سد شیرین دره، به منظور تامین آب شرب شهر بجنورد و بخشی از آب کشاورزی استان خراسان شمالی در سال 1384 احداث شده است. حوضه آبریز این سد از نظر تقسیم بندی ساختار رسوبی ایران، در زون ساختاری کپه داغ قرار گرفته است. در این تحقیق خصوصیات زمین¬شناسی، رسوبی، هیدرولوژیکی و هیدروژئوشیمیایی حوضه آبریز سد شیرین دره مورد بررسی قرار گرفته است. حجم بالای رسوب عبوری در ایستگاه قلعه بربر¬، ( حدود 21 میلیون تن در سال) ناشی از پتانسیل بالای فرسایش¬پذیری و تولید رسوب سازندهای حوضه از قبیل سرچشمه، سنگانه و آیتامیر می¬باشد. اغلب نمونه¬های رسوب از نظر دانه¬بندی در اندازه سیلت می¬باشند. بر اساس شاخص¬های محاسبه شده زمین انباشت (igeo)، ضریب غنی شدگی (ef)، فاکتور آلودگی (cf) و بار آلودگی (pli) آلودگی فلزات سنگین در خاک های منطقه وجود ندارد. نتایج بدست آمده از استخراج ترتیبی نیز حاکی از گونه¬سازی عناصر کبالت، کروم، مس، منگنز، نیکل، سرب و روی در فاز اکسیدهای آهن و منگنز می¬باشد. همبستگی مثبت میزان رس با منگنز، روی، نیکل، مس و کروم در نمونه¬های رسوب، بیانگر حضور این عناصر در ساختمان کانی¬های رسی می¬باشد. همبستگی مثبت عناصر سنگین با کربن آلی از سری ایروین-ویلیامز پیروی می¬کند. همبستگی مثبت و بالای میان عناصر آلومینیوم، کروم، روی و نیکل بیانگر شباهت خصوصیات ژئوشیمیایی این عناصر با یکدیگر می¬باشد. رسوبات منطقه همبستگی بالایی با سازندهای سنگانه و آیتامیر نشان می¬دهند. با توجه به اقلیم نیمه خشک منطقه و نبود شرایط هوازدگی مناسب، ترکیب کانی¬های رسی، در نمونه¬های رسوب منطقه (شامل ایلیت و کائولینیت)، به شدت تحت تاثیر مواد مادری رسوبات منطقه می¬باشد. رخساره¬های غالب منابع آب منطقه سولفاته و بی کربناته – منیزیک و کلسیک می¬باشد. مدل گیبس نشان می¬دهد که هوازدگی سنگ¬ها فرآیند اصلی کنترل¬کننده¬ی کیفیت منابع آب منطقه می¬باشد و دیاگرام¬های ترکیبی نشان می¬دهند که کنترل شیمی آب توسط هوازدگی سیلیکات¬ها و کربنات¬ها می¬باشد. مقادیر شاخص¬ فلزی (mi) محاسبه شده¬ی تمامی نمونه¬های آب بیش¬تر از حد مجاز است، در حالی که شاخص آلودگی فلزات سنگین برای اکثر نمونه¬ها زیر حد مجاز می¬باشد. ارزیابی ریسک سلامت نشان می¬دهد که عناصر فلزی مورد بررسی خطرات کم و یا عملاً هیچ تاثیری بر سلامت ساکنین منطقه ندارد. نتایج شاخص¬های کیفیت nsfwqi، owqi، uwqi نشان می¬دهد که، کیفیت آب سطحی برای هر شاخص به ترتیب در رده¬های بد، بسیار بد، قابل شرب، و برای منابع آب زیرزمینی در رده عالی قرار می¬گیرد. همبستگی مثبت میان فلزات سنگین در منابع آب سطحی و رسوب منطقه نشان می¬دهد که منشاء عناصر بایستی یکسان باشد.