DOI: https://doi.org/10.1007/s44288-026-00448-y
تاريخ النشر: 2026-02-16
المؤلف: Chinmay U. Dongare وآخرون
الموضوع الرئيسي: المياه الجوفية وكيمياء النظائر
نظرة عامة
تقدم ورقة البحث توصيفًا هيدروكيميائيًا مفصلًا للمياه الجوفية في حوض خابري، مما يبرز أهميتها كمصدر حيوي للمياه العذبة وسط المخاوف المتزايدة بشأن الاستدامة بسبب النمو السكاني والممارسات الزراعية. تحدد الدراسة القضايا الرئيسية التي تؤثر على استدامة المياه الجوفية، بما في ذلك انخفاض منسوب المياه بسبب الاستغلال المفرط وتدهور جودة المياه نتيجة الأنشطة البشرية.
تكشف النتائج أن المياه الجوفية في حوض خابري تتميز بوجود درجة حموضة محايدة إلى قلوية ضعيفة، وموصلية كهربائية منخفضة (EC)، ومواد صلبة ذائبة إجمالية منخفضة (TDS)، مما يشير إلى طبيعتها العذبة. تشمل الكاتيونات السائدة الكالسيوم والمغنيسيوم، بينما البيكربونات هي الأنيون السائد، المنسوب إلى تآكل الصخور البازلتية. ومن الجدير بالذكر أن المياه الجوفية لا تظهر أي آثار للملوثات، مما يشير إلى صلاحيتها العالية للشرب وملاءمتها للري، كما تم تأكيده من خلال المقارنات مع إرشادات مكتب المعايير الهندية (BIS). تؤكد الدراسة على أهمية المراقبة الموسمية المستمرة لتتبع تغييرات جودة المياه وتوصي بتوسيع التحليلات لتشمل ملوثات إضافية. يُعتبر إشراك المجتمع في الممارسات المستدامة أمرًا ضروريًا للحفاظ على هذه المورد القيم للأجيال القادمة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم جمع خمسة وأربعين عينة من المياه الجوفية قبل موسم الأمطار من الآبار المفتوحة في مايو 2023 لإجراء تحليل فيزيائي كيميائي شامل. تم تفصيل طرق أخذ العينات والتحليل في الموقع في المواد التكميلية S-1. تم إجراء التحليلات المخبرية وفقًا للإجراءات القياسية، حيث تم قياس معايير مثل الصلابة الكلية (TH)، القلوية الكلية (TA)، الكالسيوم ($\text{Ca}^{2+}$)، الكلوريد ($\text{Cl}^-$)، والبيكربونات ($\text{HCO}_3^-$) من خلال المعايرة الحجمية. تم تقييم تركيزات الصوديوم ($\text{Na}^+$) والبوتاسيوم ($\text{K}^+$) باستخدام الفوتومترية اللهبية، بينما تم تحليل النترات ($\text{NO}_3^-$) والكبريتات ($\text{SO}_4^{2-}$) عبر الفوتومترية فوق البنفسجية. تم حساب تركيز المغنيسيوم ($\text{Mg}^{2+}$) باستخدام المعادلة المقدمة (Eq. 1)، وتم التعبير عن جميع تركيزات الأيونات بوحدات mg/L، باستثناء الموصلية الكهربائية (EC)، التي تم الإبلاغ عنها بوحدات µS/cm.
