نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

بررسی سیستم غالب جریان در حوضه کارستی نکارود

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شاهرود
2 دانشگاه خوارزمی
چکیده
حوضه نکارود با وسعت 2275 کیلومترمربع در شمال ایران قرار دارد. در حوضه نکارود بخش عمده آهک‌­ها شامل سنگ‌آهک­‌های ضخیم لایه و توده‌ای سازند لار و آهک‌­های کرتاسه بوده و به مقدار کمتری سنگ‌آهک­ سازندهای الیکا، دلیچای و آهک­‌های روته نیز وجود دارد. خصوصیات مختلفی از قبیل میزان رخنمون، ضخامت و خصوصیات لیتولوژیکی سنگ‌­های کارستی و ارتباط با لیتولوژی‌­های دیگر در مقیاس ناحیه‌­ای، کنترل کننده‌­های زمین‌­شناسی توسعه‌­ی کارست را تشکیل می‌دهند. از میان این عوامل ضخامت و لیتولوژی سازندهای موجود در منطقه مورد مطالعه از اهمیت بالایی برخوردار می‌­باشد، به گونه‌­ای که اگر سنگ آهک رخنمون یافته ضخیم لایه و توده‌­ای باشد معمولاً پدیده کارستی شدن با سرعت و شدت بیشتری انجام می­‌شود. در راستای بررسی و تجزیه و تحلیل پارامترهایی همچون هیدروگراف و منحنی فرود چشمه‌های حوضه، ضریب بده، نوع سیستم جریان (مجرایی و افشان)، تعیین ‌منشأ تغذیه و کیفیت آب چشمه‌­ها، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی چشمه‌­ها (دبی، هدایت الکتریکی، دما و ...) مورد تجزیه و آنالیز قرار گرفت. در حوضه نکارود، چهار چشمه کارستی جزی، اسپه او، کعوچشمه و سن بی آبدهی نسبتاً بالایی دارند که به عنوان چشمه‌­های منتخب مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی تغییرات زمانی آبدهی بیانگر این است که آبدهی چشمه به طور قابل توجهی به بارش­‌های منطقه وابسته است. به این ترتیب که با رخداد بارش‌­های بیش از 15 میلی‌متر (که موجب تغذیه آبخوان می‌­شوند) آبدهی چشمه­‌ها با تاخیر زمانی نسبتاً کوتاهی افزایش پیدا می‌­کند. علاوه بر این، بررسی تغییرات زمانی هدایت الکتریکی چشمه‌­های کارستی نشان می‌­دهد که با افزایش دبی، هدایت الکتریکی کاهش می­‌یابد. این مسئله بیانگر این است که با تغذیه آبخوان کارستی و افزایش سهم آب‌های تغذیه شده، فرایند رقیق­‌سازی موجب کاهش املاح محلول در آب آبخوان شده و در نتیجه هدایت الکتریکی کاهش پیدا می­‌کند. بررسی منحنی فرود نشان داد که منحنی فرود برای تمام چشمه­‌های منتخب چندشیبه بوده و مقدار ضریب­‌های بده در محدوده 10-3 تا 10-2 قرار می‌­گیرد. با توجه به این که ضریب تغییرات دبی و هم­چنین ضریب بده در هر چهار چشمه کارستی نسبتاً بالا می‌­باشد، بنابراین می‌­توان نتیجه گرفت که سیستم جریان غالب در این آبخوان کارستی از نوع مجرایی افشان است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of the dominant flow system in the Nekarood karst basin

نویسندگان English

narges nabizadeh chamazcoti 1
Gholam Hossein Karami 2
azizollah taheri 1
ramazan ramazani omali ramazani omali 1
چکیده English

The Nekarood basin is located in the north of Iran and has an area of 2275 km2 . In the Nekarood Basin, the majority of limestones include thick bedded and massive limestones of Lar Formation and Cretaceous limestones, and there is also a lesser amount of limestones of the Elika, Dalichai and Ruteh Formations. Various features such as the amount of outcrop, thickness and lithological characteristics of karst rocks and their relationship to other lithologies on a regional scale are the geological controls on karst development. Among these factors, the thickness and lithology of the existing formations in the studied area are of great importance, in such a way that if the outcropping limestone is thick bedded and massive, the karstification process is very high. In order to investigate and analyze parameters such as the hydrograph and recession curve of the basin’s springs, discharge coefficient, type of flow system (conduit and diffuse), determination of the source of recharge, and water quality of the springs, physical and chemical characteristics of the springs (discharge, electrical conductivity, temperature, etc.) were analyzed. In the Nekarood basin, four karst springs, Jezi, Espeo, Kao Cheshmeh, and Senbi have relatively high discharge rates and were selected for detailed study. The analysis of temporal variations in discharge indicates that the spring discharge is significantly dependent on regional precipitation. When precipitation exceeds 15 mm, which is sufficient to recharge the aquifer, the spring water flow increases after a relatively short time delay. Furthermore, the analysis of temporal variations in electrical conductivity of the karst springs shows that electrical conductivity decreases as discharge increases. This indicates that as the karst aquifer is recharged and the proportion of recharged water increases, the dilution process reduces the dissolved salts in the aquifer water, leading to a decrease in electrical conductivity. Analysis of the recession curves of the springs revealed that the recession curve for all selected springs is multi-slope, and the discharge coefficients range from 10-3 to 10-2. Considering that the coefficient of discharge variation and the recession coefficients are relatively high in all four karst springs, it can be concluded that the dominant flow system in this karst aquifer is of the conduit-diffuse type.

کلیدواژه‌ها English

Karst spring
dominant flow system
Nekarood
Azani, S., Karami, G.H., Zia, H., 2016. Evaluating the Karst development in Limestone mountains of Ahangaran area, Northeast of Birjand, University of Shahrood. (in Persian).
Bonacci, O., 1993. Karst springs hydrographs as indicators of karst aquifers. Hydrogeological Sciences-journal 38 (1), 51-62.
Fiorillo, F., Malik, P., 2019. Hydraulic behavior of Karst aquifers. Water 11 (1563), 1-6.
Fiorillo, F., Vakanjac, R . V., Jemcov, I., Milanović, S., Stevanović, Z ., 2015. Karst groundwater availability and sustainable development. Karst Aquifers Characterization and Engineering 421-530.
Florea, L. J., Vacher, H. L., 2006. Springflow hydrographs: eogenetic vs. telogenetic karst. Groundwater 44 (3), 352-361.‌
Ford, D., Williams, P. D., 2007. Karst hydrogeology and geomorphology. John Wiley & Sons.‌ . The Atrium, Southern Gate , Chichester. 562 p.
Gams, I., 1966. Factor and dynamics of corrosion of the carbonate rocks in the Dinaric and Alpine karst of Slovenia (Yugoslavia). Geografski Vestnik 38, 11-68.
Jacobson, R. L., Longmuir, D., 1974. Controls on the quality variation of some carbonate spring waters. Journal of Hydrology 23, 247-265.
Geological Survey of Iran., 1980. Map 1:250,000 of Sari and Gorgan. (in Persian).
Karami, G.H., 2002, Assessment of heterogeneity and flow systems in karstic aquifers using pumping test data, Civil engineering and geosiences, University of Newcastle, pp180.
Kerachi, N., Khalili, Kh., Riahipur, M., 2024. Determining the flow regime in karst aquifers using hydrochemistry of springs. Representative springs. Case study: Saldoran, Zarab and Koh Sokhte anticlines in southwestern Iran, Journal of Environmental Science Studies 9(3), 9181-9188. (in Persian).
Kresic, N., Bonacci, O., 2010. Groundwater hydrology of springs: engineering, theory, management and sustainability. Butterworth-heinemann.‌
Milanovic, P.T.,1981. Karst hydrogeology. Water Resources Publications, pp.434.
Palmer, A. N., 2002. Karst in Paleozoic rocks: How does it differ from Florida. In Hydrogeology and Biology of Post-Paleozoic Carbonate Aquifers: Proceedings of the Symposium on Karst Frontiers—Florida and Related Environments (pp. 185-191).‌
Panagopoulos, G., Lambrakis, N., 2006. The contribution of time series analysis to the study of the hydrodynamic characteristics of the karst systems: Application on two typical karst aquifers of Greece (Trifilia, Almyros Crete). Journal of Hydrology 329(3-4), 368-376.
Piper, A. M., 1944. A graphic procedure in the geochemical interpretation of water analyses. Trans Am Geophys Union 6, 914–923.
Raeisi, E., Groves, C., Meiman, J., 2007. Effects of partial and full pipe flow on hydrochemographs of Logsdon river, Mammoth Cave Kentucky USA. Journal of Hydrology 337 (1-2), 1-10.‌
Raeisi, E., Kowsar, N., 1997. Development of Shapour Cave, Southern Iran” Cave and karst science 24 (1), 27- 34.
Rouhi, H., Kalantari, N., 2019. Using multi-year hydrograph to comparison the hydrogeological regimes of Karstic springs in Kuhe-safid anticline, Khuzestan, Iran. Hydrogeology 4(1), 14-25.
Shamsi, A., Karami, G. H., Taheri, A., 2019. Recession curve analysis of major karstic springs at the Lasem area (north of Iran). Carbonates and Evaporites 34, 845-856.‌
Sivelle, V., Labat, D., Mazzilli, N., Massei, N., Jourde, H., 2019. Dynamics of the flow exchanges between matrix and conduits in karstified watersheds at multiple temporal scales. Water 11, 569.
Tavakkoli, S., Karami, G.H., 2021. Investigation of the dominant flow system and discharge mechanism of karst springs in west of Mojen, Iranian Water Research Journal 15(1), 13-21. (in Persian).
Torresan, F., Fabbri, P., Piccinini, L., Dalla Libera, N., Pola, M.., Zampieri, D., 2020. Defining the hydrogeological behavior of karst springs through an integrated analysis: a case study in the Berici Mountains area (Vicenza, NE Italy). Hydrogeology Journal 28, 1229–1247.
White, W.B., 1998. Groundwater Flow in Karstic Aquifers. In Delleur, J. W. (Ed.), The Handbook of Groundwater Engineering. CRC Press, Boca Raton, FL 21, 1-47.
Zhao, L. J., Yang, Y., Cao, J. W., Wang, Z., Luan, S., Xia, R. Y., 2022. Applying a modified conduit flow process to understand conduit-matrix exchange of a karst aquifer. China Geology 5 (1), 26-33.‌
Zölt, J., 1960. Die Hydrographic des nordost Alpinen Karsts. Steirsche Beitrage Hydrogeology 2, 53- 183.