DOI: https://doi.org/10.3389/frwa.2026.1795536
تاريخ النشر: 2026-04-24
المؤلف: Privat Tohouri وآخرون
الموضوع الرئيسي: المياه الجوفية وكيمياء النظائر
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التباين المكاني والزمني لتعدين المياه السطحية في منطقة بونوا في جنوب شرق كوت ديفوار، مع التركيز على تأثير الديناميات الهيدرولوجية الموسمية والضغوط البشرية على جودة المياه. من خلال حملتين لجمع العينات خلال مواسم الأمطار والجفاف، تم تحليل ما مجموعه 28 عينة مياه للمعلمات الفيزيائية والكيميائية، والأيونات الرئيسية، والمواد المغذية، والمعادن النزرة. تشمل النتائج الرئيسية زيادة كبيرة في الموصلية الكهربائية (بنسبة 107.8%) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (بنسبة 118.1%) خلال موسم الجفاف، إلى جانب انخفاض في الحديد (بنسبة 46.9%) وتركيزات الفوسفات (بنسبة 52.5%). انتقلت الفئات الهيدروكيميائية من هيمنة مياه Cl-NO₃-Ca (93% في موسم الأمطار) إلى مياه HCO₃-Ca (21% في موسم الجفاف)، مما يشير إلى زيادة في تآكل السيليكات.
أشارت مخططات جيبس إلى أن هطول الأمطار الجوية يتحكم بشكل أساسي في عمليات التمعدن (86% في موسم الأمطار و79% في موسم الجفاف)، مع ملاحظة تأثيرات التبخر المحلية في الموقع L3. كشفت تحليل المكونات الرئيسية أن عمليات التمعدن شكلت 54.76% من التباين في التباين الهيدروليكي، بينما تأثرت إثراء المواد المغذية والعناصر الحساسة للأكسدة بالمدخلات البشرية. أبرز مؤشر جودة المياه المعدل NSF-WQI جودة المياه الجيدة بشكل عام عبر معظم المواقع، لكنه حدد الموقع L3 كنقطة تدهور خلال موسم الجفاف (مؤشر جودة المياه المعدل NSF-WQI = 43.2). بشكل عام، تؤكد الدراسة على الدور الحاسم لتباين المناخ الهيدرولوجي وتأثيرات الإنسان في تشكيل كيمياء المياه السطحية، مما يوفر إطارًا أساسيًا للمراقبة والإدارة المستقبلية لموارد المياه العذبة في المناطق الساحلية الاستوائية.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث القضية العالمية الملحة المتعلقة بنقص المياه، مع تسليط الضوء بشكل خاص على التحديات التي يواجهها حوالي 2.4 مليار شخص يفتقرون إلى الوصول إلى مياه الشرب المدارة بشكل آمن، مع تركيز كبير على أفريقيا الاستوائية. تتأثر المنطقة بشكل ملحوظ، حيث يعيش حوالي 400 مليون فرد بدون إمدادات مياه آمنة. تؤكد الورقة أن الدراسات الهيدروكيميائية تشير إلى أن تمعدن المياه يتأثر بالمدخلات الجوية، وتفاعلات المياه مع الصخور، والتبخر، مع أنماط موثقة عبر دول مختلفة بما في ذلك الجزائر ومصر والهند. في المناطق الاستوائية، تتعرض المياه السطحية لضغوط متزايدة نتيجة لنمو السكان، وتغيرات استخدام الأراضي، وتباين المناخ، مما يهدد كل من سلامة النظام البيئي والتنمية الاجتماعية والاقتصادية.
