نوع مقاله : پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی مقطع دکتری ژئومورفولوژی دانشگاه تهران، تهران، ایران.
2 استاد ژئومورفولوژی دانشگاه تهران
3 دانشیار ژئومورفولوژی دانشگاه تهران، تهران، ایران.
4 استاد ژئومورفولوژی دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
توده ی کارستی شاهو واقع در زاگرس مرتفع، دارای اشکال کارستی در مقیاس های مختلف است. بررسی و تحلیل لندفرم های کارستی در ارتباط با ویژگی های هیدروژئولوژیکی آبخوان ها اطلاعات جامعی را در زمینه ی مدیریت این مناطق ارائه میدهد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از روش منحنی های بسته دولین های منطقه ی مورد مطالعه شناسایی شد. در ادامه ی ویژگی های مورفومتریک از جمله مساحت، عمق، شیب، محور کوچک و بزرگ دولین و شاخص های نسبت کشیدگی، نسبت D/H و شاخص سینوسیته برای هریک از دولین ها محاسبه شد. ویژگی های هیدرودینامیکی و عوامل مؤثر در آبخوان های روانسر و هولی با استفاده از توابع همبستگی خودکار و چگالی طیفی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که بیش از 90 درصد دولین های منطقه را دولین های کشیده دربر میگیرد که دارای منشأ انحلالی هستند. تعدد دولین های کشیده، تراکم نسبتاً بالا و منشأ انحلالی این اشکال در منـطقه ی مورد مطالعه نشاندهنده ی توسعه یافته بودن ژئومورفولوژی کارست شاهو است. ارزیابی ویژگی های هیدرودینامیکی آبخوان های مورد مطالعه نشان داد که سیستم کارستی در این آبخوان ها توسعه یافته است به گونه ای که دارای رفتار هیدرودینامیکی چندگانه و اینرسی کم میباشند؛ و همچنین معادله ی منحنی هیدروگراف در آبخوان های مورد مطالعه چندگانگی رفتار سیستم کارستی را نشان داده و نتایج حاصل از بررسی ژئومورفولوژی کارست و توابع سری زمانی را تأیید میکند. در نهایت میتوان گفت که توسعه ی ژئومورفولوژی کارست سطحی و وجود دولین ها، عامل اصلی رفـتار هیدرودیـنامیکی چـندگانه در آبخوان های روانسر و هولی است.
تازه های تحقیق
-
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
The Evaluation of the Development of Karstic Aquifers in Relation to the Geomorphology of Dolines and Hydrodynamic Characteristic (Case Study: Shahu Karstic Terrain)
نویسندگان [English]
- Abdolkarim Veysi 1
- ebrahim moghimi 2
- Mehran Maghsoudi 3
- Mojtaba Yamani 4
- Sayed Musa Hosseini 3
1 - Phd student of geomorphology Factualy of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Professor. Factualy of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran, (Correspondin Author),
3 - Associate Professor, Factualy of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran
4 Professor, Factualy of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده [English]
Yamani[1], Sayed Musa Hosseini[2]
Introduction
Shahu karstic aquifers are the main sources of drinking and agricultural water in Paveh, Javanrood and Ravansar cities. Therefore, according to the important role of karst aquifers in supplying water to local communities in Kermanshah Province, recognizing their hydrodynamic characteristics for qualitative and quantitative management plays an important role in water policy planning in the province. The aim of this study was to identify and analyze the characteristics of karstic Dolines in the Shahu area and its relationship to the hydrodynamic characteristics of the water resources of the region. The identification of the sinkholes and their dispersion along with the morphometric analysis of these forms in the study area can be used in discussions on morphological characteristics and environmental hazards assessment and provide usable data for environmental planning.
Methodology
The purpose of this study was to evaluate the hydrogeological characteristics of Kavat and Holi springs in connection with the development of Karst geomorphology, which is based on library, field, and applied research. To this end, CCL, elongation index, sinusoidal index, D/H ratio, the analysis of the nearest neighbor in order to
analyze the Dolin characteristics of the region and time series analysis methods were used. In addition, automatic correlation and spectral density were used in order to study the hydrodynamic characteristics of aquifers in the study area. The data on discharge and precipitation of hydrometric stations and rain stations of the Ministry of Energy were also used during the period of 2003-2014. The sinkholes identified in the Karst Shahu area were derived from 10-meter digital elevation model. Extensive field activities were carried out to check identified forms. A descriptive table including location, geology and morphometric characteristics for each doline were calculated. The doline morphometric characteristics were recorded. Then the data were analyzed by statistical methods in SPSS software. In this study, parameters including density, area, diameter, depth, slope and distance from faults were analyzed. The analysis of the hydrograph subsidence curve was used to evaluate the type of flow system in the karstic aquifers of the study. Finally, to evaluate the results obtained from the time series analysis, the results of the hydrograph curve analysis and karst geomorphological features in Shahu area were considered and the hydrodynamic features in the study aquifer was determined.
Result
According to CCL method, 104 dolins were identified in the shahu area. These dolines covered 11km2. The majority of the dolines were located in the central and northwestern parts of the study area. The mean depth of dolines in Shahu was 15m. The morphometry of the hollows generally tended to be elliptical or stretched. In the Shahu area, elliptical dolines were predominant forms. This indicated the significant role of rock mass in the evolution of the dolines. Semi-circular hollows were the lowest type of hollows in the study area. These types of dolines represented the initial forms of the dolines and were in a young stage. The number of dolines associated with distance from fault showed that the farthest doline was located in 3400 km, while more than 60 percent of Dolines were located within 0 to 500 m of faults in the region. Dolin density was related to the area of Karsts and the number of dolin in the study area. Dolin density in the study
area reached over 1.5 per km2. The results of the analysis of the nearest neighbor showed that the mean of the nearest neighbor for Dolines in the study area was 0.86, which indicated the cluster distribution of Dolin. The cluster distribution of the Dolines indicated the evolution of the karstic system of the Shahu area. Correlogram of Kavat Spring had three distinct sections. In the first section, there was a quick drop in flow and within 10 days. This represented a quick flow in the karstic conduit. In the second part, the fluctuation was in the upper range of 2%. It is indicative of a semi-fast current in large fractures. In the third section, the fluctuation was mainly in the range between -2 and 2 and had a roughly uniform shape indicating a basic flow and a low inertia and low dynamic reserve in the aquifer. The Holy Spring Correlogram also showed almost the same situation and consisted of three distinct sections. Consequently, the aquifers showed the behavior of a developed karst. The spectral density function of both studied fountains provided a broad spectral band at frequencies below 17% and less than 15%. Ravansar spring at frequencies above 17% had a good filtering effect. And this value for a holly spring was higher than 15%. Indeed, distinct peaks at different frequencies over a period of time led to the identification of periodic events and, thus, to the recognition of the characteristics of the karstic system. The spectral density function indicated low inertia of studied aquifers, poor filtering, rapid flow and expansion of karstic channel networks in this aquifer.
Discussion and conclusion
The comparative evaluation of the karst geomorphology in relation to the hydrodynamic properties of aquifers in the study area suggested the development of the karst system in Shahu area. The results showed that relatively large parts of the shahu karst area were covered with dolines. The Dolin morphmetery features helped to recognize Dolines origin. More than 90 % of the Dolin area was elliptical doline which had a dissolution origin. The high dolin density in this region indicated the development of karst system. Differences in the Dolin morphometric characteristics indicated that the Dolin type was different from the origin of formation, the conditions and the time of formation. The analysis of the hydrodynamic characteristics of the Kavat and Holi springs also indicated the development of Shah's karstic system. The analysis of the hydrograph of the studied springs suggested a high degree of karstfication and the presence of a quick flow and the presence of karst coundit in Shahu area. The automatic correlation function of the springs confirmed the multiplicity of the behavior of the karstic system, the rapid response to precipitation, and the small volume of dynamic reservoir of aquifers. Accordingly, the existence of the developed karst forms, the multiplicity of elliptical dolin, their high density, the presence of joints, the abundant fracture in karstic masses, the presence of large karst conduit in the Shahu area indicated the development of the karst system and was confirmed by hydrodynamic surveys.
[1]- Professor, Factualy of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran.
[2]- Associate Professor, Factualy of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran.
کلیدواژه‌ها [English]
- Keyword: Karst geomorphology
- Doline
- Karstic aquifer
- Shahu
مقدمه
کارست در ارتباط با یک چـشم انداز خاص است که لنـدفرم ها را در زیـر و سـطح زمین دربرمیگیرد. ایجاد یک طرح برای طبقه بندی جامع لندفرم های کارستی بسیار دشوار است، چرا که آنها به طور قابل توجهی در ویژگیهای مورفومتریک و منشأ خود متفاوت هستند (ترنتین و ربینا[1]، 2016: 57).
