DOI: https://doi.org/10.1007/s43621-025-01174-0
تاريخ النشر: 2025-04-25
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: المياه الجوفية وكيمياء النظائر
نظرة عامة
تدرس الدراسة التغيرات الموسمية في الجيوكيمياء للمياه الجوفية لأغراض الشرب والري في منطقة أونده ناغناث، ماهاراشترا، الهند، باستخدام ستين محطة لجمع المياه خلال مواسم ما قبل وبعد الرياح الموسمية لعام 2022. تشمل المعلمات الرئيسية التي تم تحليلها الرقم الهيدروجيني، الموصلية الكهربائية، المواد الصلبة الذائبة الكلية، ومجموعة متنوعة من الكاتيونات والأنيونات، وفقًا للطرق التحليلية لجمعية الصحة العامة الأمريكية. بينما تلبي معظم المعلمات معايير مكتب المعايير الهندية، تشمل الاستثناءات الرقم الهيدروجيني، الصلابة الكلية، النترات، الفلورايد، والبوتاسيوم، التي تتجاوز الحدود المقبولة لمياه الشرب. تم تقييم ملاءمة الري باستخدام مؤشرات مثل مؤشر كيلي ونسبة امتصاص الصوديوم، مما يكشف أن نسبة كبيرة من العينات غير مناسبة للري بسبب ارتفاع نسبة كربونات الصوديوم المتبقية ونسب المغنيسيوم.
تشير التحليلات الهيدروكيميائية إلى أن وفرة الكاتيونات تتبع ترتيب الكالسيوم، المغنيسيوم، الصوديوم، والبوتاسيوم، بينما تختلف وفرة الأنيونات بين مواسم ما قبل وبعد الرياح الموسمية. يتم تصنيف جودة المياه الجوفية عمومًا على أنها مناسبة بشكل معتدل للشرب، مع خرائط التوزيع المكاني التي تبرز مناطق الجودة المتوسطة المتأثرة بالعوامل الجيولوجية والأنثروبوجينية. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى المراقبة المستمرة وتنفيذ ممارسات إدارة المياه المستدامة، بما في ذلك تقنيات الري الحديثة وتدابير مكافحة التلوث، لتحسين جودة المياه الجوفية. تشمل التوصيات للبحوث المستقبلية تتبع التغيرات في المياه الجوفية وتحديد مصادر التلوث للتخفيف من المخاطر الصحية المرتبطة بجودة المياه.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الأهمية الحاسمة للمياه كمورد طبيعي أساسي للحفاظ على الحياة على الأرض. تشير إلى أن 3% فقط من مياه الأرض هي مياه عذبة، بينما 97% المتبقية هي مياه مالحة. علاوة على ذلك، تؤكد أن حوالي 70% من المياه العذبة المتاحة مخزنة في الأنهار الجليدية. يميز النص بين المياه السطحية والمياه تحت السطحية (المياه الجوفية)، مما يبرز الأهمية الأكبر للمياه الجوفية في سياق موارد المياه. هذه الفهم الأساسي يمهد الطريق لاستكشاف آثار توفر المياه العذبة وإدارتها في الأقسام اللاحقة من البحث.
طرق
في هذه الدراسة، تم جمع ما مجموعه 120 عينة من المياه من مصادر مختلفة، بما في ذلك الآبار المحفورة، الآبار الارتوازية، ومضخات اليد، خلال مواسم ما قبل الرياح الموسمية وما بعد الرياح الموسمية لعام 2022. ساهمت كل موسم بـ 60 عينة، مع مواقع تقع أساسًا في المناطق الزراعية والريفية، بالإضافة إلى عينة واحدة من المياه السطحية في سد سيدهيشوار. تم جمع العينات في زجاجات بلاستيكية مغسولة مسبقًا، مختومة، وموسومة، ونُقلت إلى المختبر للتحليل الكيميائي. شملت القياسات الميدانية الرقم الهيدروجيني، الموصلية الكهربائية (EC)، والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، باستخدام جهاز اختبار متعدد المعلمات. تم إجراء تحليلات إضافية للكالسيوم (Ca)، المغنيسيوم (Mg)، الصلابة الكلية (TH)، كربونات (CO₃)، بيكربونات (HCO₃)، كلوريد (Cl)، صوديوم (Na)، بوتاسيوم (K)، كبريتات (SO₄)، فلورايد (F)، ونترات (NO₃) باستخدام طرق المعايرة وأجهزة تحليلية متنوعة، بما في ذلك مقياس ضوء اللهب ومقياس الطيف فوق البنفسجي.
