ارزیابی مناطق مناسب تغذیه آبخوان کارستی پرآو-بیستون با استفاده از مدل KARSTLOP

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشکده جغرافیا دانشگاه تهران، گروه طبیعی

2 دانشگاه خوارزمی، دانشکده علوم جغرافیایی، تهران، ایران.

چکیده

ویژگی‌های منطقه تغذیه در آبخوان‌های کارستی بر نوع تغذیه، جریان و میزان آسیب‌پذیری آبخوان از آلودگی موثر است. بنابراین، شناخت مناطق تغذیه در آبخوان‌های کارستی نقش کلیدی در شناخت ویژگی‌های هیدرودینامیکی و هیدروشیمیایی آبخوان‌ها و همچنین مدیریت و بهره‌برداری علمی و بهینه از آن‌ها دارد. آبخوان پرآو-بیستون به دلیل داشتن 15 چشمه دائمی و پرآب نقش مهمی در تامین آب شرب و کشاورزی نواحی اطراف خود دارد. در این پژوهش به منظور شناسایی مناطق مستعد تغذیه آبخوان پرآو-بیستون، از مدل KARSTLOP استفاده شده است. این مدل از 8 لایه فرایند کارست زایی (توسعه کارست)، شرایط جوی، رواناب، شیب، تکتونیک، سنگ‌شناسی، لایه پوشاننده و پوشش گیاهی تشکیل شده است. با اجرای مدل، نقشه نهایی میزان تغذیه آبخوان پرآو-بیستون به دست آمد. طبق نقشه نهایی، طبقه با میزان تغذیه 70 تا 80 درصد، بیشترین درصد (65 درصد) از مساحت منطقه مورد مطالعه را شامل می‌شود و مناطق با بیشترین میزان تغذیه(بالای 80 درصد)، منطبق بر راس کوه مرتفع پرآو و مناطق هموار راس سایر کوه‌های میانی بود. هم‌چنین در کل حدود 96 درصد از مساحت آبخوان پرآو-بیستون دارای پتانسیل تغذیه 60 درصد به بالا است که بیانگر بالا بودن میزان نفوذپذیری این آبخوان است این امر نشان می‌دهد که آبخوان مورد نظر در برابر انتشار آلودگی آسیب‌پذیر بوده و نیازمند برنامه‌های حفاظتی و مدیریتی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessing suitable locations for the recharge of the Paraw-Bisetun karst aquifer using KARSTLOP model

نویسندگان [English]

  • mehrnoosh ghadimi 1
  • sasan zangenehtabar 2
1 geography faculty, tehran university, tehran, iran
2 kharazmi university, geography sciences faculty, tehran, iran.
چکیده [English]

Underground water is one of the most important global natural resources for communities as well as for agricultural and industrial activities. Considering the unique weather conditions in Iran, lack of rainfall, distribution and timing of inadequate space, shortage of water resources in terms of quality and quantity and the widespread expansion of Karst Formation throughout the country, the study of water resources of karst is very important. The main characteristics of feeding area in the karstic aquifers impact on the type of feeding, flow and the vulnerability of aquifers. Therefore, identification of the feeding areas in karstic aquifers plays a key role in assessment of the hydrodynamic and hydrochemical properties of aquifers, as well as their scientific and optimal management and utilization. Karstic water resources are the most important water supplies in the Kermanshah province. The Paraw-Bisetun aquifer is located within the carbonate rocks domain of the high Zagros mountains. Due to its high altitude and precipitation, it is susceptible to karst conditions, as witnessed by its particular geomorphology and the developed karst features such as sinkholes, uvalas, and caves. The karstic aquifer of Paraw-Bisetun has 15 important springs, supplying water for drinking and agriculture in the neighboring area. In this research, the KARSTLOP model was used to model the locations of feeding areas of the Paraw-Bisetun aquifier. The KARSTLOP model abbreviated to the first letters of the eight layers K: karstification process (Karst development), A: Weather conditions, R: Runoff, S: Slope, T: Tectonic, L: Geology, O: Covering layer and P: Vegetation. This model can be implemented in the Arc GIS software environment and the individual judgment of the researcher is involved in the selection of analytical parameters and definition of evaluation criteria and algorithm. To determine the source of water karsticity of the springs fed from the Paraw-Bisetun aquifer, to perform hydrological and hydrochemical calculations related to them, and to prepare their Piper diagrams, the RockWare Aq.Qa and the PHREEQC software were used to calculate the saturation ratio. The Fill Sink method was used to extract the sinkhole from a 10 meter DEM of the study area and field observations were performed to identify the surface karst geomorphology, to record the position of landforms and to verify the accuracy of the results of the Fill Sink method. Investigation of the hydrochemical characteristics of the outlet springs of the Paraw-Bisetun aquifer indicates the calcific facies and the carbonate type of these springs, relevant to their karstic origin. Also, the molar ratio determination indicates that low durability of water in the aquifer and reflects the presence of limestone in the feeding area of the springs. According to the final map of the KARSTLOP model, the percentage of feeding aquifer is between 44.2 and 88.7%, of which 70-80% of the area with the highest area is 65% of the area, corresponding to its central regions spanning from north-west to south-east. Subsequently, the 60-70 percent floor, with an area of 24 percent, is in line with the margins of the aquifer. The floor with a nutritional level of more than 80 percent is located in the upper high point and parts of the plain areas of the other mountains of the region, which is in accordance with the rock outcrop of the Bisetun carbonate formation with the highest density of faults. In general, it can be deduced that the aquifer of Paraw-Bisetun has a high nutritional potential due to carbonate rocks outcrop and without soil cover in most of the regions, so that about 96% of the aquifer area has a 60% higher nutritional potential. The high percentage of nutrition of the aquifer and the distribution of spatial areas of the feeding area, which indicates the dominance of centralized penetration by the sinkholes and vertical caves in the highlands, suggests that for the discussion of contamination and its prevention, it requires conservation and management plans.
The high percentage of nutrition of the aquifer and the distribution of spatial areas of the feeding area, which indicates the dominance of centralized penetration by the sinkholes and vertical caves in the highlands, suggests that for the discussion of contamination and its prevention, it requires conservation and management plans.
The high percentage of nutrition of the aquifer and the distribution of spatial areas of the feeding area, which indicates the dominance of centralized penetration by the sinkholes and vertical caves in the highlands, suggests that for the discussion of contamination and its prevention, it requires conservation and management plans.
The high percentage of nutrition of the aquifer and the distribution of spatial areas of the feeding area, which indicates the dominance of centralized penetration by the sinkholes and vertical caves in the highlands, suggests that for the discussion of contamination and its prevention, it requires conservation and management plans.

کلیدواژه‌ها [English]

  • karst
  • Water resources
  • Paraw-Bisetun aquifer
  • Recharge
  • KARSTLOP model
  • افراسیابیان، احمد، 1377، اهمیت مطالعات و تحقیقات منابع آب کارست در ایران، مجموعه مقالات دومین همایش جهانی منابع آب در سازندهای کارستی، تهران-کرمانشاه، صص126-137.
  • انتظاری، مژگان؛ یمانی، مجتبی؛ جعفری اقدم، مریم، 1394، مدل­سازی مکانی مناطق تغذیه آبخوان­های کارستی با استفاده از مدل KARSTLOP (مظالعه موردی: آبخوان کارستی خورین)، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، سال چهارم، ش2، صص 121-137.
  • باقری سیدشکری، سجاد؛ یمانی، مجتبی؛ جعفربیگلو، منصور؛ کریمی، حاجی؛ مقیمی، ابراهیم، 1394، بررسی توسعه‌یافتگی و ویژگی‌های هیدرودینامیکی سامانه‌‌های کارستی با استفاده از تجزیه و تحلیل منحنی فرود هیدروگراف (مورد مطالعه: آبخوان‌های کارستی حوضۀ رودخانۀ الوند)، پژوهشهای جغرافیای طبیعی سال چهل و هفت، شماره 3، صص: 333-346.
  • بهرامی، شهرام؛ زنگنه اسدی، محمدعلی؛ جهانفر، علی، 1395، ارزیابی توسعه کارست با استفاده از ویژگی­های هیدرودینامیکی و هیدروژئوشیمیایی چشمه­های کارستی در زاگرس (منطقه مورد مطالعه: تاقدیس قلاجه و توده پرآو-بیستون)، مجله جغرافیا و توسعه، دوره 14، ش 44، صص 107-122.
  • حاتمی­فرد، رامین؛ صفاری، امیر؛ یمانی، مجتبی؛ کریمی؛ حاجی، 1397، ارزیابی رفتار هیدرودینامیکی و توسعه­یافتگی کارست در محدوده تاقدیس گرین (مطالعه موردی: بلوک­های الشتر و نورآباد)، جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، سال بیست و نهم، ش 3، صص 15-34.
  • حسینی، سید موسی؛ مقصودی، مهران؛ گورابی، ابوالقاسم؛ قدیری، هاجر، 1394، تحلیل هیدروژئومورفولوژیک آبخوان کارستی چشمه ساسان-دشت ارژن فارس، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، سال چهارم، ش 3، صص 70-83.
  • قبادی، محمدحسین؛ دهبان ایوان استخری، مریم؛ میرعری، علی، 1396، بررسی خصوصیات هیدروژئولوژیکی و هیدروژئوشیمیایی حوضه کارستی درفک (استان گیلان، شمال شرقی رودبار)، فصلنامه زمین­شناسی محیط زیست، سال یازدهم، ش 39، صص 13-31.
  • کریمی وردنجانی، حسین، 1389، هیدروژئولوژی کارست (مفاهیم و روش‌ها)، انتشارات ارم شیراز، چاپ اول.
  • Bakalowicz, M. (2005). Karst Groundwater: a Challenge for New Resources. Hydrogeology Journal, 13(1), 148-160.
  • Braud, J. (1989). LA suture du Zagros au niveau de Kermanshah (Kurdistan Iranian): Mem Geodiffusion. 5, 489P., 125 Fig, 1, Carte H, T., Paris.
  • ·          Ford,D. Williams,P. (2007). Karst Hydrogeology and Geomorphology. John & Sons, Ltd.
  • . Gerner, A., Schutze, N., and Schmitz, G.H. (2012). Portrayal of fuzzy recharge areas for water balance modelling – A case study in northern Oman. Adv. Geosci. 31, 1–7.
  • Geyer, T., Birk, S., Liedl, R. and Sauter, M. (2008). Quantification of temporal distribution of recharge in karst systems from spring hydrographs. J Hydrol, 348, 452-463.
  • Healy, RW. (2010). Estimating groundwater recharge: Cambridge University Press Cambridge.
  • Hughes, AG., Mansour, MM. and Robins, NS. (2008). Evaluation of distributed recharge in an upland semiarid karst system: the West Bank Mountain Aquifer, Middle East. Hydrogeol J, 16, 845-854.
  • Janza, M. (2010). Hydrological modeling in the karst area, Rizana spring catchment, Slovenia. Environ Earth Sci 61, 909-920.
  • Kalantari, N. and Rouhi, H. (2018). Discharge hydraulic behavior comparison of two karstic springs in Kuhe-Safid anticline, Khuzestan, Iran, Carbonates and Evaporites. DOI: 10.1007/s13146-018-0427-0.
  • Kovács, A. and Sauter, M. (2007). Modelling karst hydrodynamics. In: Goldscheider N, Drew D (ed) Methods in Karst Hydrogeology. Taylor & Francis, London, pp 201-222.
  • Kuhta, M., Brkić, Ž. and Stroj, A. (2012). Hydrodynamic characteristics of Mt. Biokovo foothill springs in Croatia. Geologia Croatica. 65 (1), 41-52.
  • LaMoreaux, P. E. (1991). History of karst hydrogeological studies, Proceedings of the International Conference on Environmental Changes in Karst Areas -I.G.U.- U.I.S.- Italy 15-27 Sept. 1991 ; Quaderni del Dipartimento di Geografia n. 13, 1991 -Università di Padova, pp. 215- 229.
  • Lerner, DN., Issar, AS. ,and Simmers, I. (1990). Groundwater recharge. A guide to understanding and estimating natural recharge. IAH Int Contrib Hydrogeol 8. Heinz Heise, Hannove.
  • Manap, M.A., Nampak, H., Pradhan, B., Lee, S., Sulaiman, W.N.A. and Ramli, M.F. (2014). Application of probabilistic-based frequency ratio model in groundwater potential mapping using remote sensing data and GIS. Arab. J. Geosci.  7(2), 711–724.
  • Martinez-Santos, P. and Andreu, JM. (2010). Lumped and distributed approaches to model natural recharge in semiarid karst aquifers. J Hydrol, 388, 389-398.
  • Mayaud, C., Wagner, T., Benischke, R. and Birk, S. (2014). Single event time series analysis in a binary karst catchment evaluated using a groundwater model (Lurbach system, Austria). Journal of Hyrology, 511, 628-639.
  • Milanović, P. (2005).Water Resources Engineering in Karst. Taylor & Francis.
  • Portoghese, I., Uricchio, V. and Vurro, M. (2005). A GIS tool for hydrogeological water balance evaluation on a regional scale in semi-arid environments. Comput Geosci, 31, 15-27.
  • Radulovic, M., Radulovic, M., Stevanovic, Z., Sekulic, G., Radulovic, V., Buric, M., Novakovic, D., Vako, E., Blagojevic, M., Devic, N. and Radojevic, D. (2015). Hydrogeology of the Skadar Lake basin (Southeast Dinarides) with an assessment of considerable subterranean inflow. Environ Earth Sci, 74, 71–82.
  • Radulovic, M., Stevanovic, Z. and Radulovic, M. (2012). A new approach in assessing recharge of highly karstified terrains–Montenegro case studies. Environ Earth Sci, 65, 2221–2230. DOI 10.1007/s12665-011-1378-0.
  • Sharma, ML. (ed). (1989). Groundwater recharge. AA Balkema, Rotterdam.
  • Simmers, I., Hendickx, JMH., Kruseman, GP. and Rushton, KR. (1997). Recharge of phreatic aquifers in (semi-) arid areas. International Association of Hydrogeologists: International Contributions to Hydrogeology, 19, IAH, Wallingford, UK.
  • Steiakakis, E. (2018). Evaluation of Exploitable Groundwater Reservesin Karst Terrain: A Case Study from Crete, Greece. Geosciences Journal, 8, 19; doi:10.3390/geosciences8010019.
  • Yeh, H.F., Lee, C.H., Hsu, K.C. and Chang, P.H. (2009). GIS for the assessment of the groundwater recharge potential zone. Environ. Geol, 58(1), 85–95.