بررسی رفتار هیدروژئولوژیکی سفره چشمه آتشگاه استان چهارمحال و بختیاری‌

چشمه آتشگاه با مختصات "۳۷ ۱۴ ۳۱ عرض شمالی و "۳۱۰۰ ۵۱ طول شرقی از ارتفاع ۱۷۱۰ متری از سطح دریا از یال جنوبی تاقدیس ریگ خارج می‌شود که در ۴۰ کیلومتری شهرستان لردگان در استان چهار محال و بختیاری قرار گرفته است. محل خروجی چشمه در بین دو لایه از بخش تحتانی سازند آسماری واقع شده و انحلال این بخش موجب شده است حفره بسیار بزرگی ایجاد گردد که آب چشمه با فشار از کف این حفره به سمت بالا در حال خروج است. علاوه بر این چشمه که بیش از ۹۵% آب را تأمین می‌کند یک چشمه دیگر نیز در ارتفاع ۱۸۰۰ متری در بالا دست این چشمه وجود دارد که بده متوسط آن کمتر از ۵۰ لیتر در ثانیه است.نمونه برداری از آب چشمه در فصل خشک به صورت دو هفته یکبار و در فصل تر به صورت روزانه یا دو روز یکبار در طول ۱۴ ماه انجام گرفت. که مقدار بده چشمه توسط دستگاه مولینه در محلی ثاببت اندازه گیری شد و پارامترهای دما، ECو pH در محل نمونه برداری و مقدار یونهای اصلی موجود در آب در آزمایشگاه اندازه گیری شد.
به علت صعب‌العبور بودن مسیر چشمه خصوصاً در فصل زمستان و همچنین عدم وجود محلی مناسب برای اندازه‌گیری بده چشمه در نزدیکی سر چشمه، نمونه برداری هیدروشیمی و اندازه‌گیری بده در محلی بالاتر از روستای آتشگاه در مسیر آبراهه چشمه انجام گرفت. برای بررسی میزان اختلاف خصوصیات هیدروشیمیایی و فیزیکی آب در محل سر چشمه و در محل اندازه‌گیری در چندین روز مختلف نمونه‌برداری از محل چشمه و آبراهه صورت گرفت این مقادیر نشان می‌دهد که به جز دما و pH اختلاف دیگر خصوصیات در حد خطای اندازه‌گیری است.
آنالیز شیمیایی همزمان آب چشمه اصلی و چشمه کوچک در فصول مختلف نشان می‌دهد که اختلافی میان خصوصیات شیمیایی این دو چشمه وجود ندارد و هر دو آنها از یک سفره واحد تغذیه می‌شوند
بررسی تغییرات زمانی بده چشمه نشان می دهد که میزان بده در بهار سال ۱۳۸۱ از ابتدای نمونه‌برداری در حال کاهش است و در اواسط تابستان به مقدار تقریباً ثابتی می‌رسد. ثابت بودن بده در فصل تابستان می‌تواند نشانگر این باشد که درصد قابل ملاحظه‌ای از آب چشمه در خلل و فرج بسیار ریز ذخیره شده است و به مرور زمان و با سرعت بسیار کم وارد مجرای اصلی چشمه که نقش انتقال آب را دارد می‌گردد. در شروع فصل تر با اولین بارندگی شدید مقدار بده حدود %۱۰ افزایش پیدا می‌کند. با توجه به اینکه این بارش حتی در ارتفاعات بیشتر از ۲۵۰۰ متر هم به شکل باران بوده و فقط در بخش کمی از حوضه آبگیر چشمه به صورت برف است انتظار می‌رود که مقدار افزایش بده بیشتر از مقدار مشاهده شده باشد که عدم مشاهده این حالت احتمالاً به دو دلیل خواهد بود:
۱) در طول خشک بخشهای غیر اشباع سفره و Subcutaneous zone کاملاً از آب خالی شده است و بخش زیادی از بارندگی‌های ابتدای فصل تر صرف پر کردن این بخشها می‌شود و مقدار کمی از آن به سطح آب زیرزمینی رسیده و موجب تغذیه واقعی در سفره می‌گردد.
۲) تخلیه سفره تغذیه کننده چشمه در دوره طولانی فصل خشک موجب شده است که شیب هیدرولیکی از بالا دست به سمت خروجی چشمه کم باشد و بارش‌های اولیه سریعاً نتوانند موجب افزایش شیب هیدرولیکی و زیاد شدن فشار در سیستم و نهایتاً آبدهی بیشتر شوند.
