DOI: https://doi.org/10.1007/s44274-026-00563-0
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: المياه الجوفية وكيمياء النظائر
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الكيمياء الهيدروجيولوجية للمياه الجوفية في منطقة ميتور تالوك، تاميل نادو، مع التركيز على تلوث الفلورايد، ملاءمة الري، والمخاطر الصحية المرتبطة بالبشر. تم تحليل 47 عينة من المياه الجوفية تم جمعها خلال موسم ما بعد الأمطار لعام 2024 للمعلمات الفيزيائية والكيميائية الرئيسية. تراوحت تركيزات الفلورايد من 0.4 إلى 3.2 ملغ/لتر، مع تجاوز 38% من العينات الحد المسموح به من منظمة الصحة العالمية البالغ 1.5 ملغ/لتر. كشفت التحليلات أن كيمياء المياه الجوفية تتأثر بشكل أساسي بتفاعلات الصخور والمياه، والتي تتميز بوجود facies Ca-HCO₃ وCa-Mg-Cl المختلطة. أظهرت دراسات الارتباط وجود علاقة قوية بين مستويات الفلورايد والبيكربونات، والكالسيوم، والصوديوم، والموصلية الكهربائية، والمواد الصلبة الذائبة الكلية، مما يشير إلى أن العمليات الجيولوجية مثل ذوبان المعادن وتبادل الأيونات تلعب دورًا حاسمًا في تحريك الفلورايد.
تقييم ملاءمة الري، باستخدام طرق تصنيف متنوعة، حدد أن حوالي 78% من العينات مناسبة للري، بينما تم تصنيف حوالي 20% على أنها مشكوك فيها أو غير مناسبة. علاوة على ذلك، أبرز تقييم مخاطر الصحة العامة أن الأطفال معرضون بشكل خاص، حيث تجاوزت قيم معامل الخطر الوحدة في عدة مواقع. تؤكد النتائج على ضرورة استمرار مراقبة المياه الجوفية وتنفيذ استراتيجيات تخفيف مستهدفة لضمان مياه شرب آمنة وممارسات زراعية مستدامة في المناطق الصخرية الصلبة المتأثرة بالفلورايد.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للمياه الجوفية كمصدر رئيسي للمياه العذبة، خاصة في المناطق شبه الجافة والصخرية الصلبة في الهند، حيث غالبًا ما تكون المياه السطحية غير كافية. وتبرز المخاوف المتزايدة بشأن استدامة المياه الجوفية بسبب كل من العمليات الطبيعية والتأثيرات البشرية، مثل النمو السكاني وزيادة الأنشطة الزراعية، مما يؤدي إلى التلوث وتدهور جودة المياه. تتأثر التركيبة الكيميائية للمياه الجوفية بالتفاعلات الجيولوجية، وتبادل الأيونات، وذوبان المعادن، مع تداعيات كبيرة على الخصائص الهيدروكيميائية.
يؤكد البحث على ضرورة تقييم جودة المياه الجوفية من خلال مجموعة متنوعة من المعلمات الفيزيائية والكيميائية واستخدام أدوات مثل مخططات بايبر، وجيبس، وويلكوكس لفهم facies الهيدروكيميائية وملاءمة الري. كما يناقش تطبيق نظم المعلومات الجغرافية (GIS) للتحليل المكاني لجودة المياه، مما يمكّن من استقراء البيانات من المواقع المقاسة إلى المواقع غير المقاسة. يركز البحث على تلوث الفلورايد، المدفوع بكل من العمليات الجيولوجية والأنشطة البشرية، خاصة في منطقة ميتور تالوك، تاميل نادو، حيث تساهم التكوينات الجيولوجية الغنية بالفلورايد في ارتفاع مستويات الفلورايد في المياه الجوفية. تهدف الدراسة إلى تحليل العلاقة بين تركيزات الفلورايد والطبقات الصخرية، باستخدام طرق إحصائية ورسم خرائط مكانية لإبلاغ إدارة المياه الجوفية وحماية الصحة العامة في المنطقة.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المنهجية المستخدمة لجمع وتحليل عينات المياه الجوفية خلال موسم ما بعد الأمطار لعام 2024. تم جمع 47 عينة من المياه الجوفية من الآبار، باستخدام زجاجات بولي بروبيلين سعة 1 لتر تم غسلها مسبقًا بحمض النيتريك (HNO3) والماء المقطر لمنع التلوث. قبل جمع العينات، تم ضخ الآبار لمدة 5-10 دقائق لتقليل تأثير المياه الراكدة. تم قياس المعلمات الفيزيائية والكيميائية الرئيسية، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، والموصلية الكهربائية (EC)، باستخدام أجهزة قياس محمولة. تم نقل العينات بعد ذلك إلى المختبر للتحليل بعد تخزينها عند 4 °م.
