دانلود مقاله ارزیابی پتانسیل آلودگی و آنالیز حساسیت آب زیرزمینی در آبخوان خاتونآباد با استفاده از مدل دراستیک مبتنی بر GIS

word قابل ویرایش
10 صفحه
5700 تومان

مقدمه

امروزه ارزیابی اسـتعداد آلـودگی منـابع آب زیرزمینـی بـه طـرز روز افزونـی نهایت نقشه آسیب پذیری ارائـه مـی شـود . دراسـتیک متـداول تـرین روش بـرای
توسط کشورها و آژانسهای دولتی در حال افزایش اسـت .(Rahman, 2008) ارزیابی حساسیت آبخوان است هر چند که هدف آن پیشبینی وقوع آلـودگی در
علاوه بر این، تهیه نقشه نقاط مستعد آلودگی می تواند به عنوان کمک کننـدهای آب زیرزمینی نیست. البته برخی کاربردهای دراستیک برای این منظور موفـق و
برای دستگاه های تصمیم گیرنده در جهت حفاظت منابع آب زیرزمینی به عنـوان برخـی نیـز نـاموفق بـودهانـد .(Adamat et al., 2003) تـاکنون مطالعـات
منابع با ارزش و استراتژیک هر کشور باشد و امکان تعیین مناطق قابل حفاظـت متعددی در زمینه استعداد آلودگی آبخوان با اسـتفاده از روش دراسـتیک انجـام
از هر آبخوان را بوجـود آورد .(Tilahun and Merkel, 2009) بـزرگتـرین شده است. (چیـت سـازان و اختـری ، (۱۳۸۵ بـا بکـارگیری روش دراسـتیک در
مزیت تهیه نقشـه بـا اسـتفاده از GIS، امکـان انجـام بهتـرین ترکیـب و ادغـام دشت های زوبرچری و خران نشان دادند کـه بخـش غـرب و جنـوب غربـی ایـن
لایه های اطلاعاتی و تغییر سریع در پارامتر داده های استفاده شده در طبقه بندی آبخوان دارای آسیب پذیری متوسط اسـت و نـواحی کـوچکی در شـمال غـرب و
استعداد آلودگی یـک آبخـوان اسـت .(Wang et al., 2007)یکـی از راههـای شرق منطقه مورد مطالعه در محدوده بدون خطر آلودگی قرار مـی گیرنـد. سـایر
پیشگیری آلودگی آب زیرزمینی شناسایی مناطقی است که استعداد آلوده شدن بخش های آبخوان نیز آسیب پذیری پایینی را نشان مـی دهنـد. همچنـین نتـایج
بالایی دارند و به وسیله این شناخت مـی تـوان م نطقـه را از نظـر آسـیبپـذیری آنالیز نیترات نمونههای آب زیرزمینی نشان داد که میزان نیترات در بخش غـرب
پهنه بندی نمود و در نتیجه با اعمـال تمهیـدات لازم از آلـوده شـدن منـاطق بـا و جنوب غربی آبخوان بیش از میزان نیترات موجود در سایر بخش هـای آبخـوان
آسیب پذیری بالا جلوگیری نمود. یکـی از کـاربردی تـرین مـدل هـای کیفـی بـه است (چیـت سـازان و اختـری، .(۱۳۸۵ (اصـغری مقـدم و همکـاران، (۱۳۸۸ در
منظور ارزیـابی آسـیب پـذیری روش دراسـتیک (DRASTIC) اسـت . در ایـن مطالعه ای که به منظور ارزیابی آسیب پذیری آب زیرزمینی دشت های بازرگـان و
روش، پارامترهــای مختلــف هیــدروژئولوژیکی کــه هــر یــک در انتقــال آلــودگی پلدشت با استفاده از روش دراستیک انجام شد نشان دادند که حدود ۳ درصد از
تاثیرگذارند با یک ضریب وزنی و یک ضریب ارزش بـا یکـدیگر جمـع شـده و در منطقه مورد مطالعه در محـدوده آسـیب پـذیری کـم، ۳۷ درصـد متوسـط و ۶۰
محدوده آسیب پذیری زیاد قرار می گیرد که قسـمت هـای وسـیعی از شـرق، منابع آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه و استفاده از آن در شرب، کشـاورزی
غرب و بخشی از مرکز را شامل می شود. علاوه بر این، بـا توجـه بـه حجـم زیـاد و پــرورش آبزیــان، حفاظــت ایــن منــاطق بــه منظــور جلــوگیری از آلــودگی و

