ارزیابی هیدرولوژی ایزوتوپی تالاب‌های شمال کشور و گروه‌بندی آن‌ها براساس آزمون تجزیه به مؤلفه‌های اصلی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده ی تحقیقات کشاورزی، پزشکی و صنعتی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 498-31485، کرج ـ ایران

2 گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، صندوق پستی: 1163، مشهد ـ ایران

3 مؤسسه ی تحقیقات کشاورزی دیم کشور، وزارت جهاد کشاورزی، صندوق پستی: 119، مراغه ـ ایران

4 پژوهشکده ی حفاظت خاک و آبخیزداری، وزارت جهاد کشاورزی، صندوق پستی: 1136-13445، تهران ـ ایران

5 پژوهشکده ی تحقیقات کشاورزی، پزشکی و صنعتی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 498-31485، کرج ـ ایران

چکیده

به منظور ارزیابی هیدرولوژی ایزوتوپی منابع ذخیره‌سازی آب و گروه‌بندی آن‌ها براساس پارامترهای فیزیوگرافی و شیمیایی مؤثر در حوزه‌ی آبریز، آزمایش‌هایی در طی سال‌های 1388 تا 1390 در 30 تالاب مختلف در شمال ایران انجام شد. نمونه‌ها در طی فصل‌های بهار، تابستان، پاییز و زمستان جمع‌آوری شده و مورد تجزیه و تحلیل شیمیایی و ایزوتوپی قرار گرفتند. داده‌های ایزوتوپی نشان‌دهنده‌ی این بودند که تالاب‌ها طیف وسیعی از نشانه‌های ایزوتوپیِ تحت تأثیر قرار گرفته به وسیله‌ی آب و هوا، هیدرولوژی و پارامترهای فصلی محلی را شامل می‌شوند. در اغلب تالاب‌ها، نشانه‌ی ایزوتوپی در فصل زمستان، پایین‌تر از دیگر فصل‌ها بود. میزان کاهش فزونی دوتریم از زمستان تا بهار از ‰86/12 به ‰83/0 بود که این روند در طول بهار و تابستان با سیر نزولی از ‰83/0 به ‰89/2- ادامه داشت. مطابق آزمون تجزیه به مؤلفه‌های اصلی، هشت مؤلفه‌ معنی‌دار تعیین و در مجموع 72 درصد از تغییرات موجود در حوزه‌های آبریز توجیه شد. داده‌های ایزوتوپی مؤید کاهش قابل توجه در مقدار ایزوتوپ‌های O18 و H2 در طول بهار و تابستان در تالاب‌های 20، 21، 22، 24، 25، و 26 بود که این امر نشان‌دهند‌ی حضور ایزوتوپ‌های سبک در آب موجود در این آبگیرها بود. داده‌ها هم‌چنین نشان داد که جدایی فیزیکی ایزوتوپ‌های O18 و H2 به وسیله‌ی مولکول‌های آب و پیشی گرفتن H2 در جابه-جایی‌ها منجر به افزایش فزونی H2 در این تالاب‌ها شده است. این امر باعث شده است مقدار فزونی دوتریم در تالاب 12 در تابستان حتی بزرگ‌تر از زمستان نیز باشد. این فرایند هم‌چنین می‌تواند دلیل قابل‌قبول برای توجیه بالاترین میزان فزونی دوتریم و کم‌ترین میزان O18 و H2 در تالاب‌های شهرستان سیاهکل (25، 26) باشد. به نظر می‌رسد پمپاژ آب‌های زیرزمینی (با مقدارهای جزیی از نمک مشتق شده از تراوش آب دریا) به تالاب می‌تواند یکی دیگر از دلایل کاهش قابل توجه در ایزوتوپ‌های سنگین O18 و H2 در آبگیرهای 2، 12، 14 و 25 از بهار به تابستان باشد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Isotope Hydrology in Wetlands in North of Iran and Grouping of them by Principal Component Analysis

نویسندگان [English]

  • Mir Ahmad Mousavi Shalmani 1
  • Reza Khorasani 2
  • Nejat Pirvali Beiravand 1
  • Vali Feiziasl 3
  • Korosh Kamali 4
  • Ebrahim Moghiseh 5
  • Nazanin Pourmohammad 5
چکیده [English]

 In order to assess the isotope hydrology in different water reservoirs in the north of Iran and to group them in relation to different chemical and physiographical parameters on catchment scale, an extensive study was conducted during 2010 to 2011 in 30 different wetlands. The samples were collected at three different seasons and analyzed for chemical and isotopic components. The isotopic data show that the selected wetlands cover a wide range of isotopic signatures, affected by climate, hydrology and local seasonal parameters. In most wetlands, the isotopic signatures in winter were lower than these in other seasons. The amount of deuterium excess was decreased from winter to spring by 12.86‰ to 0.83‰. These downward trends were continued during the spring to summer by 0.83‰ to -2.89 ‰. The results of principal components analysis (PCA) indicate that there are eight significant justifiable components with eigenvalue more than one which could describe differences between ponds (by 72%) in catchment scale in our experiment. The data showed that there is a significant decrease in d-excess during spring and summer in ponds 20, 21, 22, 24, 25 and 26 indicating the presence of light isotopes in these ponds. Physical separation of 18O and 2H by water molecules and prevalence of 2H in the movements led to increment of d-excess in most wetlands. This has led to d-excess of pond 12 even greater in summer than in winter. This could be an acceptable reason for ponds 25 and 26 (Siyahkal county) with the highest amount of d-excess and the lowest amounts of 18O and 2H. It seems that light water pumped from groundwater wells with minor source of salt (originated from sea deep percolation) into the ponds, may be another reason for the significant decrease in the heavy isotopes of water (18O and 2H) as for the ponds 2, 12, 14 and 25 from spring to summer.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Isotope Hydrology
  • Wetlands
  • Principal Component Analysis
  • 18O
  • 2H
  • Grouping

1. I.L. Leontiadis, S. Vergis, Th. Christodoulou, Isotope hydrology study of areas in Eastern Macedonia and Thrace, Northern Greece, Journal of Hydrology, 182 (1996) 1-17.

