آبخوان کارستی

در این پژوهش، مدل تجربی Mangin و مدل Coutagne به منظور مدل سازی دبی روزانه چشمه علی دامغان در طول دوره فروکش مورد استفاده قرار گرفت. برای این منظور داده های روزانه دبی چشمه مورد مطالعه طی نه سال متوالی (از سال 1380 تا 1388) اخذ و بکار گرفته شد. روش اول، بر اساس تئوری جداسازی جریان سریع که در قسمت غیراشباع آبخوان به صورت موقت ناشی از تغذیه سطحی ذخیره شده از جریان پایه که در تشکیلات کارستی آبخوان مطابق با تئوری Mailletوجود دارد، استوار است. درحالی که روش دوم، منحنی فروکش را پاسخ سیستم تک مخزنی آبخوان به محرک ورودی (بارندگی) درنظر می گیرد. نتایج روش Mangin در مورد چشمه علی دامغان نشان داد که درصد مشارکت حجم جریان سریع در مقایسه با جریان پایه آبخوان کارستی از حجم کل جریان، بسیار اندک (%5/0) می باشد که نشان دهنده درجه بالای توسعه یافتگی بخش غیراشباع این آبخوان کارستی نسبت به بخش پائینی و غالب بودن سیستم افشان بخش اشباع آبخوان است. حجم جریان ذخیره شده در آبخوان کارستی که توسط روش Mangin (با متوسط خطای 5%) به دست آمده است، از خطای کمتری نسبت روش Coutagne (با متوسط خطای 23%) برخوردار است. درحالی که مقادیر پیش بینی شده دبی جریان در طول منحنی فروکش توسط روش Coutagne(80/0=RMSE و 08/0= R2)، درجه دقت بالاتری نسبت به روش Mangin (44/0=RMSE و 45/0= R2) دارد. نتایج این تحقیق نشان داد که به منظور پیش بینی جریان روزانه چشمه کارستی طی دوره فروکش، روش Coutagne نسبت به روش Mangin از این نظر که لازم به تفکیک جریان های سریع و پایه چشمه طی دوره فروکش نمی باشد و همچنین به دلیل سادگی ساختار مدل و اینکه تنها به یک پارامتر وابسته است و در نتیجه به محاسبات کمتری نیازمند است، دارای ارجحیت می باشد.

حوضة کارستی رودخانة الوند در غرب استان کرمانشاه به علت فراهم بودن شرایط مساعد کارست زایی، دارای آبخوان های کارستی متعددی است. این آبخوان ها نقش حیاتی در استمرار و شکل گیری مدنیت در منطقه داشته، منبع اصلی تأمین آب جوامع انسانی است. هدف از این پژوهش ارزیابی و تعیین درجة توسعة کارست آبخوان های کارستی حوضة الوند استفاده از طریق تجزیه و تحلیل منحنی فرود هیدروگراف چشمه های کارستی است. در این پژوهش، پس از تعیین محدودة آبخوان ها، ویژگی های ژئومورفولوژی کارست سطحی و زمین شناسی آنها بررسی شد و در ادامه منحنی فرود هیدروگراف پنج چشمه ارزیابی و درجة توسعة کارست آبخوان ها تعیین شد. نتایج حاکی از آن است که آبخوان های ریجاب و ماراب با درجة توسعة کارست 5/5، توسعه یافته ترین آبخوان های حوضه اند و دارای دو زیررژیم خطی و یک زیررژیم آشفته اند. آبخوان های گلین، گلودره و سرابگرم دارای درجة توسعة کارست 7/3، 7/3 و 7/2 هستند و دو زیررژیم خطی دارند. درجة توسعة کارست و ویژگی های هیدرودینامیکی آبخوان ها تحت تأثیر تفاوت های محلی در عوامل مؤثر بر توسعة کارست و ژئومورفولوژی کارست متفاوت است. سه عامل ژئوموفولوژی کارست سطحی، فیزیوگرافی حوضه های تغذیه کنندة آبخوان ها و ارتفاع، به ترتیب بیشترین اثر را بر ویژگی های هیدرودینامیکی و درجة توسعة کارست آبخوان های حوضة الوند دارند.

