سلامت انسان و کیفیت آب‌های زیرزمینی (GW) به طور جدایی‌ناپذیری در هم تنیده شده‌اند. کاهش کیفیت GW در درجه اول ناشی از فعالیت‌های زمین‌زاد و ناشی از فعالیت‌های انسانی، از جمله توسعه فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی شدن است ^{۱ ، ۲ ۳٫} تقریباً ۲٫۵ میلیارد نفر برای آشامیدن و آبیاری به طور منظم به GW متکی هستند که اهمیت حیاتی کمیت و کیفیت GW را برجسته می‌کند ^۴ ، ۵٫ دو آلاینده اصلی در GW که می‌توانند اثرات مضری بر سلامت انسان داشته باشند، NO₃⁻ و F⁻ هستند. آلاینده NO₃⁻ به دلیل سمیت بالای آن، به ویژه در مناطق کشاورزی با خاک‌های نفوذپذیر و محیط‌های ژئوشیمیایی مرتبط با اکسیژن، به ویژه در GW کم‌عمق مشکل‌ساز است ^{۶ ، ۷ ۸} .

غلظت F⁻ در GW عمدتاً با تجزیه و شسته شدن کانی‌های حاوی F⁻ در سنگ‌ها مرتبط است. کانی‌هایی مانند فلوریت (CaF2 ₎ ، سلائیت (MgF2 ₎ ، فلوروآپاتیت (Ca5 ₍ PO4 ₎ ۳F ₎ ، توپاز (Al2 ₍ SiO4 )F2 _) ، میکا (K(LiAl) _۳ (AlSi3O10 ₎ (O, OH , F) _{۲ ) و سنگ‌های آذرین} بلوری در غنی‌سازی F⁻ نقش دارند. برهمکنش‌های آب و کانی، به ویژه در سطوح بالای HCO₃⁻ و Na⁺ در GW، انحلال این کانی‌ها را تسریع می‌کند و در نتیجه دامنه F⁻ را در GW9 افزایش می‌دهد ^. NO₃⁻ از منابع متعددی از جمله کود حیوانی، نفوذ پساب فاضلاب، تالاب‌های لبنی و سیستم‌های سپتیک سرچشمه می‌گیرد. این منابع آلودگی پراکنده شامل کود حیوانی، آفت‌کش‌ها، کودهای شیمیایی و رسوبات جوی نیز به طور قابل توجهی در آلودگی NO₃⁻۱۰ نقش ^دارند .

بسیاری از محققان آلودگی GW توسط NO₃⁻ و F⁻ را بررسی کرده‌اند . ^{۱۱ ، ۱۲ ، ۱۳ ، ۱۴ ، ۱۵٫} همچنین، شور شدن GW با افزایش دامنه نمک، خاک‌های کشاورزی را تهدید می‌کند که می‌تواند بر محصولات حساس به نمک تأثیر منفی بگذارد. بنابراین، درک فرآیندهایی که باعث شوری GW در مناطق نیمه‌خشک می‌شوند، برای مدیریت پایدار منابع GW ضروری است. برای حفظ کیفیت آن، دانشمندان علوم زمین به طور فزاینده‌ای بر ارزیابی تغییرات شیمیایی آن از طریق روش‌های پیشرفته مبتنی بر داده از جمله تجزیه و تحلیل ارتباط متغیرها و تجزیه و تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) متمرکز شده‌اند . ^{۱۶ ، ۱۷ ، ۱۸ ، ۱۹٫} برای ارزیابی آلودگی GW، محققان از روش‌های مختلفی از جمله شاخص کیفیت آب مبتنی بر آنتروپی (EWQI) استفاده کرده‌اند که وضعیت کلی GW را ارزیابی کرده و مناسب بودن آن را برای مصرف انسان تعیین می‌کند. ^{۲۰ ، ۲۱ ، ۲۲ ، ۲۳، ۲۴} . چندین شاخص برای ارزیابی مناسب بودن آب زیرزمینی برای آبیاری ابداع شده است، از جمله Na%، RSC، KR، SAR، MHR، PI. این شاخص‌ها ممکن است به طور کافی کیفیت کلی آبیاری آب زیرزمینی را نشان ندهند، حتی در حالی که اطلاعات مفیدی در مورد جنبه‌های WQ (کیفیت آب) ارائه می‌دهند ^{۲۵ ، ۲۶ ، ۲۷ ۱۲ ، ۲۸٫} مصرف آب با غلظت بالای F⁻ و NO₃₃₃ ممکن است منجر به عوارض سلامتی از جمله: آسم، سندرم کودک آبی، فلوئوروزیس دندانی، اضطراب، اسپاسم عضلانی، پرادراری، هیپوکلسمی، پرنوشی، فلوئوروزیس اسکلتی و حتی بیماری آلزایمر ^{۲۹ ، ۳۰} شود .

افزایش دامنه نفوذ NO₃⁻ و F⁻ در آب‌های زیرزمینی (GW) در چندین کشور از جمله هلند، ژاپن، دانمارک، لبنان، هند، بریتانیا، چین، استرالیا، کاستاریکا، نیوزیلند، مناطق مختلف آفریقا، ایران، ایالات متحده، اسرائیل، ترکیه، مراکش و عربستان سعودی مشاهده شده است. علاوه بر این، جمعیت این کشور در معرض آب‌های زیرزمینی حاوی NO₃⁻ با دامنه بیش از ۴۵ میلی‌گرم در لیتر و F⁻ با دامنه ۱٫۵ میلی‌گرم در لیتر قرار دارند ( ^{۵ ، ۳۱ ، ۳۲ ، ۳۳ ، ۳۴)} . در هند، ایالت‌هایی مانند آندرا پرادش، گجرات، اوتر پرادش، تامیل نادو و راجستان با مشکلات شدید آلودگی F⁻ و NO₃⁻ در آب‌های زیرزمینی مواجه هستند. مطالعات متعددی در سال‌های اخیر خطرات سلامتی مرتبط با حساسیت به F⁻ و NO₃⁻ را در مناطق وسیعی از کشور ارزیابی کرده‌اند. برای مثال، تحقیقات انجام شده در بلوک بیچپوری آگرا، اوتار پرادش، نشان داد که بیش از ۹۲٪ نمونه‌های GW حاوی F⁻ بالاتر از آستانه ایمن ^۳۵ بودند . در حوضه رودخانه آرجونانادی، تامیل نادو، هند، نشان داد که ۳۴٪ از نمونه‌ها به دلیل استفاده از کودهای شیمیایی و شسته شدن زباله‌های خانگی که به طور نامناسب مدیریت شده‌اند، حاوی NO₃⁻ بالاتر از آستانه ایمن هستند ^۳۱ ، که خطرات بهداشتی غیر سرطان‌زای قابل توجهی را برای ساکنان ایجاد می‌کند. چنین شواهدی، ماهیت گسترده این مشکل و پیامدهای بالقوه بهداشتی آن را برجسته می‌کند. برای تعیین کمیت خطرات غیر سرطان‌زای مرتبط، بسیاری از مطالعات، رویکرد ضریب خطر EPA ایالات متحده را برای ارزیابی مواجهه دهانی از طریق مصرف GW ^{۳۶ ، ۳۷ ، ۳۸ ، ۳۹ ، ۴۰ ۴۱} اتخاذ کرده‌اند .