2. G. Vandenschricka, B. Van Wesemaela, E. Frota, A. Pulido-Boschb, L. Molinab, M. Stie´venardc, R. Souchezd, Using stable isotope analysis (δD–δ18O) to characterise the regional hydrology of the Sierra de Gador, south east Spain, Journal of Hydrology, 265 (2002) 43–55.

3. J. Kværner, B. Kløve, Tracing sources of summer streamflow in boreal headwaters using isotopic signatures and water geochemical components, Journal of Hydrology, 331 (2006) 186–204.

4. W. D’ Alessandroa, C. Federicoa, M. Longoa, F. Parellob, Oxygen isotope composition of natural waters in the Mt Etna area, Journal of Hydrology, 296 (2004) 282–299.

5. N. Ogrinc, T. Kanduc, W. Stichler, P. Vrecˇa, Spatial and seasonal variations in d18O and dD values in the River Sava in Slovenia, Journal of Hydrology, 359 (2008) 303–312.

6. P. Vrecˇa, I. Krajcar Bronic, N. Horvatincˇic, J. Baresˇic, Isotopic characteristics of precipitation in Slovenia and Croatia: Comparison of continental and maritime stations, Journal of Hydrology, 330 (2006) 457–469.

7. C. Jonsson, M. Leng, G. Rosqvist, J. Seibert, C. Arrowsmith, Stable oxygen and hydrogen isotopes in sub-Arctic lake waters from northern Sweden, Journal of Hydrology, 376 (2009) 143–151.

8. L.I. Wassenaar, P. Athanasopoulos, M.J. Hendry, Isotope hydrology of precipitation, surface and ground waters in the Okanagan Valley, British Columbia, Canada, Journal of Hydrology, 411 (2011) 37–48.

9. IAEA. Use of isotope and radiation methods in soil and water management and crop nutrition, Training Course Series, 14 (2001) 129-134.

10. SWRI (Soil and Water Research Institute of Iran), Guideline for laboratory analysis of soil and water samples, Ministry of Agriculture, Vice Presidency for Planning and Supervision Publication, 467 (2010) 255.

11. J.E. Christiausen, E.C. Olsen, L.S. Willardson, Irrigation water quality. J. Irrigation and Drainage Div., ASCE. 103 (1977) 155-169.

12. G. Fipps, Irrigation water quality standards and salinity management strategies, Texas Cooperative Extension, The Texas A&M University System, Bulletin No. 1667., 4-03; Extension publications can be found on the Web at: http://tcebookstore.org (1995).

13. C. Kirda, Assessment of irrigation water quality. Options Méditerranéennes, Sér. A /n031, 1997 Séminaires Méditerranéen (1997).

14. R.S. Ayers, D.W. Westcot, Water quality for agriculture, Food and Agriculture Organization of the United Nations-Irrigation and Drainage, 29 (1) (1985).

15. J.J. Gibson, T.W.D. Edwards, T.D. Prowse, Pan-derived isotopic composition of atmospheric water vapour and its variability in northern Canada, Journal of Hydrology, 217 (1999) 55–74.

16. M.J. Leng, A.L. Lamb, T.H.E. Heaton, J.D. Marshall, B.B. Wolfe, M.D. Jones, J.A. Holmes, C. Arrowsmith, Isotopes in lake sediments, In: Leng, M.J. (Ed.), Isotopes in Palaeoenvironmental Research, Springer, Dordretch, The Netherlands (2005) 147–176.

17. M.J. Leng, J.N. Anderson, Isotopic variation in modern lake waters from western Greenland, The Holocene, 13 (2003) 605–611.

18. M. Leng, J.D. Marshall, Paleoclimate interpretation of stable isotope data from lake sediment archives, Quaternary Science Reviews, 23 (2004) 811–831.

19. C. Chang, P.V. McCormick, S. Newmanb, E.M. Elliott, Isotopic indicators of environmental change in a subtropical wetland, Ecological Indicators 9 (2009) 825-836.

20. H. Craig, Isotopic variations in meteoric waters, Science, 133 (1961) 1702–1703.

21. W. Dansgaard, Stable isotopes in precipitation, Tellus, 16 (1964) 436–468.

22. E. Saulnier-Talbot, M.J. Leng, R. Pienitz, Recent climate and stable isotopes in modern surface waters of northernmost Ungava Peninsula, Canada, Canadian Journal of Earth Sciences, 44 (2007) 171–180.

23. J.R. Gat, Oxygen and hydrogen isotopes in the hydrologic cycle, Annual Review of Earth & Planetary Sciences, 24 (1996) 225–262.

24. K. Froehlich, J.J. Gibson, P. Aggarwal, Deuterium excess in precipitation and its climatological significance, In: Study of Environmental Change using Isotope Techniques, C&S Papers Series 13/P. International Atomic Energy Agency, Vienna (2002) 54–65.

25. W.G. Darling, J.C. Talbot, The O & H stable isotopic composition of fresh waters in the British Isles. 1. Rainfall. Hydrology and Earth System Sciences, 7 (2003) 163-181.