بخشی از مقاله
چکیده
واژه کارست به مجموعه ای از فرایندهای زمین شناسی و پدیده های حاصل از انحلال سنگ ها اطلاق می شود که با تجزیه و تخریب ساختمان سنگ ها، لندفرم های ویژه ای را بوجود می آورد و این امر باعث شکل گیری رژیم هیدرولوژیکی منحصر به فردی در مناطق کارستی می گردد. عوامل مؤثر برای ایجاد و توسعه کارست را می توان به سه دسته عوامل فیزیکی، شیمیایی و وضعیت هیدروژئولوژیکی تقسیم کرد. تحول و توسعه کارست تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد که در این میان نقش لیتولوژی و ویژگی های آن و عوامل ساختاری همچون وجود گسل ها و درزها از اهمیت زیادی برخوردار است.
استان ایلام در غرب کشور و در بخش زاگرس چین خورده قرار گرفته و با توجه به وجود شرایط مناسب زمین ساختی و سنگ شناسی، شرایط توپوگرافی و اقلیمی منطقه، سازندهای سخت و کربناته که نقش مهمی در تأمین و تغذیه آبخوان ها دارند، از پتانسیل خوبی در توسعه منابع آب کارستی برخوردار است.
در این پژوهش با در نظر گرفتن خصوصیاتی نظیر دما و بارش ، سنگ شناسی و خصوصیات کربناته منطقه، تراکم خطوط گسلی و آبراهه ها و رودهای منطقه و در نهایت شرایط شیب منطقه، پهنه بندی استان ایلام از نظر شرایط لازم برای کارستی شدن و شکل گیری آبخوان های کارستی با استفاده از منطق fuzzy در محیط نرم افزار Arc GIS صورت گرفت و استان ایلام به 5 قسمت شامل مناطق با امکان شکلگیری آبخوان های کارستی بسیار کم، کم، متوسط، زیاد و بسیار زیاد تقسیم بندی و مشخص شد
مناطق با قابلیت بسیار زیاد شکلگیری و توسعه آبخوان های کارستی بر قسمت های شمالی و مرکزی استان ایلام که به صورت نواری تا شمال استان کشیده شده است قرار گرفته اند. پس از تعیین محدوده توسعه منابع آبخوان های کارستی در استان ایلام با در نظر گرفتن عوامل موثر در شکل گیری آنها، عملیات اکتشاف و بهره برداری از این منابع در این قسمت ها از درصد موفقیت بسیار بالایی برخوردار خواهد بود.
مقدمه
مناطق کارستی به نواحی مشخصی اطلاق می شود که از طریق انحلال سنگ بستر و توسعه شبکه زهکشی زیرزمینی گسترش یافتهو اساساً با سنگ آهک ارتباط پیدا می کند - والتهام و همکاران، . - 2005 رخنمون سازندهای کارستیک 20 درصد از سطح قاره ها را فرا گرفته است - فورد و ویلیامز، 11 . - 2007 درصد از مساحت ایران را سازندهای کارستی پوشانیده - افراسیابان، - 1372 که 23 درصد آن در ناحیه زاگرس قرار گرفته است - اشجاری و همکاران، . - 2006 اصطلاح » آبخوان کارستی « در برگیرنده نواحی کارستی در سنگ های کربناته است که توسعه کم یا زیاد کارست را به ترتیب در آبخوان با جریان افشان یا جریان مجرایی ایجاد می کند
عوامل مؤثر برای ایجاد و توسعه کارست را می توان به سه دسته عوامل فیزیکی، شیمیایی و وضعیت هیدروژئولوژیکی تقسیم کرد و مجموعاً هفت عنصر لازم برای ایجاد و توسعه کارست را می توان، نزوالت جوی، شرایط توپوگرافی، وضعیت مناسب سنگ شناسی، ضخامت لایه های کربناته، گاز CO2 ، حرارت پایین، فشار و موقعیت تکتونیکی مساعد دانست
تحول و توسعه کارست تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد که در این میان نقش لیتولوژی و ویژگی های آن و عوامل ساختاری همچون گسل ها و درزها از اهمیت زیادی برخوردار است. لندفرم های کارستی در مسیرهایی که توسط عوامل ساختاری کنترل می شوند، شکل می گیرند - فورد و ویلیامز، . - 2007 ایجاد و توسعه ژئومورفولوژی کارست، باعث شکل گیری سیستم کارستی و تشکیل آبخوان های کارستی می گردد
در واقع، آبخوان های کارستی، مخازن زیرزمینی بوده که آب را در شبکه ای از درزه و شکاف های بهم پیوسته، غارها و کانال ها ذخیره می کنند - میلانویچ، . - 2005 انتخاب رویکرد مناسب در مطالعه آبخوان های کارستی به عوامل زیادی، مانند ویژگی های سیستم کارستی، نتایج مورد نظر، داده های موجود، هدف و دقت پژوهش، منابع مالی، زمان و .... مرتبط است
شناخت تنوع فضایی زمانی دبی چشمه در سیستم های کارستی، منجر به شناخت فرایندهای هیدرولوژیکی و ساختار آبخوان، مدیریت مصرف آب و ارزیابی آسیب پذیری آبخوان ها نسبت به آلاینده ها می شود - لیو، چن، خو و شو، . - 2011 در این پژوهش پهنه استان ایلام از نظر توسعه و شکل گیری آبخوان های کارستی مورد بررسی قرار خواهد گرفت و در نهایت مناطق مستعد شکل گیری آبخوان های کارستی این استان مشخص خواهد شد.
