دراسة هيدروجيوكيميائية للمياه الجوفية في الجزيرة القريبة من سامراء – العراق

دراسة هيدروجيوكيميائية للمياه الجوفية في الجزيرة القريبة من سامراء – العراق

فلاح حسن عباس

قسم علوم الحياة - كلية العلوم - جامعة الأنبار

(NJC)

المجلة القطرية للكيمياء- المجلد الأربعين - 2010 - ص ص 624 - 631:

الخلاصة

تم في هذا البحث دراسة نوعية واصل المياه الجوفية للآبار في منطقة الدراسة الواقعة بالقرب من الحافة الغربية لبحيرة الشاري في محافظة صلاح الدين وتقع على بعد 35 كم عن مدينة سامراء. بينت الدراسة أن النوع الكيمياوي لمياه الآبار كبريتات الصوديوم وبيكاربونات الصوديوم تكون ذات أصل جوي مترشح وأخرى من نوع كلوريد المغنسيوم لها أصل بحري وانه من الممكن استخدام هذه المياه في أغراض الري والنشاط البشري.

Abstract

This research shall study the type and origin of ground water which is located to near from western edge from SHARI lake in Salahiddin Governorate at about 35 Km Samara city. This study has explained the chemical type of wells water of sodium suiphate is meteoric origin and other water of  magnesium chloride is marine origin and it can be used in irrigation and human activity.

المقدمة

تعد دراسة هيدروجيوكيميائية المياه الجوفية تعد من الدراسات المهمة وذلك من اجل الحصول على مصادر للمياه ممكن أن تستخدم لأغراض التنمية في المجال الاروائي والزراعي والمجالات العمرانية والصناعية وللأغراض البشرية بعد عمليات التنقية الحديثة من خلال القيام بعملية التخلص من الأملاح والتخلص من الجراثيم باستخدام عملية التحليل الكيميائي والبايولوجي وقد يلاحظ في كثير من البلدان وخصوصًا البلدان المجاورة تعتبر المياه الجوفية المصدر الرئيسي للمياه وذلك لافتقارها إلى الأنهار.

لقد قامت المنشاة العامة للمسح الجيولوجي والتحري المعدني بحفر عدد من الآبار بالقرب من مملحة الشاري والتي تبعد عن قضاء سامراء في محافظة صلاح الدين 35 كم، يحيطها نهر دجلة غربا ونهر العظيم شرقًا مرتفعات جبال حمرين الجهة الشمالية والشمالية الشرقية ضمن مساحة قدرها 80 كم مربع شكل رقم [1].

وقد أجريت العديد من الدراسات الهيدروجيولوجية على هذه المنطقة فقد قام ^[1] بدراسة مصادر وطبيعة المياه الجوفية للمنطقة بين سامراء وبيجي وأشار من خلال دراسته إلى وجود عيون صغيرة تقع في الجانب الغربي من جبل حمرين واعتبرها من العيون المعدنية غير الصالحة للشرب. كما درس ^[2] الصفات الهيدروجيولوجية لـ(100) بئر محفور ضمن منطقة الدراسة في خزان البختياري وحدد بذلك عمق واتجاه حركة المياه الجوفية برسم خطوط كنتورية على خارطة المنطقة، وذكر أن اتجاه حركة المياه تحت السطح يكون مطابق لاتجاه حركة المياه السطحية، وأشار إلى أن مرتفعات حمرين تعد منطقة مستجمعة (Catchment Area) رئيسية للمياه العذبة للخزان الجوفي بالإضافة إلى تغذية (Rech Area) مياه نهري دجلة والعظيم وكما اعتبر حوض بحيرة الشاري والجزء الأسفل من نهري دجلة والعظيم في المنطقة مناطق تصريف (Discharge Area) لخزان البختياري (Bakhtiar Aquifer) شكل[2].

