بررسي توزيع فلزات منگنز (mn) و روي (zn) درياچه شورابيل و خاك اطراف آن

چكيده

فلزات سنگين به دليل غير قابل تجزيه بودن و اثرات فيزيولوژيك كه بر موجودات زنده در محيط زيست دارند، از اهميت خاصي برخوردار هستند. همچنين اندازه گيري فلزات سنگين در پهنه هاي وسيع، به صورت دستي، دشوار و همراه با خطاهاي بسيار است. بدين منظور،امروزه، روش سنجش از دور به همراه نقاط نظارت، دانش كاربردي مناسبي مي باشد. هدف از انجام اين تحقيق، ارزيابي غلظت فلزات منگنز و روي در آب و خاك اطراف درياچه­ شورابيل با روش دوركاوي مي باشد. ابتدامطالعات اوليه و نمونه برداري از آب و خاك منطقه مورد مطالعه انجام گرفته و تصاوير ماهواره اي landsat8 تهيه شد. سپس تحليل هاي آماري، زمين آمار و دور سنجي انجام گرفت. مطابق نتايج بدست آمده از سنجش از دور تركيب باند (752) و(756) و زمين آمار نشان داد كه، غلظت منگنز خاك اطراف درياچه شورابيل از سال 2002 تا 2013 افزايش يافته است ولي غلظت فلز روي در خاك اين منطقه كاهش يافته است. مطابق نتايج زمين آمار،كمترين غلظت فلز روي در آب درياچه شورابيل،در سمت شمال و شمال غربي درياچه با غلظت 01/0-007/0 ميلي گرم در ليتر و در بقيه نقاط زياد مي باشد.همچنين كمترين غلظت فلز منگنز در آب درياچه شورابيل در جهت شمال غربي درياچه با غلظت 03/0-02/0 ميلي گرم در ليتر و در سمت جنوب و جنوب شرقي زياد مي باشد.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                            صفحه

چكيده 1

فصل اول

كليات تحقيق و مباني نظري تحقيق

1-1 مقدمه. 3

1-2 بيان مسأله. 4

1-3 سؤالات تحقيق.. 5

1-4 فرضيه هاي تحقيق.. 5

1-5 اهداف تحقيق.. 5

1-6 مفهوم آلودگي.. 5

1-7 فلزات سنگين.. 6

1-7-1 منابع و عوامل انتشار فلزات سنگين در محيط.. 7

1-7-2 عوامل انتشار طبيعي.. 7

1-7-4 استخراج معادن. 8

1-7-5 عمليات كشاورزي.. 8

1-7-6 صنايع. 8

1-7-7 وسايل نقليه. 8

1-8 روش هاي حذف فلزات سنگين.. 8

1-8-1 روش هاي فيزيكي.. 9

1-8-3 روش هاي بيولوژيكي.. 9

1-9 مسموميت با فلزات سنگين.. 9

1-10 آلودگي خاك به فلزات سنگين.. 9

1-11 روش هاي مختلف پالايش فلزات سنگين از خاك.. 11

1-11-1 محدود كردن آلاينده ها 11

1-11-2 جامد سازي.. 12

1-11-3 شيشه اي كردن. 12

1-11-4  جداسازي مكانيكي.. 12

1-11-5 كوره حرارتي.. 13

1-11-6 الكتروكينتيك... 13

1-11-7 انتقال آب ميان حفره اي خاك.. 13

1-11-8 آبشويي.. 14

1-11-9 روش هاي شيميايي.. 14

1-11-10 روش هاي بيوشيميايي.. 14

1-12 انواع فلزات سنگين مورد مطالعه ي روي و منگنز. 15

1-12-1 روي.. 15

1-12-1-1 مشخصات روي.. 16

1-12-2 منگنز. 17

 

 

