ارزیابی کیفیت آب‌های زیرزمینی با استفاده از شاخص gqi جهت مصارف شرب

مقدمه و هدف: استفاده از آب‎های زیرزمینی برای اهداف کشاورزی، صنعت و شرب به‎طور قابل‎توجهی در سراسر جهان در حال افزایش است. این منابع به‌عنوان بخش مهمی از آب‎های تجدیدپذیر اکوسیستم به‎‌حساب می‎آیند و در مقایسه با آب‎های سطحی دارای مزیت‎های مختلفی مانند کیفیت بالاتر و آلودگی کمتر هستند. از طرفی خشکسالی‎های متناوب اخیر و کاهش چشمگیر منابع آب سطحی منجر به استفاده بیش از حد از منابع آب زیرزمینی و کاهش کیفیت آن‎ها شده است، بنابراین شناخت کیفیت آب زیرزمینی برای برنامه‎ریزی و مدیریت مناسب این منابع بسیار حائز اهمیت بوده و باید مورد توجه جدی و تجزیه و تحلیل دقیق قرار گیرد. همچنین باوجودی‎که یکی از مشکلات بهداشتی مناطق در حال توسعه عدم برخورداری از آب آشامیدنی سالم است و محور توسعه پایدار در منطقه در گرو سلامت انسان است لذا بدون بهره‎مندی از آب آشامیدنی سالم و استاندارد نمی‎توان رفاه و سلامت جامعه را در حد مطلوب تضمین نمود. آب از دو بعد بهداشتی و اقتصادی اهمیت دارد زیرا در بعد اقتصادی محرک چرخ صنعت و رونق بخش کسب و کار کشاورزی می‎باشد. در همین راستا هدف از این پژوهش ارزیابی کیفی و تحلیل تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی بر مبنای شاخص ارزیابی gqi است.مواد و روش‌ها: این پژوهش به ارزیابی کیفی آب زیرزمینی در محدوده شهرستان‎های خانمیرزا، لردگان، بروجن، اردل و کیار از توابع استان چهارمحال و بختیاری جهت استفاده در مصارف شرب و تحلیل تغییرات مکانی آب زیرزمینی در محدوده مطالعاتی پرداخته و اطلاعات کاربردی از وضعیت منابع آب موجود منطقه در زمینه شرب ارائه می‎نماید. به‎همین منظور 28 نمونه آب زیرزمینی از چاه‎های بهره‎برداری مجاز واقع در نقاط مختلف در شهرستان‎های ذکر شده در بازه زمانی 1400-1399 برداشت شد و در آزمایشگاه مورد آنالیز شیمیایی قرار گرفت. برای ارزیابی کیفی این نمونه‎ها جهت استفاده در مصارف شرب از شاخص gqi استفاده شد. در این پژوهش برای محاسبه شاخص کیفی gqi مقادیر غلظت 11 پارامتر شامل پارامترهای هدایت الکتریکی، اسیدیته، مجموع نمک‎های محلول در آب، یون کلسیم، سدیم، منیزیم، پتاسیم، کربنات و بی‎کربنات، کلر و سولفات به‎کار برده شد. سپس با استفاده از مقادیر خصوصیات شیمیایی نمونه‎های برداشت شده و بهره‎مندی از روش درون‎یابی وزن‎دهی عکس فاصله در محیط نرم‎افزاری gis، پهنه‎بندی مکانی مقادیر کلیه پارامترهای مورد مطالعه صورت گرفته و لایه‎های اطلاعاتی موردنظر به فرمت رستری به‎دست آمد. در ادامه با اعمال توابع محاسباتی بر لایه‎های اطلاعاتی موجود، همپوشانی انجام شد و در انتها مقادیر شاخص gqi برآورد و نقشه رستری شاخص تهیه گردید. با استفاده از نقشه‎های خروجی می‎توان علاوه بر تعیین مشخصه‎های کیفی موردمطالعه در سطح