Hydrogeology and hydrogeochemistry of some springs in the Arab Emirates

Abstract

Despite the dry arid climate and lack of permanent rivers U A E springs provide reasonable amounts of water which are used for various purposes However little is known about their hydrogeology and hydrogeochemistry In this study emphasis has been on the hydrogeology and hydrochemistry of salient U A E springs ; namely Khatt (Ras AlKhaimah) Siji (AIFujairah) and Bu Sukhanah(Abu Dhabi) These springs are located in different rock types at variable topographic elevations within different drainage basins and along definite structural elements Results of this study showed that the 19841991 spring discharge rates ranged from 006 x 106 m³ y (Siji) to 250 x 106 m3 y (Bu Sukhanah) with little change during this period Based on these discharge rates and Meinzer's classification the studied U A E springs belong to the second (Bu Sukhanah) fourth (Khatt north and Khatt south) and fifth (Siji) orders Rainfalldischarge correlation showed that the discharge rates of Khatt springs are directly related to rainfall intensity In contrast discharge rates of the Siji and Bu Sukhanah springs are not directly related to rainfall During the 19841991 period the springs' salinity has increased by 10 % (Khatt south) to 50 % (Bu Sukhanah) as a result of low rainfall and heavy groundwater pumping in springs recharge areas However the increase of Bu Sukhanah spring's water salinity with almost a triple increase in its discharge during the 19841991 period needs further investigation High springwater temperatures (30°C Siji; 39°C Khatt north; 395°C Bu Sukhanah; 41°C Khatt south) can be related to the nature of groundwater flow circulation or radioactivity (especially Bu Sukhanah spring) Plotting the 1991 and 1994 chemical analyses of the waters of these springs on Piper's diagram revealed that water types are sodium chloride and magnesium bicarbonate The relatively high HC03 concentration (200322 mg I) in the water of Khatt springs suggests a relatively recent age whereas the high SO concentration (5611862 mg I) in Bu Sukhanah spring water suggests a relatively old age Comparison of water chemistry of each spring and the water chemistry of five shallow groundwater samples from the same area shows a good correlation between Khatt springs and shallow groundwater in contrast to Siji and Bu Sukhanah springs that are distinctly different Calculated Sodium Adsorption Ratio (SAR) of springs water varies between 082 (Siji) and 1501 (Bu Sukhanah) indicating that except for Siji spring water from the studied springs is unsuitable for irrigation of traditional crops

رغم جفاف وقارية المناخ وغياب الأنهار الدائمة، تتدفق من ينابيع الإمارات العربية المتحدة كميات كبيرة من المياه التي تستخدم في مختلف الأغراض وعلى الرغم من ذلك فلا يعرف عن الظروف الهيدروجيولوجية لتلك الينابيع أو الخواص الكيميائية لمياهها إلا القليل في هذه الدراسة تم التركيز على هيدروجيولوجية وهيدروكيميائية بعض الينابيع، والشهيرة في الإمارات العربية المتحدة وهي عيون خت بإمارة رأس الخيمة، وعين سيجى بإمارة الفجيرة، وعين بوسخانة (العي الفايضة) بإمارة أبو ظبي حيث تقع تلك الينابيع داخل صخور مختلفة وعلى ارتفاعات متباينة في أحواض صرف مستقلة وبطول عناصر تركيبية محددة أوضحت نتائج هذه الدراسة أن معدلات تدفق تلك الينابيع أثناء الفترة بين 1984 م و1991 م قد تراوحت بين (006) مليون م² في السنة (عين سيجى) و(250) مليون م² في السنة (العين الفايضة)، مع تغيرات متباينة خلال الفترة وبناء على معدلات تدفقها، أمكن تقسيم تلك الينابيع حيث تمثل العين الفايضة نبوعا من المرتبة الثانية، وعيون خت من المرتبة الرابعة، وعين سيجى من المرتبة الخامسة وتدل مقارنة معدلات الأمطار في محطات الأرصاد القريبة من تلك الينابيع بمعدلات تدفقها على أن معدلات تدفق عيون خت ترتبط بمعدلات الأمطار، وأما معدلات تدفق عين سيجي والعين الفايضة فإنها لا ترتبط مباشرة بمعدلات الأمطار كما أوضحت مقارنة معدلات تدفق الينابيع بمناسيب المياه الجوفية أن معدلات تدفق عيون خت تزداد بزيادة منسوب المياه الجوفي، بينما لا يوجد توافق بين تدفق عين سيجى والعين الفايضة ومناسيب المياه الجوفية بل على العكس، ففي الوقت التي انخفضت فيه مناسيب المياه الجوفية الضحلة في منطقتي سيجى والعين بقي تدفق عين سيجى ثابتا خلال الفترة بين 1987م و1991 م بينما ازداد تدفق العين الفايضة بصورة ملحوظة أثناء الفترة من 1984 م حتى 1991 م ازدادت درجة ملوحة الينابيع موضوع الدراسة بنسب تتراوح بين 10 % في عين خت الجنوبية و50 % في العين الفايضة، وقد ترجع الظاهرة إلى انخفاض معدلات الأمطار في السنوات الأخيرة، وإلى ضخ المياه الجوفية بكثافة في مناطق تغذية تلك الينابيع ومع ذلك فإن تضاعف درجة ملوحة مياه العين الفايضةرغم زيادة معدل تدفقها إلى ثلاثة أضعاف في الفترة بين 1984 م و1991 ميحتاج إلى المزيد من الدراسة وتعود درجة الحرارة العالية لمياه الينابيع (30 ملعين سيجى و39 م لعين خت الجنوبية و395 م لعين الفايضة و41 م لعين خت الشمالية) إلى اختلاف نظم سريان المياه الجوفية التي تغذي تلك الينابيع، بالإضافة إلى احتمال وجود العناصر المشعة (خاصة في مياه العين الفايضة) ويكشف تخطيط الرسم البياني لـ (بيبر) نتائج التحاليل الكيميائية للأعوام 1991 م و1992 م و1994 م أن مياه الينابيع التي تمت دراستها تنتمي إلى نوعي كلوريد الصوديوم وبيكربونات المغنيسيوم كما يدل الارتفاع النسبي في تركيز أيون البيكربونات (200322 مللي جرام اللتر) في عيون خت على حداثة مياهها، بينما يدل ارتفاع تركيز أيون الكبريتات (5611862 مللي جرام اللتر) في العين الفايضة على القدم النسبي لمياهها وتدل مقارنة تركيزات الأيونات الرئيسية في مياه الينابيع والمياه الجوفية في المناطق المجاورة لها أن هناك تشابها واضحا بين مياه عيون خت والمياه الجوفية الضحلة، بينما تختلف مياه عين سيجي والعين الفايضة عن المياه الجوفية الضحلة في أماكن تواجدهما وتتراوح قيم نسبة ادمصاص الصوديوم بين 082 (عين سيجى) و1501 (العين الفايضة)، مما يدل على أنه باستثناء عين سيجى، فإن استخدام مياه الينابيع موضوع الدراسة للري قد يكون له تأثير سلبي على النباتات والتربة