منطقه مورد مطالعه
استان ایلام با مساحتی معادل 19086 کیلومتر مربع، حدود 1.2 درصد مساحت کل کشور را تشکیل می دهد. بخشی از استان در حوزه آبخیز رودخانه کرخه قرار گرفته و قسمتی دیگر در حوزه رودخانه های مرزی که به کشور عراق وارد می شوند واقع شده است. این استان در غرب سلسله جبال زاگرس بین 31 درجه و 15 دقیقه تا 31 درجه و 58 دقیقه عرض شمالی از خط استوا و 45 درجه و 24 دقیقه تا 48 درجه و 10دقیقه طول شرقی از نصف النهار گرینویچ واقع شده است. این استان از جنوب با خوزستان و کشور عراق، از شرق با لرستان و قسمتی از خوزستان، از شمال با کرمانشاه همسایه بوده و از سمت غرب دارای 425 کیلومتر مرز مشترک با کشور عراق است. ارتفاع بلندترین و پست ترین نقطه این استان از سطح دریا به ترتیب3050 و 156 متر می باشد
شکل-1 موقعیت جغرافیایی استان ایلام
مواد و روشها
این پژوهش یک تحقیق توسعه ای-کاربردی مبتنی بر روش های کتابخانه ای، بازدید میدانی و مدلسازی fuzzy می باشد. در این پژوهش ابتدا عوامل موثر در شکل گیری فرآیند کارست زایی که شامل شرایط جوی - بارش و دما - ، رواناب سطحی، شیب، تکتونیک و سنگ شناسی می باشد تعیین سپس با استفاده از مدل fuzzy ترکیب تأثیر پارامترها انجام و پهنه بندی مناطق مستعد کارستی شدن و تشکیل آبخوان های کارستی در محیط نرم افزار Arc GIS در 5 گروه شامل مناطق با استعداد بسیار کم، کم، متوسط، زیاد و بسیار زیاد صورت خواهد گرفت.
منطق فازی شیوه های مرسوم برای طراحی و مدل سازی یک سیستم را که نیازمند ریاضیات پیشرفته و نسبتا پیچیده است با استفاده از مقادیر و شرایط زبانی و یا به عبارتی دانش فرد خبره و با هدف ساده سازی و کارآمدتر شدن طراحی سیستم، جایگزین و یا تا حد زیادی تکمیل می نماید. این نظریه در الگو کردن پدیده های فیزیکی، نقشه برداری و طبقه بندی بطور گسترده استفاده می شود. در مدل فازی هر عضو همزمان در مجموعه های مختلف ولی با درجات متفاوت عضویت دارد. درجات عضویت مقادیر بین صفر و یک و نیز خود این دو حد را می پذیرد. در نظریه مجموعه های دقیق اگر یک مجموعه را در نظر بگیریم، هر عضو مجموعه مرجع یا در مجموعه هست یا نیست و می توان برای هر مجموعه A تابع زیر را تعریف کرد:
این تابع به هر عضو مجموعه A عدد - - 1 و به هر عضو خارج از مجموعه A عدد - - 0 را نسبت می دهد برای اجرای تکنیک فازی به عملگرهایی نظیر - - OR اجتماع، - And - اشتراک، - Product - ضرب جبری، - Sum - جمع جبری و - Gamma - گاما نیاز می باشد. فرآیند فازی سازی لایه های موثر در یک رخداد و تلفیق آنها و اجرای مدل و تعیین خروجی نهایی مدل فازی در محیط نرم افزار Arc GIS صورت می گیرد.
برای اجرای مدلسازی fuzzy در اولین گام معیارهای مؤثر در رخداد پدیده را مشخص می کنیم که در این پژوهش عوامل موثر در پدیده کارستی شدن و شکل گیری آبخوان های کارستی به شرح زیر است:
-1 شرایط جوی - : - A از عوامل موثر در کارستی شدن می توان به شرایط اقلیمی یک منطقه که شامل بارندگی و دما است اشاره کرد. به طور طبیعی، کارست در مناطقی پیشرفت می کند که میزان بارندگی و رطوبت بالاتر باشد و خشکی و نبود رطوبت مانع از توسعه کارست می گردد. شرایط دما و بارش را می توان بطور غیرمستقیم به عنوان تابعی از ارتفاع در نظر گرفت بطوریکه با افزایش ارتفاع، میزان دما کاهش می یابد که این امر باعث کاهش میزان تبخیر و تعرق می شود همچنین به طور معمول با افزایش ارتفاع میزان بارندگی نیز افزایش می یابد بنابراین افزایش ارتفاع به طور غیر مستقیم ورودی و تغذیه آبخوان را افزایش می دهد. با توجه به مطالب گفته شده در مرحله امتیاز دهی شرایط جوی در شکل گیری آبخوان های کارستی، مناطق با دمای کمتر و بارش بیشتر که هر دو منطبق بر مناطق مرتفع می باشند
-2 سنگ شناسی - : - L ترکیب سنگ شناسی به طور مستقیم نفوذپذیری و در نتیجه میزان تغذیه همچنین قابلیت کارستی شدن را تحت تأثیر قرار می دهد. به طور کلی سنگ آهک و دولومیت به ندرت به صورت خالص وجود دارند و اغلب حاوی ترکیبات مختلف از کانی های دیگر مانند دولومیت مارنی، شیلی، ماسه ای، چرت و .... می باشند. هرچه میزان ناخالصی سنگ های کربناتی کمتر باشد میزان قابلیت برای کارستی شدن در آنها بیشتر می شود و اساساً فرآیند کارستی در مناطقی رخ می دهد که از سازندهای کربناتی با خلوص بیشتر تشکیل شده باشد
-3 شیب - : - S همانطور که در قسمت رواناب نیز اشاره خواهد شد، شیب از عوامل مهمی است که باعث شکل گیری رواناب در سطح شده و تعیین کننده میزان تبدیل آب بارش به جریان سطحی است. به طورکلی هر چه میزان شیب یک منطقه کمتر باشد سرعت حرکت آبراهه و جریانات سطحی بر روی آن کمتر و در نتیجه فرصت نفوذ آب به داخل زمین بیشتر و شرایط برای کارستی شدن فراهم تر می باشد
-4 رواناب - : - R وجود آب فاکتوری مهم در توسعه کارست می باشد بطوریکه این عامل اصلی ترین متغیر در کنترل انحلال و فرسایش می باشد. آبراهه ها به عنوان محل عبور آب از ارتفاعات به پایین دست به شمار می روند و می توانند در نفوذ آب به زمین مؤثر باشند، بخصوص اگر در مناطق کم شیب و در محل عبور گسل ها یا درزه های بزرگ واقع شده باشند، چرا که آب هنگام عبور از آنها برای مدتی فرصت نفوذ به درون زمین را پیدا می کند. بنابراین مناطق با تراکم بیشتر رواناب سطحی همچنین مناطق با جریان های دائمی دارای شرایط مناسبی برای کارستی شدن یک منطقه دارند و هر چه از محل رواناب های سطحی فاصله بگیریم امکان کارستی شدن نیز کاهش می یابد
-5 تکتونیک - : - T فضاهای خالی و درز و شکاف ها و به دنبال آن نفوذپذیری از عوامل مهم در افزایش قابلیت انحلال توده های سنگی و ایجاد کارست می باشد و مقدار نفوذ آب و تغذیه آبخوان به طور قابل توجهی به درجه شکستگی و میزان درز و شکاف موجود در سنگ بستر بستگی دارد که معمولاً در مناطق گسل خورده این مقدار افزایش پیدا می کند
شکل -2 فازی سازی - ازچپ به راست - لایه های ارتفاع، سنگ شناسی، شیب، فاصله از رواناب سطحی و فاصله از خطوط گسلی در استان ایلام
پس از فازی سازی عوامل موثر در شکل گیری آبخوان های کارستی در استان ایلام، در محیط نرم افزار Arc GIS 10.3 ترکیب و تلفیق لایه های فازی سازی شده صورت گرفت
