فرآیندهای هیدروشیمی در آبخوان های بهبهان، رامهرمز و زیدون استان خوزستان با استفاده از نمودارهای ترکیبی و ایزوتوپی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری هیدروژئولوژی، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

2 استاد، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

3 استادیار، گروه زمین شناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی تهران، تهران، ایران.

4 دانش آموخته سنجش از دور، سازمان آب و برق خوزستان، اهواز، ایران.

10.22034/hydro.2025.65451.1325

چکیده

به‌منظور شناسایی عوامل اصلی تغییرات هیدروشیمی و بررسی فرآیندهای هیدروژئوشیمی کنترل‌کننده آب زیرزمینی در دشت‌های بهبهان، رامهرمز و زیدون جنوب‌شرق استان خوزستان از روش تلفیقی هیدروشیمی و ایزوتوپی استفاده شده است. در این تحقیق از نمودارهای ترکیبی کل جامدات محلول (TDI) در مقابل یون‌های عمده، نمودار تبادل کاتیونی و نمودارهای ایزوتوپی (δ2H و δ18O) استفاده‌ شده است. نتایج حاصل از نمودارهای ترکیبی، فرآیندهای اصلی انحلال در آبخوان‌ها ابتدا به انحلال سولفات و سپس کلراید مربوط می‌باشد. با افزایش TDI، غلظت سولفات به‌طور خطی افزایش می‌یابد. این رابطه خطی بین یون‌های سولفات و کلسیم نیز وجود دارد که نشان‌دهنده فرآیند انحلال ژیپس در آب زیرزمینی دشت‌های مورد مطالعه است. با این تفاوت که میزان سولفات در نمونه‌های آب دشت‌ها به‌صورت رامهرمز>بهبهان>زیدون می‌باشد. روند خطی بسیار خوب در نمودار سدیم در مقابل کلراید در دشت زیدون نسبت به دشت رامهرمز و بهبهان مشاهده می‌شود که این موضوع نیز مؤید انحلال هالیت در منطقه مورد مطالعه است. یافته‌های ایزوتوپی نشان می‌دهند که غنی‌شدگی ایزوتوپی اکسیژن 18 و دوتریوم در دشت رامهرمز بیشتر از سایر مناطق است و نمونه‌های این دشت در مقدار دوتریوم مازاد (D-excess) به‌‌وضوح اثر تبخیر شدید را نشان می‌دهند. رابطه مستقیم بین افزایش کلراید و غنی‌شدگی ایزوتوپی در دشت رامهرمز تأییدکننده اثر فرآیندهای تبخیری است، در حالی‌ که در دشت زیدون این رابطه ضعیف‌تر است. فرآیندهای هیدروژئوشیمی غالب در آبخوان‌های مورد مطالعه به‌ترتیب غالب بودن در حالت کلی شامل انحلال کانی‌های تبخیری ژیپس و سپس هالیت، انحلال کربنات‌ها، تبخیر و در نهایت تبادل کاتیونی نرمال و معکوس (به‌طور موضعی) می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Hydrochemical Processes in the Aquifers of Behbahan, Ramhormoz and Zeidon in Khuzestan Province Using Combined and Isotopic Diagrams

نویسندگان [English]

  • Hadi Mohammadi 1
  • Nasrollah Kalantari 2
  • Farshad Alijani 3
  • َAli Mehrabinejd, 4
1 Ph.D. Student in Hydrogeology, Department of Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
2 Professor, Department of Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Mineral and Water Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Tehran, Iran.
4 Remote Sensing Graduate, Khuzestan Water and Power Authority, Ahvaz, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

The plains of Behbahan, Ramhormoz, and Zeidon are located in the southeastern region of Khuzestan Province. To identify the primary factors influencing hydrochemical variations and to examine the hydrogeochemical processes controlling water resources in the southeastern plains of Khuzestan Province, hydrochemical and isotopic analysis results were utilized. In this study, combined diagrams of total dissolved solids (TDI) versus major ions, cation exchange diagrams, and isotopic diagrams (δ²H and δ¹⁸O) were employed. The results from the combined diagrams indicate that the primary dissolution processes in the aquifers are initially related to sulfate dissolution followed by chloride dissolution. As TDI increases, the sulfate concentration increases linearly. A similar linear relationship exists between sulfate and calcium ions, indicating gypsum dissolution in the groundwater of the studied plains. However, the sulfate concentration in water samples follows the trend: Ramhormoz > Behbahan > Zeidon. A distinct linear trend for sodium versus chloride is observed in the Zeidon plain compared to Ramhormoz and Behbahan, further confirming halite dissolution in the study area. Isotopic findings reveal that the enrichment of oxygen-18 and deuterium isotopes is higher in the Ramhormoz plain than in other regions, and the water samples from this plain clearly exhibit the effects of intense evaporation, as evidenced by deuterium excess (D-excess). The direct relationship between chloride increases and isotopic enrichment in Ramhormoz plain confirms the influence of evaporative processes, whereas this relationship is weaker in the Zeidon plain. The dominant hydrogeochemical processes in the studied aquifers, in descending order of prevalence, include the dissolution of evaporative minerals (gypsum followed by halite), carbonate dissolution, evaporation, and finally normal and reverse cation exchange (locally).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Behbahan
  • Ionic exchange
  • Ramhormoz
  • Stable isotopes
  • Zeidon
  • Combined diagrams

مراجع

فرهادی، ص.، علی‌جانی، ف.، و ناصری، ح.، 1399. مقایسه مشخصات ایزوتوپ‌های پایدار بارش سیل‌آسا فروردین 1398 در جنوب غرب کشور با خط آب جوی دیگر مناطق ایران و کشورهای مجاور. هواشناسی کشاورزی، 8(2): 44-59.
فیروزی، س.، کلانتری، ن.، محمدی، ه.، 1402. تلفیق روش های هیدروشیمیایی و آماری جهت ارزیابی کیفیت شیمیایی منابع آب زیرزمینی دشت زیدون، استان خوزستان. آبخوان و قنات، 4(2): 187-204.
قبادی، م.، محمدیان، م.، محسنی، ح.، کرمی، ر.، 1392. مطالعه خصوصیات زمین شناسی مهندسی سازند گچساران در منطقه رامهرمز (مخزن سد جره)، شرق خوزستان. مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته، 7، 12-1.    
 کلانتری، ن.، زروش، ن.،  علیجانی، ف.، دانشیان، ح.، باشتی، م.، 1403. بررسی کیفیت منابع آب زیرزمینی با تاکید بر منشا و تعیین شاخص آلودگی نیترات با استفاده از روش‌های هیدروشیمی و تکنیک های آماری چند متغیره در بخش جنوبی آبخوان بهبهان استان خوزستان. هیدروژئولوژی، 9(1): 40-56.
کلانتری، ن.، شیخ‌زاده، ع.، محمدی، ه.، چقازردی، ز.، 1400. ارزیابی وضعیت هیدروژئوشیمی آب زیرزمینی آبخوان عقیلی با تأکید بر روش‌های آماری چند متغیره. هیدروژئولوژی، 6(2): 95-108.
کلانتری، ن.، عنبری، ا.، محمدی، ه.، 1397. بررسی هیدروشیمی منابع آب سطحی و زیرزمینی دشت بستان با استفاده از تکنیک‌های آماری چندمتغیره. تحقیقات منابع آب ایران، 14(2): 242-253.
Afrifa, G.Y., Sakyi, P.A., Chegbeleh, L.P., 2017. Estimation of groundwater recharge in sedimentary rock aquifer systems in the Oti basin of Gushiegu District, Northern Ghana. Journal of African Earth Sciences, 131, 272-283.
Akshitha, V., Balakrishna, K., Udayashankar, H.N., 2021. Assessment of hydrogeochemical characteristics and saltwater intrusion in selected coastal aquifers of southwestern India. Marine Pollution Bulletin, 173, 112989.
Ala-Aho, P., Soulsby, C., Pokrovsky, O., Kirpotin, S., Karlsson, J., Serikova, S., Vorobyev, S., Manasypov, R., Loiko, S., Tetzlaff, D., 2018. Using stable isotopes to assess surface water source dynamics and hydrological connectivity in a high-latitude wetland and permafrost influenced landscape. Journal of Hydrology, 556, 279-293.
Asare-Donkor, N.K., Ofosu, J.O., Adimado, A.A., 2018. Hydrochemical characteristics of surface water and ecological risk assessment of sediments from settlements within the Birim River basin in Ghana. Environmental Systems Research, 7, 1-17.
Asomaning, J., Antwi, E.O., Laar, C., Saka, D., 2023. Statistical and isotopic analysis of sources and evolution of groundwater. Physics and Chemistry of the Earth, Parts a/b/c, 129, 103337.
Bryan, E., Meredith, K.T., Baker, A., Post, V.E., Andersen, M.S., 2016. Island groundwater resources, impacts of abstraction and a drying climate: Rottnest Island, Western Australia. Journal of Hydrology, 542, 704-718.
Chen, Z., Zhou, P., Wang, G., Mao, H., Feng, X., Huang, H. 2023. Groundwater chemistry and isotope for interpreting the hydrogeological conditions and hydrochemical evolution of multilayer aquifer system of Donghai island, China. Applied Geochemistry, 159, 105833.
Cloutier, V., Lefebvre, R., Therrien, R., Savard, M.M., 2008. Multivariate statistical analysis of geochemical data as indicative of the hydrogeochemical evolution of groundwater in a sedimentary rock aquifer system. Journal of Hydrology, 353(3-4): 294-313.
Craig, H. 1961. Isotopic variations in natural waters. Science, 133, 1702–1703.
Dogramaci, S., Skrzypek, G., 2015. Unravelling sources of solutes in groundwater of an ancient landscape in NW Australia using stable Sr, H and O isotopes. Chemical Geology, 393, 67-78.
Edjah, A., Akiti, T., Osae, S., Adotey, D., Glover, E., 2017. Hydrogeochemistry and isotope hydrology of surface water and groundwater systems in the Ellembelle district, Ghana, West Africa. Applied Water Science, 7, 609-623.
Egbi, C.D., Anornu, G., Appiah-Adjei, E.K., Ganyaglo, S. Y., Dampare, S. B., 2019. Evaluation of water quality using hydrochemistry, stable isotopes, and water quality indices in the Lower Volta River Basin of Ghana. Environment, Development and Sustainability, 21, 3033-3063.
Esmaeili, S., Barzegar, R., Kazemian, N., 2018. The effective factors on the groundwater chemical quality of Qareh-Ziaeddin plain, West Azarbaijan province. Scientific Quarterly Journal of Geosciences, 27(108): 245-256.
Gabet, E. J., Wolff-Boenisch, D., Langner, H., Burbank, D.W., Putkonen, J., 2010. Geomorphic and climatic controls on chemical weathering in the High Himalayas of Nepal. Geomorphology, 122(1-2): 205-210.
Geological and Exploration Division, 1966. Geological map of Agha Jari, 1:100000. Iranian Oil Operating Companies.
Geological and Exploration Division, 1966. Geological map of Banar-e-Deylam, 1:100000. Iranian Oil Operating Companies.
Geological and Exploration Division, 1966. Geological map of Haft Kel, 1:100000. Iranian Oil Operating Companies.
Geological and Exploration Division, 1970. Geological map of Behbehan, 1:100000. Iranian Oil Operating Companies.
Ghorbanzadeh, R., Mirhaji, N., Rezaie, H., 2024. Investigating the Origin and Controlling Mechanisms of the Underground Water Quality in Urmia Plain Aquifer Using Hydrogeochemical Methods and Composite Diagrams. Iran-Water Resources Research, 20(2): 33-60.
Grzywna, A., Bronowicka-Mielniczuk, U., 2020. Spatial and temporal variability of water quality in the Bystrzyca river basin, Poland. Water, 12(1): 190.
Han, D., Song, X., Currell, M.J., Yang, J., Xiao, G., 2014. Chemical and isotopic constraints on evolution of groundwater salinization in the coastal plain aquifer of Laizhou Bay, China. Journal of Hydrology, 508, 12-27.
He, B., He, J., Wang, L., Zhang, X., Bi, E., 2019. Effect of hydrogeological conditions and surface loads on shallow groundwater nitrate pollution in the Shaying River Basin: Based on least squares surface fitting model. Water Research, 163, 114880.
Jankowski, J., Acworth, R.I., 1997. Impact of debris-flow deposits on hydrogeochemical processes and the developement of dryland salinity in the yass river catchment, new south wales, australia. Hydrogeology journal, 5(4): 71-88.
Ji, D., Ma, J., Xue, J., Wu, X., Wang, Z., Wei, S., 2024. Identifying groundwater characteristics and controlling factors in Jiaozhou Bay’s northern coastal region, China: a combined approach of multivariate statistics, isotope analysis, and field empirical investigations. Scientific Reports, 14(1): 23856.
Kazakis, N., Pavlou, A., Vargemezis, G., Voudouris, K., Soulios, G., Pliakas, F., Tsokas, G., 2016. Seawater intrusion mapping using electrical resistivity tomography and hydrochemical data. An application in the coastal area of eastern Thermaikos Gulf, Greece. Science of the Total Environment, 543, 373-387.
Klaus, J., McDonnell, J., 2013. Hydrograph separation using stable isotopes: Review and evaluation. Journal of Hydrology, 505, 47-64.
Kwong, H.T., Jiao, J.J., Liu, K., Guo, H., Yang, S., 2015. Geochemical signature of pore water from core samples and its implications on the origin of saline pore water in Cangzhou, North China Plain. Journal of Geochemical Exploration, 157, 143-152.
Ledesma-Ruiz, R., Pastén-Zapata, E., Parra, R., Harter, T., Mahlknecht, J., 2015. Investigation of the geochemical evolution of groundwater under agricultural land: a case study in northeastern Mexico. Journal of Hydrology, 521 ,410-423.
Liu, J., Chen, Z., Wang, L., Zhang, Y., Li, Z., Xu, J., Peng, Y., 2016. Chemical and isotopic constrains on the origin of brine and saline groundwater in Hetao plain, Inner Mongolia. Environmental Science and Pollution Research, 23, 15003-15014.
Yan, M., Wang, L., Wang, Q., Liu, Z., 2024. Hydrochemical Characteristics and Origin Analysis of Groundwater in Nanling County, Anhui Province. Water, 16(11): 1579.
Zarei, M., Raeisi, E., Merkel, B.J., Kummer, N.A., 2013. Identifying sources of salinization using hydrochemical and isotopic techniques, Konarsiah, Iran. Environmental Earth Sciences, 70, 587-604.
هیدروژئولوژی
دوره 9، شماره 2
ناشر
اسفند 1403
صفحه 15-29

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار