SUPERVISOR
Hasan Tabatabaei,Mahyar Yousofi
سيد حسن طباطبائي (استاد راهنما) مهيار يوسفي (استاد مشاور)
STUDENT
Mohammad sadegh Movahhed
محمدصادق موحد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Estimation of heavy metals contamination in stream sediment by using multicriteria decision making methods in Khoy area
Heavy metals are dangerous for our environment that is due to their toxic and stable behavior in nature. These metals can change the chemical properties of sediments, and move the metal and pollutants to the stream of water over their deposition sites. Thus, they are potential sources of pollution traorting the pollutants into the environment. On the other hand, heavy metals those remained in the contaminated sediments could come together in aquatic organisms and plants and then move to the chain food, which may endager the organisms and the animal life and plant environment. In this regard, minig activites is one of the main sources of heavy metal pollution in environments around the mines. Because mining activities are such that they affect vast areas around them, it is better if the whole mining area is studied through stream sediments data analysis having vast influence area. Therefore, sediments are efficient media for monitoring pollutants in the environment. Various indices and methods have been developed and applied to assess pollution and the impact of human activities on sediment quality. In this study, to evaluate the risk of heavy metals pollution, a dataset of stream sediment geochemical elements was used in the 1:100,000 scale Khoy quadrangle map. In the study area, ultramafic rocks including peridotite, harzburgite and dunite, basaltic lava rocks, orbital-bearing calcareous rocks and metamorphic rocks are predominant lithologies. Due to the fact that the sediment data represent upstream materials of sampling locations, sample catchment basin (SCB) method was applied to portray the pollutions. Subsequently, according to the geological map of the area, element contents of the samples and their positions, catchment basins and the upstream lithologies in the catchments of were extracted. Then uni-element background concentration caused by lithology was calculated by weighted average method, and was applied as reference value for calculation of sediment quality indices such as, Contamination factor, Geoaccumulation index and ecological risk factor. in order to use the Integrated quality indices, the elements with multivariate statistical methods such as Pearson correlation matrix, factor analysis and hierarchical clustering were investigated and the correlation between their changes was analyzed. in previous researches to identify the levels of pollution using the ecological risk factor, the Hakanson standard was used, but in this study because of the use of statistical analysis and limitation of elements to participate in the Integrated index,The assessment range of this index is adjusted to strengthen the results and adapt it to reality based on the new conditions. In this research, study of contaminated basins showed that the sources of contamination were mainly due to the geological features of the area but in some cases mineral and human activities were very effective in spreading the contamination. Next, to prioritize the contaminated areas according to the meteorological station data including mean annual precipitation and temperature coefficient, map of soil erosion intensity coefficient, length, environment, height difference of contaminated basins, by erosion potential method, amount erosion and sediment discharge were calculated for each basin and according to sediment contamination level and sediment discharge of each basin, those contaminated areas were ranked by Volumetric production potential and TOPSIS method.
فلزات سنگين به دليل سمي بودن و پايداري آنها در طبيعت، از آلايندههاي مهم و خطرناک محيط زيست هستند. اين فلزات ميتوانند با تغيير در خواص شيميايي رسوبات، فلزات و آلايندهها را به آب روي رسوب خود انتقال داده و با تحرک دوباره آلايندهها در محيط، بهعنوان منبع آلودگي عمل کنند، از طرف ديگر فلزات سنگين باقيمانده در رسوبات آلوده در موجودات آبزي و گياهان تجمع يافته و به زنجيره غذايي راه پيداکرده و درنهايت ممکن است حيات موجودات زنده و محيط زيست جانوري و گياهي را به خطر بيندازند. در اين خصوص معادن فلزي و فعاليتهاي معدنکاري يکي از منابع اصلي آلودگي فلزات سنگين در محيطهاي بومي و محلي هستند. از آنجا که آلودگي ناشي از فعاليتهاي معدني در مناطق وسيعي گسترش مييابد، بهتر است ابتدا کل منطقه را با مطالعات رسوبات آبراههاي که داراي سطح تأثير وسيعي هستند تحت پوشش مناسب قرار داد و محدودههاي آلوده را شناسايي نمود؛ در اين خصوص از شاخصها و روشهاي مختلفي براي ارزيابي آلودگي و تأثير فعاليتهاي انساني بر کيفيت رسوبات استفاده شده است. در مطالعه حاضر بهمنظور ارزيابي سطوح آلودگي فلزات سنگين از تحليل دادههاي ژئوشيميايي رسوبات آبراههاي ورقه 1:100000 خوي استفاده شده است. در منطقه مورد مطالعه سنگهاي فوق بازي شامل پريدوتيت، هارزبورژيت و دونيت سنگهاي بازي شامل گدازههاي بازالتي، سنگهاي آهکي اوربيتولين دار و سنگهاي دگرگوني تشکيلات غالب زمينشناسي هستند. با توجه به اينکه دادههاي رسوب آبراههاي معرف مواد بالادست خود هستند براي ارزيابي و تحليل بهتر آلودگي از روش حوضه آبريز نمونه (SCB) شد. سپس با توجه به نقشه زمينشناسي، دادههاي آناليز شيميايي عناصر و موقعيت فضايي نمونهها، مساحت حوضه آبريز و نسبت مساحت ليتولوژيهاي مؤثر در حوضه آبريز هر نمونه استخراج شد و بر اساس آن غلظت تک عنصري زمينه محلي ناشي از ليتولوژي به روش ميانگين وزندار محاسبه شد و از آن بهعنوان غلظت زمينه در شاخصهاي کيفيت رسوب مانند شاخص ضريب آلودگي و شاخص خطر زيستمحيطي استفاده شد. براي استفاده از شاخصهاي مرکب کيفيت رسوبات ابتدا عناصر با روشهاي آماري چند متغيره نظير ماتريس همبستگي پيرسون، آناليز فاکتوري و خوشهبندي سلسله مراتبي مورد بررسي قرار گرفتند و همبستگي ميان تغييرات آنها مورد تحليل قرار گرفت. در مطالعات قبلي براي مشخص کردن سطوح آلودگي با استفاده از شاخص زيستمحيطي، از استاندارد هاکنسون استفاده شده است؛ اما در مطالعه حاضر به دليل استفاده از تحليلهاي آماري و محدوديت عناصر براي شرکت در شاخص مرکب، دامنه ارزيابي اين شاخص براي تقويت نتايج و مطابقت بيشتر آن با واقعيت بر اساس شرايط جديد تعديل شده است. بررسي حوضههاي آلوده نشان داد که منابع آلودگي عمدتاً به دليل خصوصيات زمينشناسي منطقه بوده اما در برخي موارد فعاليتهاي معدني و انساني در گسترش آلودگي بسيار مؤثر بودهاند. در گام بعدي براي رتبهبندي مناطق آلوده با توجه به دادههاي ايستگاههاي هواشناسي شامل متوسط بارندگي سالانه و ضريب درجه حرارت، نقشه ضريب شدت فرسايش خاک منطقه، طول، محيط، اختلاف ارتفاع حوضههاي آلوده، با روش پتانسيل فرسايش، ميزان فرسايش و دبي رسوب مربوط به هر حوضه محاسبه شد که با توجه به سطح آلودگي رسوب هر حوضه و دبي رسوب آن مناطق آلوده به روش پتانسيل توليد حجمي و تاپسيس رتبهبندي شدند.