تم إجراء تحليل المعلمات الفيزيائية والكيميائية، مثل الكالسيوم ($\text{Ca}^{2+}$)، والمغنيسيوم ($\text{Mg}^{2+}$)، والكلوريد ($\text{Cl}^-$)، والكربونات ($\text{CO}_3^{2-}$)، والبيكربونات ($\text{HCO}_3^-$)، باستخدام تقنيات المعايرة الحجمية القياسية. تم تحديد تركيزات الصوديوم ($\text{Na}^+$)، والبوتاسيوم ($\text{K}^+$)، والكبريتات ($\text{SO}_4^{2-}$) باستخدام مقياس ضوء اللهب ومطياف، بينما تم تحليل مستويات الفلورايد والنترات باستخدام مقياس الفلورايد ومقياس أقطاب النترات، على التوالي. تم حساب الصلابة الكلية لكربونات الكالسيوم ($\text{CaCO}_3$) باستخدام معادلة محددة، وتم الحفاظ على خطأ توازن الأيونات ضمن النطاق المقبول من ± 10%.
نتائج
يقدم قسم النتائج معلمات إحصائية تتعلق بجودة المياه الجوفية، كما هو موضح في الجدول 2. يلخص هذا الجدول المقاييس الرئيسية التي تقيم جوانب مختلفة من جودة المياه الجوفية، بما يتماشى مع نتائج الأبحاث السابقة المشار إليها كـ [85]. يوفر التحليل الإحصائي رؤى حول التركيبة وسلامة المياه الجوفية، مع تسليط الضوء على الاتجاهات والاختلافات الكبيرة في معلمات الجودة.
يمكن أن توضح المناقشة الإضافية لهذه النتائج التداعيات على الصحة البيئية وإدارة موارد المياه، على الرغم من عدم تفصيل النتائج والتفسيرات المحددة في النص المقدم. بشكل عام، تؤكد البيانات على أهمية المراقبة المستمرة وتقييم جودة المياه الجوفية لضمان الصحة العامة والاستدامة البيئية.
مناقشة
تكشف الدراسة التي أجريت في منطقة ميتور تالوك، مقاطعة سالم، تاميل نادو، عن رؤى مهمة حول جودة المياه الجوفية وتداعياتها على صحة الإنسان. تشهد المنطقة هطول أمطار سنوي يبلغ حوالي 804.3 ملم، وهو أقل بكثير من متوسط المقاطعة البالغ 1019 ملم. تشمل التركيبة الجيولوجية أنواعًا مختلفة من الجرانيت والصخور المتحولة، مما يسهم في وجود المياه الجوفية تحت ظروف غير محصورة ومحصورة. تؤثر التقلبات الموسمية في مستويات المياه الجوفية على الأمطار الموسمية، مما يؤدي إلى زيادة تركيزات الفلورايد بسبب تعزيز تفاعلات المياه والصخور خلال فترات الجفاف الطويلة. تسلط الدراسة الضوء على أن 38% من عينات المياه الجوفية تتجاوز الحد المسموح به من الفلورايد الذي حددته منظمة الصحة العالمية (WHO) البالغ 1.5 ملغ/لتر، مما يشكل مخاطر من الفلورايد السني والهيكلي، خاصة في المناطق الريفية التي تعتمد على المياه الجوفية غير المعالجة.
تشير تقييمات مؤشر جودة المياه الجوفية (GWQI) إلى أن 88% من العينات تقع ضمن فئة “جيدة” لمياه الشرب، بينما تم تصنيف 12% على أنها “سيئة”، ويرجع ذلك أساسًا إلى التأثيرات البشرية. يصنف مؤشر تلوث الفلورايد (FPI) مستويات الفلورايد، كاشفًا أن 11% من العينات تظهر مستويات تلوث عالية. يشير تقييم مخاطر الصحة العامة إلى أن الأطفال معرضون بشكل خاص، حيث يتجاوز نسبة كبيرة منهم حدود التعرض الآمن للفلورايد. تؤكد النتائج على ضرورة المراقبة المستمرة واستراتيجيات إدارة المياه الفعالة، بما في ذلك طرق إزالة الفلورايد، للتخفيف من المخاطر الصحية المرتبطة بتلوث الفلورايد في المياه الجوفية. بشكل عام، تؤكد الدراسة على العلاقة الحاسمة بين جودة المياه الجوفية، وأنماط هطول الأمطار الموسمية، والصحة العامة، داعية إلى تدخلات مستهدفة لحماية الفئات المعرضة للخطر.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44274-026-00563-0
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Groundwater and Isotope Geochemistry
Overview
This study investigates the hydrogeochemistry of groundwater in Mettur Taluk, Tamil Nadu, focusing on fluoride contamination, irrigation suitability, and associated human health risks. A total of 47 groundwater samples collected during the post-monsoon season of 2024 were analyzed for key physicochemical parameters. Fluoride concentrations varied from 0.4 to 3.2 mg/L, with 38% of samples surpassing the World Health Organization’s permissible limit of 1.5 mg/L. The analysis revealed that groundwater chemistry is primarily influenced by rock-water interactions, characterized by dominant Ca-HCO₃ and mixed Ca-Mg-Cl facies. Correlation studies indicated a strong association between fluoride levels and bicarbonate, calcium, sodium, electrical conductivity, and total dissolved solids, suggesting that geogenic processes such as mineral dissolution and ion exchange are critical in fluoride mobilization.