۱

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

مدیریت بهینه منابع آب ضروری است (اصغری مقدم و همکـاران، .(۱۳۸۸ (آزاد شهرکی و همکاران، (۱۳۸۹ در مطالعهای تحت عنوان ارزیابی پتانسـیل و آنـالیز حساسیت آسیب پذیری آب زیرزمینی دشت هشتگرد بـه روش دراسـتیک نشـان دادند که پهنهبندی پتانسیل آسـیب پـذیری آبخـوان دشـت هشـتگرد بـا نقشـه نیترات آب زیرزمینی تطـابق قابـل قبـولی نشـان مـی دهـد و بیشـترین درصـد پتانسیل آسیب پذیری مربوط به کلاس متوسـط بـوده و منـاطق شـمالی دشـت دارای میـزان آسـیبپـذیری بـالایی هسـتند و نـواحی جنـوبی دشـت کمتــرین آسیب پذیری را دارا میباشند (آزادشهرکی و همکاران، .(۱۳۸۹ با توجه به اینکـه دشت خاتون آباد تأمین کننده آب مورد نیاز مجتمع مس سرچشـمه بـه عنـوان یکی از ارکان اقتصادی کشور می باشد و از نظـر توسـعه کشـاورزی نیـز یکـی از دشت های مهم استان کرمان محسوب میگردد، لذا حفاظت و حراسـت از منـابع آبی این دشت از اهمیت ویژه ای برخـوردار اسـت . از طرفـی، آلـودگی منـابع آب زیرزمینی در اثر فعالیت های انسـانی از مهمتـرین مشـکلات مـدیران منـابع آب میباشد و به همین منظور، شناسایی ساختار هیـدرولوژیکی و هیـدروژئولوژیکی این آبخوان و پهنه بندی حساسیت آن نسبت به آلودگی می تواند مـدیران منـابع آب را جهــت کنتــرل آلاینــدههــای ناشــی از فعالیــتهــای انســانی در منــاطق آسیبپذیر یاری نماید.

منطقه مورد مطالعه

محدوده مـورد مطالعـه در شـمال غربـی اسـتان کرمـان، بـین طـول هـای جغرافیایی ۵۵ درجه و ۱۵ دقیقه تا ۵۵ درجه و ۳۰ دقیقه شـرقی و عـرضهـا ی جغرافیایی ۲۹ درجه و ۵۵ دقیقه تا ۳۰ درجه و ۱۰ دقیقه شـمالی قـرار گرفتـه است. این محدوده از شمال به نواحی کوهستانی میمند و کرم کـه عمـده منبـع تغذیه آبخوان زیرزمینی را تشـکیل مـی دهنـد، از شـرق بـه محـدوده مطالعـاتی سرچشمه، از جنوب به محدوده پهنه های کویری و شوره زار سـ یرجان و از غـرب به محدوده مطالعاتی شـهربابک و کـویر سـیرجان محـدود مـی شـود . ارتفاعـات شمالی و شرقی در بالاترین نقطه نسبت بـه دشـت ۱۲۰۰ متـر اخـتلاف ارتفـاع دارند. بیشترین اخـتلاف ارتفـاع در ایـن دشـن ۱۵۰ متـر مـیباشـد . بـر اسـاس مطالعات انجام شده ، آبخوان دشت خاتونآبـاد از نـوع آزاد بـوده و عمـق آبهـای زیرزمینی در اکثر نقاط کمتـر از ۶۰ متـر مـیباشـد . حـدود آبخـوان بـر اسـاس مجموعه اطلاعات هیدروژئولوژیکی بـه ویـژه نقشـه هـای منـابع آب، نقشـه هـای ایزوپیز و تیسن مشخص شـده و بـه ایـن ترتیـب مسـاحت محـدوده بـیلان آب زیرزمینی آبخوان آبرفتی خاتونآباد ۴۱۲ کیلومترمربع تعیین شده اسـت . شـکل ۱ موقعیت محدوده مورد مطالعه را نشان می دهد. با توجه به کیفیت مناسب آب این آبخوان و نبود جریانات سـطحی دائمـی، تـامین آب مـورد نیـاز کشـاورزی، صنعت (از جمله کارخانجات ذوب مس سرچشمه و کارخانه فرآوری مولیبـدن) و شرب تقریبا به طور کامل از طریق منابع آب زیرزمینی صورت می گیـرد . تخلیـه از آبخوان برای مصارف ذکر شده توسط چاه های عمیـق و نیمـه عمیـق صـورت میگیرد. متوسط تخلیه سالیانه از این آبخوان در حدود ۶۷ میلیون متـر مکعـب میباشد.