گلدشایر[2] (2004: 84) فروچاله ها و چشمه های کارستی را قابل اطمینان ترین شاخص جهت وجود آبخوان های کارستی میداند. یکی از راه های مطالعه لندفرم های کارستی بررسی لندفرم های منفرد از قبیل کارن، دولین، پولیه، تپه شاهدها و دره ها است (فورد و ویلیامز[3]، 2007: 420). سیویجیچ[4] (1983: 25) اصطلاح آبخوان کارستی دربرگیرنده نواحی کارستی در سنگ های کربناته است که توسعه کم یا زیاد کارست را به ترتیب در آبخوان، جریان افشان یا جریان مجرایی ایجاد میکند (آتکینسون[5]، 1997: 98). جریان آب زیرزمینی در آبخوان های کارستی متفاوت از جریان آب در محیط های متخلخل است (لاروسکوئه و همکاران[6]، 1998: 216). علاوه بر این بسته به میزان توسعه ی کارست و نوع جریان میـزان ناهـمگنی در هـدایت هـیدرولیکی آبخوان های کارستی متفاوت است (مانجین[7]، 1984: 30) ملاحظات هیدرودینامیکی، هیدروشیمیایی و ویژگی های ایزوتوپی در خروجی سیستم های کارستی، وابسته به شرایط جریان غالبی است که بر آبخوان حاکم است. در حقیقت شناخت تنوع فضایی - زمانی دبی چشمه در سیستم های کارستی، منجر به شناخت فرایندهای هیدرولوژیکی ساختار آبخوان نسبت به آلاینده ها میشود. آنالیز سری های زمانی با استفاده از روش تک متغیره، مشخص کننده ی ساختار ویژه و منحصربفرد هیدروگراف است (گلدشایر و درئو[8]، 2004: 93).
اهمیت تحلیل های مورفومتری در کارست در دهه های گذشته به ویژه در کارهای ویلیامز[9] (1971، 1972) و دریک و فورد[10] (1972) به خوبی مشخص شده است. دولین ها نخستین اشکال کارستی بودند که موضوع تحلیل مورفومتریک قرار گرفتند (سائورو[11]، 111:2005). بسته به منشأ ایجاد فروچاله ها، محدوده و نوع ویژگیهای مورفومتریک آنها خیلی متفاوت است. بنابراین شناسایی نوع فروچاله ها در هر تحلیلی دارای اهمیت اساسی است. پارامترهای مورفومتریک زیادی بسته به منشأ متفاوت دولین ها (باسو و همکاران[12]، 2013: 2551) در مطالعات علمی کارست منتشر شده است، پارامترهایی که بیشترین اهمیت را برای تشریح فروچاله های کارستی در منطقه ی شاهو داشته اند انتخاب شدند (جدول1) و ارتباط این متغیرها با یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات بسیاری در ایران انجام گرفته است از جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد: بررسی های کمی مربوط به دولین های منطقه تخت سلیمان (رضایی مقدم و همکار، 1388: 113)، تحلیل مورفوتکتونیک فروچالههای کارستی منطقه ی پراو (جعفربیگلو و همکاران، 1390: 1)، بررسی عوامل مؤثر در تشکیل فروچاله های کارستی در منطقه ی گازورخانی (ثروتی و همکاران، 1393: 181)، روشهای تحقیق در هیدروژئولوژی کارست (قدیمی و همکاران،205:1394)، تأثیر هیدروژئومورفولوژی آبخوان دشت نورآباد ممسنی بر آب زیرزمینی منطقه (نگارش و همکاران، 1395: 55). مانجین[13] (1984) برای نخستین بار سری های زمانی را برای آنالیز عملکرد آبخوان های کارستی به کار گرفت. در سال های بعد محققان بسیاری از روش تحلیل سری زمانی برای ارزیابی عملکرد آبخوان های کارستی استفاده کردند (آنجلینی[14]، 1997؛ کوواچیچ[15]، 2009؛ لی و همکاران[16]، 2002؛ پادیلا و پولیدابوش[17]، 1995؛ رهنمایی و همکاران، 2005). فروچاله های کارستی در منطقه ی شاهو نقش بسیار مهمی در سیستم هیدرولوژیکی این منطقه دارند و تغذیه ی متمرکز از طریق آنها صورت میگیرد آبخوان های کارستی شاهو منبع اصلی تأمین آب شرب و کشاورزی شهرهای پاوه، جوانرود و روانسر میباشند. از این رو با توجه به نقش مهم آبخوان های کارستی در تأمین آب جوامع محلی در استان کرمانشاه، شناخت ویژگی های هیدرودینامیکی آنها برای مدیریت بهینه از نظر کمی و کیفی، نقش مهمی را در زمینه ی سیاستگذاری منابع آب استان دارد. در این مطالعه ما به شناسایی فروچاله ها و تعیین حدود آنها در سطوح کارستی شاهو با استفاده از روش CCL[18] پرداخته ایم. پیچیدگی هر چشمانداز کارستی از جمله منحصربفردبودن و نداشتن یک الگوی زهکشی سطحی واحد، انجام تحلیل های مورفومتری این اشکال را با مشکل روبرو میکند. با این حال تحلیل های مورفومتریک لندفرم های کارستی ممکن است نتایجی را در پی داشته باشد که به طور مشخصی برای شناسایی روابط بین فاکتورهای مختلفی که به طور غیرمستقیم بر این اشکال تأثیر میگذارند، مفید است و همچنین مقایسه مقادیر پارامترهای اندازه گیری شده نتایج غیرقابل انتظاری را به دست دهد و منجر به ایجاد نظریات جدید شود. شناسایی فروچاله ها و نحوه پراکندگی آنها به همراه تجزیه و تحلیل مورفومتری این اشکال در منطقه ی مورد مطالعه میتواند در مباحث مربوط به چگونگی شکل گیری، ویژگیهای مورفولوژیکی و ارزیابی مخاطرات محیطی مورد استفاده قرار گیرد و داده های قابل استفادهای برای برنامه ریزی های محیطی فراهم سازد.
ـ منطقه ی مورد مطالعه
منطقه ی کارستی شاهو در زاگرس رورانده واقع شده است. بخش عمده ی این منطقه شامل یک توده کوهستانی آهکی با ضخامت زیاد است. اسکلت اصلی ناهمواری شاهو متشکل از آهک های ضخیم بیستون است که سن آهک های آن به کرتاسه برمیگردد و با روند شمالغربی ـ جنوبشرقی در فاصله ی میان استان های کردستان و کرمانشاه قرار گرفته است (شکل1). آهک های ضخیم بیستون با ضخامت تقریبی 3000 متر رسوبات به شدت چین خوردهای هستند که تکوین آن از تریاس بالایی تا کرتاسه میانی- پایانی به طول انجامیده است (آگارد و همکاران[19]، 2005: 402).
شکل (1) موقعیت منطقه ی مورد مطالعه
شهرهای پاوه، جوانرود و روانسر در دامنه جنوبی این ناهمواری قرار گرفته اند. محدود مورد مطالعه بین عرضهای ̋47 ´42 º34 تا ̋ 5 ´7 ̊35 و طول شرقی ̋ 29 ´23 º46 تا ̋ 50 ´40 º46 قرار گرفته اند.
مواد و روش ها
پژوهش حاضر مبتنی بر روش های کتابخانه ای، میدانی است و از نوع تحقیقات توسعه ای- کاربردی میباشد. از روشهای CCL، شاخص های کشیدگی، شاخص سینوسیته، نسبت D/H، تحلیل نزدیکترین همسایه به منظور تجزیه و تحلیل ویژگی های دولین های منطقه و روش های تحلیل سری های زمانی: همبستگی خودکار و چگالی طیفی در راستای بررسی ویژگی های هیدرودینامیکی آبخوان های منطقه ی مورد مطالعه است. در این پژوهش از داده های دبی و بارش ایستگاه های هیدرومتری و بارانسنجی وزارت نیرو در بازهی زمانی 1395-1384 استفاده شده است. از آنجایی که تحول لندفرم های کارستی عمدتاً به وسیله فراینـد انحلال که در سطح و زیرزمین عمل مـیکند صورت می پذیرد (میلروی[20]، 1995). در سال های اخیر تکنیک های GIS برای تحلیل مورفومتری محیط های کارستی به کار گرفته شده اند (دنیزمن[21]، 2003: 29). فروچاله های شناسایی شده در منطقه ی کارستی شاهو با استفاده از این روش از تحلیل مدل رقومی ارتفاعی 10 متر به دست آمده است. فعالیت های میدانی گسترده به منظور چک کردن اشکال شناسایی شده صورت گرفته است. یک جدول توصیفی شامل موقعیت، زمین شناسی و ویژگی های مورفومتری برای هر فروچاله محاسبه شد (جدول1). برای مطالعه ی فروچاله ها از شاخص کشیدگی استفاده شده است که نسبت بین قطر بزرگ و قطر کوچک دولین است. هـنگامی که این شاخص برابر یا نزیک به 1 است شکل دولین مدور است، افزایش مقدار این شاخص منجر به ایجاد اشکال نیمه بیضوی و بیضوی (1.65>R>1.21) و اشکال کشیده (1.8<R) میشود. همچنین با استفاده از روش CCL و از طریق منحنی های میزان دولین های منطقه ی مورد مطالعه شناسایی شد.