كما تناول ^[3] دراسة هيدرولوجية الآبار المحفورة ضمن المنطقة ومن خلال التحليلات الكيمياوية أثبتت الدراسة أن الايونات الموجبة السائدة في المحاليل المائية لهذه الآبار هي ايونات , Ca⁺² Na⁺¹, Mg⁺², K⁺¹، أما الايونات السالبة السائدة في المحلول فهي Cl^-1, SO₄^-2, NO₃^-1, HCO₃^-1وبنسب ضئيلة جدا.

وقد أجريت دراسة من قبل دراسة ^[4] على تكوين منطقة الدراسة فوجد أن هنالك مسامات ترسب قسم من المحاليل الملحية المشبعة أثناء وجودها ومرورها من خلال المسامات الطبقية نتيجة الظروف التبخرية داخل المسامات مما تؤدي إلى زيادة حجم الطبقة السطحية وتمددها وبالنتيجة تؤدي إلى التواء (Blukle) قسم منها وارتفاعها عدة سنتمترات على السطح على شكل مخاريط وقد أطلق ^[4] على هذه الأشكال اسم تراكيب بيتي (Tepee Structure) أي الخيمة المخروطية. وأشار ^[5] إن هذه الأشكال يمكن أن تستعمل لمعرفة أماكن تدفق المياه الجوفية ضمن المنطقة. وقد اعتبر ^[6] بان هذه التراكيب المخروطية تكون موسمية تظهر عند مرحلة الجفاف (Desiction Stage).

وتهدف هذه الدراسة إلى معرفة أصل ونوع المياه الجوفية للآبار وإمكانية استخدامها لأغراض الري والنشاط البشري.

- وطبوغرافية المنطقة:

تتميز المنطقة بشكل عام بتضاريس متباينة في الارتفاع، حيث أن الأجزاء الغربية رواسب نهرية متكونة من الغرين الحصوي وهي رواسب نهرية قديمة (Old Allvvium) وان الخط الساحلي الحقيقي (Actual Shore Line) يتميز بجرفات واطئة (Low Cliff) وتكون في بعض المناطق منها مغطاة بأسطح من الجبس الثانوي، وأما الأجزاء الشرقية من المنطقة تتمثل بكثبان رملية مرتفعة نسبيًا، وان الوادي الموجود في هذه المنطقة قد امتلأ في الماضي وتغطى بالرمال والغرين بواسطة الرياح والسيول ويمكن تتبع شكل الوادي باتجاه الجنوب على شكل خط تصريف متصل بينه وبين وادي نهر دجلة ^[7] ونلاحظ أن مرتفعات جبل حمرين هي أعلى نقطة في المنطقة يصل ارتفاعها إلى (300) متر عن سطح البحر. وقد استنتج ^[8] بان الترسبات الملحية الموجودة ضمن منطقة الدراسة تكون نتيجة لتبخر المياه في فصل الصيف حيث إن هذه المياه تكونت نتيجة تساقط الأمطار في فصل الشتاء.

-        الوصف الجيولوجي والتركيبي لمنطقة الدراسة:

تتألف المنطقة بصورة عامة من ترسبات نهرية سواء كانت الدلتا القديمة أو الحديثة وكذلك تتواجد الترسبات الهوائية المتمثلة بالكثبان الرملية (Sand Duns) في الجزء الشرقي، أما الترسبات النهرية القديمة فتشمل ترسبات حصوية وتتمثل بالمنطقة الغربية من المنطقة وذات أسطح تموجية بسيطة أما تحت الرواسب النهرية فقد ذكر ^[7،9] أن هناك رواسب حصوية وترسبات (Conglomerate) تعود إلى تكوين البختياري، وان مكاشف هذا التكوين تظهر بشكل واضح في مجرى نهر دجلة في سامراء وان في أسفل هذه الرواسب الحصوية يستقر انجانه (Upper Miocen) ذي مكونات اغلبها صخور رملية وأخرى غرينية مع وجود صخور طينية بالإضافة إلى وجود نسبة من الجبس الثانوي في بعض أجزائها، إن تكوين الفارس الأسفل (الفتحة) (Middle Miocene) فإنها في أسفل هذه الرواسب تتألف بشكل أساسي من طبقات الحجر الجيري، والحجر الطيني والسلتي والطفل وترسبات كتلية من الجبس والانهدرايت بالإضافة إلى ترسبات الملح الصخري ^[10] وان مكاشف هذه التكاوين تظهر بشكل واضح عند سلسلة جبال حمرين وتعتبر مكاشف صخور الفارس الأسفل (الفتحة) في جبل حمرين هي المصدر الأساسي للأملاح. أن الوضع التركيبي لمنطقة الدراسة هو أن المنطقة تقع في الجزء الشمالي من نطاق السهل الرسوبي (Mesopotamian Zone) ضمن الرصيف غير المستقر (Unstable Shelf) حسب تقسيمات بودي ^[10]. وبالتحديد في الجزء الشمالي من سلسلة نطاق دجلة ^[11] وأشار إلى أن هذا الجزء من النطاق قد تأثر بشكل قوي بالحركة الالبية وذكر أيضا بوجود صدع مستعرض لاتجاه عام (WSW- ENE) يمتد مئات الكيلومترات ويدخل الحدود الإيرانية وهو ناتج من إزاحة عمودية مع وجود تراكيب بطبات محدبة تحت السطح ممتدة بالاتجاه نفسه حيث يتم تحديدها اعتمادا على نتائج القياسات الجيوفيزيائية، وان التركيب المميز في المنطقة هي وجود طية مقعرة، فقد ذكر ^[9] إن تكوين البختياري تظهر مكاشفة في الجزء الغربي من المنطقة وعلى ضفاف نهر دجلة وتميل فيها الطبقات قليلا باتجاه الشمال الشرقي (NE) أما الجناح الشمالي للطية فيظهر عند جبال حمرين ويكون ميل الطبقات فيها بالاتجاه الجنوب الغربي (SW) لذلك فان منطقة الدراسة تقع في منخفض تركيبي.

  

شكل رقم -1- خريطة وطبوغرافية لمنطقة الدراسة موضح عليها آبار المياه الجوفية

طرائق العمل

-        جمع نماذج المياه وتحليلها:

جمعت نماذج المياه الجوفية من الآبار الإنتاجية وكانت في الجانب الغربي من بحيرة الشاري كما موضح في شكل رقم [1]  وتم حفظ النماذج في قناني بلاستيكية سعتها (1) لتر مغسولة ومجففة واخذ نموذج مكرر لكل موقع. وحفظت في المختبر وأجريت عليها الطرق الكيميائية التحليلية القياسية كما وجدت في (12, AptlA AwwA, AphA, AwwA, Apcf, 1985) فقد تم تعيين ايون الصوديوم والبوتاسيوم بواسطة جهاز قياس الانبعاث الذري اللهبي (Flame Photometers) وايون الكالسيوم والمغنسيوم بالطريقة الحجمية باستعمال محلول (FDTA) أما ايون الكلوريد فقد عين بالطريقة الحجمية بالتسحيح مع محلول نترات الفضة، وايون كبريتات بالطريقة الوزنية وذلك بترسيبه مع شكل كبريتات الباريوم

باستعمال كلوريد الباريوم، أما ايون البيكاربونات فقد تم تعينه بطريقة التسحيح مع حامض الكبريتيك، أما النترات فتم تعينه بطريقة التسحيح مع حامض الكبريتيك القياسي وباستعمال جهاز التقطير البخاري وبذلك تم حساب تراكيز الايونات الموجبة والسالبة لمياه آبار الدراسة بوحدات الـ PPm كما في جدول رقم [1].

جدول رقم -1- يوضح تراكيز الايونات الموجبة والسالبة لآبار الدراسة بوحدات ppm
رقم البئر	Na+	K+	Ca+2	Mg+2	Cl-	SO-24	HCO-13	NO-13	T.S.mg/L	PH
1	992.91	6.63	312.64	152.67	1413.50	1356.40	71.98	125.50	4.8	7.30
2	973.82	5.85	307.6	160.5	1420	1348.56	79.3	153.14	5.6	7.25
3	892.4	3.12	307.6	154.56	1233.07	1482.24	89.06	126.48	5.8	7.36
4	1010.16	5.85	304.3	153	1417.51	1363.2	73.2	128.34	5.3	7.26
5	999.58	6.24	352.7	126.66	1317.05	1428	67.1	125.86	5.3	7.31
6	1065.13	10.14	311.7	133.56	608.11	1919.71	149.54	26.66	5.2	7.3
7	833.06	3.2	349.11	172.32	1547.44	1250.88	128.1	1357.78	5.4	7.22

جدول رقم -2- يوضح تركيز الايونات الموجبة والسالبة لمياه الآبار بوحدات الـ epm
رقم البئر	Na+	K+	Ca++	Mg++	Cl-	SO-24	HCO-3	NO-3
1	43.17	0.17	31.64	25.36	39.84	56.51	1.18	2.04
2	42.34	0.17	31.26	26.75	40	56.19	1.3	2.47
3	42.77	0.08	31.26	25.76	34.74	61.76	1.46	2.14
4	43.92	0.15	30.43	25.5	39.92	56.8	1.2	2.04
5	43.46	0.16	35.27	21.11	37.1	59.5	1.1	2.07
6	46.31	0.26	31.17	22.26	17.12	79.99	2.45	0.43
7	36.22	0.08	34.98	28.72	43.58	52.12	2.1	2.19

	جدول رقم -3- يوضح تركيز الايونات الموجبة والسالبة لمياه الآبار بالنسبة المئوية بوحدات الـepm.
رقم البئر		Na+	K+	Ca+2	Mg++	Cl-	SO-24	HCO-3	NO-3
1		43.17	0.17	41.24	25.36	39.84	56.51	1.18	2.03
2		42.34	0.15	30.76	26.75	40.14	56.19	1.2	2.47
3		38.08	0.08	35.36	25.76	34.74	61.76	1.46	2.04
4		43.92	0.15	30.43	25.5	39.93	56.8	1.2	2.07
5		43.46	0.16	35.27	21.11	37.1	59.5	1.1	2.03
6		46.31	0.26	31.17	22.26	17.12	79.99	2.45	0.43
7		36.22	0.08	34.98	28.72	43.58	52.12	2.1	2.19

-        هيدروكيميائية مياه الآبار:

تمثل الدراسات الهيدروجيوكيميائية جانبا مهما لتحديد الطبقة الصخرية الحاملة للمياه وفي فهم الظروف والعوامل التي مرت بها المياه خلال تاريخ تكوينها كما أن هيدروكيميائية المياه تتأثر بالعديد من العوامل منها نوعية التركيب الصخري للمنطقة التي تتواجد فيها المياه وقابلية الصخور على خزن المياه في المسامات المتواجدة في النسيج الصخري بالإضافة إلى العمر الجيولوجي في جميع العمليات التحويرية اللاحقة بالإضافة إلى نوعية وكمية المياه المتواجدة ضمن تلك الآبار ^[13] وتستخدم الدراسات الهيدروجيوكيميائية في حل العديد من مشاكل الإنتاج للمياه منها تحديد مصادر المياه الطبقية، أو تساعد في ترابط عمليات تفسير مجسات الآبار وذلك من خلال معرفة تراكيز المواد الذائبة والمركبات الموجودة في المياه الخلالية (Interstitial Water)  وكذلك تستخدم نتائج تحاليل المياه في عمل مضاهاة بين الوحدات الطبقية المنتجة للمياه ^[14] في هذه الدراسة نحاول استخدام الدوال الهيدروكيميائية الناتجة من التحاليل الهيدروكيميائية للآبارمنطقة الدراسة وذلك لمعرفة عدد من الاستنتاجات وكما يلي:

1-    معرفة أصل المياه الجوفية في آبار منطقة الدراسة:

يمكن معرفة أصل تلك المياه باستخدام تصنيف (Sulin,1946) الذي يستند إلى تحديد النسب المئوية للمكافئات (epm%) للايونات الموجبة والسالبة الذائبة في المياه ويمكن تطبيق هذا المبدأ على الآبار المدروسة كمل في جدول رقم [4]:

جدول رقم -4- يوضح تصنيف مياه آبار الدراسة حسب تصنيف (Sulin) عن (Collins, 1975)
رقم البئر	نوع المياه	أصل المياه	قيمة Na/Cl	قيمة  Na- Cl/SO4	قيمة  Cl- Na/Mg
1	SO4	جوية	1.08	0.13	-0.13
2	SO4	جوية	1.05	0.03	-1.5
3	SO4	جوية	1.11	0.06	-0.15
4	SO4	جوية	1.09	0.07	-0.18
5	SO4	جوية	1.17	0.10	-0.30
6	SO4	جوية	2.7	0.30	-1.31
7	Cl- Mg	بحرية	0.83	-0.14	0.25

2 -صلاحية مياه الآبار في الاستخدام الزراعي والاروائي:

يمكن معرفة استخدام صلاحية مياه هذه الآبار للأغراض الاروائية والزراعية من خلال تطبيق مبادئ العالم Todd [16] وكما يلي:

SAR= Na/     Ca+Mg/2

حيث (SAR) تمثل امتزاز الصوديوم. ويمكن تطبيق المبدأ على آبار الدراسة كما في جدول رقم [5].

3- معرفة صلاحية مياه الآبار في الاستخدام البشري:

يمكن استخدام مبدأ Carrol ^[17] في معرفة مدى صلاحية مياه الآبار للاستخدام البشري كما في جدول رقم [6].

جدول رقم -5- يوضح تطبيق مبادئ Todd,1960 على آبار الدراسة

رقم البئر	قيمة SAR	صلاحية الاستخدام
1	8.14	صالح للاستعمال
2	7.8	صالح للاستعمال
3	8.22	صالح للاستعمال
4	8.41	صالح للاستعمال
5	8.2	صالح للاستعمال
6	9.08	صالح للاستعمال
7	6.49	صالح للاستعمال

جدول رقم -6- يوضح تصنيف (Carrol,1962)

Total Dissolved Solids (T.D.S)mg	Water Type
0-   1000	Fresh Water
1000- 10000	Brackish Water
10000- 100000	Saline Water
>100000	Brine

النتائج والمناقشة

1- هيدروكيميائية المياه الجوفية لآبار الدراسة:

تتأثر طبيعة تغاير الايونات الذائبة في المياه بصورة رئيسية بالمناخ ونوع صخور الأم والنشاط البشري ^[18] ويبين الجدول رقم [1] تراكيز الايونات ومقدار الملوحة الكلية في المياه الجوفية للآبار حيث تكون أعلى قيم لتراكيز الايونات هي لايوني الكبريتات والصوديوم وذلك لان منطقة الدراسة تقع ضمن مكاشف تكوين صخور الفارس الأسفل (الفتحة) ذات الطبيعة الصخرية المتكونة من الجبس والالنهدرايت بالإضافة إلى ترسبات الملح الصخري ^[10] وهنالك تغاير مبدئي منتظم بالنسبة لايون واحد ضمن مجموعة الآبار.

 وتم معرفة أصل ونوع مياه الآبار من خلال استخدام مبدأ (Sulin,1946) فوجد أن نوعها الكيمياوي هو من نوع كبريتات الصوديوم وذات الأصل الجوي ما عدا البئر السابع فانه من نوع كلوريد المغنسيوم وذات الأصل البحري كما في جدول رقم [4]. وإن البئر السابع هو البئر الوحيد ضمن آبارمنطقة الدراسة كان نوعه الكيمياوي هو من نوع  كلوريد المغنسيوم وإن أصل مياهه ذات أصل بحري فانه يدل على وجود مركبات هايدروكاربونية ^[15] وكان ذلك نتيجة أما لحدوث تلوث هايدروكاربوني في منطقة الدراسة أو نتيجة لوجود تجمعات هايدروكاربونية بصورة طبيعية نتيجة لظروف جيولوجية مرت بها تلك المنطقة .   

2-صلاحية استخدام مياه الآبار لأغراض الري والاستخدام البشري:

لقد تم تطبيق مبدأ العالم Todd ^[16] في معرفة مبدأ صلاحية هذه الآبار لأغراض الري والصناعة كما في جدول رقم [5] فاتضح بان هذه الآبار صالحة للأغراض الري والنشاط الصناعي وذلك لان قيمة الامتزاز (SAR) اقل من 75 كما وضحها العالم Todd ^[16] لهذه الآبار لذلك ممكن القيام بعمل منشات زراعية وصناعية وذلك للتخلص من ظاهرة التصحر في تلك المنطقة وكذلك فان مياه هذه الآبار صالحة للاستخدام البشري وذلك نتيجة لاستخدام مخطط Carrol ^[17] كما في جدول رقم [6] وقد تجرى لها بعض التقنيات الحديثة من خلال عمل بعض التحاليل الكيميائية والبايولوجية للحصول على مياه صالحة بصورة جيدة للاستخدام البشري.

References

1.Parsons, R.M. (1955). Ground water resources of Iraq, v3.Bajj-Sammara-area.j.o.m.Library.

2. El- Kiki, F.K; Al- Pin, T.S. and Hassan, H,A. (1974).Hydrochemical condition of Eaktimi.Alifin Shani lake basin .j. G. S.T., 1974, 7, Iraq. , 111- 124.

3. كريم، حقي إسماعيل إبراهيم؛ ومحمود، صداوع شريف. (1978). تقرير عن الدراسات الهيدرولوجية ضمن منطقة الجزيرة التابعة لمحافظة نينوى/ المنشاة العامة للمسح الجيولوجي والتحري المعدني.

4.Tucker, R.M. (1981). Gaint polygons in the Troassic, Cheshire, Bangland: A Thermal contract. Se seavence Frowed in mar. nc sabkha.p.1013-1023

5. Warren, J.K. and Kendall, C.G. (1985). Comparison seqvences pormed in marine sabkha (svbaqueous) setting modern and anice. A .A. P. G. Bull. V. 69. No. 6, pp. 1013- 102.

6. Hardi, L.A.; Smoot, J.P. and Evgster, H.P.(1975). Iackes and their deposits, In: modern and lake sediments.p.35- 41.

7. Bolton,C.M.G., Geological report on the saline deposits of shari lake, Near Sammara. REPOH, 1956, VII(36),  sitc investigations Co. Ltd.

8. البدري، عباس صالح، الصباغ، ونبيل ويعقوب وعلي إبراهيم،(1986). التحريات الجيولوجية لوسط الجزيرة ضمن محافظة نينوى/المنشاة العامة للمسح الجيولوجي والتحري المعدني.تقرير داخلي ، صفحة9.

9. Araim, H.I.; Iaboutka, M. and Ghazoul, S. (1976). Report on Hydrogeological in Shari lake- Sammara, state organization for minerals Baghdad.

10. Buday, T. (1980). The Regional Geology of Iraq: stratigraphy and pale geography, Dar Al- Kutib Pub. House Univ of Mosul, 445p..

11. Buday, T. (1987). The Regional Geology of Iraq Vz. Tectonic and structure.

12. Mackereth, F.J.H. and Horon, J. (1980). Water analysis fresh – water Biological.

13.Ingebritsen, S. and Sandford, W. (2001). Ground Water in Geologic processes Cambridge, univ, 3^rd, edition, p341.

14.Gibbs, R.J. (1970). Mechanisms controlling world water chemistry. Science., 1970, 170, 1086- 1090.

15.Collins, A.G. (1975). Geochemistry of oil field water. Elsevier publishing company, Amste 496p.

16. Todd, D.K. (1960). Ground water Hydrology. P.175- 178.

17. Carrol, D. (1958). Role of clay mineral in the Trans rotation of Iran, Geoche. Cosm. Acta., 1958, 14(1), 21-26.

18.Gorham, E., Factors influencing supply of major ions to inland waters, with special reference to the atmosphere; Geol. Soc. Amer. Bull., 1961, 72, 795- 840.

 حمله                   من هنا