts to the central, western, and southwest parts. But the operation of groundwater divide line, changed the flow direction to eastward around the village of Royan. This hydrogeological complexity has also affected the aquifer's groundwater quality. In fact, the groundwater divide line has prevented the penetration of saline water from the eastern and southeastern parts to the central and western parts of the aquifer. This has caused these saline water masses to be non-effective on the hydrochemistry of the Shahrood aquifer.ConclusionBased on the results of this study, halite and gypsum dissolution processes and precipitation of calcite and dolomite and direct and reverse cation exchanges are the most important processes for controlling water quality in Shahrood aquifer. The groundwater divide line, has prevented the penetration of saline water from the eastern and southeastern parts to the central and western parts of the aquifer. This has caused these saline water masses to be non-effective on the hydrochemistry of west the Shahrood aquifer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shahrood aquifer
  • Dissolution
  • Ion exchange
  • Percipitaion
  • Hydrochemistry
-عزیزی، ف.، اصغری مقدم، ا. و ناظمی، ا.ح.، 1396. ارزیابی شوری آب زیرزمینی و تبیین منشأ یون‌ها در آبخوان دشت ساحلی ملکان با استفاده از نسبت‌های یونی، فصلنامه علمی- پژوهشی محیط شناسی، دوره 43، شماره 3، ص 454-437.
-کلاتگی، م.، 1393. ارزیابی آلودگی یون نیترات در منابع آب زیرزمینی دشت شاهرود، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود.
-ولی زاده، م.، 1392. مدل‌سازی انتقال آلاینده نیترات در آب‌های زیرزمینی دشت شاهرود، پایان-نامه کارشناسی‌ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود.
-Abdesselam, M., Mania, J., Mudry, J., Gelard, J.P., Chauve, P., Lami, H. and Aigoun, C., 2000. Hydrogeochemical arguments for a nonoutcropping Triassic formation in the Djurdjura massif (Kabyle ridge, an element of the Maghrebides range), J Water Sci, v. 13(2), p. 155-166.
-Ait Brahim, Y., Benkaddour, A., Agoussine, M., Ait Lemkademe, A., Al Yacoubi, L. and Bouchaou, L., 2015. Origin and salinity of groundwater from interpretation of analysis data in the mining area of Oumjrane, Southeastern Morocco, Environ Earth Sci, v. 74, p. 4787-4802.
-Ajdary, K. and Kazemi, G.A., 2014. Quantifying changes in groundwater level and chemistry in Shahrood, northeastern Iran, Hydrogeology Journal, v. 22, p. 469-480.
-Appelo, C.A.J. and Postma, D., 2005. Geochemistry, groundwater, and pollution, 2nd edn. Balkema, Delft. ISBN 9780415364218.
-Barzegar, R., Asghari Moghaddam, A. and Tziritis, E., 2017- Hydrogeochemical features of groundwater resources in Tabriz plain, northwest of Iran, Applied Water Science.
-Freeze, R.A. and Cherry, J.A., 1979. Groundwater. Prentice Hall Inc, Englewood Cliffs.
‌‌-Ghiglieri, G., Carletti, A. and Pittalis, D., 2012. Analysis of salinization processes in the coastal carbonate aquifer of Porto Torres (NW Sardinia, Italy), J Hydrol, v. 432, p. 43-51.
-He, Z., Maa, C., Zhoua, A., Qia, H., Liua, C., Caid, H. and Zhu, H., 2018. Using hydrochemical and stable isotopic (δ2H, δ18O, δ11B, and δ37Cl) data to understand groundwater evolution in an unconsolidated aquifer system in the southern coastal area of Laizhou Bay, China, Applied Geochemistry, v. 90, p. 129-141.
-Hounslow, A., 1995. Water Quality Data: analysis and interpretation. CRC press, 375 p.
-Jahanshahi1, R. and Zare, M., 2017. Delineating the Origin of Groundwater in the Golgohar Mine Area of Iran Using Stable Isotopes of 2H and 18O and Hydrochemistry, Mine Water Environ, v. 36, p. 550-563.
-Jankowski, J., Shekarforoush, S. and Acworth, R.I., 1998. Reverse ion exchange in a deeply weathered porphyritic dacite fractured aquifer system, Yass, New South Wales, Australia, In arehord G. B. & Hulston R. (eds.) Proceeding of 9th international symposium on water rock interaction, Taupo, New Zealand, Rotterdam: Balkema, p. 243-246
-Kazemi, G.A., 2004. Temporal changes in the physical properties and chemical composition of the municipal water supply of Shahrood, northeastern Iran. Hydrogeol J v. 12, p. 723-734.
-Liu, J., Chen, Z., Wang, L., Zhang, Y., Li, Z., Xu, J. and Peng, Y., 2016. Chemical and isotopic constrains on the origin of brine and saline groundwater in Hetao plain, Inner Mongolia, Environ Sci Pollut Res, v. 23, p. 15003-15014.
-Meybeck, M., 1987. Global chemical weathering of surficial rocks estimated from river dissolved leads, American Journal of Science, v. 287, p. 401-428.
-Mohammadi, Z., Zare, M. and Sharifzade, B., 2012. Delineation of groundwater salinization in a coastal aquifer, Bousheher, South of Iran, Environ Earth Sci, v. 67(5), p. 1473-1484.
-Moller, P., Rosenthal, E., Geyer, S. and Flexer, A., 2007. Chemical evolution of saline waters in the Jordan-Dead Sea transform and in adjoining areas, Int J Earth Sci, v. 96(3), p. 593-597.
-Parkhurst, D.L. and Appelo, C.A.J., 2012. PHREEQC (Version 3.0.0), A Hydrogeochemical Transport Model.
-Richter, B.C. and Kreitler, C.W., 1993. Geochemical Techniques for Identifying Sources of Ground-water Salinization, CRC Press, Boca Raton, 485 p.