دانشگاه ایلام مدیریت جامع حوزه های آبخیز 2783-4581 6 1 2026 05 22 Potential assessment of karst water resources for water extraction using hydrogeological methods (Case study: Garmook karst region, Semirom County, Isfahan Province) پتانسیل‌یابی منابع آب کارست جهت استحصال آب با استفاده از روش‌های هیدروژئولوژی (مطالعه موردی: پهنه کارستی گرموک شهرستان سمیرم، استان اصفهان) 107 125 728129 10.22034/iwm.2025.2053045.1207 FA احمدرضا کریمی گروه زمین شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران حاجی کریمی گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران سید یحیی میرزایی ارجنکی گروه زمین شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران Journal Article 2025 02 17 Extended Abstract Introduction: Severe rainfall reduction, rising temperatures, and excessive exploitation of surface and groundwater resources—especially in arid regions of Iran—have turned water scarcity into one of the country’s major challenges. Among available water sources, karst aquifers play a crucial role in meeting water demands due to their unique geological characteristics. These aquifers, with their fractures, joints, and secondary porosity, offer high storage and transmission capacities. Moreover, the limestone composition of these formations often ensures suitable water quality for drinking and agricultural uses. Approximately 11% of Iran’s surface area—particularly in the Zagros highlands—is composed of karstic formations. This underscores the necessity of proper evaluation, and sustainable exploitation of karst water resources. The Semirom region in southern Isfahan Province is considered a promising area for developing karstic water sources but has faced declining water tables and drinking water resources in recent years. The present study investigates the potential of groundwater resources in the Garmook area of Semirom County and identifies suitable locations for drilling wells and exploiting karst aquifers. Materials and Methods: In this study, the geological structure of the region was first examined using existing geological maps, satellite imagery, and field surveys. The study area mainly includes zones developed in the Asmari and Shahbazan formations. Due to their hydraulic connectivity, these two formations were analyzed as a single hydrogeological unit. Data on precipitation, air temperature, topographic slope, vegetation cover, and soil characteristics were used to assess infiltration potential. The water balance method was then used to estimate inputs and outputs for each karstic zone. Inputs included effective precipitation, subsurface recharge from adjacent areas, and surface flows, while outputs comprised spring discharge, abstraction from wells, qanats, evapotranspiration from the epikarst zone, and subsurface discharge to adjacent plains. To delineate the recharge basins of the springs, empirical relationships were applied, considering mean annual precipitation, spring discharge, and infiltration rates. Additionally, water samples were collected from the identified sources, and the quality was assessed using laboratory results and plotted on Wilcox and Scholler diagrams. Results and Discussion: Geological investigations of the region revealed that the widespread presence of carbonate formations—particularly the Asmari Formation—in the Garmook