تم إجراء تحليل جغرافي مكاني باستخدام برنامج ArcGIS 10.8، مع استخدام تقنيات وزن المسافة العكسية (IDW) لإنشاء خرائط التباين المكاني للمعلمات الفيزيائية الكيميائية ومؤشرات الري. سهلت هذه الطريقة تحديد المناطق الملوثة عبر مواقع جمع العينات المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء خريطة جيولوجية استنادًا إلى خريطة الموارد الإقليمية من المسح الجيولوجي الهندي. يتم تلخيص معلمات جودة المياه وطرقها التحليلية في الجدول 1، بينما تم تقييم الملاءمة للري باستخدام مخطط مختبر ملوحة الولايات المتحدة (USSL) استنادًا إلى نسبة امتصاص الصوديوم (SAR) وقيم الموصلية الكهربائية للمياه الجوفية.
النتائج
تشير نتائج التحليل الفيزيائي الكيميائي لمعايير جودة المياه، مقارنة بمعايير الشرب الخاصة بـ BIS، إلى نطاق الرقم الهيدروجيني من 6.9 إلى 8. تُعزى التغيرات في هذه القيم إلى استخدام الأسمدة المحتوية على النيتروجين في منطقة الدراسة، حيث يؤثر تخفيف المياه الجوفية بشكل كبير على تركيبها الكيميائي. تشير النتائج إلى أن المناطق في الوسط إلى الشمال، والشمال الغربي، وأجزاء من المناطق الشمالية الشرقية، وخاصة حيث يتعرض خزان تشكيل تشيكالي، تظهر جودة مياه جوفية جيدة مناسبة للشرب.
في المقابل، تظهر تشكيلات خزان بولدهانا وأجانتا، التي تتميز بوحدات بازلتية كثيفة، مستويات معتدلة من تلوث المياه الجوفية، مما يجعلها أقل ملاءمة للأغراض الزراعية والشرب. تعزز الطبيعة المختلطة لتشكيل تشيكالي، التي تتميز بتدفق باهويهو مع نفاذية و مسامية ملائمة، ملاءمة مياهها الجوفية للري، مما يبرز أهمية الخصائص الجيولوجية في تقييم جودة المياه.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على الدور الحاسم للمياه الجوفية كمصدر رئيسي للمياه العذبة في الهند، وخاصة في منطقة أونده ناغناث في ماهاراشترا. تسهم المياه الجوفية بشكل كبير في الري (62%) والإمدادات الحضرية (50%) والريفية (85%)، مما يبرز أهميتها للاحتياجات الزراعية والمحلية. تشير الدراسة إلى أن جودة المياه الجوفية تتأثر بعوامل متعددة، بما في ذلك التركيب الجيولوجي، الأنشطة البشرية، والتغيرات الموسمية. تعتبر الخصائص الفيزيائية الكيميائية للمياه الجوفية، مثل المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، الموصلية الكهربائية (EC)، والصلابة، ضرورية لتقييم ملاءمتها لأغراض الري والشرب.
تكشف النتائج أن جودة المياه الجوفية في المنطقة معتدلة، مع ظهور تركيزات عالية من الملوثات في بعض المناطق بسبب جريان المياه الزراعية والأنشطة الصناعية. تحدد البحث كاتيونات وأنيونات معينة تؤثر على جودة المياه، مثل الكالسيوم، المغنيسيوم، الصوديوم، والنترات، التي تتأثر بكل من العمليات الطبيعية والأنشطة البشرية. تؤكد الدراسة على ضرورة وجود استراتيجيات فعالة لإدارة المياه الجوفية للتخفيف من مخاطر التلوث وتحسين جودة المياه، مما يضمن ممارسات زراعية مستدامة وحماية الصحة العامة. يُقترح استخدام نظم المعلومات الجغرافية (GIS) كأداة قيمة لرسم خرائط المناطق الملوثة وتعزيز إدارة موارد المياه في المنطقة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s43621-025-01174-0
Publication Date: 2025-04-25
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Groundwater and Isotope Geochemistry
Overview
The study investigates the seasonal variations in groundwater geochemistry for drinking and irrigation purposes in Aundha Nagnath tehsil, Maharashtra, India, utilizing sixty water sampling stations during pre- and post-monsoon seasons of 2022. Key parameters analyzed include pH, electrical conductivity, total dissolved solids, and various cations and anions, following the analytical methods of the American Public Health Association. While most parameters meet the Bureau of Indian Standards, exceptions include pH, total hardness, nitrate, fluoride, and potassium, which exceed acceptable limits for drinking water. The irrigation suitability was assessed using indices such as Kelly’s index and Sodium Adsorption Ratio, revealing that a significant percentage of samples are unsuitable for irrigation due to elevated residual sodium carbonate and magnesium ratios.