روش مطالعه

در این تحقیق، از مدل دراستیک به منظور ارزیابی پتانسیل آلـودگی سـفره زیرزمینی دشت خاتون آباد استفاده شده است. مدل دراستیک نخسـتین بـار در سال ۱۹۸۷ توسط آلـر معرفـی شـد و آژانـس حفاظـت محـیط زیسـت آمریکـا (EPA) آنرا در سال ۱۹۹۰ توسعه داد که به این طریق بتوانند از ایـن مـدل بـه عنوان یـک سیسـتم اسـتاندارد شـده جهـت ارزیـابی پتانسـ یل آلـودگی آبهـای زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد .(Boughriba et al, 2009) امـروزه مـدل

تابستان ۹۲، شماره ۸

دراستیک به دلیل قابلیت تهیه یا دسترسـی آسـان اطلاعـات مـورد نیـاز جهـت بکــارگیری آن در کشــورهای زیــادی مــورد اســتفاده قــرار گرفتــه و مــیگیــرد .(Rahman, 2008) در مدل دراستیک ۴ فرض در نظـر گرفتـه مـیشـود کـه شامل؛ (۱) آلودگی از سطح زمین وارد آب زیرزمینـی مـی شـود، (۲) آلـودگی از طریق بارندگی شسته شده و وارد آب زیرزمینی می شود، (۳) انتقـال آلـودگی از طریق آب و با سرعتی مشابه آن صورت مـی گیـرد و (۴) منطقـه مـورد مطالعـه توسط این مدل باید ۴ هکتار یـا بزرگتـر باشـد .(Voudouris et al, 2010) مدل دراستیک برگرفته از هفت پارامتر هیدورلوژیکی است که شامل؛ عمـق آب (D)، میــزان تغذیــه (R)، جــنس ســفره (A)، جــنس لایــه خــاک (S)، شــیب توپوگرافی (T)، تأثیرمحیط وادوز (I) و هدایت هیدرولیکی سفره (C) میباشند.

