بررسي توزيع فلزات سنگين در خاك اراضي آبياري شده با پساب با استفاده از روش كريجينگ و مدل هايدروس: مطالعه موردي در جنوب تهران

Exploring distribution of heavy metals in wastewater-irrigated agricultural soil using kriging method and hydrus model: case study in south of Tehran

زمينه و هدف: اين تحقيق به منظور بررسي توزيع سطحي و عمقي فلزات سنگين سرب، مس و نيكل در خاك اراضي آبياري شده با پساب در جنوب شهر تهران به كمك gis و مدل هايدروس انجام شد كه انتظار مي رود اطلاع جامعي از پراكندگي و غلظت آنها در خاك به دست آورد.روش بررسي: پهنه بندي فلزات سنگين مس، نيكل و سرب با استفاده از روش كريجينگ در محيط gis به كمك واريوگرام هاي دايره اي، كروي، نمايي و گوسين بررسي شد. علاوه بر اين، مدل سازي جريان عمقي آب و فلزات سنگين در محيط خاك توسط مدل هايدروس يك بعدي، تا عمق cm 50 خاك براي يك دوره 210 روزه صورت گرفت و ميزان غلظت فلزات سنگين تا عمق ريشه شبيه سازي شد.يافته ها: بررسي توزيع سطحي عنصر سرب با مدل كروي نشان داد تغييرات اين عنصر در محدوده 20 تا mg/kg 70 بوده است. اين مقادير براي عنصر مس mg/kg 5060 و براي عنصر نيكل در محدوده mg/kg 30 بوده است. بررسي انتقال عمقي عناصر سنگين نيز در داخل خاك با استفاده از مدل هايدروس نشان داد در لايه cm 015 اوليه خاك مقدار شبيه سازي شده بيشترين مقدار را دارد و روند تغييرات عمقي عناصر در لايه هاي پايين تر بصورت كاهشي است. نتيجه گيري: مقايسه غلظت اين عناصر با استاندارد مجاز معرفي شده توسط who نشان داد عنصر سرب در اين منطقه بالاتر از ميزان مجاز بوده است. همچنين مدل هاي مورد استفاده توانستند به طور قابل قبولي بررسي توزيع عمقي يا سطحي فلزات سنگين را ميسر سازند.

Background and Objective: The main objective of this study was to evaluate the surface and deep distribution of Pb, Ni and Cu in the wastewater-irrigated area of south of Tehran using GIS and Hydrus. It was expected to find a comprehensive information of heavy metals distribution and their accumulation in the soil. Materials and Methods: This study was carried out in wastewater-irrigated area of south of Tehran. Soil sampling from the top surface layer (0-15 cm) and wastewater channels was done. After sample analysis, ordinary Kriging method using different variogram in GIS was applied to explore the surface distribution of Ni, Pb and Cu heavy metals. Moreover, the deep percolation of heavy metals in the soil profile was simulated by Hydrus-1D in a duration of 210 days and the heavy metals concentrations in the soil were estimated. Results: Exploration of the distribution of Pb using spherical model showed that the variation of this element was in the range of 20-70 mg/kg. This amount varied to 50-60 mg/kg for Cu and about 30 mg/kg for Ni. Moreover, the simulation of heavy metals deep percolation using Hydrus revealed that the most accumulation of heavy metals happened in the 0-15 cm soil surface layer and for deeper layer, this trend was descending. Conclusion: Comparing the concentration of Pb, Cu and Ni with the maximum allowable amounts of WHO standards demonstrated that Pb concentration was more than the threshold limit. Finally, the applied models could simulate soil’s heavy metals content for both surface and deep distribution in the studied area