Quantitative and qualitative hydrogeological study of groundwater resources in fractured rocks aquifers (Case study: Almaneh Basin, Marivan)

Authors

1 Assoc. Prof., of Hydrogeology, Dept. of Earth Sciences, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz

2 PhD Candidate in Shiraz University

3 M.Sc Grad. of Hydrogeology, Dept. of Earth Sciences, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz

Abstract

Sandstone and Igneous units have formed fractured rocks aquifers in Almaneh basin at south-west of Marivan city at the western Iran. The aim of this research is to evaluate ground water from quality and quantity views of points. Fractured rock and alluvial deposition has occupied 80.2% and 19.8% of the study area, respectively. After determination of fractured aquifers, relationship between fracture density and streams pattern were investigated. About 76% of total discharge of the springs is draining from fractured rocks and the highest value of mean discharge belongs to gabbro and diorite rocks and the lower value is for alluvial aquifers (with a value of 0.5 and 0.8 L/S, respectively). Specific discharge of the ultrabasic rocks estimated as 2.28 L/SKm2 as the richest aquifer of the area and gabbro to dioritic rocks with 0.86 L/SKm2 value is the poor units from water resources viewpoint. In the northeast and southwest parts of the area, the fracture density is high that coincide with the location of the springs showing the role of tectonics at aquifers recharge. In order to evaluate the hydrochemical characteristics of groundwater some samples were collected and analyzed. It revealed that the type of waters is chloride and sodium -magnesium with an ascending trend of EC, Na and Cl concentration from east to west. GQI index values varies from 90 to 92 means that the water quality is located at the excellent range confirming the results of Scholler diagram.

Keywords

Full Text

ﻛﻠﻴﻪ ﺳﺎزﻧﺪ­ﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺗﺤﺖ ﺗﺎﺛﻴﺮ ﻓﺮآﻳﻨﺪﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺠﺰ ﻓﺮآﻳﻨﺪ اﻧﺤﻼل ﭘﺬﻳﺮی ﺣﺎوی درز و ﺷﻜﺎف ﺷﺪه و ﺷﺮاﻳﻂ ﺗﺸﻜﻴﻞ آﺑﺨﻮان را ﻓﺮاﻫﻢ ﻣﻲ­آورﻧﺪ، ﺳﺎزﻧﺪ ﺳﺨﺖ [1]ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ­ﺷﻮد. نظر ﺑﻪ اﻳﻦ ﻛﻪ ﺳﺎزﻧﺪ­ﻫﺎی ﺳﺨﺖ از ﻧﻈﺮ ﻫﻴﺪروژﺋﻮﻟﻮژﻳﻜﻲ دارای ﺗﺨﻠﺨﻞ اوﻟﻴﻪ ﺑﺴﻴﺎر ﻧﺎﭼﻴﺰی ﻫﺴﺘﻨﺪ در اﺛﺮ ﻋﻮاﻣﻠﻲ ﻧﻈﻴـﺮ ﺗﻜﺘﻮﻧﻴـﻚ، ﻫﻮازدﮔﻲ و ﺧﺮوج ﮔﺎزﻫﺎ دارای ﺗﺨﻠﺨﻞ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮای ﺗﺸﻜﻴﻞ آﺑﺨﻮان ﻣﻲ­ﺷﻮﻧﺪ اﻳﻦ آﺑﺨﻮان­ﻫﺎ رﻳﺨﺖ ﺷﻨﺎﺳﻲ ﺧﺎﺻﻲ ﻧﺪارﻧﺪ. اﺑﻌـﺎد ﻫﻨﺪﺳﻲ اﻳﻦ آﺑﺨﻮان­ﻫﺎ ﻧﺴﺒﺘﺎ ﺛﺎﺑﺖ و در ﻃﻮل زﻣﺎن ﺗﻮﺳﻌﻪ ﭼﻨـﺪاﻧﻲ ﻧﻤـﻲ­ﻳﺎﺑﻨـﺪ. ﺧـﺼﻮﺻﻴﺎت ﻫﻴـﺪروژﺋﻮﻟﻮژﻳﻜﻲ اﻳـﻦ آﺑﺨـﻮانﻫـﺎ ﺷـﺒﻴﻪ آﺑﺨﻮان­ﻫﺎی

ﻛﺎرﺳﺘﻲ اﺳﺖ ﺑﺎ اﻳﻦ ﺗﻔﺎوت ﻛﻪ ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﻛﺎرﺳﺖ ﭘﺪﻳﺪه دﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ اﺳﺖ (بی نام2010). سازند­های سخت به علت وجود درزه، شکاف و شکستگی تا حدود زیادی ناهمگن و ناهمسو هستند و مقدار ذخیره و آبدهی آن­ها به میزان هوازدگی و سیستم اتصال درونی شکستگی­ها بستگی دارد. در طول دهه اخیر با افزایش استخراج آب زیرزمینی از سفره‌­های آبرفتی و کاهش ذخیره آب زیرزمینی در آن­ها، منابع آب­های موجود در سازند­های سخت مورد توجه قرار گرفته و مطالعه بر روی آن­ها به‌طور چشمگیری دنبال می­‌گردد. آبخوان­های موجود در سازند­های سخت عموما به خاطر وجود جریان­های کانالی مستعد آلودگی با آلاینده­های مختلف محیطی هستند.