دورترین (خارجی ترین) منحنی بسته به عنوان مرز یک لندفرم مجزا مورد استفاده قرار گـرفت. از این رو یـک لندفرم خاص بـه وسیله ی مجموعه ای از منحنی های بـسته فروچاله در دورترین CCL نشان داده میشود. پس از آن نوع لندفرم منفرد با مطالعه CCL بیرونی و تغییرات ارتفاعی بین این دو تعیین شد. هر دسته CCL با یک گره خاص به یک گراف مدور تبدیل شد که نشاندهنده ی یک CCL خاص است. خارجی ترین CCL به وسیله یک گره اصلی نشان داده میشود. یک گره برگی برای نشان دادن CCL درونی استفاده شده است که هیچ CCL دیگری را در برنمیگیرد اما خود حداقل به وسیله یک CCL محدود شده است. اگر یک CCL حداقل دو CCL دیگر را با ارتفاع یکسان دربرگیرد، به عنوان یک شاخه از گراف مدور تعریف شده است. همه CCLهای دیگر در خارجی ترین CCL به وسیله گره های میانی نشان داده است (لیانگ و همکاران[22]،1073:2014). با توجه به این موضوع لندفرم های منفرد میتوانند با استفاده از سناریوی فوق تشریح گردند. در گام بعدی ویژگی های مورفومتریک دولین ها در قالب یک پایـگاه داده برداشت شد (جدول1). در ادامه داده های به دست آمده به وسیله روش های آماری در نرم افزار Minitab مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. همچنین از ویژگی هایی مانند: تراکم، مساحت، قطر، عمق، شیب و فاصله از گسل دولین ها اندازه گیری شده، سپس با استفاده از نرم افزار Minitab روی داده های به دست آمده تحلیل های آماری انجام گرفته است. همچنین از تحلیل نزدیکترین همسایه برای بررسی الگوی توزیع دولین های منطقه ی مورد مطالعه استفاده شد.از آنالیز منحنی فروکش هیدروگراف برای ارزیابی نوع سیستم جریان در آبخوان های کارستی مورد مطالعه استفاده شده است. در نهایت، با ارزیابی نتایج به دستآمده از تحلیل سری های زمانی، نتایج حاصل از آنالیز منحنی فروکش هیدروگراف و نیز مدنظر قراردادن ویژگی های ژئومورفولوژی کارست در منطقه شاهو، رفتار هیدرودینامکی در آبخوان های مورد مطالعه مشخص شد. در این میان برای تحلیل سری های زمانی از نرم افزار Minitab16استفاده شد.
جدول(1) ویژگیهای مورفومتریک برخی از دولین های شناسایی شد در منطقه ی شاهو
|
ردیف |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
نوع |
بیضی |
کشیده |
کشیده |
بیضی |
کشیده |
کشیده |
کشیده |
کشیده |
|
قطر بزرگ (سانتی متر) |
431 |
1032 |
213 |
428 |
672 |
618 |
201 |
295 |
|
قطر کوچک (سانتی متر) |
333 |
426 |
108 |
325 |
179 |
293 |
100 |
109 |
|
مساحت (کیلومتر مربع) |
06/0 |
36/0 |
02/0 |
11/0 |
09/0 |
13/0 |
01/0 |
02/0 |
|
عمق (متر) |
6 |
34 |
4 |
2 |
14 |
15 |
4 |
4 |
|
میانگین شیب (متر) |
8/6 |
20 |
9 |
9/10 |
8/7 |
8/14 |
2/10 |
2/9 |
|
شاخص کشیدگی |
29/1 |
42/2 |
97/1 |
32/1 |
75/3 |
11/2 |
01/2 |
71/2 |
|
شاخص D/H |
6/4 |
14 |
2 |
5/1 |
7/3 |
1/7 |
2 |
5/1 |
|
شاخص سینوسیته |
13/0 |
72/0 |
03/0 |
22/0 |
19/0 |
25/0 |
03/0 |
04/0 |
|
فاصله از گسل (متر) |
318 |
216 |
180 |
521 |
108 |
663 |
287 |
646 |
یافته های پژوهش
ـ مورفومتری دولین های کارستی
بر مبنای روش CCL در منطقه ی مورد مطالعه 104 دولین شناسایی شد (شکل3). این دولین ها مساحتی در حدود 11 کیلومتر مربع را در برمیگیرند. فروچاله های محدوده مورد مطالعه عمدتاً در قسمت مرکزی و شمال غربی منطقه ی مورد مطالعه تشکیل شدهاند (شکل3). به لحاظ ویژگی های مورفومتری، تفاوت های زیادی را نشان میدهند، به طوری که بزرگترین فروچاله منطقه، در بخش مرکزی منطقه با مساحتی برابر با 41/1 کیلومتر مربع و کوچکترین آنها در بخش شمال غربی منطقه مساحتی در حدود 1535مترمربع را دارا میباشد. دامنه ی تغییر در مساحت این دولین ها زیاد (R= 0.49) است و واریانس آنها نیز رقمی بیش از 4/0 را نشان میدهد که در خور توجه است. اکثریت فروچاله های بررسی شده در منطقه ی شاهو دارای عمق میانگین 15 متر است. مورفومتری فروچاله ها عموما تمایل به اشکال بیضوی یا کشیده دارند.
شکل (2) موقعیت فروچاله های شناسایی شده در توده ی کارستی شاهو
فروچاله های بیضوی شکل عمدتاً بزرگ هستند و فروچاله های تکاملیافته را تشکیل میدهند. علاوهبر این فروچاله های خوشه ای منطقه شاهو عمدتاً دارای یک رشد ترجیحی در جهت شکست های تکتونیکی است که گمان میرود با فروریزش و فروافتادن قطعات سنگی از حاشیه این اشکال که باعث شده است که این اشکال دارای شکل بیضوی و کشیده شوند. بیشترین فراوانی مساحت دولینها در محدوده ی 2000-1000 مترمربع است. که در مقایسه با برخی از مطالعات صوت گرفته از جمله (برونو و همکاران[23]، 2008: 198) در جنوب غربی ایتالیا بزرگتر میباشند.
شکل (3) ارتباط بین دو قطر فروچاله های منطقه ی مورد مطالعه را نشان می دهد. ضریب تعیین برابر با 79/. است و بیانگر این است که همبستگی غیرخطی بین دو محور فروچاله ها وجود دارد. چندین دلیل برای توضیح این وضعیت میتوان متصور شد. نخست وجود عناصر تکتونیکی تأثیرگذار میتواند باعث ایجاد آنومالی در نسبت قطر بزرگ به قطر کوچک شود. ثانیاً فروریزش قطعات سنگی و بخش های از حاشیه فروچاله ها میتواند باعث تغییر این نسبت شود. با توجه به شکل (4) فروچاله ها، در منطقه ی شاهو فروچاله های بیضوی اشکال غالب هستند. این نشاندهنده ی نقش قابل توجه توده سنگ در تکامل فروچاله ها است. فروچاله های نیمه مدور کمترین نوع فروچاله ها در منطقه ی مورد مطالعه هستند. این نوع از فروچاله ها بیانگر اشکال اولیه فروچاله ها هستند و در مرحله ی جوانی قرار دارند.
شکل (3) ارتباط بین محور کوچک و بزرگ فروچاله ها
شکل (4) نمودار اشکال فروچاله ها در منطقه ی شاهو
بسیاری از محققان بر نقش ساختارهای تکتونیکی در توزیع و تحول اشکال دولین در مناطق مختلف کارستی تأکید داشته اند و نتایج تحقیقات آنها بر تأثیرپذیری دولین ها از ویژگی های تکتونیکی منطقه دلالت دارد (دنیزمن، 2003، فلورا[24]، 2005) تعداد فروچاله ها در ارتباط با فاصله از گسل ها نشان میدهد که دورترین فروچاله از گسل در فاصله ی 3400 متری قرار گرفته است.این در حالی است که بیش از 60 درصد دولین ها در فاصله ی 0 تا 500 متری از گسل های منطقه قرار گرفته اند. به منظور بررسی دقیق تر ارتباط بین درز و شکاف ها با فروچاله ها در منطقه مورد مطالعه یک تحلیل سه مرحله ای انـجام گرفـته است: 1) انـدازه گیری درز و شـکاف های منطقه ی مورد مطالعه، 2) اندازه گیری آزیموت محور طویل فروچاله و 3) مقایسه ی این دو مجموعه با استفاده از نمودار رزدیاگرام آنها. تحلیل توزیع فروچاله ها در منطقه ی شاهو نشان میدهد که آنها دو جهت اصلی را دنبال میکنند (شکل5). نخست جهت شمال غربی-جنوب شرقی است و در وهله ی دوم جهت شمال شرقی-جنوب غربی را دنبال میکنند. توزیع شکستگی های منطقه ی مورد مطالعه نیز همین دو جهت اصلی را نشان میدهد (شکل6). این حقیقت منعکس کننده ی ارتباط قوی بین درز و شکاف ها و محور طولی فروچاله ها است.
