- یادانا و همکاران^[۵]، ۲۰۰۸، کیفیت آب­زیرزمینی دشت افرام در کشور غنا را از لحاظ فلوراید، Ec، SAR برای ۱۴۳ حلقه چاه با بهره گرفتن از GIS مورد ارزیابی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که بخش جنوب غربی منطقه مورد مطالعه مقادیر فلوراید، Ec و SARبالایی دارد و بخش­های شمالی دارای فلوراید کمتر از حد مجاز برای شرب دارند و آب این مناطق برای شرب مناسب نیست.

- ماشیوال و همکاران^[۶]، ۲۰۱۰، کیفیت آب­زیرزمینی در تپه­های سنگی سخت، ناحیه غربی هندوستان را به کمک GIS بررسی نمودند و به این نتیجه رسیدند که کیفیت آب­زیرزمینی منطقه مورد مطالعه برای شرب و کشاورزی مناسب است.
- ابی­فونا و شریف^[۷]، ۲۰۱۰، به ارزیابی کیفیت آب­­زیرزمینیPindiga Nigeria، Gonbe برای اهداف خانگی و آبیاری پرداختند، در این تحقیق به این نتیجه رسیدند که نه تنها آب­زیرزمینی منطقه دارای خطر شوری است بلکه تأثیر منفی نیز بر روی خواص خاک منطقه می­ گذارد.
۲-۵- زمین­ شناسی منطقه
بررسی و شناخت سازند­های زمین­ شناسی از­ نظر تأثیر بر کیفیت آبها و نقش گسل­ها و ساختارهای زمین­ شناسی در تشکیل لایه­ های آبدار از اصولی­ترین مطالعات هیدروژئولوژیکی است.
محدوده مطالعاتی بابل - بابلسر براساس تقسیم ­بندی زمین­ شناسی ایران از نظر اشتوکلین در زون البرز واقع می­ شود. رشته کوه­های البرز ادامه شرقی کمربند آلپ – هیمالیا محسوب شده و در نواحی ­مرکزی به صورت ناودیس مرکبی است که ویژگیهای درون ساختی آن شامل چندین تاقدیس و ناودیس کوچکتر بوده و امتداد کلی همه آنها به پیروی از ساختمان اصلی، شرقی- غربی می­باشد.
به عقیده نبوی (۱۳۵۵) براساس تقسیم ­بندی واحدهای ساختمانی ایران، محدوده بابل- بابلسر در قلمرو زون گرگان - رشت قرار می­گیرد. این زون شامل مناطق حاشیه جنوبی دریای خزر بوده و در بخش شمالی گسل البرز قرار دارد. بخش اعظم این زون توسط رسوبات عهد حاضر پوشیده شده است. در تقسیم ­بندی افتخارنژاد قسمت اعظم این زون به نام “منطقه فرونشست دریای خزر” ذکر شده است (خسروتهرانی ۱۳۷۵، ۷۶).
با توجه به شیست­های کم دگرگون شده جنوب گرگان، تاریخچه­ پیدایش این زون را به پرکامبرین نسبت می­ دهند. حرکات کوهزایی تریاس میانی در بخش غربی این زون، سبب گرانیت­زایی در جنوب لاهیجان و ناحیه گشت (ماسوله) شده است که در برخی نواحی به ­وسیله­ کنگلومرای ژوراسیک پوشیده شده ­اند. پس از آن رسوبات آهکی طی ژوراسیک و کرتاسه ته­نشین شده ­اند. کرتاسه پایانی در بخش غربی زون گرگان- رشت، با فعالیتهای آتشفشانی نیز همراه بوده است.
مطالعات زمین­ شناسی محدوده با بهره گرفتن از نقشه­های توپوگرافی ۱:۵۰۰۰۰ و با پایه قراردادن نقشه­های زمین­ شناسی ۱:۱۰۰۰۰۰ و ۱:۲۵۰۰۰۰ که دربرگیرنده محدوده می­باشند جهت تعیین سن­ و شناسایی سازندها صورت گرفت (سازمان زمین­ شناسی ایران، ۱۳۶۹). شکل (۲-۲) نقشه زمین­ شناسی محدوده بابل- بابلسر را نشان می­دهد.
