DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-37683-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41617989
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Abhijeet Das
الموضوع الرئيسي: جودة المياه وتقييم التلوث
نظرة عامة
نهر براهماني في أوديشا، وهو مصدر حيوي للمياه العذبة وموطن للأنواع السمكية المحلية، يعاني من مشاكل كبيرة في جودة المياه. تم إجراء دراسة شاملة لتوصيف الهيدروكيمياء في روركلا، حيث تم تقييم جودة مياه النهر باستخدام عدة مؤشرات لجودة المياه (WQI): مؤشر جودة المياه في كولومبيا البريطانية (BC) ومؤشر الجودة الكندية (C) ومؤشر الجودة الماليزي (M) ومؤشر الجودة في أوريغون (O) ومؤشر الجودة المعين (A). تراوحت مستويات pH في عينات المياه بين 5.33 و7.06، مما يشير إلى حالة حمضية قليلاً إلى قلوية مناسبة لمختلف أشكال الحياة المائية. أظهر BCWQI أن 20% فقط من عينات المياه كانت مناسبة للشرب، بينما صنف مؤشر الجودة الكندية 40% من العينات على أنها ذات جودة متوسطة إلى رديئة. أشار مؤشر الجودة المعين إلى أن 20% من العينات كانت ممتازة إلى جيدة للاستهلاك البشري، وأظهر مؤشر الجودة الماليزي أن 60% من العينات تلبي معايير الشرب الآمنة. تراوحت نتائج مؤشر الجودة في أوريغون بين 34 و98، مما يعكس مخاوف مماثلة.
تسلط الدراسة الضوء على التغيرات الموسمية في جودة المياه، التي تأثرت بشكل كبير بالأنشطة الصناعية والتنمية الحضرية. تتماشى هذه النتائج مع أهداف التنمية المستدامة (SDGs) 6 و11 و12 و13 و15، مما يوفر أساسًا لصنع السياسات الإقليمية المستنيرة وإدارة موارد المياه بهدف التخفيف من التلوث من المصادر غير النقطية وتعزيز جودة المياه السطحية.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على الدور الحاسم للمياه في دعم الأنشطة البشرية المختلفة، لا سيما في مناطق مثل روركلا، الهند، حيث تعتبر ضرورية للشرب والزراعة والاستخدام الصناعي. على الرغم من مزايا الترشيح الطبيعي للمياه الجوفية، فإن مصادر المياه السطحية والجوفية مهددة بشكل متزايد بالتلوث الناتج عن الأنشطة البشرية. تسلط الورقة الضوء على أهمية مؤشرات جودة المياه (WQIs) كأدوات لتبسيط بيانات جودة المياه المعقدة إلى درجات مفهومة، مما يسهل اتخاذ القرارات الفعالة لصانعي السياسات والجمهور. ومع ذلك، غالبًا ما تفتقر مؤشرات الجودة التقليدية إلى العمق اللازم لفهم ديناميات التلوث بشكل كامل.
تركز الدراسة على نهر براهماني، الذي يعد حيويًا للصحة البيئية والاجتماعية والاقتصادية لروركلا، المدينة التي تشهد نموًا حضريًا سريعًا وتوسعًا صناعيًا. تحدد الأبحاث تلوث المعادن الثقيلة كقضية مهمة، لا سيما من المصادر الجيولوجية والأنشطة البشرية. تهدف إلى معالجة فجوة معرفية حاسمة من خلال استخدام خمسة مؤشرات معترف بها دوليًا لتقييم جودة المياه بشكل شامل، وتحديد مصادر التلوث، وتقييم الامتثال لمعايير مياه الشرب. من خلال استخدام أخذ عينات منهجية وتقنيات تحليلية متقدمة، تسعى الدراسة إلى تقديم رؤى حول صحة النهر وإبلاغ استراتيجيات الإدارة المستهدفة. من المتوقع أن تسهم النتائج في إدارة مستدامة لموارد المياه وتدعم المبادرات العالمية المتعلقة بالمياه النظيفة وأهداف التنمية المستدامة.
