بخشی از مقاله
مقاله استفاده از روش AHP جهت محاسبه پتانسیل آلودگی آبخوان در محیط GIS
چکیده
در این مقاله، پتانسیل آلودگی دشت اشتهارد با اسـتفاده از روش بدA محاسـبه و بـا نتیجـه حاصـل از روش دراستیک مقایسه گردیده است.
دادههاي مربوط به هفت پارامتر تهیه و به محیط حعن وارد شدند. این دادهها شامل عمق تـا سـطح ایسـتابی آبخوان ، تغذیه خالص ، جنس محیط آبخوان ، جنس خاك ، توپـوگرافی ، جـنس محـیط غیراشـباع و هـدایت هیدرولیکی می باشند. در این پژوهش با تغییرات جزئی در وزن دهی پارامترهـاي روش موجـود بـراي محاسـبه تغذیه خالص آبخوان (موسوم به پژپطکطب) نتایج بهتري براي شرایط محدوده مورد مطالعـه در ایـران حاصـل گردیده است. نتایج اجراي مدل دراستیک در محدوده مورد مطالعه حاکی از آن است که شاخص آسیب پـذیري آبخوان که از مجموع امتیازات و وزن هاي هر پارامتر بدسـت آمـده، از حـداقل 74 تـا حـداکثر 185 مـی باشـد.
متوسط این شاخص در این دشت 129 محاسبهشدهاست. همچنین با استفاده از روش بدA ، با درنظرگرفتن چهار پارامتر هدایت هیدرولیکی، عمق تا سطح ایستابی ، بارندگی و شیب و مقایسه زوجـی پارامترهـا وزن هـر پارامتر محاسبه شد. بر ایـن اسـاس مـدل جدیـدي بـراي ارزیـابی آسـیبپـذیري آبخـوان ارائـه شـد. متوسـط آسیبپذیري با استفاده از این مدل دراشتهارد 56 درصد محاسبهشد.
.1 مقدمه
کشور ما به دلیل قرارداشتن در اقلیم خشک و نیمه خشک داراي منابع محدود آب می باشد. بخش قابل توجهی از ایـن منابع، آبهاي زیرزمینی هستند که آلایندههاي طبیعی همواره به عنوان یک تهدید براي آنها به شمار میآیند.
مدل هاي ارزیابی آسیب پذیري آب هاي زیرزمینی مدل هایی هستند که با درنظرگـرفتن عوامـل و معیارهـاي مـؤثر در انتقال آلایندهها به سفره آب زیرزمینی شاخص پتانسیل آلودگی یا شاخص آسیبپذیري را محاسبه می نمایند.
تاکنون روش هاي متعددي براي محاسبه شاخص آسیب پذیري آبخوان ارائه شده اسـت. از معروفتـرین و پرکـاربردترین روش ها مدل پارامتریک موسوم بـه هع1حAلخ اسـت کـه بـا اسـتفاده از هفـت پـارامتر هیـدرولوژیک و هیـدروژئولوژیک و اختصاص امتیاز و وزنهاي خاص به آنها شاخصی براي آسیبپذیري آبخوان ارائه میدهد. این هفت پارامتر عبارتنـد از : عمـق تا سطح ایستابی (خ) ، تغذیه خالص آبخوان (ل) ، جنس محـیط آبخـوان (A) ، جـنس خـاك (ح)، توپـوگرافی (1) ، جـنس محیط غیراشباع (ع) و هدایت هیدرولیکی آبخوان(ه).
در این جدول پارامترهاي عمق آب زیرزمینی و جنس محیط غیر اشباع بیشترین وزن و پارامتر توپوگرافی کمترین وزن را دارد. براي محاسبه شاخص دراستیک در هر نقطه از محدوده مورد مطالعه امتیازات هر پـارامتر در وزن آن ضـرب شـده کـه مجموع آن ، شاخص دراستیک را بدست می دهد. شایان ذکر است با توجه به اینکه امتیازات میتواند از 1 تا 10 باشد و مجموع ضرایب دراستیک 23 است لذا حداقل و حداکثر این شاخص به ترتیب 23 و 230 میباشد. بدین معنی که منـاطق بـا شـاخص آسیبپذیري 23 از کمترین خطر آلودگی برخوردار است. برعکس مناطق با شاخص 230 داراي بیشترین خطر آلودگی هستند.
