|
" بررسی مخاطرات زیست بوم رودخانه‌های منتخب استان‌های خوزستان، مازندران و آذربایجان غربی با استفاده شاخص‌های کیفیت رسوب "
| شماره شناسایی
|
:
|
18868267
|
| شماره مدرک
|
:
|
۶۰۱۲۹
|
| نام عام مواد
|
:
|
[گزارش نهایی -تجاری]
|
| شناسه افزوده
|
:
|
غریب رضا، محمدرضا
|
|
|
:
|
سلیمانی، فریدون
|
|
|
:
|
مهدیزاده، منصور
|
| عنوان اصلي
|
:
|
بررسی مخاطرات زیست بوم رودخانه‌های منتخب استان‌های خوزستان، مازندران و آذربایجان غربی با استفاده شاخص‌های کیفیت رسوب
|
| عنوان اصلي به زبان ديگر
|
:
|
:Ecological Risk Assessment of Selected Rivers in Mazandaran, Khuzestan, and West Azarbaijan Provinces using Sediment Quality Indices
|
| صفحه شمار
|
:
|
۱۵۲ ص.:مصور، عکس(رنگی)، جدول، نمودار، نقشه
|
| وضعیت انتشار
|
:
|
کرج: پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، ۱۴۰۰
|
| فروست
|
:
|
شماره ثبت ۶۰۱۲۹ مورخ ۱۴۰۰/۰۶/۰۶۶۰۱۲۹
|
|
|
:
|
شماره طرح ۹۶۰۴۲۶-۰۱۷-۲۹-۲۹-۰
|
|
|
:
|
شماره نامه: سامانه سمپات
|
|
|
:
|
این طرح: ترویجی است
|
| خلاصه یا چکیده
|
:
|
تحقیق حاضر در مقیاس ملی برای نخستین بار بر روی منابع رسوب سطحی و عمقی رودخانه‌های کارون، تجن و روضه‌چای و شهرچای به ترتیب در استان‌های خوزستان، مازندران و آذربایجان غربی با روش شناسی از پیش آزموده شده، اجرا شده است. تاکنون تحقیقات بسیاری بر کیفیت و آلودگی منابع آب رودخانه‌های کشور انجام شده است، لیکن شناخت کیفیت رسوب و برآورد مخطرات زیست بوم رودخانه‌ها در بازه‌های طولانی (بازه شهری، پیش و پس از آن) با دیدگاه مدیریت منابع رسوب به ندرت انجام شده است. به علاوه، تحقیق حاضر از منظر برآورد مخاطرات زیست بوم برای آبزیان و دیگر بهره برداران اعم از دام و انسان و مصارف مختلف دارای نوآوری است، چراکه غالب مطالعات انجام شده فقط به تعیین کیفیت منابع آب و خاک پرداخته و مخاطرات زیست بوم را با جزئیات برآورد نکرده‌اند. اهدافی چون تعیین سطح آلودگی و مخاطره آن برای بهره برداران، شناسایی بازه‌های پاک و آلوده رودخانه برای معرفی به بهره برداران، تعیین غلظت پایه غلظت عناصر خاص حوزه آبخیز مورد پژوهش، تعیین تأثیرگذارترین فلز سمی آلوده کننده، شناخت تأثیرگذارترین منابع آلاینده به منظور ارائه راهبردهای عملی جهت مدیریت مخاطرات زیست محیطی و شناخت قابلیت خودپالایی رودخانه‌های مورد بررسی از دیدگاه انواع آلاینده‌های مورد بررسی در این پژوهش تحقق یافته است. در تحقیق حاضر از استانداردهای LEL، PEL وSEL که به ترتیب نشاندهنده آستانه اولیه، احتمالی و اثرگذار غلظت فلزات سمی آرسنیک (As)، کادمیم (Cd)، مس (Cu)، سرب (Pb)، نیکل (Ni)، روی (Zn) و کرم (Cr) هستند، استفاده شده است. روش تکمیلی استفاده شده در این پژوهش، محاسبه شاخص‌های فاکتور آلودگی(Cf)، درجه آلودگی(Cd)، پتانسیل خطر اختصاصی فلزات سمی (Er) و بالاخره شاخص ریسک (RI) رسوبات اعم از سطحی و عمقی بوده است. به علاوه، فاکتور غنی‌شدگی به منظور شناسایی بازه‌هایی که از شرایط طبیعی عبور کرده و آلوده شده‌اند، در این تحقیق به‌کار برده شده است. در این پژوهش، سطوح آلودگی شاخص و به تعبیری افق‌های کلیدی در ستون رسوبات رودخانه‌های یاد شده شناسایی و با رویدادهای شاخص اقلیمی و تغییرات تراز دریاچه ارومیه و دریای خزر و رویدادهای هیدرولوژیکی همچون بیشینه آبگذری رودخانه‌ها در طی سیلآب‌ها تطابق داده شده است. در طول 65 کیلومتر از رودخانه کارون از محدوده ویس-ملاثانی در شمال تا جنوب اهواز، بیش از 35 کانون آلودگی شامل پساب صنعتی و کشاورزی و فاضلاب روستایی و شهری شناسایی شدند که بدون هرگونه پالایش مستقیماً به رودخانه کارون سرازیر می‌شوند. نتایج تحلیل مولفه اصلی در تایید فاکتور غنی¬شدگی و شاخص زمین انباشت نشان داد که سطح غنی‌شدگی عناصر آرسنیک، کادمیوم، روی، سرب نیکل، مس و کروم در محدوده آلودگی کم تا متوسط قرار دارد که از آن بین غنی‌شدگی کادمیوم ، سرب، روی و مس می¬تواند ناشی از فعالیت‌های انسان زاد باشد. میانگین غنی¬شدگی عناصر به ترتیب Cd>Pb>Zn>Cu>As>Cr>Ni است.