area has created favorable conditions for karst development and the formation of high-capacity aquifers. The presence of active faults, such as the Narmeh Fault and its subsidiary branches, not only increases fracturing and jointing in the rock mass but also facilitates the infiltration of rainwater into the limestone bodies, thereby enhancing the recharge of karst aquifers. In this region, multiple water sources—including Khansar Spring, Khan-Ali Spring, Jaq-Jaq Spring, Semirom Waterfall, and several extraction wells within the Garmook area—have been identified, with a total discharge estimated at over 435 liters per second. This corresponds to approximately 13.7 million cubic meters per year, indicating the high yield potential of the area. In particular, the electrical conductivity of the regional waters is less than 450 µS/cm, further confirming their suitability for potable and irrigation use. On the other hand, results showed that in certain parts of the region (such as west of Narmeh), the infiltration rate decreases to about 30% due to the presence of thick soil cover and dense vegetation. However, in other parts—where karst development is more pronounced and open fractures and joints are prevalent—the infiltration rate can reach up to 50%. Water balance studies also indicated that part of the groundwater exits the area through transverse and longitudinal faults, flowing toward adjacent plains or distant springs such as Sandegan. Conclusion: Based on the conducted analyses, the Garmook area possesses adequate capacity to supply drinking and irrigation water in the short and medium term. Considering the geological context, the positive groundwater balance, and acceptable water quality, four locations were proposed for drilling new wells. These points are situated in areas with high recharge probability, good permeability, and suitable discharge rates. Additionally, to better understand the aquifer’s hydrodynamic behavior, the installation of piezometers and implementation of water-level monitoring programs are recommended. Given the significant influence of regional faults on groundwater flow directions, further studies—including dye and isotope tracing—are essential for determining the precise flow paths to improve groundwater resource management. The findings of this study can serve as a foundation for water resource management in southern Isfahan Province and other similar regions. چکیده مبسوط مقدمه: کاهش شدید بارندگی، افزایش دمای هوا، و بهره‌برداری بی‌رویه از منابع آب سطحی و زیرزمینی، به‌ویژه در مناطق خشک ایران، بحران کم‌آبی را به یکی از چالش‌های اصلی کشور تبدیل کرده است. در این میان، منابع آب سفره‌های کارستی، به‌دلیل ویژگی‌های خاص زمین‌شناسی خود، نقش مهمی در تأمین نیازهای آبی ایفا می‌کنند. این سفره‌ها به دلیل وجود درز و شکاف‌ها، و تخلخل ثانویه، ظرفیت بالایی برای ذخیره‌سازی و انتقال آب دارند. از طرفی، به‌واسطه جنس آهکی این سازندها، معمولاً کیفیت آب آن‌ها مناسب و قابل‌قبول برای مصارف شرب و کشاورزی است. در ایران، حدود 11 درصد از مساحت کشور خصوصا ارتفاعات زاگرس را سازندهای کارستی تشکیل می‌دهند. این شرایط، ضرورت ارزیابی و بهره‌برداری اصولی از منابع آب کارستی را دوچندان می‌کند. منطقه سمیرم در جنوب استان اصفهان یکی از نواحی مستعد توسعه منابع آب کارستی به‌شمار می‌آید که طی سال‌های اخیر با افت سطح ایستابی و کاهش منابع آب شرب مواجه شده است. پژوهش حاضر با