۲-۶- زمین ساخت
جنبش­های کوهزایی یکی از عوامل اصلی ترسیم کننده سیمای دیرینه جغرافیایی زمین است. اولین فاز کوهزایی که در نواحی شمال البرز عمل کرده فاز کوهزایی کاتانگایی است که در اینفرا کامبرین عمل کرده و موجب ایجاد دگرشیبی بین رسوبات این زمان و دونین شده است، در دونین دریا شروع به پیشروی کرده و رسوبات تخریبی و سپس آهکی در کربنیفر زیرین برجای ماند. در آخر کربنیفر زیرین اولین فاز کوهزایی هرسی­نین موجب خروج مناطق وسیعی از آب شد و سپس در پرمین آغازی دریا مجدداً پیشروی کرده و این پیشروی با رخساره تخریبی سازند درود ظاهر شده و با رخساره آهکی سازند روته تداوم می­یابد. در اواخر پرمین فاز دوم کوهزایی هرسی­نین در ایران عمل کرد که تأثیر آن در مناطق شمالی البرز در حد کم ­شدن عمق حوزه ها بوده و شرایط دریایی پرمین به تریاس انتقال یافت. در تریاس بالایی اولین فاز کوهزایی آلپی فاز کیمرین آغازی در ایران حادث شد و موجب چین­خوردگی و خروج مناطق وسیعی ازجمله شمال البرز از آب شد. در اواخر کیمرین بر اثر کوهزایی کیمرین جدید مناطق وسیعی مجدداً از آب خارج شد، اما در دامنه­های شمالی البرز این کوهزایی بی­تأثیر بود. درطول دوره کرتاسه فازهای کوهزایی متعددی حادث شده که موجب ایجاد دگرشیبی بین واحدهای زمین­ شناسی کرتاسه و نبودهای چینه­شناسی در آشکوبهای معینی شده است (تماب ۱۳۷۵، ۱۰۴).
شکل (۲-۲): نقشه زمین­ شناسی محدوده بابل - بابلسر
فاز کوهزایی ماستریشتین از حوادث مهمی است که بر منطقه اثر کرده و موجب خروج نواحی وسیعی از دامنه­های شمالی البرز از اواخر ماستریشیتن، تا میوسن میانی از آب شد (تماب ۱۳۷۵، ۱۰۵). در دامنه­های شمالی رشته کوه البرز مجموعه ­ای از ناودیس­ها و تاقدیس­های تقریباً موازی با امتداد محوری شرقی– غربی وجود دارد.
حوزه مورد مطالعه از مناطق فعال تکتونیکی سلسله جبال البرز محسوب می­ شود که گسلهای بزرگ و کوچک بسیار فراوانی در آن عمل کرده است. این گسل­ها علاوه ­بر ایجاد زون­های خردشده، درزها و شکافها، حفره­های فراوان و مناسبی برای نفوذ و ذخیره نزولات جوی بوجود آورده است. وجود این درز و شکاف­ها در سنگهای کربناته به­لحاظ بوجود آوردن شرایط مساعد برای انحلال و پیدایش پدیده ­های کارستی حائز اهمیت می­باشد، اگرچه در سنگهای غیرکربناته نیز وجود درز و شکاف با توجه به نزولات جوی قابل توجه، مخازن مناسبی از آب زیرزمینی ایجاد نموده است (تماب ۱۳۷۵، ۱۰۷).