شکل(5) رزدیاگرام دولین های منطقه ی مورد مطالعه
شکل (6) رزدیاگرام گسل های منطقه ی مورد مطالعه
امروزه مشخص شده است که لندفرم های کارستی از هر دو نوع اپیژن و هیپوژن هستند که کم و بیش به وسیله ساختارهای زمین شناسی کنترل میشوند (پاریسه[25]، 2014: 395). به منظور تعیین تاریخچه نسبی عناصر اپیژن یک پارامتر شکل برای بخشی از اشکال تعریف شده است که نسبت بین میانگین قطر و عمق دولین ها است (شکل7). بزرگترین آنها قدیمی ترین آنها است. این پارامتر تمایز قابل توجهی در مورفولوژی و اندازه دولین ها در ساختارهای با مورفواستراکچر متفاوت فراهم میآورد. در منطقه شاهو که به لحاظ زمین شناختی یک توده ی آهکی تقریباً یکسان است و عمدتاً از سنگ آهک بیستون تشکیل شده است تنوع مورفولوژیکی دولین ها میتواند به میزان تحول اشکال دولین برگردد. دولین های دارای کف مسطح نسبت به دیگر اشکال دولین زمان زیادتری را در معرض فرایندهای محیطی بوده اند و به تکامل رسیدهاند. کمترین تعداد دولین ها مربوط به دولین های استوانه ای و ریزشی هستند که مکان های تجمع برف و یخ نیز محسوب میشوند.
شکل (7) رابطه بین مساحت و عمق دولین ها
از آنجایی که دولین ها در اثر تجزیه و فرسایش سنگ های کربناته به وجود میآیند، از اینرو هرچه سطح چالههای انحلال یافته بیشتر باشد، بیانگر شدت فرسایش و مهیا بودن شرایط برای فرایند انحلال میباشد. بزرگترین دولین منطقه از نظر وسعت، در قسمت شمالی کوهستان شاهو قرار گرفته است که دارای شکل کشیده بوده و مساحتی در حدود 41/1 کیلومترمربع را دربرمیگیرد. کوچکترین آنها در قسمت شمال غربی منطقه قرار گرفته است و دارای مساحتی در حدود 1535 مترمربع است. دامنه ی تغییرات مساحت دولین ها بسیار زیاد مـیباشد. بیشترین انـحراف استانـدارد در بین پارامترهای بررسی شده مربوط به مساحت بوده که این مسئله به اختلاف بسیار زیاد آنها از لحاظ مساحت اشاره میکند (جدول1). این مسئله میتواند با تفاوت سنی دولین ها در ارتباط باشد. دولین های کم وسعت جوان بوده و مدت زیادی از سن آنها نمیگذرد.
این دولین ها هنوز مراحل رشد و تحول را سپری نکرده اند. مساحت دولین رابطه ی نزدیکی با جمع آوری و انتقال آب به عمق زمین دارد. بزرگترین دولین منطقه مساحت زیادی دارد و میتواند بیشتر از یک دولین کوچک، قله یک کوه و یا یک زمین مسطح حاصل از بارش را در خود جمع آوری کرده و با تمرکز و نفوذ آنها به عمق زمین به افزایش سطح آبهای زیرزمینی کمک کند. نسبت مساحت به عمق نشان میدهد که عمیق شدن فروچاله ها در پایه ی آنها با گسترش حاشیه آنها (محیط) و متعاقباً افزایش مساحت آن همراه است که منشأ فروچاله را به ما نشان میدهد. ازاین رو نسبت مساحت به عمق بازتابکننده ی منشأ فروچاله ها است به شرح زیر است. در مقایسه با فروچاله های انحلالی عمیق شدن فروچاله های ریزشی ارتباط مستقیمی با افزایش پهنای آن ندارد. برخی نویسندگان دریافتند که مورفومتری دولین های ریزشی بوسیله اشکال استوانه ای شکل و دیواره های پرشیب مشخص میشود (کارامانا و همکاران[26]، 145:2008). از این رو در دولین های ریزشی عمق آن نمیتواند به عنوان تابعی از مساحت در نظر گرفته شود. نتایج یک ارتباط نسبتاً قوی را بین این دو پارامتر نشان میدهد که حاکی از منشأ انحلالی بودن فروچاله های منطقه ی مورد مطالعه است (شکل8).
شکل (8) ارتباط بین مساحت و عمق دولین ها در منطقه ی مورد مطالعه
شکل (9) نمونه ای از دولین های کارستی در منطقه ی پیاز دول
ـ ویژگی های هیدرودینامیکی آبخوان ها
توده ی کارستی شاهو از جمله پهنه های کارستی فاقد پوشش خاک است و این بیانگر خودزا بودن تغذیه در آبخوان های این منطقه است. از این رو می توان انتظار داشت که80 درصد بارش در این مناطق نفوذ کند (گلدشایر و درئو، 2004). در منطقه ی مورد مطالعه ی تغذیه به دو صورت متمرکز (از طریق فروچاله ها) و منتشر (از طریق درز و شکاف ها و کارن ها) صورت میگیرد. ویژگیهای هیدرولوژیکی چشمه ها در دوره ی آماری 1386-1387و 1385-1386 نشان میدهد که حدأکثر دبی چشمه های روانسر و هولی در اردیبهشت ماه و حدأقل دبی آنها در شهریور ماه اتفاق میافتد. ضریب تغییرات دبی در چشمه روانسر 28/3 و در چشمه ی هولی برابر با 4 است. نتایج آنالیز منحنی فروکش هیدرگراف چشمه های مورد مطالعه نشان میدهد که هر دو چشمه دارای دو زیررژیم خطی و یک زیررژیم آشفته بوده و میزان توسعه کارست آنها 5/5 میباشد. این معادله بیانگر تخلیه ی جریان سریع از آشفته از طریق مجراهای کارستی و جریان پایه از طریق در و شکاف و ماتریکس است.
ـ همبستگی خودکار
توزیع فضایی و زمانی بارش و نسبت بین نفوذ متمرکز و منتشر بر شکل هیدروگراف و در نهایت در کرولوگرام تأثیر چشمگیری دارد. در نتیجه شکل کرولوگرام به میزان توسعه ی سیستم کارستی مرتبط است (ایسنلور و همکاران[27]، 1997) کرولوگرام چشمه ی روانسر دارای سه بخش مجزا است. در بخش اول آن شاهد کاهش جریان به سرعت و در عرض 10 روز میباشیم که این امر معرف جریان سریع در مجراهای کارستی این آبخوان است. در بخش دوم نوسان در محدوده ی بالای 2/. است و حاکی از جریان نیمه سریع در شکستگی های بزرگ است. بخش سوم نیز نوسان عمدتاً در محدوده ی بین 2 و 2- است و دارای شکل تقریباً یکنواختی است که حاکی از وجود جریان پایه در آبخوان و اینرسی پایین و ذخیرهی دینامیکی کم در آبخوان است (شکل10). کرولوگرام چشمه ی هولی نیز شرایط تقریباً مشابهی را نشان میدهد و از سه بخش مجزا و غیریکسان همانند چشمه ی روانسر تشکیل شده است. براین اساس آبخوان های مورد مطالعه رفتار آبخوان های کارستی توسعه یافته را نشان میدهند. به گونه ای که تابع همبستگی خودکار نشان میدهد این آبخوان ها دارای چندگانگی در سیستم کارستی خود هستند. این چندگانگی در سیستم کارستی بیانگر این است که فیلترینگ آبخوان روی ورودی اثر کمی دارد و در ادامه باعث واکنش سریع به بارش و تخلیه حجم زیادی از ورودی در دوره ی کوتاه مدت و کم شدن حجم ذخیره دینامیکی آبخوان ها میشود (شکل10).
شکل (10)کرولوگرام چشمه روانسر (بالا) و چشمه هولی (پایین)
ـ چگالی طیفی
آنالیز چگالی طیفی ابزاری برای نشان دادن دوره تناوب در سری های زمانی است (باکس و جنکینز[28]، 1976). این تابع با مقایسه سری زمانی دبی و بارش اثرات نگهداشت سیستم کارست را نشان میدهد(فلورا و ویچر[29]، 2006). تابع چگالی طیفی هر دو چشمه ی مورد مطالعه ارائه دهنده یک باند طیفی گسترده در فرکانس های کمتر از 17/. (چشمه ی روانسر) و کمتر از 15/. (چشمه ی هولی) بوده است. چشمه ی روانسر در فرکانس های بالاتر از 17/. به یک اثر فیلترینگ خوب میرسد و این مقدار برای چشمه ی هولی فرکانس بالاتر از 15/. است (شکل12). در واقع پیک های مجزا در فرکانس های مختلف در یک سری زمانی منجر به شناسایی رخدادهای دوره ای و در نتیجه شناخت ویژگی های سیستم کارستی میشود. تابع چگالی طیفی بیانگر اینرسی کم آبخوان های مورد مطالعه، فیلترینگ ضعیف، وجود جریان سریع و توسعه ی شبکه ی مجراهای کارستی در این آبخوان است (شکل 11).