محدوده، به بررسی روند تغییرات آنها نیز پرداخته و نقشه‎های پهنه‎بندی کیفی هریک را تهیه و با مقادیر استاندارد مقایسه نمود. یافته‌ها: نتایج نشان داد که شاخص gqi محاسباتی با استفاده از نمونه‎های اندازه‎گیری شده، بخش وسیعی از وسعت منطقه مطالعاتی را در طبقه با کیفیت عالی و خوب قرار می‎دهد که برای مصرف شرب مناسب می‎باشند. همچنین طیف رنگی نقشه پهنه‎بندی نشانگر کیفیت بهتری از آب زیرزمینی منطقه غرب و جنوب منطقه موردمطالعه نسبت به سایر بخش‎های آن می‎باشد. به‎طور کلی کیفیت آب شرب از جنوب به‎سمت شمال و شمال شرق کاهش می‎یابد. مقوله تحلیل حساسیت مدل به بررسی تاثیرپذیری یک متغیر خروجی ناشی از تغییر یک متغیر ورودی در آن مدل می‎پردازد. با بررسی آنالیز حساسیت صورت گرفته به‎ترتیب پارامترهای اسیدیته، کلسیم، منیزیم، کل نمک‎های محلول و هدایت الکتریکی با تاثیر منفی (به‎معنی تاثیر در افزایش مقادیر شاخص و افزایش کیفیت آب پس از حذف تک پارامتر و کاهش کیفیت آب با افزودن تک پارامتر در محاسبه مقدار شاخص) و غلظت یون‎های بی‎کربنات، سولفات، سدیم، پتاسیم و کلر موجود در آب با تاثیر مثبت در کیفیت آب (به‎معنی تاثیر در کاهش مقادیر شاخص و کاهش کیفیت آب پس از حذف تک پارامتر و افزایش کیفیت آب با افزودن تک پارامتر در محاسبه مقدار شاخص) به‎ترتیب بیشترین تا کمترین تغییرات را در برآورد شاخص gqi به‎خود اختصاص داده‎اند. بنابراین شاخص کیفی gqi نسبت به وجود یا عدم وجود اسیدیته و بی‎کربنات کلسیم حساسیت بیشتری داشته و تصمیم‎گیری در رابطه با رده‎بندی کیفی آب آشامیدنی را بیش از سایر پارامترهای مورد استفاده در تعیین شاخص، تحت تاثیر قرار می‎دهد. با توجه به مقادیری که در تغییرات شاخص رخ داده است، برخی پارامترهای مورد بررسی با وجودی‎که وزن بالاتری در محاسبه شاخص داشته‎اند ولی درصد تغییرات شاخص با وجود و یا عدم وجود آن پارامتر مقدار قابل‎توجهی را نشان نمی‎دهد. به‎عنوان نمونه بی‎کربنات که وزن پایین‎تری را نسبت به یون منیزیم دارا بوده ولی درصد تغییرات شاخص ناشی از حذف بی‎کربنات در مقایسه با درصد تغییرات شاخص ناشی از حذف منیزیم، مقدار بیشتری برآورد شده است. بنابراین دارا بودن وزن بالاتر مولفه‎ها حاکی از حساسیت بیشتر مدل نسبت به آن مولفه نخواهد بود.نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان می‎دهد که کیفیت آب زیرزمینی در مناطق مورد مطالعه برای استفاده در شرب مطلوب بوده و آب‏های زیرزمینی منطقه مورد مطالعه تحت تاثیر تغییرات ناشی از پارامترهای مورد آزمون در بخش شرب قرار نگرفته‎اند. همچنین این مطالعه به برنامه‎ریزی جامع و مفید در خصوص بهره‌برداری و نگهداری از منابع آب زیرزمینی، کمک نموده و باعث می‎گردد تا با دیدی روشن با توجه به نقشه‎های کیفیت آب زیرزمینی بتوان در این زمینه برنامه ­ریزی جامع و مفیدتری ارائه داد.  

evaluation of groundwater quality using the gqi index for drinking purposes

extended abstractbackground: the use of groundwater for agricultural, industrial, and drinking purposes is significantly increasing worldwide. these resources are considered an important part of the renewable water ecosystem and have various advantages over surface waters, such as higher quality and less contamination. however, recent intermittent droughts and a noticeable decrease in surface water resources have led to the excessive use of groundwater sources and a decline in their quality. therefore, understanding the quality of groundwater is crucial for proper planning and management of these resources and requires serious attention and detailed analysis. additionally, one of the health problems in developing areas is the lack of access to safe drinking water, and human health is at the core of sustainable development in the region. therefore, ensuring the welfare and health of the community at an acceptable level is not possible without access to clean and standardized drinking water. water is important from both health and economic perspectives as it serves as a catalyst for industrial growth and the prosperity of the agricultural sector. in this regard, this research aims to evaluate and analyze the quality and spatial changes in groundwater quality based on the gqi assessment index.methods: this research focuses on evaluating and analyzing spatial changes in groundwater quality within the study areas of khanmirza, lordegan, boroujen, ardal, and kiar, located in  chaharmahal and bakhtiari province, for drinking purposes. practical information is provided regarding the status of available water resources in the region for drinking purposes. to this aim, 28 groundwater samples were collected from legally operating wells in various locations within the mentioned counties during the  2020-2021 period and subjected to chemical analysis in the laboratory. the gqi (groundwater quality index) was used to assess the quality of these samples for drinking purposes. in this study, the gqi was calculated based on the concentration values of 11 parameters, including electrical conductivity, acidity, total dissolved salts, calcium ion, sodium, magnesium, potassium, carbonate, bicarbonate, chloride, and sulfate. subsequently, spatial zoning of the overall parameter values was performed using the chemical characteristics of the collected samples and employing the inverse distance weighting (idw) interpolation method in the gis software environment, and the desired information layers were obtained in raster format. furthermore, overlays were performed by applying computational functions to the available information layers,, followed by estimating the gqi values and preparing raster maps of the index. the output maps can be utilized not only to determine the qualitative characteristics within the study area but also to analyze the trends of their variations, prepare zoning maps for  each parameter, and compare them with standard values. results: the calculated gqi using measured samples categorizes a significant portion of the  study area within the excellent and good quality categories suitable for drinking. additionally, the color spectrum of the zoning map indicates better water quality in the western and southern  parts of the study area than in the other sections. generally, water quality decreases from the south toward the north and northeast. the sensitivity analysis of the model focuses on examining the impact of changing one input variable on a model’s output variable. the sensitivity analysis revealed that parameters such as acidity, calcium, magnesium, total dissolved salts, and electrical conductivity had a negative effect (meaning an increase in index values and water quality improvement after removing these parameters and deterioration with their addition in the index calculation). conversely, the concentrations of bicarbonate ions, sulfate, sodium, potassium, and chloride had a positive impact on water quality (meaning a decrease in index values and deterioration after removing these parameters and improvement with their addition in the index calculation). these parameters have allocated the highest to lowest changes in estimating the gqi index. therefore, the gqi quality index shows greater sensitivity to the presence or absence of acidity and calcium bicarbonate than the other parameters used in determining the index, influencing decision-making regarding the classification of drinking water quality more than the other parameters. despite having higher weights in calculating the index, some parameters show insignificant percentage changes in the index due to their presence or absence. for example, despite a lower weight of bicarbonate than magnesium ions, it shows a higher percentage change in the index after its removal than the percentage change caused by removing magnesium. thus, higher weights for these components do not necessarily imply greater sensitivity of the model to them.conclusion: the results of this study indicate that the groundwater quality in the studied areas is suitable for drinking purposes, and the groundwater in the study area has not been affected by changes resulting from the tested parameters in the drinking sector. additionally, this study contributes to comprehensive and useful planning for the management and conservation of groundwater resources, enabling more informed decision-making based on groundwater quality maps in this regard.