بررسی تأثیر واحدهای سنگ‌چینه‌شناسی مختلف بر توسعۀ کارست و تغییرپذیری آبدهی چشمه‌های کارستی، استان کرمانشاه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده علوم زمین، گروه آبشناسی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشیار، گروه آبشناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 استاد گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

10.22108/jssr.2019.118118.1110

چکیده

عوامل مختلفی در پدیدۀ کارستی‌شدن سازندهای کربناته نقش دارند که از مهم‌ترین آنها عبارتند از: سنگ‌شناسی، مقدار بارش، ویژگی‌های چینه‌شناسی، عوامل ساختاری و توپوگرافی منطقه و در این میان، ویژگی‌های سنگ‌شناسی و چینه‌شناسی اهمیت ویژه‌ای دارند. در پژوهش حاضر، چهار چشمۀ کارستی مهم با چینه‌شناسی مختلف شامل چشمه‌های روانسر، کبوترلانه، دربند صحنه و کاشنبه بررسی شدند. آبخوان تغذیه‌کنندۀ این چشمه‌ها به‌ترتیب از آهک‌های توده‌ای و ضخیم‌لایۀ سازند بیستون، آهک‌های کرتاسۀ اربیتولین‌دار و توده‌ای، آهک کرتاسه و آهک مارنی و آهک تله‌زنگ و واحدهای سنگی آواری سازند امیران تشکیل شده‌ است. آبدهی این چشمه‌ها و تغییرپذیری آن به‌طور درخور توجهی به سنگ‌شناسی سازند‌های یادشده وابسته است؛ به‌این‌تریتب که میانگین آبدهی سالانۀ چشمه‌های روانسر، دربند صحنه، کاشنبه و کبوترلانه در سال بررسی‌شده به‌ترتیب 1932، 462، 166و 771 لیتر بر ثانیه است؛ همچنین ضریب تغییرات آبدهی چشمه‌های یادشده به‌ترتیب 07/1، 30/0، 49/0و48/0 و نسبت حداکثر به حداقل میزان آبدهی این چشمه‌ها به‌ترتیب 20، 2، 7 و 4 محاسبه شده است. چشمه‌های روانسر و کبوترلانه سه ضریب و چشمه‌های دربند صحنه و کاشنبه هرکدام دو ضریب کاهش دبی دارند که به حوضۀ آبگیر و سنگ‌شناسی آن در این چشمه‌ها مربوط است. بیشترین حجم ذخیرۀ آبخوان‌ها به چشمۀ روانسر و کمترین به چشمۀ کاشنبه اختصاص دارد؛ آبدهی این چشمه‌ها مؤید این مطلب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of various stratigraphy on karst development and variability of karst springs discharges, Kermanshah Province

نویسندگان [English]

  • Zeinab Najafi 1
  • Golam Hosein Karami 2
  • Haji Karimi 3
1 Department of Environmental Geology and Hydrogeology, Earth Sciences Faculty, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 Ilam University, Ilam, Iran
چکیده [English]

Abstract
In karstification phenomenon of carbonate formations various factors are involved which the most important of them are lithology, precipitation, stratigraphic characteristics, structural factors and the topography of the region. Thick and massive limestones have much higher potential for the development of karst and, as a result, the formation of karst features. In this research, four important karstic springs have been investigated, the name of these springs are Ravansar, Kabotarlaneh, Sahneh and Kashanbeh. The catchment areas of these springs are located in the different geological formations with various lithologies and ages. The discharge of springs and its variability depends significantly on the lithology of the aforementioned formations. The average annual discharge of the Ravansar, Darband Sahneh, Kashanbeh, and Kabotarlaneh springs in the hydrological year 2016–2017 is 1932, 462, 166 and 771 lit/s, respectively. Moreover, the coefficients of variation of these karst springs are 1.07, 0.30, 0.49 and 0.48 and the maximum to minimum ratio of these springs were calculated 20, 2, 7 and 4, respectively. The Ravansar and Kabotarlaneh springs have three discharge coefficients, while the springs of the Sahneh and Kashanbeh have two, which are related to stratigraphy and lithology of their basins. The largest of the aquifer storage from these springs is dedicated to the Ravansar spring, and the smallest is Kashanbeh; the discharge of these springs also confirms it.
Keyword: Stratigraphy, Karst Development, Karst spring, Kermanshah
 



Introduction:
‘‘Karst’’ refers to terrain with distinctive landforms and a largely subsurface drainage system, arising from the high solubility of certain rocks in natural waters (Karami 2002). Although karstic areas mainly develop on carbonate rocks (limestone in particular), they are not limited to these rocks and can also develop on other soluble rocks (e.g. gypsum, anhydrite, and halite). Several factors are involved in karst development, the karst development is mainly controlled by lithology, precipitation, stratigraphic, characteristics of structural factors and the topography of the area. Among them, the lithology and stratigraphic characteristics of carbonaceous formations are of particular importance. Thick and massive carbonate rocks have a higher degree of karst development and, as a result, more obvious karstic features. There are many karst springs (that is called “Sarab” in the local lingo) in Kermanshah province (more than 200 springs). The mean annual discharge of these springs is relatively considerable (the average annual discharge some of them is up to 3000 lit/s). In this study, karstic springs have been selected from different regions of the province and their characteristics related to the stratigraphy of spring's basin have been studied. The purpose of this study is to investigate the stratigraphic role of different formations on discharge fluctuations of the selected springs in the study area.
 
Material & Methods:
For achieving the aim of this research as the initial evaluation, geological maps in the area were concerned and then springs were selected whose catchment area are located in different carbonate formations or have different lithologies status. In the fieldwork electrical conductivity and water temperature of springs has been measured. Spring's water was sampled monthly during a water year (2016–2017) and concentration of major ions of samples was determined in the hydrology laboratory of the Shahrood University of Technology by titration method, then the results were randomly re-measured at the Freie Universität Berlin (FUB) by ion chromatography, which showed high precision results. After following the steps mentioned above estimating recharge potential zone in the study area was estimated and the catchment area of the springs was determined. Finally, the effect of various stratigraphy on karst development and variability of karst springs discharges and groundwater flow in karst aquifers was investigated.
 
Discussion of Results & Conclusions
The role of stratigraphy in karst aquifers is very important and plays a major role in karst development and the creation of various conduits and dissolution spaces in the aquifer of springs. This theme is well visible in the evaluation of the four springs of Ravansar, Kabotarlaneh, Darband, and Kashanbeh. Ravansar spring's basin due to the Bistoon Formation has high karst development and consequently high fluctuations in discharge, electrical conductivity, and temperature. Many studies have been carried out to determine the flow type and thickness dynamics of a karstic aquifer, mainly evaluating the physical and chemical properties of springs. Changes in the physical and chemical properties of the water of the selected springs are different and are influenced by the stratigraphy and geological characteristics of the catchment basins of these springs. The discharge coefficients and variations of the measured parameters for Ravansar spring indicate that conduit flow system is dominant in karst aquifer feeding this spring. According to the characteristics of the Kabotarleneh spring, the conduit system in its aquifer has become less developed in comparison to the Ravansar spring which is related to its different stratigraphy. The characteristics of catchment areas of the Darband are similar to the Kabotarlaneh spring, which has caused the flow system of the Darband spring to be similar to the Kabotarleneh spring. According to characteristics of Kashanbeh Springs, it has a diffuse-conduit flow system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stratigraphy
  • Karst development
  • Karst spring
  • Kermanshah