شکل (11) تابع چگالی طیفی چشمه روانسر
شکل (12) تابع چگالی طیفی چشمه هولی
نتیجه گیری
این پژوهش به شناسایی و تحلیل مورفومتریکی دولین ها به منظور ارزیابی میزان توسعه یافتگی کارست سطحی و همچنین تجزیه و تحلیل ویژگی های هیدرودینامیکی آبخوان های روانسر و هولی در ارتباط با توسعه یافتگی ژئومورفولوژی کارست در منطقه شاهو پرداخته است. نتایج نشان میدهد که بخش های نسبتاً وسیعی از منطقه ی کارستی شاهو به وسیله ی دولین هاپوشیده شده است. ویژگی های شکلی دولین ها به شناخت منشأ دولین ها کمک میکند. بیش از 90 درصد دولین های منطقه را دولین های کشیده دربرمی گیرد که دارای منشأ انحلالی می باشند. تراکم بالای دولین در این منطقه حاکی از توسـعه یافته بـودن ایـن سیستم کارستی است. تـفاوت در ویـژگی های مورفومتریکی دولین ها بیانگر این است که نوع دولین ها از نظر منشأ شکل گیری، شرایط و زمان شکل گیری با هم تفاوت دارند. دولین های کشیده که بیشترین نوع دولین های منطقه را شامل میشوند از نوع دولین های انحلالی است. کشیده بودن دولین ها بیانگر این است که این نوع دولین ها زمان بیشتری را در معرض فرایندهای محیطی بوده اند. دولین هایی که مساحت بیشتری دارند، در زمان قدیمی تری نسبت به دولین های دیگر شکل گرفته است. دولین های کوچکتر یا سن کمتری دارند و یا عوامل فرسایشی آنچنان فعال نبوده که بتواند آنها را گسترش دهد. مساحت بالای دولین ها نقش زیادی در جمع آوری آب حاصل از بارش و نفوذ آنها به عمق زمین دارند.
تجزیه و تحلیل ویژگی های هیدرودینامیکی چشمه های روانسر و هولی نیز بیانگر توسعه یافتگی سیستم کارستی شاهو است. تحلیل فرود هیدروگراف چشمه های مورد مطالعه حاکی از درجه کارستی شدن زیاد و وجود جریان سریع و وجود مجاری کارستی در منطقه شاهو است. تابع همبستگی خودکار چشمه ها تأییدکننده ی چندگانگی رفتار سیستم کارستی، واکنش سریع به بارش و حجم کم ذخیره ی دینامیکی آبخوان است. کرولوگرام چشمه ها در زمان اولیه پرشیب بوده و در مدت 10 روز کاهش مییابد که معرف جریان سریع در مجراها است. بخش سوم کرولوگرام چشمه ها تقریبا شکل یکنواخت دارد. این امر ناشی از وجود جریان پایه در آبخوان و اینرسی پایین و ذخیره ی دینامیکی کم در آبخوان های منطقه ی مورد مطالعه است. تابع چگالی هردو چشمه یک اوج بزرگ در فرکانس 003/. را نشان میدهد که بیانگر چرخه ی تغذیه ی سالانه آبخوان ها است. این تابع در هر دو چشمه ی مورد مطالعه نشاندهنده ی باند طیفی وسیع و واریانس های قابل توجه در فرکانس های کمتر از 3/. بوده و حاکی از اینرسی کم، فیلترینگ ضعیف، غلبه جریان سریع و توسعه یافتگی شبکه ی مجراهای کارستی است، وجود فرم های توسعه یافته کارستی، تعدد دولین های کشیده، تراکم بالای آنها، وجود درزه ها و شکاف های فراوان در توده ی آهکی، وجود مجاری کارستی وسیع در منطقه شاهو نشاندهنده ی توسعه یافتگی سیستم کارستی در این منطقه است که با بررسی های هیدرودینامیکی نیز این امر مورد تأیید قرار میگیرد.
[1]- Trentin & Robaina
[2]- Goldscheider & Drew
[3]- Ford and Willams
[4]- Cvijic
[5]- Atkinson
[6]- Larocque et al.,
[7]- Mangine
[8]- Goldscheider & Drew
[9]- Williams
[10]- Drake & Ford
[11]- Sauro
[12]- Basso et al.,
[13]- Mangine
[14]- Angelini
[15]- Kovačič
[16]- Lee et al.,
[17]- Padilla & Pulida-Bosch
[18]- Closed contour lines
[19]- Agard et al.,
[20]- Mylroie
[21]- Denizman
[22]- Liang et al.,
[23]- Bruno et al
[24]- Florea
[25]- Parise
[26]- Caramanna et al.,
[27]- Eisenlohr et al.,
[28]- Box & Jenkins
[29]- Florea &Vacher
و ربینا[1]، 2016: 57).
گلدشایر[2] (2004: 84) فروچالهها و چشمههای کارستی را قابل اطمینانترین شاخص جهت وجود آبخوانهای کارستی میداند. یکی از راههای مطالعه لندفرمهای کارستی بررسی لندفرمهای منفرد از قبیل کارن، دولین، پولیه، تپهشاهدها و درهها است (فورد و ویلیامز[3]، 2007: 420). سیویجیچ[4] (1983: 25) اصطلاح آبخوان کارستی دربرگیرنده نواحی کارستی در سنگهای کربناته است که توسعه کم یا زیاد کارست را به ترتیب در آبخوان، جریان افشان یا جریان مجرایی ایجاد میکند (آتکینسون[5]، 1997: 98). جریان آب زیرزمینی در آبخوانهای کارستی متفاوت از جریان آب در محیطهای متخلخل است (لاروسکوئه و همکاران[6]، 1998: 216). علاوه بر این بسته به میزان توسعهی کارست و نوع جریان میـزان ناهـمگنی در هـدایت هـیدرولیکی آبخوانهای کارستی متفاوت است (مانجین[7]، 1984: 30) ملاحظات هیدرودینامیکی، هیدروشیمیایی و ویژگیهای ایزوتوپی در خروجی سیستمهای کارستی، وابسته به شرایط جریان غالبی است که بر آبخوان حاکم است. در حقیقت شناخت تنوع فضایی - زمانی دبی چشمه در سیستمهای کارستی، منجر به شناخت فرایندهای هیدرولوژیکی ساختار آبخوان نسبت به آلایندهها میشود. آنالیز سریهای زمانی با استفاده از روش تکمتغیره، مشخص کنندهی ساختار ویژه و منحصربفرد هیدروگراف است (گلدشایر و درئو[8]، 2004: 93).
اهمیت تحلیلهای مورفومتری در کارست در دهههای گذشته به ویژه در کارهای ویلیامز[9] (1971، 1972) و دریک و فورد[10] (1972) به خوبی مشخص شده است. دولینها نخستین اشکال کارستی بودند که موضوع تحلیل مورفومتریک قرار گرفتند (سائورو[11]، 111:2005). بسته به منشأ ایجاد فروچالهها، محدوده و نوع ویژگیهای مورفومتریک آنها خیلی متفاوت است. بنابراین شناسایی نوع فروچالهها در هر تحلیلی دارای اهمیت اساسی است. پارامترهای مورفومتریک زیادی بسته به منشأ متفاوت دولینها (باسو و همکاران[12]، 2013: 2551) در مطالعات علمی کارست منتشر شده است، پارامترهایی که بیشترین اهمیت را برای تشریح فروچالههای کارستی در منطقهی شاهو داشتهاند انتخاب شدند (جدول1) و ارتباط این متغیرها با یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات بسیاری در ایران انجام گرفته است از جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد: بررسیهای کمی مربوط به دولینهای منطقه تخت سلیمان (رضایی مقدم و همکار، 1388: 113)، تحلیل مورفوتکتونیک فروچالههای کارستی منطقهی پراو (جعفربیگلو و همکاران، 1390: 1)، بررسی عوامل مؤثر در تشکیل فروچالههای کارستی در منطقهی گازورخانی (ثروتی و همکاران، 1393: 181)، روشهای تحقیق در هیدروژئولوژی کارست (قدیمی و همکاران،205:1394)، تأثیر هیدروژئومورفولوژی آبخوان دشت نورآباد ممسنی بر آب زیرزمینی منطقه (نگارش و همکاران، 1395: 55). مانجین[13] (1984) برای نخستین بار سریهای زمانی را برای آنالیز عملکرد آبخوانهای کارستی به کار گرفت. در سالهای بعد محققان بسیاری از روش تحلیل سری زمانی برای ارزیابی عملکرد آبخوانهای کارستی استفاده کردند (آنجلینی[14]، 1997؛ کوواچیچ[15]، 2009؛ لی و همکاران[16]، 2002؛ پادیلا و پولیدابوش[17]، 1995؛ رهنمایی و همکاران، 2005). فروچالههای کارستی در منطقهی شاهو نقش بسیار مهمی در سیستم هیدرولوژیکی این منطقه دارند و تغذیهی متمرکز از طریق آنها صورت میگیرد آبخوانهای کارستی شاهو منبع اصلی تأمین آب شرب و کشاورزی شهرهای پاوه، جوانرود و روانسر میباشند. از این رو با توجه به نقش مهم آبخوانهای کارستی در تأمین آب جوامع محلی در استان کرمانشاه، شناخت ویژگیهای هیدرودینامیکی آنها برای مدیریت بهینه از نظر کمی و کیفی، نقش مهمی را در زمینهی سیاستگذاری منابع آب استان دارد. در این مطالعه ما به شناسایی فروچالهها و تعیین حدود آنها در سطوح کارستی شاهو با استفاده از روش CCL[18] پرداختهایم. پیچیدگی هر چشمانداز کارستی از جمله منحصربفردبودن و نداشتن یک الگوی زهکشی سطحی واحد، انجام تحلیلهای مورفومتری این اشکال را با مشکل روبرو میکند. با این حال تحلیلهای مورفومتریک لندفرمهای کارستی ممکن است نتایجی را در پی داشته باشد که به طور مشخصی برای شناسایی روابط بین فاکتورهای مختلفی که به طور غیرمستقیم بر این اشکال تأثیر میگذارند، مفید است و همچنین مقایسه مقادیر پارامترهای اندازهگیری شده نتایج غیرقابل انتظاری را به دست دهد و منجر به ایجاد نظریات جدید شود. شناسایی فروچالهها و نحوه پراکندگی آنها به همراه تجزیه و تحلیل مورفومتری این اشکال در منطقهی مورد مطالعه میتواند در مباحث مربوط به چگونگی شکلگیری، ویژگیهای مورفولوژیکی و ارزیابی مخاطرات محیطی مورد استفاده قرار گیرد و دادههای قابل استفادهای برای برنامهریزیهای محیطی فراهم سازد.