در سال‌های اخیر، رویکردهای مبتنی بر ژئوانفورماتیک و GIS به طور گسترده در تحقیقات مختلف زیست‌محیطی، از جمله نقشه‌برداری حساسیت به فرسایش خاک، تجزیه و تحلیل دمای سطح زمین، پوشش گیاهی، دینامیک شاخص آب و مدل‌سازی مدیریت GW، مورد استفاده قرار گرفته‌اند که نشان‌دهنده سازگاری چارچوب‌های پشتیبانی تصمیم‌گیری مکانی ^{۴۲ ، ۴۳ ۴۴} است. اگرچه مطالعات متعددی کیفیت GW را در مناطق مختلف تامیل نادو و سراسر جهان بررسی کرده‌اند، در مطالعه قبلی ما ^۲۹ ، توزیع NO₃⁻ در GW در سراسر حوضه پامبار، جنوب هند، در طول موسمی (نوامبر ۲۰۲۴) بررسی شد. این یافته نشان داد که NO₃⁻ به ویژه در منطقه سامالپاتی-سواتور بالا بوده است. بنابراین، مطالعه حاضر به طور خاص بر ارزیابی آلودگی یون‌های اصلی در GW در این منطقه تمرکز دارد. هنوز هیچ مطالعه جامعی برای ارزیابی مناسب بودن GW برای مصارف آشامیدنی و آبیاری در مجتمع‌های کربناتیت سامالپاتی و سواتور انجام نشده است. بنابراین، این تحقیق در ادغام تجزیه و تحلیل هیدروژئوشیمیایی، EWQI و ارزیابی ریسک سلامت برای ارائه درک جامع از کیفیت GW در این محیط زمین‌شناسی منحصر به فرد، نوآورانه است. بنابراین، این مطالعه عمدتاً اهداف زیر را دنبال می‌کند: (۱) بررسی هیدروژئوشیمی و وقوع NO₃⁻ و F⁻ در GW، (۲) محاسبه EWQI برای تعیین مناسب بودن GW برای مصارف آشامیدنی، (۳) ارزیابی WQ آبیاری با استفاده از شاخص‌های متعدد مشتق شده از شیمی GW، و (۴) محاسبه خطرات سلامتی مرتبط با NO₃⁻ و F⁻ از طریق تجزیه و تحلیل میانگین مصرف روزانه (MDI) و ضریب خطر (HQ).

مجاورت تحقیقاتی

محدوده تحقیقاتی عمدتاً به سمت مجتمع‌های کربناتیت سواتور و سامالپاتی (۱۲ درجه و ۱۷ دقیقه تا ۱۲ درجه و ۲۷ دقیقه شمالی، ۷۸ درجه و ۲۶ دقیقه تا ۷۸ درجه و ۳۴ دقیقه شرقی) متمایل است که در مناطق شمال غربی تامیل نادو، هند واقع شده‌اند و تقریباً ۷۰ کیلومتر مربع را پوشش می‌دهند ⁽ شکل ۱ ). به طور متوسط، این منطقه سالانه ۸۰۰ میلی‌متر بارندگی دارد و تحت آب و هوای نیمه‌خشک قرار دارد. مجتمع‌های کربناتیت بخشی از سنگ‌های دگرگونی پروتروزوئیک درجه بالای منطقه گرانولیت جنوبی هستند و انواع اصلی سنگ در این منطقه عبارتند از گنیس بیوتیت هورنبلند، سینیت بیوتیت هورنبلند، پیروکسنیت، کربناتیت و سینیت پورفیری (شکل ۲ ب). کانی‌های غالب عبارتند از فلدسپارها، کوارتز، فلورو-آپاتیت، ورمیکولیت، بیوتیت، هورنبلند و پیروکسن ^{۲۹ ، ۳۶٫} انواع خاک در این مناطق عمدتاً از خاک آهکی و رسی شنی با قطعات کوچکتر خاک لومی تشکیل شده است. کاربری زمین در این منطقه عمدتاً کشاورزی است و پوشش‌های اضافی شامل پوشش گیاهی، زمین‌های بایر، آبراه‌ها و مناطق مسکونی نیز وجود دارد (شکل ۲ ج).

زهکشی (شکل  ۲ الف) شبکه رودخانه‌های مجاور محل تحقیق را نشان می‌دهد که از مدل ارتفاعی رقومی با استفاده از GIS استخراج و با روش استرالر طبقه‌بندی شده است. رتبه‌های رودخانه از اول تا ششم متغیر است، به طوری که رودخانه‌های درجه اول و دوم شاخه‌های فرعی ریزی را تشکیل می‌دهند که به سمت مناطق مرکزی و جنوبی در رتبه‌های بالاتر ادغام می‌شوند. الگوی زهکشی دندریتی، لیتولوژی همگن با حداقل آشفتگی ساختاری را نشان می‌دهد. الگو و توزیع رودخانه، رواناب سطحی کارآمد و مناطق تغذیه بالقوه GW را در منطقه نشان می‌دهد.

نمونه‌برداری و آزمایش

کار میدانی در فوریه ۲۰۲۵ برای ارزیابی آلودگی GW در محدوده تحقیق انجام شد. حدود ۷۵ نمونه آب زیرزمینی (GW) در بطری‌های ۵۰۰ میلی‌لیتری HDPE جمع‌آوری شد که شامل ۴۴ نمونه چاه عمیق (DW) (SS1 تا SS44) و ۳۱ نمونه چاه کم‌عمق (SW) (OW1 تا OW31) بود. مکان‌های نمونه‌برداری از طریق یک رویکرد تصادفی تعیین شدند تا از نمایش مکانی جامع در سراسر منطقه تحقیق اطمینان حاصل شود. به دو منطقه حاوی کربناتیت توجه ویژه‌ای شد تا تغییرات مربوط به شرایط زمین‌شناسی و هیدروژئولوژیکی ثبت شود. علاوه بر این، عواملی از جمله دسترسی به چاه، عمق و الگوهای استفاده از GW برای اهداف خانگی و آبیاری در طول انتخاب محل در نظر گرفته شد. قبل از نمونه‌برداری، پمپ موتوری هر چاه برای چند دقیقه کار می‌کرد تا از راکد ماندن آب جلوگیری شود. بطری‌های جمع‌آوری نمونه قبل از پر شدن و آب‌بندی ناگهانی، با GW مربوطه کاملاً شسته شدند و اطمینان حاصل شد که حباب‌های هوا برای جلوگیری از آلودگی به دام افتاده‌اند. متعاقباً، از GPS برای ثبت مکان هر نقطه جمع‌آوری، از جمله ارتفاع، استفاده شد. اندازه‌گیری سطح آب برای چاه‌های کم‌عمق، که با کمک متر نواری از سطح تعیین می‌شد.

متغیرهای درجا مانند pH، بی‌کربنات (HCO₃⁻)، TDS، کربنات (CO₃⁻) و EC مستقیماً در مزرعه اندازه‌گیری شدند. ظرف ۲۴ ساعت، هر نمونه از کاغذ صافی WHATMAN با ضخامت ۰٫۴۵ میکرون عبور داده شد و برای بررسی‌های شیمیایی بعدی در دمای ۴ درجه سانتیگراد نگهداری شد. اجزای اصلی یونی، شامل کلسیم (Ca⁺)، پتاسیم (K⁺)، کلرید (Cl⁻)، سولفات (SO₄⁲⁻)، منیزیم (Mg⁲⁺)، سختی کل (TH)، فلوراید (F⁻)، سدیم (Na⁺) و نیترات (NO₃⁻) ظرف شش روز پس از اتمام مراحل نمونه‌برداری، با استفاده از روش‌های استاندارد APHA ^۴۵ مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند . ابزار مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل نمونه در جدول ۱ به تفصیل آمده است و روش کار در ^۲۹ مورد بحث قرار گرفت . Na⁺ و K⁺ به دلیل دقت بالای آن در تشخیص فلزات قلیایی، با استفاده از دستگاه فلیم فتومتر ۱۲۸ (Systronics) تخمین زده شدند، در حالی که NO₃⁻ و SO₄²⁻ به دلیل حساسیت و قابلیت اطمینان آن، با استفاده از اسپکتروفتومتر UV-visible 119 (Systronics) اندازه‌گیری شدند. فلوراید با استفاده از الکترود یون‌گزین Hach (HQ430d) اندازه‌گیری شد و پارامترهای درجا با استفاده از پروب چند پارامتری PCS Testr-35 ثبت شدند. یون‌های اصلی، شامل HCO₃⁻، Mg²⁺، Cl⁻ و Ca²⁺ با استفاده از روش‌های استاندارد تیترسنجی اندازه‌گیری شدند. هر تکنیک تحلیلی بر اساس مناسب بودن آن برای تجزیه و تحلیل هیدروشیمیایی توسط APHA انتخاب شد و کالیبراسیون‌های لازم برای به حداقل رساندن محدودیت‌های خاص دستگاه انجام شد.

^{داده‌های تحلیلی به‌دست‌آمده با استانداردهای WHO 46} و BIS ^۴۷ مطابقت داده شدند تا از ایمنی GW برای مصرف اطمینان حاصل شود ^.