 

به ‌دلیل ویژگی­های ذاتی سازند­های سخت، در مناطقی که توانایی ایجاد آبخوان را می­یابند، تا حدودی هیدروشیمی این آبخوان‌ها را تحت تاثیر مواد قابل حل خود قرار می­دهند (جوین و همکاران 1997، آیوپا و همکاران 2000). به‌طور کلی آب موجود در آبخوان­های سازند سخت، به علت دارا بودن مقادیر کم املاح، کیفیت مطلوبی جهت استفاده­های مختلف دارا می­باشند (محمدزاده 2014). جهت مطالعه آب زیرزمینی در سازندهای سخت، چشمه­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار می­باشند و به عقیده کرسیک[2] و استوانویچ[3] مستقیماً خصوصیات درونی آبخوان را منعکس می­سازند (کرسیک و استوانویچ 2010).

آب قابل شرب سالم بایستی دارای شاخص­های کیفی متعددی مانند خواص فیزیکی و شیمیایی باشد. یکی از این شاخص­ها، مقدار غلظت یون­های اصلی در آب می­باشد. حد مجاز غلظت این یون­ها در آب آشامیدنی توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO)[4] مشخص گردیده است (بی نام 2011). مهم­ترین آنیون­های موجود در آب، کلرید، سولفات و بی‌کربنات بوده که براساس میزان این آنیون­ها، آب­ها به تیپ­های کلروره، سولفاته و بیکربناته تقسیم می­شوند. هر یک از تیپ­های آب با توجه به میزان کاتیون­های آن که غالباً شامل سدیم، کلسیم و منیزیم است، دارای رخساره­های مختلف سدیک، کلسیک و منیزیک خواهد بود. از روش­‌های متداول ارزیابی کیفی آب برای مصارف شرب دیاگرام شولر[5] می­باشد. دیاگرام شولر امکان بررسی آب را در یک نقطه خاص از منطقه مورد نظر ارائه می‌­دهد حال آن­که در صورت وجود روشی که کیفیت آب از لحاظ شرب را به‌صورت مکانی و با در نظر گرفتن غلظت همه­ی یون­های اصلی در کل سطح منطقه بدست دهد نتایج و استنباط بهتری را به همراه دارد. به این منظور بابیکر و همکاران (2007) شاخص کیفیت آب زیرزمینی (GQI)[6]  را معرفی کرده و در آبخوان ناسونو[7]، در کشور ژاپن بکار گرفته­اند. در این شاخص بر پایه نرم افزارGIS [8]، چندین پارامتر موثر در کیفیت آب زیرزمینی (یون­های اصلی) با یکدیگر تلفیق می­شوند.  جودوی (2010) در  ارزیابی کیفیت آب زیرزمینی آبخوان دشت ایذه - پیون واقع در شرق استان خوزستان روش GQI  را به کار برده است. نتایج برآورد این مدل مقدار شاخص 92 تا 94 درصد را نشان می­‌دهد که این مقدار کیفیت مناسب و عالی آب زیرزمینی را بیان می­‌دارد همچنین در این مطالعه جهت بررسی صحت نتایج روش GQI، آن را با روش­های دیگر مانند دیاگرام شولر مقایسه کرده­اند که براساس نمودار شولر آب زیرزمینی در رده مناسب و قابل قبول قرار می گیرد.

کرم پور (2000) در پژوهشی ویژگی­های هیدروژئوشیمیایی و هیدروژئولوژیکی منابع آب در سازند­های سخت شیر کوه یزد را مورد مطالعه قرار داده و بر اساس نتایج، حاصل هوازدگی سنگ و کانی­های موجود در منطقه را اصلی­ترین پدیده موثر بر شیمی آب معرفی کرده است. محمد زاده و همکاران (2014) در مقاله­ای با عنوان بررسی هیدروژئوشیمیایی منابع آب زیرزمینی سازند سخت حوضه صائین استان اردبیل به این نتیجه رسیدند که آب­های زیرزمینی منطقه با تیپ بی کربناته کلسیک و بی کربناته منیزیک منشاء تقریباً یکسان دارند. با بررسی نسبت­های یونی، نمودار گیبس واندیس اشباع منشا یون­ها مشخص کردند که یون­های موجود در آب­های منطقه حاصل هوازدگی سنگ­ها و تبادل یونی بوده و تکتونیک و دگرسانی سنگ­های بدنه آبخوان بیش­ترین  نقش را در تعیین  خصوصیات هیدروژئوشیمیایی آبخوان منطقه داشته است.

