بررسی مکانیسم جریان و منشأ آب قنات‌های دشت گناباد به وسیله روش‌های هیدروژئوشیمیایی و ایزوتوپی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

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

3 استادیار، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

منطقه گناباد در مناطق خشک قرار داشته که سالانه حدود 5/19 میلیون مترمکعب آب زیرزمینی از طریق 26 رشته قنات تخلیه می گردد. از 6 رشته قنات مهم دشت نمونه‌برداری جهت آنالیزهای هیدروشیمیایی و ایزوتوپی به هدف تعیین منشأ و مکانیسم جریان آب زیرزمینی قنات‌ها انجام شده است. میزان مواد جامد محلول آب از 524 تا 2375 میلی‌گرم بر لیتر متغیر است. تیپ‌های غالب آب در قنات‌ها شامل بی‌کربناته سدیک منیزیک و کلروره سدیک است. آب قنات‌ها نسبت به کانی‌های کربناته اشباع و فوق اشباع و نسبت به کانی‌های تبخیری تحت اشباع است که نشان‌دهنده این است که ترکیب آب زیرزمینی قنات‌ها توسط انحلال سنگ‌های کربناته حوضه کنترل می‌شود. نتایج ایزوتوپ‌های پایدار اکسیژن 18 و دوتریم نشان‌دهنده منشأ جوی آب قنات‌ها است. به طوریکه مکانیسم جریان از طریق نفوذ مستقیم بارش قبل از تبخیر از طریق درز و شکاف‌های سنگ‌های آهکی حوضه و همچنین نفوذ آب‌های سطحی در آبرفتهای درشت دانه حاشیه ارتفاعات حوضه می‌باشد. تغذیه آب زیرزمینی قنات‌ها از محدوده‌ای در ارتفاعات بین 2000 تا 2700 متر منشأ می‌گیرد. ترکیب ایزوتوپی قنات‌ها در فصل‌تر به دلیل تغذیه از بارش سبکتر و در فصل خشک به دلیل تغذیه از آب برگشتی کشاورزی قنات‌ها و چشمه‌های ارتفاعات جنوب حوضه سنگین‌تر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the flow mechanism and groundwater origin of Gonabad Plain qanats using hydrochemical and isotopic methods

نویسندگان [English]

  • hojat miranimoghadam 1
  • Gholam Hossein Karami 2
  • Rahim Bagheri 3
1 PhD. Student, Faculty of Earth Science, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Associated Professor, Faculty of Earth Science, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Earth Science, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

Gonabad area is an arid region where 19.5 mcm of groundwater is annually extracted from 26 qanats. Six major qanats were sampled for hydrochemical and isotopic analyses to determine the origin and flow mechanism of the groundwater.The total dissolved solids vary from 524 to 2375 mg/l. The dominant water types are Na+-Mg2+-HCO3- and Na+-Cl-. The groundwater is saturated with regard to carbonate minerals and under-saturated with regard to evaporate minerals. This means that the composition of the groundwater is highly controlled by the dissolution of carbonate rocks. The deuterium and oxygen 18 isotopes signatures demonstrate the meteoric origin of the groundwater and the flow mechanism is direct infiltration of precipitation before evaporation through fractures in the limestone formations and infiltration of surface water in the coarse grain alluvial cones at the south of the plain. The groundwater recharge originates from an area between 2000 to 2700 m a.s.l. The groundwater of these qanats has depleted stable isotopes in the wet season due to recharge through the infiltration of precipitation and has enriched stable isotopes in the dry season due to recharge through the return flow of qanats and springs used for agricultural activities in the south of the basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mother well
  • electrical conductance
  • Cation exchange
  • saturation index
  • Meteoric Water Line
کتابنگاری
آب منطقه‌ای خراسان رضوی، 1393- گزارش پیشنهاد تمدید ممنوعیت دشت گناباد.
پاپلی یزدی، م.، لباف خانیکی، ر.، لباف خانیکی، م.، جلالی، ع. و وثوقی، ف.، 1379- قنات قصبه گناباد یک اسطوره، شرکت سهامی آب منطقه‌ای خراسان رضوی، مشهد، 292 ص.
سازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 1384- نقشه زمین­شناسی 1:100000 گناباد.
 
References
Appelo, C. A. J. and Postma, D., 2005- Geochemistry, Groundwater and Pollution. 2nd ed. A.A. Balkema, Leiden, The Netherlands (649 pp.).
Back, W., Hanshaw, B. B., Plummer, L. N., Rahn, P. H., Rightmire, C. T. and Rubin, M., 1983- Process and rate of dedolomitization: mass transfer and 14C dating in a regional carbonate aquifer. Geol. Soc. Am. Bull. 94, 1415–1429, https://doi.org/10.1130/0016-7606(1983)942.0.CO;2 .
Capaccioni, B., Didero, M., Paletta, C. and Salvadori, P., 2001.- Hydrogeochemistry of groundwaters from carbonate formations with basal gypsiferous layers: an example from the Mt Catria–Mt Nerone ridge (Northern Appennines, Italy). J. Hydrol. 253, 14–26, https://doi.org/10.1016/S0022-1694(01)00480-2.
Cardenal, J., Benavente, J. and Cruz-San Julián, J. J., 1994- Chemical evolution of groundwater in Triassic gypsum bearing carbonate aquifers (Las Alpujarras, South Spain). J. Hydrol.161, 3–30, https://doi.org/10.1016/0022-1694(94)90119-8.
Clark, I. and Fritz, P., 1997- Environmental Isotopes in Hydrogeology. Lewis Publishers, NewYork (328 pp.).
Deike, R. G., 1990- Dolomite dissolution rates and possible Holocene dedolomitization of water-bearing units in the Edwards aquifer, South-Central Texas. J. Hydrol. 112,335–373, https://doi.org/10.1016/0022-1694(90)90023-Q.
Fontes, J. C., 1976- Isotopes du milieu et cycle des eauxnaturelles: quelques aspects. Ph.D. Thesis, University of Paris VI, 208 p.
Gat, J. R. and Airey, P. L., 2006- Stable water isotopes in the atmosphere/biosphere/lithosphere interface: scaling-up from the local to continental scale, under humid and dry conditions. Global Planet.Chang. 51, 25–33, https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2005.12.004.
Gat, J. R., 1996- Oxygen and hydrogen stable isotopes in the hydrological cycle. Annu.Rev.Earth Planet. Sci. 24, 225–262, http://dx.doi.org/10.1146/annurev.earth.24.1.225.
Herczeg, A. L., Leaney, F. W. J., Stadler, M. F., Allan, G. L. and Fifield, L. K., 1997- Chemical and isotopic indicators of point-source recharge to a karst aquifer, South Australia. J. Hydrol.192, 271–299, https://doi.org/10.1016/S0022-1694(96)03100-9.
Iwatsuki, T. and Yoshida, H., 1999- Groundwater chemistry and fracture mineralogy in the basement granitic rock in the Tono uranium mine area, Gifu Prefecture, Japan Groundwater composition, Eh evolution analysis by fracture filling minerals. Geochemical Journal 33, 19–32, https://doi.org/10.2343/geochemj.33.19.
Kanduč, T., Mori, N., Kocman, D., Stibilj, V. and Grassa, F., 2012- Hydrogeochemistry of Alpine springs from North Slovenia: insights from stable isotopes. Chem. Geol. 300–301,40–54, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2012.01.012.
Kohfahl, C., Sprenger, C., Benavente, J. B. H., Meyer, H., FernándezChacón, F. and Pekdeger, A., 2008- Recharge sources and hydrogeochemical evolution of groundwater in semiarid and karstic environments: a field study in the Granada Basin (Southern Spain). Appl. Geochem. 23, 846–862, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2007.09.009.
Ladouche, B., Luc, A. and Dörfliger, N., 2009- Chemical and isotopic investigation of rainwater in Southern France (1996–2002): Potential use as input signal for karst functioning investigation. J. Hydrol. 367, 150–164, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.01.012.
Liotta, M., Grassa, F., D'Alessandro, W., Favara, R., Gagliano Candela, E., Pisciotta, A. and Scaletta, C., 2013- Isotopic composition of precipitation and groundwater in Sicily, Italy. Appl. Geochem. 34, 199–206, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2013.03.012.
Ma, R., Wang, Y., Sun, Z., Zheng, C., Ma, T. and Prommer, H., 2011- Geochemical evolution of groundwater in carbonate aquifers in Taiyuan, Northern China. Appl. Geochem. 26(5), 884–897, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2011.02.008.
Mazor, E., 1991- Applied Chemical and Isotopic Groundwater Hydrology. Halsted Press, New York (274 pp.).
Moral, F., Cruz-Sanjulián, J. J. and Olias, M., 2008- Geochemical evolution of groundwater in the carbonate aquifers of Sierra de Segura (Betic Cordillera, southern Spain). J. Hydrol.360, 281–296, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2008.07.012.
Paternoster, M., Liotta, M. and Favara, R., 2008- Stable isotope ratios in meteoric recharge and groundwater at Mt. Vulture volcano, southern Italy. J. Hydrol. 348, 87–97, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.09.038.
Pu, T., He, Y., Zhang, T., Wu, J., Zhu, G. and Chang, L., 2013- Isotopic and geochemical evolution of ground and river waters in a karst dominated geological setting: a case study from Lijiang basin, South-Asia monsoon region. Appl. Geochem. 33, 199–212, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2013.02.013.
Rogers, R. J., 1989- Geochemical comparison of groundwater in areas of New England, New York and Pennsylvania, Groundwater, Vol.27, pp. 690-712, https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1989.tb00483.x.
Sami, K., 1992- Recharge mechanisms and geochemical processes in a semi-arid sedimentary basin, Eastern Cape, South Africa, Journal of Hydrology, Vol. 139, pp. 27-48, https://doi.org/10.1016/0022-1694(92)90193-Y.
Saunders, J. A. and Toran, L. E., 1994- Evidence for dedolomitization and mixing in Paleozoic carbonates near Oak Ridge, Tennessee. Ground Water 32 (2), 207–214, https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1994.tb00635.x.
Vallejos, A., Diaz-Puga, M. A., Sola, F., Daniele, L., Pulido-Bosch., 2015- Using ion and isotope characterization to delimitate a hydrogeological macrosystem, Sierra de Gador (SE, Spain). Journal of Geochemical Exploration, GEXPLO-05544, 12p, https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2015.03.006.
Wayland, K. G., Long, D. T., Hyndman, D. W., Pijanowski, B. C., Woodhdams, S. M. and Haack, Sh. K., 2003- Identifying relationships between  base flow geochemistry and land use with synoptic sampling and R-Mode factor analysis, Journal of  Environmental Quality, Vol. 32, pp.180-190, 10.2134/jeq2003.0180.
Wu, P., Tang, C., Zhu, L., Lui, C., Cha, X. and Tao, X., 2009- Hydrogeochemical characteristics of surface water and groundwater in the karst basin, southwest China. Hydrol. Process. 23, 2012–2022, https://doi.org/10.1002/hyp.7332.