سامانه مدیریت نشریات علمی دانشگاه شهید بهشتی

اخلاقی فرد, سپهر, نصرآبادی, تورج, هویدی, حسن. (1402). تحلیل میزان آلودگی رسوبات رودخانه ای به فلزات سنگین با استفاده از شاخص های زمین انباشتگی و غنی شدگی. , 21(4), 77-98. doi: 10.48308/envs.2023.1299
سپهر اخلاقی فرد; تورج نصرآبادی; حسن هویدی. "تحلیل میزان آلودگی رسوبات رودخانه ای به فلزات سنگین با استفاده از شاخص های زمین انباشتگی و غنی شدگی". , 21, 4, 1402, 77-98. doi: 10.48308/envs.2023.1299
اخلاقی فرد, سپهر, نصرآبادی, تورج, هویدی, حسن. (1402). 'تحلیل میزان آلودگی رسوبات رودخانه ای به فلزات سنگین با استفاده از شاخص های زمین انباشتگی و غنی شدگی', , 21(4), pp. 77-98. doi: 10.48308/envs.2023.1299
اخلاقی فرد, سپهر, نصرآبادی, تورج, هویدی, حسن. تحلیل میزان آلودگی رسوبات رودخانه ای به فلزات سنگین با استفاده از شاخص های زمین انباشتگی و غنی شدگی. , 1402; 21(4): 77-98. doi: 10.48308/envs.2023.1299

تحلیل میزان آلودگی رسوبات رودخانه ای به فلزات سنگین با استفاده از شاخص های زمین انباشتگی و غنی شدگی

فصلنامه علوم محیطی
مقاله 5، دوره 21، شماره 4، 1402، صفحه 77-98    اصل مقاله (2.29 M)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/envs.2023.1299
نویسندگان
سپهر اخلاقی فرد1؛ تورج نصرآبادی* 2؛ حسن هویدی3
1گروه برنامه ریزی٬ مدیریت و آموزش محیط زیست٬ دانشکده محیط زیست٬ دانشگاه تهران٬ تهران٬ ایران
2گروه برنامه ریزی،مدیریت و آموزش محیط زیست،دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران
3گروه برنامه ریزی، مدیریت و آموزش محیط زیست، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
سابقه و هدف: رودخانه ها تحت عنوان یک منبع حیاتی برای جوامع بشری از گذشته تا به امروز از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشند. با در نظر گرفتن رشد روزافزون جمعیت٬ توسعه ی صنعتی و گسترش جوامع مدرن شهری می توان انتظار داشت که رودخانه های واقع در نزدیکی مناطق شهری و روستایی پرجمعیت به دلیل ورود بخش اعظمی از آلاینده های شهری٬ روستایی٬ خانگی٬ صنعتی و کشاورزی به منابع آب های سطحی و زیرزمینی در حریم و حاشیه رودخانه٬ بیش از سایر سامانه های آبی در معرض خطر تخریب و نابودی قرار دارند. از طرفی با توجه به قرارگیری کشور ایران در اقلیم خشک و نیمه خشک٬ تحقیق و تفحص بر آلودگی رسوبات رودخانه به عناصر سنگین با استفاده از شاخص های کیفی رسوب یک امر ضروری در جهت پیش بینی٬ ارزیابی و ارائه ی راه حل های مناسب برای کنترل میزان آلودگی و بهبود کیفیت آب رودخانه می باشد.
مواد و روش ­ها: رودخانه ی کرج یکی از منابع اصلی در مصارف شرب و تولید انرژی در منطقه می باشد که نقش حیاتی در ایجاد تعادل اکولوژیک میان پارامتر های تاثیر گذار بر کیفیت این اکوسیستم آبی دارد. هدف از این پژوهش اندازه گیری غلظت عناصر سنگین موجود در رسوبات بستر رودخانه و ارزیابی و آنالیز آن با استفاده از شاخص های زمین انباشتگی و غنی شدگی می باشد که به ارائه ی راهکارهای پیشنهادی به منظور پیشگیری و کنترل گسترش آلودگی منتج گردید. در این پژوهش 9 ایستگاه٬ با توجه به کاربری اراضی منطقه در نظر گرفته شده و از رسوبات بستر رودخانه نمونه برداری به عمل آمد. نمونه های رسوب پس از آماده سازی به آزمایشگاه منتقل گردید و غلظت کل عناصر سنگین توسط دستگاه ICP اندازه گیری شد.
نتایج و بحث: این پژوهش به منظور بررسی غلظت عناصر سنگین در رسوبات بستر رودخانه ی کرج به عنوان یک اندیکاتور مناسب جهت ارزیابی آلودگی آب و سیستم رودخانه با به کارگیری شاخص های زمین انباشتگی و غنی شدگی در محدوده ی حوزه ی آبریز دریاچه ی نمک انجام شد. نتایج بدست آمده از اندازه گیری ها با استفاده از شاخص های مذکور مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که رودخانه ی کرج دارای سطح کمی از آلودگی عناصر سنگین بوده اما بخشی از این میزان اندک آلودگی مربوط به فعالیت های انسانی نظیر راه سازی٬ گردشگری و نشت و تخلیه ی رواناب ها و فاضلاب های محلی به رودخانه و حریم آن می باشد که موجب افزایش زمین انباشتگی عناصری همچون مس و کروم به ترتیب تا اعداد 1/01 و 1/96 در ایستگاه های پایین دست P8 و P9 گردیده اند. همچنین بیشتر میزان میانگین زمین انباشتگی برای عنصر مس در 9 ایستگاه نمونه برداری٬ به مقدار  0/23بدست آمده است. از سویی این فعالیت های بشرزاد موجب افزایش قابل توجه غنی شدگی آرسنیک در ایستگاه P4 تا رقم 17/81 شده است که میانگین غنی شدگی آرسنیک را در 9 ایستگاه نمونه برداری به مقدار 13/12 رسانده است. اما از آنجا که هر عنصر سنگین ماهیت منحصر به فرد خود را دارد٬ بخشی از میزان آلودگی حاضر در محیط رسوبی رودخانه مربوط به عوامل طبیعی٬ زمین شناسی٬ فرسایش خاک و هوازدگی سنگ های بستر رودخانه می باشد.
نتیجه ­گیری: روند تغییرات میزان و پراکنش عناصر در رسوبات مقایسه و عوامل مؤثر بر همسویی یا عدم تطابق آن ها بحث و بررسی گردید. به طور کلی نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که رودخانه ی کرج با در نظر داشتن شاخص زمین انباشتگی و فاکتور غنی شدگی٬ دارای آلودگی ناچیز فلزات سنگین در رسوبات بستر می باشد. اما روند تغییرات شاخص ها در طول مسیر رودخانه بیانگر تأثیرات مستقیم فعالیت های مخرب انسان در منطقه می باشد.
کلیدواژه‌ها
غلظت عناصر سنگین؛ آلودگی رسوب؛ شاخص زمین انباشتگی؛ فاکتور غنی شدگی؛ رودخانه کرج
عنوان مقاله [English]
Analyzing the level of river sediment pollution with heavy metals using Geo-accumulation Index and Enrichment Factor
نویسندگان [English]
Sepehr Akhlaghifard1؛ Toraj Nasr Abadi2؛ Hassan Hoveidi3
1Department of Environmental Planning, Management and Education, University of Tehran, Tehran, Iran
2Department of Environmental Planning, Management and Education, University of Tehran, Tehran, Iran
3Department of environmental planning, management and education, Faculty of environment, University of Tehran, Tehran Iran
چکیده [English]
Introduction: Rivers are considered as a vital resource for mankind from the past to the present day.
Considering the ever-increasing population, industrial developments and the expansion of modern urban societies, it is expected that the rivers located near densely populated urban and rural areas to be in danger of destruction due to a large part of urban, rural, domestic, industrial and agricultural pollutants to the sources of surface and groundwater in the riparian and riverside more than any other water ecosystems. On the other hand, regarding Iran's arid and semi-arid climate, the use of sediment qualitative indicators in research and investigation is crucial in order to predict, evaluate and provide a sustainable solution for controlling the amount of pollutants and also improving the quality of river water. The Karaj River is one of the main freshwater and energy production resources in the region, which plays a vital part in creating an ecological balance in parameters affecting the quality of this water ecosystem. The purpose of this research is to measure the concentration of heavy metals in the sediments of the river bed and to evaluate and analyze it using Geoaccumulation index and Enrichment Factor, which led to the suggested solutions in order to avert and control the further spreading of pollution.
Material and Methods: In this research, nine stations were selected based on the land use of the area. The sediments of the river bed in each station were sampled. Sediment samples were prepared and later transferred to the laboratory and the total concentration of heavy metals was measured by Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy (ICP) device.
Results and Discussion: The results obtained from the measurements using the mentioned indices assessed that the level of heavy element pollution is relatively low in the Karaj River. Nevertheless, part of this slight pollution is related to human activities such as road construction, tourism and the leakage of local runoff and sewage into the river and its riparian zone, which led to the increase of the Geoaccumulation of elements including copper and chromium to the numbers of 1.01 and 1.96 in downstream stations P8 and P9, respectively. Also, the highest average amount of Geoaccumulation for copper in 9 sampling stations was 0.23. On the other hand, these anthropogenic activities have significantly increased the arsenic Enrichment up to 17.81 in station P4 and the average Enrichment Factor of Arsenic in 9 sampling stations up to 13.12. But since each heavy element has its own unique nature, part of the quantity of the pollution present in the sedimentary environment of the river is related to natural factors, geology, soil erosion and weathering of riverbed rocks.
Conclusion: The process of changes in the amount and distribution of elements in the sediments were compared and the factors affecting their alignment or mismatch were discussed and researched. Generally, the results of this research show that the Karaj River, taking into account the Geoaccumulation index and Enrichment Factor, has negligible contamination of heavy metals in the riverbed sediment. However, the trend of index changes along the river route shows the direct effects of destructive human activities in the region.
کلیدواژه‌ها [English]
Concentration of heavy metals, Sediment pollution, Geoaccumulation Index, Enrichment Factor, Karaj River
مراجع

Abedi Koupaei, J., 2007. Methods of preventing the wastage of water resources, In Proceedings of the 2nd Conference on Methods of Preventing the Wastage of National Resources, 4th-6th November, Shahrekord, Iran. pp. 131-142.

Abolghasemi Rahimabadi, A., 1999. Identifying and investigating the effect of pollutant sources on the water quality of the Zayandeh Rood River using the QUAL2E model. MS.c. Thesis. Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.

Berkowitz, B., Dror, I. and Yaron, B., 2008. Contaminant geochemistry: Interactions and Transport in the Subsurface Environment. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 412p.

Bradl, H.B., Kim, C., Kramar, U. and Stiiben, D., 2005. Interactions of heavy metals. in H. B. Bradl, Heavy metals in the environment: Germany. Elsevier. 6, 28-148.

Castro-Català, N., Kuzmanovic, M., Roig, N., Sierra, J., Ginebreda, A., Barceló, D. and Muñoz, I., 2016. Ecotoxicity of sediments in rivers: Invertebrate community, toxicity bioassays and the toxic unit approach as complementary assessment tools. Science of the Total Environment. 540, 297-306.‏

Dickinson, W.W., Dunbar, G.B. and Mcleod, H., 1996. Heavy metal history from cores in Wellington Harbour New Zealand. Environmental Geology. 27, 59-69.

Gheshlaghi, S. and Rostami, A., 2016. Contamination and speciation of heavy metals in sediments of Siah Rood riverbed (Qaemshahr region, Mazandaran Province).  Stratigraphy and Sedimentology Researches. 33(2), 73-90. 

Goorzadi, M., Vahabzade, Gh., Ghanbarpour, M.R. and Karbassi, A.R., 2009. Assessment of heavy metal pollution in Tilehbon riversediment. Journal of Applied Sciences. 9(6), 1190-1193.

Kane, S., Lazo, P. and Vlora, A., 2012. Assessment of Heavy Metals in some Dumps of Copper Mining and Plants in Mirdita Area, Albania. In Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Water, Climate and Environment, EDS, 24th-29th June, Ohrid, Macedonia.

Karimi, M. and Ghasempour Shirazi, SM., 2012. Geochemical distribution and degree of contamination of heavy metals (lead, zinc, nickel, chromium and arsenic) in the sediments of the Kor River (south of Marvdasht). Geotechnical Geology (Applied Geology). 2(8), 133-145. 

Langmuir, D., Chrostowski, P., Vigneault, B. and Chaney, R., 2005. Issue paper on the environmental chemistry of metals: U.S. Environmental Protection Agency Risk Assessment Forum 1200 Pennsylvania Avenue, NW Washington, DC. 113p.

Lazaro, J.D., Kidd, P.S. and Martinez, C.M., 2006. A phytogeochemical study of the Tra´s-os-Montes region (NE Portugal): possible species for plant based soil remediation technologies. Science of the Total Environment. 354 (2-3), 265-277.