آقائی (2011) در پژوهشی جهت بررسی خصوصیات هیدروژئولوژیکی و هیدروژئوشیمیایی چشمه­های کارستی پالنگان، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب چشمه­ها را مورد مطالعه قرار داد و به این نتیجه رسید که بالا بودن ضرایب تعییرات پارامترهای مورد مطالعه نظیر دبی، دما و هدایت الکتریکی، بیانگر مجرائی بودن سیستم توسعه کارست می­باشد. زروش و همکاران (2014) برای بدست آوردن خصوصیات هیدرودینامیکی و هیدروژئولوژیکی آبخوان زهکشی شده توسط چشمه های سراب و سیاه گاو آبدانان استان (ایلام)  از داده های سری زمانی دبی تخلیه چشمه، خصوصیات هیدروگراف چشمه  و ویژگی­های فیزیکوشیمیایی آن­ها استفاده کردند و بر اساس نتایج حاصل از تحلیل هیدروگراف و تغییرات هدایت الکتریکی آب چشمه ها، درجه کارست شدگی و نوع جریان آب زیرزمینی در محدوده حوضه آبگیر چشمه‌ها تعیین گردید.  در مورد آبخوان­های سازند سخت تحقیقات متعددی در نقاط مختلف دنیا صورت گرفته است ولی مطالعاتی که به صورت جامع هیدروژئولوژی کمی و کیفی منابع آب زیرزمینی را در کنار هم مورد بررسی قرار دهند بسیار معدود می­باشد. از این رو در این پژوهش سعی شد افزون بر بررسی هم زمان پارامترهای کمی و کیفی، به منظور مطالعه دقیق تر هر پارامتر، روش های مورد استفاده در پژوهش های مختلف جمع آوری شده و مورد بررسی قرار گیرد. از این رو هدف از انجام این پژوهش، تشخیص نوع آبخوان، نوع تخلخل، خصوصیات و هیدروشیمی آبخوان سازند سخت می‌­باشد همچنین برای تعیین خصوصیات آبخوان­های منطقه، ویژگی­‌های چشمه­های منطقه مورد بررسی قرار گرفت تا در نهایت یک تصویر جامع و کامل از آبخوان­های سازند سخت منطقه ارائه شود.

 

[1]- Hard rock aquifers

[2] -Kresic

[3] -Stevanivic

[4] - World Health Organization

[5] - Schoeller diagram

[6] - Groundwater Quality Index

[7] - Nasuno

[8] -Geographic information system

References

Aghaii Z, 2011. Hydrogeological and hydrogeochemical study of Palangan karstic springs, Kurdistan, M.Sc. thesis, Shahrood University of Technology. Shahrood. (In Persian with English abstract).
Aiuppa A, Allard P, D’Alessandro W, Michel A, Parello F, Treuil M and Valenza M, 2000. Mobility and fluxes of major, minor and trace metals during basalt weathering and groundwater transport at Mt. Etna volcano (Sicili). Journal of Geochimica et Cosmochimica Acta 64(27): 1827-1841.
Alizadeh A, 2003. Principles of Applied Hydrology, 14th Ed. Pp.16-439. Imam Reza University (AS). Mashhad. (In Persian).
Anonymous, 2007. Almaneh basin soil report. Arman Gostar Atieh Company, Department of Natural Resources and Watershed Management.
Anonymous, 2010. Instructions and application of tracing methods in karst studies and hard rocks. Ministry of Energy, Water and Waste Water Engineering and Technical Standards. (In Persian).
Anonymous, 2011. Guidelines for Drinking-Water Quality, 4th Ed, recommendations, Pp.1-4, World Health Organization, Geneva.
Babiker IS, Mohamed MAA and Hiyama T, 2007. Assessing groundwater quality using GIS. Water Resources Management 2: 699–715.
Join JL, Coudray J and Longworth D, 1997. Using principal components analysis and Na/Cl ratio to trace groundwater circulation in a volcanic island: The example of Reunion. Journal of Hydrology 190:1-18.
Judavi A, 2010. Introducing GQI index in order to assessment the quality of groundwater for drinking water purposes. 27th Earth Science Conference and 13th Iranian Geological Society, 20 February, Geological Survey of Iran, Tehran (In Persian).
Kresic N and Stevanivic Z, 2010. Groundwater Hydrology of Springs. Elsevier Pub, 262p.
Singal BBS and Gupta RP, 2010. Applied Hydrogeology of Fractured Rocks. Second Ed. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 205p.
Karampour F, 2000. Study of hydrogeochemistry and hydrogeology of hard rocks, Shir- Kuh, Yazd. M.Sc. Thesis, Shiraz University, Shiraz. (In Persian with English abstract).
Mohammadzadeh T, Vaezihir A and Jafari H, 2014. Hydrogeochemical investigation of groundwater resources in the Saein basin fractured rock aquifers (Ardebil province). 18th Symposium of Geological Society of Iran, 24 December, Tarbiat Modarres University, Tehran. )In Persian (.
Todd Dk and Mays LW, 2005. Ground Water Hydrology. Third Ed. John Wiley and Sons Inc, New York. 535p.
Zarvash N, Vaezihir A, Karimi H and Asghari Moghaddam A, 2014. Comparison of groundwater flow system for Sarab and Abdanan Siahcow (Ilam province). Pp 1-8. 13th Iranian Hydraulic Conference, 1 March, University of Tabriz, Tabriz. ).In Persian).
 
Water and Soil Science
Volume 32, Issue 3
September 2022
Pages 131-144

Files

Share

How to cite

Statistics