فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 26، پاییز 92

بررسی کیفیت آب زیرزمینی شهر تهران با استفاده از شاخص کیفی سازمان بهداشت جهانی

تورج نصرآبادی[1]

پویان عباسی مائده[2]

P.abbasi84@gmail.com

چکیده

جهت مشخص نمودن معدل شاخص کیفی آب زیر زمینی شهر تهران در دو سال 1390 و 1391، تعداد 71 حلقه چاه در شهر تهران انتخاب گردید. با توجه به نتایج آزمایشات، عدد شاخص کیفیت آب زیرزمینی با روش سازمان بهداشت جهانی تعیین شد. مقایسه نتایج عدد شاخص در دو سال نشان داد که میزان کیفیت در سال 1391 کمتر از سال 1390 بود. همچنین مشخص گردید نقاط شرقی و جنوبی تر شهر تهران دارای مقدار عدد شاخص بالاتری می­باشند که بیان­گر کیفیت پایین آب جهت مصرف شرب خواهد بود. از طرفی مقادیر کمی شاخص نشان داد طی دو سال متوالی، بیشترین نقاط طبقه­بندی شده در بازه خوب، مربوط به مناطق شمالی و بیشترین نقاط طبقه­بندی شده در بازه ضعیف، مربوط به مناطق جنوبی است. بررسی میزان نیترات آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه نیز موید وزن بالای این پارامتر در تعیین کیفیت آب منطقه می­باشد. در مجموع می­توان اظهار داشت برداشت­های بی رویه از چاه­های آب و خشک­سالی، همچنین ورود آلاینده­های غیر زمین ساخت مانند سولفات و نیترات به سفره های آب زیرزمینی موجب افزایش میزان غلظت آلاینده ها و به تبع آن تاثیرات منفی بر کیفیت آب زیرزمینی شده است. ضمن آن­که روند رو به رشد کاهش کیفیت آب شرب ممکن است در سال­های آتی با آهنگ بیشتری رشد کرده و آسیب­های جدی تری به منابع آب زیر زمینی این کلان­شهر وارد نماید.

کلمات کلیدی: شاخص کیفیت، نیترات، خشکسالی، آلاینده.

مقدمه

با توجه به موقعیت کشور ایران که جزء کشورهای با کمبود منابع آب شیرین و نزولات جوی، استفاده از منابع آب زیر زمینی به جهت تامین آب شرب مورد توجه است. شهر تهران واقع در قسمت مرکزی کشور، دارای اهمیت خاصی از نظر اقتصادی و سیاسی بوده و بیشترین تراکم جمعیتی را دارا می­باشد (1). منابع اصلی آب شرب این شهر از منابع زیرزمینی و رودخانه­های عبور کننده از آن تامین می­شود که از طریق چاه­های عمیق و قنوات و سدها برداشت می­گردد. توجه به برداشت بی­رویه از این منابع از جنبه­های محیط زیستی بسیار پر اهمیت می­باشد. سالیانه تعداد زیادی از چاه­های آب به صورت غیر مجاز حفر می شوند و برداشت آب زیرزمینی را به بیش از حد مجاز می­رساند. در کنار این موضوع وارد شدن پساب­های صنعتی و کشاورزی به داخل آب­های زیرزمینی از طرق مختلف نیز بر کیفیت این آب­ها تاثیرگذار خواهد بود (2؛ 3؛4؛5). توجه به این موضوع که تصفیه آب کار بسیار حساس و از لحاظ اقتصادی پر هزینه می باشد، ما را بر این می­دارد که به بررسی کیفیت این گونه منابع بپردازیم و این موضوع مورد توجه باشد که ایجاد برخی تغییرات در خواص شیمیایی و فیزیکی آب غیر قابل برگشت بوده و یا اصلاح آن بسیار          پر هزینه می باشد (6؛ 8؛ 7؛ 9). لذا در این مقاله به بررسی کیفیت آب زیر زمینی شهر تهران جهت کاربری شرب با توجه به شاخص سازمان بهداشت جهانی پرداخته شده است. در رابطه با مشخص نمودن معدل شاخص آب زیرزمینی تحقیقاتی در رابطه با شهر توکمار هند انجام شده است و معدل شاخص آب زیر زمینی آن شهر با روش سازمان بهداشت جهانی معلوم گردیده است (10؛ 11؛ 12). همچنین جهت مشخص کردن شاخص آب زیر زمینی شمال نیجریه مشخص گردید آب      زیر زمینی منطقه دارای غلظت­های بیشتری از شوری در فصل کم آب نسبت به فصول پر آب میباشد (9). مطالعات محلی و موردی نیز در رابطه با بررسی کیفیت آب زیر زمینی در کشور غنا (13) و آمریکای شمالی نیز (14) صورت گرفته است و نتایج مشابهی حاصل شده است.