The irrigation suitability assessment, utilizing various classification methods, determined that approximately 78% of the samples are suitable for irrigation, while about 20% are classified as questionable to unsuitable. Furthermore, the human health risk assessment highlighted that children are particularly vulnerable, with hazard quotient values exceeding unity in several locations. The findings underscore the necessity for ongoing groundwater monitoring and the implementation of targeted mitigation strategies to ensure safe drinking water and sustainable agricultural practices in fluoride-affected hard rock regions.
Introduction
The introduction highlights the critical role of groundwater as a primary source of fresh water, particularly in semi-arid and hard rock regions of India, where surface water is often insufficient. It underscores the growing concerns regarding groundwater sustainability due to both natural processes and anthropogenic influences, such as population growth and intensified agricultural activities, which lead to contamination and degradation of water quality. The chemical composition of groundwater is influenced by geological interactions, ion exchange, and mineral dissolution, with significant implications for hydrochemical properties.
The paper emphasizes the necessity of assessing groundwater quality through various physicochemical parameters and the use of tools like Piper, Gibbs, and Wilcox diagrams for understanding hydrochemical facies and irrigation suitability. It also discusses the application of Geographic Information Systems (GIS) for spatial analysis of water quality, enabling the extrapolation of data from gauged to ungauged sites. The research focuses on fluoride contamination, driven by both geogenic processes and human activities, particularly in Mettur Taluk, Tamil Nadu, where fluoride-rich geological formations contribute to elevated fluoride levels in groundwater. The study aims to analyze the correlation between fluoride concentrations and lithology, employing statistical methods and spatial mapping to inform groundwater management and safeguard public health in the region.
Methods
In this section, the authors detail the methodology employed for groundwater sampling and analysis during the post-monsoon season of 2024. A total of 47 groundwater samples were collected from borewells, utilizing 1 L polypropylene bottles that were pre-washed with nitric acid (HNO3) and distilled water to prevent contamination. Prior to sample collection, the wells were pumped for 5-10 minutes to minimize the influence of stagnant water. Key physicochemical parameters, including pH, total dissolved solids (TDS), and electrical conductivity (EC), were measured using handheld meters. The samples were subsequently transported to the laboratory for analysis after being stored at 4 °C.
The analysis of physical and chemical parameters, such as calcium ($\text{Ca}^{2+}$), magnesium ($\text{Mg}^{2+}$), chloride ($\text{Cl}^-$), carbonate ($\text{CO}_3^{2-}$), and bicarbonate ($\text{HCO}_3^-$), was conducted using standard volumetric titration techniques. Sodium ($\text{Na}^+$), potassium ($\text{K}^+$), and sulfate ($\text{SO}_4^{2-}$) concentrations were determined with a flame photometer and spectrometer, while fluoride and nitrate levels were analyzed using a fluorimeter and nitrate electrode meter, respectively. The total hardness of calcium carbonate ($\text{CaCO}_3$) was calculated using a specified equation, and the ionic balance error was maintained within the acceptable range of ± 10%.
Results
The results section presents statistical parameters related to groundwater quality, as detailed in Table 2. This table summarizes key metrics that assess various aspects of groundwater quality, aligning with the findings of previous research referenced as [85]. The statistical analysis provides insights into the composition and safety of groundwater, highlighting significant trends and variations in quality parameters.
Further discussion of these results may elucidate the implications for environmental health and water resource management, although specific findings and interpretations are not detailed in the provided text. Overall, the data underscores the importance of continuous monitoring and assessment of groundwater quality to ensure public health and ecological sustainability.
Discussion
The study conducted in Mettur Taluk, Salem district, Tamil Nadu, reveals significant insights into groundwater quality and its implications for human health. The region experiences an annual rainfall of approximately 804.3 mm, which is notably lower than the district average of 1019 mm. The geological composition includes various granite types and metasedimentary rocks, contributing to groundwater that exists under both unconfined and confined conditions. Seasonal fluctuations in groundwater levels are influenced by monsoonal rains, with prolonged dry periods leading to increased fluoride concentrations due to enhanced water-rock interactions. The study highlights that 38% of groundwater samples exceed the World Health Organization’s (WHO) permissible fluoride limit of 1.5 mg/L, posing risks of dental and skeletal fluorosis, particularly in rural areas reliant on untreated groundwater.
The Groundwater Quality Index (GWQI) assessment indicates that 88% of samples fall within the “good” category for drinking water, while 12% are classified as “poor,” primarily due to anthropogenic influences. The Fluoride Pollution Index (FPI) further categorizes fluoride levels, revealing that 11% of samples exhibit high pollution levels. A human health risk assessment indicates that children are particularly vulnerable, with a significant percentage exceeding safe fluoride exposure limits. The findings underscore the necessity for continuous monitoring and effective water management strategies, including defluoridation methods, to mitigate health risks associated with fluoride contamination in groundwater. Overall, the study emphasizes the critical relationship between groundwater quality, seasonal rainfall patterns, and public health, advocating for targeted interventions to protect at-risk populations.