Date of Award

11-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Water Resources

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Dr. Alaa Ahmed

Second Advisor

Dr. Dalal Alshamsi

Abstract

Groundwater is a valuable resource in the arid climate of the United Arab Emirates, where growing population, agricultural, and industrial activities are putting increasing pressure on the limited groundwater reserves. This work investigates the hydrogeochemical characteristics of groundwater in the Fujairah region to assess water quality and potential health risks. A total of 64 groundwater samples were collected from the Eastern Shallow Aquifer (ESA) and the Ophiolite aquifer in the study area and were analyzed for physicochemical parameters, major ions, and trace metals. Hydrogeochemical methods such as Piper, Gibbs, Chadha, and Schoeller diagrams were used to identify water types and governing processes.

Multivariate statistical methods were used to identify the main geochemical processes and cluster samples based on similarity. Additionally, interpolation maps highlighted hotspots of elevated salinity, major ions, and trace elements concentrations. Irrigation suitability was assessed using %Na, SAR, PI, MH, PS, RSC/RBSC, KR, and USSL/Wilcox classifications. Health risk was assessed with USEPA’s non‑carcinogenic framework for adults and children. pH was slightly alkaline with limited spatial variation across all samples. However, TDS was significantly higher in ESA (180 - 22,500 mg/L) compared to the fresher water of the ophiolite aquifer (360 - 1560 mg/L). Moreover, Nitrate showed hotspots and poor to extremely poor NPI classification in Fujairah City, Dibba, and Masafi. In addition, facies analyses showed Na-Cl dominance in ESA and mixed Ca-Mg-Cl-SO4 to Na-Cl evolution in the ophiolite aquifer. The WQI generally indicated good to excellent conditions in inland areas, while some coastal zones showed poor to significantly poor conditions. Furthermore, the Irrigation indices often indicated high potential salinity and magnesium hazard even in areas with low to moderate SAR. Adult HI rarely exceeded 1, while in children, HI values exceeded the safe limit in almost all samples. The Pb has exceeded the safe limit as per WHO (0.01 mg/L) in 11 samples, indicating potential long-term concerns.

This study demonstrates an integrated approach for understanding groundwater quality in the Fujairah region by combining multivariate, hydrogeochemical, spatial, and health risk assessment methods. Overall, this study has brought into focus the need for monitoring and sustainable management of groundwater to protect public health and secure long-term availability of this vital resource.

Arabic Abstract

تقييم جودة المياه الجوفية ومخاطرها الصحية في منطقة الفجيرة باستخدام الأساليب الهيدروجيوكيميائية والإحصائية والمكانية

يعدّ الماء الجوفي موردًا ذا قيمة في المناخ الجاف لدولة الإمارات العربية المتحدة، حيث يفرض النمو السكاني والأنشطة الزراعية والصناعية ضغطًا متزايدًا على الاحتياطي المحدود من المياه الجوفية. تستقصي هذه الدراسة الخصائص الهيدروجيوكيميائية للمياه الجوفية في منطقة الفجيرة بهدف تقييم جودة المياه والمخاطر الصحية المحتملة. تم جمع 64 عينة من المياه الجوفية من الخزان الجوفي الشرقي الضحل (ESA) وخزان الأوفيوليت في منطقة الدراسة، وتم تحليلها لمعرفة الخصائص الفيزيائية والكيميائية والأيونات الرئيسية والعناصر النزرة. وتم إجراء تفسير هيدروجيوكيميائي باستخدام مخططات بايبر وجيبس وتشادها وشويلر، كما استخدمت الطرق الإحصائية متعددة المتغيرات لتحديد العمليات الجيوكيميائية الرئيسية وتجميع العينات بناءً على التشابه. بالإضافة إلى ذلك، أبرزت خرائط الاستيفاء المناطق ذات التركيزات المرتفعة من الملوحة والأيونات الرئيسية والعناصر النزرة. وتم تقييم صلاحية الري باستخدام النسبة المئوية للصوديوم (Na%)، وخطر المغنيسيوم (MH)، ونسبة كيلي (KR)، والكربونات المتبقية للصوديوم (RSC)، والكربونات القاعدية المتبقية للصوديوم (RBSC)، ومؤشر النفاذية (PI)، ونسبة امتصاص الصوديوم (SAR)، إضافةً إلى تصنيفات USSL/Wilcox. وتم تقييم المخاطر الصحية باستخدام إطار الوكالة الأمريكية لحماية البيئة (USEPA) للمخاطر غير المسرطنة للبالغين والأطفال.

أظهر الأس الهيدروجيني (pH) قلوية طفيفة مع اختلاف مكاني محدود بين العينات، في حين كانت قيم المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) أعلى بكثير في خزان ESA (180-22500 ملغم/لتر) مقارنةً بمياه خزان الأوفيوليت (360-1560 ملغم/لتر) كما أظهرت تراكيز النترات بؤرًا مرتفعة وتصنيف NPI ضعيفًا إلى ضعيف جدًا في الفجيرة ودبا ومسافي. وأظهرت تحاليل الوجوه الهيدروكيميائية سيادة نوع Na-Cl في خزان ESA وتدرجًا من Ca-Mg-Cl-SO4 المختلط إلى Cl-Na في خزان الأوفيوليت. وبشكل عام، أشار مؤشر جودة المياه (WQI) إلى ظروف جيدة إلى ممتازة في المناطق الداخلية، بينما أظهرت بعض المناطق الساحلية ظروفًا ضعيفة إلى ضعيفة جدًا. كما أشارت مؤشرات الري إلى احتمالية مرتفعة للملوحة ومخاطر المغنيسيوم حتى عند بقاء مؤشر SAR منخفضًا إلى متوسط. ونادرًا ما تجاوز دليل الخطورة للبالغين (HI) القيمة 1، في حين تجاوز دليل الخطورة للأطفال هذه القيمة في معظم العينات. كما تجاوز تركيز الرصاص (Pb) الحد الآمن لمنظمة الصحة العالمية البالغ 0.01 ملغم/لتر في 11 عينة، مما يشير إلى مخاوف صحية محتملة طويلة الأجل.

ومن خلال دمج الأساليب الإحصائية متعددة المتغيرات والتحليل الهيدروجيوكيميائي والتحليل المكاني وتقييم المخاطر الصحية، توفر هذه الدراسة نهجًا متكاملًا لفهم جودة المياه الجوفية في منطقة الفجيرة، وتبرز أهمية المراقبة والإدارة المستدامة للمياه الجوفية لحماية الصحة العامة وضمان استدامة هذا المورد القيّم.

Download
COinS