هدف بررسی پتانسیل منابع آب زیرزمینی در پهنه گرموک در شهرستان سمیرم و شناسایی مکان‌های مناسب جهت حفاری چاه و بهره‌برداری از سفره‌های کارستی انجام شده است. مواد و روش‌ها: در این مطالعه، ابتدا ساختار زمین‌شناسی منطقه با استفاده از نقشه‌های موجود، تصاویر ماهواره‌ای و بازدیدهای میدانی بررسی شد. محدوده مورد مطالعه شامل پهنه‌هایی است که عمدتاً در سازندهای آسماری و شهبازان توسعه یافته‌اند. این دو سازند به‌دلیل پیوستگی هیدرولیکی، در قالب یک واحد هیدروژئولوژیکی مورد تحلیل قرار گرفتند. داده‌های بارندگی، دمای هوا، شیب توپوگرافی، پوشش گیاهی و خاک‌شناسی نیز در تحلیل شرایط نفوذپذیری مورد استفاده قرار گرفت. سپس با بهره‌گیری از روابط بیلان آب، میزان ورودی و خروجی هر پهنه کارستی برآورد شد. منابع ورودی شامل بارش مؤثر، تغذیه زیرسطحی از پهنه‌های مجاور و جریان‌های سطحی بوده و خروجی‌ها شامل دبی چشمه‌ها، چاه‌های بهره‌برداری، قنوات، تبخیر از ناحیه اپی‌کارست، و تخلیه زیرسطحی به دشت‌های مجاور در نظر گرفته شدند. برای تعیین وسعت حوضه‌های آبگیر چشمه‌ها، از روابط تجربی با در نظر گرفتن میانگین بارش سالانه، دبی چشمه و درصد نفوذ استفاده گردید. همچنین با نمونه‌برداری از منابع آب و بررسی نتایج آزمایش‌های کیفی، نمودارهای ویلکاکس و شولر ترسیم و کیفیت منابع آب تحلیل شد. نتایج و بحث: بررسی زمین‌شناسی منطقه نشان داد که حضور گسترده سازندهای کربناته، به‌ویژه آسماری، در پهنه گرموک، شرایط لازم برای توسعه کارست و شکل‌گیری آبخوان‌های پرظرفیت را فراهم کرده است. وجود گسل‌های فعال مانند گسل نرمه و شاخه‌های فرعی آن، علاوه بر افزایش شکستگی‌ها و درزها در سنگ، موجب تسهیل در نفوذ آب باران به داخل توده‌های آهکی و در نتیجه تقویت تغذیه سفره‌های کارستی می‌شود. در این پهنه، منابع متعددی از جمله چشمه خوانسار، چشمه خان‌علی، چشمه جاق‌جاق، آبشار سمیرم، و چاه‌های برداشت در محدوده گرموک شناسایی شدند که جمع دبی آن‌ها بالغ بر 435 لیتر در ثانیه برآورد شد. این میزان تخلیه معادل با حدود 7/13 میلیون مترمکعب در سال است که نشان‌دهنده توان بالای آبدهی این پهنه می‌باشد. از آنجا که میزان هدایت الکتریکی آب‌های منطقه کمتر از 450 میکروموس بر سانتیمتر می باشند، کیفیت آب‌ها برای مصارف شرب و کشاورزی مناسب ارزیابی گردید. از سوی دیگر، نتایج نشان داد که در بخش‌هایی از پهنه (نظیر غرب نرمه)، درصد نفوذ به‌دلیل وجود خاک‌های ضخیم و پوشش گیاهی متراکم، کاهش یافته و به حدود 30 درصد می‌رسد. با این حال، در سایر بخش‌ها با توسعه بیشتر کارست و وجود درز و شکاف‌های باز، درصد نفوذ تا 50 درصد نیز قابل افزایش است. مطالعات بیلان نیز نشان داد که بخشی از آب‌های زیرزمینی از طریق گسل‌های عرضی و طولی از محدوده خارج شده و به سمت دشت‌های مجاور یا چشمه‌های دوردست مانند سندگان منتقل می‌شود. نتیجه‌گیری: بر اساس تجزیه و تحلیل‌های صورت گرفته، پهنه گرموک دارای ظرفیت مناسب برای تأمین آب شرب و کشاورزی در کوتاه‌مدت و میان‌مدت است. با توجه به شرایط زمین‌شناسی، بیلان مثبت آب زیرزمینی و کیفیت قابل‌قبول منابع، چهار نقطه برای حفاری چاه‌های جدید معرفی گردید. این نقاط در مناطقی با بیشترین احتمال تغذیه، نفوذپذیری بالا و دبی مناسب قرار دارند. همچنین به‌منظور شناخت دقیق‌تر رفتار هیدرودینامیکی آبخوان، حفر پیزومتر و اجرای طرح‌های پایش سطح ایستابی توصیه می‌شود. در نهایت، با توجه به نقش مؤثر گسل‌های منطقه در جهت‌دهی به جریان‌های زیرزمینی، انجام مطالعات تکمیلی شامل ردیابی رنگی و ایزوتوپی به‌منظور تعیین مسیر دقیق جریان آب، برای مدیریت بهتر منابع آب زیرزمینی منطقه ضروری است. نتایج این پژوهش می‌تواند به‌عنوان مبنای تصمیم‌گیری برای مدیریت منابع آب کارستی در جنوب استان اصفهان و سایر مناطق مشابه مورد استفاده قرار گیرد.

https://iwm.ilam.ac.ir/article_728129_0ca10e78b87a524ad22f0a56be353d96.pdf