منطقه مورد مطالعه

منطقه مورد مطالعه آبخوان دشت تهران با موقعیت جغرافیایی "6 ' 28 35 تا "42 '  49 35 عرض شمالی و     "37 ' 6 51 تا "13 '33 51 طول شرقی می­باشد. این دشت از شمال به دامنه جنوبی رشته کوه البرز از جنوب به کوه­های آراد و فشاپویه از شرق به ارتفاعات قوچک و بی بی شهر بانو و در ادامه مسدود به رودخانه شور تا محمود آباد خرابه و از غرب به محدوده غربی دشت کرج یعنی از وردآورد به شهریار و در امتداد جاده شهریار به رباط کریم می­باشد. مساحت دشت  بالغ بر 2250 کیلومتر مربع می باشد و حداکثر ارتفاع آن در قله توچال به 3933 متر می­رسد. تراکم منابع آب­های زیرزمینی و نوع بهره­برداری از نقاط مختلف متفاوت می باشد به­طوری که بیشترین درصد تراکم چاه­های نیمه عمیق در منطقه شمیرانات و چاه­های عمیق در غرب و جنوب غرب تهران می باشد.        بر اساس آخرین آمار موجود عمق آبهای زیر زمینی دشت    135 متر می­باشد که به سمت قسمت­های شرق و جنوب شرق کاهش می­یابد(1). روند تغییرات کاهش عمق از سمت شمال به جنوب می‌باشد ولی در بخش میانی یک بالا آمدگی سطح آب مشاهده می‌گردد.

شکل 1 - موقعیت محدوده مطالعاتی در دشت تهران

جهت انجام آزمایشات فیزیکی و شیمیایی تعداد 71 حلقه چاه در کل سطح شهر تهران جهت نمونه گیری انتخاب شده و در دو سال 1389 و 1390 آزمایشات مربوط بر روی نمونه ها انجام گردیده است.

روش بررسی

نحوه اندازه گیری پارامترهای مختلف و روش کار   

در 71 حلقه چاه در سراسر شهر تهران  با موقعیت  مشخص شده، در دو سال 1389 و 1390 ،پارامترهایی نظیر درجه حرارت، اسیدیته (pH) ، هدایت الکتریکی(EC) و اکسیژن محلول(DO) در محل نمونه برداری توسط       دستگاه های قابل حمل مورد ارزیـابی قرار گرفته و سایر پارامترها در آزمایشـگاه آنالیز شده است. اندازه گیری نیترات، نتیریت، سولفات و فلوئور با استفاده از دستگاه هک انجام شده که به ترتیب از روش­های شماره 8039، 8507، 8051 و 8029 استفاده شده است.کلیه کاتیون ها توسط روش 3005 - EPA با دستگاه پلاسمای جفت شونده القایی اندازه گیری شد. جهت اندازه گیری آنیونهای کربنـات و بی کربنـات از روش اسـتاندارد با شمـاره 4500 استفاده شده و اندازه گیری آنیون کلرید به روش آرگنتومتریک  (اسـتاندارد مـتد با شمـاره2330 ) صورت گرفت (15؛ 16؛ 17).