دقت داده‌های تحلیلی با محاسبه موازنه درصد خطای یونی (BIE%) برای هر نمونه، که با استفاده از معادله ( ۱ ) محاسبه شد، آزمایش شد. حداکثر محدوده قابل قبول برای BIE% در محدوده ^۵ بود . برای این محاسبه، آنیون‌ها و کاتیون‌ها به meq/L (میلی‌اکی‌والان در لیتر) تبدیل شدند.

شاخص کیفیت آب – روش آنتروپی (EWQI)

شاخص کیفیت آب، وضعیت کلی آب را در یک عبارت واحد نشان می‌دهد. بسیاری از محققان این اصطلاح را با اتخاذ روش‌های مختلف به کار برده‌اند ^{۲۳ ، ۲۴٫} در میان این روش‌ها، رایج‌ترین روش شاخص کیفیت آب، روش وزن‌دهی آنتروپی (EWQI) است زیرا وزن پارامترها را به صورت عینی بر اساس تغییرپذیری آنها تعیین می‌کند و در مقایسه با شاخص‌های سنتی، که در آنها وزن هر متغیر بر اساس آنتروپی ^{۲۱ ، ۲۲} تعیین می‌شود، ارزیابی دقیق‌تر و جامع‌تری از کیفیت GW را امکان‌پذیر می‌سازد . چند مرحله در محاسبه EWQI در زیر ^۲۰ ذکر شده است .

در مرحله ۱، پارامترهای کیفیت آب را برای همه نمونه‌ها انتخاب کنید. در یک صفحه اکسل، هر ردیف شامل تمام پارامترهای یک نمونه واحد است. این موضوع توسط نشان داده شده است ، همانطور که در معادله ۲ آمده است.

که در آن c نشان دهنده کل نمونه‌ها و d نشان دهنده تعداد یون‌های موجود در نمونه است.

در مرحله ۲، با استفاده از معادله ۳ به ماتریس نرمال‌سازی می‌شود .

که در آن حداکثر برد یون s و حداقل برد یون s در است . با استفاده از معادله ۳، مقادیر نرمال شده برای همه مقادیر تولید می‌شوند که به صورت ماتریس Y در معادله ۴ نشان داده شده است.

در مرحله ۳، نسبت مقدار یون s در نمونه n ، آنتروپی یون s و وزن یون s ) را با استفاده از معادلات ۵، ۶ و ۷ محاسبه کنید.

در مرحله ۴، نرخ کیفیت را با استفاده از مقدار یون sIs بر حسب در لیتر و سطح مجاز توصیه شده توسط سازمان بهداشت جهانی برای یون sDs بر حسب در لیتر، همانطور که در معادله ۸ نشان داده شده است، محاسبه کنید.

در مرحله آخر، شاخص کیفیت آب که با وزن‌دهی آنتروپی ارزیابی شده است، با استفاده از معادله ۹ محاسبه می‌شود.

مقدار EWQI با یک مقیاس از پیش تعریف شده مقایسه می‌شود تا دسته کیفیت آب را که معمولاً از عالی تا غیرقابل قبول برای مصارف آشامیدنی است، طبقه‌بندی کند (جدول ۲ ) ^۱۲ .

تحلیل آماری

در این مطالعه، یک رویکرد آماری چند متغیره برای تأکید بر روابط بین اجزای سمی شناسایی‌شده در نمونه‌های GW و متغیرهای کلیدی مؤثر بر انتقال و توزیع آلاینده‌های یونی به کار گرفته شد. از PCA برای شناسایی اجزای مهم در بین متغیرهای فیزیکوشیمیایی استفاده شد، در حالی که تا حد امکان بخش عمده‌ای از تغییرپذیری داده‌های اصلی حفظ شد. علاوه بر این، روابط بین یونی برای کسب بینش در مورد منابع بالقوه و مسیرهای مهاجرت یون‌ها در محیط ذرات مورد بررسی قرار گرفت ^.۱۶

برای بررسی میزان ارتباط بین متغیرها، از همبستگی پیرسون ( r ) برای شناسایی منابع آلاینده بالقوه استفاده شد، که در آن مقدار r بالاتر نشان دهنده ارتباط قوی‌تر بین متغیرها است. مقادیر همبستگی r > 0.7، ۰٫۵ < r < 0.7 و r < 0.5 به ترتیب به عنوان روابط قوی، متوسط ​​و ضعیف تفسیر شدند ^{[۱۹ ، ۲۱ ، ۴۸]} .

پس از آن، PCA برای کاهش ابعاد داده‌ها و تعیین عوامل غالب کنترل‌کننده شیمی GW انجام شد. قبل از PCA، موجودی داده‌ها نرمال‌سازی و در یک ماتریس ضریب همبستگی مجدداً قالب‌بندی می‌شد تا با استانداردسازی آنها در یک مقیاس مشترک، سهم برابر همه متغیرها تضمین شود. این فرآیند شامل تصحیح میانگین داده‌ها (کسر میانگین) و مقیاس‌بندی آن با انحراف معیار بود تا متغیرهایی با بزرگی بزرگتر از مؤلفه‌های اصلی غالب جلوگیری شوند و در نتیجه به PCA اجازه داده شود تا الگوهای اساسی و روابط متقابل بین متغیرها را به طور مؤثرتری آشکار کند. مقادیر ویژه و بردارهای ویژه متعاقباً از ماتریس همبستگی استخراج شدند و مؤلفه‌های کم‌اهمیت‌تر حذف شدند. مؤلفه‌هایی با مقادیر ویژه بزرگتر از یک به عنوان مؤلفه‌هایی که سهم قابل توجهی در واریانس کل دارند در نظر گرفته شدند. برای بهبود تفسیرپذیری، از روش چرخش واریماکس برای بارهای عاملی استفاده شد تا آنها را بیشتر به +۱، ۰ یا -۱ نزدیک کند که به ترتیب نشان‌دهنده پیوندهای مثبت، خنثی و منفی هستند [ ^۱۶] .

ویژگی‌های شیمیایی آب، مناسب بودن آن را تعریف می‌کنند، به طوری که سدیمی بودن، سمیت و شوری از نگرانی‌های اصلی برای اهداف کشاورزی هستند ^{[۱۲ ، ۲۵ ، ۲۶} ]. سدیم اضافی می‌تواند بر ترکیب خاک تأثیر منفی بگذارد و حرکت آب را در آن محدود کند ^{[۲۷ ، ۲۸]} . متغیرهای رایج مورد استفاده به ارزیابی قابلیت استفاده از آب برای آبیاری کمک می‌کنند: درصد سدیم، نسبت خطر منیزیم (MHR)، کربنات سدیم باقیمانده (RSC)، رسانایی الکتریکی (EC)، نسبت کلی (KR)، نسبت جذب سدیم (SAR) و شاخص نفوذپذیری (PI). محدوده‌های یونی مورد استفاده برای محاسبه شاخص‌های آبیاری بر حسب meq/L ^{۲۰ ، ۴۹} هستند . فرمول به‌دست‌آمده برای محاسبه شاخص‌های آبیاری با کیفیت GW در جدول ۳ آورده شده است .

ارزیابی ریسک سلامت

آب‌های زیرزمینی حاوی آلاینده‌های طبیعی و انسانی، در صورت مصرف منظم از طریق بلع، اثرات قابل توجهی بر سلامت دارند ^{[۷ ، ۳۶} ] . اثرات بالقوه بهداشتی مرتبط با دریافت یون‌های آلوده، مطابق با دستورالعمل‌های تجویز شده توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (US EPA) ^۵۷ ارزیابی شدند . در میان یون‌های مختلف، و از محدودیت‌های قابل شرب WHO عبور کردند. بنابراین، میانگین مصرف روزانه (MDI) به طور خاص برای دریافت خوراکی و در تمام نمونه‌ها برای کودکان، نوجوانان، مردان و زنان بر اساس روش استاندارد ^{۴ ، ۶ ، ۸ ، ۱۱} تخمین زده شد . MDI و ضریب خطر (HQ) برای و به طور جداگانه با استفاده از معادلات محاسبه شدند. ۱۰ و ۱۱ که توسط USEPA ^۵۷ استخراج شده‌اند .

