نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• کیانفر پیامنی ¹
• عیسی سلگی ²
• کاظم رنگزن ³
• طاهر فرهادی‌نژاد ⁴

¹ دانشجوی دکتری گروه محیط زیست دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه ملایر

² دانشیار گروه محیط زیست دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه ملایر

³ دانشیار دانشکده علوم زمین دانشگاه شهید چمران اهواز

⁴ استادیار پژوهشی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی لرستان

چکیده

رسوبات می­‌توانند نمایانه­‌های حساسی برای پایش آلاینده‌­ها در محیط­‌های آبی باشند. بنابراین، شناخت ساز و کارهای انباشت و توزیع ژئوشیمیایی فلزات سنگین در سامانه­‌های آبزی و فراهم‌­سازی اطلاعات اولیه برای قضاوت ریسک­‌های سلامت محیطی، بررسی فضایی غلظت فلزات در رسوبات و مقایسه آن‌­ها با مقادیر پایه­‌های غیر آلوده از اهمیت بسزایی برخوردار می­‌باشد. یکی از روش­‌های مرسوم ارزیابی آلودگی خاک و رسوب استفاده از شاخص عامل آلودگی (CF) است. محاسبه این شاخص نیازمند تعیین پس زمینه عناصر مورد بررسی است. برای این منظور، به­‌طور معمول از روش‌­های آماری مبتنی بر میانگین و انحراف معیار داده‌­ها استفاده می­‌شود. با توجه به چوله بودن توزیع بیشتر داده­‌های ژئوشیمیایی، استفاده از این روش پارامتریک را با محدودیت مواجه می­‌سازد، لذا، استفاده از روش‌­های مقاوم به داده‌­های پرت به­‌عنوان رویکردی جایگزین می‌­تواند مطرح شود. در یکی دو دهه اخیر، روش فرکتال نیز برای جداسازی جوامع در داده­‌های مربوط به بسیاری از رشته‌­های علوم زمینی به­‌کار گرفته شده است. به­‌منظور ارزیابی کاربرد این دو روش در شاخص CF، 771 نمونه رسوب آبراهه‌­ای حاوی شش عنصر فلزی As، Cr، Cu، Ni، Pb و Zn در منطقه­‌ای به وسعت برگه نقشه زمین­‌شناسی یکصد هزارم الشتر (واقع در شمال شهر خرم­آباد) برداشت شد. سپس، با هر دو روش (روش آماری مقاوم به داده­‌های پرت و روش فرکتالی) پس‌زمینه عناصر تعیین و در نهایت، شاخص CF محاسبه شد. این شاخص مبتنی بر روش آماری به‌ترتیب برای عناصر آرسنیک، کرم، مس، نیکل، سرب و روی 7.5، 0.8، 5.1، 0.5، 4.7 و 9.2 درصد نمونه­‌های مورد بررسی را در سطح متوسط ارزیابی کرده است. شاخص CF مبتنی بر روش فرکتال برای عناصر مذکور به‌ترتیب 39، 28.9، 88.6، 39.4، 45.7 و 73.4 درصد در سطح متوسط است و برای عناصر مس، سرب و روی سه، 0.1 و 4.3 درصد در سطح قابل ملاحظه ارزیابی کرده است. نتایج به‌­دست آمده نشان می­‌دهد که استفاده از روش­‌های آماری در تعیین پس‌زمینه عناصر با وجود انتخاب روش آماری متناسب با توزیع داده‌­ها، حساسیت شاخص CF را کاهش داده، در جداسازی طبقات آلودگی، کارایی شاخص را پائین ­آورده است، در حالی‌­که استفاده از روش فرکتال به ­علت در نظر گرفتن بعد فضایی (مساحت) در جداسازی جوامع مختلف پس‌زمینه از آنومالی تفکیک طبقات آلودگی به‌­وسیله شاخص CF را قوت بخشیده، در نتیجه برآوردهای آلودگی منطقه­‌ای را بهبود می­‌بخشد.

کلیدواژه‌ها

• پایش آلاینده‌ها
• خرم‌آباد
• ژئوشیمیایی
• فلزات سنگین
• محیط‌های آبی

عنوان مقاله [English]

Using fractal method in determining the background of toxic metals pollution in order to calculate the index of contamination factor in stream sediments of Aleshtar area

نویسندگان [English]

• Kianfar payamani ¹
• Eisa Solgi ²
• Kazem Rangzan ³
• Taher Farhadinejad ⁴

¹ PhD Student, Department of Environment Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University

² Associate Professor, Department of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Malayer, Iran

³ Associate Professor, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran

⁴ Assistant Professor of Research, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Lorestan Agricultural and Natural Research and Education Center, AREEO, Khoramabad, Iran

چکیده [English]

Sediments can be sensitive indicators for monitoring contaminants in aquatic environments. Therefore, understanding the mechanisms of accumulation and geochemical distribution of heavy metals in aquatic systems and providing basic information for judging environmental health risks, spatial study of metal concentrations in sediments and their comparison with non-contaminated bases is of great importance. One of the common methods of soil pollution assessment is the use of pollution factor index (CF). The calculation of this index requires determining the background of the elements under study. For this purpose, statistical methods based on mean and standard deviation of data are commonly used. Due to the skuwness of the distribution of geochemical data, the use of this parametric method is limited, so the use of methods resistant to outlier data can be proposed as an alternative approach. In the last two decades, the fractal method has been used to separate communities in data related to many disciplines of earth sciences. In order to evaluate the two mentioned methods, 770 samples of waterway sediments containing six metal elements of As, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn were collected in an area that is located in the north of Khorramabad. The background of the elements was determined by both methods (statistical method resistant to outlier data and fractal method) and finally the CF index was calculated. This index based on statistical methods assessed at the intermediate level for arsenic, chromium, copper, nickel, lead and zinc 7.5, 0.8, 5.5, 0.5, 4.7 and 9.2 percent, respectively. For the mentioned elements based on fractal method, the medium level of contamination were 39%, 28.9%, 88.6%, 39.4%, 45.7%, 73.4% of the total sample, respectively. In addition, with the second method, 3% (copper), 0.1% (lead) and 4.3% (zinc) of the number of samples have been evaluated at a considerable level. The results showed that the use of statistical methods in determining the background of the elements, despite the selection of a statistical method appropriate to the distribution of data, has reduced the sensitivity of the pollution index and reduced the efficiency of the index in the separation of pollution classes. While the use of fractal method due to considering the spatial dimension (area) in separating different background communities from anomalies leads to better efficiency of CF index and thus improves regional pollution estimates.    

کلیدواژه‌ها [English]

• Aquatic environment
• Heavy metals
• Geochemical
• Khorramabad
• Monitoring contaminants