شاخص کیفیت سازمان بهداشت جهانی (WHO)

این شاخص توسط سازمان بهداشت جهانی در سال 1993 تدوین شده است. جهت محاسبه این شاخص حداقل سه پارامترکیفی مورد نیاز می باشند و بر اساس وزن دهی که توسط ابداع کنندگان برای هر پارامتر در نظر گرفته شده و با توجه به استاندارد آب شرب که توسط سازمان بهداشت جهانی به وجود آمده، کیفیت شرب آب را بین اعداد صفر الی          بی نهایت مشخص می نماید. هر چقدر عدد شاخص بیشتر باشد آب کیفیت کمتری جهت مصرف شرب خواهد داشت. این شاخص در سه مرحله محاسبه می­گردد. در مرحله اول هر کدام از  پارامترهای مورد بررسی باید با توجه به استاندارد شاخص و رده اهمیت وزن دار شوند. بیشترین مقدار این اوزان به پارامتر نیترات تعلق دارد، به دلیل محاسبه مصرف شرب این پارامتر دارای اهمیت ویژه می باشد و ضریب وزنی آن 5 خواهد بود.کمترین وزن نیز مربوط به پارامتر منیزیم با ضریب1       می باشد. جهت محاسبه اوزان از رابطه 1 استفاده می­شود.

     رابطه  (1)       

در رابطه فوق wi وزن استاندارد پارامتر خواهد بود. در قسمت دوم محاسبات، شاخص نسبت غلظت پارامتر ها نسبت به استاندارد WHO را مورد سنجش قرار خواهند داد. این مقایسه توسط رابطه 2 صورت می گیرد: 

شاخص کیفیت،  باید برای هر پارامتر خاص مشخص شود. رابطه 3 جهت محاسبه   به کار می رود.

 رابطه (3)                       

  زیر شاخص هر پارامتر بوده و qі   درجه کیفیت هر پارامتر می باشد. در پایان با توجه به رابطه 4 مقدار WQI  محاسبه خواهد شد.

     رابطه (4)                           

با توجه به توضیحات فوق این شاخص برای سال­های 89 و 90 جهت ارزیابی آب زیر زمینی شهر محاسبه شد. در پایان با توجه به عدد نهایی محاسبه شده به عنوان شاخص WQI میزان کیفیت آب زیر زمینی جهت مصرف شرب مشخص گردید (11;12).

جدول 2- پارامترهای مورد بررسی و وزن ها و استانداردهای سازمان بهداشت جهانی

یافته ها

با توجه به محاسبه شاخص کیفی سازمان بهداشت جهانی طی دو سال 1389 و 1390 در شهر تهران، نتایج برای هر ایستگاه اندازه گیری در جدول 3 ارایه شد.

جدول 3- مقدار شاخص سازمان بهداشت جهانی در دو سال 1389 و 1390 برای سفره آب زیرزمینی شهر تهران

میزان اختلاف رفتار شاخص در دو سال 1389و1390 در محدوده مطالعاتی در شکل3 ارایه شده است. همان­گونه که از شکل 3 استنباط می­شود عددهای شاخص در هر دو سال با توجه به مختصات جغرافیایی نقاط نمونه گیری از شمال به جنوب در حال رشد می باشند و آهنگ رشد تا حد کمی در دو سال 1389 و 1390 متفاوت است. جهت وضوح بیشتر این مورد با رجوع به شکل 4 مشاهده می شود افزایش میزان شاخص در سال 1389 در نقاط جنوبی شدت بیشتری دارد.

شکل 3- تغییرات مقدار شاخص در دو سال 1389 و 1390 ایستگاه های مطالعاتی شهر تهران

بر اساس نتایج بدست آمده از جدول 3 با توجه به اساس     طبقه بندی شاخص (جداول 5 و4) تفاوت چندانی در دوسال مورد مطالعه به چشم نمی خورد. میزان درصدهای اختصاص داده شده به هر رنج کیفی نیز در شکل های 5 و 6 مشخص شده است که بیشترین فراوانی بازه در هر دوسال طبقه خوب و پس از آن طبقه ضعیف می باشد.

جدول 4- نتایج طبقه بندی شده بر اساس شاخص بهداشت جهانی سال 1389و 1390

شکل 4- درصد فراوانی بازه های کیفیت آب زیر زمینی شهر تهران سال 89 ( سمت چپ) و سال 90 (سمت راست)

به جهت مشخص کردن رنج کیفی شاخص و پراکندگی مربوط به آن در سطح شهر با کمک نرم افزار Surfer نقشه های پراکندگی رسم گردید که برای سال 1389 شکل 6 و جهت سال 1390 شکل 8 ترسیم شده است. همچنین جهت درک بالاتر از میزان پراکندگی در سطح شهر شکل های سه بعدی 7و9 در دو سال 1389و1390 ترسیم شده اند و به صورت نوارهای رنگی میزان شاخص را در هر منطقه معلوم می­نمایند. با توجه به اشکال و نقشه ها کاملا واضح است که عدد شاخص در هر دو سال در مناطق شمالی مقدار کمتری را دارا می باشد و دارای رنج کیفیت بهتری خواهد بود و در مناطق جنوبی عدد شاخص دارای رقم بیشتر و رنج کیفیت پایین تر می باشد. با بررسی دو جدول 5 و6 نیز مقادیر بیشینه و کمینه هر پارامتر در سال های مورد بررسی معلوم شده است. در این جداول مشخص می شود که بیشترین انحراف از معیار و پراکندگی مربوط به پارامتر های EC,TDS و TH می باشند که جزو تاثیر گذار بر روی میزان کیفیت خواهند بود.

شکل 6 - پراکندگی شاخص کیفی در سطح شهرسال 1390

شکل 7- نقشه سه بعدی مقدار عددی شاخص در سال 1390 در سفره آب زیر زمینی شهر تهران

جدول 6 - مقادیر بیشینه و کمینه و انحراف از معیار پارامتر های دخیل در شاخص جهت داده های برداشتی سال 90

شکل 8 -نمودار پراکندگی شاخص کیفی در سطح شهرسال 1389

شکل 9- نقشه سه بعدی شاخص در سال 1389

جدول 7 - مقادیر بیشینه و کمینه و انحراف از معیار پارامتر های دخیل

در شاخص جهت داده های برداشتی سال 89

بحث و نتیجه گیری

بررسی نتایج  بدست آمده از وضعیت کیفیت آب شهر تهران طی دو سال 89 و 90 نشان داد در دو سال مورد بررسی تفاوت چندانی در کیفیت آب زیر زمینی مشاهده نمی­شود. همچنین با توجه به شیب هیدرولیکی زمین و حرکت    آب های زیر زمینی به سمت جنوب، (1؛ 18) مشخص می شود که کلیه نقاط واقع در نوار جنوبی تهران دارای کیفیت      پایین تری نسبت به نقاط شمالی می باشند. وجود کارخانجات و کاربری صنعتی همچنین توجه به شیب شمال به جنوب شهر تهران که می تواند رواناب ها را به سمت جنوب هدایت کند عاملی بر کیفیت پایین آب زیر زمینی بخش جنوبی شهر شده است. با بررسی نقشه های پراکندگی(شکل های 6،7،8،9) مشخص گردید علاوه بر افزایش مقدار عددی شاخص و کاهش کیفیت در مسیر شمال به جنوب شهر این مساله در مسیر شرق به غرب شهر نیز دیده می­شود و میزان کیفیت در این مسیر نیز دچار کاهش شده است. در رده بندی کلی با توجه به اشکال 4 و 5 که درصد فراوانی هرطبقه از کیفیت آب را نشان می دهد بیشترین درصد ها مربوط به آب دارای کیفیت خوب و پس از آن کیفیت ضعیف می باشد. بررسی مقدار عددی شاخص کیفیت آب نشان داد بیشترین مقدار طبقه بندی شده در بازه خوب مربوط به مناطق شمالی و بیشترین مقدار طبقه بندی شده در بازه ضعیف مربوط به مناطق جنوبی می­باشد.     برداشت های بی رویه از چاه های آب و خشکسالی، همچنین ورود آلاینده­های غیر زمین ساخت مانند سولفات و نیترات به سفره های آب زیر زمینی موجب افزایش میزان غلظت     آلاینده ها و به تبع آن تاثیرات منفی بر کیفیت آب زیر زمینی شده است. همچنین با توجه به وزن بالا و سهم بسیار زیاد نیترات در تعیین طبقه شاخص، نحوه دفع فاضلاب­های شهری و نیز رواناب­های حاوی کودهای به کار برده شده در کاربری کشاورزی نقش عمده ای در افزایش میزان نیترات و همچنین پایین آوردن میزان کیفیت آب ایفا می نماید(20؛ 19). با توجه به کلیه عوامل گفته شده روند روبه رشد کاهش کیفیت ارتباط نزدیکی با افزایش میزان فاضلاب ها و رواناب ها و حتی رشد کشاورزی خواهد داشت و در آینده نزدیک با توجه به رشد کلیه عوامل صنعتی و کشاورزی و شهر نشینی گسترش تخریب کیفیت آب زیر زمینی دور از انتظار نخواهد بود.

