Using environmental isotopes for estimating the relative contributions of groundwater recharge mechanisms in an Arid Basin Central Saudi Arabia

Abstract

Stable isotope compositions of water (2H and 18O) were utilized to estimate the relative contributions of diffused recharge (DR) through the soil matrix from direct precipitation and concentrated recharge (CR) through coarsetextured ephemeral streambeds to groundwater in the arid granitic basin of Alquway central Saudi Arabia Groundwater ranged in its stable isotope composition from 251 ‰ to – 203 ‰ for 18O and from 127 ‰ to 101 ‰ for 2H Local groundwater line (LGWL) is defined by 2H 472 18O 057 Average stable isotopic content of CR is –258 ‰ for 18O and –1237 ‰ for 2H Local CR line (LCRL) is given by 2H 528 18O 124 Its slope indicates that CR experiences significant kinetic fractionation resulting in a greater relative enrichment of 18O than 2H DR is more enriched in the heavy isotopes with means of 038 ‰ for 18O and –98 ‰ for 2H Local DR line (LDRL) is given by 2H 201 18O 903 Its slope is much lower than that of LCRL indicating that DR goes through more stable isotopic fractionation than CR due to experiencing more evaporation from unsaturated soils Rechargeinducing rainfalls in this basin were estimated to be relatively depleted in the heavy isotopes suggesting that groundwater recharge in this basin originates only from heavy downpours Using mean values of 18O in a massbalance equation the relative contributions of CR and DR to groundwater were estimated to be 84 % and 16 % respectively

تم في هذا البحث استخدام النظائر المستقرة الداخلة في تكوين جزيئات الماء، لتقدير المساهمة النسبية لكل من تغذية المياه الجوفية بوساطة التغذية المنتشرة من الرشح المباشر لمياه الأمطار من خلال التربة والتغذية المركزة من تسرب مياه السيول في بطون الأودية والشعاب ذات النسيج الخشن، وذلك في حوض القويع الجرانيتي الجاف بوسط المملكة العربية السعودية وقد تراوح مستوى النظائر المستقرة في المياه الجوفية من 251 إلى 203 في الألف لأكسجين 18 ومن 127 إلى 101 في الألف لهيدوجين2، وتمثل المعادلة الخطية التالية خط المياه الجوفية المحلية 2H 472 18O057 كما بلغ متوسط مستوى النظائر المستقرة في مياه التغذية المركزة 258 في الألف لأكسجين18 و1237 في الألف لهيدوجين2، ويتمثل خط مياه التغذية المنتشرة المحلية في المعادلة الخطية التالية 2H 528 18O 124 التي تدل قيمة الانحدار فيها على أن هذه المياه تعرضت لتمايز حركي نتج عنه تركيز نسبي أكثر لأكسجين 18 من هيدوجين 2 أما مياه التغذية المنتشرة فإن مستوى النظائر المستقرة الثقيلة مركز فيها أكثر من نظيرتها حيث بلغ متوسط مستوى النظائر المستقرة فيها 038 في الألف لأكسجين 18 و98 في الألف ليهدوجين 2، وتمثل المعادلة الخطية التالية خط مياه التغذية المنتشرة المحلية 2H 201 18O903 وكون قيمة الانحدار فيها أقل من سابقتها يدل على أن مياه التغذية المنتشرة تتعرض لتمايز حركي أكثر في أثناء عملية التبخر، لأنها تتعرض لتبخر أكثر من التربة غير المشبعة بالمياه وقد دل تقدير مستوى النظائر المستقرة في مياه الأمطار التي تؤدي لتغذية المياه الجوفية أن النظائر المستقرة الثقيلة فيها مستنفذة، مما يشير إلى أن الأمطار التي تؤدي لتغذية المياه الجوفية في هذا الحوض مقتصرة على زخات المطر الغزيرة فقط وقدرت المساهمة النسبية للتغذية المركزة والتغذية المنتشرة باستخدام متوسط مستوى أكسجين 18 في معادلة الحفاظ على الكتلة بنحو 84 % و 16 % على التوالي