الطرق
توضح هذه القسم المنهجيات المستخدمة في تقييم مؤشرات جودة المياه (WQIs)، التي تعتبر أدوات حيوية لتقييم جودة المياه السطحية والجوفية. توفر هذه المؤشرات بيانات أساسية لزيادة الوعي العام وصنع السياسات بشأن قضايا جودة المياه، لا سيما فيما يتعلق بتأثير التخلص من النفايات على مصادر المياه القريبة (Ilić et al. 2024; Sajib et al. 2023). أدت التطورات الأخيرة إلى إنشاء مؤشرات جودة مياه مختلفة عبر دول مختلفة، تهدف إلى فهم ملاءمة المياه لمجالات استخدام متنوعة، بما في ذلك الشرب والاستخدام الزراعي (Talukdar et al. 2024).
تشمل الأمثلة البارزة لهذه المؤشرات مؤشر جودة المياه في كولومبيا البريطانية (BCWQI) (Suriadikusumah et al. 2021)، ومؤشر جودة المياه لمجلس وزراء البيئة الكندي (CWQI) (Yeob et al. 2025)، ومؤشر جودة المياه المعين (AWQI) (Khan et al. 2023)، ومؤشر جودة المياه الماليزي (MWQI) (Shahrir et al. 2023)، ومؤشر جودة المياه في أوريغون (OWQI) (Lee et al. 2024). يتم توضيح المنهجيات الأساسية لهذه المؤشرات بشكل أكبر في الأقسام التالية من البحث.
النتائج
في تقييم جودة المياه السطحية في مدينة روركلا، تم تحليل اثني عشر معلمة فيزيائية كيميائية رئيسية لتقييم حالة وقابلية استخدام المسطحات المائية المحلية. شملت المعلمات القلوية والبوتاسيوم ($K^+$) والصوديوم ($Na^+$) والفوسفات ($PO_4^{3-}$) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والموصلية الكهربائية (EC) وpH والنحاس ($Cu^{2+}$) والزنك ($Zn^{2+}$) والرصاص ($Pb^{2+}$) والحديد ($Fe^{2+}$) والصلابة الكلية (TH). تم استخدام تركيزات هذه المؤشرات لتقييم التأثيرات الطبيعية والبشرية على جودة المياه، كما أشار خان وعمر (2024).
لتسهيل مقارنة شاملة للاختلافات عبر مواقع أخذ العينات المختلفة، تم تمثيل النتائج بصريًا باستخدام مخططات رادارية (الشكل 2a-l)، مما قدم نظرة متعددة الأبعاد على ملف جودة المياه. تساعد هذه التصويرات في فهم التفاعلات المعقدة والاختلافات في معلمات جودة المياه عبر المواقع التي تم تقييمها.
المناقشة
تركز الدراسة على نظام نهر براهماني في روركلا، أوديشا، وهي منطقة تتميز بنشاط صناعي كبير، بما في ذلك مصنع فولاذ رئيسي. تشهد المنطقة كثافة سكانية عالية واستخدامات أراضي متنوعة، تتراوح بين الحضرية والريفية، وغالبًا ما يشار إليها باسم “ريف حضري”. تؤكد الأبحاث على أهمية تقييم جودة المياه خلال موسم ما قبل الأمطار، عندما تكون تركيزات الملوثات عادةً في أعلى مستوياتها بسبب انخفاض تدفقات النهر. تم جمع 12 عينة من المياه وتحليلها لمختلف المعلمات، بما في ذلك pH والموصلية الكهربائية (EC) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والمعادن الثقيلة، لتقييم تأثير النفايات الصناعية واستخدام الأراضي على جودة المياه.
تشير النتائج إلى أن جودة المياه في المنطقة تختلف بشكل كبير، حيث أظهر مؤشر جودة المياه في كولومبيا البريطانية (BCWQI) متوسط درجة 52.80، مما يصنفها على أنها ذات جودة “حدودية”. تم تصنيف حوالي 40% من عينات المياه على أنها ممتازة إلى متوسطة للشرب، بينما انخفضت 60% إلى فئات حدودية إلى رديئة، مما قد يتأثر بالجريان الموسمي والتصريفات الصناعية. كما استخدمت الدراسة مؤشرات جودة مياه أخرى، مثل مؤشر جودة المياه الكندية (CWQI) ومؤشر جودة المياه المعين (AWQI)، مما أبرز المزيد من التباين في جودة المياه عبر مواقع أخذ العينات المختلفة. بشكل عام، تؤكد النتائج على الحاجة إلى مراقبة مستمرة واستراتيجيات إدارة لمعالجة تحديات التلوث التي تواجه نظام نهر براهماني.