مقدمه

منابع آب سطحی در بیشتر نواحی محدودند و امروزه با افزایش نیاز به منابع آب، برداشت از آب زیرزمینی افزایش یافته است. منابع آب کارستی به‌علت کیفیت مطلوب، اهمیت ویژه‌ای دارند. کارست، گستره‌ای با مورفولوژی خاص و سیستم زه‌کشی زیرزمینی درخور توجه است که از حلالیت برخی سنگ‌ها در آب‌های طبیعی حاصل می‌شود. اگرچه نواحی کارستی عمدتاً روی سنگ‌های کربناته توسعه می‌یابند، ممکن است در سنگ‌های دیگری که قابلیت انحلال دارند (مانند سنگ گچ و سنگ نمک) نیز ایجاد شوند (Karami 2002)؛ در این میان، سنگ‌های کربناته به‌علت مقاومت بیشتر در گذر زمان دارای ماندگاری بیشترترند. نواحی کارستی عوارض مشخصی ازجمله مجاری انحلالی، گودی‌های مسدود، فروچاله‌ها و دره‌های خشک غارها را دارند (Jennings 1985). سفره‌های کارستی عمدتاً ذخایر آب مهمی‌اند؛ به‌گونه‌ای‌که آب آشامیدنی حدود ٢٥ درصد جمعیت جهان را فراهم می‌کنند (Ford and Williams 1989). در ایران، سازندهای کربناته حدود 11 درصد (185000 کیلومترمربع) از سطح کشور را می‌پوشانند و رشته‌کوه زاگرس نیمی از این کارست‌ها را شامل می‌شود (Raeisi 2002). طبق یافته‌های بسیاری از پژوهشگران، چشمه‌هایی که سیستم تغذیه و جریان افشان دارند، تنوع شیمیایی و نوسانات آب‌دهی کمتری دارند (Shuster and White 1971, Hess and White 1988, Moore et al. 2009). لهمان (Lehman 1932 as cited by Bonacci 2001) عوارض کارستی را رابطی برای انتقال سریع آب تغذیه‌شده به آب زیرزمینی معرفی می‌کند و تراکم این عوارض را عامل پاسخ سریع آبخوان به آب ورودی می‌داند. وجود ساختارهای خطی و عوارض کارستی وسیع سبب ایجاد مسیری برای نفوذ راحت‌تر آب می‌شود که خود، انحلال بیشتر و توسعۀ کارست را در پی دارد؛ این مسئله درنهایت روی ظهور و آب‌دهی چشمه‌ها تأثیر می‌گذارد (Vahdati M. and Taheri K. 2007). آبخوان‌های کارستی خوب‌توسعه‌یافته مجاری بزرگی با ظرفیت ذخیره‌سازی کم و تراوایی زیاد دارند و سریع به تغییرات اعمال‌شده بر آبخوان پاسخ می‌دهند (Panagopoulos and Lambrakis 2006). به‌منظور درک بهتر ساختارهای درونی کارست و بررسی توسعۀ آن، ارزیابی شکل هیدروگراف از اقدامات ضروریست که در قالب پاسخ سیستم به بارش مطالعه می‌شود (Atkinson 1977, Gunn 1986, Bonacci 1988, 1993).

شاستر و وایت (Shuster and White 1971) پاسخ شیمیایی آبخوان‌های کارستی را به دو دسته تقسیم‌بندی کردند و گروهی را که نوسانات زیاد سختی را نشان می‌دهند، سیستم مجرایی (Conduit) و دستۀ دیگر با تغییرات کمتر را افشان (Diffuse) نامیدند. بندریتر و همکاران (Benderitter et al. 1993) با مطالعۀ نوسانات دمایی آبخوان کم‌عمق کارستی نتیجه گرفتند نوسانات سریع معرف جریان سریع در مجاری و شکستگی‌های بزرگ‌تر و تغییرات فصلی نتیجۀ تغییرات دمایی آبخوان هستند و استفاده از این اطلاعات در محاسبۀ عمق آبخوان مفید است.

عوامل متعددی در پدیدۀ کارستی‌شدن سازندهای کربناته نقش دارند که از مهم‌ترین آنها عبارتند از: سنگ‌شناسی، مقدار بارش، ویژگی‌های چینه‌شناسی عوامل ساختاری و توپوگرافی منطقه؛ در میان عوامل یادشده، ویژگی‌های سنگ‌شناسی و چینه‌شناسی سازندهای کربنانه اهمیت ویژه‌ای دارند. سنگ‌های آهکی ضخیم‌لایه و توده‌ای درجۀ توسعۀ کارست بیشتر و عوارض کارستی مشهودتری دارند. کارست‌هایی با میان‌لایه‌های شیلی و مارنی می‌توانند مانع جریان آب زیرزمینی در کارست شوند یا حرکت آب را کاهش دهند؛ در این شرایط، پدیدۀ انحلال کمتر از زمانی است که کارست به‌طور خالص باشد و درنتیجه، توسعۀ کارست شدت کمتری دارد. بر اساس آمار شرکت مدیریت منابع آب و مشاهده‌های صحرایی، بیش از 200 چشمه با آب‌دهی مختلف در استان کرمانشاه وجود دارد که عمدۀ آنها، چشمه‌های کارستی‌اند. در مناطق غربی ایران، اصطلاح سراب برای انواع ویژه‌ای از چشمه‌های کارستی به کار می‌رود که از سازند‌های سخت منشأ می‌گیرند و آب‌دهی نسبتاً خوب و دائمی دارند و از سوی دیگر، دارای فضای کافی در مظهر چشمه‌اند؛ به‌گونه‌ای‌که حوضچه‌ای در مقابل آن ایجاد می‌شود. طی دهۀ اخیر، نوسانات شدیدی در آب‌دهی بسیاری از چشمه‌ها رخ داده است؛ به‌گونه‌ای‌که تعدادی از چشمه‌های کارستی استان به‌طور کامل یا فصلی خشک شده‌اند. تشکیلات کربناته در منطقۀ مطالعه‌شده از چندین سازند مختلف تشکیل شده است. در مطالعۀ حاضر سعی شده است از مناطق مختلف استان، چشمۀ کارستی انتخاب و ویژگی‌های آن درارتباط‌با چینه‌شناسی حوضۀ آبگیر چشمه بررسی شود. هدف مطالعۀ حاضر، بررسی نقش چینه‌شناسی سازند‌های مختلف روی نوسانات آبدهی چشمه‌های یادشده است.

 

 

 

شکل 1- موقعیت جغرافیایی و نقشۀ زمین‌شناسی چشمه‌های مطالعه‌شده

 

 

روش پژوهش

منطقۀ مطالعه‌شده بین طول جغرافیایی'46 °46 تا '84 °48 شرقی و عرض جغرافیایی '64 °34 تا '15 °35 شمالی غرب ایران و در استان کرمانشاه واقع شده است (شکل 1). آمار بارش سی‌سالۀ دریافت‌شده از سازمان هواشناسی استان کرمانشاه (شامل ایستگاه‌های کرمانشاه، روانسر، اسلام‌آباد غرب، هرسین، سنقر، ماهی‌دشت، صحنه و کنگاور) نشان می‌دهد مقدار بارش سالانۀ منطقۀ مطالعه‌شده حدود 467 میلی‌متر است. ارتفاعات منطقه عمدتاً آهکی‌اند و ارتفاع آنها از 1300 تا 3400 متر بالاتر از سطح دریا متغیر است. کشاورزی، کاربری اصلی زمین‌های آبرفتی منطقه است و ذرت، گندم، جو، نخود، چغندرقند و سبزیجات از مهم‌ترین محصولات کشاورزی‌اند. شش عامل آب‌و‌هوایی مختلف، آب‌و‌هوای منطقه را تعیین می‌کنند؛ به‌گونه‌ای‌که 91 درصد از رفتارهای آب‌و‌هوایی منطقه با عوامل دما، بارش، رطوبت، ابر، تندر، گردوغبار و باد توجیه می‌شود (Mirmousavi et al. 2014). موقعیت جغرافیایی منطقه در شکل 1 نشان داده شده است.