که در آن، MDI نشان دهنده‌ی و مصرف روزانه (میلی‌گرم بر کیلوگرم در روز) است، مربوط به آلاینده موجود در آب‌های زیرزمینی (میلی‌گرم بر لیتر)، و نشان دهنده‌ی مصرف (لیتر در روز) است که برای کودکان ۱.۰، برای نوجوانان ۱.۷، برای زنان ۲.۳ و برای مردان ۳ است. نشان دهنده‌ی فراوانی مواجهه (۳۶۵ روز در سال برای همه) است. مدت زمان مواجهه (به سال)، ۸ برای کودکان، ۱۹ برای نوجوانان، ۴۰ برای زنان و مردان است. (به کیلوگرم) نشان دهنده‌ی میانگین وزن بدن است: ۲۱، ۳۸، ۵۵، ۷۵ برای کودکان، نوجوانان، زنان و مردان. = زمان متوسط ​​مواجهه بر حسب روز [۲۹۲۰ (کودکان)، ۶۹۳۵ (نوجوانان)، ۱۴۶۰۰ (زنان و مردان)]. در محاسبه MDI، فرض شد که و ^{۲۹ ، ۵۷ ، ۵۸ یکسان هستند} .

که در آن، ضریب خطر MDI NO3- و F- از معادله ۱۰ بدست می‌آید ۰٫۰۶ ± ۵۷ ، ^است اگر از ۱ بیشتر باشد، نشان دهنده اثرات بالقوه غیر سرطانی بر سلامتی به دلیل قرار گرفتن در معرض آلاینده‌ها است .

بیانیه اخلاقی

مطالعه حاضر شامل آزمایش روی شرکت‌کنندگان انسانی، استفاده از مواد بیولوژیکی انسانی یا جمع‌آوری داده‌های انسانی در سطح شخصی یا فردی نبود. ارزیابی ریسک سلامت با استفاده از مدل‌های ارزیابی ریسک و مواجهه توصیه‌شده توسط USEPA، صرفاً بر اساس محدوده‌های اندازه‌گیری شده GW و پارامترهای مواجهه مشتق‌شده از مقالات، انجام شد. از آنجایی که هیچ آزمودنی انسانی مستقیماً درگیر نبود، تأیید کمیته اخلاق سازمانی و رضایت آگاهانه برای این مطالعه الزامی نبود.

آمار توصیفی متغیرهای فیزیکوشیمیایی

در مجموع ۱۳ پارامتر از ۷۵ نمونه GW به صورت سیستماتیک تجزیه و تحلیل و با دستورالعمل‌های WHO ^۴۶ و BIS ^۴۷ برای قابلیت شرب مقایسه شدند. جدول ۱ ، آمار نمونه‌های GW را نشان می‌دهد که pH آنها از ۷ تا ۸.۷۲ متغیر است (میانگین: ۷.۶۵). pH GW نشان دهنده تعادل اسیدی یا بازی آن است و تعادل شیمیایی آن را نشان می‌دهد ^۱۸. تنها یک نمونه از حد قابل قبول pH عبور کرد (شکل ۳ الف). هنگامی که CO2 _با سنگ‌های کربناته و خاک‌های غنی از مواد معدنی کربناته در وجود آب شیرین واکنش می‌دهد، منجر به تشکیل HCO₃⁻ می‌شود که به نوبه خود به طور قابل توجهی در قلیائیت GW نقش دارد ^{۱۴ ، ۳۸ ، ۵۹.} CO₃⁻ تنها در دو نمونه (OW19 و OW20) وجود داشت که به ترتیب ۷۸ میلی‌گرم در لیتر و ۴۶ میلی‌گرم در لیتر بودند. HCO₃⁻ بین ۲۶۸٫۴ میلی‌گرم در لیتر و ۹۸۸٫۲ میلی‌گرم در لیتر (میانگین ۵۷۱٫۴۵ میلی‌گرم در لیتر) متغیر بود؛ به طور قابل توجهی، ۳۷٫۳٪ نمونه‌ها از محدوده قابل تحمل فراتر رفتند (شکل ۳ ب). سطوح بالای Na⁺، Mg²⁺، Ca²⁺ و سایر نمک‌های محلول در آبخوان تا حد زیادی در TDS آن نقش دارند. افزایش غلظت TDS در آبخوان نشان دهنده حضور بالای اجزای یونی و تعاملات طولانی مدت بین آب و مواد سنگی اطراف است ^۱۶٫ TDS از ۴۷۷٫۱۴ تا ۱۶۹۲٫۸۶ میلی‌گرم در لیتر متغیر بود، به طوری که ۹۳٫۳٪ (WHO ^۴۶ ) و ۱۰۰٪ (BIS ^۴۷ ) نمونه‌ها در محدوده محدوده آشامیدنی قرار داشتند (شکل ۳ ج). نگرانی اصلی مرتبط با کیفیت آبخوان، سختی آن است که عمدتاً از سازندهای سنگ‌شناسی غنی از Mg²⁺ و Ca²⁺ ناشی می‌شود. TH در محدوده ۲۳۰ تا ۶۹۰ میلی‌گرم در لیتر بود که ۲۰٪ (WHO ^۴۶ ) و ۸٪ (BIS ^۴۷ ) نمونه‌ها از محدوده قابلیت شرب عبور کردند. به طور کلی، تمام نمونه‌های GW در منطقه در کلاس‌های سخت و بسیار سخت ^{۸ قرار می‌گیرند. غلظت Mg²⁺ و Ca²⁺ به ترتیب در محدوده ۲۹٫۲ تا ۱۲۸٫۹ میلی‌گرم در لیتر و ۳۲ تا ۱۴۰ میلی‌گرم در لیتر بود و همه نمونه‌ها طبق WHO ۴۶} در محدوده مجاز برای آشامیدن بودند ، اما بر اساس BIS ^۴۷، ۶٫۶۷٪ نمونه‌ها از محدوده قابلیت شرب عبور کردند (شکل‌های ۳ گرم و ۳ه). غنی‌سازی K⁺ در GW ممکن است ناشی از شسته شدن کودهای مبتنی بر K⁺ از طریق خاک باشد که به K⁺ اجازه نفوذ و تجمع در سیستم GW ^۲۲ را می‌دهد . سطح پتاسیم از ۱٫۶۲ به ۳۱٫۵ میلی‌گرم در لیتر تغییر کرد، میانگین ۹٫۳۴ میلی‌گرم در لیتر؛ با این حال، ۳۲٪ نمونه‌ها از توصیه‌های سازمان بهداشت جهانی فراتر رفتند (شکل ۳d  ). مصرف بالای پتاسیم در آب آشامیدنی ممکن است مشکلاتی را در دستگاه گوارش ایجاد کند و اثرات نامطلوبی بر سیستم عصبی داشته باشد ^{۳۱ ، ۳۷ ، ۴۹}. Na⁺ یک فلز قلیایی بسیار واکنش‌پذیر است که به طور طبیعی در محیط زیست وجود دارد و نقش اساسی در سلامت انسان ایفا می‌کند. این فلز در درجه اول از طریق انحلال و هوازدگی سنگ‌های حاوی Na⁺ و کانی‌های سیلیکات وارد آبخوان می‌شود ^{۳۴ ، ۶۰٫ مقادیر Na⁺ بین ۶٫۳ میلی‌گرم در لیتر تا ۳۴۴٫۶ میلی‌گرم در لیتر (میانگین: ۱۱۳٫۳ میلی‌گرم در لیتر) بود. حدود ۲۰٪ از نمونه‌ها طبق WHO ۴۶} برای آشامیدن ایمن نبودند (شکل ۳ i). سدیم بالا در آبخوان اغلب به فعل و انفعالات آب و سنگ نسبت داده می‌شود، می‌تواند نفوذپذیری خاک را کاهش داده و ویژگی‌های فیزیکی آن را تغییر دهد و ممکن است خطر بیماری‌های قلبی را افزایش دهد ^{۵۸ ، ۶۰٫} محتوای SO₄²⁻ به شرایط اکسیداسیون در سیستم سفره آب زیرزمینی نسبت داده می‌شود. تجزیه مواد آلی تولید سولفید را تسهیل می‌کند، در حالی که وجود یا انحلال اکسیژن، تبدیل سولفیدها به SO₄²⁻ را افزایش می‌دهد ^{۱۸ ، ۶۰ ، ۶۱.} غلظت SO₄²⁻ بین ۰.۵ تا ۱۴۳.۵ میلی‌گرم در لیتر، به طور متوسط ​​۳۱.۷ میلی‌گرم در لیتر بود؛ همه نمونه‌ها برای آشامیدن بی‌خطرتر بودند (شکل ۳  ساعت). Cl⁻ در GW در درجه اول از فعالیت‌های انسانی، از جمله تخلیه فاضلاب خانگی، نفوذ فاضلاب، رواناب کشاورزی، نشت از سیستم‌های سپتیک، دفع ناکافی زباله و پساب‌های صنعتی ناشی می‌شود ^۵. Cl⁻ از ۲۸.۳۶ تا ۷۰۹ میلی‌گرم در لیتر (میانگین: ۱۳۸.۲) متغیر بود که ۹۸.۷٪ (WHO ^۴۶ ) و ۱۰۰٪ (BIS ^۴۷ ) نمونه‌ها در حد قابل قبول بودند (شکل ۳ و).