در مدل دراستیک 4 فرض اصلی وجود دارد:
آلاینده از سطح ایستابی وارد سفره آبدار میشود.
عامل انتقال آلاینده به آب زیرزمینی آب نفوذي ناشی از بارندگی است.
قابلیت تحرك آلاینده برابر با تحرك آب است.
محیط ارزیابی شده با استفاده از مدل دراستیک، حداقل 40 هکتار مساحت دارد. ]،[
تولید نقشه شاخص آسیب پذیري: پس از ورود داده ها به محیط حعن و محاسبه امتیـازات هـر پـارامتر مطـابق جـدول شماره 1 و رابطه شماره 1 نقشه شاخص دراستیک تهیه میشود:
.2 بیان مسئله
مدل دراستیک پارامترهایی را که با یکدیگر از لحاظ هیدروژئولوژیکی همبستگی دارند ، شامل مـی شـود. ایـن موضـوع موجب افزونگی داده ها احتمالاًو ناسازگاري در مقایسه ها می شود. در نتیجه پیشنهاد مـی شـود بـه منظـور تـدقیق پارامترهـا و وزن دهی به آن ها از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (بد(A جهت ارزیابی آسیب پذیري آبخوان استفاده شود. که بایستی نظـرات کارشناسان مختلف در جدول ماتریسی این روش ثبت و ارزش هر معیار محاسبه گردد.
مدل دراستیکصرفاً پتانسیل آلودگی را برآورد میکند بنابراین شایسته است با در نظرگرفتن دادههاي پخـش آلـودگی در آبخوان مورد مطالعه این مدل توسعه یافته و صحت آن ارزیابی شود.
با توجه به تعدد مراکز صنعتی و پخش آلودگی ناشی از آن ها در محدوده مورد مطالعه، علاوه بر درنظرگـرفتن آلـودگی نیتراته ناشی از کودهاي شیمیایی اراضی زیرکشت ، آلودگی سولفاته نیز طی دو سال مبدأ و مقصد بررسی گردد.
در فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (تنکذ y,صههح) پس از تشکیل نمودار درختی و تعیـین شـاخصهـا ، پارامترهـا بـه صورت دودویی نسبت به یکدیگر سنجیده می شوند و از ماتریس حاصـل وزن نسـبی هـر پـارامتر محاسـبه مـی شـود. موضـوع افزونگی(yطغه2غأ2کل) داده و وابستگی پارامترها به یکدیگر از چالش هاي پیش رو در استفاده از این روش اسـت کـه تـأثیر آن پس از محاسبه ضریب ناسازگاري (صغکطططسسکپه yطغکصکطکغپطغع) مشخص میشود.
اگر براي محاسبه لایه تغذیه خالص از روش پیسکوپو چنانکه توضیح داده شد استفاده شود با توجه به دخیل بودن لایه شیب در این روش افزونگی داده و وابستگی داده ها به یکدیگر بیشتر خواهد بود. همچنـین پارامترهـاي هـدایت هیـدرولیکی و نفوذپذیري خاك مستقل از لایههاي جنس آبخوان و جنس محیط غیراشباع و حتی جنس خاك نیسـتند. بنـابراین بـه منظـور رسیدن به یک برآورد دقیق تر از آسیب پذیري آبخوان استفاده از معیارهاي مسـتقل در روش بدA و تلفیـق آن بـا معیارهـاي مدل دراستیک پیشنهاد می گردد. بنابراین هدف این پژوهش استفاده از پارامترهاي مستقل در برآورد آسیبپـذیري آبخـوان بـا اختصاص وزنهاي جدید بر اساس مقایسه دودویی پارامترهاست تا مدل دقیقتري حاصل گردد.