بررسی میزان درجه آلودگی مغزه¬های رسوبی نشان داد که ستون رسوبات رودخانه کارون در بخش‌های جنوبی بازه شهری، جائی‌که شیب رودخانه بسیار کمتر شده و جریان رودخانه بیشتر تمایل به ترسیب بار رسوبی در مقابل حمل آنها دارند و هم افزایی اثرات پسآب‌های صنعتی، کشاورزی و شهری رخ داده، درجه آلودگی به ویژه در 50 سانتیمتر سطحی قابل ملاحظه است. در بخش میانی بازه شهری، حدفاصل کیانپارس تا پل قدیم که گسل اهواز باعث اختلاف سطح و عبور جریان‌های متلاطم و تندآب شده است، رسوبات ریزدانه جاذب آلودگی‌ها فرصت ترسیب کمتری داشته و ستون رسوبات در سطح آلودگی کم تا متوسط قرار دارند. رسوبات سطحی رودخانه کارون در بازه مورد مطالعه دارای غلظت نیکل و میزان کروم بیش از حداقل تراز آلودگی ISQG است. این مهم به دلیل ورود آلودگی‌های نفت-پیوند در طول سال‌های متمادی پس از توسعه صنعتی استان خوزستان بوده است. این رسوبات، همچنین در بازه شهری اهواز دارای غلظت آرسنیک بیش از حد استاندارد ISQG هستند. نتایج ارزیابی ریسک اکولوژیکی نشان دهنده افزایش این شاخص به سمت پایین دست رودخانه است. به طوری که بیشینه مقدار شاخص ریسک اکولوژیک در محل پل فولاد نمونه شناسایی شده است. اگرچه روند غنی‌شدگی عناصر کادمیم، سرب و روی نسبت به دیگر عناصر بیشتر بوده است، لیکن عناصر نیکل، کروم و آرسنیک در افزایش پتانسیل ریسک اکولوژیکی در رسوبات رودخانه کارون نقش بیشتری ایفا کرده‌اند. مقایسه تقدم و تأخر هفت عنصر سمی از منظر غلظت در رسوبات سطحی روضه‌چای و شهرچای با توالی آنها در پوسته زمین نشان از اثرات انسانی کم در حوضه آبخیز شهرچای و اثرات قابل ملاحظه به ویژه در دشت ساحلی روضه‌چای دارد. غلظت عناصر آرسنیک، کروم و نیکل در رسوبات سطحی روضه‌چای همگی فراتر از غلظت حداقل سطح آلودگی ISQGs این عناصر به‌دست آمده است. همچنین غلظت این عناصر سمی در رسوبات سطحی روضه‌چای در بازه اثرگذاری شهرک‌های صنعتی فراتر از PEL و SEL است. غلظت عناصر سمی مس، سرب و روی در بازه اثرگذاری شهرک‌های صنعتی روضه‌چای فراتر غلظت حداقل سطح آلودگی ISQGs است. همچنین، غلظت عناصر اصلی کلسیم، منیزیم و مواد مغذی سولفور، فسفر و مواد آلی نیز در بازه اثرگذاری شهرک‌های صنعتی روضه‌چای فراتر غلظت پایه آن عناصر در پوسته زمین و متوسط آنها در طول رودخانه هستند. بررسی غلظت عناصر سمی آرسنیک، نیکل و کروم در طول ستون رسوبات روضه‌چای نشان از فراتر بودن آنها از حداقل غلظت تراز ISQGs و غلظت عناصر سمی نیکل، روی و کروم از اعماق بیش از 37 سانتیمتر بیش از تراز آلودگی اثرگذر PEL است. افق‌های کلیدی واقع شده در اعماق 15، 21 و 47 سانتیمتری به عنوان افق‌های بیشینه غنی‌شدگی و آلودگی در ستون روضه‌چای شناسایی شدند که با رویدادهای بیشینه بارشی در سال‌های 1362، 1367، 1372، 1382، 1389و 1395 دارای تطابق قابل ملاحظه‌ای هستند. نتایج به‌دست آمده نشان داد فلزات سمی Zn، Cr، Pb، Cu و عناصر V و Li دارای بیشترین تطابق با رویدادهای محیطی به ویژه بارش، رواناب و تراز آب دریاچه ارومیه هستند. همچنین، غالب عناصر اصلی در فاصله زمانی 1980 تا 2000 که تراز آب دریاچه ارومیه بالا بوده است، دارای بیشترین غلظت و تمرکز در ستون رسوبات روضه‌چای در بخش سحلی بوده‌اند. در مقابل، از سال 2000 تا 2020 که غلظت غالب عناصر از حد متوسط آنها در ستون رسوبات کمتر بوده است، از یک سو وضعیت خشکسالی و کاهش رواناب و آورد رسوب و از یک سو فلزات در فاز محلول باقیمانده و به