Investigation of Groundwater Quality Using Multivariate Statistical Methods in Ardabil Plain Aquifer

Document Type : Original Article

Authors

1 Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili

2 Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Iran

3 Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Iran.

4 Computer & Statistic Sciences Department, Faculty of Science, University of Mohaghegh Ardabili

Abstract

Pollution and declining quality of water resources reduce usable water resources, weaken economic development and threaten human health. In this study, groundwater quality was studied and analyzed in Ardabil aquifer. For this purpose, 32 samples of groundwater sources in the Ardabil plain were collected and the concentrations of major ions, minor ions and some heavy metals were measured. Then, hydrogeochemical factors affecting the groundwater quality of the study area were analyzed using multivariate statistical methods, including correlation coefficients and factor analysis. According to the correlation matrix, the concentrations of metals such as arsenic, barium, scandium, silicon, zinc and vanadium indicated a little correlation with the main ions. Therefore, it can be concluded that the entry of these elements into groundwater is due to human activities. In factor analysis, the groundwater quality changes were affected by four main factors with 77.31% of the total variance of data in Ardabil plain. The results of factor analysis showed that the first factor was lithogenic, the second and third factors were lithogenic and anthropogenic, and the fourth factor was just anthropogenic. The results showed that the concentrations of heavy metals such as arsenic, barium, scandium, silicon, vanadium and zinc did not have a high correlation with the main ions, so the presence of these elements could be due to human activity. Also, the greatest effect on groundwater hydrochemistry in the study area was related to magnesium, sodium, calcium ions and electrical conductivity.

Keywords

Main Subjects

References

اصغری مقدم، الف و ر. برزگر. 1393. بررسی عوامل موثر بر غلظت بالای آرسنیک در آب زیرزمینی آبخوان­های دشت تبریز. فصل­نامه علوم زمین، 24(94): 177-190.
ایبای، ج. ن.،1390. مبانی زمین­شیمی زیست­محیطی، ( ترجمه ف. مر. س. مدبری و گ. فرقانی تهرانی)، مرکز نشردانشگاهی، 670 صفحه.
پیران‌قرنی‌نمین، س.، الف. جاوید و ج. قدوسی. 1397. بررسی تأثیر سازندهای زمین‌شناسی بر روی کیفیت منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت اردبیل). علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره 20، شماره 3.
جلالی، ل و الف. اصغری­مقدم. 1392. تشخیص وضعیت هیدروژئوشیمیایی و روند شوری در سفره آب زیرزمینی دشت خوی به روش­های آماری و هیدروشیمیایی. محیط­شناسی، سال سی و نهم، شماره 2، 122-113.
دردی­محمودی، م­.، ع. مرادیان­هره­دشت و ع. ندیری. 1395. منابع آب زیرزمینی شهرستان آستانه و بررسی عوامل موثر بر آن با روش­های آماری، گرافیکی و GIS. فصلنامه علمی پژوهشی زمین شناسی محیط زیست، 10(35).
رهنمای‌رهسپار، ص.، ع. شاهنظری، م. خالدیان و الف. فرقانی. 1394. بررسی میزان آلودگی آب‌های زیرزمینی به عناصر سنگین و پهنه‌بندی آن در منطقه گیلان مرکزی به کمک زمین‌آمار. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 9 (1): 21-13.
زارعی، ک.، ع. رسول­زاده، م. صدیقی، غ.ر. احمدزاده و ج. رمضانی مقدم. 1399. تعیین رابطه فرونشست زمین و افت                 سطح آب­زیرزمینی با دو روش تداخل سنجی راداری و ایستگاه ثابت GPS (مطالعه موردی: دشت سلماس). نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران، 41 (11): 184-170.
صفری، ش.، الف. اصغری­مقدم، ع. الف. ندیری و ک. سیاه­چشم. 1395. منشا آرسنیک و چگونگی آزادسازی آن در منابع آب زیرزمینی دشت چهاردولی، استان کرمان. علوم­زمین، سال بیست ­و پنجم، شماره 99، 270- 261.
عباس­نژاد، الف.، ی. نظری و م. دهقانی. 1395. بررسی فرآیندهای هیدروژئوشیمیایی موثر بر کیفیت آب زیرزمینی دشت راین، کرمان با استفاده از روش­های آماری. ژئوشیمی، سال پنجم، شماره دوم، 155- 145.
غفاری، ح. 1392. برآورد تغذیه‌ی آب زیرزمینی با استفاده از مدل­های CRD و WTF در دشت اردبیل. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه محقق اردبیلی، 97 صفحه.
غفاری، ح.، , رسول­زاده، م. رئوف و ا. اسمعلی عوری. 1397. برآورد تغذیه طبیعی آب زیرزمینی با استفاده از روش WTF  (مطالعه موردی: آبخوان دشت اردبیل). نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، جلد 48 (1): 43-52.
فخری، م.، الف. اصغری­مقدم و م. نجیب. 1394. کاربرد آنالیزهای چند متغیره و اندیس­های اشباع در ارزیابی کیفی آب­های زیرزمینی دشت مرند. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک، 22(6): 117-133.
فخری، م.، الف. اصغری­مقدم، ر. برزگر، ن. کاظمیان و م. نجیب. 1395. بررسی منشأ برخی فلزات سنگین در آب زیرزمینی آبخوان دشت مرند با استفاده از روش­های آماری چند متغیره. نشریه دانش آب و خاک، 26(2/2): 237-253.
کلانتری، ن.، الف. عنبری و ه. محمدی. 1397.  بررسی هیدروشیمیایی منابع آب سطحی و زیرزمینی دشت بستان با استفاده از تکنیک­های آماری چند متغیره. تحقیقات منابع آب ایران، 14(2): 236-248.
مسعودلک، م.، ج. عزیزی مبصر و ع. رسول­زاده. 1397. ارزیابی آسیبپذیری آلودگی آب زیرزمینی دشت ارومیه
با استفاده از مدلهای دراستیک و دراستیک اصلاح شده. تحقیقات منابع آب ایران، 14(5): 193-204.
نخعی، م.، و. امیری و م. رحیمی شهربابکی. 1392. ارزیابی پتانسیل آلودگی و آنالیز حساسیت آب زیرزمینی در آبخوان خاتون آباد با استفاده از مدل دراستیک مبتنی بر GIS. مجله زمین­شناسی کاربردی پیشرفته، دوره 3، شماره 8، 10 -1.
Ahmadi, T., A.N. Ziaei, A. Rasoulzadeh, K. Davary, K. Esmaili, A. Izady. 2015. Mapping groundwater recharge areas using CRD and RIB methods in the semi-arid Neishaboor Plain, Iran. Arabian Journal of Geosciences, 8 (5): 2921-2935.
Ahmadi, T., A.N. Ziaei, K. Davary, A. Faridhosseini, A. Izady, A. Rasoulzadeh. 2012. Estimation of groundwater recharge using various methods in Neishaboor Plain, Iran. 5th international groundwater symposium, Kuwait.
Cloutier, V., R. Lefebvre, R. Therrien and M. Savard, 2008. Multivariate statistical analysis of geochemical data as indicative of the hydrogeochemical evolution of groundwater in a sedimentary rock aquifer system. Journal of Hydrology, 353(3): 294-313.
 
Bezaatpour, J., E. Fatehifar, A. Rasoulzadeh. 2020. CFD investigation of natural gas leakage and propagation from buried pipeline for anisotropic and partially saturated multilayer soil. Journal of Cleaner Production, 277, 123940.
Bodrud- Doza, Md., M. A. H. Bhuiyan, S. M. Didar- Ul Islam, Md. Morshedul Haque, K. J. Fatema, N. Ahmed, M. A. Rakib and Md. Atiur Rahman. 2019. Hydrogeochemical investigation of groundwater in Dhaka City of Bangladesh using GIS and multivariate statistical techniques. Groundwater for Sustainable Development, 8: 226-244.
Christodoulidou, M., C. Charalambous, M. Aletrari, P. Nicolaidou Kanari, A. Petronda and N.I. Ward. 2012. Arsenic concentrations in groundwaters of Cyprus. Journal of Hydrology, 468-469: 94-100.
Davis, A., J.H. Kempton and A. Nicholson. 1994. Groundwater transport of arsenic and chromium at a historical tannery, Applied Geochemistry, 9, 569-582.
Evanko, F.R. and D.A. Dzombak. 1997. Remediation of metals-contaminated soils and groundwater. Technology Evaluation Report prepared for Ground Water Remediation. Technologies Analysis Center. Journal of Hydrology, 213: 71–87.
Esmaeilbeiki, F., M.R.  Nikpour, V.K. Sing, O. Kisi, P. Sihag and H. Sanikhani. 2020. Exploring the application of soft computing techniques for spatial evaluation of groundwater quality variables. Journal of Cleaner Production, 276, 124206.
Gomez, J.J., J. Lillo and B. Sahún. 2006. Naturally occurring arsenic in groundwater and identification of the geochemical sources in the Duero Cenozoic Basin, Spain. Environmental Geology, 50: 1151-1170.
Helena, B., R. Pardo, M. Vega, E. Barrado, J.M. Fernandez, and L. Fernandez. 2000. Temporal evolution of groundwater composition in an alluvial aquifer (Pisuerga River, Spain) by principal component analysis. Water research, 34(3): 807-816.
Lawrence, F.W. and S.B. Upchurch. 1982. Identification of water recharge areas using geochemical factor analysis, Groundwater, 206: 680-687.
Mahlknecht, J., 2003. Estimation of recharge in the Independence aquifer, central Mexico, by combining geochemical and groundwater flow models. PhD Thesis, Institute of Applied Geology, University of Agricultural and Life Sciences (BOKU) Vienna, Austria, 296 p.
Pahlevani Majdabady, M., A. Rasoulzadeh, A. Kanooni, G. Ahmadzadeh. 2020. Estimation of Groundwater Recharge Originating from Agricultural Irrigation and Rainfall in Shyramyn Plain, Iran. Irrigation and Drainage, 69(1): 107-120.
Rahnama, M.B., 2001. Predicting the spread of contamination in groundwater aquifers. 3rd National Congress on Environmental Health, Kerman University of Medical Sciences, Kerman. Iran.
Rao, N.S., P.S. Rao, G.V. Reddy and M. Nagamani. 2011. Chemical characteristics of groundwater and assessment of groundwater quality in Varaha River Basin, Visakhapatnam District, Andhra Pradesh, India, Environ Monit Assess, 184: 5189–5214.
Ramanathan, A. L., P.M. Balakrishna and S. Chidambaram. 2007. Groundwater Arsenic contamination and its health effects-case studies from India and South East Asia. Indian Journal Geochemistery, 22: 371-384.
Ramesh, K. and P.B. Jagadeeswari. 2012. Hydrochemical Characteristics of Groundwater for Domestic and Irrigation Purposes in Periyakulam Taluk of Theni District, Tamil Nadu. Research Journal of Environment Sciences, 1(1): 19-27.
Rasoulzadeh, A., S.A.A. Moosavi. 2007. Study of groundwater recharge in the vicinity of Tashk Lake area. Iranian Journal of Science and Technology Transaction B-Engineering, 31 (B5): 509-521.
Srivastava SK, Ramanathan AL. 2007. Geochemical assessment of groundwater quality in vicinity of Bhalswa landfill, Delhi, India, using graphical and multivariate statistical methods. Environmental Geology, 53: 1509-1528.
Statistical Center of Iran. 2011. Implementation of the 2011 Iranian Population and Housing Census. 61p.                                                                                                                                          
 
Irrigation and Water Engineering
Volume 13, Issue 2 - Serial Number 50
December 2022
Pages 333-353

Files

Share

How to cite

Statistics