در اواخر فصل تر و آخرین بارش ثبت شده در بهار سال ۱۳۸۲ مقدار بارش به ۵۰ میلی‌متر رسیده که مشابه بارندگی است که در اوایل فصل تر ثبت شده و در مورد آن بحث شد. این بارش موجب افزایش نزدیک به ۴۰% در مقدار بده چشمه شده است. علت اختلاف افزایش مقدار بده در اثر بارشهای یکسان علاوه بر دلایلی که در بالا ذکر شد و در پایان فصل تر هیچیک از آنها وجود ندارد احتمالاً این است که با توجه به گرم شدن هوا در این زمان و وجود ذخیره برف بسیار زیاد که ناشی از بارشهای زمستانی است هنگام بارش علاوه بر مقدار بارندگی بخشی از برف‌های موجود در ارتفاعات نیز در اثر گرمای باران ذوب شده بنابراین مقدار آب تغذیه شده مؤثر به درون سفره بیشتر از مقدار بارشی است که ثبت شده است و این موارد موجب می‌شود که افزایش بده در اثر بارندگی بزرگ پایانی خیلی بیشتر از مورد مشابه آن در ابتدای فصل تر باشد.
در صورت مجرایی بودن سیستم تغذیه کننده انتظار می‌رود که نوسانات بده بیشتر از مقدار مشاهده شده باشد که این به علت عدم وجود آبفروچاله Sink hole)) در حوضة آبگیر چشمه و ورود آب به درون سفره از طریق شکافهایی است که باز شدگی زیادی نداشته و از خاک نیز پر شده‌اند می‌باشد و همچنین رشد نکردن سیستم مجرایی درون سفره و بالا بودن درصد تغذیه افشان درون سیستم موجب این حالت می‌شود . محاسبات میزان بده سریع و پایه در سال آبی ۸۲-۱۳۸۱ نشان می‌دهد که نزدیک به ۵/۱۳% از تخلیه چشمه مربوط به بده سریع و مابقی نزدیک به ۵/۸۶% مربوط به بده پایه است
ضریب که دارای مقدار بیشتری است بر اساس تقسیم بندی(Milanovic ۱۹۷۶) نشان دهنده تخلیه آب از درز و شکافهایی است که کمی رشد کرده اند و می‌توانند سریعتر آب خود را به درون مجاری اصلی چشمه تخلیه کنند، ذخیره آنها کمتر بوده و زودتر هم به پایان می‌رسد. ضریب مربوط به تخلیه آب از درز شکافهای ریزتر و فواصل دورتر است که ذخیره اصلی چشمه را تشکیل می‌دهند و با نرخ بسیار کمی آب آنها در حال تخلیه است. بدین ترتیب مشاهده می‌شود که عمده آب این چشمه درون خلل و فرج بسیار ریز ذخیره شده است و سیستم مجرایی درون سفره عمدتاً نقش انتقال آب را دارد و نقش ذخیره‌ای آن بسیار کم است و احتمالاً توسعه آنها بیشتر در نزدیکی خروجی چشمه بوده. بخشی از پیک‌های مشاهده شده در هیدروگراف احتمالاً می‌تواند مربوط به ورود آبهایی باشد که از Subcutaneous zone سر چشمه گرفته و مربوط به بخشهای نزدیک خروجی حوضه آبگیر و یا آبهای کاندویتی کمی باشد که از چشمه خارج می‌شود.
بررسی هدایت الکتریکی در طول دوره نمونه برداری نشان دهنده نوسانات بسیار کمی درمیزان این پارامتر است. در بهار و تابستان ۱۳۸۱ مقدار هدایت الکتریکی با نرخ بسیار کمی در حال افزایش است. تا اینکه به اولین بارندگی در پاییز ۸۱ می‌رسیم، در اثر تغذیه آن به درون سیستم مقدار هدایت الکتریکی کمی افزایش پیدا کرده و سپس کاهش می‌یابد ولی افزایش و کاهش بسیار کوتاه مدت و موقتی است. افزایش اولیه احتمالاً به دلیل جریان پیستونی (Piston flow) درون سیستم است که موجب تخلیه آبهایی می‌شود که در خلل و فرج بسیار ریز و یا در عمق زیاد قرار داشته و در حالت عادی به خروجی نمی‌رسند .