این پارامترها قابل بازنمایی بوده عمدتاًو از طریق سازمانهای ذیربط قابل دسترسی هستند. بطور کلی، این مدل شامل سه بخش کلی است ( Aller et (1 :(al., 1987 وزن : (Weights ) به هر پارامتر دراستیک با توجه به اهمیت تأثیر آن در آلودگی بین ۱ تا ۵ وزن داده میشود که عدد ۵ نسبت به آلودگی حائز اهمیتترین و عدد ۱ کمترین اهمیت را داراست ( Samey and Chen, (2 .(2008 محدوده : (Range ) هر پارامتر دراستیک خود به زیربخشهای دیگری تقسیم میشود. بعنوان مثال، عمق آب برحسب متر و یا لایه خاک بر حسب جنس مواد تشکیلدهنده به زیربخشهای دیگری تبدیل میشود. (۳ رتبه : (Rate ) برای هر یک از زیربخش های یک محدوده، ارزش عددی در نظر گرفته میشود که عددی بین ۱ تا ۱۰ است .(Almasri, 2008) جدول مربوط به رتبه بندی و (محدوده) تقسیمات هر پارامتر در ادامه ارائه خواهد شد. نتیجه نهایی برای هر مجموعه هیدرولوژیکی (بعنوان مثال ناحیه جغرافیایی)، یک ارزش عددی است که از مجموع حاصلضرب وزن هر پارامتر در رتبه آن بدست میآید و به عنوان شاخص دراستیک (DRASTIC Index) معرفی میشود. شاخص دراستیک بزرگتر نشاندهنده حساسیت بیشتر منطقه نسبت به آلودگی میباشد و عدد کوچکتر حساسیت کمتر را نشان میدهد. در نهایت با رتبهبندی شاخص دراستیک نقشه آسیبپذیری منطقه تهیه میشود.

تهیه لایهها

لایه عمق آب زیرزمینی (D)

عمق سطح ایستابی به این دلیل که ضخامتی از مواد را در بر میگیرد که آب نفوذی قبل از رسیدن به سفره باید از آن عبور کند، دارای اهمیت زیادی در انتقال آلودگیهای احتمالی عموماًًًاست. با افزایش عمق آب پتانسیل آلودگی سفره کاهش مییابد (Voudouris et al., 2010). با توجه به اینکه عمق سطح ایستابی تأثیر زیادی در پتانسیل آلودگی یک سفره دارد ، وزن ۵ (بیشترین وزن) به این عامل اختصاص داده میشود.به منظور تهیه لایه عمق آب زیرزمینی، از آمار سطح آب در پیزومترهای دشت استفاده شد. در ادامه، درونیابی دادههای سطح آب در محیط Arc View ، با روش IDW و با بهرهگیری از مقدار سطح آب در هر پیزومتر انجام شد. لایه درونیابی ایجاد شده از نوع رستر بوده و تحت عنوان عمومی DEM یا مدل رقومی ارتفاع نامیده میشود. پس از تهیه لایه درونیابی، این لایه طبق (جدول (۱ به هفت کلاس رتبهبندی شد. در نهایت با توجه به وزن لایه D که ۵ میباشد، لایه فوق در عدد ۵ ضرب گردید و نقشه نهایی عمق بدست آمد. (شکل (۲ لایه عمق منطقه را نشان میدهد. در این شکل حرف D نشاندهنده پارامتر دراستیک (عمق آب زیرزمینی) و اندیس r و w به ترتیب نشاندهنده رتبه و وزن پارامتر میباشد و (Dw×Dr) ارزش عددی هر پلیگون را بر روی نقشه نشان میدهد.

۲

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته تابستان ۹۲، شماره ۸

شکل.۱ موقعیت منطقه مورد مطالعه

شکل.۲ نقشه رتبهبندی عمق آب زیرزمینی

لایه تغذیه خالص سالانه (R)

تغذیه به مقدار آبی اطلاق میشود که از سطح زمین نفوذ میکند و به سطح ایستابی میرسد. عمل تغذیه منجر به انتقال عمودی آلودگی به سطح ایستابی و همچنین حرکت افقی آن در داخل سفره میشود. درگزارشات از تغذیه به عنوان عاملی در انتقال آلودگی یاد شده است و بطور کلی میتوان عنوان کرد که با تغذیه بیشتر، پتانسیل آلودگی افزایش می یابد ( Rahman, .(2008 در مدل دراستیک فرض بر این است که عمدهترین حرکت عمودی آب، تغذیه ناشی از بارندگی است که از سطح زمین و به طور عمودی وارد سفره آب زیرزمینی میشود. در صورتیکه منابع تغذیهای دیگری مانند تغذیه مصنوعی، آبیاری کشاورزی و آب فاضلاب دارای مقادیر قابل توجهی در دشت است باید در تهیه نقشه این عامل در نظرگرفته شوند (Kim and .Hamm,1999)

برای تهیه لایه تغذیه خاص سالانه دو پارامتر اصلی که شامل شبکه هم بارش و نقشه نفوذپذیری سطحی که وابسته به جنس خاک میباشد؛ ضروری است. لایه تغذیه خاص از ضرب لایههای مربوط به این دو پارامتر در هم تهیه میشود. با توجه به گزارشات بیلان آب دشت خاتونآباد، در بعضی از مناطق مقادیری از آب برگشتی کشاورزی در تهیه نقشه تغذیه دشت لحاظ گردید. در

ادامه با توجه به متأثر بودن میزان نفوذ باران از جنس خاک، اقدام به تهیه نقشه کاربری منطقه با استفاده از تصویر ماهوارهای شد. در مرحله بعد با توجه به اینکه ضریب نفوذ باران تابعی از نوع خاک و شیب زمین است، با استفاده از جدول استاندارد به هر پلیگون از نقشه کاربری اراضی یک ضریب خاص تعلق گرفت. سپس جهت امکان تجزیه و تحلیل اطلاعات حاصله، نقشه فوق به رستر تبدیل شد. در مرحله آخر با ضرب این دو لایه در همدیگر، لایه تغذیه تهیه شد (شکل.(۳

لایه محیط آبخوان (A)

محیط آبخوان و مواد تشکیلدهنده آن تعیینکننده طول و روند مسیر سیستم جریان آب زیرزمینی در سفره است. بطور کلی، هر چه مواد سفره دانهدرشتتر باشد، به دلیل نفوذپذیری بالاتر این مواد، پتانسیل آلودگی آبخوان نیز بیشتر خواهد شد. در مورد سفرههای چندلایهای نزدیک به سطح زمین، لایه بالاتر در نظر گرفته می شود و سفره های پایین در نظر گرفته نمیشوند .(Voudouris et al, 2010) برای تهیه این لایه از اطلاعات ستون چاهها (پیزومترها) در محدوده دشت استفاده شد. سپس یک جدول شامل اطلاعات نام چاه، موقعیت آنها برحسب UTM و جنس ستون چاهها ایجاد شد و برای هر یک از پیزومترها با توجه به جنس لوگ چاه (از سطح ایستابی تا سنگ کف)

۳

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

یک ارزش عددی بر اساس (جدول (۱ داده شد سپس طبق مراحلی که در مورد تهیه لایه D ذکر شد نقشه نهایی سفره مطابق (شکل (۴ تهیه شد.

لایه خاک سطحی (S)

این بخش، قسمت بالایی منطقه نیمهاشباع (وادوز) میباشد که تا حد نفوذ ریشه گیاهان یا فعالیت موجودات ارگانیکی ادامه دارد. پتانسیل آلودگی خاک بستگی به خصوصیات خاک مانند بافت، نفوذپذیری و درصد مواد آلی خاک دارد .(Kimura, 1997) به منظور تهیه لایه خاک از نقشه ارزیابی منابع و قابلیت اراضی منطقه استفاده گردید. مراحل تهیه لایه خاک بدین صورت میباشد که ابتدا نقشه ارزیابی منابع اسکن گردید و به محیط Arc View وارد شد. در مرحله بعد با ژئورفرنس این نقشه، و با توجه به نقشه کاربری اراضی، قسمتهای مختلف بر روی یک Theme پلیگونبندی گردید. سپس با توجه به (جدول (۱ به هر پلیگون یک ارزش عددی اختصاص داده شد و با تبدیل نقشه فوق به رستر و ضرب آن در عدد ۲ (وزن لایه)، نقشه نهایی مطابق (شکل (۵ تهیه شد.