در این منطقه دو گسل اصلی که در تکوین ساختار تکتونیکی و زمین­ شناسی آن نقش اساسی دارند، وجود دارد. در ادامه به توضیح هریک از آنها پرداخته می­ شود:
۲-۶-۱- گسل البرز
گسل البرز در سرحد شمالی زون البرز یا سرحد جنوبی زون گرگان – رشت واقع شده است. دارای روند عمومی شرقی – غربی و به طول ۳۸۰ کیلومتر سراسر بخش میانی حوزه مازندران را در بر می­گیرد و در بسیاری از مناطق موجب راندگی سازندهای قدیمی بر روی رسوبات دوران سوم شده است. شیب این گسل به ­طرف جنوب بوده و موجب بالاآمدگی بخش­های جنوبی خط گسل نسبت به بخش­های شمالی آن گشته است (درویش­زاده ۱۳۷۰، ۱۵۵).
۲-۶-۲- گسل مازندران
گسل مازندران در سرحد شمالی زون گرگان – رشت واقع شده است. دارای روند شرقی – غربی و به طول ۳۲۵ کیلومتر در سراسر حوزه مازندران، درحد کوه و دشت حاشیه جنوبی دریای مازندران عمل کرده است. امتداد شاخه­هایی از این گسل اصلی به آبرفتهای دشت نیز کشیده شده و موجب تغییراتی در عمق سنگ کف آنها شده است (درویش­زاده ۱۳۷۰، ۱۵۵).
فصل سوم
مواد و روشها
۳-۱- مطالعه هواشناسی و اقلیم­شناسی
سیکل هیدرولوژی یا چرخش آب در طبیعت مفهومی است مربوط به حرکت آب در کره زمین، که این سیکل شروع و پایانی ندارد. بهره برداری بهینه از منابع آب، یکی از مهمترین مسائلی است که باید با توجه به هوا و اقلیم منطقه ای انجام پذیرد. به طور کلی بارش های جوی منشأ اصلی آبهای سطحی و زیرزمینی را تشکیل می­ دهند. نظر به اهمیت مطالعات آب و هواشناسی و رابطه آن با تغییرات کمی و کیفی آب­زیرزمینی عوامل هواشناسی و اقلیمی منطقه در دوره آماری ۱۱ ساله (از سال ۱۳۸۰ الی ۱۳۹۰) مورد بررسی قرار گرفته است. مهمترین عناصر هواشناسی که باعث مشخص ­شدن وضعیت هوا می­شوند عبارتند از: دما، رطوبت نسبی، باد، تبخیر، ریزش­های جوی و روزهای بارانی که در فصل بعد به تجزیه و تحلیل هر یک از آنها پرداخته می­ شود.
اقلیم یا همان آب و هوا، نتیجه تأثیر توأم پدیده ­های هواشناسی است و وضعیت متوسط هوا، در یک نقطه دلخواه را مشخص می­نماید. مجموعه ­ای از عوامل فیزیکی، شیمیایی و زیست محیطی در تعیین اقلیم یک منطقه نقش دارند. امروزه سیستم­های مختلفی از نظر طبقه ­بندی اقلیمی به صورت فرمول و نمودار وجود دارد که با بکارگیری آنها مناطق مختلفی که از بعضی لحاظ، مثلاً پوشش گیاهی، دارای خصوصیات مشترک هستند از یکدیگر تفکیک شده و در یک پهنه قرار داده می­شوند. با بهره گرفتن از این فرمول و نمودارها طبقه ­بندی اقلیمی منطقه انجام شده است.
۳-۲- مطالعه هیدرولوژی
به­ دلیل عبور رودخانه بابلرود از محدوده مطالعاتی بابل- بابلسر و به­منظور برآورد مقدار آب­های سطحی ورودی به محدوده مورد بررسی، مطالعات هیدرولوژی ضروری است. جریان­های سطحی در هر محدوده حاصل بارندگی و جریان­های ورودی از محدوده­های مجاور و جریان­های خروجی از چشمه­ها می­باشد که در بیلان آن محدوده جایگاه اساسی دارد. معمولاً این جریان­ها با بهره­ گیری از شبکه ایستگاه هیدرومتری، که در محل­های مناسب احداث می­شوند، اندازه ­گیری می­ شود. محدوده مطالعاتی بابل- بابلسر دارای ۷ ایستگاه هیدرومتری فعال می­باشد، که جهت مطالعه هیدرولوژی منطقه از اطلاعات آنها استفاده شده است.
۳-۳- مطالعه هیدروژئولوژی
در این بخش خصوصیات هیدرو‍‍‍‍ژئولوژیکی آبخوان آبرفتی محدوده مورد بررسی قرار گرفته است، که شامل مطالعه و بررسی موارد ذیل می­باشد:
- ساختمان و خصوصیات آبخوان آبرفتی: به­منظور بررسی دقیق­تر و شناخت وضعیت آبخوان از لاگ حفاری چاه های اکتشافی و بررسی­های زمین شناسی در محدوده استفاده شده است.
- بررسی­های ژئوفیزیکی: روش ژئوالکتریک یکی از رایج­ترین شیوه­هاست که در بررسی منابع آب­زیرزمینی از اهمیت زیادی برخوردار است. روش مذکور دارای محاسنی ازجمله قابلیت انجام آن در وسعت زیاد و زمان کم، عمق تجسس بالا و هزینه نسبتاً کم می­باشد. با بهره گرفتن از این روش می­توان محدوده­های دارای پتانسیل آب غنی را از فقیر مشخص نمود (تماب ۱۳۷۵، ۱۸۲). از آنجائیکه کلیه روش­های اکتشافی مکمل یکدیگر می­باشند، لذا در صورتیکه لوگ زمین­ شناسی، حفاری­های اکتشافی و همین­طور اطلاعاتی از عمق سطح آب­زیرزمینی در دسترس باشد، تفسیر نتایج حاصل از مطالعات ژئوفیزیکی دقیق­تر خواهد بود.
- تغییرات مقاومت ویژه الکتریکی: از مقایسه مجموعه سونداژهای الکتریکی انجام شده در سراسر دشت و سازندهای زمین­ شناسی و همچنین با بهره گرفتن از سونداژهایی که در محل چاه های اکتشافی انجام گرفته می­توان مقاومت مخصوص طبقات زمین را ارزیابی کرد (تماب ۱۳۷۵، ۱۸۷). با توجه به بررسی­های انجام شده، محدوده مطالعاتی از لحاظ بررسی آبدهی و کیفیت شیمیایی منابع آب­زیرزمینی به نواحی مختلف تقسیم می­گردد که در فصل بعدی به آن پرداخته می­ شود.
- تغییرات مقاومت­ عرضی آبخوان: مقاومت عرضی لایه آبدار در محل هر سونداژ برابر است با حاصلضرب ضخامت سفره آب در مقاومت مخصوص حقیقی آن سفره و بر حسب اهم­متر مربع بیان می­­شود. نقشه مقاومت عرضی لایه آبدار به لحاظ کمی و کیفی از اهمیت زیادی برخوردار است. این نقشه از یک طرف معرف ضخامت افق آبدار و قابلیت آبدهی رسوبات آبرفتی دشت می­باشد و از سوی دیگر بیانگر کیفیت آب موجود در سفره از نظر میزان املاح است. از دیدگاه هیدرولوژی مقادیر RT زیاد در هر صورت بیانگر لایه­ای با ضخامت کم و مقاومت مخصوص زیاد و یا لایه­ای با ضخامت زیاد و مقاومت مخصوص کم می­باشد و یا اینکه هر دو پارامتر می­توانند زیاد باشند. مقاومت عرضی در یک لایه می ­تواند ارزیابی مناسبی در خصوص نفوذپذیری، قدرت آبدهی و کیفیت شیمیایی آب­زیرزمینی بدست دهد و مناطق غنی، متوسط و یا فقیر را از نظر پتانسیل آبی از یکدیگر تفکیک نماید. چون اغلب لایه­ های آبدار منطقه مورد بررسی با ضخامت­های نسبتاً کم و به شکل تناوبی از طبقات شن و ماسه و رس می­باشد، تفکیک جزئی آنها بواسطه کمی ضخامت با روش ژئوالکتریک مقدور نمی ­باشد، لذا برای محاسبه RT این منطقه ناچاراً بجای ضخامت لایه آبدار، مقاومت الکتریکی مجموعه این طبقات در نظر گرفته می­ شود. از آنجائیکه RT با میزان آبدهی لایه نسبت مستقیم دارد، لذا مقادیر زیاد RT بیانگر آبدهی بالا و مقادیر کم دال بر کیفیت نامناسب آب و پایین بودن آبدهی می­باشد (تماب ۱۳۷۵، ۱۹۱).