بدین صورت که سطح سفره آب زیرزمینی بالا رفته و منطقه فعالی که آب در آن جریان دارد عمق بیشتری پیدا می‌کند در نتیجه بخشی از آب که مدت زیادی در خلل و فرج ریز قرار داشته وارد سیستم می‌شود و به خروجی چشمه می‌رسد که نهایتاً به علت بالا بودن هدایت الکتریکی این آب مقدار هدایت الکتریکی در آب چشمه نیز بالا می‌رود. تفاوت هدایت الکتریکی ماکزیمم و مینیمم در طول دوره نمونه‌برداری حدود ۴۰ میکروموس بر سانتی‌متر است که تغییرات کمی در هدایت الکتریکی مشاهده می‌شود. در اغلب بارشهای ثبت شده نوسانات کوتاه مدت هدایت الکتریکی وجود دارد ولی به دلیل کوتاه بودن فواصل بارندگی در برخی موارد اثربارندگی‌های مختلف با هم، هم پوشانی داشته و نمی‌توان هر نوسان را به یک بارندگی خاص نسبت داد. علاوه بر این نوسانات کوتاه مدت در طول دوره فصل تر میزان هدایت الکتریکی به صورت متوسط در حال کاهش است و بدین ترتیب توجیه می‌شود که هر چه از ابتدای فصل تر دور شده و به سمت انتهای فصل تر می‌رویم سهم آب‌های جدید ناشی از بارندگی‌های جدید در خروجی چشمه بیشتر می‌شود و آبهای جدید که زمان ماندگاری کمی دارند موجب پایین آمدن هدایت الکتریکی در چشمه می‌شوند.
مقدار مینیمم هدایت الکتریکی نیز نزدیک به ۵۰ روز بعد از آخرین بارندگی مشاهده می‌شود که نشان می‌دهد در این زمان بیشترین مساحت حوضه آبگیر چشمه در خروج آب بارندگی‌های جدید از چشمه سهیم هستند. باید توجه داشت که به علت بزرگ بودن حوضه آبگیر این چشمه آبهای مناطق مختلف آن با زمانهای تأخیر متفاوت به خروجی می‌رسند. تمامی این شواهد نشانگر آن است که در این سیستم خصوصیات فیزیکو شیمیایی آب توسط خصوصیات محیطی که آب درون آن حرکت می‌کند کنترل می‌شود و نقش کنترل درونی در این چشمه خیلی بیشتر از کنترل ورودی و خروجی است و آبی که با هدایت الکتریکی کم وارد محیط کارستی می‌شود چون در سیستم مجاری وسیعی وجود ندارد آب با وضعیت لیتولوژی به تعادل می‌رسد.
نوسانات دما و توربیدیتی به دلیل اینکه نمونه برداری در آبراهه چشمه صورت می‌گیرد و دما و توربیدیتی تحت تأثیر دمای محیط و وضعیت بستر قرار می‌گیرند چندان قابل اعتماد نیستند ولی با توجه به چند نمونه برداری که از سرچشمه صورت گرفته است به نظر می‌رسد که نوسانات دما کمتر از ۲ درجه سانتیگراد است.
یونهای اندازه‌گیری شده در چشمه نیز روندی شبیه به هدایت الکتریکی را نشان می‌دهند. اندیسهای اشباع کلسیت و دولومیت همیشه دارای مقدار مثبتی هستند که نشان دهنده اشباع بودن آب نسبت به این و کانی است که با توجه به افشان بودن سیستم و زمان ماندگاری زیاد آب درون سیستم این مورد بدیهی است و خود تأییدی بر افشان بودن سیستم است. فشار گاز دی‌اکسید کربن نیز در طول دوره نمونه‌برداری دارای نوساناتی است و مقدار آن مؤید این است که بخش زیادی از حوضه آبگیر چشمه بدون پوشش خاک است و آب مستقیماً وارد آهک می‌شود. در بخشهایی هم که مقداری پوشش خاک وجود دارد پوشش گیاهی بسیار کم است و علاوه بر آن در فصل سرما از برف پوشیده شده است که موجب کم شدن فعالیت میکروبی در این خاکها می‌شود و نهایتاً موجب می‌شود که آبی که در حال نفوذ به درون سفره است از نظر محتوای دی اکسید کربن تفاوت چندانی با هوا نداشته باشد.
● نتیجه گیری:
با توجه به نسبت بده ماکزیمم به مینیمم، مقدار ضرایب فرود چشمه و تغییرات مشاهده شده در میزان هدایت الکتریکی، دما و یونهای اصلی موجود در آب چشمه می‌توان گفت که سیستم تغذیه کننده چشمه عمدتاً به صورت خلل و فرج ریز است و در آن سیستم افشان غالب است و مجاری بزرگ در آن بیشتر نقش انتقال آب خلل و فرج ریز به خروجی چشمه را دارند.عدم مشاهده عکس العمل یکسان چشمه به بارندگی های مشابهی که در ابتدا و انتهای فصل تر باریده اند می تواند عمدتاً به علت خالی بودن بخشهای بالایی سطح سفره آب زیرزمینی در ابتدای فصل تر و نیز وجود ذخیره زیادی از برف در ارتفاعات در انتهای فصل تر که موجب بالا رفتن مقدار آب نفوذی به سیستم میشود باشد.

عزت ا… رئیسی
محمد زارع
حسین کریمی وردنجانی
تورج کشاورز
ضرغام محمدی

منبع : پایگاه داده های علوم زمین کشور