چهار چشمۀ کارستی که حوضۀ آبگیر آنها سنگ‌شناسی‌های متفاوتی دارد، با بررسی نقشه‌های زمین‌شناسی منطقه (شکل 1) انتخاب شدند. باتوجه‌به تنوع زیاد واحدهای سنگی به‌ویژه در زون سنندج سیرجان، در شکل 1 تنها به واحدهای سنگ‌شناسی مهم منطقه اشاره شده است. مراحل انجام کار به‌طور خلاصه عبارتند از:

  • ارزیابی اولیۀ نقشه‌های زمین‌شناسی در منطقۀ مدنظر و انتخاب چشمه‌هایی که حوضۀ آبگیر آنها در سازندهای کربناتۀ متفاوت قرار دارد یا وضعیت سنگ‌چینه‌نگاری مختلفی دارند (جدول 1)؛
  • بررسی‌های صحرایی دربارۀ چینه‌شناسی منطقه و ارزیابی هیدروژئولوژیکی در حوضۀ آبگیر چشمه‌ها؛
  • نمونه‌برداری ماهانه از آب چشمه‌ها طی یک سال آبی (96-1395)؛
  • اندازه‌گیری هدایت الکتریکی و دمای چشمه در محل؛
  • اندازه‌گیری غلظت یون‌های اصلی آب (شامل یون‌‌های اشاره‌شده در جدول 4) در آزمایشگاه آب‌شناسی دانشگاه صنعتی شاهرود به روش تیتراسیون.

نتایج به‌طور تصادفی در دانشگاه FUB کشور آلمان به روش کروماتوگرافی یونی دوباره اندازه‌گیری شدند و نزدیکی درخور توجهی را نشان دادند.

 

 

جدول 1- سنگ‌شناسی غالب حوضه‌های آبگیر چشمه‌های انتخابی

 

موقعیت جغرافیایی

ارتفاع مظهر چشمه

سنگ‌شناسی غالب

utmy

utmx

روانسر

3442920

652248

1360

آهک بیستون، ضخیم‌لایه و توده‌ای

کبوترلانه

3824884

761865

1600

آهک کرتاسه، واحدهای آهکی مختلف، واحدهای غیرآهکی

دربند صحنه

3820129

748413

1515

آهک کرتاسه، آهک مارنی با میان‌لایه‌های شیل

کاشنبه

3793390

650099

1570

آهک تله‌زنگ، سازندهای آواری امیران و کشکان

 

 

علاوه‌بر ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی، ارزیابی و تحلیل هیدروگراف چشمه (تغییرات زمانی دبی چشمه) روشی است که با آن، بستر تغذیه و میزان کارستی‌بودن حوضۀ آبگیر به‌خوبی نشان داده می‌شود (Maghsoudi et al. 2010).

 

برآورد میزان تغذیه در حوضۀ آبگیر چشمه‌های موجود

در مطالعۀ حاضر از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) برای ارزیابی میزان تغذیه استفاده شد؛ به این منظور، 9 لایۀ اطلاعاتی شامل شیب، جهت شیب، سنگ‌شناسی، تراکم خطواره، تراکم آبراهه، بارش، تراکم پوشش گیاهی، پوشش خاک منطقه و لایۀ عوارض کارستی تهیه شدند. پس‌از آماده‌سازی لایه‌های اطلاعاتی، سه روش مختلف شامل قضاوت کارشناسی، تأثیرگذاری شاخص‌ها و روش تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) برای انجام مراحل ارزش‌دهی و وزن‌دهی به شاخص‌های مختلف و تصمیم‌گیری نهایی ‌استفاده شدند (شکل 2)؛ سرانجام با تلفیق و هم‌پوشانی لایه‌های به‌دست آمده، مکان‌های با مقدار تغذیۀ مختلف حاصل شدند. از مجموع محاسبه‌های بسیاری که برای به‌دست‌آوردن نتیجۀ تغذیه انجام‌ شدند، تنها به شکل و جدول محاسبه‌های نهایی اشاره می‌شود (شکل‌های 2 و 3 و جدول 2).

 

     

روش AHP

روش تأثیرگذاری شاخص‌ها

روش کارشناسی

شکل 2- نقشۀ نهایی برآورد تغذیه بر اساس قضاوت کارشناسی، تأثیرگذاری شاخص‌ها و روش تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP)

 

 

شکل 3- نقشۀ نهایی برآورد تغذیه در منطقۀ مطالعه‌شده

 

 

بر اساس نقشۀ نهایی به‌دست‌آمده از توان تغذیه در منطقۀ مطالعه‌شده و پراکندگی مقدار بارش میانگین در منطقه، مقدار تغذیه به‌شکل زیر برآورد شد:

برای به‌دست‌آوردن میزان نفوذ سالانه، ابتدا ضریب نفوذ از رابطۀ 1 محاسبه و حجم تغذیۀ سالانه از رابطۀ 2 برآورد شد.

رابطۀ 1

رابطۀ 2

 

در این رابطه، I نرخ نفوذ سالانه، W حجم آب نفوذ‌یافته، A مساحت و P بارندگی است.

رابطۀ 3 مشابه رابطۀ 1 است و برای برآورد تغذیه به کار رود و نتایج حاصل یکسانند.

 

رابطۀ 3

 

در این رابطه،  حجم بارش سالانه،  نرخ تغذیۀ مربوط به هر رده،   مساحت مربوط به هر رده،  مساحت کل منطقه و  حجم تغذیۀ سالانه در منطقه است.

 

 

جدول 2- درصد تغذیۀ کلی محاسبه‌‌شده و مساحت هر رده در شکل‌های 2 و 3

روش استفاده‌شده

درصد نفوذ

میانگین درصد نفوذ

مساحت (کیلومترمربع)

روش کارشناسی

≤30%

50-30%

65-50%

80-65%

>80%

48/0

69

4732

4390

198

25/0

روش تأثیرگذاری شاخص‌ها

≤30%

50-30%

65-50%

80-65%

>80%

54/0

8

2790

5444

1124

21

روش مقایسۀ زوجی

≤40%

50-40%

65-50%

80-65%

>80%

46/0

2393

5027

1760

201

10

جمع‌بندی

30%≥

50-30%

65-50%

80-65%

>80%

50/0

5/50

25/81

65/66

25/22

8/12

 

 

  • ·                     ترسیم حوضه‌های آبگیر چشمه‌های مدنظر

مقادیر تغذیۀ محاسبه‌شده به‌طور میانگین برای کل مناطق (نه فقط مناطق مشخص‌شده در شکل 3) محاسبه و برآورد میانگین تغذیه در ارتفاعات اطراف چشمه‌ها با روابط 1، 2 و 3 صرفاً برای ارتفاعات اطراف هر چشمه ارزیابی شد؛ بر اساس این، میانگین تغذیه در اطراف چشمه‌های روانسر، کبوترلانه و صحنه حدود 58 درصد و برای چشمۀ کاشنبه 47 درصد محاسبه شد. پس‌از انجام این محاسبه‌ها، مقدار بارش میانگین از داده‌های ایستگاه‌های هواشناسی مستقر در منطقه دریافت شد. به‌منظور دستیابی به برآورد درستی از حجم آب سالانۀ تخلیه‌شده به‌واسطۀ چشمه، محاسبه‌ها در چندین بازۀ زمانی انجام شدند و در نهایت، میانگین بارش و تغذیه در منطقه و مساحت حوضۀ آبگیر چشمه‌ها با استفاده از حجم آب تخلیه‌شدۀ چشمه ترسیم شد. ازآنجاکه جهت حرکت آب زیرزمینی متأثر از ویژگی‌های توپوگرافی منطقه است، ترسیم حوضۀ آبگیر با‌توجه‌به این مطلب انجام شد.

 

  • ·                     بررسی تأثیر چینه‌شناسی حوضه‌های آبگیر ترسیم‌شده روی آبدهی چشمه

پس‌از بازدید صحرایی و نمونه‌برداری ماهانه از چشمه‌ها، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آنها ارزیابی شدند. شاخص‌های هدایت الکتریکی، اسیدیته، درجه‌حرارت آب، غلظت دی‌اکسید‌کربن محلول و غلظت یون‌های اصلی آب چشمه شامل یون‌های کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، بیکربنات، کلر، سولفات و نیترات به‌طور ماهانه در آزمایشگاه اندازه‌گیری شدند. پس‌از برآورد مقدار تغذیه در منطقه (با استفاده از چند روش وزن‌دهی در GIS)، حوضه‌های آبگیر هر چشمه ترسیم و چینه‌شناسی هرکدام ارزیابی شد.

 

  • ·                     بررسی جریان آب زیرزمینی در آبخوان‌های کارستی

به‌طور‌کلی جریان آب زیرزمینی در آبخوان‌های کارستی به دو دستۀ کلی تقسیم می شود: نوع اول، جریانی است که از مجاری، درزه شکاف‌های با بازشدگی معمولاً بیشتر از 1 سانتی‌متر عبور می‌کند و آن را جریان مجرایی می‌گویند؛ نوع دوم، جریان از درون درزه و شکاف‌های کوچک با بازشدگی نسبتاً کم (معمولاً کمتر از 1 سانتی‌متر) است که به آن، جریان افشان گفته می‌شود (Karami 2002). درجۀ ناهمگنی و اتصالات مجاری انتقال‌دهندۀ آب در این دو سیستم متفاوت است؛ به‌این‌ترتیب که جریان مجرایی درجۀ ناهمگنی زیاد و درجۀ اتصالات اندک دارد و این امر در جریان افشان برعکس است. معیارهای مختلفی برای ارزیابی سیستم غالب جریان در آبخوان‌های کارستی وجود دارند که بررسی تغییرات زمانی ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی آب چشمه‌های کارستی از مهم‌ترین آنهاست. ضریب تغییرات تقریبی شاخص‌های فیزیکی- شیمیایی هر دو نوع سیستم جریان در آبخوان کارستی در جدول 3 ارائه شده است.

 

 

جدول 3- ضریب تغییرات تقریبی برای شاخص‌های فیزیکی- شیمیایی هر دو نوع سیستم جریان در آبخوان کارستی (Karami 2009)

شاخص

سیستم جریان افشان

سیستم جریان مجرایی

دبی

کمتر از 30 درصد

بیشتر از 30 درصد

دما

کمتر از 10 درصد

بیشتر از 10 درصد

هدایت الکتریکی

کمتر از 10 درصد

بیشتر از 10 درصد

اسیدیته

کمتر از 5 درصد

بیشتر از 5 درصد

سختی

کمتر از 10 درصد

بیشتر از 10 درصد

کاتیون‌ها و آنیون‌های اصلی

کمتر از 10 درصد

بیشتر از 10 درصد

 

 

آهک‌های ضخیم‌لایه و توده‌ای با درجۀ خلوص بیشتر، مستعد انحلال بیشتر و ایجـاد مجـاری بازتر و داشتن جریان مجرایی‌ا‌ند. سیـستم‌های کارستی بـا جریـان مجرایـی عمـدتاً در سـنگ‌های آهکـی ضخیم‌لایۀ توده‌ای ایجاد می‌شوند؛ درحالی‌که جریـان افـشان عمـدتاً در آهـک‌هـای بـا خلوص کمتر (مانند آهک‌هـای مارنی) به وجود می‌آیند (Karami 2009).

 

بحث

بر اساس مطالعه‌های جان برود (J. Broud) که نتیجۀ آن در نقشۀ 1:250000 زمین‌شناسی کرمانشاه مشهود است، منطقۀ مطالعه‌شده بخشی از زون زاگرس مرتفع و چین‌خورده است و رخنمونی از سنگ‌های مزوزوئیک و سنوزوئیک در آن مشاهده می‌شود که ازنظر ساختاری از ویژگی‌های این زون تبعیت می‌کند. گسل‌های بسیاری در این منطقه وجود دارند که راستای غالب شمال‌غرب- جنوب‌شرق را دارند و سازوکار غالب آنها معکوس است. گسل‌ها نقش مهمی در ایجاد شکستگی در سازندهای آهکی منطقه و توسعۀ کارست در آنها دارند. در ادامه، ویژگی‌های چینه‌شناسی و هیدروژئولوژیکی حوضۀ آبگیر هر چشمه بررسی می‌شود.

 

حوضۀ آبگیر سراب روانسر

حوضۀ آبگیر این چشمه در واحد سنگی سازند بیستون قرار دارد و همانند مقطع تیپ، متشکل از آهک‌هایی به سن تریاس بالایی است؛ واحدهای دولومیتی روی این آهک‌ها پدیدار و با لایه‌های آهکی پوشیده می‌شوند. برود (Braud 1978) برش و مقطع تیپ این واحد را در ناحیۀ بیستون مطالعه کرد. این آهک‌ها در آغاز لایه‌لایه‌اند و سپس به طبقه‌های توده‌ای تبدیل می‌شوند. تمام این واحدها با ‌عنوان سازند بیستون شناخته می‌شوند.

افق‌های کرتاسۀ بالایی آهک‌های بیستون در برش تیپ آن وجود ندارند، بلکه در شمال روانسر و در بخشی از حوضۀ آبگیر چشمۀ روانسر شناسایی و مطالعه شده‌اند. این افق شامل مجموعه‌ای آهکی به ضخامت 200 تا 300 متر و دارای میکروفسیل‌های گلوبوترونکانا به سن کرتاسۀ بالایی است که با یک واحد آهکی نازک تا ضخیم‌لایه به سن میوسن پوشیده می‌شود (شرح نقشۀ 1:250000 کرمانشاه، 1:100000 کامیاران، 2003 Motiei). رسوبات جوان مخروط‌افکنه‌ای در بخشی از حوضۀ آبگیر این چشمه وجود دارند (شکل 4).

مساحت حوضۀ آبگیر سراب روانسر با استفاده از روش یادشده در بخش ترسیم حوضۀ آبگیر چشمه‌ها حدود 100 کیلومترمربع است که بخش عمدۀ آن در سازند بیستون قرار دارد. این آهک‌ها ازنظر هیدروژئولوژیکی پتانسیل زیادی برای کارستی‌شدن دارند؛ به‌همین‌علت، فروچاله‌ها و دیگر عوارض کارستی به‌طور درخور توجهی در این سازند گسترش یافته‌اند. آهک‌های ضخیم‌لایه تا توده‌ای این سازندها بخش اساسی آبخوان کارستی منطقه را شامل می‌شوند و پدیدۀ کارستی‌شدن به‌طور گسترده در این مجموعه رخ داده است. وجود عوارض کارستی پیشرفته ازجمله فروچاله‌ها و فضاهای انحلالی از بارزترین شاخص‌های توسعۀ کارست است (شکل‌های 9 و 10). ارزیابی‌های انجام‌شده روی دبی، هدایت الکتریکی و غلظت یون‌های محلول در آب خروجی چشمه از دیگر دلایل توسعه‌یافتن یا توسعه‌نیافتن‌ کارست است که در ادامه شرح داده می‌شوند.

 

 

 

شکل 4- سنگ‌شناسی در محدودۀ سراب روانسر

 

حوضۀ آبگیر سراب کبوترلانه

عمدۀ حوضۀ آبگیر این چشمه در واحد آهک‌های اربیتولین‌دار روشن تا خاکستری‌رنگ نازک تا ضخیم‌لایه به سن کرتاسه قرار گرفته است. این واحد آهکی با کنتاکت گسلی در مجاورت ماسه‌سنگ، شیل و رسوبات مخروط‌افکنه‌ای از یک سو و از سوی دیگر با سطح تماس گسله تراستی در مجاورت آهک‌های صورتی، شبه‌فلیش، توف با درون‌لایه‌های آهکی و واریزه و رسوبات آبرفتی قرار گرفته است. رخنمون مشخصی از سنگ‌های آذرین (آندزیت و تراکی‌آندزیت) در کنار سنگ‌های رسوبی نکتۀ درخور توجهی در چینه‌شناسی این حوضۀ آبگیر است و این موضوع را می‌توان با مجاورت این بخش از زاگرس با زون سنندج- سیرجان مرتبط دانست. مساحت حوضۀ آبگیر سراب کبوترلانه حدود 112 کیلومترمربع است. باوجود رخنمون سنگ‌های آذرین، بخش عمدۀ حوضۀ آبگیر چشمه در واحد آهکی اربیتولین‌دار روشن تا خاکستری‌رنگ قرار گرفته است (شکل 5).

آهک‌هایی که حوضۀ آبگیر چشمه در آنها قرار دارد، پتانسیل زیادی ازنظر هیدروژئولوژیکی برای کارستی‌شدن دارند؛ به‌همین‌علت، برخی عوارض کارستی به‌طور درخور توجهی در این واحد آهکی گسترش یافته‌اند.

 

 

 

شکل 5- سنگ‌شناسی در محدودۀ سراب کبوترلانه

 

 

حوضۀ آبگیر چشمۀ دربند صحنه

چند واحد آهکی مختلف که در مجاورت یکدیگر قرار گرفته‌اند، حوضۀ آبگیر دربند صحنه را تشکیل می‌دهند (شکل 6). ازآنجاکه حوضۀ آبگیر سراب کبوترلانه و چشمۀ دربند در مجاورت هم قرار دارند، سنگ‌شناسی حوضۀ آبگیر آنها دارای رخنمونی از واحدهای مشترک است؛ آهک‌های اربیتولین‌دار روشن تا خاکستری‌رنگ نازک تا ضخیم‌لایه به سن کرتاسه در سطح تماس گسله با آهک نازک‌لایه و آهک‌های مارنی خاکستری تا سبز که در بخش‌هایی دارای میان‌لایه‌های نازکی از شیل است. این واحد در محل ظهور چشمه واقع شده است و جریان خروجی چشمه را کنترل ‌می‌کند. در بخشی از حوضۀ آبگیر، تناوبی از آهک صورتی و اسلیت آهکی مشاهده می‌شود که در محل چند گسل کوچک رخنمون دارند، چشمه در درۀ گسله‌ای ایجاد شده است، تخلیه در دو سمت دیوارۀ گسله به‌شکل چشمه‌های کوچک انجام می‌شود و درمجموع، چشمۀ دربند را تشکیل می‌دهد. عوارض مهم کارستی در بازدید صحرایی از حوضۀ آبگیر این چشمه مشاهده نشدند. مساحت حوضۀ آبگیر این چشمۀ کارستی حدود 48 کیلومترمربع است.

 

 

 

شکل 6- سنگ‌شناسی در محدودۀ چشمۀ دربند صحنه

 

 

حوضۀ آبگیر سراب کاشنبه

حوضۀ آبگیر سراب کاشنبه متشکل از سازند آواری- کربناتۀ امیران به سن پالئوژن و آهک‌های تله‌زنگ و کشکان به سن ائوسن است (شکل 7). در حوضۀ آبگیر این چشمه برخلاف سایر حوضه‌های آبگیری که در پژوهش حاضر بحث شدند، پوشش گیاهی به‌خوبی مشاهده می‌شود. اگرچه چندین غار کوچک و حفرۀ انحلالی در این منطقه وجود دارند، سایر عوارض کارستی به‌فراوانی دیگر مناطق نیستند. مساحت حوضۀ آبگیر سراب کاشنبه حدود 28 کیلومترمربع است که تقریباً همۀ حوضۀ آبگیر در واحدهای سنگی یادشده قرار دارد.

 

 

 

 

کاشنبه

شکل 7- سنگ‌شناسی در محدودۀ چشمۀ کاشنبه

 

ستون چینه‌شناسی در محدودۀ چشمه‌های مطالعه‌شده

شکل 8، ستون چینه‌‌شناسی در محدودۀ چشمه‌های مطالعه‌شده را مقایسه می‌کند. همان‌طور که از ستون چینه‌شناسی منطقه مشخص است، حوضۀ آبگیر چشمۀ روانسر سنگ‌شناسی کاملاً آهکی دارد، این سازندها انحلال‌پذیری زیادی دارند و سن نسبتاً قدیمی این تشکیلات آهکی برهنه (تریاس بالایی تا ژوراسیک) از یک سو و بارندگی مناسب در این منطقه از سوی دیگر، شرایط را برای انحلال‌های وسیع در این آهک‌ها فراهم کرده است؛ عوارض کارستی گستردۀ مشاهده‌شده در این مناطق گویای مطلب یادشده است (شکل‌های 9 و 10). سراسر حوضۀ آبگیر دارای فروچاله و دشت‌های گسترده در ارتفاعات است. تکتونیک فعال حوضۀ زاگرس شرایط را برای نفوذ بیشتر آب و درنتیجه، انحلال آهک فراهم کرده است. این چشمه نوسانات آبدهی بسیار شدیدی دارد؛ به‌گونه‌ای که آبدهی آن از چندین مترمکعب در ثانیه در بهار تا چند صد لیتر در ثانیه در پاییز و زمستان متغیر است.

 

 

 

شکل 8- مقایسۀ ستون چینه‌شناسی حوضه‌های آبگیر

 

 

شکل 9- فروچاله‌ها و پلیۀ موجود در یکی از ارتفاعات منطقه

 

شکل 10- آثار انحلالی بر سطح سنگ‌های موجود در منطقه

 

 

بخشی از سنگ‌شناسی دو حوضۀ آبگیر چشمه‌های کبوترلانه و صحنه یکسان است و هر دو آهک‌های کرتاسه، اسلیت‌های آهکی و آهک صورتی‌رنگ دارند. تفاوت اصلی سنگ‌شناسی حوضۀ آبگیر کبوترلانه به مجموعه سنگ‌های رسوبی- ولکانیکی و سنگ‌های آذرینی برمی‌گردد که در حوضۀ آبگیر کبوترلانه رخنمون دارند؛ از سوی دیگر، این واحدهای سنگی بخش نسبتاً کمی از حوضۀ آبگیر سراب کبوترلانه را تشکیل می‌دهند و ازآنجاکه واحدهای آهکی کرتاسه وسعت زیاد و تأثیرگذاری بیشتری روی آبدهی دارند، نوسانات بیشتری نسبت به چشمۀ دربند دارد (شکل 13، الف و جدول 4). بخش عمدۀ حوضۀ آبگیر بالادست چشمۀ دربند صحنه با آبرفت‌های عهد حاضر و بخشی نیز در نزدیکی مظهر چشمه با اسلیت‌های آهکی و آهک مارنی با میان‌لایه‌های شیل پوشیده شده است که هر دوی این لیتولوژی‌ها نقش کنترل‌کنندۀ آب خروجی از چشمه را ایفا می‌کنند.

چشمۀ کاشنبه با حوضۀ آبگیری متشکل از سازند تله‌زنگ، امیران و کشکان کمترین نوسانات آبدهی (شکل 9، الف) و بیشترین پوشش گیاهی را بین حوضۀ آبگیر چشمه‌های انتخابی دارد (شکل 11).

 

 

 

شکل11- پوشش گیاهی در حوضۀ آبگیر چشمۀ کاشنبه (سمت راست) و چشمۀ کبوترلانه (سمت چپ)

 

 

در سراب روانسر به‌علت خلوص آهک‌ها و توده‌ای‌بودن لایه‌ها، درجۀ کارستی‌شدن زیاد و مجاری و فضاهای انحلالی بیشتری نسبت به حوضۀ آبگیر کاشنبه وجود دارد؛ به‌گونه‌ای‌که این فضای انحلالی به‌خوبی در دهانۀ اصلی چشمه دیده می‌شود (شکل 12). چشمه‌هایی که چند واحد سنگ‌شناسی مختلف را در حوضۀ آبگیر خود دارند، واحدی سنگی که از نظر کارستی توسعه‌یافته‌تر است و مساحت بیشتری از حوضۀ آبگیر را به خود اختصاص می‌دهد، نقش بیشتری در آبدهی و نوسانات دبی آن چشمه دارد.

 

 

 

شکل 12-  دهانۀ اصلی چشمۀ روانسر در بهمن‌ماه 95(سمت راست) و اردیبهشت‌ماه 96(سمت چپ)

 

 

بررسـی تغییـرات زمـانی ویژگی‌های فیزیکـوشیمیایی آب چشمه

تغییرات آبدهی، تغییر دمای چشمه و تغییرات ویژگی‌های کیفی چشمه‌ها در مناطق کارستی بیان‌کنندۀ ویژگی‌های توسعۀ کارست در آن منطقه است؛ با‌توجه‌به تغییرات سیستم جریان چشمه‌ها، روند تغییرات شاخص‌های اندازه‌گیری‌شده در هرکدام از چشمه‌ها تحلیل می‌شود.

همان‌طور که از شکل 14 و جدول 4 مشخص است، آبدهی سراب روانسر با تغییرات زیادی همراه است و دبی آن از اواخر زمستان و در طول بهار به‌شدت افزایش می‌یابد و اوج کاملاً مشخصی را نشان می‌دهد؛ چنین هیدروگرافی‌ای بیان‌کنندۀ تخلیۀ ناگهانی و زیاد آب زیرزمینی از مجاری انحلالی باز است که به ویژگی‌های هیدروژئولوژیکی آبخوان کارستی سراب روانسر و نقش کارست‌های توسعه‌یافته در آهک‌های ضخیم‌لایه و توده‌ای سازند بیستون در تخلیۀ ناگهانی آب از این آبخوان کارستی مربوط می‌شود. این شرایط پس‌از سراب روانسر با شدت کمتری برای سراب کبوترلانه وجود دارد که نشان‌دهندۀ توسعۀ کارست در منطقه، اما اندکی کمتر از سفرۀ آبدار سراب روانسر است. وجود واحدهای سنگی ماسه‌سنگی و آذرین نیز در این رخداد تأثیر دارد و از سوی دیگر به‌علت کوچک‌تربودن حوضۀ آبگیر این چشمه، آبدهی کمتری دارد.

 

 

 

 

 

 

جدول 4- ضریب تغییرات شاخص‌های اندازه‌گیری‌شده در چشمه‌ها

شاخص

سراب روانسر

سراب کبوترلانه

سراب کاشنبه

چشمۀدربند

میانگین

ضریب تغییرات (درصد)

میانگین

ضریب تغییرات (درصد)

میانگین

ضریب تغییرات (درصد)

میانگین

ضریب تغییرات (درصد)

دبی (L/s)

1932

107

771

46

166

49

462

30

اسیدیته

44/7

3

54/7

3

37/7

2

73/7

2

دما (C°)

15

7

13

2

14

3

16

2

هدایت الکتریکی (µs/cm)

315

9

250

10

359

4

245

11

کلسیم (meq/L)

61/2

9

27/2

14

45/2

7

26/2

6

منیزیم (meq/L)

20/1

15

05/1

49

86/1

17

11/1

21

سدیم (meq/L)

06/0

11

07/0

39

11/0

13

09/0

28

پتاسیم (meq/L)

01/0

43

008/0

1/0

01/0

10

01/0

1/0

بی­کربنات (meq/L)

09/3

7

71/2

6

6/3

4

76/2

3

کلر (meq/L)

36/0

45

12/0

16

01/0

19

09/0

10

سولفات (meq/L)

57/0

31

38/0

19

31/0

8

20/0

13

 

 

همان‌طور که در شکل 13 مشاهده می‌شود، اثر آب‌های ورودی روی مقدار آب خروجی چشمه با اختلاف حدود دو ماه در چشمه‌های روانسر و کبوترلانه نمایان می‌شود. دربند صحنه با شیب ملایمی هم‌زمان با افزایش بارش‌ها، افزایش دبی را نشان می‌دهد. در هیدروگراف چشمۀ صحنه دیده می‌شود (شکل 14، الف) دبی چشمه در زمستان تا اواسط بهار مقداری افزایش می‌یابد و اوج نسبتاً مسطح را نشان می‌دهد؛ در‌حقیقت، تغییرات دبی ناچیز است که بیان‌کنندۀ تخلیۀ تدریجی آب زیرزمینی است و این موضوع نقش واحد آهک مارنی با میان‌لایه‌های شیل و همچین اسلیت‌های آهکی را در تخلیۀ‌ تدریجی آب از این منطقۀ کارستی نشان می‌دهد. هیدروگراف سراب کاشنبه تغییرات بسیار کمتری را نشان می‌دهد و اوج هیدروگراف این چشمه با تأخیر زمانی نسبت به دیگر هیدروگراف‌های مطرح‌شده در پژوهش حاضر، در اریبهشت و خرداد اتفاق می‌افتد (شکل 13) که بیان‌کنندۀ حضورنداشتن مجاری انحلالی بزرگ در آبخوان کارستی این چشمه است که آب تغذیه‌شده در آن به‌طور تدریجی و با تأخیر زمانی نسبت به بارش‌های رخ‌داده در منطقه اتفاق افتاده است؛ چنین هیدروگرافی بیان‌کنندۀ تخلیۀ تدریجی آب زیرزمینی است. باتوجه‌به فاصلۀ مکانی چشمه‌ها از یکدیگر، هیدروگراف هر چشمه با مقدار بارش ماهانۀ ثبت‌شده در ایستگاه نزدیک به همان چشمه ارزیابی شد.

 

 

 

شکل13-پاسخ چشمه‌ها به رخداد بارندگی در سال آبی 96-1395

 

 

از میان شاخص‌های فیزیکوشیمیایی یادشده،، دما، اسیدیته، هدایت الکتریکی، کربنات و بیکربنات در صحرا و در زمان نمونه‌برداری به روش تیتراسیون، اندازه‌گیری شدند. معرف فنل‌فتـالئین با یون کربنات ترکیب می‌شود و رنگ صورتی ایجاد می‌کند. رنگ صورتی ایجادشده پس‌از تیتر‌شـدن بـا اسـید و کم‌شدن اسیدیتۀ محیط تغییر می‌کند؛ درحقیقت، نخستین لحظۀ تغییر رنگ دائمی از صورتی به بی‌رنگ نشان‌دهندۀ نقطۀ اکی‌والان است و در اینجاست کـه بایـد تیتر را متوقف کرد. به‌منظور اندازه‌گیری کربنات، چند قطره فنل‌فتالئین به مقدار مشخصی از نمونۀ آب در محل نمونه‌برداری اضافه می‌شود؛ اگر کربنات در نمونه وجود داشته باشد، رنگ آن صورتی می‌شود. هیچ‌یک از نمونه‌ها در صحرا نشانه‌های وجود کربنات را نشان ندادند.

 

 

 

شکل 14- مقایسۀ آبدهی (الف)، هدایت الکتریکی (ب)، دما (ج) و نسبت کلسیم به منیزیم (د) در چشمه‌های مطالعه‌شده طی سال آبی 96-95

 

اگرچه مقادیر هدایت الکتریکی در سراب کاشنبه تقریباً ثابت است، نوسانات اندکی در آن مشاهده می‌شود. بیشترین نوسان در مقدار شاخص هدایت الکتریکی به سراب روانسر مربوط است و چشمۀ دربند و سراب کبوترلانه بین این دو قرار دارند؛ این موضوع مؤید درجۀ توسعۀ کارست در حوضه‌های آبگیر این چشمه‌هاست. از میان چشمه‌ها، دربند صحنه دمای نسبتاً بیشتری دارد و بیشترین نوسان به سراب روانسر مربوط است که تغییرات دما، دبی و هدایت الکتریکی ارتباط خوبی را نشان می‌دهند؛ به‌گونه‌ای که با افزایش دبی، دما و هدایت الکتریکی کاهش درخور توجهی را از خود نشان می‌دهند که به ورود آب تازه به مجاری بزرگ کارست و انتقال سریع آب به خروجی چشمه مربوط است. سراب کبوترلانه کمترین میزان هدایت الکتریکی را پیش از اوج‌گرفتن دبی نشان می‌دهد و پس‌از افزایش مقدار دبی، مقدار هدایت الکتریکی نیز افزایش می‌یابد که به ماندگاری آب در مجاری انحلالی و درزه‌‌ها و شکاف‌ها مربوط است و با افزایش دبی، ابتدا آب باقیمانده خارج می‌شود و سپس میزان هدایت الکتریکی به مقدار تقریباً ثابتی می‌رسد.

از میان چشمه‌های بررسی‌شده، نسبت کلسیم به منیزیم در سراب کاشنبه از همه کمتر، نزدیک به یک و تقریباً بدون نوسان خاصی است که به دولومیت سازند تله‌زنگ در حوضۀ آبگیر این چشمه مربوط می‌شود. در حوضۀ آبگیر کبوتر‌لانه، میزان آهک بیشتر از دولومیت است و نسبت مقدار کلسیم به منیزیم در چشمۀ دربند صحنه مانند سراب کبوترلانه اندکی نوسان و اوج‌گرفتن دارد؛ اما میزان آن نسبت به کبوتر‌لانه کمتر است (شکل‌های 14 و 15).

 

 

 

شکل 15- ارتباط هدایت هیدرولیکی و دمای چشمه با آبدهی چشمه‌ها از مهر 1395 تا شهریور 1396

 

برآورد ضریب فرود یا ضریب کاهش دبی چشمه از طریق ترسیم منحنی فرود چشمه انجام می‌شود (شکل 16). منحنی فرود هر چشمه معرف رو‌به‌خشکی‌رفتن جریان سطحی هر چشمه است و از ترسیم نیمه‌نمایی دبی در برابر زمان، از زمان اوج دبی تا افزایش دوبارۀ دبی در آغاز دورۀ تر بعدی، حاصل می‌شود. در سال آبی 96-95 تا دی‌ماه بارش درخور توجهی رخ نداد و این امر را می‌توان علت تأخیر در اوج هیدروگراف در این سال آبی دانست. پس‌از ترسیم منحنی فرود چشمه، شیب خط یا خطوط شکستۀ ایجاد‌شده معرف ضریب یا ضرایب کاهش دبی (α) آن چشمه است که از رابطۀ 4 محاسبه می‌شود (Maillet 1905 in: Bonacci 1993 & Milanovic 1981). ضریب دبی، توانایی آبخوان کارستی را در ذخیره‌سازی آب بیان می کند و تابع تخلخل مؤثر و قابلیت انتقال آن آبخوان است.

رابطۀ 4

 

در این رابطه، α ضریب کاهش دبی و Q دبی چشمه بر حسب مترمکعب بر ثانیه در زمان‌های  است.

یک چشمه بر اساس میزان توسعۀ کارست حوضۀ آبگیر آن چشمه از یک تا چند ضریب چشمۀ متفاوت دارد. در آبخوان‌های کارستی توسعه‌یافته مانند حوضۀ آبگیر چشمۀ روانسر، منحنی فرود چشمه معمولاً از چند رژیم با ضرایب آبدهی متفاوت پیروی می‌کند (جدول 5). در رژیم اول، تخلیۀ آب زیرزمینی از غارهای مجاری بزرگ انجام می‌شود و حجم زیادی از آب ذخیره‌شده در آبخوان از طریق این مجاری با سرعت زیاد تخلیه می‌شود و جریان متلاطم را تشکیل می‌دهد. در رژیم دوم، آب چشمه از طریق شکاف‌های مرتبط که به‌طور نسبتاً کمتری بازشدگی دارند، تأمین می‌شود در رژیم آخر، آب از خلل‌وفرج ریزتر و درزۀ شکاف‌هایی با بازشدگی اندک خارج می‌شود (Karami 2009).

 

 

 

شکل16- منحنی فرود چشمه‌های مطالعه‌شده

 

حجم ذخیرۀ دینامیک آبخوان تابعی از شرایط زمین‌شناسی و میزان کارستی‌شدن آن است و از رابطۀ 5 به دست می‌آید (Bonacci 1993).

 

رابطۀ 5

 

در چشمه‌های با ضرایب دبی متفاوت، حجم ذخیرۀ دینامیک از رابطۀ 6 به دست می‌آید (Maghsoudi et al. 2010).

رابطۀ 6

 

بر اساس این، ضرایب کاهش دبی چشمه‌های مدنظر به شرح زیر است:

 

 

جدول 5- ضرایب کاهش دبی در چشمه‌های انتخابی

نام چشمه

     

V(MCM)

روانسر

01036/0

03671/0

00262/0

153

کبوترلانه

00873/0

00733/0

00108/0

51

دربند صحنه

01061/0

00222/0

---

21

کاشنبه

02145/0

00103/0

__

14

 

 

به‌طورکلی، آب خروجی از چشمه‌ها را می‌توان به سه بخش نسبت داد: بخش مجاری باز و فضاهای انحلالی، بخش مخلوطی از آب حاصل از ماتریکس سنگ و مجاری انحلالی و درنهایت، آبی که تنها ناشی از خروج از ماتریکس سنگ است (Xi and et al. 2018). مقدار ضرایب آلفا برای هر بخش بیشتر از بخش بعدی است؛ اما گاهی این روند اندکی متفاوت می‌شود. بر اساس ضرایب به‌دست‌آمده و مشاهده‌های صحرایی حوضۀ آبگیر چشمه‌ها، چشمۀ روانسر با درجۀ توسعه کارست بالا دارای سه ضریب دبی مختلف است (شکل 15)؛ باوجوداین، شیب ضریب آبدهی دوم این چشمه بیشتر از مقدار ضریب اول این چشمه است که این موضوع به‌علت کشیدگی و همچنین بارش برف زیاد در حوضۀ آبگیر این چشمه است. بارش برف در حوضۀ آبگیر چشمه سبب می‌شود خروج آب با شدت کمی انجام شود؛ اما مقدار ذوب برف با گرم‌تر‌شدن هوا افزایش می‌یابد و حجم زیادی از آب وارد سیستم کارست می‌شود که نتیجۀ آن، آبدهی درخور توجه چشمۀ روانسر است. این چشمه تأمین‌کنندۀ آب سطحی (به‌شکل رودخانه) موجود در منطقه است. در میان چشمه‌های مطالعه‌شده، چشمۀ کاشنبه با ضرایب دبی کمتر مؤید مشاهده‌های صحرایی مبنی بر توسعه‌یافتگی کمتر حوضۀ آبگیر چشمه است؛ چینه‌شناسی نیز این مطلب را تأیید می‌کند. چشمۀ دربند صحنه به‌علت وجود لایۀ کنترل‌کنندۀ آبدهی در مظهر چشمه دارای دو ضریب دبی است. در میان چشمه‌های بررسی‌شده، حجم ذخیرۀ دینامیک چشمۀ روانسر بیشترین مقدار را دارد و چشمۀ کاشنبه با 14 میلیون متر‌مکعب کمترین مقدار را نشان می‌دهد.