The hydrochemical analysis indicates that cation abundance follows the order of Ca, Mg, Na, and K, while anion abundance varies between pre- and post-monsoon seasons. Groundwater quality is generally classified as moderately suitable for drinking, with spatial distribution maps highlighting areas of moderate quality influenced by both geogenic and anthropogenic factors. The study emphasizes the need for continuous monitoring and the implementation of sustainable water management practices, including modern irrigation techniques and pollution control measures, to enhance groundwater quality. Recommendations for future research include tracking groundwater variations and identifying pollution sources to mitigate health risks associated with water quality.
Introduction
The introduction highlights the critical importance of water as a natural resource essential for sustaining life on Earth. It notes that only 3% of the Earth’s water is freshwater, with the remaining 97% being saline. Furthermore, it emphasizes that approximately 70% of the available freshwater is stored in glaciers. The text distinguishes between surface water and sub-surface water (groundwater), underscoring the greater significance of groundwater in the context of water resources. This foundational understanding sets the stage for exploring the implications of freshwater availability and management in subsequent sections of the research.
Methods
In this study, a total of 120 water samples were collected from various sources, including dug wells, bore wells, and hand pumps, during the pre-monsoon and post-monsoon seasons of 2022. Each season contributed 60 samples, with locations primarily in agricultural and rural areas, as well as one sample from surface water at Siddheshwar dam. The samples were collected in prewashed plastic bottles, sealed, labeled, and transported to the laboratory for chemical analysis. Field measurements included pH, electrical conductivity (EC), and total dissolved solids (TDS), using a multiparameter tester. Further analyses of calcium (Ca), magnesium (Mg), total hardness (TH), carbonate (CO₃), bicarbonate (HCO₃), chloride (Cl), sodium (Na), potassium (K), sulfate (SO₄), fluoride (F), and nitrate (NO₃) were conducted using titrimetric methods and various analytical instruments, including a Flame Photometer and UV Spectrophotometer.
Geospatial analysis was performed using ArcGIS 10.8 software, employing inverse distance weighting (IDW) interpolation techniques to create spatial variation maps of the physicochemical parameters and irrigation indices. This method facilitated the identification of contaminated zones across different sampling sites. Additionally, a geology map was generated based on the district resource map from the Geological Survey of India. The water quality parameters and their respective analytical methods are summarized in Table 1, while the suitability for irrigation was assessed using the United States Salinity Laboratory (USSL) diagram based on sodium adsorption ratio (SAR) and EC values of the groundwater.
Results
The results of the physicochemical analysis of water quality parameters, compared against BIS drinking standards, indicate a pH range of 6.9 to 8. The variations in these values are attributed to the application of nitrogen-containing fertilizers in the study area, with groundwater dilution significantly influencing its chemical composition. The findings suggest that regions in the central to northern, north-western, and parts of the north-eastern areas, particularly where the Chikhali formation aquifer is exposed, exhibit good groundwater quality suitable for drinking.
In contrast, the Buldhana and Ajanta aquifer formations, characterized by dense basaltic ‘aa’ units, show moderate levels of groundwater contamination, making them less suitable for agricultural and drinking purposes. The mixed nature of the Chikhali formation, featuring pahoehoe flow with favorable permeability and porosity, enhances its groundwater’s suitability for irrigation, highlighting the importance of geological characteristics in assessing water quality.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the critical role of groundwater as a primary freshwater resource in India, particularly in the Aundha Nagnath tehsil of Maharashtra. Groundwater contributes significantly to irrigation (62%) and urban (50%) and rural (85%) water supplies, highlighting its importance for both agricultural and domestic needs. The study indicates that groundwater quality is influenced by various factors, including geological composition, anthropogenic activities, and seasonal variations. The physicochemical characteristics of groundwater, such as total dissolved solids (TDS), electrical conductivity (EC), and hardness, are essential for assessing its suitability for irrigation and drinking purposes.
The findings reveal that groundwater quality in the region is moderate, with certain areas exhibiting high concentrations of contaminants due to agricultural runoff and industrial activities. The research identifies specific cations and anions that affect water quality, such as calcium, magnesium, sodium, and nitrate, which are influenced by both natural processes and human activities. The study underscores the necessity for effective groundwater management strategies to mitigate contamination risks and improve water quality, thereby ensuring sustainable agricultural practices and safeguarding public health. The use of Geographic Information Systems (GIS) is proposed as a valuable tool for mapping contaminated zones and enhancing water resource management in the region.