ارزیابی توسعه یافتگی آبخوان های کارستی در ارتباط با ژئومورفولوژی دولین ها و ویژگی های هیدرودینامیکی (مطالعه ی موردی: توده ی کارستی شاهو)

-

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

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.

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

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.