- بررسی رسوبات ناپیوسته آبخوان: رسوبات ناپیوسته نتیجه تجزیه و تخریب سازندها و واحدهای زمین­­شناسی هستند که در اثر عواملی چون رواناب، باد، نیروی ثقل و غیره، حمل شده و در مناطق خاصی برجا گذاشته می­شوند. ته­نشینی رسوباتی که توسط روان­آب حمل می­شوند، متناسب با انرژی آن می­باشد. به این معنی که در اثر کم ­شدن انرژی آب رودخانه که به­ دلیل تغییر شکل بستر رودخانه، شیب کف آن و یا منتهی شدن رودخانه به پایانه صورت می­گیرد، ابتدا قطعات و دانه­ های درشت­تر ته­نشین شده و به­تدریج با کم ­شدن انرژی، ذرات دانه­ریزتر نهشته می­شوند. ملاک اصلی در تفکیک رسوبات ناپیوسته وضعیت و توان آبدهی آبخوانها بوده که این عامل نیز براساس عواملی چون ضخامت، ضریب قابلیت انتقال، مقاومت عرضی و ظرفیت ویژه ارزیابی شده است (تماب ۱۳۷۵، ۱۱۱).
- نوسانات سطح سفره آب­زیرزمینی: شبکه چاه­های مشاهده­ای به­منظور اندازه ­گیری تغییرات سطح آب­زیرزمینی آبخوان آبرفتی از سال ۱۳۶۹ در محدوده ایجاد شده و بمرور زمان تکمیل شده است. هیدروگراف واحد معرف تغییرات عمومی سطح آب زیرزمینی آبخوان در طول زمان می­باشد.
- ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان: به­­منظور ارزیابی ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان­های آبرفتی از نتایج آزمایش­های پمپاژ چاه­های اکتشافی و بهره ­برداری استفاده می­ شود (تماب ۱۳۷۵، ۱۸۹).
۳-۴- بررسی کیفی آب­زیرزمینی
ازجمله مسائل حائز اهمیت در رابطه با آب­زیرزمینی به­عنوان یکی از منابع مهم تامین آب، ارزیابی کیفی و حفاظت از آن می­باشد. عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی عناصر تشکیل دهنده شاخص­ های کیفی آب هستند که عامل نمایانگر کیفیت این منابع برای مصارف مورد نظر می­باشند.
مدیریت مناسب مصرف آب­زیرزمینی بدون داشتن دانش کافی از توزیع و گسترش آ­ب­­­­­­­های زیرزمینی شور و شیرین و تعیین فرایندهای تأثیرگذار در سیر تکاملی آن، امکان­ پذیر نمی ­باشد (گلین و پلومار ۲۰۰۵، ۲۶۳)^[۸]. یکی از مهم­ترین متغیرها در مدیریت منابع آب که نقش تعیین­کننده ­ای را بر عهده دارند، پایش منابع آب­زیرزمینی است که به­منظور شناسایی عوامل آلاینده آب­زیرزمینی، بررسی تغییرات مکانی و زمانی غلظت آلاینده­ها، حفظ کیفیت منابع آب در حد استانداردهای قابل قبول ملی و جهانی لازم و ضروری است.