.3 محدوده مورد مطالعه
دشت اشتهارد بخشی از حوضه آبخیز درجه یک فلات مرکزي و حوضه آبخیز درجه دو دریاچه نمک بوده و با دو حوضه مهم تهران-کرج و قزوین همجوار است. ماهیت صنعتی شهرستان اشتهارد و تعدد مراکز صـنعتی عظـیم در ایـن منطقـه بـراي آبخوان این منطقه نوعی تهدید به شمار میرود. آبخوان آبرفتی دشت اشتهارد یکی از مهمتـرین منـابع آب زیرزمینـی اسـتان تهران بوده که از دیرباز نقش تعیین کنندهاي را در تأمین آب مورد نیاز مصارف مختلف کشاورزي شرب و صنعت منطقـه بـر عهده داشته استح
در دشت اشتهارد از یک سو بدلیل موقعیت خاص جغرافیایی و مجاورت آن با ابرشهر تهران و کرج و روند رو بـه رشـد جمعیت در این شهرها و شهرکهاي اقماري مجاور آن - که پیامد آن نیازروزافزون به آب می باشد- بهـره بـرداري بـیرویـه از آبخوان از طریق حفر چاههاي عمیق شدت گرفته و از سوي دیگر علی رغم اعلام وضعیت ممنوعیـت توسـعه بهـره بـرداري از آبهاي زیرزمینی جهت مصارف کشاورزي از سال 1374 متأسفانه بهره برداري هاي غیر مجاز از سفره همچنـان ادامـه داشـته وبررسیهاي انجام شده نشان دهنده وضعیت عدم تعادل آبخوان و کاهش مستمر حجم مخزن می باشد. ]ل[
.4 دادههاي مورد استفاده
از داده هاي چاه هاي نمونه برداري شده و یا لوگ هاي حفاري می توان پارامتر عمق تا سطح ایستابی را بدسـت آورد. ایـن داده ها بایستی از حالت نقطه اي به حالت پلیگـونی متعاقبـاًو رسـتري تبـدیل شـود. بـراي ایـن کـار از پلیگـون بنـدي تیسـن (غککککطلا(1 میتوان استفاده نمود.
داده هاي جنس محیط آبخوان ، جنس محیط غیراشباع از لوگ هاي حفاري استخراج می شـوند. لـوگ حفـاري پروفیـل جنس لایه هاي زیرین زمین است که در آن در هر عمق تا سنگ بستر جنس مشخص شده است. عمـق سـطح ایسـتابی را نیـز می توان از لوگ حفاري بدست آورد. لایه توپوگرافی را می توان از مدل ارتفاعی رقومی منطقه استخراج نمـود. بـراي تهیـه لایـه تغذیه خالص می توان رابطه شماره 2 استفاده کرد:
(2) تغذیه خالص = تفاضل بارندگی و تبخیرتعرق × ضریب تغذیه
در این رابطه آمار سالانه سی سال بارندگی در هفت ایستگاه در کشور محل انجام مطالعـه (ژاپـن) مـورد اسـتفاده قـرار گرفته است. ضریب تغذیه براي مناطق شهري %20 و براي سایر مناطق %85 در نظر گرفته شده است. ]ز[
از روش هاي دیگر براي محاسبه تغذیه خالص آبخـوان اسـتفاده از روش پیسـکوپو((2001 اسـت. در ایـن روش مطـابق جدول 2 از مجموع وزندار سه مقدار شیب ، بارندگی و نفوذپذیري براي محاسبه مستقیم رتبه تغذیه خالص در مدل دراسـتیک استفاده میشود
همچنین براي تهیه لایه تغذیه خالص از ضرب لایه همباران در لایه درصد نفوذ استفاده شده است. درصد نفوذ درصدي از بارندگی است که به زمین نفوذ میکند. ]خ[ با استفاده از دادههاي تراز سطح ایستابی در ماههاي مختلف نیز میتوان تخمینی از هدایت هیدرولیکی آبخوان را بدست آورد. به این ترتیب که با تفریق نقشه تراز سطح ایستابی در ماه خشک از ماه تر و ضرب کردن حاصل آن در نقشه قابلیت ذخیره ، نقشه تغذیه خالص آبخوان بدست میآید
براي تهیه لایه هدایت هیدرولیکی و محاسبه میزان آن روشهاي متفاوتی مطرح است.