NO₃⁻ و F⁻ در GW

در محل تحقیق، NO₃⁻ در GW از ۴٫۹۹ تا ۱۸۲٫۵۵ میلی‌گرم در لیتر متغیر بود که به ترتیب میانگین دامنه آن ۵۴٫۰۹ میلی‌گرم در لیتر بود. از میان ۷۵ نمونه GW مورد تجزیه و تحلیل، ۳۲ نمونه از محدوده پیشنهادی ۴۵ میلی‌گرم در لیتر برای مصرف انسان عبور کردند (شکل ۳j ). منبع اصلی آلاینده‌های NO₃⁻ ناشی از شیوه‌های انسانی، به ویژه استفاده از کودهای غنی از نیترات و وجود مدفوع حیوانات در مزارع کشاورزی است، این مواد می‌توانند به خاک نفوذ کرده و به GW ^{۳۹ ، ۲۹ ، ۶۲} نفوذ کنند . دامنه یون F⁻ در GW 0.18-4.6.18.6 میلی‌گرم در لیتر بود (میانگین: ۱٫۷۶ میلی‌گرم در لیتر). قابل توجه است که ۵۰ نمونه از حد مجاز برای قابلیت شرب تعیین شده توسط WHO فراتر رفتند (شکل ۳k ). انحلال و شسته شدن کانی‌های حاوی فلوراید مانند فلوریت، ورمیکولیت، بیوتیت، آپاتیت و هورنبلند و استفاده از کودهای غنی از فسفات مانند دی‌آمونیوم فسفات، قارچ‌کش‌ها، حشره‌کش‌ها ممکن است به عنوان منابع فلوراید در GW ^{۴۰ ، ۳۰} نقش داشته باشند . وجود NO₃⁻ و/یا F⁻ در GW می‌تواند خطرات جدی برای سلامتی در هنگام مصرف ایجاد کند . ^۱۵ یکی از منابع NO₃⁻ بر کیفیت GW (مزارع طیور) در شکل ۴ نشان داده شده است .

ادغام داده‌های زهکشی، زمین‌شناسی و LULC با شیمی GW، درک بهتری از عوامل مؤثر بر کیفیت GW ارائه می‌دهد. مناطقی با تراکم زهکشی کم، نفوذ بیشتری را ایجاد می‌کنند و امکان تغذیه بیشتر GW و تعامل طولانی‌تر بین آب و سنگ‌ها را فراهم می‌کنند. لیتولوژی شامل سینیت، کربناتیت و سازندهای گنیسی، نقش مهمی در تعریف شیمی GW از طریق انحلال و هوازدگی مواد معدنی ایفا می‌کند که منجر به افزایش غلظت F⁻، Mg²⁺ و Ca²⁺ می‌شود. توزیع LULC همچنین بر کیفیت GW تأثیر می‌گذارد، زیرا زمین‌های کشاورزی سطح NO₃⁻ بالاتری را از کود حیوانی و شستشوی کود نشان می‌دهند، در حالی که مناطق مسکونی آلودگی موضعی ناشی از زباله‌های خانگی را تجربه می‌کنند ^.۲۹ برعکس، بوته‌زارها و زمین‌های آیش نشان‌دهنده فعالیت محدود انسانی هستند و عموماً با کیفیت GW نسبتاً بهتری همراه هستند. با این حال، سازندهای سنگی زیرین به افزایش F⁻ در GW کمک می‌کنند.

EWQI

شاخص کیفیت آب آنتروپی با استفاده از ۱۱ پارامتر از ۷۵ نمونه GW، مانند TDS، HCO₃⁻، pH، K⁺، Ca2⁺، Cl⁻، Mg⁲⁺، SO₄⁻، Na⁺، F⁻ و NO₃⁻ محاسبه شد. نتایج EWQI در شکل ۵ نشان داده شده است که ارزیابی کلی از کیفیت GW را بر اساس یون‌های اصلی ارائه می‌دهد. در مجتمع‌های Samalpatti-Sevathur، EWQI از ۳۰٫۱۲ تا ۸۶٫۶۸ با میانگین ۵۴٫۸ متغیر بود. در بین نمونه‌ها، ۳۷٫۳٪ به عنوان خوب و مناسب برای آشامیدن طبقه‌بندی شدند، در حالی که ۶۲٫۷٪ کیفیت متوسطی داشتند که نشان دهنده نیاز به تصفیه قبل از مصرف است ^{۲۱ ، ۴۱} .

رابطه بین یون‌های مختلف

تحلیل همبستگی، میزان ارتباط بین پارامترهای مختلف هیدروشیمیایی را نشان می‌دهد و بینش‌های ارزشمندی در مورد فرآیندهای ژئوشیمیایی و انسانی مؤثر بر ترکیب GW ارائه می‌دهد (جدول ۴ ). ارتباط مثبت بسیار قوی بین EC و TDS ( r = ۱٫۰) نشان می‌دهد که رسانایی تا حد زیادی توسط غلظت یون‌های محلول کنترل می‌شود و تأیید می‌کند که هر دو پارامتر در مجموع منعکس کننده شوری کلی آب هستند. ارتباط قوی بین Na⁺ و Cl⁻ ( r = ۰٫۶) نشان‌دهنده یک منشأ مشترک، به احتمال زیاد ناشی از تبخیر، و مختص محیط‌های نیمه‌خشک است. ارتباط ضعیف‌تر با Ca²⁺ و Mg²⁺ نشان می‌دهد که واکنش‌های تعادلی کربنات، مانند آبشویی کانی‌های کربناتی، نقش مهمی در کنترل قلیائیت و ظرفیت بافری آب‌های زیرزمینی دارند. K⁺ همبستگی ضعیف تا متوسطی با سایر یون‌ها نشان می‌دهد که نشان‌دهنده تحرک محدود و ورودی‌های انسانی موضعی است که به طور بالقوه ناشی از کاربرد کود یا فرآیندهای تبادل یونی خاک است. F⁻ رابطه متوسطی با Na⁺ ( r = ۰٫۴۷۷) و HCO₃⁻ ( r = ۰٫۴۶۸) نشان می‌دهد، که نشان می‌دهد غلظت آن در درجه اول زمین‌زاد است و توسط آبشویی مواد معدنی حاوی فلوراید کنترل می‌شود تا تأثیرات انسانی. همبستگی منفی NO₃⁻ با Na⁺، SO₄⁻، HCO₃⁻ و F⁻ و همبستگی مثبت NO₃⁻ با Ca₃⁺ نشان‌دهنده منابع ناشی از آبشویی کود حیوانی و نهاده‌های کشاورزی، به ویژه از کودهای نیترات کلسیم و فرآیندهای آبشویی مرتبط در مناطق تغذیه مجدد است ^{۱۹ ، ۳۱} .

تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA)

بارگذاری‌های PCA (شکل  ۶ الف) میزان سهم هر کیفیت GW در PC را توصیف می‌کنند و از این طریق به شناسایی عوامل غالب مؤثر بر شیمی GW کمک می‌کنند. PC1، بارگذاری‌های مثبت بالای EC (0.4)، Na⁺ (۰٫۴۱) و TDS (0.4) همراه با سهم متوسط ​​Cl⁻ (۰٫۳۴) و HCO₃⁻ (۰٫۳۱)، نشان می‌دهد که این مؤلفه نشان‌دهنده شوری و قدرت یونی GW است که در درجه اول توسط انحلال مواد معدنی و فرآیندهای تبادل یونی کنترل می‌شود. PC2 بارگذاری‌های قوی برای K⁺ (۰٫۳۸)، Cl⁻ (۰٫۳۴)، Mg²⁺ (۰٫۴۸) و NO₃⁻ (۰٫۳۹) را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده تأثیر فعالیت‌های انسانی مانند جریان برگشتی کشاورزی و آبشویی کود است که NO₃⁻ و K⁺ را در GW نقش دارند. PC3، بارهای مثبت بالای K⁺ (۰٫۶۲) و F⁻ (۰٫۶۱) منعکس کننده فرآیندهای زمین‌زاد، به ویژه هوازدگی سیلیکات و انحلال کانی‌های غنی از فلوراید است. PC4 با بار قوی pH و بار منفی HCO₃⁻ (۰٫۴۳-) مشخص می‌شود که نشان دهنده تعادل اسید-باز و تعادل کربنات در GW است. PC5 بارهای مثبت بالایی از SO₄²⁻ (۰٫۵۱) و K⁺ (۰٫۴۹) را نشان می‌دهد که نشان دهنده ورودی‌های انسانی از کاربرد کود است. PC6، که تحت سلطه بار مثبت بالای Mg⁲⁺ (۰٫۵۹) است، ممکن است مربوط به فرآیندهای هوازدگی سیلیکات باشد.

در اجزای مرتبه بالاتر (PC7-PC12)، بارگذاری‌ها عموماً کوچک‌تر و پراکنده‌تر هستند که نشان‌دهنده تأثیرات جزئی یا موضعی است. به عنوان مثال، NO₃⁻ و SO₄²⁻ بارهای مثبت بالایی را در PC7 و PC9 نشان می‌دهند که نشان‌دهنده آلودگی خاص محل است، در حالی که تسلط Na⁺ در PC11 ممکن است نشان‌دهنده تبادل کاتیونی یا اثرات غلظت تبخیری در مکان‌های خاص باشد. به طور کلی، نتایج PCA نشان می‌دهد که شیمی GW در مجاورت محل تحقیق در درجه اول توسط شوری، منابع تعامل سنگ-آب آلودگی F⁻ و فعالیت‌های انسانی که باعث آلودگی NO₃⁻ می‌شوند، کنترل می‌شود و سهم ثانویه آن از تغییرات ژئوشیمیایی و هیدروژئولوژیکی موضعی ^{۱۶ است} .

فرآیندهای هیدروشیمیایی

یک نمودار سه خطی پایپر برای طبقه‌بندی انواع GW رسم شد که در آن ۷۵ نمونه GW رسم شدند (شکل ۶ ب). این نمودار شامل محدوده‌های میلی‌اکی‌والان یون‌های اصلی در نمونه‌های GW برای تفسیر ویژگی‌های هیدروشیمیایی است ^۲۴ . این نمودار شامل دو منطقه مثلثی و یک منطقه مرکزی-الماس است که نشان‌دهنده نوع کلی GW ^{۱۸ ، ۶۳} است . در مثلث کاتیون، ۵۲٪ GW (34.7٪ DW و ۱۷٫۳٪ SW) در هیچ دسته غالبی قرار نمی‌گیرند که نشان‌دهنده ویژگی کاتیونی مختلط از رابطه پیچیده آب-سنگ است. در حالی که ۲۶٫۷٪ (۱۷٫۳٪ DW و ۹٫۳٪ SW) نمونه‌ها در نوع Na+ قرار می‌گیرند، ۹٫۳٪ و ۱۲٪ نمونه‌ها در نوع Ca²+ و Mg²+ قرار می‌گیرند. در فاز آنیونی، اکثر نمونه‌ها، ۹۴.۷٪ (۵۳.۴٪ وزن خشک و ۴۱.۳٪ وزن خشک) در منطقه HCO₃⁻ قرار می‌گیرند و پس از آن ۴٪ و ۱.۳٪ از نمونه‌های DW در منطقه Cl⁻ قرار می‌گیرند و هیچ رخساره غالبی ندارند. غلظت بالای بی‌کربنات و غلظت نسبتاً کم کلسیم نشان‌دهنده تبادل کاتیونی است، جایی که Ca²⁺ در آب‌های زیرزمینی با Na⁺ جایگزین می‌شود. در میدان الماس مرکزی، اکثر نمونه‌ها (۶۸٪ وزن خشک) مربوط به نوع CaHCO₃ هستند و پس از آن نوع CaNaHCO3 ₍ ۲۶.۷٪ نمونه‌ها) قرار دارند که نشان‌دهنده هوازدگی کربنات و تبادل یونی به عنوان فرآیندهای ژئوشیمیایی غالب است. در حالی که تنها ۴٪ و ۱٫۳٪ از نمونه‌های GW به ترتیب در دسته‌های مخلوط CaMgCl2 و NaCl قرار می‌گیرند، که نشان‌دهنده سهم جزئی انحلال تبخیری و آلودگی انسانی است و از گیبس (شکل ۶ c و d) برای ارزیابی تأثیر سه مکانیسم اصلی، هوازدگی سنگ، تبخیر و منطقه رسوبی بر شیمی GW استفاده شد. همه نمونه‌های GW در میدان غالب سنگ قرار دارند که نشان می‌دهد برهمکنش‌های آب-سنگ، فرآیندهای طبیعی اصلی کنترل‌کننده هیدروشیمی GW در مجاورت تحقیق ^۷ ، ۲۰ هستند .

شاخص‌های آبیاری

سار

بر اساس نسبت جذب سدیم، تمام نمونه‌های GW از مجتمع‌های Samalpatti-Sevathur بین ۰٫۱۴ و ۸٫۴۵ متغیر هستند (شکل ۸ الف). از آنجایی که همه مقادیر زیر ۱۰ هستند، آب عالی در نظر گرفته می‌شود و بر اساس طبقه‌بندی USSL، خطر سدیم کمی برای اهداف آبیاری نشان می‌دهد. نمودار USSL (شکل ۷ الف) با استفاده از مقادیر SAR و EC رسم شد. در این منطقه، EC از ۶۶۸ میکروزیمنس بر سانتی‌متر تا ۲۳۷۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر متغیر بود (شکل ۷ ج). طبق مناسب بودن آبیاری ^۵۱ ، خطر شوری (C) به شرح زیر تقسیم‌بندی شده است: C1 (0-250 میکروزیمنس بر سانتی‌متر) نشان دهنده عالی با شوری ضعیف است؛ C2 (250-750 میکروزیمنس بر سانتی‌متر) کیفیت خوبی با محدوده شوری متوسط ​​دارد؛ C3 (750 تا ۲۲۵۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر) نشان دهنده آب مجاز با شوری شدید است؛ و بالاتر از ۲۲۵۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر (C4) به دلیل خطر بسیار بالا بر اساس شوری، نامناسب طبقه‌بندی می‌شود. بر اساس این دسته‌بندی‌ها، ۴٪، ۹۳٫۳٪ و ۲٫۷٪ از نمونه‌ها در دسته‌بندی‌های خوب، مجاز و نامناسب برای آبیاری قرار می‌گیرند. طبق طبقه‌بندی USSL، ۶۲٫۷٪ ( n = ۴۷) نمونه در دسته‌بندی C3S1 قرار می‌گیرند که نشان می‌دهد آب کیفیت متوسطی دارد؛ ۳۰٫۷٪ ( n = ۲۳) در دسته‌بندی C3S2 قرار می‌گیرند که نشان‌دهنده کیفیت ضعیف است و ۴٪ ( n = ۳) و ۲٫۶٪ ( n = ۲) به ترتیب بر اساس خطر ترکیبی شوری و سدیم در دسته‌بندی‌های C2S1 (خوب) و C4S2 (نامناسب) قرار می‌گیرند. در مجموع، ۳۳٫۳٪ از نمونه‌های GW فاقد استانداردهای لازم برای اهداف آبیاری بودند ^۶۴ .