فصل دوم

پيشينه تحقيق

2-1 تحقيقات داخلي.. 19

2-2 تحقيقات خارجي.. 20

فصل سوم

روش شناسي تحقيق

3-1 مقدمه. 24

3-2 روش تحقيق.. 24

3-3 جامعه آماري ، نمونه مورد مطالعه و روش نمونه گيري.. 24

3-4 قلمرو تحقيق.. 25

3-4-1 قلمرو زماني.. 25

3-4-2 قلمرو موضوعي.. 25

3-5 منابع اطلاعاتي.. 25

3-6 آناليز شيميايي.. 26

3-7 روش تجزيه و تحليل داده‌ها و اطلاعات... 26

3-8 روش تعيين محل هاي مناطق آلاينده با استفاده از google earthe. 26

3-9 آناليزهاي زمين آمار و پهنه بندي.. 27

3-10 تعيين مناسب‌ترين روش درون‌يابي.. 28

3-11 روش تحليل سنجش از دور. 29

3-12 طبقه بندي بدون نظارت... 30

3-13 طبقه بندي نظارت شده 31

3-14 نمونه گيري تعليمي.. 31

3-15 الگوريتم هاي طبقه بندي نظارت شده(Kloer, 1994). 31

3-15-1 الگوريتم برش تراكمي.. 31

3-15-2 الگوريتم متوازي السطوح يا شبكه موازي.. 31

3-15-3 الگوريتم حداقل فاصله از مركز. 32

3-15-4 الگوريتم حداكثر احتمال. 33

3-16 تنظيمات خروجي.. 33

3-17 قابليت هاي سنجش از دور Arc GIS 10. 33

3-17-1 ايجاد نمونه هاي تعليمي.. 34

3-17-2 پاك كردن نمونه هاي تعليمي.. 35

3-17-3 ذخيره كردن نمونه هاي تعليمي.. 35

3-17-4 تبديل و تقسيم يك نمونه به چند نمونه تعليمي.. 36

3-17-5 ايجاد يا ذخيره فايل.. 36

3-17-5-1 ترسيم دندوگرام براي آزمون فايل.. 36

3-17-6 طبقه بندي تصوير. 37

3-17-7 پنجره اصلي تحليل تصاوير ماهواره اي.. 38

3-17-8 فهرست يا ليست لايه ها 38

3-17-9 بخش يا پنل تنظيمات... 38

3-17-10 بخش يا پنل نمايش... 39

3-17-11 روش هاي  Steretchet 39

3-17-12 روش هاي  Resample. 39

3-17-13 بخش يا پنل تحليل.. 40

3-17-14 فرايندهاي پس از  طبقه بندي.. 40

3-17-15 فيلتر كردن. 41

3-17-16 صاف كردن لبه هاي ناصاف تصوير. 41

3-17-17 برداشت مناطق كوچك منفرد. 42

فصل چهارم

نتايج

4-1نتايج داده هاي آناليز شده در نمونه هاي خاك منطقه شورابيل.. 46

4-2 داده هاي آناليز شده در نمونه هاي آب منطقه شورابيل.. 47

4-2-1رابطه ي بين فلز روي و منگنز در آب و خاك اطراف درياچه ي شورابيل.. 48

4-3 نتايج پهنه بندي به روش زمين آمار. 48

4-3-1 بررسي توزيع آماري.. 49

4-3-2 نمودار هيستوگرام بدست آمده از آزمون كريجينگ... 50

4-3-3 normal QQplot بدست آمده از آزمون كريجينگ... 52

4-3-4 نقشه هاي خروجي روش زمين آمار كريجينگ... 54

4-3-5 نقشه ي خروجي زمين آمار منگنز آب درياچه ي شورابيل.. 57

4-3-6 پيش بيني غلظت فلزات سنگين از روي نقشه ي درون يابي كريجينگ... 57

4-3-7 رابطه بين درصد منگنز اندازه گيري شده و پيش بيني شده 57

4-3-8 رابطه بين درصد روي اندازه گيري شده و پيش بيني شده 57

4-4 آناليز همگني نمونه ها 60

4-5 سنجش از دور. 63

4-6 همبستگي بين درجه روشنايي و غلظت روي آب... 64

4-7 همبستگي بين درجه روشنايي و غلظت  فلز روي آب... 67

4-8 همبستگي بين درجه روشنايي و غلظت منگنز آب... 70

4-9 برآورد فلز روي و منگنز از طريق سنجش از دور. 72

4-10 تركيب باندي فلزهاي منگنز و روي در آب... 102

فصل پنجم

نتيجه گيري و پيشنهادات

5ـ1 نتيجه گيري.. 107

5ـ1ـ1 نتيجه گيري پهنه بندي زمين آمار در آب و خاك اطراف درياچه ي شورابيل.. 107

5ـ1ـ2 تحليل سنجش از دور براي بر آورد فلزات سنگين.. 107

5-1-3 بررسي تغييرات زماني غلظت فلزات سنگين از سال 2002 تا 2013. 107

5-1-4 مقايسه ي نتايج سنجش از دور و زمين آمار. 108

5-2-1  فرض ميشود مقادير منگنز و روي در آب و خاك اطراف درياچه شورابيل بالاتر از حد استاندارد است. 108

5-2-3 فرض ميشود هيچ ارتباطي بين مقادير منگنز و روي در آب و خاك اطراف درياچه شورابيل وجود ندارد 108