لضمان موثوقية التحليل، تم تنفيذ بروتوكولات صارمة لمراقبة الجودة وضمانها، بما في ذلك المعايرة المنتظمة للأجهزة باستخدام معايير معتمدة والتحقق من خلال العينات الفارغة والتحليلات المكررة. تم حساب خطأ توازن الأيونات (IBE) (Eq. 5) لتأكيد دقة التحليل، مع قيود القيم المقبولة ضمن ± 10%. تم تقييم ملاءمة المياه الجوفية للشرب مقابل معايير مكتب المعايير الهندية (BIS، 2012)، بينما تم تقييم جودة الري باستخدام نسبة امتصاص الصوديوم (SAR، Eq. 2)، وكربونات الصوديوم المتبقية (RSC، Eq. 3)، ونسبة كيلي (KR، Eq. 4). تم استخدام مخطط جيبس لتحديد آليات كيمياء المياه الجوفية السائدة، وتم بناء مخطط بايبر ثلاثي الأبعاد لتوضيح الفيسيات الهيدروكيميائية. تم تصور التباينات المكانية في المعايير الفيزيائية الكيميائية من خلال التحليل الجغرافي المكاني باستخدام تقنية وزن المسافة العكسية (IDW) في ArcGIS 10.4.
النتائج
في هذا القسم، تقيم الدراسة ملاءمة المياه الجوفية قبل موسم الأمطار في حوض خابري للشرب والاستخدام الزراعي من خلال تحليل معايير فيزيائية كيميائية متنوعة. تتم مقارنة النتائج التحليلية مع معايير جودة مياه الشرب التي وضعها مكتب المعايير الهندية (BIS، 2012). يتم تلخيص المقاييس الإحصائية الرئيسية، بما في ذلك الحد الأقصى، الحد الأدنى، المتوسط، والانحراف المعياري لكل معيار في الجدول 1. ستوفر الأقسام الفرعية التالية نتائج ومناقشات مفصلة تتماشى مع أهداف الدراسة.
المناقشة
تقدم الأبحاث حول حوض خابري في منطقة دانغس بولاية غوجارات توصيفًا هيدروكيميائيًا مفصلًا لمياهه الجوفية، مما يكشف أنها محايدة إلى قلوية ضعيفة، مع نطاق درجة حموضة يتراوح بين 6.9 إلى 8.5. تشير قيم الموصلية الكهربائية (EC)، التي تتراوح بين 208 إلى 624 µS/cm، إلى انخفاض التمعدن، مما يصنف المياه الجوفية على أنها منخفضة التوصيل وعذبة، وهو ما يقل بشكل كبير عن القيم من المناطق الأكثر صناعية. تحدد الدراسة الكالسيوم والبيكربونات كالأيونات السائدة، المنسوبة إلى تآكل الصخور البازلتية، مع ملاحظة الحد الأدنى من التلوث البشري، كما يتضح من انخفاض تركيزات النترات والكبريتات.
تؤكد ملاءمة المياه الجوفية للشرب والري، حيث تفي جميع العينات بالحدود المسموح بها التي وضعها مكتب المعايير الهندية (BIS)، مع مؤشرات مثل نسبة امتصاص الصوديوم (SAR)، وكربونات الصوديوم المتبقية (RSC)، ونسبة كيلي (KR) تشير إلى ظروف ممتازة للري. تؤكد النتائج على أهمية المراقبة المستمرة لحماية جودة المياه ضد التأثيرات البشرية المحتملة في المستقبل، بينما تقترح أيضًا الحاجة إلى تحليلات أوسع لمزيد من الملوثات. تعتبر هذه البيانات الأساسية ضرورية لفهم الاستدامة طويلة الأجل لموارد المياه الجوفية في حوض خابري، مما يبرز ضرورة إشراك المجتمع في الممارسات المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44288-026-00448-y
Publication Date: 2026-02-16
Author(s): Chinmay U. Dongare et al.
Primary Topic: Groundwater and Isotope Geochemistry
Overview
The research paper provides a detailed hydrochemical characterization of groundwater in the Khapri watershed, highlighting its significance as a vital freshwater resource amidst growing concerns over sustainability due to population growth and agricultural practices. The study identifies key issues affecting groundwater sustainability, including declining water tables from over-exploitation and deteriorating water quality from anthropogenic activities.
The findings reveal that the groundwater in the Khapri watershed is characterized by a neutral to weakly alkaline pH, low electrical conductivity (EC), and low total dissolved solids (TDS), indicating its fresh nature. Dominant cations include calcium and magnesium, while bicarbonate is the predominant anion, attributed to silicate weathering of basaltic rocks. Notably, the groundwater shows no traces of contaminants, suggesting high potability and suitability for irrigation, as confirmed by comparisons with Bureau of Indian Standards (BIS) guidelines. The study emphasizes the importance of ongoing seasonal monitoring to track water quality changes and recommends expanding analyses to include additional contaminants. Community engagement in sustainable practices is deemed essential to preserve this valuable resource for future generations.
Methods
In this study, forty-five pre-monsoon groundwater samples were collected from open-dug wells in May 2023 for comprehensive physicochemical analysis. The sampling and in-situ analysis methods are detailed in supplementary material S-1. Laboratory analyses were conducted following standard procedures, measuring parameters such as total hardness (TH), total alkalinity (TA), calcium ($\text{Ca}^{2+}$), chloride ($\text{Cl}^-$), and bicarbonate ($\text{HCO}_3^-$) through volumetric titration. Sodium ($\text{Na}^+$) and potassium ($\text{K}^+$) concentrations were assessed using flame photometry, while nitrate ($\text{NO}_3^-$) and sulfate ($\text{SO}_4^{2-}$) were analyzed via UV-spectrophotometry. The concentration of magnesium ($\text{Mg}^{2+}$) was calculated using the provided equation (Eq. 1), and all ion concentrations were expressed in mg/L, except for electrical conductivity (EC), reported in µS/cm.
To ensure analytical reliability, rigorous quality control and assurance protocols were implemented, including regular calibration of instruments with certified standards and verification through blank samples and replicate analyses. The ion balance error (IBE) was calculated (Eq. 5) to confirm analytical accuracy, with acceptable values restricted to within ± 10%. Groundwater suitability for drinking was evaluated against the Bureau of Indian Standards (BIS, 2012), while irrigation quality was assessed using Sodium Absorption Ratio (SAR, Eq. 2), Residual Sodium Carbonate (RSC, Eq. 3), and Kelley’s Ratio (KR, Eq. 4). A Gibbs diagram was utilized to identify dominant groundwater chemistry mechanisms, and a Piper trilinear diagram was constructed to illustrate hydrochemical facies. Spatial variations in physicochemical parameters were visualized through geospatial analysis using the Inverse Distance Weightage (IDW) interpolation technique in ArcGIS 10.4.
Results
In this section, the study evaluates the suitability of pre-monsoon groundwater in the Khapri watershed for drinking and agricultural use by analyzing various physicochemical parameters. The analytical results are compared against the drinking water quality standards set by the Bureau of Indian Standards (BIS, 2012). Key statistical measures, including maximum, minimum, mean, and standard deviation for each parameter, are summarized in Table 1. The subsequent sub-sections will provide detailed results and discussions aligned with the study’s objectives.
Discussion
The research on the Khapri watershed in the Dangs district of Gujarat provides a detailed hydrochemical characterization of its groundwater, revealing that it is predominantly neutral to weakly alkaline, with a pH range of 6.9 to 8.5. The electrical conductivity (EC) values, ranging from 208 to 624 µS/cm, indicate low mineralization, classifying the groundwater as low conductive and fresh, which is significantly lower than values from more industrialized regions. The study identifies calcium and bicarbonate as the dominant ions, attributed to the weathering of basaltic rocks, with minimal anthropogenic contamination observed, as evidenced by low concentrations of nitrates and sulfates.
The groundwater’s suitability for drinking and irrigation is affirmed, as all samples meet the permissible limits set by the Bureau of Indian Standards (BIS), with indices such as Sodium Absorption Ratio (SAR), Residual Sodium Carbonate (RSC), and Kelly’s Ratio (KR) indicating excellent conditions for irrigation. The findings underscore the importance of ongoing monitoring to safeguard water quality against potential future anthropogenic impacts, while also suggesting the need for broader analyses of additional contaminants. This baseline data is crucial for understanding the long-term sustainability of groundwater resources in the Khapri watershed, emphasizing the necessity of community engagement in sustainable practices.