آر اس سی

بی‌کربنات سدیم و کربنات اضافی، بافت خاک را از طریق تجزیه مواد آلی تغییر می‌دهند که منجر به تشکیل بقایای سیاه روی سطح خاک پس از خشک شدن آن می‌شود. این امر با RSC همراه است و نفوذپذیری خاک را کاهش می‌دهد ^۴۹٫ مقادیر RSC در منطقه مورد مطالعه از ۶٫۸- تا ۸٫۶ متغیر است (شکل ۸ ب). سطوح RSC کمتر از ۱٫۲۵ میلی‌اکی‌والان در لیتر، آب را برای آبیاری ایده‌آل طبقه‌بندی می‌کند. در این مطالعه، ۶۰٪ از نمونه‌ها کمتر از ۱٫۲۵ هستند و کاملاً برای آبیاری ایده‌آل هستند، در حالی که ۸٪ و ۳۲٪ به ترتیب در دسته متوسط ​​و نامناسب برای آبیاری قرار می‌گیرند ^۲۶ .

سدیم٪

درصد Na⁺ در نمونه‌ها بین ۵٫۲٪ و ۷۳٫۳٪ متغیر است. از این تعداد، ۳۶٪ و ۲۵٫۳٪ در دسته عالی و خوب قرار می‌گیرند، در حالی که ۲۸٪ و ۱۰٫۷٪ در محدوده مجاز و مشکوک قرار می‌گیرند (شکل ۸ ج). Na٪ و EC را می‌توان برای نشان دادن Wilcox ^۵۴ نشان داده شده در شکل ۷ ب استفاده کرد ، که نشان می‌دهد ۷۴٫۷٪ از نمونه‌ها برای آبیاری مناسب هستند، در حالی که ۲۵٫۳٪ قبل از استفاده کشاورزی نیاز به تصفیه دارند ^۱۲ .

ام اچ آر

MHR با نسبت Mg²⁺ نسبت به مقادیر ترکیبی Mg²⁺ و Ca²⁺ تعیین می‌شود. در مجتمع‌های کربناتیت Samalpatti-Sevathur، MHR بین ۳۱٫۳ تا ۸۰ متغیر است (شکل ۸  d). بر این اساس، ۲۱٫۳٪ از نمونه‌ها ( n  = ۱۶) برای آبیاری مناسب در نظر گرفته می‌شوند و ۷۸٫۷٪ ( n  = ۵۹) مناسب نیستند، که می‌تواند بر تولید محصولات کشاورزی تأثیر منفی بگذارد. اگرچه اکثر شاخص‌های آبیاری دیگر در محدوده مناسب تا متوسط ​​قرار می‌گیرند، MHR نتایج متضادی دارد. این احتمالاً به دلیل موقعیت زمین‌شناسی است، زیرا مواد آبخوان در مجتمع‌های کربناتیت غنی از منیزیت و دولومیت هستند که منجر به Mg²⁺ بالاتر در مقایسه با Ca²⁺ ^{می‌شود} .

کی آر

در آب آبیاری، وجود Na⁺ را می‌توان با استفاده از نسبت پیشنهادی Kelley ^۵۵ تعیین کرد . مقدار KR بالاتر از ۱ نشان دهنده نامناسب بودن برای آبیاری است. در منطقه تحقیقاتی، ۷۳٫۳٪ از نمونه‌های GW بر اساس KR برای آبیاری مناسب هستند، در حالی که ۲۶٫۷٪ از آستانه توصیه شده فراتر رفته و بنابراین مناسب نیستند (شکل ۸ e) ^۲۸ .

پی آی

شاخص نفوذپذیری (PI) بین ۲۷٫۹٪ تا ۹۲٪ متغیر بود (شکل ۸ و). از ۷۵ نمونه، ۱۶٪ و ۸۴٪ به ترتیب به عنوان مناسب (> 75٪) و خوب (۲۵-۷۵٪) برای استفاده در آبیاری طبقه‌بندی شدند. Doneen ^۵۶ نموداری برای ارزیابی نفوذپذیری آب بر اساس غلظت کل یون‌ها و مقادیر شاخص نفوذپذیری رسم کرد، همانطور که در شکل ۷d27 نشان داده شده ^است .

مصرف طولانی مدت GW آلوده به آلاینده‌های زمین‌زاد و ناشی از فعالیت انسان می‌تواند مشکلات جدی برای سلامتی انسان ایجاد کند ^{۷۶۵، ۶۶۶۷٫ در مجتمع‌های کربناتیت سامالپاتی-سواتور، آلودگی‌های NO₃⁻ و F⁻ از حد مجاز توصیه شده توسط سازمان بهداشت جهانی برای مصارف آشامیدنی فراتر می‌رود} . بر اساس این مقادیر، خطر غیر سرطان‌زایی ^۵۷ مربوط به NO₃⁻ و F⁻ برای کودکان، نوجوانان، زنان و مردان با استفاده از معادلات ۱۰ و ۱۱ محاسبه شد. MDI و HQ برای NO₃⁻ و F⁻ در جدول ۵ نشان داده شده است .

HRA برای NO₃⁻

MDI برای کودکان از ۰٫۲۴ تا ۸٫۶۹، برای نوجوانان از ۰٫۲۲ تا ۸٫۱۷، برای مردان از ۰٫۲۰ تا ۷٫۳ و برای زنان از ۰٫۲۱ تا ۷٫۶۳ متغیر بود. به همین ترتیب، مقادیر HQ بین ۰٫۱۵ تا ۵٫۴۳ (کودکان)، ۰٫۱۴ تا ۵٫۱۰ (نوجوانان)، ۰٫۱۲ تا ۴٫۵۶ (مردان) و ۰٫۱۳ تا ۴٫۷۷ (زنان) متغیر بود. بخش قابل توجهی از نمونه‌ها – حدود ۶۰٪ [۲۹٫۳٪ از وزن خشک ( n = ۲۲) و ۳۰٫۷٪ از وزن خشک ( n = ۲۳)]، ۵۷٫۳٪ [۲۸٪ از وزن خشک ( n = ۲۱) و ۲۹٫۳٪ از وزن خشک ( n = ۲۲)]، ۵۰٫۷٪ [۲۴٪ از وزن خشک ( n = ۱۸) و ۲۶٫۷٪ از وزن خشک ( n = ۲۰)] و ۵۲٪ [۲۵٫۳٪ از وزن خشک ( n = ۱۹) و ۲۶٫۷٪ از وزن خشک ( n = ۲۰)] برای کودکان، نوجوانان، مردان و زنان از آستانه HQ فراتر رفته و خطرات بالقوه‌ای برای سلامتی مانند دیابت دوران کودکی، بیماری‌های قلبی عروقی، سندرم کودک آبی، فشار خون بالا و وزن کم هنگام تولد ایجاد می‌کنند . ^۲۹

HRA برای F⁻

MDI از ۰٫۰۰۸ تا ۰٫۲۱۹ (کودکان)، ۰٫۰۰۷۸ تا ۰٫۲۰۶ (نوجوانان)، ۰٫۰۰۷ تا ۰٫۱۸۴ (مردان) و ۰٫۰۰۷۳ تا ۰٫۱۹۲ (زنان) متغیر بود. مقادیر HQ مربوطه بین ۰٫۱۳۹ تا ۳٫۶۵ (کودکان)، ۰٫۱۳ تا ۳٫۴۳ (نوجوانان)، ۰٫۱۱۷ و ۳٫۱ (مردان) و ۰٫۱۲۲ تا ۳٫۲۱ (زنان) متغیر بود. درصد نمونه‌هایی که از آستانه HQ فراتر رفتند، برای کودکان ۷۳.۳٪ [۴۹.۳٪ از DW ( n = ۳۷) و ۲۴٪ از SW (n = ۱۸)]، برای نوجوانان ۶۹.۳٪ [۴۶.۶۵٪ از DW ( n = ۳۵ ) و ۲۲.۶۵٪ از SW ( n = ۱۷)]، برای مردان ۶۶.۷٪ [۴۵.۴٪ از DW ( n = ۳۴) و ۲۱.۳٪ از SW ( n = ۱۶)] و برای زنان ۶۸٪ [۴۵.۳٪ از DW ( n = ۳۴) و ۲۲.۷٪ از SW ( n = ۱۷)] بود که نشان‌دهنده خطرات بالقوه سلامتی مربوط به اضطراب F⁻ مانند، فلوروزیس اسکلتی و بیماری آلزایمر، فلوروزیس دندانی ^{۳۰ است} . به طور کلی، تجزیه و تحلیل HQ مرتبط با NO₃⁻ و F⁻ نشان می‌دهد که کودکان به عنوان گروه در معرض خطر، از نوجوانان، زنان و مردان پیشی می‌گیرند و مردان کمترین سطح خطر را نشان می‌دهند. خطرات سلامتی مرتبط با NO₃⁻ در جنوب غربی نسبتاً بالاتر بود، در حالی که خطرات مرتبط با F⁻ در DW برجسته‌تر بود. دامنه بالای NO₃⁻ در سفره‌های آب کم‌عمق به آلودگی سطحی ناشی از رواناب کشاورزی، نفوذ کود حیوانی و استفاده از کود نسبت داده می‌شود. برعکس، F⁻ بالاتر در سفره‌های آب عمیق‌تر در درجه اول زمین‌زاد است که ناشی از تعامل طولانی مدت آب-سنگ، شرایط قلیایی و شسته شدن مواد معدنی غنی از F⁻ مانند فلوریت و بیوتیت است. این الگوهای متضاد، تأثیر ترکیبی ورودی‌های انسانی و فرآیندهای ژئوشیمیایی بر کیفیت GW و خطرات سلامتی مرتبط با آن را در مجاورت تحقیق برجسته می‌کند. شکل ۹ توزیع جغرافیایی HQ را برای NO₃⁻ و F⁻ در بین همه رده‌های سنی نشان می‌دهد.