5-2-4 فرض ميشود  مقدار آلودگي فلزات سنگين منگنز و روي در فواصل مختلف از درياچه تغيير ميكند. 109

5-2-5 فرض ميشود از سال 2002 تا 2013  تغيير مقدار آلودگي منگنز و روي در آب و خاك اطراف درياچه معني دار است   109

5ـ2 پيشنهادات علمي.. 109

5ـ3 پيشنهادات عملي.. 109

منابع. 110

  فهرست جداول

جدول 1-1 فراواني برخي فلزات سنگين در پوسته زمين.. 8

جدول 1-2 مقايسه استاندارد فلزات سنگين در كشورهاي اروپايي.. 10

جدول 4-1 مقدار روي و منگنز خاك اطراف شورابيل.. 46

جدول 4-2 مقدار روي و منگنز درياچه ي شورابيل.. 47

جدول4-3 تعيين بهترين مدل برازش براي داده هاي فلز سنگين روي و منگنز در آب و خاك.. 49

جدول 4-4 آناليزSPSS رابطه ي بين درصد روي اندازه گيري شده و پيش بيني شده 58

جدول 4-5 آناليزSPSS رابطه ي بين درصد روي اندازه گيري شده و پيش بيني شده 59

جدول 4-6 همبستگي درجه روشنايي باندها با غلظت فلز منگنزدرآب... 71

جدول 4-7 همبستگي درجه روشنايي باندها با غلظت فلز روي خاك.. 71

جدول 4-8 تركيب باند تصاوير و غلظت منگنز خاك.. 76

جدول 4-9 تركيب باند تصاوير و غلظت روي خاك.. 81

جدول 4-10 تركيب باند تصاويرو غلظت منگنز آب... 85

جدول 4-11 تركيب باند تصاوير و غلظت روي آب... 91

جدول 4-12تركيب باندهاي تلفيقي تصاوير و غلظت منگنز. 96

جدول4-13تركيب باند تلفيقي تصاويرو غلظت روي.. 101

 فهرست اشكال

شكل 3-1 محدوده مورد مطالعه. 25

شكل 3-2 چگونگي طبقه بندي عوارض با روش سلسله مراتبي.. 29

شكل 3-1 چگونگي طبقه بندي عوارض با روش خوشه اي.. 30

شكل 3-2 چگونگي طبقه بندي عوارض با روش خوشه اي ISODATA خود سازمانده تكراري.. 30

شكل 3-3 طبقه بندي عوارض با روش الگوريتم متوازي السطوح.. 32

شكل 3-4 الگوريتم حداقل فاصله از مركز و فاصله پيكسل مورد نظر از 3 طبقه. 32

شكل 3-5 مسير فرمان هاي اصلاح طيفي  و راديومتريك در Arc ToolBox. 34

شكل 3-6 مسير فرمان هاي اصلاح طيفي و مكاني و تحليل هاي ديگر در Arc ToolBox. 34

شكل  3-7 نوار ابزار  Image Classificationو معرفي بخش هاي مختلف (كه با راست كليك در نوار ابزار باز مي شود) 35

شكل 3-8  پنجره فرمان مديريت نمونه هاي تعليمي موجود در نوار Image Classification. 35

شكل 3-9 پنجره فرمان دندوگرام براي آزمون فايل Signature. 36

شكل 3-10 دندوگرام فايل آماري نمونه هاي تعليمي از تصوير ماهواره اي اردبيل.. 37

شكل 3-11 مسير فرمان هاي طبقه بندي و نمونه هاي تعليمي آنها در Arc ToolBox. 37

شكل 3-12 فرمان تنظيمات (Option) پنجره اصلي Image Analysis. 39

شكل 3-13 پنجره اصلي تحليل تصاوير ماهواره اي و معرفي برخي از اجزاي مهم آن. 40

شكل 3-14 پنجره فيلتر آماره موضعي.. 41

شكل 3-15 پنجره فرمان صاف كردن لبه هاي ناصاف... 42

شكل 3-16پنجره فرمان همگن سازي ارزش هاي پيكسل ها 43

شكل 3-17 پنجره فرمان ايجاد پيكسل ها بدون ارزش رقومي براي مناطق كوچك... 43

شكل 3-18 پنجره فرمان حذف طبقه مناطق كوچك... 44

شكل 4-1 نقشه درون يابي زمين آمار به روش كريجينگ روي آب درياچه شورابيل.. 55

شكل 4-2 نقشه درون يابي زمين آمار به روش كريجينگ منگنز آب درياچه شورابيل.. 56

شكل 4-3 فاصله اقليدسي روي و منگنز. 60

شكل 4-4 فاصله اقليدسي روي و منگنز. 61

شكل 4-5 فاصله اقليدسي روي و منگنز. 62

شكل 4-6 فاصله اقليدسي روي و منگنز. 63

شكل 4-8 طبقه بندي منگنز اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 2. 73