 

نتیجه‌

سنگ‌شناسی، چینه‌شناسی و ساختارهای زمین‌شناسی منطقه، توزیع آبخوان‌ها در محیط‌های زمین‌شناسی را کنترل می‌کنند. سنگ‌شناسی، ترکیب یونی آب موجود در آبخوان و چینه‌شناسی، ارتباط میان حفره‌های انحلالی، طبقه‌ها و سازندها را سازمان‌دهی می‌کنند و ساختارهای زمین‌شناسی مانند گسل‌ها، درزه‌ها و چین‌ها تعیین‌کنندۀ ویژگی‌های هندسی آبخوان پس‌از تغییر شکل هستند. درک این سه موضوع مهم‌ترین نقش را در فهم ویژگی‌های آبخوان دارد. نقش چینه‌شناسی در آبخوان‌های کارستی بسیار مهم است و اصلی‌ترین نقش را در توسعه‌یافتگی کارست و ایجاد مجاری و فضاهای انحلالی مختلف آبخوان چشمه‌ها ایفا می‌کند؛ این موضوع به‌خوبی در ارزیابی چهار چشمۀ روانسر، کبوترلانه، دربند صحنه و کاشنبه مشاهده می‌شود. حوضۀ آبگیر چشمۀ روانسر به‌علت وجود سازند بیستون دارای توسعۀ کارست زیاد و درنتیجه، تغییرپذیری زیاد آبدهی، هدایت الکتریکی و دماست. مطالعه‌های بسیاری در زمینۀ تعیین نوع جریان و حجم ذخیرۀ دینامیک سفرۀ آبدار کارستی انجام شده‌اند که عمدتاً ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آب چشمه‌ها را ارزیابی کرده‌اند. سیستم ورودی حوضۀ آبگیر چشمه‌ها نیز مهم است. تغییرات ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آب خروجی چشمه‌های مطالعه‌شده، متفاوت و متأثر از چشنه‌شناسی و ویژگی‌های زمین‌شناسی حوضۀ آبگیر این چشمه‌هاست. ضرایب دبی و تغییرات شاخص‌های اندازه‌گیری‌شده و حجم ذخیرۀ دینامیک چشمۀ روانسر بیان‌کنندۀ غالب‌بودن کاملاً مشخص جریان مجرایی در این چشمه است. با در‌نظرگرفتن ویژگی‌های چشمۀ کبوترلانه، سیستم غالب این چشمه نیز مجرایی با درجۀ کمتر از روانسر است که به چینه‌شناسی متفاوت حوضۀ آبگیر این چشمه مربوط می‌شود. چشمۀ دربند صحنه به‌علت مجاورت با چشمۀ کبوترلانه تا حدی ویژگی‌های مشابهی دارد، اما وجود لایۀ حاوی مارن در نزدیکی محل خروجی چشمه سبب شده است جریان آب زیرزمینی به‌طور تدریجی به چشمه برسد و ویژگی‌های چشمه، ویژگی‌های چشمۀ مجرایی- افشان را از خود نشان دهد. در زمینۀ چشمۀ کاشنبه، ویژگی‌های سیستم ورودی در حوضۀ آبگیر چشمه (نبود گودی‌های مسدود، فروچاله، فضاهای انحلالی بزرگ، وجود پوشش خاک و به‌تبع آن پوشش گیاهی) غلبۀ بیشتر سیستم افشان را نشان می‌دهد؛ به عبارتی، سفرۀ آبدار چشمۀ کاشنبه دارای سیستم افشان- مجرایی است. این چشمه با‌وجود داشتن حوضۀ آبگیر کوچک و حجم ذخیرۀ دینامیک کمتر نسبت به سایر چشمه‌ها، آبدهی پایدار و تقریباً بدون نوسان شدیدی دارد.

 

سپاسگزاری

از دانشگاه صنعتی شاهرود برای دراختیار‌گذاشتن امکانات آزمایشگاهی و از پروفسور مایکل اشنایدر از دانشگاه FUB برای تجزیه‌وتحلیل نمونه‌ها سپاسگزاری می‌شود.

 

Atkinson T.C. 1977. Diffuse flow and conduit flow in limestone terrain in the Mendip Hills, Somerset (Great Britain), Jour. Hydrology, 35: 93-110.
Benderitter Y. Roy B. and Tabbagh A. 1993. Flow characterization through heat transfer evidence in a carbonate fractured medium: First approach. Water Resources Research, 29(11): 3741–3747.
Bonacci O. and Jelin J. 1988 Identification of a karst hydrological system in the Dinaric karst (Yugoslavia). Hydrological Sciences Journal. 33(5): 483-497.
Bonacci O. 1993. Karst springs hydrographs as indicators of karst aquifers. Hydrological Sciences Journal.
Bonacci O. 2001. Analysis of the maximum discharge of karst springs, Hydrogeology Journal 9:328–338.
Braud, J. 1978. Geological map of Kermanshah quadrangle C6: Geological Survey of Iran, scale 1:250,000, 1 sheet.
Ford D.C. and Williams P. 1989. Karst Geomorphology and Hydrology, Unwin Hyman, London, 601 p.
Gunn J. 1986. A conceptual model for conduit flow dominated karst aquifers. In: Karst Water Resources, ed. G Giinay & A. I. Johnson, Proc. Ankara Symp, July 1985, 587-596. IAHS Publ. no. 161.
Hess W. Wiliam and White B. 1992. Groundwater geochemistry of the carbonate karst aquifer. South central Kentucky. U.S.A. Applied Geochemistry, 8:189.
Jennings J. N. (1985). Karst Geomorphology, Oxford-New York, Basil Blackwell. 293 p.

Karami G. H. 2009. The effect of stratigraphy on developing karst in catchment area of Cheshme-Ali, Damghan, Journal of stratigraphy and sedimentology, 25(1):39-52.

Karami Gh. H. 2002. Assessment of heterogeneity and flow systems in karstic aquifers using pumping test data, PhD Thesis, Civil engineering and geosciences, University of Newcastle, 180 p.

Maghsoudi M. Karimi H. Safari F. and Charrahi Z. 2010. Study of karst development using recession coefficient, spring death time and chemical and Isotope Analysis in Parav-Bistoun Massif (Kermanshah Province-West of Iran), Physical Geography Research Quarterly, 41(69):51-65.

Milanovic P. T. 1981. Karst hydrogeology, Water Resources Publications, 434 p.

Mirmousavi S. H. Khaefi N. and Gharoosi H. 2014. Study of climate characteristics in the provinces of kermanshah and kordestan based on factor and custer analyses, Journal of Geography and Planning, 18(47):215-233.

Moore P.J. Martin J.B. and Screaton E. J. 2009. Geochemical and statistical evidence of recharge, mixing, and controls on spring discharge in an eogenetic karst aquifer. Journal of Hydrology, 443–455.
Motiei, H. 2003. Stratigraphy of Zagros. Geological Survey and Mineral Exploration of Iran, Book, No. 84, 636 p.
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.
Raeisi E. Stevanovic Z. 2010. Chapter 10.7: Case Study: Springs of the Zagros mountain range (Iran and Iraq), in: groundwater hydrology of spring, edited by Kresic, N. Stevanovic, Z. ELSEVIER. 570 p
Shuster E.T. and White W.B. 1971. Seasonal fluctuations in the chemistry of limestone springs: A possible means for characterizing carbonate aquifers, J. Hydrol., 14: 93-128.
Shuster E.T. and White W.B. 1971. Seasonal fluctuations in the chemistry of limestone springs: A possible means for characterizing carbonate aquifers. Journal of Hydrology, 14(2): 93–128.
Vahdati M. and Taheri K. 2007. Structural classification of karstic springs in the Southwest Alvand Basin, Kermanshah Province, Water resources survey of the province conference, Kermanshah regional water company. Kermanshah.
White W. B. 1988. Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains, Oxford: Oxford University Press. Oxford. 480 p.
Xu B. Ye M. Dong S. Dai Z. and Pei Y. 2018. A new model for simulating spring discharge recession and estimating effective porosity of karst aquifers. Journal of Hydrology, 562: 609-622.