منابع

1. Asadpour G A. Nasrabadi T. 2011. Municipal and medical solid waste management in different districts of Tehran, Iran. Fresenius Environmental Bulletin 20(12): 3241-3245.
2. Arabi Nahed E. 1999. Problems of groundwater quality related to the urban environment in Greater Cairo urban environment in Greater Cairo, Proceedings of Proceedings of IUGG -99 Symposium HS5, Birmingham, July. IAHS Publ. No. 259, 1999.
3. Baghvand A. Nasrabadi T. Nabi Bidhendi G R. Vosoogh A. Karbassi A R. Mehrdadi N. 2010. Groundwater quality degradation of an aquifer in Iran central desert. Desalination 260: 264–275.
4. Jamshidzadeh Z. Mirbagheri S.A. 2010. Evaluation of groundwater quantity and quality in the Kashan Basin, Central Iran. Desalination 270: 23–30.
5. Ishaku J M. 2007.Waste Disposal and Groundwater Quality in Jimeta-Yola area, Adamawa State, Nigeria. Ph.D Thesis (unpublished). Department of Geology, University of Nigeria, Nsukka.
6. Compton J E. Boone R D. 2000. Long-term impacts of agriculture on soil carbon and nitrogen in New England. Forests Ecology 81 (8): 2314–2330.
7. Ishaku J M. Ezeigbo H I. 2000. Water quality of Yola, northern Nigeria. WATER RESOURCES-Journal of the Nigerian Association of Hydro geologists (NAH) 1: 39-48.
8. Ishaku J M. Ezeigbo H I. 2010.Groundwater Quality monitoring in Jimeta-Yola area, Northeastern Nigeria. WATER RESOURCES-Journal of the Nigerian Association of Hydrogeologists (NAH) 20(2): 1-14.
9. Ishaku J M. Ezeigbo H I. 2010. Seasonal Variation in Chromium hexavalent and Copper Contamination in Groundwater of Jimeta-Yola Area, Northeastern Nigeria. Global J. Geol. Sci 8(2): 143-154.
10. Ramakrishnaiah C R. Sadashivaiah C. Ranganna G. 2009. Assessment of Water Quality Index for Groundwater in Tumkur Taluk, Karnataka State, India. E-Journal of Chemistry 6(2): 523-530.
11. World Health Organization. 1993. International Standards for drinking Water Quality. Geneva.1.
12. World Health Organization (WHO). 1998. Guide lines for drinking water 2nd Edition vol. 2 Health criteria and other information genera Switzerland pp 281-308.
13. Tay C. Kortatsi B. 2008. Groundwater Quality Studies: A case study of the Densu Basin, Ghana. West Afr. J. Appl. Ecol., 12.
14. Rodvang S J. Simpkins W W. 2001. Agricultural contaminants in Quaternary aquitards: a review of occurrence and fate in north America. Hydrogeology Journal 9: 44–59.
15. Sexana M M. 1990. Environment: Water analysis, soil and air. 2nd ed. Agro Botanical Publishers (India) 188-200.
16. Purandara B K. Varadarajan N. Jayashree K. 2003. Poll Res 22(2): 189.
17. USEPA.1974. Methods for chemical analysis of water and wastes. Technical report Office of Technology Transfer, Washington, D.C. pp 105-106.
18. Nasrabadi, T.  Nabi Bidhendi G R.  Yavari A R. Mohammadnejad S. 2008. Evaluating Citizen Attitudes and Participation in Solid Waste Management in Tehran, Iran. Journal of Environmental Health 71 (5): 30-33.
19. Popoff M D. Gondwana ă ľ. 2005. Atĺantique sud: les connexions du fosse de la Bénoué avec les basins du Nord Est brësilion jusqúá ĺ ouverture du golfe de Guinée au Crétacé inferior. J. Afr. Earth Sci 7: 409-431.
20. Ishaku J M. 1995.The hydrogeology of Yola area and Environs in the Upper Benue River Basin. MSc. Thesis (unpublished). Department of Geology, University of Nigeria, Nsukka.