۳-۵- جمع­آوری اطلاعات لازم جهت بررسی کیفی آب زیرزمینی منطقه
به­منظور بررسی وضعیت کیفی آب­زیرزمینی محدوده بابل- بابلسر، از اطلاعات کیفی چاه­های مشاهده­ای منطقه برای یک دوره ۱۱ ساله (سالهای آبی ۸۱-۱۳۸۰ الی ۹۱-۱۳۹۰) استفاده شده است. نمونه­برداری از آب­ چاه­های منطقه هر ساله برای فصل­های مرطوب و خشک (اردیبهشت ماه و مهر ماه) توسط سازمان آب­ منطقه­ای استان مازندران صورت گرفته و در آزمایشگاه آب­ منطقه­ای استان تجزیه شیمیایی بر روی نمونه­ها انجام می­ شود. در این نمونه­ها هدایت الکتریکی، دمای آب، pH، مقدار قلیائیت، غلظت یون­های اصلی (Cl^-،(So₄)^-2 ،(Hco₃)^- ، Ca⁺²، Mg⁺²، Na⁺، K⁺) اندازه ­گیری شده است. هدایت الکتریکی، درجه حرارت و pH همزمان با نمونه­برداری و یون­های اصلی و سختی کل با بهره گرفتن از تیتراسیون، دستگاه فلیم­فتومتر و اسپکتروفتومتر اندازه ­گیری شده ­اند.
در این تحقیق بر­اساس آمار و نتایج آنالیزهای شیمیایی ۳۳ حلقه چاه مشاهده­ای (سازمان آب منطقه­ای مازندران، ۱۳۹۲) که در محدوده مورد بررسی حفر شده ­اند و باتوجه به کامل­تر بودن اطلاعات این چاه­ها برای دوره مورد نظر، جهت بررسی و تفسیر وضعیت کیفی آب­زیرزمینی استفاده شده است. شکل(۳-۱) محل چاه­های مشاهده­ای در دشت بابل- بابلسر را نشان می­دهد.
۳-۶- بررسی صحت و تعیین مشاهدات استثنایی در سری داده ­ها
یک مشاهده استثنایی در سری داده ­ها به مشاهده­ای اطلاق می­ شود که با سایر مشاهدات از نظر مقدار تفاوت فاحشی داشته باشد، خواه این تفاوت در جهت بزرگ­تر بودن از بقیه مشاهدات باشد و خواه در جهت کوچک­تر بودن. با وجودی که مشاهدات استثنایی کوچک نیز تخمین پارامترهای آماری یک جمعیت را شدیداً تحت تأثیر قرار می­دهد ولی از نظر کارهای عملی و مهندسی به علت جنبه اقتصادی مسأله، تنها مشاهدات استثنایی بزرگ حائز اهمیت می­باشد (فضل­اولی ۱۳۸۸، ۴۷).
تاکنون برای تشخیص مشاهدات استثنایی، پیشنهادات مختلفی ارائه شده است که در این تحقیق از روش آزمون دیکسون استفاده شده است. این روش برای حالتی که تعداد مشاهدات مشکوک تنها یک عدد باشد، نتیجه خوبی می­دهد. برای انجام آزمون­های آماری، سری داده ­ها به شرح زیر به­ترتیب صعودی مرتب می­شوند:

با بهره گرفتن از رابطه (۳-۱)  و جدول مقادیر بحرانی آزمون دیکسون (جدول۳-۱) مشاهدات استثنایی مشخص می­گردند. در این روش چنانچه تعداد مشاهدات مشکوک از یک عدد بیشتر باشد می­توان آزمون را تکرار کرد. پس از مشخص شدن مشاهدات استثنایی (آخرین داده سمت راست سری در صورت وجود)، از سری حذف می­گردند. بدین ترتیب اطلاعات کیفی چاه­ها مورد بررسی قرار گرفته و آماده برای استفاده و انتقال به محیط برنامه ­های مورد نظر شدند.
جدول (۳-۱): مقادیر بحرانی آزمون دیکسون