ـ منطقهی مورد مطالعه
منطقهی کارستی شاهو در زاگرس رورانده واقع شده است. بخش عمدهی این منطقه شامل یک توده کوهستانی آهکی با ضخامت زیاد است. اسکلت اصلی ناهمواری شاهو متشکل از آهکهای ضخیم بیستون است که سن آهکهای آن به کرتاسه برمیگردد و با روند شمالغربی ـ جنوبشرقی در فاصلهی میان استانهای کردستان و کرمانشاه قرار گرفته است (شکل1). آهکهای ضخیم بیستون با ضخامت تقریبی 3000 متر رسوبات به شدت چینخوردهای هستند که تکوین آن از تریاس بالایی تا کرتاسه میانی- پایانی به طول انجامیده است (آگارد و همکاران[19]، 2005: 402).
شکل (1) موقعیت منطقهی مورد مطالعه
شهرهای پاوه، جوانرود و روانسر در دامنه جنوبی این ناهمواری قرار گرفتهاند. محدود مورد مطالعه بین عرضهای ̋47 ´42 º34 تا ̋ 5 ´7 ̊35 و طول شرقی ̋ 29 ´23 º46 تا ̋ 50 ´40 º46 قرار گرفتهاند.
مواد و روشها
پژوهش حاضر مبتنی بر روشهای کتابخانهای، میدانی است و از نوع تحقیقات توسعهای- کاربردی میباشد. از روشهای CCL، شاخصهای کشیدگی، شاخص سینوسیته، نسبت D/H، تحلیل نزدیکترین همسایه به منظور تجزیه و تحلیل ویژگیهای دولینهای منطقه و روشهای تحلیل سریهای زمانی: همبستگی خودکار و چگالی طیفی در راستای بررسی ویژگیهای هیدرودینامیکی آبخوانهای منطقهی مورد مطالعه است. در این پژوهش از دادههای دبی و بارش ایستگاههای هیدرومتری و بارانسنجی وزارت نیرو در بازهی زمانی 1395-1384 استفاده شده است. از آنجایی که تحول لندفرمهای کارستی عمدتاً به وسیله فراینـد انحلال که در سطح و زیرزمین عمل مـیکند صورت میپذیرد (میلروی[20]، 1995). در سالهای اخیر تکنیکهای GIS برای تحلیل مورفومتری محیطهای کارستی به کار گرفته شدهاند (دنیزمن[21]، 2003: 29). فروچالههای شناسایی شده در منطقهی کارستی شاهو با استفاده از این روش از تحلیل مدل رقومی ارتفاعی 10 متر به دست آمده است. فعالیتهای میدانی گسترده به منظور چک کردن اشکال شناسایی شده صورت گرفته است. یک جدول توصیفی شامل موقعیت، زمینشناسی و ویژگیهای مورفومتری برای هر فروچاله محاسبه شد (جدول1). برای مطالعهی فروچالهها از شاخص کشیدگی استفاده شده است که نسبت بین قطر بزرگ و قطر کوچک دولین است. هـنگامی که این شاخص برابر یا نزیک به 1 است شکل دولین مدور است، افزایش مقدار این شاخص منجر به ایجاد اشکال نیمهبیضوی و بیضوی (1.65>R>1.21) و اشکال کشیده (1.8<R) میشود. همچنین با استفاده از روش CCL و از طریق منحنیهای میزان دولینهای منطقهی مورد مطالعه شناسایی شد.
دورترین (خارجیترین) منحنی بسته به عنوان مرز یک لندفرم مجزا مورد استفاده قرار گـرفت. از این رو یـک لندفرم خاص بـه وسیلهی مجموعهای از منحنیهای بـسته فروچاله در دورترین CCL نشان داده میشود. پس از آن نوع لندفرم منفرد با مطالعه CCL بیرونی و تغییرات ارتفاعی بین این دو تعیین شد. هر دسته CCL با یک گره خاص به یک گراف مدور تبدیل شد که نشاندهندهی یک CCL خاص است. خارجیترین CCL به وسیله یک گره اصلی نشان داده میشود. یک گره برگی برای نشان دادن CCL درونی استفاده شده است که هیچ CCL دیگری را در برنمیگیرد اما خود حداقل به وسیله یک CCL محدود شده است. اگر یک CCL حداقل دو CCL دیگر را با ارتفاع یکسان دربرگیرد، به عنوان یک شاخه از گراف مدور تعریف شده است. همه CCLهای دیگر در خارجیترین CCL به وسیله گرههای میانی نشان داده است (لیانگ و همکاران[22]،1073:2014). با توجه به این موضوع لندفرمهای منفرد میتوانند با استفاده از سناریوی فوق تشریح گردند. در گام بعدی ویژگیهای مورفومتریک دولینها در قالب یک پایـگاه داده برداشت شد (جدول1). در ادامه دادههای به دست آمده به وسیله روشهای آماری در نرمافزار Minitab مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. همچنین از ویژگیهایی مانند: تراکم، مساحت، قطر، عمق، شیب و فاصله از گسل دولینها اندازهگیری شده، سپس با استفاده از نرمافزار Minitab روی دادههای به دست آمده تحلیلهای آماری انجام گرفته است. همچنین از تحلیل نزدیکترین همسایه برای بررسی الگوی توزیع دولینهای منطقهی مورد مطالعه استفاده شد.از آنالیز منحنی فروکش هیدروگراف برای ارزیابی نوع سیستم جریان در آبخوانهای کارستی مورد مطالعه استفاده شده است. در نهایت، با ارزیابی نتایج به دستآمده از تحلیل سریهای زمانی، نتایج حاصل از آنالیز منحنی فروکش هیدروگراف و نیز مدنظر قراردادن ویژگیهای ژئومورفولوژی کارست در منطقه شاهو، رفتار هیدرودینامکی در آبخوانهای مورد مطالعه مشخص شد. در این میان برای تحلیل سریهای زمانی از نرمافزار Minitab16استفاده شد.
جدول(1) ویژگیهای مورفومتریک برخی از دولینهای شناسایی شد در منطقهی شاهو
|
ردیف |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
نوع |
بیضی |
کشیده |
کشیده |
بیضی |
کشیده |
کشیده |
کشیده |
کشیده |
|
قطر بزرگ (سانتی متر) |
431 |
1032 |
213 |
428 |
672 |
618 |
201 |
295 |
|
قطر کوچک (سانتی متر) |
333 |
426 |
108 |
325 |
179 |
293 |
100 |
109 |
|
مساحت (کیلومتر مربع) |
06/0 |
36/0 |
02/0 |
11/0 |
09/0 |
13/0 |
01/0 |
02/0 |
|
عمق (متر) |
6 |
34 |
4 |
2 |
14 |
15 |
4 |
4 |
|
میانگین شیب (متر) |
8/6 |
20 |
9 |
9/10 |
8/7 |
8/14 |
2/10 |
2/9 |
|
شاخص کشیدگی |
29/1 |
42/2 |
97/1 |
32/1 |
75/3 |
11/2 |
01/2 |
71/2 |
|
شاخص D/H |
6/4 |
14 |
2 |
5/1 |
7/3 |
1/7 |
2 |
5/1 |
|
شاخص سینوسیته |
13/0 |
72/0 |
03/0 |
22/0 |
19/0 |
25/0 |
03/0 |
04/0 |
|
فاصله از گسل (متر) |
318 |
216 |
180 |
521 |
108 |
663 |
287 |
646 |
یافتههای پژوهش
ـ مورفومتری دولینهای کارستی
بر مبنای روش CCL در منطقهی مورد مطالعه 104 دولین شناسایی شد (شکل3). این دولینها مساحتی در حدود 11 کیلومتر مربع را در برمیگیرند. فروچالههای محدوده مورد مطالعه عمدتاً در قسمت مرکزی و شمال غربی منطقهی مورد مطالعه تشکیل شدهاند (شکل3). به لحاظ ویژگیهای مورفومتری، تفاوتهای زیادی را نشان میدهند، به طوری که بزرگترین فروچاله منطقه، در بخش مرکزی منطقه با مساحتی برابر با 41/1 کیلومتر مربع و کوچکترین آنها در بخش شمالغربی منطقه مساحتی در حدود 1535مترمربع را دارا میباشد. دامنهی تغییر در مساحت این دولینها زیاد (R= 0.49) است و واریانس آنها نیز رقمی بیش از 4/0 را نشان میدهد که در خور توجه است. اکثریت فروچالههای بررسی شده در منطقهی شاهو دارای عمق میانگین 15 متر است. مورفومتری فروچالهها عموما تمایل به اشکال بیضوی یا کشیده دارند.