في منطقة بونوا، الواقعة عند تقاطع نهر كوموي ونظام بحيرة آبي/بوتو، تخضع الخصائص الهيدروكيميائية للمياه السطحية بشكل أساسي للجغرافيا الإقليمية، وبشكل خاص التكوينات الطرفية القارية الغنية بالرواسب الرملية والطينية. تكشف الدراسة أن الفئة الهيدروكيميائية السائدة خلال موسم الأمطار هي Cl-NO₃-Ca، التي تستمر في موسم الجفاف ولكن يرافقها زيادة في فئات HCO₃-Ca، مما يشير إلى زيادة في التآكل وتأثيرات التركيز. توضح مخططات جيبس أن هطول الأمطار هو المحرك الرئيسي لكيمياء المياه، حيث تشير نسبة كبيرة من العينات إلى هيمنة هطول الأمطار الجوية. ومع ذلك، تشير عمليات التركيز المحلية خلال موسم الجفاف إلى تحول في الديناميات الهيدرولوجية، مما يبرز الحاجة إلى تحقيقات هيدروكيميائية شاملة مكانياً وزمنياً في المنطقة.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصل في المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى مصادرها وبروتوكولات التحضير الخاصة بها. كما يصف قسم الطرق التقنيات التجريبية المطبقة، مثل التحليلات الإحصائية، وطرق جمع البيانات، وأي أدوات حسابية مستخدمة للتحليل.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول حجم العينة، والضوابط، وأي اعتبارات أخلاقية ذات صلة بالبحث. من خلال تقديم حساب واضح ومنهجي للمنهجيات، يضمن هذا القسم إمكانية تكرار الدراسة ويسمح بالتقييم النقدي للنتائج. بشكل عام، يعمل كعنصر أساسي يدعم صحة وموثوقية نتائج البحث.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة سابقًا في الدراسة. عادةً ما يتم توضيح النتائج من خلال أشكال مختلفة من تمثيل البيانات، مثل الجداول، والرسوم البيانية، أو المعادلات، التي توفر فهمًا بصريًا واضحًا للنتائج.
في هذا القسم، قد يقوم المؤلفون بالإبلاغ عن نتائج كمية، بما في ذلك التحليلات الإحصائية التي تظهر أهمية النتائج، مثل قيم p أو فترات الثقة. بالإضافة إلى ذلك، قد تتم مناقشة الملاحظات النوعية لتوفير سياق للبيانات الرقمية. بشكل عام، تخدم النتائج في التحقق من أهداف البحث وتساهم في الفهم الأوسع للموضوع قيد التحقيق.
مناقشة
أجرت الدراسة جمع عينات موسمية في منطقة بونوا في كوت ديفوار للتحقيق في الديناميات الهيدروكيميائية للمياه السطحية عبر مختلف المسطحات المائية. باستخدام نهج هيدروكيميائي متكامل، بما في ذلك مخططات بايبر وجيبس، وتحليل المكونات الرئيسية (PCA)، ومؤشر جودة المياه المعدل NSF-WQI، كانت تهدف البحث إلى وصف التباين المكاني، والاختلافات الموسمية، والعوامل البشرية والجيوكيميائية التي تؤثر على كيمياء المياه. كشفت النتائج عن تباينات موسمية كبيرة، حيث كانت الموصلية الكهربائية (EC) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) أعلى بشكل ملحوظ خلال موسم الجفاف بسبب تأثيرات التركيز الناتجة عن انخفاض التدفق والتبخر. أشار مؤشر جودة المياه المعدل NSF-WQI إلى جودة مياه جيدة بشكل عام، على الرغم من أن التباين المكاني زاد خلال موسم الجفاف، خاصة في الموقع L3، الذي أظهر علامات تدهور محلي وتركيزات مرتفعة من المواد المغذية المرتبطة على الأرجح بالجريان السطحي الزراعي.
سلط تحليل المكونات الرئيسية الضوء على أن التمعدن، المدفوع بشكل أساسي بالأيونات الذائبة الرئيسية والمتأثر بالعمليات الهيدرولوجية، كان العامل السائد في تشكيل كيمياء المياه. لوحظت تحولات موسمية في الفئات الهيدروكيميائية، مع هيمنة فئات Cl-NO₃-Ca عبر كلا الموسمين، على الرغم من أن فئة HCO₃-Ca اكتسبت أهمية خلال موسم الجفاف. تؤكد الدراسة على أهمية فهم التباين الهيدروكيميائي في الأنظمة الساحلية الاستوائية، خاصة في سياق الضغوط البشرية وتباين المناخ، لإبلاغ ممارسات الإدارة المستدامة لموارد المياه في المنطقة.
القيود
تقدم الدراسة تقييمًا لمؤشر جودة المياه المعدل من مؤسسة الصحة الوطنية (NSF-WQI)، مما يكشف عن ظروف هيدروكيميائية مواتية بشكل عام عبر معظم مواقع جمع العينات، مصنفة على أنها جيدة إلى ممتازة. ومع ذلك، أظهر الموقع L3 تصنيفًا ضعيفًا خلال موسم الجفاف، مما يبرز ضعف مواقع معينة أمام التغيرات الموسمية وتأثيرات الإنسان. تشير التركيزات المرتفعة من الأمونيوم ($NH_4^+$) والفوسفات ($PO_4^{3-}$)، إلى جانب انخفاض مستويات الأكسجين الذائب، إلى خطر التخصيب المحلي، خاصة في ظل ظروف تدفق منخفضة. تدعو النتائج إلى استراتيجيات مراقبة وإدارة مستهدفة للتخفيف من تدهور جودة المياه، خاصة في المناطق المتأثرة بالجريان السطحي الزراعي والنفايات المنزلية.
تعترف الدراسة بعدة قيود، بما في ذلك الاعتماد على بيانات من حملتين لجمع العينات فقط، مما قد لا يعكس بشكل كافٍ التغيرات الهيدرولوجية قصيرة الأجل. بالإضافة إلى ذلك، يحد نقص المؤشرات النظيرية من التعرف الدقيق على مصادر المواد المغذية، وتم استنتاج بعض العمليات البيوجيوكيميائية من المؤشرات الهيدروكيميائية بدلاً من قياسها مباشرة. على الرغم من هذه القيود، يوفر دمج طرق تحليلية متنوعة—مثل الإحصاءات الأحادية، والتحليل المتعدد المتغيرات، والمخططات الهيدروكيميائية، ونسب الأيونات—إطارًا شاملاً لفهم الديناميات الهيدروكيميائية في المياه السطحية الساحلية الاستوائية.
DOI: https://doi.org/10.3389/frwa.2026.1795536
Publication Date: 2026-04-24
Author(s): Privat Tohouri et al.
Primary Topic: Groundwater and Isotope Geochemistry
Overview
This study investigates the spatio-seasonal variability of surface water mineralization in the Bonoua region of Southeastern Côte d’Ivoire, emphasizing the impact of seasonal hydrological dynamics and anthropogenic pressures on water quality. Through two sampling campaigns during the rainy and dry seasons, a total of 28 water samples were analyzed for physicochemical parameters, major ions, nutrients, and trace metals. Key findings include a significant increase in electrical conductivity (by 107.8%) and total dissolved solids (by 118.1%) during the dry season, alongside a decrease in iron (by 46.9%) and phosphate concentrations (by 52.5%). Hydrochemical facies transitioned from a dominance of Cl-NO₃-Ca waters (93% in the rainy season) to HCO₃-Ca waters (21% in the dry season), indicating enhanced silicate weathering.
Gibbs diagrams indicated that atmospheric precipitation predominantly controls mineralization processes (86% in the rainy season and 79% in the dry season), with localized evaporation effects noted at site L3. Principal Component Analysis revealed that mineralization processes accounted for 54.76% of the variance in hydrochemical variability, while nutrient enrichment and redox-sensitive elements were influenced by anthropogenic inputs. The Modified NSF-WQI highlighted generally good water quality across most sites, but identified site L3 as a degradation hotspot during the dry season (Modified NSF-WQI = 43.2). Overall, the study underscores the critical role of hydroclimatic variability and anthropogenic influences in shaping surface water chemistry, providing a foundational framework for future monitoring and management of freshwater resources in tropical coastal regions.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the pressing global issue of water scarcity, particularly highlighting the challenges faced by approximately 2.4 billion people lacking access to safely managed drinking water, with a significant focus on tropical Africa. The region is notably impacted, with nearly 400 million individuals without safe water supply. The paper emphasizes that hydrochemical studies indicate water mineralization is influenced by atmospheric inputs, water-rock interactions, and evaporation, with documented patterns across various countries including Algeria, Egypt, and India. In tropical regions, surface waters are under increasing pressure from population growth, land-use changes, and climate variability, which threaten both ecosystem integrity and socio-economic development.
In the Bonoua region, located at the interface of the Comoé River and the Aby/Potou lagoon system, the hydrochemical characteristics of surface waters are primarily governed by the regional geology, specifically the Continental Terminal formations rich in sandy-clay sediments. The study reveals that the dominant hydrochemical facies during the rainy season is Cl-NO₃-Ca, which persists into the dry season but is accompanied by an increase in HCO₃-Ca facies, indicating enhanced weathering and concentration effects. Gibbs diagrams illustrate that rainfall is the main driver of water chemistry, with a significant proportion of samples indicating atmospheric precipitation dominance. However, localized concentration processes during the dry season suggest a shift in hydrological dynamics, further underscoring the need for comprehensive spatio-seasonal hydrochemical investigations in the region.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as their sources and preparation protocols. The methods section also describes the experimental techniques applied, such as statistical analyses, data collection methods, and any computational tools utilized for analysis.
Additionally, the section may include information on the sample size, controls, and any ethical considerations relevant to the research. By providing a clear and systematic account of the methodologies, this section ensures the reproducibility of the study and allows for critical evaluation of the findings. Overall, it serves as a foundational component that supports the validity and reliability of the research outcomes.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed earlier in the study. The results are typically illustrated through various forms of data representation, such as tables, graphs, or equations, which provide a clear visual understanding of the findings.
In this section, the authors may report quantitative results, including statistical analyses that demonstrate the significance of the findings, such as p-values or confidence intervals. Additionally, qualitative observations may be discussed to provide context to the numerical data. Overall, the results serve to validate the research objectives and contribute to the broader understanding of the topic under investigation.
Discussion
The study conducted seasonal sampling in the Bonoua region of Côte d’Ivoire to investigate the hydrochemical dynamics of surface waters across various water bodies. Utilizing an integrated hydrochemical approach, including Piper and Gibbs diagrams, Principal Component Analysis (PCA), and a Modified NSF Water Quality Index (WQI), the research aimed to characterize spatial variability, seasonal differences, and the anthropogenic and geochemical factors influencing water chemistry. The findings revealed significant seasonal contrasts, with electrical conductivity (EC) and total dissolved solids (TDS) markedly higher during the dry season due to concentration effects from reduced discharge and evaporation. The Modified NSF-WQI indicated generally good water quality, although spatial variability increased during the dry season, particularly at site L3, which exhibited signs of localized degradation and elevated nutrient concentrations likely linked to agricultural runoff.
The PCA highlighted that mineralization, primarily driven by major dissolved ions and influenced by hydrological processes, was the dominant factor structuring water chemistry. Seasonal shifts in hydrochemical facies were observed, with a predominance of Cl-NO₃-Ca facies across both seasons, although the HCO₃-Ca facies gained prominence during the dry season. The study underscores the importance of understanding hydrochemical variability in tropical coastal systems, particularly in the context of anthropogenic pressures and climate variability, to inform sustainable management practices for water resources in the region.
Limitations
The study presents a Modified National Sanitation Foundation Water Quality Index (NSF-WQI) assessment, revealing generally favorable hydrochemical conditions across most sampling sites, categorized as Good to Excellent. However, site L3 exhibited a Poor classification during the dry season, underscoring the vulnerability of specific locations to seasonal variations and anthropogenic influences. Elevated concentrations of ammonium ($NH_4^+$) and phosphate ($PO_4^{3-}$), alongside decreased dissolved oxygen levels, suggest a risk of localized eutrophication, particularly under low-flow conditions. The findings advocate for targeted monitoring and management strategies to mitigate water quality degradation, especially in areas impacted by agricultural runoff and domestic waste.
The study acknowledges several limitations, including reliance on data from only two seasonal sampling campaigns, which may not adequately reflect short-term hydrological changes. Additionally, the lack of isotopic tracers restricts the precise identification of nutrient sources, and some biogeochemical processes were inferred from hydrochemical indicators rather than directly measured. Despite these limitations, the integration of various analytical methods—such as univariate statistics, multivariate analysis, hydrochemical diagrams, and ionic ratios—offers a comprehensive framework for understanding the hydrochemical dynamics in tropical coastal surface waters.