لایه شیب توپوگرافی (T)

بطور کلی شیبهای ملایمتر فرصت و امکان بیشتر نفوذ آلودگیها همراه با بارندگی را فراهم میکنند و به این ترتیب، پتانسیل آلودگی بیشتری را نیز ایجاد میکنند. بنابراین در مدل دراستیک، نواحی با شیب کمتر رتبه بیشتری دارند. در توسعه و تکامل خاک میتوان به نقش مهم توپوگرافی اشاره کرد بطوریکه در شیبهای تند نسبت به شیبهای ملایمتر، ضخامت لایه خاک سطحی کمتر است. بنابراین، توپوگرافی با تأثیر بر توسعه خاک نیز بر پتانسیل آلودگی تأثیر میگذارد. جهت تهیه لایه توپوگرافی، نقشه DEM را از نقشه توپوگرافی رقومی شده تهیه کرده و طبق (جدول (۱ رتبهبندی و وزندهی آن صورت گرفت. (شکل (۶ لایه شیب توپوگرافی منطقه را نشان میدهد.

لایه محیط وادوز (I)

این لایه به قسمت زیرین لایه خاک سطحی تا سطح ایستابی اطلاق میشود. لایه وادوز مشابه لایه خاک بر روی پتانسیل آلودگی تأثیر میگذارد و

تابستان ۹۲، شماره ۸

میزان تأثیرات آن تابعی از نفوذپذیری و خصوصیات محیط وادوز است. برای تهیه این لایه همانند لایه سفره از اطلاعات ستون چاهها (پیزومترها) در محدوده دشت استفاده شد. برای این منظور، ابتدا جدولی شامل اطلاعات نام چاه، موقعیت آنها برحسب UTM و جنس ستون چاهها ایجاد گردید و سپس برای هر یک از نقاط (پیزومترها) با توجه به جنس تعیین شده توسط لوگ چاه آن نقطه یک ارزش عددی بر اساس جدول ۱ اختصاص داده شد. سپس طبق مراحلی که در مورد تهیه لایه D ذکر شد نقشه نهایی سفره مطابق (شکل (۷ تهیه شد.
لایه هدایت هیدرولیکی (C)

هدایت هیدرولیکی یک سفره، گنجایش تحرکپذیری آب زیرزمینی در محیط اشباع را نشان میدهد. بنابراین، پتانسیل تحرکپذیری مواد آلاینده توسطآب زیرزمینی نیز تقریباً برابر هدایت هیدرولیکی سفره میباشد ( Civita .(and Maio, 1995 میزان هدایت هیدرولیکی، حرکت آلاینده و پخش آن را از محل نفوذ تا رسیدن به منطقه اشباع کنترل میکند. به همین دلیل، مناطقی که دارای هدایت هیدرولیکی بالایی هستند، پتانسیل آلودگی بیشتری را ایجاد میکنند. برای ایجاد نقشه هدایت هیدرولیکی میتوان از نقشه ضخامت لایه اشباع و قابلیت انتقال استفاده کرد. بطوریکه با تقسیم نقشه قابلیت انتقال بر ضخامت لایه اشباع، نقشه هدایت هیدرولیکی بدست میآید.

در هر صورت، دستیابی به تخمین دقیقی از میزان هدایت هیدرولیکی مشکل است و این مورد را میتوان از نقاط ضعف مدل دراستیک محسوب کرد .(Martines-Bastida et al., 2010) در مطالعه حاضر با توجه به اینکه نقشه هدایت هیدرولیکی دشت خاتونآباد در دسترس بود، تهیه این لایه مدل دراستیک با استفاده از نقشه ذکر شده و مقایسه با نقشه حاصل از درونیابی میزان هدایت هیدرولیکی چاههای پمپاژ تهیه شد. در نهایت، با رتبهبندی و وزندهی مطابق (جدول (۱، لایه هدایت هیدرولیکی منطقه تهیه شد (شکل .(۸

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 5700 تومان در 10 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد