مطالعات علوم محیط زیست

مطالعات علوم محیط زیست

ارزیابی کیفی آب های سطحی با استفاده از شاخص های کیفیت آب برای مصارف شرب، کشاورزی و صنعت (مطالعه موردی: رودخانه ماسوله رودخان در گیلان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی محیط زیست، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران
2 گروه عمران، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران
10.22034/jess.2025.509091.2360
چکیده
هدف از این پژوهش، بررسی کیفیت منابع آب برای مصارف شرب، کشاورزی و صنعت بر اساس استاندارد سازمان جهانی بهداشت، نمودار ویلکاکس و شولر با استفاده از نرم افزارChemistry ، شاخص های لانژلیه و رایزنر در بخشی از رودخانه ماسوله رودخان واقع در استان گیلان می باشد. داده های مربوط به سه ایستگاه زودل، کمادول و چمثقال رودخانه ماسوله رودخان برای پارامترهای کیفی شامل pH، Ca، Mg، Na، EC، TDS، SAR، TH، Cl، SO4،HCO3 استفاده شد. با مقایسه متغیرهای کیفی آب با استاندارد سازمانی جهانی بهداشت مشخص گردید که کیفیت آب رودخانه در محدوده مطالعه دارای مقادیری در محدوده مجاز این استاندارد بودند. با توجه به شاخص کیفی ویلکاکس و شولر آب رودخانه برای مصارف کشاورزی در حد مناسب و از نظر شرب در حد خوب قرار گرفت. از نظر ضریب لانژلیه و رایزنر منابع آبی موجود خورنده گزارش گردید. بنابراین برای جلوگیری از آسیب های جبران ناپذیر به مدیریت مناسب و جامع نیاز است که می توان با مدیریت عرضه و تقاضا، برداشت بی رویه از منابع آب را کاهش داد. همچنین برای حفظ و صیانت از این آب ها نیازمند مطالعات دیگر مانند تهیه نقشه های کمی و کیفی منابع آب منطقه با استفاده از روش های نوین و دقیق موثر است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Assessment of Surface Water Quality Using Water Quality Index for Drinking, Agricultural, and Industrial purposes (Case Study: Masouleh Rudkhan River in Gilan)

نویسندگان English

Leila Ooshaksaraie 1
Amirhossein Ebhaneh 2
1 1. Department of Environmental Engineering, Lahijan Branch, Islamic Azad University, Lahijan, Iran
2 Department of Civil Engineering, Lahijan Branch, Islamic Azad University, Lahijan, Iran
چکیده English

ABSTRACT

The purpose of this study is to investigate the quality of water resources for drinking, agricultural, and industrial uses, based on World Health Organization (WHO) standards, the Wilcox and Schoeller diagrams using Chemistry software, and the Langelier Saturation Index (LSI) and Ryznar Stability Index (RSI) in a section of the Masouleh Rudkhan River located in Guilan Province. Data from three hydrometric stations, Zudel, Kamadul, and Chamethqal, were used to assess water quality parameters, including pH, Ca, Mg, Na, EC, TDS, SAR, TH, Cl, SO4, and HCO3. By comparing the water quality variables with the World Health Organization standards, it was indicated that the water quality of the river in the study area was within the permissible range. According to the Willcox and Schuller quality indices, the river water was suitable for agricultural use and good for drinking purposes. Based on the Langelier and Ryznar indices, the available water resources were reported as corrosive. Therefore, to prevent irreparable damage, appropriate and comprehensive management is required, which can reduce excessive extraction of water resources through supply and demand management. Additionally, to preserve and protect these waters resources, further studies such as preparing quantitative and qualitative maps of the region's water resources using modern and accurate methods, are effective.

ABSTRACT
The purpose of this study is to investigate the quality of water resources for drinking, agricultural, and industrial uses, based on World Health Organization (WHO) standards, the Wilcox and Schoeller diagrams using Chemistry software, and the Langelier Saturation Index (LSI) and Ryznar Stability Index (RSI) in a section of the Masouleh Rudkhan River located in Guilan Province. Data from three hydrometric stations, Zudel, Kamadul, and Chamethqal, were used to assess water quality parameters, including pH, Ca, Mg, Na, EC, TDS, SAR, TH, Cl, SO4, and HCO3. By comparing the water quality variables with the World Health Organization standards, it was indicated that the water quality of the river in the study area was within the permissible range. According to the Willcox and Schuller quality indices, the river water was suitable for agricultural use and good for drinking purposes. Based on the Langelier and Ryznar indices, the available water resources were reported as corrosive. Therefore, to prevent irreparable damage, appropriate and comprehensive management is required, which can reduce excessive extraction of water resources through supply and demand management. Additionally, to preserve and protect these waters resources, further studies such as preparing quantitative and qualitative maps of the region's water resources using modern and accurate methods, are effective.

EXTENDED ABSTRACT

Introduction

Surface water is the most important water resources and plays a significant role in supplying water for various activities such as agriculture, industry, and drinking. There are various standards to assess drinking water quality. The Schoeller diagram can identify drinking water quality. To determine agricultural water quality, the Wilcox classification can be used. Also, to classify water for industrial uses, the Langelier Saturation and Ryznar Stability index are used. Numerous studies have been conducted on water resources quality such as; Cham Anjir River water quality, based on the Schoeller diagram, is good and acceptable for drinking, Tuo River water quality have high salinity and low alkalinity, which can be used for irrigation, while the Bian River water quality had high salinity and were suitable for irrigating plants with high salt tolerance. The purpose of this study is to determine the water quality of the Masouleh Rudkhan River at the Chamethqal, Zudel, and Kamadul hydrometric stations in the Masouleh Rudkhan watershed.

Materials and methods
In this research, data recorded at three hydrometric stations, Zudel, Kamadul, and Chamethqal, located in the Masouleh Rudkhan watershed in Guilan Province, were used. This study examined parameters such as pH, Ca, Mg, Na, EC, TDS, SAR, TH, Cl, SO4, and HCO3 were examined as key water resource quality parameters. The Zudel, Kamadul and Chamethqal stations are located upstream, midstream and downstream of the river. In assessing the water quality of the Masouleh Rudkhan River for drinking and agricultural purposes, Chemistry software was used, along with the Schoeller and Wilcox diagrams. River water quality is investigated using the World Health Organization standard and Langelier Saturation and Ryznar Stability Index for industrial use.

Results and discussion
It can be summarized that pH, Ca, Mg, Na, TDS, TH, Cl, SO4, and HCO3 are within a good range, EC is moderate, and SAR is at a low risk of alkalization. The Schoeller diagram indicates that the Masouleh Rudkhan River water quality is in good category for drinking purposes. The Wilcox diagram shows that the river water quality is slightly saline and suitable for agriculture. The results of the Langelier Saturation and Ryznar Stability Index indicate that the Masouleh Rudkhan River water quality is corrosive for industrial uses and can have an adverse effect on well equipment and water supply facilities. The results of this study consistent with the studies conducted by Akhourzadeh on the Dez River and by Izadi et al., on the Khorramabad River.

Conclusion
The following suggestions are provided for water resource management. Water supply and demand management can be reduced excessive water withdrawal from water resources. Due to the limited availability of water resources and increasing final cost of water extraction, allocating water resources to projects with the highest efficiency is essential. Economic comparison and prioritization of projects are of great importance. Preparing quantitative and qualitative maps of the region's water resources using modern and accurate methods is effective. The use of new irrigation technologies compatible with climatic and agricultural conditions should be carefully selected.

EXTENDED ABSTRACT

Introduction

Surface water is the most important water resources and plays a significant role in supplying water for various activities such as agriculture, industry, and drinking. There are various standards to assess drinking water quality. The Schoeller diagram can identify drinking water quality. To determine agricultural water quality, the Wilcox classification can be used. Also, to classify water for industrial uses, the Langelier Saturation and Ryznar Stability index are used. Numerous studies have been conducted on water resources quality such as; Cham Anjir River water quality, based on the Schoeller diagram, is good and acceptable for drinking, Tuo River water quality have high salinity and low alkalinity, which can be used for irrigation, while the Bian River water quality had high salinity and were suitable for irrigating plants with high salt tolerance. The purpose of this study is to determine the water quality of the Masouleh Rudkhan River at the Chamethqal, Zudel, and Kamadul hydrometric stations in the Masouleh Rudkhan watershed.

Materials and methods
In this research, data recorded at three hydrometric stations, Zudel, Kamadul, and Chamethqal, located in the Masouleh Rudkhan watershed in Guilan Province, were used. This study examined parameters such as pH, Ca, Mg, Na, EC, TDS, SAR, TH, Cl, SO4, and HCO3 were examined as key water resource quality parameters. The Zudel, Kamadul and Chamethqal stations are located upstream, midstream and downstream of the river. In assessing the water quality of the Masouleh Rudkhan River for drinking and agricultural purposes, Chemistry software was used, along with the Schoeller and Wilcox diagrams. River water quality is investigated using the World Health Organization standard and Langelier Saturation and Ryznar Stability Index for industrial use.

Results and discussion
It can be summarized that pH, Ca, Mg, Na, TDS, TH, Cl, SO4, and HCO3 are within a good range, EC is moderate, and SAR is at a low risk of alkalization. The Schoeller diagram indicates that the Masouleh Rudkhan River water quality is in good category for drinking purposes. The Wilcox diagram shows that the river water quality is slightly saline and suitable for agriculture. The results of the Langelier Saturation and Ryznar Stability Index indicate that the Masouleh Rudkhan River water quality is corrosive for industrial uses and can have an adverse effect on well equipment and water supply facilities. The results of this study consistent with the studies conducted by Akhourzadeh on the Dez River and by Izadi et al., on the Khorramabad River.

Conclusion
The following suggestions are provided for water resource management. Water supply and demand management can be reduced excessive water withdrawal from water resources. Due to the limited availability of water resources and increasing final cost of water extraction, allocating water resources to projects with the highest efficiency is essential. Economic comparison and prioritization of projects are of great importance. Preparing quantitative and qualitative maps of the region's water resources using modern and accurate methods is effective. The use of new irrigation technologies compatible with climatic and agricultural conditions should be carefully selected.

کلیدواژه‌ها English

Masouleh Rudkhan river
World Health Organization
Wilcox and Schoeller diagram
Langelier Saturation and Ryznar Stability Index
Chemistry software
1.       استواری، ی. بیگی هرچگانی ح.ا. 1392 .مقایسه پتانسیل های رسوب گذاری و خورندگی و مولفه های آنها در سفره های آب زیرزمینی دشت های لردگان و جمال. مجله مهندسی آب و محیط زیست ایران، 1(2): 26-15.
2.      اسفندیاری، م.، حکیم زاده اردکانی، م.ا. 1389. ارزیابی وضعیت بالفعل بیابان زایی، با تأکید بر تخریب منابع خاک براساس مدل IMDPA  (مطالعه موردی: آباده طشک- فارس). فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 17(4): 624- 631.
3.      آخوردزاده، ح. 1397.  طبقه بندی آب در رودخانه دز برای شرب، کشاورزی و صنعت، یازدهمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، اهواز.
4.      آذره ، ع.، زهتابیان، غ.، نظری سامانی، ع.، خسروی، ح. 1394. پایش بیابان زایی دشت گرمسار با تأکید بر دو معیار آب و کشاورزی، مرتع و آبخیزداری. مجله منابع طبیعی ایران، 68 (3): 428- 439.
5.      آقایی، م.، حشمت پور، ع.، قره محمدلو، م.، سیدیان، س. م. 1399. بررسی کیفیت آب رودخانه چهل چای با استفاده از شاخص IRWQISC. علوم و تکنولوژی محیط زیست، 22(5): 153-166.
6.      ایزدی، ز.، بهرامی، ن.، مریدی نژاد، رضا. 1398. ارزیابی کیفیت آب رودخانه خرم آباد برای مصارف شرب و کشاورزی. اولین گردهمایی علمی محیط زیست کاربردی، تهران.
7.      پیری علم، ر.، شمس خرم آبادی، ق.ا.، شاهمنصوری، م.ر. فرزاد کیا، م. 1387. تعیین پتانسیل خوردندگی یا رسوب گذاری آب آشامیدنی شبکه های توزیع شهر خرم آباد با استفاده از اندیس های خورندگی. فصلنامه عملی-پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی لرستان، 10(3).
8.      جعفری اول، ی.، عبادتی، ن.، یوسفی، ح.، کلاتنتری، ب.، میرزایی، م. 1396. پراکنش و پایش کیفی آب قنوات شرق تهران به منظور مدیریت منابع آب. اکوهیدرولوژی، 4(1): 52-39.
9.      حسینی وردنجانی، س.م.ر.، خوش روش، م.، قهرمان، م.، نادری، م. 1402. ارزیابی تناسب کیفیت آبهای زیرزمینی برای مصارف کشاورزی، شرب و صنعت (مطالعه موردی: جنوب استان چهارمحال و بختیاری. محیط زیست و مهندسی آب، 9(4): 531-515.
10.  حشمتی، ا.، خداشناس، س. ر. 1396. ارزیابی کیفیت آبخوان دشت بجنورد با استفاده از نمودارهای کیفی و نقشه های هم میزان برای مصارف شرب، کشاورزی و صنعت. چهارمین کنفرانس بین المللی برنامه ریزی و مدیریت، ایران.