شکل (2) موقعیت فروچالههای شناسایی شده در تودهی کارستی شاهو
فروچالههای بیضوی شکل عمدتاً بزرگ هستند و فروچالههای تکاملیافته را تشکیل میدهند. علاوهبر این فروچالههای خوشهای منطقه شاهو عمدتاً دارای یک رشد ترجیحی در جهت شکستهای تکتونیکی است که گمان میرود با فروریزش و فروافتادن قطعات سنگی از حاشیه این اشکال که باعث شده است که این اشکال دارای شکل بیضوی و کشیده شوند. بیشترین فراوانی مساحت دولینها در محدودهی 2000-1000 مترمربع است. که در مقایسه با برخی از مطالعات صوت گرفته از جمله (برونو و همکاران[23]، 2008: 198) در جنوبغربی ایتالیا بزرگتر میباشند.
شکل (3) ارتباط بین دو قطر فروچالههای منطقهی مورد مطالعه را نشان میدهد. ضریب تعیین برابر با 79/. است و بیانگر این است که همبستگی غیرخطی بین دو محور فروچالهها وجود دارد. چندین دلیل برای توضیح این وضعیت میتوان متصور شد. نخست وجود عناصر تکتونیکی تأثیرگذار میتواند باعث ایجاد آنومالی در نسبت قطر بزرگ به قطر کوچک شود. ثانیاً فروریزش قطعات سنگی و بخشهای از حاشیه فروچالهها میتواند باعث تغییر این نسبت شود. با توجه به شکل (4) فروچالهها، در منطقهی شاهو فروچالههای بیضوی اشکال غالب هستند. این نشاندهندهی نقش قابل توجه توده سنگ در تکامل فروچالهها است. فروچالههای نیمهمدور کمترین نوع فروچالهها در منطقهی مورد مطالعه هستند. این نوع از فروچالهها بیانگر اشکال اولیه فروچالهها هستند و در مرحلهی جوانی قرار دارند.
شکل (3) ارتباط بین محور کوچک و بزرگ فروچالهها
شکل (4) نمودار اشکال فروچالهها در منطقهی شاهو
بسیاری از محققان بر نقش ساختارهای تکتونیکی در توزیع و تحول اشکال دولین در مناطق مختلف کارستی تأکید داشتهاند و نتایج تحقیقات آنها بر تأثیرپذیری دولینها از ویژگیهای تکتونیکی منطقه دلالت دارد (دنیزمن، 2003، فلورا[24]، 2005) تعداد فروچالهها در ارتباط با فاصله از گسلها نشان میدهد که دورترین فروچاله از گسل در فاصلهی 3400 متری قرار گرفته است.این در حالیاست که بیش از 60 درصد دولینها در فاصلهی 0 تا 500 متری از گسلهای منطقه قرار گرفتهاند. به منظور بررسی دقیقتر ارتباط بین درز و شکافها با فروچالهها در منطقه مورد مطالعه یک تحلیل سه مرحلهای انـجام گرفـته است: 1) انـدازهگیری درز و شـکافهای منطقهی مورد مطالعه، 2) اندازهگیری آزیموت محور طویل فروچاله و 3) مقایسهی این دو مجموعه با استفاده از نمودار رزدیاگرام آنها. تحلیل توزیع فروچالهها در منطقهی شاهو نشان میدهد که آنها دو جهت اصلی را دنبال میکنند (شکل5). نخست جهت شمالغربی-جنوبشرقی است و در وهلهی دوم جهت شمالشرقی-جنوبغربی را دنبال میکنند. توزیع شکستگیهای منطقهی مورد مطالعه نیز همین دو جهت اصلی را نشان میدهد (شکل6). این حقیقت منعکسکنندهی ارتباط قوی بین درزو شکافها و محور طولی فروچالهها است.
شکل(5) رزدیاگرام دولینهای منطقهی مورد مطالعه
شکل (6) رزدیاگرام گسلهای منطقهی مورد مطالعه
امروزه مشخص شده است که لندفرمهای کارستی از هر دو نوع اپیژن و هیپوژن هستند که کم و بیش به وسیله ساختارهای زمینشناسی کنترل میشوند (پاریسه[25]، 2014: 395). به منظور تعیین تاریخچه نسبی عناصر اپیژن یک پارامتر شکل برای بخشی از اشکال تعریف شده است که نسبت بین میانگین قطر و عمق دولینها است (شکل7). بزرگترین آنها قدیمیترین آنها است. این پارامتر تمایز قابل توجهی در مورفولوژی و اندازه دولینها در ساختارهای با مورفواستراکچر متفاوت فراهم میآورد. در منطقه شاهو که به لحاظ زمینشناختی یک تودهی آهکی تقریباً یکسان است و عمدتاً از سنگ آهک بیستون تشکیل شده است تنوع مورفولوژیکی دولینها میتواند به میزان تحول اشکال دولین برگردد. دولینهای دارای کف مسطح نسبت به دیگر اشکال دولین زمان زیادتری را در معرض فرایندهای محیطی بودهاند و به تکامل رسیدهاند. کمترین تعداد دولینها مربوط به دولینهای استوانهای و ریزشی هستند که مکانهای تجمع برف و یخ نیز محسوب میشوند.
شکل (7) رابطه بین مساحت و عمق دولینها
از آنجایی که دولینها در اثر تجزیه و فرسایش سنگهای کربناته به وجود میآیند، از اینرو هرچه سطح چالههای انحلالیافته بیشتر باشد، بیانگر شدت فرسایش و مهیا بودن شرایط برای فرایند انحلال میباشد. بزرگترین دولین منطقه از نظر وسعت، در قسمت شمالی کوهستان شاهو قرار گرفته است که دارای شکل کشیده بوده و مساحتی در حدود 41/1 کیلومترمربع را دربرمیگیرد. کوچکترین آنها در قسمت شمال غربی منطقه قرار گرفته است و دارای مساحتی در حدود 1535 مترمربع است. دامنهی تغییرات مساحت دولینها بسیار زیاد مـیباشد. بیشترین انـحراف استانـدارد در بین پارامترهای بررسی شده مربوط به مساحت بوده که این مسئله به اختلاف بسیار زیاد آنها از لحاظ مساحت اشاره میکند (جدول1). این مسئله میتواند با تفاوت سنی دولینها در ارتباط باشد. دولینهای کم وسعت جوان بوده و مدت زیادی از سن آنها نمیگذرد.
این دولینها هنوز مراحل رشد و تحول را سپری نکردهاند. مساحت دولین رابطهی نزدیکی با جمعآوری و انتقال آب به عمق زمین دارد. بزرگترین دولین منطقه مساحت زیادی دارد و میتواند بیشتر از یک دولین کوچک، قله یک کوه و یا یک زمین مسطح حاصل از بارش را در خود جمعآوری کرده و با تمرکز و نفوذ آنها به عمق زمین به افزایش سطح آبهای زیرزمینی کمک کند. نسبت مساحت به عمق نشان میدهد که عمیقشدن فروچالهها در پایهی آنها با گسترش حاشیه آنها (محیط) و متعاقباً افزایش مساحت آن همراه است که منشأ فروچاله را به ما نشان میدهد. ازاین رو نسبت مساحت به عمق بازتابکنندهی منشأ فروچالهها است به شرح زیر است. در مقایسه با فروچالههای انحلالی عمیقشدن فروچالههای ریزشی ارتباط مستقیمی با افزایش پهنای آن ندارد. برخی نویسندگان دریافتند که مورفومتری دولینهای ریزشی بوسیله اشکال استوانهای شکل و دیوارههای پرشیب مشخص میشود (کارامانا و همکاران[26]، 145:2008). از این رو در دولینهای ریزشی عمق آن نمیتواند به عنوان تابعی از مساحت در نظر گرفته شود. نتایج یک ارتباط نسبتاً قوی را بین این دو پارامتر نشان میدهد که حاکی از منشأ انحلالی بودن فروچالههای منطقهی مورد مطالعه است (شکل8).
شکل (8) ارتباط بین مساحت و عمق دولینها در منطقهی مورد مطالعه
شکل (9) نمونهای از دولینهای کارستی در منطقهی پیاز دول
ـ ویژگیهای هیدرودینامیکی آبخوانها
تودهی کارستی شاهو از جمله پهنههای کارستی فاقد پوشش خاک است و این بیانگر خودزا بودن تغذیه در آبخوانهای این منطقه است. از این رو میتوان انتظار داشت که80 درصد بارش در این مناطق نفوذ کند (گلدشایر و درئو، 2004). در منطقهی مورد مطالعهی تغذیه به دو صورت متمرکز (از طریق فروچالهها) و منتشر (از طریق درز و شکافها و کارنها) صورت میگیرد. ویژگیهای هیدرولوژیکی چشمهها در دورهی آماری 1386-1387و 1385-1386 نشان میدهد که حدأکثر دبی چشمههای روانسر و هولی در اردیبهشت ماه و حدأقل دبی آنها در شهریور ماه اتفاق میافتد. ضریب تغییرات دبی در چشمه روانسر 28/3 و در چشمهی هولی برابر با 4 است. نتایج آنالیز منحنی فروکش هیدرگراف چشمههای مورد مطالعه نشان میدهد که هر دو چشمه دارای دو زیررژیم خطی و یک زیررژیم آشفته بوده و میزان توسعه کارست آنها 5/5 میباشد. این معادله بیانگر تخلیهی جریان سریع از آشفته از طریق مجراهای کارستی و جریان پایه از طریق در و شکاف و ماتریکس است.
ـ همبستگی خودکار
توزیع فضایی و زمانی بارش و نسبت بین نفوذ متمرکز و منتشر بر شکل هیدروگراف و در نهایت در کرولوگرام تأثیر چشمگیری دارد. در نتیجه شکل کرولوگرام به میزان توسعهی سیستم کارستی مرتبط است (ایسنلور و همکاران[27]، 1997) کرولوگرام چشمهی روانسر دارای سه بخش مجزا است. در بخش اول آن شاهد کاهش جریان به سرعت و در عرض 10 روز میباشیم که این امر معرف جریان سریع در مجراهای کارستی این آبخوان است. در بخش دوم نوسان در محدودهی بالای 2/. است و حاکی از جریان نیمه سریع در شکستگیهای بزرگ است. بخش سوم نیز نوسان عمدتاً در محدودهی بین 2 و 2- است و دارای شکل تقریباً یکنواختی است که حاکی از وجود جریان پایه در آبخوان و اینرسی پایین و ذخیرهی دینامیکی کم در آبخوان است (شکل10). کرولوگرام چشمهی هولی نیز شرایط تقریباً مشابهی را نشان میدهد و از سه بخش مجزا و غیریکسان همانند چشمهی روانسر تشکیل شده است. براین اساس آبخوانهای مورد مطالعه رفتار آبخوانهای کارستی توسعه یافته را نشان میدهند. به گونهای که تابع همبستگی خودکار نشان میدهد این آبخوانها دارای چندگانگی در سیستم کارستی خود هستند. این چندگانگی در سیستم کارستی بیانگر این است که فیلترینگ آبخوان روی ورودی اثر کمی دارد و در ادامه باعث واکنش سریع به بارش و تخلیه حجم زیادی از ورودی در دورهی کوتاه مدت و کمشدن حجم ذخیره دینامیکی آبخوانها میشود (شکل10).
شکل (10)کرولوگرام چشمه روانسر (بالا) و چشمه هولی (پایین)
ـ چگالی طیفی
آنالیز چگالی طیفی ابزاری برای نشان دادن دوره تناوب در سریهای زمانی است (باکس و جنکینز[28]، 1976). این تابع با مقایسه سری زمانی دبی و بارش اثرات نگهداشت سیستم کارست را نشان میدهد(فلورا و ویچر[29]، 2006). تابع چگالی طیفی هر دو چشمهی مورد مطالعه ارائه دهنده یک باند طیفی گسترده در فرکانسهای کمتر از 17/. (چشمهی روانسر) و کمتر از 15/. (چشمهی هولی) بوده است. چشمهی روانسر در فرکانسهای بالاتر از 17/. به یک اثر فیلترینگ خوب میرسد و این مقدار برای چشمهی هولی فرکانس بالاتر از 15/. است (شکل12). در واقع پیکهای مجزا در فرکانسهای مختلف در یک سری زمانی منجر به شناسایی رخدادهای دورهای و در نتیجه شناخت ویژگیهای سیستم کارستی میشود. تابع چگالی طیفی بیانگر اینرسی کم آبخوانهای مورد مطالعه، فیلترینگ ضعیف، وجود جریان سریع و توسعهی شبکهی مجراهای کارستی در این آبخوان است (شکل 11).
شکل (11) تابع چگالی طیفی چشمه روانسر
شکل (12) تابع چگالی طیفی چشمه هولی
نتیجهگیری
این پژوهش به شناسایی و تحلیل مورفومتریکی دولینها به منظور ارزیابی میزان توسعهیافتگی کارست سطحی و همچنین تجزیه و تحلیل ویژگیهای هیدرودینامیکی آبخوانهای روانسر و هولی در ارتباط با توسعهیافتگی ژئومورفولوژی کارست در منطقه شاهو پرداخته است. نتایج نشان میدهد که بخشهای نسبتاً وسیعی از منطقهی کارستی شاهو به وسیلهی دولینها پوشیده شده است. ویژگیهای شکلی دولینها به شناخت منشأ دولینها کمک میکند. بیش از 90 درصد دولینهای منطقه را دولینهای کشیده دربرمیگیرد که دارای منشأ انحلالی میباشند. تراکم بالای دولین در این منطقه حاکی از توسـعهیافته بـودن ایـن سیستم کارستی است. تـفاوت در ویـژگیهای مورفومتریکی دولینها بیانگر این است که نوع دولینها از نظر منشأ شکلگیری، شرایط و زمان شکلگیری با هم تفاوت دارند. دولینهای کشیده که بیشترین نوع دولینهای منطقه را شامل میشوند از نوع دولینهای انحلالی است. کشیده بودن دولینها بیانگر این است که این نوع دولینها زمان بیشتری را در معرض فرایندهای محیطی بودهاند. دولینهایی که مساحت بیشتری دارند، در زمان قدیمیتری نسبت به دولینهای دیگر شکل گرفته است. دولینهای کوچکتر یا سن کمتری دارند و یا عوامل فرسایشی آنچنان فعال نبوده که بتواند آنها را گسترش دهد. مساحت بالای دولینها نقش زیادی در جمعآوری آب حاصل از بارش و نفوذ آنها به عمق زمین دارند.
تجزیه و تحلیل ویژگیهای هیدرودینامیکی چشمههای روانسر و هولی نیز بیانگر توسعهیافتگی سیستم کارستی شاهو است. تحلیل فرود هیدروگراف چشمههای مورد مطالعه حاکی از درجه کارستیشدن زیاد و وجود جریان سریع و وجود مجاری کارستی در منطقه شاهو است. تابع همبستگی خودکار چشمهها تأییدکنندهی چندگانگی رفتار سیستم کارستی، واکنش سریع به بارش و حجم کم ذخیرهی دینامیکی آبخوان است. کرولوگرام چشمهها در زمان اولیه پرشیب بوده و در مدت 10 روز کاهش مییابد که معرف جریان سریع در مجراها است. بخش سوم کرولوگرام چشمهها تقریبا شکل یکنواخت دارد. این امر ناشی از وجود جریان پایه در آبخوان و اینرسی پایین و ذخیرهی دینامیکی کم در آبخوانهای منطقهی مورد مطالعه است. تابع چگالی هردو چشمه یک اوج بزرگ در فرکانس 003/. را نشان میدهد که بیانگر چرخهی تغذیهی سالانه آبخوانها است. این تابع در هر دو چشمهی مورد مطالعه نشاندهندهی باند طیفی وسیع و واریانسهای قابل توجه در فرکانسهای کمتر از 3/. بوده و حاکی از اینرسی کم، فیلترینگ ضعیف، غلبه جریان سریع و توسعهیافتگی شبکهی مجراهای کارستی است، وجود فرمهای توسعهیافته کارستی، تعدد دولینهای کشیده، تراکم بالای آنها، وجود درزهها و شکافهای فراوان در تودهی آهکی، وجود مجاری کارستی وسیع در منطقه شاهو نشاندهندهی توسعهیافتگی سیستم کارستی در این منطقه است که با بررسیهای هیدرودینامیکی نیز این امر مورد تأیید قرار میگیرد.
[1]- Trentin & Robaina
[2]- Goldscheider & Drew
[3]- Ford and Willams
[4]- Cvijic
[5]- Atkinson
[6]- Larocque et al.,
[7]- Mangine
[8]- Goldscheider & Drew
[9]- Williams
[10]- Drake & Ford
[11]- Sauro
[12]- Basso et al.,
[13]- Mangine
[14]- Angelini
[15]- Kovačič
[16]- Lee et al.,
[17]- Padilla & Pulida-Bosch
[18]- Closed contour lines
[19]- Agard et al.,
[20]- Mylroie
[21]- Denizman
[22]- Liang et al.,
[23]- Bruno et al
[24]- Florea
[25]- Parise
[26]- Caramanna et al.,
[27]- Eisenlohr et al.,
[28]- Box & Jenkins
[29]- Florea &Vacher
)