درون دریاچه ارومیه منتقل شده‌اند. شاخص درجه آلودگی (Cd) و شاخص ریسک (RI) بین سال‌های 1982 تا 1999 که تراز آب دریاچه ارومیه در بیشینه مقدار خود بوده و شرایط بارش در ترسالی و دبی روضه‌چای در حداکثر خود بوده، قابل ملاحظه است. در مقابل درجه آلودگی بین سال‌های 1999 تا 2002 به سطح آلودگی متوسط تقلیل پیدا کرده است. با افزایش نسبی بارش و وقوع رویدادهای سیلاب در 2012 موجب افزایش درجه آلودگی به متوسط در 20 سانتیمتری سطحی ستون رسوبات شده است. بر این اساس، در اعماق بیش از 37 سانتیمتر ستون رسوبات بخش ساحلی روضه‌چای شرایط مخاطره متوسطی برای زیست بوم رودخانه رقم خورده است. بیشینه شاخص ریسک در تراز متوسط در عمق 47 سانتیمتری و مطابق با بیشینه تراز دریاچه ارومیه در سال 1995 است. در استان مازندران و در طول رودخانه تجن در بازه شمال شهرستان ساری تا بخش ساحلی، غلظت عناصر سمی آرسنیک، کروم و نیکل در رسوبات سطحی فراتر از حداقل تراز ISQG و به تعبیری در آستانه مخاطره آمیزی هستند. شرایط نشان از وجود منشأهای طبیعی و انسانی آرسنیک به ویژه در محدوده شهری ساری می‌باشد. اثرات پساب صنعتی و فعالیت معادن شن و ماسه در رها سازی بخش ریز دانه آغشته به آلاینده‌ها در آلودگی رسوبات بسیار تأثیرگذار بوده است. از بین عناصر اصلی، متوسط غلظت کلسیم در رسوبات سطحی رودخانه تجن، بیش از 3 برابر غلظت آن در پوسته زمین است که می¬تواند به سبب ورود انواع رسوبات آهکی و پساب کشاورزی و صنعتی حاوی کربنات کلسیم باشد.بررسی غلظت عناصر سمی در ستون رسوبات رودخانه تجن در سه مغزه رسوبی مطالعه شده نشان داد که عناصر نیکل و کروم همچون رسوبات سطحی فراتر از حداقل تراز ISQG آنها می‌باشد. به علاوه، غلظت نیکل در سراسر ستون رسوبات پائین دست بازه شهری فراتر از تراز آلودگی با سمیت اثرگذار PEL است. این در حالی است که غلظت عنصر سمی آرسنیک نیز در سراسر ستون رسوبات بخش ساحلی رودخانه تجن فراتر از حداقل تراز ISQG است. به علاوه، غلظت عنصر سمی نیکل در اعماق 7-27 سانتیمتری و عمیق تر از 55 سانتیمتر در ستون رسوبات مغزه شماره 3 در بخش ساحلی رودخانه تجن پائین دست بازه شهری خزرآباد فراتر از تراز آلودگی با سمیت اثرگذار PEL می‌باشد. افق‌های کلیدی شاخصی که نشاندهنده رویدادهای محیطی در حوزه آبخیز و بخش ساحلی ناشی از نوسانات تراز دریای خزر هستند، در ستون رسوبات رودخانه تجن شناسایی شد. این افق‌ها از منظر آلودگی و روند غنی‌شدگی کاملاً قابل تطابق هستند. عناصر آرسنیک، نیکل، روی، مس، سرب، کروم، آهن، سدیم، منیزیم، وانادیم و مواد مغذی سولفور، فسفر، پتاسیم بیشترین همخوانی را با افق‌های کلیدی یاد شده از منظر تغییرات غلظت از خود نشان داده‌اند. همچنینی، بیشینه تراز آب دریای خزر در سال 1375 (1996) با کمینه غلظت غالب عناصر فلزی سمی و اصلی در ستون رسوبات بخش ساحلی رودخانه تجن در عمق 51 سانتیمتری قابل تطابق است. برقراری تطابق قابل ملاحظه نوسانات غلظت عناصر سمی آرسنیک، روی، مس، نیکل، کروم، کادمیم و سرب در ستون رسوبات تجن با پیکهای دبی جریان به‌دست آمده است. نتایج نشان از ارتباط مستقیم فرسایش واحدهای سنگی تأمین کننده عناصر فلزی سمی در طی ترسالی‌ها و غالب بودن شرایط اکسیدان و پرتلاطم رودخانه تجن برای ورود کاتیون‌های فلزی به فاز جامد و بخش ریزدانه رسوبات دارد. درجه آلودگی (Cd) در ستون رسوبات رودخانه تجن درقسمت بالایی بازه شهری از سطح تا عمق 40 سانتیمتری در مرز آلودگی کم تا متوسط و بیش از آن کاملاً دارای وضعیت آلودگی متوسط قرار دارد بدین ترتیب، از منظر درجه آلودگی، بخش 40 سانتیمتری ستون رسوبات برای آبزیان و دیگر بهره برداران پاک می‌باشد. ستون رسوبی رودخانه تجن بلافاصله بعد از بازه شهری (پائین دست پل کمربندی) سراسر نشان از وضعیت و درجه آلودگی متوسط رسوبات است پرواضح است که پساب انواع کاربری‌های موجود در بازه شهری در افزایش غلظت عناصر و این وضعیت بسیار تأثیرگذار بوده است. ستون رسوبات رودخانه تجن در بخش ساحلی همچون مغزه شماره 2 به جزء اعماق 40-52 سانتیمتری، دارای درجه آلودگی متوسطی است. برازش عمقی مقادیر شاخص ریسک (RI) در ستون رسوبی رودخانه تجن از قبل، بعد از بازه شهری تا بخش ساحلی نشان دهنده سطوح آلودگی و ریسک کم است. کلمات کلیدی: کیفیت رسوب، غنی‌شدگی، درجه آلودگی، رودخانه‌های کارون، تجن و روضه‌چای، مخاطره زیست بوم، شاخص ریسک
|
|
|
:
|
Present research is conducted for the first time on the superficial and deep sediments of the Karoon, Tajan, and Rozhechay-Shahrchay rivers in the Khuzestan, Mazandaran, and West-Azerbaijani Provinces using specify methods. Recently, several studies on the water quality of rivers have been carried out, while researches on the sediment quality and relevant ecological risk assessment along urban ranges of rivers using with management approaches could not be find easily. Present research represented novelties in ecological risk assessment for aquatics and other river users.Therefore, the research objectives were appointed to find out contamination levels and risks for users, to identify clean and polluted ranges of rivers for users, to discover background levels and the most effective toxic metals and to find out contaminant’s sources in the study area. These aims were followed to present practical practices for managing environmental risks along the selected ranges in rivers.To reach the research objectives, sediment quality standards included the lowest effective level (LEL) or interim sediment quality guidelines (ISQGs), the probably effective level (PEL) and the severe effective level (SEL) to assess toxic levels of the Arsenic (As), Cadmium (Cd), Cupper (Cu), Lead (Pb), Nickle (Ni), Zink (Zn), and Chromium (Cr) toxic metals were applied. Further, ecological risk assessment was performed using the indices of contamination factor (Cf), contamination degree (Cd), potential risk of individual elements (Er), and risk index (RI) for the superficial and deep sediments of the study areas. In addition, enrichment factor (Ef) was used to identify any enriching from natural concentration of toxic metals in the superficial and deep sediments of the studied rivers. Natural and artificial events those mainly contributed in contamination of sediment columns of the studies rivers were identified through key horizons. Clear correlations found between the climatic and hydrological events at the catchment area and such key beds. Similarly, key horizons at sediment columns of the coastal parts of rivers were appointed to the Uremia and Caspian Sea water level variations trends.In total, 35 drains of the industrial, agricultural, and urban waste waters identified through field observations along the 65 km of Karoon River between Veis-Molasani and the Southern of Ahwaz city that unloads to river without any filtration. The low to moderate levels of enrichments were gained for the As, Cd, Zn, and Cu toxic metals. Overall decreasing trend of Cd>Pb>Zn>Cu>As>Cr>Ni for enrichment of toxic metals is dominated in superficial sediments of the Karoon River. The considerable level of contamination degree found along the sediment column of the Karoon River at the south urban range. Calm currents inclined to deposit bed and suspended loads and effect of all contaminants has been proliferated in this zone. Meanwhile, the contamination degree at sediment column of the Karoon River at the middle urban range of the river represents low to moderate level of contamination degree. Main reason for such situation is existence of higher velocity and turbulence of currents which has resulted by faulted terraces. Superficial sediments of the Karoon River have higher concentration of the Ni, As, and Cr than standard level of ISQGs, which could be resulted by oil-bound contaminants of oil industrials.Results shows the downstream increasing trend in RI value in Karoon River. Accordingly, the highest value was recorded at Foolad Bridge, south of urban range. Although, the high enrichment in concentration of the Cd, Pb, and Zn in compare with other toxic metals was occurred, but Ni, Cr, and As concentrations have contributed mainly in increase of RI value in the Karoon River. Decreasing trend in concentration of toxic metals in superficial sediments of Rozechay-Shahrchay Rivers was compared with similar trend in the earth crust to find out overall enriching trend. Results pointed out the higher effects of human activities in the Rozechay River in compare to the Shahrchay River about enrichment in toxic metals concentrations. Resultant data pointed to that superficial sediment of the Rozechay River have higher concentration of the Ni, As, and Cr elements in compare with the standard level of ISQGs. In addition, such values are higher than the standard levels of the PEL and SEL at industrial range of the Rozechay River, because of drain of industrial waste waters. Effects of such waste waters has resulted in increasing of the Cu, Pb, and Zn concentrations from the standard level of ISQGs and a vivid increasing in concentrations of major elements of Ca and Mg and organic matters, sulfur, and phosphate at industrial range of the Rozechay River. Studying on concentration of toxic metals along the sediment column of the Rozechay River showed a higher value of the Ni, As, and Cr elements in compare with the standard level of ISQGs. These elements have higher concentrations than the standard level of PEL from depth of 37 cm to 100 cm in sediment column. Key horizons at depths of 15 cm, 21 cm, and 47 cm were found where maximum enrichment and contamination have been occurred. Such horizons have correlated clearly with maximum precipitation events in the catchment area. Variations in concentration of the Zn, Cr, Pb, Cu, V and Li elements have the highest correlation with environmental events such as floods at watershed and the Uremia water level change. Accordingly, concentration of such toxic metals between 1980 and 2000 years have experienced their maximum enrichment when the Uremia water level reached to the highest altitude. In contrast, concentration of toxic metals and other major elements along the Rozechay River have experienced lower concentration because of long-term drought and decrease in current discharge from 2000-year. Accordingly, risk indices of contamination degree (Cd) and RI have reached to the highest values between 1982 and 1999, when the Uremia water level has been at maximum elevation and wet season dominated at catchment area. Through increasing of rainfall since 2012, contamination degree has been increased between depths of 0 and 20 cm. Results point to higher concentration of toxic metals of As, Ni, and Cr in superficial sediments of the Tajan River than the standard level of ISQGs. Current situation stresses on existence of natural and artificial sources of Arsenic in the catchment area of the Tajan River particularly at urban range. Field observations demonstrated effects of mining activities and industrial waste waters in increasing of contamination in the Tajan River. In addition, concentration of Ca in superficial and deep sediment of the Tajan River is three times of its concentration in the earth crust that points to huge natural resources of Ca and some agricultural and industrial inputs.Looking into concentration of toxic metals along the three-sediment column of the Tajan River highlighted the higher concentration of Ni and Cr than the standard level of ISQGs. Meanwhile, concentration of Ni along the sediment column of urban range is higher than the standard level of PEL, means harmful input of such toxic metal to river basin. Besides, concentration of As along the sediment column of the Tajan River at coastal part is higher than the standard level of ISQGs. Concentration of Ni at depth of 7-27 cm and deeper than 55 cm is higher than the probably effective level (PEL) in this sediment column. Similar to other study areas, key horizons were identified along the sediment columns of the Tajan River in which environmental events at the catchment and coastal zones have been happened. Such horizons represent the highest enrichment in concentration of the As, Zn, Cu, Pb, Cr, Fe, Mg, and V elements and nutrients of S, P, and K. On the other hand, the lowest concentration of toxic metals and other elements was found at depth of 51 cm of sediment column of coastal part which is clearly correlated with the highest the Caspian Sea water level in 1996-year. Correlation of climatic and hydrological events especially floods in the Tajan River showed close relation with maximum enrichment of As, Ni, Cr, Cd and Pb toxic metals along the other sediment columns. As a result, wet seasons and maximum chemical weathering of mother rocks and oxidation circumstances have played important roles in releasing of cationic metals and fixation and mineralization in sediments of the Tajan River. Overall level of degree of contamination (Cd) represent the low risk at depth of 0-40 cm and the moderate risk at deeper than 40 cm of sediment column of the Tajan River at urban range. With inputting urban contaminants, sediment column of the Tajan River after urban range experienced entirely moderate risk. Such situation is still dominated at 0-40 cm of the coastal sediment column. Key words: Sediment quality, enrichment, degree of contamination, Karoon, Tajan and Rozechay Rivers, ecological risks, risk indices.
|
| |