11.  حیدری نژاد، ز.، حیدری، م.، سلیمانی، ح.، نجفی صالح، ح. 1397. ارزیابی کیفیت فیزیکی و شیمیایی منابع آب زیرزمینی شهرستان های خواف، تایباد و رشتخوار طی سال های 1384-1394. مجله طب پیشگیری، 5(1): 42-36.
12.  رستگاری مهر، م. 1390. مطالعه زمین شیمی زیست محیطی فلزات سنگین در آب و رسوبات بخشی از رودخانه زاینده رود (شعاع 50 کیلومتری از مرکز شهر اصفهان: پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.
13.  سالاری، م. 1402. بررسی کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از شاخص های کیفیت آب جهت مصارف شرب، کشاورزی و صنعت (مطالعه موردی: دشت شیراز). مطالعات علوم محیط زیست، 8 (4): 7574-7586.
14.  سلطانی، ک.، جهانگیر، م.ح. 1397. پهنه بندی کیفی منابع آب شهری، صنعتی و کشاورزی در منطقه جنوب شرقی استان سیستان و بلوچستان. نشریه علمی- ترویجی علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 3(4): 32-18.
15.  سلیمانی، س. 1392. آنالیز و روندیابی شاخص های کیفیت شلیمیایی آب، مطالعة موردی رودخانة چم انجیر خرم آباد. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، 12(3): 106-95.
16.  سلیمانی مطلق، م.، طالبی، ع.، زارعی، م. 1392. بررسی اثرات خشکسالی بر کیفیت منابع آب سطحی حوزه آبخیز کشکان. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 6(12): 154-165.
17.  سعیدی پور، م. 1398. ارزیابی کیفی آب رودخانه های کارون و دز در فصول تر و خشک با استفاده از شاخص کیفی ویلکاکس و شولر جهت مصارف کشاورزی و شرب: پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و مناطبیعی خوزستان.
18.  شرکت سهامی آب منطقه ای گیلان، 1394. مطالعات پایش کیفی آب رودخانه ماسوله رودخان و حوضه های پیش رودبار و پلناگ ور و تعداد 20 حلقه چاه. مهندسین مشاور طیف ساز سبز.
19.  شیرزادنیا، ج.، حشمتپور، ع.، فتح آبادی، ا.، اکبری، ر. 1396. نقش زیرحوضه ها در پارامترهای کیفیت آب رودخانه چهل چای. مجله محیط زیست و مهندسی آب، 7(4): 378-390.
20.  صداقت، م. 1387 . زمین و منابع آب (آب های زیرزمینی). انتشارات دانشگاه پیام نور.
21.  عبادتی، ن. 1393. بررسی کیفیت آب رودخانه دز برای مصارف مختلف شرب، صنعت و کشاورزی. گزارش طرح پژوهشی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اسلامشهر.
22.  عبادتی، ن.، هوشمندزاده، م. 1393. بررسی کیفیت آب رودخانه دز در ایستگاه آب سنجی دزفول. مجله اکو هیدرولوژی، 1(2):  69-81.
23.  عطافر، ز.، الماسی، ع.، سرخوش، م.، درگاهی، ع. 1394. مطالعه روند تغییرات کیفیت میکروبی آب آشامیدنی روستاهای شهرستان کرمانشاه طی دوره ده ساله (92 -1383). مجله مهندسی بهداشت محیط، 3(1): 9-19.
24.  فتحی، ا.، زمانی، ر.، محمودی، ا.، زارعبیدکی، ر. 1397. ارزیابی کیفیت آب رودخانه بهشت آباد در محل تالقی چشمه شلمزار با آب کوهرنگ. مجله محیط زیست و مهندسی آب، 4(2): 178-183.
25.  لطفی، ع.، ظهرابی، ن.، محمدروزبهانی، م. 1396. بررسی کیفیت آب رودخانه سیکان با استفاده از شاخص های NSFWQI و  BCWQI. محیط زیست و مهندسی آب، 3(4): 367-377.
26.  مختاری، ا.، عالیقدری، م.، حضرتی، ص.، صادقی، ه.، قراری، ن. قربانی، ل. 1389. ارزیابی وضعیت خورندگی و رسوب گذاری شبکه توزیع آب آشامیدنی شهر اردبیل با استفاده از شاخص های Ryznar و Langelier. مجله عملی پژوهشی سلامت و بهداشت اردبیل، 1(1): 23-14.
27.  معتمدی راد، م.، مختاری، ل.گ.، بهرامی، ش.، زنگنه، م.ع. 1400. ارزیابی کیفیت منابع آبی از نظر شرب، کشاورزی و صنعت در آبخوان کارستی روئین اسفراین استان خراسان شمالی. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 21(62): 73-93.
28.  مقدم یکتا، ن.، رفعتی، م.، کریمی، ع.، سجادی، ن. 1401. بررسی کیفیت آب رودخانه شهری و ارزیابی تناسب آن ها با کاربری حفاظت از محیط زیست (مطالعه موردی رودخانه کن). مجله محیط زیست و مهندسی آب، 8 (3): 738-752.
29.  مهدوی، م. 1388. هیدرولوژی عمومی، انتشارات علم و ادب.