القيود
تتعدد قيود الدراسة حول ديناميات جودة المياه السطحية في مدينة روركلا. أولاً، يركز التحليل بشكل أساسي على معلمات المياه السطحية، متجاهلاً بيانات جودة المياه الجوفية، مما يعيق فهمًا شاملاً للنظام الهيدرولوجي. كانت تغطية شبكة المراقبة الجغرافية وتكرار أخذ العينات محدودة أيضًا، مما قد يؤثر على دقة ووضوح تقييمات التغيرات الزمنية. بالإضافة إلى ذلك، فإن اعتماد الدراسة على بيانات موسم ما قبل الأمطار يحد من القدرة على التقاط التغيرات الموسمية في التلوث، وقد يتجاهل استخدام البيانات الثانوية ومؤشرات جودة المياه القياسية الأحداث التلوث المحلية والملوثات الناشئة.
علاوة على ذلك، فإن غياب التقييمات الطولية عبر مواسم مختلفة يحد من الرؤى حول التحولات الزمنية في جودة المياه. لم يتم دمج العوامل الاجتماعية والاقتصادية التي تؤثر على جودة المياه، مثل النمو السكاني والتوسع الصناعي، في التحليل. تقترح الدراسة أن دمج أنظمة المراقبة في الوقت الحقيقي، والنمذجة الهيدرولوجية، والتحليلات التنبؤية المدفوعة بالذكاء الاصطناعي قد يعزز استراتيجيات إدارة موارد المياه. أخيرًا، على الرغم من الاعتراف بتأثيرات تغير المناخ، إلا أنه لم يتم فحصها بشكل كمي، مما يشير إلى الحاجة إلى دراسات طولية لفهم الآثار طويلة الأجل تحت سيناريوهات مناخية متغيرة. يعد معالجة هذه القيود في الأبحاث المستقبلية أمرًا ضروريًا لحماية استدامة نهر براهماني وتعزيز الأساس العلمي لإدارة موارد المياه بشكل فعال في روركلا والمناطق شبه الحضرية المماثلة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-37683-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41617989
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Abhijeet Das
Primary Topic: Water Quality and Pollution Assessment
Overview
The Brahmani River in Odisha, a crucial freshwater source and habitat for native fish species, is experiencing significant water quality issues. A comprehensive hydro-chemical characterization study was conducted in Rourkela, assessing the river’s water quality using multiple Water Quality Indices (WQI): British Columbia (BC) WQI, Canadian (C) WQI, Malaysian (M) WQI, Oregon (O) WQI, and Assigned (A) WQI. The pH levels of the water samples ranged from 5.33 to 7.06, indicating a slightly acidic to alkaline condition conducive to various aquatic life. The BCWQI revealed that only 20% of the water samples were suitable for drinking, while the Canadian WQI classified 40% of the samples as fair to poor quality. The Assigned WQI indicated that 20% of samples were excellent to good for human consumption, and the Malaysian WQI showed that 60% of samples met safe drinking standards. The Oregon WQI ranged from 34 to 98, reflecting similar concerns.
The study highlights the seasonal variability in water quality, significantly impacted by industrial activities and urban development. These findings align with Sustainable Development Goals (SDGs) 6, 11, 12, 13, and 15, providing a foundation for informed regional policy-making and water resource management aimed at mitigating pollution from non-point sources and enhancing surface water quality.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the critical role of water in supporting various human activities, particularly in regions like Rourkela, India, where it is essential for drinking, agriculture, and industrial use. Despite groundwater’s natural filtration advantages, both surface and groundwater sources are increasingly threatened by contamination from anthropogenic activities. The paper highlights the importance of Water Quality Indices (WQIs) as tools for simplifying complex water quality data into understandable scores, facilitating effective decision-making for policymakers and the public. However, traditional WQIs often lack the depth needed to fully understand pollution dynamics.
The study focuses on the Brahmani River, which is vital for the ecological and socioeconomic health of Rourkela, a city experiencing rapid urban growth and industrial expansion. The research identifies heavy metal contamination as a significant concern, particularly from geogenic sources and human activities. It aims to address a critical knowledge gap by employing five internationally recognized WQIs to assess water quality comprehensively, identify contamination sources, and evaluate compliance with drinking water standards. By utilizing systematic sampling and advanced analytical techniques, the study seeks to provide insights into the river’s health and inform targeted management strategies. The findings are expected to contribute to sustainable water resource management and support global initiatives related to clean water and sustainable development goals.
Methods
The section outlines the methodologies employed in assessing water quality indices (WQIs), which serve as critical tools for evaluating the quality of surface and groundwater. These indices provide essential data for public awareness and policy-making regarding water quality issues, particularly in relation to the impact of waste disposal on nearby water sources (Ilić et al. 2024; Sajib et al. 2023). Recent developments have led to the creation of various WQIs across different countries, aimed at understanding the suitability of water for diverse applications, including drinking and agricultural use (Talukdar et al. 2024).
Notable examples of these indices include the British Columbia Water Quality Index (BCWQI) (Suriadikusumah et al. 2021), the Canadian Council of Ministers of the Environment Water Quality Index (CWQI) (Yeob et al. 2025), the Assigned Water Quality Index (AWQI) (Khan et al. 2023), the Malaysian Water Quality Index (MWQI) (Shahrir et al. 2023), and the Oregon Water Quality Index (OWQI) (Lee et al. 2024). The methodologies underlying these indices are further elaborated in the subsequent sections of the research.
Results
In the assessment of surface water quality in Rourkela City, twelve key physicochemical parameters were analyzed to evaluate the condition and usability of local water bodies. The parameters included Alkalinity, Potassium ($K^+$), Sodium ($Na^+$), Phosphate ($PO_4^{3-}$), Total Dissolved Solids (TDS), Electrical Conductivity (EC), pH, Copper ($Cu^{2+}$), Zinc ($Zn^{2+}$), Lead ($Pb^{2+}$), Iron ($Fe^{2+}$), and Total Hardness (TH). The concentrations of these indicators were utilized to assess both natural and anthropogenic influences on water quality, as referenced by Khan and Umar (2024).
To facilitate a comprehensive comparison of variations across different sampling sites, the results were visually represented using radar diagrams (Figure 2a-l), which provided a multi-dimensional overview of the water quality profile. This visualization aids in understanding the complex interactions and variations in water quality parameters across the assessed locations.
Discussion
The study focuses on the Brahmani River system in Rourkela, Odisha, a region characterized by significant industrial activity, including a major steel plant. The area experiences a high population density and diverse land use, ranging from urban to rural settings, often referred to as “rurban.” The research emphasizes the importance of assessing water quality during the pre-monsoon season, when pollutant concentrations are typically highest due to lower river flows. A total of 12 water samples were collected and analyzed for various parameters, including pH, electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS), and heavy metals, to evaluate the impact of industrial effluents and land use on water quality.
The findings indicate that the water quality in the region varies significantly, with the British Columbia Water Quality Index (BCWQI) revealing an average score of 52.80, categorizing it as “borderline” quality. Approximately 40% of the water samples were classified as excellent to fair for drinking, while 60% fell into borderline to poor categories, likely influenced by seasonal runoff and industrial discharges. The study also employed other water quality indices, such as the Canadian Water Quality Index (CWQI) and the Assigned Water Quality Index (AWQI), which further highlighted the variability in water quality across different sampling sites. Overall, the results underscore the need for ongoing monitoring and management strategies to address the pollution challenges faced by the Brahmani River system.
Limitations
The limitations of the study on surface water quality dynamics in Rourkela City are multifaceted. Firstly, the analysis is predominantly focused on surface water parameters, neglecting groundwater quality data, which hampers a comprehensive understanding of the hydrological system. The monitoring network’s geographic coverage and sampling frequency were also limited, potentially affecting the resolution and accuracy of temporal variation assessments. Additionally, the study’s reliance on pre-monsoon season data restricts the ability to capture seasonal pollution variations, and the use of secondary data and standard water quality indices may overlook localized pollution events and emerging contaminants.
Moreover, the absence of longitudinal assessments across different seasons limits insights into temporal shifts in water quality. Socioeconomic factors influencing water quality, such as population growth and industrial expansion, were not integrated into the analysis. The study suggests that incorporating real-time monitoring systems, hydrological modeling, and AI-driven predictive analyses could enhance water resource management strategies. Lastly, while climate change impacts were acknowledged, they were not quantitatively examined, indicating a need for longitudinal studies to understand long-term implications under varying climate scenarios. Addressing these limitations in future research is essential for safeguarding the sustainability of the Brahmani River and strengthening the scientific foundation for effective water resource management in Rourkela and similar semi-urban areas.