Li, Z., Liu, J., Chen, H., Li, Q., Yu, C., Huang, X. and Guo, H., 2019. Water environment in the Tibetan Plateau: heavy metal distribution analysis of surface sediments in the Yarlung Tsangpo River Basin. Environ Geochem Health. 17, 1-9.

Lin, K.N., Lim, Y.C., Chen, C.W., Chen, C.F., Kao, C.M. and Dong, C.D., 2022. Spatiotemporal variation and ecological risk assessment of heavy metals in industrialized urban river sediments: Fengshan River in southern Taiwan as a case study. Appl Sci. 12(3),1013.

Liu, H., Probst, A. and Liao, B., 2005. Metal contamination of soils and crops affected by the Ehenzhou lead Zinc mine spill (Hunan, Ehina). Science of the Total Environment. 339, 153-156.

Lone, S. A., Bhat, S. U., Hamid, A., Bhat, F. A., and Kumar, A., 2020. Quality assessment of springs for drinking water in the Himalaya of South Kashmir India. Environ Sci Pollut Res. 28, 2279-2300.

Loska, K. and Wiechula, D., 2003. Application of principal component analysis for the estimation of source of heavy metal pollution in surface sediments from the Rybnik Reservoir. Chemosphere. 51, 723-733.

Loska, K., Cebula, J., Pelczar, J., Wiechula, D. and Kwapulinski, J., 1995. Use of envrionment, and contamination factors together with geoaccumulation indexes to elevate the content of Cd, Cu and Ni in the Reybnik water reservoir in Poland. Water, Air Soil Pollution. 93, 347-365.

Mishra, S. and Kumar, A., 2020. Estimation of physicochemical characteristics and associated metal contamination risk in river Narmada. India Env Eng Res. 26, 190521.

Muller, G., 1969. Index of geoaccumulation Mullen sediments of the Rhine River. Journal of Geology. 2, 108-118.

Nezami, S. and Khodaparast, H., 1996. Survey on organic matter accumulation in the Anzali Lagoon. Iranian Fisheries Scientific Journal. 5 (2), 1-10.

Rybicka, E.H., Adamiec, E. and Aleksander-Kwaterczak, U., 2005. Distribution of trace metals in the Odra River system: water–suspended matter–sediments. Limnologica. 35(3), 185-198.‏

Singhal, B.B.S. and Gupta, R.P., 1999. Applied hydrogeology of fractured rocks. Kluwer Academic Publishers. 400p. 

Stoffers, P., Glasby, G.P., Wilson, C.J., Davis, K.R. and Watter, P., 1986. Heavy metal pollution in Wellington Harbor. New Zealand Marine and Freshwater Research. 20, 494-512.

Sunderland, E.M., 2008. Reconciling models and measurements to assess trends in atmospheric mercury deposition. Environmental Pollution. 156 (2), 526-35.

Sutherland, R.A., 2000. Bed sediment-associated trace metals in an urban stream, Oahu, Hawaii. Environment Geology. 39, 611-627.

Voral, M., 2011. Assessment of heavy metal contamination in sediments of the Tigris river (Turkey) using pollution indices and multivariate statistical techniques. Hazardous Materials. 195, 355-364.

Wang, Q.Q., Duan, W.Y., Yao, X.M., Guo, X.N., Liu, D.Y., Gao, W.M. and Zhang, J.D., 2022. Distribution and ecological risk assessment of heavy metals in the sediments of Changli ecological monitoring area, northwest of Bohai Bay, China. Environ Pollut Bioavailable. 34(1),180–189.

Yinghong, F., Chunye, L., Mengchang, H. and Zhifeng, Y., 2009. Enrichment and Chemical Fraction of Copper and Zinc in the Sediments of the Dalio River System, China. Soil and Sediment Contamination. 18, 688-701.

Yu, R.L., Hu, G.R. and Wang, L.J., 2010. Speciation and ecological risk of heavy metals in intertidal sediments of quanzhou bay, China. Environmental Monitoring Assessment. 2010, 163, 241–252.

Zhao, Y.Q., Yang, Y., Dai, R.K., Leszek, S., Wang, X.Y. and Xiao, L.Z., 2021. Adsorption and migration of heavy metals between sediments and overlying water in the Xinhe River in central China. Water Sci Technol. 84(5),1257.

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 16,022
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 8,545