در دو دهه اخیر حفاظت و مدیریت صحیح منابع آب موجود در آبخوان های کارستی، به دلیل اهمیت ویژه آن ها در تامین آب شرب، مورد توجه بسیار بوده است. چشمه ساسان در جنوب غرب استان فارس، در سمت راست رودخانه شاپور و در قاعده سازند آسماری-جهرم ظاهر شده است. آب این چشمه در شهرستان کازرون در زمینه اقتصاد کشاورزی و تامین آب منطقه بخصوص شهر بوشهر از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق به منظور طبقه بندی آبخوان کارستی و شبیه سازی منحنی فروکش آبدهی و تخمین حجم آب ذخیره شده در بخش اشباع و غیر اشباع آبخوان کارستی از روش مانجین استفاده شد. نتایج نشان دهنده شیب ملایم منحنی فروکش و ذخیره دینامیکی زیاد که کمتر تحت تاثیر بارش قرار می گیرد است. از نظر طبقه بندی مانجین، سیستم آبخوان کارستی منطقه نشتی، دارای عمق زیاد و درز و شکاف فراوان بصورت جزء یا تماما در زیر رسوبات با نفوذپذیری کم محصور شده است. روش مانجین هماهنگی نسبتاً خوبی در شبیه سازی مقادیر دبی های دوره فروکش طی سالهای مختلف دارد و حداکثر درصد خطای روش مانجین در برآورد حجم آب ذخیره شده در آبخوان کارستی برابر با 51/5 درصد می باشد. بطور متوسط حدود 75 درصد از کل حجم آب ذخیره شده سالانه در آبخوان مربوط به بخش ذخیره اشباع (جریان پایه) و بقیه مربوط به غیراشباع (جریان سریع) است. در این آبخوان کارستی، شبکه کارستی بخوبی توسعه نیافته است و سیستم از نوع افشان است. با توجه به اینکه عمدتا منطقه از آهک تشکیل شده است اشکال کارستیک در منطقه توسعه یافته اند که نقش مهمی در جذب نزولات جوی و نفوذ آب دارند و در نهایت با توجه به قرار گیری چشمه ساسان در سازند آسماری-جهرم و حجم آب، کارست زایی در قسمت های پایین دست، به صورت انواع لاپیه ها نمایان می شود.

ارزیابی آسیب پذیری و تهیه نقشه خطر آلودگی به عنوان یک راهکار مهم مدیریتی جهت حفظ منابع آب کارستی مطرح می باشد. آبخوان های کارستی در مناطق نیمه خشک غرب ایران با توجه به شرایط طبیعی منطقه، مستعد آلودگی هستند. هدف از این پژوهش برآورد میزان و تهیه نقشه آسیب پذیری آبخوان کارستی توده بیستون پرآو و دشت کرمانشاه در برابر انتشار آلودگی با استفاده از مدل COP است. این مدل با استفاده از سه پارامتر لایه پوشاننده (O) ، غلظت جریان( C ) رژیم بارش (P) به ارزیابی آسیب پذیری منابع آب کارست در برابر آلودگی می پردازد. نتایج نشان می دهد که 4/31% مساحت منطقه در پهنه آسیب پذیری متوسط و 7/30% مساحت منطقه در پهنه آسیب پذیری کم واقع شده و9/37% درپهنه با آسیب- پذیری خیلی کم واقع شده است که بیشتر محدوده دشت را دربرمی گیرد. عمده مناطق با آسیب پذیری کم و متوسط، در قلمرو کارست های تکامل یافته سازند آهکی، در قسمت های مرتفع منطقه قرار دارند. پوشش گیاهی این مناطق جنگل های استپی درمحدوده با آسیب پذیری کم و فاقد پوشش گیاهی در محدوده با آسیب پذیری متوسط است که بارش آنها بیش از 800 میلی متر می باشد. بطورکلی در منطقه مورد مطالعه به ترتیب پارامترهای C ، P و O بیشترین نقش را در میزان آسیب پذیری دارا می باشند.

حفاظت از منابع آب کارستی قابل شرب در مناطق نیمه خشک ایران به عنوان یک هدف استراتژیک می باشد. آلودگی آبخوان های کارستی می تواند صدمات جبران ناپذیری در توسعه مناطق شهری، صنعتی و کشاورزی آن ناحیه داشته باشد و هزینه های زیادی را به این مناطق تحمیل کند. کارست توسعه یافته و وجود درزه و شکاف های فراوان می تواند باعث سهولت در انتشار آلودگی در این آبخوان ها بشود. لذا شناخت مناطق در معرض آلودگی و مدیریت این آبخوان ها بسیار حیاتی است. هدف از این پژوهش ارزیابی آسیب پذیری سطحی آبخوان های کارستی ششپیر و برغان با تاکید بر فروچاله ها با استفاده از مدل فازی می باشد. در این مدل از پارامترهای فاصله از گسل، ارتفاع، شیب، بارش، دما و پارامترهای کیفی (لیتولوژی، کاربری اراضی، خاک، جهت شیب و طبقات اقلیمی) به عنوان به عنوان پارامترهای موثر استفاده شده است. در ابتدا تقشه آسیب پذیری سطحی کارست با استفاده از روش شکستگی طبیعی تهیه گردید و چهار کلاس آسیب پذیری زیاد، کم، متوسط و فاقد آسیب پذیری تشخیص داده شد. همپوشانی لایه فروچاله ها و نقشه پهنه بندی آسیب پذیری سطحی کارست نشان می دهد که 75 درصد فروچاله ها در طبقه کارستی با آسیب پذیری زیاد و 22 درصد فروچاله ها در طبقه کارستی با آسیب پذیری متوسط قرار دارد. قرار گرفتن حدود 97 درصد فروچاله ها در این دو طبقه کارایی مطلوب مدل فازی در پهنه بندی آسیب پذیری سطحی کارست در این دو آبخوان را نشان می دهد.

منابع آب کارستی قابل شرب بخصوص در مناطق خشک و نیمه خشک از جمله ایران به عنوان منابع آبی ارزشمند و راهبردی مطرح هستند. آلودگی آبخوان های کارستی تبعات جبران ناپذیری در زمینه های توسعه و بهداشت سکونتگاه های شهری و روستایی دارد بنابراین حفاظت از آنها از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش برای ارزیابی آسیب پذیری آبخوان بیستون و پرآو که به لحاظ کارستی توسعه یافته و دارای درز و شکاف و لندفرم های متنوع است؛ از مدل های آسیب پذیری COP و PI برای شناسایی پراکندگی پهنه های در معرض خطر آلودگی استفاده شده است. در این پژوهش از فاکتور های جریان (C)، لایه های فوقانی (O) و بارندگی(P) در مدل COPو دو فاکتور پوشش حفاظتی (P) و شرایط نفوذ (I) در مدل PI و داده های کیفی آب زیرزمینی برای ارزیابی دقت مدلسازی مکانی آسیب پذیری استفاده شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که بیشتر آبخوان کارستی بیستون و پرآو در پهنه با آسیب پذیری خیلی زیاد و زیاد پراکنده هستند. همچنین نتایج ارزیابی دقت مدل ها نشان داد که هرچند مدل PI در شناسایی مناطق با آسیب پذیری زیاد مطابق با داده های کیفی آب زیرزمینی است اما مدل COP در مدلسازی آسیب پذیری آبخوان کارستی موفق تر بوده است به طوری که پهنه های با آسیب پذیری بالا در شمال غرب، شرق و جنوب شرق منطقه با پهنه های آلودگی بیشتر آب زیرزمینی منطبق است.

برای بررسی کیفیت آب های زیرزمینی  شهرستان ارومیه تعداد 15 نمونه از آب چشمه های مختلف در کل گستره ی مطالعاتی برداشت گردید. اندازه گیری غلظت کاتیون ها و آنیون های اصلی (HCO3, Cl, SO4, Mg, Ca, Na, K) و برخی خواص آب همچون EC،  pHو TDS به صورت برجا در محل نمونه برداری و با استفاده از دستگاه های قابل حمل اندازه گیری شد. بررسی نمودارهای دایره ای نشان داد که ژیپس موجود در واحد آبرفت های جوان سبب بالا رفتن جزئی مقدار SO4 و EC در نمونه های موجود در حوضه ی آبگیر این واحد شده است و همچنین وجود مارن های موجود در منطقه باعث افزایش مقدار  Naدر برخی از نمونه ها شده است. تیپ غالب نمونه های آب زیرزمینی منطقه، بیکربناته و کلسیک بوده و فرآیندهایی چون تعویض یونی (به علت حضور کانی های رسی)، هوازدگی و انحلال سازند های آهکی و دولومیتی موجود در منطقه عوامل اصلی کنترل کننده ی شیمی آب چشمه های موردمطالعه بوده است، همچنین مشخص گردید که بخش اعظمی از تغذیه ی آب چشمه ها از واحدهای زمین شناسی مشابه (آهک های پرمین و واحدهای تخریبی میوسن) صورت می گیرد که ازنظر کشاورزی مناسب بوده و اکثریت نمونه ها برای شرب از کیفیت خوب برخوردار هستند. بالاترین همبستگی بین سولفات و TDS با 84 درصد است که نشان دهنده ی شوری نسبی در برخی نمونه ها تحت تأثیر این یون بوده و همبستگی کلسیم و بی کربنات نشان از منشاء ناشی از انحلال آهک و دولومیت است.

توده ی کارستی شاهو واقع در زاگرس مرتفع، دارای اشکال کارستی در مقیاس های مختلف است. بررسی و تحلیل لندفرم های کارستی در ارتباط با ویژگی های هیدروژئولوژیکی آبخوان ها اطلاعات جامعی را در زمینه ی مدیریت این مناطق ارائه می دهد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از روش منحنی های بسته دولین های منطقه ی مورد مطالعه شناسایی شد. در ادامه ی ویژگی های مورفومتریک از جمله مساحت، عمق، شیب، محور کوچک و بزرگ دولین و شاخص های نسبت کشیدگی، نسبت D/H و شاخص سینوسیته برای هریک از دولین ها محاسبه شد. ویژگی های هیدرودینامیکی و عوامل مؤثر در آبخوان های روانسر و هولی با استفاده از توابع همبستگی خودکار و چگالی طیفی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که بیش از 90 درصد دولین های منطقه را دولین های کشیده دربر می گیرد که دارای منشأ انحلالی هستند. تعدد دولین های کشیده، تراکم نسبتاً بالا و منشأ انحلالی این اشکال در من طقه ی مورد مطالعه نشان دهنده ی توسعه یافته بودن ژئومورفولوژی کارست شاهو است. ارزیابی ویژگی های هیدرودینامیکی آبخوان های مورد مطالعه نشان داد که سیستم کارستی در این آبخوان ها توسعه یافته است به گونه ای که دارای رفتار هیدرودینامیکی چندگانه و اینرسی کم می باشند؛ و همچنین معادله ی منحنی هیدروگراف در آبخوان های مورد مطالعه چندگانگی رفتار سیستم کارستی را نشان داده و نتایج حاصل از بررسی ژئومورفولوژی کارست و توابع سری زمانی را تأیید می کند. در نهایت می توان گفت که توسعه ی ژئومورفولوژی کارست سطحی و وجود دولین ها، عامل اصلی رف تار هیدرودی نامیکی چ ندگانه در آبخوان های روانسر و هولی است.