شكل 4-9 طبقه بندي منگنز اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 7. 74

شكل 4-10 طبقه بندي منگنز اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 1. 75

شكل 4-11 طبقه بندي فلز روي اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 2. 77

شكل 4-12 طبقه بندي فلز روي اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 4. 78

شكل 4-13 طبقه بندي فلز روي اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 7. 79

شكل 4-14 طبقه بندي فلز روي اطراف درياچه شورابيل روي لندست 8- باند 1. 80

شكل 4-15 طبقه بندي منگنز درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 7. 82

شكل 4-16 طبقه بندي منگنز درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 4. 83

شكل 4-17 طبقه بندي منگنز درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 1. 84

شكل 4-18 طبقه بندي منگنز درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8 باند2. 85

شكل 4- 19 طبقه بندي فلز روي درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 7. 87

شكل 4-20 طبقه روي درياچه شورابيل روي تصوير لندست8- باند 2. 88

شكل 4-21طبقه بندي روي درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 4. 89

شكل 4-22 طبقه فلز روي درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 1. 90

شكل 4-23 طبقه منگنز اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند تلفيقي 4، 5، 6. 92

شكل 4-24طبقه بندي منگنز اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند تلفيقي 1،4،7. 93

شكل 4-25 طبقه بندي منگنز اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باندتلفيقي 6،5،7. 94

شكل 4-26 طبقه بندي منگنز اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند 2،5،7. 95

شكل 4-27 طبقه بندي فلز روي اطراف درياچه شورابيل روي تصويرلندست- باند تلفيقي 2،5،7. 97

شكل 4-28 طبقه بندي فلز روي اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند تلفيقي 1،4،7. 98

شكل 4-29 طبقه بندي روي اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- بند تلفيقي 4،5،6. 99

شكل 4-30طبقه بندي فلز روي اطراف درياچه شورابيل روي تصوير لندست 8- باند تلفيقي 6،5،7. 100

شكل 4-31 طبقه بندي روي درياچه شورابيل روي لندست 8- باند 2،5،7. 102

شكل 4-32 طبقه بندي روي درياچه شورابيل روي لندست 8- باند 7،5،6. 103

شكل 4-33 طبقه بندي منگنز درياچه شورابيل روي لندست 8- باند 6،5،7. 104

شكل 4-34 طبقه بندي منگنز درياچه شورابيل روي لندست 8- باند 2،5،7. 105

 

 

 

 

فهرست نمودارها

نمودار 4-1 رابطه بين فلز روي و منگنز خاك.. 48

نمودار 4-2 رابطه بين فلز روي و منگنز آب... 48

نمودار 4-3 نمودار هيستوگرام عنصر منگنز در خاك.. 50

نمودار4-4 نمودار هيستوگرام عنصر روي درخاك.. 51

نمودار 4-5 نمودار هيستوگرام عنصر روي در آب... 51

نمودار 4-6 نمودار هيستوگرام عنصر منگنز در آب... 52

نمودار 4-7 نمودار QQplot عنصر روي در آب... 52

نمودار 4-8 نمودار QQplot براي عنصر منگنز در خاك.. 53

نمودار 4-9 نمودار QQplot براي عنصر روي در خاك.. 53

نمودار 4-10 نمودار QQplot براي عنصر منگنز در آب... 54

نمودار 4-11 نمودار رابطه بين درصد منگنز اندازه گيريشده و پيش بيني شده 57

نمودار 4-12 نمودار رابطه بين درصد منگنز اندازه گيريشده و پيش بيني شده 58

نمودار 4-13 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در خاك باند 1. 64

نمودار 4-14 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در خاك باند 4. 64

نمودار 4-15 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در خاك باند 6. 65

نمودار 4-16 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در خاك باند 7. 65

نمودار 4-17 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت منگنز در خاك باند 4. 66

نمودار 4-18 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت منگنز در خاك باند 1. 66

نمودار 4-19 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت منگنز در خاك باند 10. 67

نمودار 4-20 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در آب باند 5. 67

نمودار 4-21 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در آب باند 10. 68

نمودار 4-22 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در آب باند 6. 68

نمودار 4-23 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در آب باند 7. 69

نمودار 4-24 نمودار همبستگي درجه روشنايي و غلظت روي در آب باند 11. 69