توصیه‌ها

در مجتمع‌های کربناتیت سامالپاتی و سواتور، سطوح بالایی از NO₃⁻ و F⁻ در GW مشاهده شد که نشان دهنده اثر ترکیبی فعالیت‌های زمین‌زاد و فعالیت‌های انسانی در ایجاد آلودگی است. برای کاهش این آلاینده‌ها، چندین اقدام پایدار توصیه می‌شود.

• کاهش کاربرد کودهای شیمیایی با غلظت بالا می‌تواند به طور قابل توجهی نتیجه مثبت کاهش NO₃⁻ در GW ^{۲۹ ، ۳۱} را به همراه داشته باشد .
• تغذیه مدیریت‌شده آبخوان (MAR)، ساخت سازه‌های تغذیه آب باران از جمله مخازن نفوذ، به ویژه در مناطق رواناب یا مناطق عاری از NO₃⁻ می‌تواند به رقیق کردن F⁻ و افزایش پایداری GW کمک ^کند .

قبل از اجرای این دو اقدام اصلاحی، درک تغییرات فصلی GW در این مناطق ضروری است تا مشخص شود که آیا فرآیندهای طبیعی مانند رقیق‌سازی و انحلال بر کیفیت GW تأثیر می‌گذارند یا خیر. علاوه بر این، باید تلاش‌هایی برای به حداقل رساندن مصرف نیترات در این مناطق انجام شود، زیرا هم NO₃⁻ و هم F⁻ در اکثر نمونه‌ها از سطوح قابل تحمل فراتر رفته‌اند. در طول فرآیند تغذیه، بسته به مکانیسم ژئوشیمیایی غالب، ممکن است یک آلاینده افزایش یابد در حالی که دیگری کاهش یابد.

• نصب سیستم‌های تصفیه آب اسمز معکوس (RO) رایج می‌تواند به طور مؤثر این آلاینده‌ها را کاهش داده و آب مورد نیاز مردم محلی را تأمین کند.

در مجموع، این استراتژی‌ها استفاده پایدار از آب‌های زیرزمینی را ترویج می‌دهند، از معیشت روستایی محافظت می‌کنند و به دستیابی به هدف ششم توسعه پایدار کمک می‌کنند.

تجزیه و تحلیل فیزیکوشیمیایی، محدوده‌های بالایی از NO₃⁻ و F⁻ را در GW مجتمع‌های کربناتیت سامالپاتی-سواتور نشان داد که خطرات بالقوه‌ای برای سلامتی جوامع محلی ایجاد می‌کند. NO₃⁻ از ۴.۹۹ تا ۱۸۲.۵۵ میلی‌گرم در لیتر، با میانگین ۵۴.۰۹ میلی‌گرم در لیتر، متغیر بود. NO₃⁻ بالا در GW عمدتاً با شیوه‌های ناشی از انسان مانند استفاده از فضولات حیوانی و کود DAP برای آبیاری مرتبط است. در حالی که F⁻ با میانگین ۱.۷۶ میلی‌گرم در لیتر، عمدتاً از ژئوشیمی طبیعی ناشی می‌شود که به دلیل وجود مواد معدنی حاوی F⁻ در این مجتمع‌های کربناتیت است. نتایج نشان داد که از ۷۵ نمونه، ۴۲.۳٪ از حد مجاز NO₃⁻ و ۶۶.۷٪ از حد مجاز F⁻ برای مصارف آشامیدنی فراتر رفته‌اند. ارزیابی EWQI نشان داد که ۳۷.۳٪ از نمونه‌های GW مطابق با استانداردهای آشامیدنی هستند، در حالی که ۶۲.۷٪ به دلیل آلودگی NO₃⁻ و F⁻ نیاز به تصفیه دارند. در مورد مناسب بودن آبیاری، GW به طور کلی بر اساس شاخص‌های SAR، Na%، RSC و KR مناسب بود، اگرچه MHR نشان داد که Mg2+ در بیش از نیمی از نمونه‌ها نسبت به Ca2+ افزایش یافته است که احتمالاً تحت تأثیر محیط زمین‌شناسی کربناتیت است. تجزیه و تحلیل همبستگی و PCA نشان می‌دهد که شیمی GW عمدتاً تحت تأثیر شوری، واکنش‌های سنگ-آب و ورودی‌های انسانی قرار دارد. F⁻ همبستگی متوسطی با Na⁺ و HCO₃⁻ نشان می‌دهد که منشأ زمین‌زادی از فرآیندهای انحلال دارد، در حالی که آلودگی NO₃⁻ ناشی از فعالیت‌های انسانی است. نمودارهای پایپر و گیبس تأیید می‌کنند که رخساره‌های غالب CaHCO₃ و CaNaHCO₃ ناشی از هوازدگی کربنات، تبادل یونی و فرآیندهای تعامل آب-سنگ در منطقه هستند. موضوع اصلی این تحقیق، ارزیابی ریسک سلامتی غیر سرطان‌زا از مصرف آب‌های زیرزمینی آلوده، نشان داد که ضریب خطر مواجهه با NO₃⁻ و F⁻، به ویژه در بین کودکان، قابل توجه است. خطرات سلامتی ناشی از NO₃⁻ در جنوب غربی به دلیل آلودگی سطحی ناشی از رواناب کشاورزی، شستشوی کود و نفوذ فضولات حیوانی بیشتر بود. در مقابل، افزایش F⁻ در آب‌های زیرزمینی منشأ زمین‌زاد داشت که با تعامل طولانی مدت آب-سنگ، شرایط قلیایی و انحلال مواد معدنی غنی از F⁻ مانند فلوریت و بیوتیت مرتبط است. این یافته‌ها تأکید می‌کنند که هم فعالیت‌های انسانی و هم فرآیندهای ژئوشیمیایی طبیعی به طور جمعی بر کیفیت آب‌های زیرزمینی و خطرات سلامتی مرتبط با آن در مجاورت محل تحقیق تأثیر می‌گذارند. این تحقیق بر نیاز به آگاهی در سطح جامعه برای به حداقل رساندن استفاده از کودهای فسفات دی آمونیوم، قارچ‌کش‌ها و حشره‌کش‌ها برای اهداف آبیاری به منظور کاهش غلظت NO₃⁻ و F⁻ ناشی از انسان در آب‌های زیرزمینی تأکید می‌کند. علاوه بر این، پیشنهاد می‌شود که تغذیه مدیریت‌شده آبخوان به عنوان استراتژی اصلاح درجا و نصب سیستم‌های اسمز معکوس عمومی به عنوان یک سیستم خارج از محل اجرا شود. این اقدامات در کنار هم می‌توانند کیفیت GW را به طور قابل توجهی افزایش داده و دسترسی به آب سالم را تضمین کنند. این مطالعه نه تنها مکانیسم‌های ژئوشیمیایی مؤثر بر ترکیب GW را روشن می‌کند، بلکه بینش‌های عملی برای هدایت مدیریت پایدار منابع آب و حفاظت از سلامت عمومی در مجاورت محل تحقیق ارائه می‌دهد.