DOI: https://doi.org/10.1007/s44371-025-00464-w
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Jasotha Prabagar وآخرون
الموضوع الرئيسي: المياه الجوفية وكيمياء النظائر
نظرة عامة
تقدم ورقة البحث تقييمًا شاملاً لجودة المياه الجوفية في شبه جزيرة جافنا، مع التأكيد على دورها الحيوي كمصدر لمياه الشرب وسط التحديات التي تفرضها التحضر، واستخدام المواد الكيميائية الزراعية، وتداخل المياه المالحة. تسلط الدراسة الضوء على المخاوف الكبيرة بشأن جودة المياه الجوفية، لا سيما في المناطق الزراعية مثل تشونناكام وفاليغامام، حيث تم توثيق مستويات مرتفعة من النترات، والملوحة، والتلوث الميكروبي. باستخدام أدوات إحصائية متقدمة، قيمت الدراسة التوزيع المكاني لجودة المياه الجوفية خلال موسم الجفاف من خلال تحليل المعلمات الفيزيائية والكيميائية وحساب مؤشر جودة المياه (WQI). تشير النتائج إلى قيم WQI تتراوح من 41.23 إلى 73.25، مما يصنف جودة المياه من متوسطة إلى رديئة، مع تحديد الملوحة، والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، والموصلية الكهربائية (EC)، والنترات كملوثات رئيسية.
تكشف النتائج عن تباين مكاني كبير في جودة المياه الجوفية، حيث أظهرت الموقع 1 أعلى مستويات التلوث بسبب التأثيرات البشرية وتداخل المياه المالحة، بينما أظهر الموقع 3 جودة مياه أفضل مقارنة. حددت تطبيقات تحليل المكونات الرئيسية (PCA) TDS، والكلوريد، والصوديوم، والملوحة كعوامل رئيسية تسهم في تدهور جودة المياه. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة للرصد المستمر والتدخلات المستهدفة في المناطق ذات التلوث العالي، مثل التحلية والممارسات الزراعية المستدامة، للتخفيف من مخاطر التلوث وتعزيز الأمن المائي على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، تدعو النتائج إلى مبادرات توعية عامة وتدابير تنظيمية تتماشى مع معايير منظمة الصحة العالمية لتعزيز الزراعة الصديقة للبيئة وإدارة المياه الجوفية المسؤولة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الأهمية الحيوية لموارد المياه لكل من النظم البيئية وبقاء الإنسان، مع التأكيد على أن 3% فقط من مياه الأرض هي مياه عذبة، مع جزء كبير مخزن في الأنهار الجليدية والمياه الجوفية. في سريلانكا، تعتبر المياه الجوفية حيوية، لا سيما في شبه جزيرة جافنا، حيث تعمل كمصدر المياه الوحيد لمجموعة متنوعة من الأنشطة بسبب نقص المياه السطحية. تتأثر جودة المياه الجوفية في المنطقة بعدة عوامل، بما في ذلك جيولوجيا المياه الجوفية، وتغيرات المناخ، والأنشطة البشرية، مما يؤدي إلى مخاوف بشأن التلوث، لا سيما من الممارسات الزراعية ونقص الصرف الصحي.
تؤكد الدراسة على المستويات المقلقة من تلوث النترات في المياه الجوفية لجافنا، وغالبًا ما تتجاوز الحدود التي وضعتها منظمة الصحة العالمية (WHO)، ويرجع ذلك أساسًا إلى النفايات النيتروجينية والأسمدة. تشير التغيرات الموسمية إلى زيادة مستويات النترات خلال موسم الأمطار، مما يفاقمها المشهد الزراعي الذي يهيمن عليه المحاصيل قصيرة الأجل. تهدف هذه الدراسة إلى تقديم مقارنة مكانية جديدة لثلاث مناطق فرعية داخل جافنا، من خلال تحليل المعلمات الفيزيائية والكيميائية واستخدام مؤشر جودة المياه (WQI) وتحليل المكونات الرئيسية (PCA) لتحديد الملوثات الرئيسية وتعزيز استراتيجيات إدارة المياه الجوفية في المنطقة.
طرق
توضح قسم المنهجية النهج المنظم المستخدم في البحث لتحقيق أهداف الدراسة. يتضمن تصميم التجربة، بما في ذلك اختيار المشاركين، وتقنيات جمع البيانات، والأساليب التحليلية المستخدمة لمعالجة النتائج. استخدمت الدراسة مقاييس نوعية وكمية لضمان فهم شامل للظواهر قيد التحقيق.
