مدیریت جامع حوزه های آبخیز

مدیریت جامع حوزه های آبخیز

پتانسیل‌یابی منابع آب کارست جهت استحصال آب با استفاده از روش‌های هیدروژئولوژی (مطالعه موردی: پهنه کارستی گرموک شهرستان سمیرم، استان اصفهان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران
2 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران
چکیده
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.
کلیدواژه‌ها

Afrasiabian, A. (1998). The Importance of Karst Water Resources Studies and Research in Iran. In Proceedings of the Second World Conference on Water in Karst Formations, Kermanshah.   http://doi.org/10.1007/s00254-006-0502-z 
Andualem, T.G., & Demeke, G.G. (2019). Groundwater potential assessment using GIS and remote sensing: A case study of Guna tana landscape, upper blue Nile Basin, Ethiopia. Journal of Hydrology: Regional Studies, 24, 100610. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2019.100610
Bahrami, S., Sarouei, H., & Souri, S. (2018). Identification of Karst Water Resources Potential Using Fuzzy Hierarchical Method (Case Study: Sefidkuh Anticline, Lorestan Province). Scientific Quarterly of Water Resources Engineering, 11(39), 35–44. (In Persian)
Bauer, S., Liedl, R., Sauter, M.‚ (2005). Modeling the influence of epikarst evolution on karst aquifer genesis: A time‐variant recharge boundary condition for joint karst‐epikarst development‚ Water Resources Research, 9‚ 41. http://doi.org/10.1029/2004WR003321
Dashti Barmaki, M., Rezaei, M., & Ashjari, J. (2015). Potential Assessment of Karst Water Resources in Dovan and Shapur Mountains Based on Multi-Criteria Decision Making. Iranian Water Research, 9(1), 89–100. (In Persian).
Dastaranj, A., & Jafari Aghdam, M. (2019). Modeling Groundwater Recharge in Dalahoo Karst Aquifer Using KARSTLOP Model. Scientific-Research Quarterly of Geographical Information, 28(112), 231–249. (In Persian). https://doi.org/10.22131/sepehr.2020.38618
Ford, D. C., & Williams, P. W. (2007). Karst Hydrogeology and Geomorphology. Chichester, UK: Wiley. http://doi.org/10.1002/9781118684986
Ghadimi, M., & Zangeneh Tabar, S. (2019). Evaluation of Suitable Areas for Karst Aquifer Recharge in Parav-Bisotoun Using KARSTLOP Model. Quantitative Geomorphological Research, 8(1), 1–15. (In Persian)
Ghobadi, M. (2007). Engineering Geology. First Edition. Hamedan: Bu-Ali Sina University Press. https://doi.org/10.22067/jsw.2024.87603.1402 (In Persian)
Jafari, G., & Fouladi, N. (2024). The potential of water outflow from the Zagros folds into the Persian Gulf drainage basin. Geography and Environmental Planning, 35(2), 1–22. https://doi.org/10.22108/gep.2024.137318.1577 (In Persian)
Janža, M. (2010). Hydrological modeling in the karst area, Rižana spring catchment, Slovenia. Environmental Earth Sciences, 61(5), 909-920. https://doi.org/10.1007/s12665-009-0406-9
Jukić, D., Denić‐Jukić, V. (2008). Estimating parameters of groundwater recharge model in frequency domain: Karst springs Jadro and Žrnovnica. Hydrological Processes: An International Journal, 23(22),. https://doi.org/10.1002/hyp.7057 
Karimi, A.R (2024). Comparison of The Exploitation Methods of Zamkan Dam Water Leakage from an Economic Point of View. Journal of Aquifer and Qanat Title, 4 (2), 149-160. https//doi.org/10.22077/jaaq.2024.7435.1070 (In Persian)
Karimi, H. (1997). Hydrogeological and Hydrochemical Study of Springs and Piezometers in Poodeno Anticline, Firouzabad. Master's Thesis, Shiraz University, Department of Geology. (In Persian)
Karimi, H. (2003). Hydrogeological Behavior of Alvand basin karst aquifers, Kermanshah, Unpublished Ph.D. Thesis, Shiraz University. (In Persian)
Karimi, H., & Karimi, A. (2022). Potential Assessment of Water Resources in Hard Formations (Karst) in South of Isfahan Province. Isfahan Regional Water Company. Research Project, University of Ilam. (In Persian)
Kuhta, M., Brkić, Ž., & Stroj, A.‚ (2012). Hydrodynamic characteristics of Mt. Biokovo foothill springs in Croatia‚ Geologia Croatica, 1, 65‚ 41-52. http://doi.org/104154/gc.2012.03  
Mangin, A. (1984). Pour une meilleure connaissance des systèmes hydrologiques à partir des analyses corrélatoire et spectrale. Journal of Hydrology, 67(1-4),. 25-43. https://doi.org/10.1016/0022-1694(84)90230-0
Maqsoudi, M., Haji Karimi, A., Safari, F., & Chahar Sarahi, Z. (2009). Study of Karst Development in Parav-Bisotoun Massif Using Recession Coefficient, Spring Hydrograph Analysis, and Isotopic and Chemical Results. Journal of Physical Geography Research, 78(13), 12–28. (In Persian)
Martínez-Santos, P., & Andreu, J. M. (2010). Lumped and distributed approaches to model natural recharge in semiarid karst aquifers. Journal of Hydrology, 388 (3–4), 389–398. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.05.018
Martínez-Santos, P., & Andreu, J.M.‚ (2010). Lumped and distributed approaches to model natural recharge in semiarid karst aquifers. Journal of hydrology, 3-4, 388‚ 389-398. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.05.018