لایه هدایت هیدرولیکی مربوط به نفوذپذیري سفره یا توانائی مواد سفره به منظور انتقال آب یا مواد محلول می باشد ح در مسائل هیدرولوژي هدایت هیدرولیکی با حرف بزرگ ل نشان می دهند و دیمانسیون آن از نوع سرعت می باشد. در واقع شدتی است که آب زیرزمینی تحت شیب هیدرولیکی محیط ، جریان پیدا می کند. هدایت هیدرولیکی عامل کنترل کننده حرکت و زمان ماندگاري مواد آلاینده از نقطه اي که وارد سطح خاك می شود تا درون سفره میباشد ح به همین خاطر افزایش باعث پتانسیل آلودگی بیشتر یا بالاتر می باشد. ]
مقدار دقیق هدایت هیدرولیکی آبخوان را می توان از آزمایش هاي پمپاژ با دور ثابت بر حسب مترمکعـب در روز بدسـت آورد.
از دیگر روشها براي تهیه لایه هدایت هیدرولیکی استفاده از نقشه ضخامت لایه اشباع (یا ضخامت آبخـوان) و قابلیـت انتقال می باشد. نقشه هدایت هیدرولیکی از تقسیم نقشه قابلیت انتقال بر ضخامت لایه اشباع به دست میآید.
.5 داده آمایی و تولید نقشه
براي تهیه نقشه عمق تا سطح ایستابی از داده هاي 22 چاه و لوگ حفاري و پروفیل جنس خاك آن چاه ها استفاده شد.
از از داده هاي چاه هاي نمونه برداري شده شرکت مدیریت منابع آب ایران و پارامتر عمق تا سطح ایستابی بدست آمـد. ایـن داده ها بایستی از حالت نقطه اي به حالت پلیگونی متعاقباًو رستري تبدیل شود. بـراي ایـن کـار از روشهـاي درونیـابی وزندهـی معکوس فاصله (حخع) یا کریگینگ میتوان استفاده نمود.
براي تهیه لایه تغذیه خالص از روش پیسکوپو که در بخش قبل توضیح داده شد استفاده گردید. لیکن در این تحقیق با توجه به شرایط خاص وزن دهی در این روش، نقشه تهیه شده داراي یکنواختی زیادي در سرتاسر محدوده مورد مطالعـه اسـت.
به عنوان مثال عامل بارندگی که نقش بسزایی در میزان تغذیه خالص آبخوان دارد از 180 میلیمتر تا 245 میلیمتر است که در سرتاسر محدوده در رده بندي بارندگی لخیلی کمل (بارش کمتر از 500 میلیمتر) قرار می گیرد. همچنین تنـوع و پراکنـدگی میزان نفوذپذیري چنانکه در نقشه هدایت هیدرولیکی در شکل 3 نیز مشاهده می شود در این طبقه بنـدي تـا حـد چشـمگیري نادیده گرفته می شود. اجراي روش پیسکوپو با سه پارامتر بارندگی ، شیب و نفوذپذیري بـا امتیـازات مطـابق جـدول شـماره 3 نتایجی مطابق نقشه هاي سمت راست شکل 2 را بـه همـراه دارد. امـا بـا اعمـال تغییـرات جزئـی در وزندهـی بـه پارامترهـا و طبقهبندي مجدد y)سطککهئطکل) با ضرایب جدید میتوان به نتایجی مطابق نقشههاي سمت چپ شکل 2 دست یافت.
چنانکه در نتایج ملاحظه می شود توپوگرافی تأثیر قابل ملاحظه اي در نتایج روش وزن دهـی قـدیم دارد. در حالیکـه در واقعیت اثر بارندگی و نفوذپذیري بر میزان تغذیه خالص بیشتر از تأثیر شیب است و توپوگرافی نقش کمتري را در میزان تغذیه خالص دارد. لذا
