DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-18285-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41006725
تاريخ النشر: 2025-09-26
المؤلف: A. Antony Alosanai Promilton وآخرون
الموضوع الرئيسي: المياه الجوفية وكيمياء النظائر
نظرة عامة
تدرس الدراسة جودة المياه الجوفية والتغيرات الهيدروكيميائية الموسمية في منطقة فاليور في جنوب تاميل نادو، وهي منطقة تواجه تحديات من التلوث والضغوط السكانية. تكشف الأبحاث أن المياه الجوفية قلوية في الغالب (pH 7.14-8.35) مع توصيل كهربائي ومواد صلبة ذائبة إجمالية تتجاوز إرشادات منظمة الصحة العالمية في نسبة كبيرة من العينات. ومن الجدير بالذكر أن الصلابة الإجمالية تجاوزت الحدود المقبولة في ما يقرب من نصف العينات قبل موسم الأمطار وبعده. أظهرت التحليلات الإحصائية أن البوتاسيوم هو العامل الوحيد الذي يظهر تغيرًا موسميًا كبيرًا (p < 0.001)، بينما تأثرت الخصائص الهيدروكيميائية الأخرى بشكل رئيسي بالعمليات الجيولوجية. توضح مخطط بايبر الثلاثي الأبعاد تحول أنواع المياه من Ca²⁺-Mg²⁺-HCO₃⁻-Cl⁻ إلى Ca²⁺-Cl⁻-SO₄²⁻-HCO₃⁻ بين فترات ما قبل موسم الأمطار وما بعده. تسلط النتائج الضوء على أن تفاعلات الصخور والمياه، وخاصة تآكل السيليكات، حاسمة في التحكم في كيمياء المياه الجوفية، مع هيمنة عمليات تبادل الأيونات العادية. يعزز إعادة شحن موسم الأمطار بشكل كبير جودة مياه الشرب، مما يزيد من نسبة العينات ذات الجودة "الممتازة" من 48.33% إلى 70%. تقلل هذه التحولات من المخاطر الصحية المرتبطة باستخدام المياه الجوفية، بينما تظل جودة الري مناسبة باستمرار. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى المراقبة والإدارة المستمرة لضمان موارد المياه الجوفية المستدامة، موصية بإجراء أبحاث مستقبلية حول العناصر النزرة، والمعادن الثقيلة، وتأثيرات تغير المناخ على الأنماط الهيدروكيميائية.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” المواد والمنهجيات المستخدمة في البحث. يوضح التصميم التجريبي، بما في ذلك اختيار المواد، وإعداد التجارب، والإجراءات المتبعة لضمان إمكانية التكرار والدقة. يتم وصف التقنيات المحددة المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، مع تسليط الضوء على أي طرق إحصائية تم تطبيقها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات عن حجم العينة، وتدابير التحكم، وأي معدات أو برامج ذات صلة تم استخدامها خلال الدراسة. يضمن هذا النهج الشامل أن تكون النتائج قوية ويمكن التحقق منها من خلال الأبحاث المستقبلية. بشكل عام، تعتبر الطرق المستخدمة حاسمة لفهم موثوقية وقابلية تطبيق استنتاجات الدراسة.
النتائج
تشير النتائج إلى أن جودة المياه الجوفية هي قضية حاسمة بسبب المخاطر الصحية المحتملة المرتبطة بمستويات مرتفعة من الملوثات والأيونات الذائبة. تم إجراء تحليل كيميائي مقارن لعينات المياه الجوفية من مواسم ما قبل الأمطار وما بعدها، مع تقييم النتائج وفقًا لمعايير منظمة الصحة العالمية (WHO) لعام 2017. يتم تقديم النتائج التفصيلية في الجدول 3 (أ و ب)، مع تسليط الضوء على التغيرات في جودة المياه عبر الموسمين وتحديد الملوثات المحددة التي تثير القلق. تؤكد هذه التحليلات على أهمية المراقبة المستمرة لضمان مياه شرب آمنة والتخفيف من المخاطر الصحية المرتبطة بتلوث المياه الجوفية.
المناقشة
تناقش الأبحاث دراسة هيدروجيولوجية شاملة أجريت على مساحة 740 كم² تتميز بتضاريس متنوعة، بما في ذلك سلسلة جبال غات الغربية والمناطق المسطحة. تشهد منطقة الدراسة مناخًا شبه استوائي بمتوسط هطول سنوي يبلغ 879 مم، يأتي أساسًا من موسم الأمطار الشمالي الشرقي. تشمل التكوينات الجيولوجية السائدة صخور الجنايس البيوتيت الغنية بالجارنت وأنواع الصخور الأخرى، التي تؤثر على خصائص المياه الجوفية مثل النفاذية وعوائد الآبار. يكشف الإطار الهيدروجيولوجي عن أنظمة مياه جوفية متميزة، حيث تعتبر تكوينات الجنايس الميغوماتيتية هي المصدر الرئيسي للمياه الجوفية غير المحصورة، بينما تشكل الرواسب الطينية خزانات محصورة ذات عوائد أعلى.
تشير تحليلات استخدام الأراضي إلى أن الزراعة تهيمن على المنطقة، حيث تغطي 65.03% من المساحة، مما يشكل مخاطر محتملة على جودة المياه الجوفية بسبب جريان الأسمدة وممارسات الري. تم تقييم جودة المياه الجوفية من خلال أخذ عينات موسمية، مما يكشف عن اختلافات كبيرة في المعلمات الفيزيائية والكيميائية، بما في ذلك pH، والتوصيل الكهربائي (EC)، والمواد الصلبة الذائبة الإجمالية (TDS). أظهرت التحليلات الإحصائية، وخاصة ANOVA، أن معظم معلمات جودة المياه الجوفية لم تظهر اختلافات موسمية كبيرة، مما يشير إلى أن العوامل الجيولوجية تتحكم بشكل رئيسي في كيمياء المياه الجوفية. كما استخدمت الدراسة تصنيف facies الهيدروكيميائية ومؤشرات التشبع المعدني لفهم تطور المياه الجوفية وجودتها، مع تسليط الضوء على تأثير العمليات الجيولوجية على التغيرات الموسمية في جودة المياه.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-18285-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41006725
Publication Date: 2025-09-26
Author(s): A. Antony Alosanai Promilton et al.
Primary Topic: Groundwater and Isotope Geochemistry
Overview
The study investigates groundwater quality and seasonal hydrogeochemical variations in the Valliyur region of Southern Tamil Nadu, an area facing challenges from contamination and demographic pressures. The research reveals that groundwater is predominantly alkaline (pH 7.14-8.35) with electrical conductivity and total dissolved solids exceeding WHO guidelines in a significant percentage of samples. Notably, total hardness surpassed acceptable limits in nearly half of the pre-monsoon and post-monsoon samples. Statistical analysis indicated that potassium was the only parameter with significant seasonal variation (p < 0.001), while geological processes primarily influenced other hydrochemical characteristics. The Piper trilinear diagram illustrated a shift in water types from Ca²⁺-Mg²⁺-HCO₃⁻-Cl⁻ to Ca²⁺-Cl⁻-SO₄²⁻-HCO₃⁻ between pre-monsoon and post-monsoon periods. The findings highlight that rock-water interactions, particularly silicate weathering, are crucial in controlling groundwater chemistry, with normal ion exchange processes dominating. Seasonal monsoon recharge significantly improves drinking water quality, increasing the percentage of "Excellent" quality samples from 48.33% to 70%. This transformation reduces health risks associated with groundwater use, while irrigation quality remains consistently suitable. The study emphasizes the need for ongoing monitoring and management to ensure sustainable groundwater resources, recommending future research on trace elements, heavy metals, and the impacts of climate change on hydrogeochemical patterns.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and methodologies employed in the research. It details the experimental design, including the selection of materials, the setup of experiments, and the procedures followed to ensure reproducibility and accuracy. Specific techniques used for data collection and analysis are described, highlighting any statistical methods applied to interpret the results.
Additionally, the section may include information on the sample size, control measures, and any relevant equipment or software utilized during the study. This comprehensive approach ensures that the findings are robust and can be validated by future research. Overall, the methods employed are critical for understanding the reliability and applicability of the study’s conclusions.
Results
The results indicate that groundwater quality is a critical concern due to the potential health risks associated with elevated levels of contaminants and dissolved ions. A comparative chemical analysis of groundwater samples from pre-monsoon and post-monsoon seasons was conducted, with findings assessed against the World Health Organization (WHO) 2017 standards. The detailed results are presented in Table 3(a & b), highlighting variations in water quality across the two seasons and identifying specific contaminants of concern. This analysis underscores the importance of continuous monitoring to ensure safe drinking water and mitigate health risks associated with groundwater contamination.
Discussion
The research discusses a comprehensive hydrogeological study conducted over a 740 km² area characterized by diverse topography, including the Western Ghats mountain range and flat regions. The study area experiences a subtropical climate with an average annual precipitation of 879 mm, primarily from the northeast monsoon. The dominant geological formations include garnetiferous biotite gneiss and various other rock types, which influence groundwater characteristics such as transmissivity and well yields. The hydrogeological framework reveals distinct aquifer systems, with the Migmatitic Gneiss formation being the primary unconfined aquifer, while alluvial deposits form confined aquifers with higher yields.
Land use analysis indicates that agriculture dominates the region, covering 65.03% of the area, which poses potential risks to groundwater quality due to fertilizer runoff and irrigation practices. Groundwater quality was assessed through seasonal sampling, revealing significant variations in physicochemical parameters, including pH, electrical conductivity (EC), and total dissolved solids (TDS). Statistical analyses, particularly ANOVA, indicated that most groundwater quality parameters did not show significant seasonal differences, suggesting that geological factors primarily control groundwater chemistry. The study also employed hydrogeochemical facies classification and mineral saturation indices to understand groundwater evolution and quality, highlighting the influence of geological processes over seasonal variations in water quality.