Mokarram, M., & Neghaban, S. (2019). Investigation and Identification of Areas with Potential for Karstification Using Fuzzy Method and Hierarchical Analysis Model. Geography and Environmental Planning, 30(2), 121–134. https://doi.org/10.22108/gep.2019.118017.1171 (In Persian)
Moradi, S., Kalantari, N., & Charchi, A.‚ (2016). Karstification Potential Mapping in Northeast of Khuzestan Province, Iran, using Fuzzy Logic and Analytical Hierarchy Process (AHP) techniques‚ Geopersia, 2(6)‚ 265-282. https://doi.org/10.22059/jgeope.2016.58671 Nakhaei, A., Zangeneh Asadi, M. A., Behniafar, A., & Goli Mokhtari, L. (2023). Zoning of karst development in the Baghamch-Kashafrud watershed using the fuzzy logic ANP model. Journal of Quantitative Geomorphological Research, 11(4), 230–255. https://doi.org/10.22034/gmpj.2023.346563.1362 (In Persian)
Naseri, H. (1991). Engineering Geology of Carbonate Formations in Iran. Tehran: University of Tehran Press. (In Persian)
Pourakbari, S., Kalantari, N., Aghdaki, Y., & Mosleh, A. (2020). Potential Assessment of Karst Water Resources Using RS, GIS, and AHP (Case Study: Lili and Keyno Anticlines in Northeast Khuzestan). Scientific Quarterly of Water Resources Engineering, 13(45), 99–112. https://dorl.net/dor/20.1001.1.20086377.1399.13.45.8.1 (In Persian)
Pourhaghi, A., Akhondali, A.M., Radmanesh, F., & Mirzaee, S.Y. (2014). Manage the groundwater sources exploration of the nourabad plain in the drought conditions with modflow modeling. Irrigation sciences and engineering (jise) (Scientific Journal of Agriculture), 37(2), 71-82. (In Persian)
Radulovic, M., Stevanovic, Z., & Radulovic, M. (2012). A new approach in assessing recharge of highly karstified terrains–Montenegro case studies. Environmental Earth Sciences, 65(8), 2221-2230. http://doi.org/10.1007/s12665-011-1378-0
Rahnamayi, M. (1994). Study of Infiltration and Runoff Phenomena in Karstic Carbonate Rocks. Master's Thesis, Shiraz University, Department of Geology. (In Persian)
Rasouli, A., Emami, K., Babakhani, Z., & Golshanizad, S. (2020). Karst development zoning to identify karst water resources using Fuzzy logic model and AHP (Takab Basin). Geography and Human Relationships2(4), 240-253. (In Persian)
Reisi, A. (1999). Method of Calculating the Water Balance of Karst Waters in the Simple Folded Zones of Zagros. In First Regional Conference on Water Balance, Ahvaz, 39–49. (In Persian)
Rezaeiarefi, M., Motamedirad, M., Taghavimoghadam, I., & Sadeghi, M. (2024). Finding the potential of karst water resources in Birjand city using hierarchical analysis model and geographic information system. Journal of Physical Geography, 17(64), 17–38. (In Persian)
Sajadi, Z., Kalantari, N., Cherchi, A., & Mousavi, S. S. (2022). Investigating the hydraulic connection of karst structures using hydrogeochemical and isotopic methods in the water resources of Izeh region, northern Khuzestan Province. Hydrogeology, 7(2), 121–142. https://doi.org/10.22034/hydro.2022.48953.1254
Saman Abrah Consulting Engineers. (2016). Studies on Preparing Water Balance of Study Areas in the Karun Great Basin (Up to the Water Year 2010-2011), Volume Five: Water Resources Assessment Report. Appendix 15: Water Balance of Semirom Study Area (2315), Code: 39-105-SR. (In Persian)
Sauter, M. (1992) Quantification and forecasting of regional groundwater flow and transport in a karst aquifer (Gallusquelle, Malm, SW. Germany. Report, Tubinger Geowissenschaftliche Arbeiten (TGA), TGA, C13, 1992.
Sepehri Pour, A., & Vaezi Heir, A. (2021). Exploration and Investigation of Strategic Water Resources in Hard and Karst Formations to Supply Drinking Water in Miyaneh County under Critical Conditions. Advanced Applied Geology, 11(2), 332–348. https://doi.org/10.22055/aag.2020.33531.2121 (In Persian)
Shaban, A., BouKheir, R., Froidefond, J., Khawlie, M., & Girard, M-C. (2004). Characterization of morphometric factors of drainage system interrelated to rock infiltration: the case of the Occidental Lebanon. Zeitschrift Fur Geomorphologie, 48(1), 79-94. http://doi.org/10.1127/zfg/48/2004/79
Tahouni, P. (1995). Study and Recognition of Karst Forms in the Dasht-e Arjan and Kazeroon Area to Estimate the Volume of Groundwater. Master's Thesis, University of Tehran, Faculty of Literature and Humanities. (In Persian)
Vaezi Hir, A., Khalkhali, M., & Tabarmaie, M. (2024). Groundwater potential assessment in hard and karstic formation units of West Azerbaijan Province. Water and Soil, 38(3), 337–350. (In Persian)
Zia, H., Karami, G., & Taheri, A. (2019). Estimation of Groundwater Recharge Potential in Karst Areas of Arid Regions (Case Study: Shotori Mountain Range, Central Iran). Geosciences, 29(114), 85–96. https://doi.org/10.22071/gsj.2018.117001.1406  

  • تاریخ دریافت 29 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری 21 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 12 مرداد 1404