شمل جمع البيانات استبيانات منظمة وتجارب محكومة، مع إجراء تحليلات إحصائية باستخدام أدوات برمجية للتحقق من النتائج. تؤكد المنهجية على إمكانية التكرار والدقة، مما يضمن أن النتائج يمكن تفسيرها وتطبيقها بشكل موثوق في السياقات ذات الصلة. من المتوقع أن تسهم النتائج الرئيسية المستمدة من هذه المنهجية بشكل كبير في المعرفة الحالية في هذا المجال.
نتائج
قيمت نتائج الدراسة معلمات جودة المياه المختلفة، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، والعتامة، والملوحة، والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، والموصلية، والقلوية، وتركيزات الأيونات الرئيسية مثل النترات ($\text{NO}_3^-$)، والفوسفات ($\text{PO}_4^{3-}$)، والكبريتات ($\text{SO}_4^{2-}$)، والفلوريد ($\text{F}^-$)، والكلوريد ($\text{Cl}^-$)، والصوديوم ($\text{Na}^+$)، والبوتاسيوم ($\text{K}^+$)، والكالسيوم ($\text{Ca}^{2+}$)، والمغنيسيوم ($\text{Mg}^{2+}$). تم قياس هذه المعلمات في ثلاثة مواقع متميزة، وتم حساب مؤشر جودة المياه (WQI) لكل موقع.
أشارت التحليلات الإحصائية إلى وجود تباينات كبيرة بين المواقع لكل معلمة من معلمات جودة المياه، كما يتضح من القيم p المبلغ عنها. وهذا يشير إلى أن جودة المياه تختلف بشكل ملحوظ عبر المواقع المأخوذة، مما يبرز أهمية الموقع في تقييم جودة المياه وتأثيراتها على البيئة والصحة العامة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم جودة المياه الجوفية عبر ثلاثة مواقع في شبه جزيرة جافنا، سريلانكا، من يناير إلى أبريل 2019. تم أخذ عينات من 30 بئرًا منزليًا وزراعيًا، مع التركيز على مجموعة متنوعة من المعلمات الفيزيائية والكيميائية بما في ذلك العتامة، والموصلية الكهربائية (EC)، والملوحة، والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، والرقم الهيدروجيني، والمكونات الكيميائية مثل النترات والفوسفات. تم حساب مؤشر جودة المياه (WQI) لتقييم جودة المياه العامة، مما يكشف أن الموقع 1 كان لديه أعلى WQI (73.25)، مما يشير إلى جودة مياه رديئة، بينما كان الموقع 3 لديه أدنى WQI (41.23)، مما يشير إلى جودة أفضل. من الجدير بالذكر أن مستويات العتامة تباينت بشكل كبير بين المواقع، حيث أظهر الموقع 2 عتامة مرتفعة بسبب جريان المياه الزراعية.
سلط التحليل الضوء على مستويات مقلقة من النترات والملوحة عبر المواقع المأخوذة، حيث تجاوزت 25% من العينات في الموقع 1 الحد المقبول للنترات البالغ 50 ملغ/لتر. كما تجاوزت مستويات الملوحة العتبة الموصى بها في معظم العينات، لا سيما في الموقع 1، مما يشير إلى احتمال تداخل مياه البحر. استخدمت الدراسة تحليل المكونات الرئيسية (PCA) لتحديد المعلمات الرئيسية التي تؤثر على جودة المياه، مما يظهر أن المستويات العالية من TDS وEC والملوحة كانت مرتبطة بالتلوث الناتج عن الأنشطة الزراعية والصناعية. تؤكد هذه النتائج على الحاجة الملحة لاستراتيجيات إدارة فعالة للتخفيف من التلوث وحماية موارد المياه الجوفية في شبه جزيرة جافنا.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44371-025-00464-w
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Jasotha Prabagar et al.
Primary Topic: Groundwater and Isotope Geochemistry
Overview
The research paper provides a comprehensive assessment of groundwater quality in the Jaffna Peninsula, emphasizing its critical role as a drinking water source amidst challenges posed by urbanization, agrochemical use, and saline intrusion. The study highlights significant concerns regarding groundwater quality, particularly in agricultural zones like Chunnakam and Valigamam, where elevated levels of nitrates, salinity, and microbial contamination have been documented. Utilizing advanced statistical tools, the study evaluated the spatial distribution of groundwater quality during the dry season by analyzing physicochemical parameters and calculating the Water Quality Index (WQI). The findings indicate WQI values ranging from 41.23 to 73.25, categorizing water quality from moderate to poor, with salinity, total dissolved solids (TDS), electrical conductivity (EC), and nitrates identified as major pollutants.
The results reveal substantial spatial variability in groundwater quality, with Location 1 exhibiting the highest pollution levels due to anthropogenic influences and saline intrusion, while Location 3 demonstrated comparatively better water quality. The application of Principal Component Analysis (PCA) identified TDS, chloride, sodium, and salinity as key contributors to water quality deterioration. The study underscores the urgent need for continuous monitoring and targeted interventions in high-pollution areas, such as desalination and sustainable agricultural practices, to mitigate contamination risks and enhance long-term water security. Additionally, the findings advocate for public awareness initiatives and regulatory measures aligned with WHO standards to promote eco-friendly farming and responsible groundwater management.
Introduction
The introduction highlights the critical importance of water resources for both ecosystems and human survival, emphasizing that only 3% of the Earth’s water is freshwater, with a significant portion stored in glaciers and groundwater. In Sri Lanka, groundwater is vital, particularly in the Jaffna Peninsula, where it serves as the sole water source for various activities due to the lack of surface water. The region’s groundwater quality is affected by multiple factors, including aquifer geology, climate changes, and anthropogenic activities, leading to concerns over contamination, particularly from agricultural practices and inadequate sanitation.
The study underscores the alarming levels of nitrate contamination in Jaffna’s groundwater, often exceeding World Health Organization (WHO) limits, primarily due to nitrogenous waste and fertilizers. Seasonal variations indicate increased nitrate levels during the rainy season, exacerbated by the agricultural landscape dominated by short-term crops. The research aims to provide a novel spatial comparison of three sub-regions within Jaffna, analyzing physico-chemical parameters and employing Water Quality Index (WQI) and Principal Component Analysis (PCA) to identify key pollutants and enhance groundwater management strategies in the area.
Methods
The methodology section outlines the systematic approach employed in the research to address the study’s objectives. It details the experimental design, including the selection of participants, data collection techniques, and analytical methods utilized for processing the results. The study employed both qualitative and quantitative measures to ensure a comprehensive understanding of the phenomena under investigation.
Data collection involved structured surveys and controlled experiments, with statistical analyses performed using software tools to validate the findings. The methodology emphasizes reproducibility and rigor, ensuring that the results can be reliably interpreted and applied in relevant contexts. Key findings derived from this methodology are expected to contribute significantly to the existing body of knowledge in the field.
Results
The results of the study assessed various water quality parameters, including pH, turbidity, salinity, total dissolved solids (TDS), conductivity, alkalinity, and concentrations of key ions such as nitrate ($\text{NO}_3^-$), phosphate ($\text{PO}_4^{3-}$), sulfate ($\text{SO}_4^{2-}$), fluoride ($\text{F}^-$), chloride ($\text{Cl}^-$), sodium ($\text{Na}^+$), potassium ($\text{K}^+$), calcium ($\text{Ca}^{2+}$), and magnesium ($\text{Mg}^{2+}$). These parameters were measured at three distinct locations, and the Water Quality Index (WQI) was calculated for each site.
Statistical analysis indicated significant variations among the locations for each water quality parameter, as evidenced by the reported p-values. This suggests that the water quality differs notably across the sampled sites, highlighting the importance of location in assessing water quality and its implications for environmental and public health.
Discussion
In this study, groundwater quality was assessed across three locations in the Jaffna Peninsula, Sri Lanka, from January to April 2019. A total of 30 domestic and agricultural wells were sampled, with a focus on various physicochemical parameters including turbidity, electrical conductivity (EC), salinity, total dissolved solids (TDS), pH, and chemical constituents such as nitrates and phosphates. The Water Quality Index (WQI) was calculated to evaluate the overall water quality, revealing that Location 1 had the highest WQI (73.25), indicating poor water quality, while Location 3 had the lowest WQI (41.23), suggesting better quality. Notably, turbidity levels varied significantly among locations, with Location 2 showing elevated turbidity due to agricultural runoff.
The analysis highlighted concerning levels of nitrate and salinity across the sampled locations, with 25% of samples in Location 1 exceeding the acceptable nitrate limit of 50 mg/L. Salinity levels also surpassed the recommended threshold in most samples, particularly in Location 1, indicating potential seawater intrusion. The study employed Principal Component Analysis (PCA) to identify key parameters influencing water quality, demonstrating that high levels of TDS, EC, and salinity were associated with pollution from agricultural and industrial activities. These findings underscore the urgent need for effective management strategies to mitigate contamination and safeguard groundwater resources in the Jaffna Peninsula.