30.  همایون نژاد، ا.، امیریان، پ.، پیری، ع. 1395. ارزیابی کیفیت آب مخازن چاه نیمه زابل از نقطه نظر شرب و کشاورزی ( با تکیه بر نمودارهای شولر و ویلکوکس). علوم و تکنولوژی محیط زیست، 18(1): 1-12.
31.  یوسفی، آ.، 1394. ارزیابی کیفیت آب زیرزمینی منطقه بوانات از نظر شرب و کشاورزی: پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت.
32.  یوسفی، ح.، ریحانی، ا.، امینی، ل.، قاسمی، ل. 1401. ارزیابی کیفیت آب قنا تها با استفاده از برنامه Chemistry جهت مصارف مختلف در نائین. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران، 13 (50): 463-486.
33.   Chai, Y., Xiao, C., Li, M., Liang, X. 2020. Hydrogeochemical Characteristics and Groundwater Quality Evaluation Based on Multivariate Statistical Analysis. Water, 12(10): 2792.
34.   Gazzaz, N.M., Yusoff, M.K., Zaharin Aris, A., Juahir, H., Ramli, M.F. 2012. Artificial neural network modeling of the water quality index for Kinta River (Malaysia) using water quality variables as predictors, Marine Pollution Bulletin, 64(11): 2409-2420.
35.   Ige, O.O., Okunola, N, Obasju, D.O., Omrinoye, O.A. 2017. Hydrochemical evaluation of water resources in IWO southweastern Nigeria. Ethiopian Journal of Environmental Studies & Management, 10(7): 958-967.
36.   Jackson, C.R., Meister, R., Prudhomme, C. 2011. Modelling the effects of climate change and its uncertainty on UK Chalk groundwater resources from an ensemble of global climate model projections, Journal of Hydrology, 399(1-2): 12-28.
37.   Karanth, K.R., 1987. Ground Water assessment: development and management, Tata McGrow-Hill education.
38.   Kosha, A.S., Geeta, S.J. 2015. Evaluation of water quality index for River Sabarmati, Gujarat, India. Appl. Water Sci., (7): 1349-1358.
39.   Mirzaei, M., Solgi, E., Salman-Mahiny, A. 2016. Evaluation of surface water quality by NSFWQI index and pollution risk assessment, using WRASTIC Index in 2015. J. Arch. Hygiene Sci., 5(4): 264-277.
40.   Moftah Haghimi, M. 2010. Water quality zoning using different quality indices (Case study: Toluq River), J. Soil Water Conserv. Res., 2: 10-16.
41.   Nirmala, B., Suresh Kumar, B.V., Suchetan, P.A., Shet Prakash, M. 2012. Seasonal Variations of Physico Chemical Characteristics of Ground Water Samples of Mysore City, Karanataka, India, International Research Journal of Environment Sciences, 1(4): 43-49.
42.   Schoeller, H. 1965. Qualitative evaluation of groundwater resources. Methods and techniques of groundwater investigations and development. UNESCO, Paris, 54-83.
43.   Sharifinia, M., Ramezanpour, Z., Imanpour, J., Mahmoudifard, A., Rahmani, T. 2019. Water quality assessment of the Zarivar Lake using physico-chemical parameters and NSF- WQI indicator, Kurdistan Province-Iran, International journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 7(1): 87-97.
44.   Srinivasa Reddy, K. 2013. Assessment of groundwater quality for irrigation of Bhaskar Rao Kunta watershed, Nalgonda District, India, International Journal of Water Resources and Environmental Engineering, 5(7): 418-425.
45.   Raihan, F., Alam, J.B. 2008. Assessment of ground water quality in Sunamganj of Bangladesh, Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng., 5(3): 155-166.
46.   Wang, Q., Wu, X., Zhao, B., Qin, J., Peng, T. 2015. Combined multivariate statistical techniques, Water Pollution Index (WPI) and Daniel trend test methods to evaluate temporal and spatial variations and trends of water quality at Shanchong River in the Northwest Basin of Lake Fuxian, China. Plos One, 10(4):1-17.
47.   Wilcox, L.V. 1958. Determining the quality of irrigation water (No. 197). US Department of Agriculture.