علوم آب و خاک

خصوصیات کیفی آب از مؤلفه‌هایی است که لحاظ آن در برنامه‌ریزی‌های مربوط به مدیریت منابع آب، ارزیابی سلامت حوضه‌های آبخیز و همچنین اعمال تغییرات مدیریتی ضرورت دارد. هدف از این تحقیق، ارائه یک تصویر کلّی از وضعیت کیفیت آب‌های سطحی در حوضه رودخانه گرگانرود برای استفاده در طرح‌ها و برنامه‌های مدیریت آبخیز است. بدین منظور از داده‌های ثبت شده تعدادی از متغیرهای فیزیکوشیمیایی آب (شامل آنیون‌ها و کاتیون‌های اصلی، TDS، EC، SAR، pH و سختی کل) در 25 ایستگاه هیدرومتری و شاخص کیفیت آب کانادا (CCME) برای ارزیابی استفاده شد. نتایج ارزیابی کیفیت آب برای مصارف شرب، کشاورزی و صنعت نشان داد که به‌طور کلی، میانگین شاخص کیفیت آب در سرشاخه‌ها و مناطق مرتفع، بیشتر از مناطق پایین‌دست و نزدیک به خروجی حوضه است. فرایندهای ژئوشیمیایی و اضافه‌شدن انواع آلاینده به آب در مسیر حرکت آب از سرشاخه‌ها تا خروجی حوضه باعث کاهش کیفیت آب شده است. بالاترین کیفیت آب در سطح حوضه برای ایستگاه‌های کبودوال و شیرآباد و پایین‌ترین در ایستگاه باغه‌سالیان ارزیابی شده است. در مورد کیفیت آب برای مصرف شرب، از بین متغیرهای منتخب برای ارزیابی، متغیرهای سختی، بی‌کربنات و کلرید، عوامل تنزل کیفیت آب در سرشاخه‌ها و مناطق بالادست حوضه تشخیص داده شد. امّا به سمت پایین‌دست حوضه، با افزایش آلاینده‌هایی مانند TDS، سولفات و سدیم، کیفیت آب رودخانه به‌شدت کاهش پیدا کرده و در وضعیت نسبتاً ضعیف تا ضعیف قرار گرفته است. کیفیت آب برای مصارف کشاورزی در اکثر ایستگاه‌های حوضه (حدود 60% ایستگاه‌ها) در طبقه عالی قرار دارد و عامل محدودکننده‌ای از منظر کیفی وجود ندارد. تنها در 3 ایستگاه در نزدیکی خروجی حوضه میزان بالای کلرید، SAR و هدایت الکتریکی باعث شده کیفیت آب برای مصارف کشاورزی در طبقه نسبتاً ضعیف تا ضعیف قرار گیرد. در خصوص کیفیت آب برای مصارف صنعتی، تنها 28% از ایستگاه‌های هیدرومتری که در سرشاخه‌ها قرار دارند، در وضعیت خوب ارزیابی شده است. سختی آب، اسیدیته و TDS مهم‌ترین عوامل تنزل کیفیت آب برای مصارف صنعتی در مناطق بالادست حوضه و کلرید و سولفات عوامل کاهش کیفیت آب در پایین‌دست حوضه هستند. نتایج این تحقیق می‌تواند به برنامه‌ریزی‌های مدیریت منابع آب، آبخیزداری و منابع طبیعی در حوضه گرگانرود کمک نماید. امّا در بخش صنعت و به‌ویژه بهداشت و سلامت نیاز به بررسی‌های تفصیلی‌تر، با درنظرگرفتن برخی دیگر از متغیرهای مهم کیفیت آب (مانند نیترات، کلیفرم کل، کلیفرم روده‌ای و...) است.

امروزه بسیاری از کشورهای دنیا از جمله ایران با مخاطرات طبیعی مانند فرونشست، خشکسالی، سیل و کم آبی مواجه هستند. بسیاری از این مخاطرات به‌دلیل عدم مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی است. یکی از راهکارهایی که در سطح دنیا برای مقابله با این مخاطرات به‌ویژه فرونشست زمین مطرح شده است، تغذیه مصنوعی آبخوان ها است. بدین منظور در این مقاله، اثرات کمی و کیفی پساب تصفیه‌خانه داران به‌منظور تغذیه آبخوان دشت دامنه داران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که تغذیه از طریق پخش پساب در رودخانه دامنه ‎داران، تأثیر مثبتی داشته و بدون درنظرگرفتن کیفیت پساب تغذیه شده، پخش از طریق رهاسازی در رودخانه موجب افزایش سطح ایستابی آبخوان در شعاع بیشتری خواهد شد. بر اساس نتایج پیشنهاد می‌شود که تمامی پساب تصفیه‌خانه در شرایط فعلی و آتی به تعادل‌بخشی آبخوان اختصاص یافته و در بخش جایگزینی پساب با چاه‌های فعال، به‌دلیل عدم وجود چاه با کاربری صنعت و فضای سبز در منطقه، تمامی پساب جایگزین چاه‌های فعال در بخش کشاورزی با شرط انجام تصفیه تکمیلی شود.

در این پژوهش کیفیت آب آشامیدنی با استفاده از شاخص‌های مبتنی بر مقبولیت، سلامت و تغذیه در بازه 2022-2010 در شهر شیراز (استان فارس) بررسی شد. منیزیم، فلوراید و کلسیم به‌ترتیب بیشترین نقش را در مشارکت آب آشامیدنی شهر شیراز در دریافت مواد معدنی مربوط به رژیم غذایی ایفا می‌کنند. رتبه‌بندی شاخص کیفیت آب آشامیدنی (DWQI) و زیرشاخص‌های مقبولیت (AWQI) و سلامت (HWQI) در شهر شیراز عالی است، ولی میانگین شاخص کیفی تغذیه‌ای آب آشامیدنی (DWNQI) شهر شیراز 5/47 ± 77/52 است که در رتبه‌بندی خوب قرار دارد؛ بنابراین درحالی‌که شاخص‌های متداول کیفیت آب (HWQI، AWQI و DWQI) عالی هستند، ولی شاخص DWNQI عالی نیست که به‌دلیل لحاظ‌کردن ارزش تغذیه‌ای آب در شاخص DWNQI است. به‌طورکلی روند (HWQI، HWQI، AWQI و DWNQI) در بازه سیزده‌ساله شهر شیراز نشان می‌دهد که شاخص‌های معمول کیفیت آب آشامیدنی (HWQI، AWQI و DWQI) تصویر دقیقی از ارزیابی کیفیت آب آشامیدنی در بسیاری از موارد ارائه نمی‌دهد؛ زیرا نقش تغذیه‌ای آب را در نظر نمی‌گیرند و به همین دلیل گاهی اوقات آب بیشتر از نیاز تصفیه می‌شود؛ بنابراین تجدیدنظر در تفسیر کیفیت آب آشامیدنی در استفاده از دیدگاه ارزش تغذیه‌ای آب آشامیدنی (DWNQI) برای داشتن تصویری جامع از کیفیت آب آشامیدنی ضروری است.

هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر املاح و کیفیت آب روی مقدار و شدت تبخیر در فرایند تبخیر از دو خاک شنی و رسی (خاکدانه‌‌ای) است. بدین منظور نمونه‌‌های خاک رسی دارای رس (خاکدانه) و شن که اندازه قطر آنها 1-0/5 میلی‌‌متر بودند، نمونه برداری شدند. طی آزمایش تعداد 7 ستون خاک (با ارتفاع 60 و قطر داخلی 15/5 سانتی‌متر) تهیه و 6 ستون (3 ستون شنی و 3 ستون خاکدانه) از خاک پر شده و یک ستون مرجع نیز از آب مقطر پر شد. به دو ستون (شن و رس خاکدانه‌‌دار) محلول اشباع کلسیم سولفات (گچ اشباع)، دو ستون (شن و رس خاکدانه‌‌دار) محلول 0/01 مولار کلسیم کلراید و دو ستون (شن و رس خاکدانه‌‌دار) آب مقطر اضافه شد. مقدار آب حاصل از فرایند تبخیر در دوره‌‌های زمانی 8 تا 12 ساعته، با وزن‌کردن ستون‌ها ثبت می‌‌شدند. پس از حدود 130 روز از شروع آزمایش و برش دادن ستون‌ها، پروفیل رطوبتی (تغییرات رطوبت به عمق) و غلظت املاح خاک ستون‌ها ترسیم شدند. نتایج مطالعه نشان داد که مرحله اول و دوم تبخیر در خاک شنی به‌طور واضح قابل تفکیک بوده؛ ولی در خاک رسی (خاکدانه) به‌دلیل انتقال تدریجی آب و اتصال هیدرولیکی و بدون وقفه آب از سطح عمق ایستابی، فقط مرحله اول تبخیر وجود داشته است. وجود و نوع املاح روی نرخ تبخیر و همچنین پروفیل رطوبتی تأثیر داشته و موجب کاهش تبخیر و افزایش نگهداشت آب در اعماق خاک می‌‌شوند. پیوستگی هیدرولیکی (کلسیم سولفات > کلسیم کلراید> آب مقطر) و درنتیجه خیز مویینه و تأمین آب بخارشده از لایه‌های بالاتر باعث شدت تبخیر بیشتر تیمار کلسیم سولفات نسبت به تیمار کلسیم کلراید و آب مقطر در هردو نوع خاک ‌‌باشد. در شرایط وجود املاح، به‌دلیل ایجاد یک پوسته نمکی در سطح خاک، اتصال هیدرولیکی با سطح خاک قطع شده و در پی آن مقدار و شدت تبخیر کاهش و تبخیر تجمعی نیز کاهش می‌‌یابد.

باتوجه به نیاز روزافزون به منابع آب و کاهش منابع آب سطحی، آگاهی از کیفیت منابع آب سطحی از نیازهای مهم در برنامه‌ریزی، توسعه و حفاظت از منابع آب به شمار می‌رود. این پژوهش با هدف مدل‌سازی شاخص کیفیت آب (ویژگی پرکاربرد تعیین کیفیت آب) به کمک مدل‌های یادگیری ماشین جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان در رودخانه زاینده‌رود انجام شده است. باتوجه به تعدد شاخص‌های کیفیت آب، در این پژوهش از شاخص NSFWQI استفاده شد. ابتدا این شاخص محاسبه و در ادامه، از داده‌های ورودی شامل ویژگی‌های کیفی آب 8 ایستگاه در یک دوره ۳۱ساله و شاخص کیفیت آب رودخانه‌ استفاده شد. در این پژوهش در مرحله آموزش 80 درصد داده‌ها و در مرحله ارزیابی 20 درصد باقی‌مانده استفاده شده و بر اساس نتایج معیارهای ارزیابی R²،  CRMو NRMSE مدل بهینه انتخاب شد. نتایج نشان داد در چهار ایستگاه الگوریتم ماشین بردار پشتیبان (-0/003122<0/982 ) و در چهار ایستگاه الگوریتم جنگل تصادفی (-0/001142<0/999) عملکرد بهتری نشان داد. همچنین نتایج نشان داد که برای صرفه‌جویی در زمان و هزینه، سری شماره 3 (شامل سه ویژگی هدایت الکتریکی، کل مواد جامد محلول و سختی کل) به‌منظور برآورد شاخص کیفیت آب بهترین ترکیب بوده است.