بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مکان يابي محل دفن زباله هاي شهري با استفاده از GIS و عملگر هاي فازي (نمونه موردي: بخش مرکزي شهرستان قرچک )
چکيده
توجه به محيط زيست و از آن جمله پسماندها مسأله اي است که در سال هاي اخير مورد توجه خاص برنامه ريزان قـرار گرفتـه اسـت .
استفاده از سيستم هاي جغرافيايي (GIS) در مکان يابي محل دفن زباله ، موضوع نسبتاٌ جديدي است که در دهه هاي اخير در جهان متداول شده است . در اين تحقيق پس از بررسي عوامل مؤثر در مکان يابي محل دفن پسماندها و تلفيق اطلاعات و نقشه ها، با اسـتفاده از مدل منطق فازي، مکانهاي مناسب براي دفن پسماندها تعيين و در نقشه مناسب ارائه شده است . روش تحقيـق توصـيفي – تحليلـي مي باشد. به منظور وزن دهي لايه ها از مدل AHP بهره گرفته شده است . پس از تلفيق لايه هاي مکاني، محدوده هاي داراي بيشترين مطلوبيت انتخاب گرديد. جهت انجام عمليات مکانيابي و رسيدن به مناطق مناسب جهت دفن پسـماند، نقشـه هـاي اسـتاندارد از روش فازي استخراج گرديدند. در نهايت ، نتايج هر يک از اين روشها بصورت نقشه نهايي ارائه شده است .
١. مقدمه
رشد روز افزون جمعيت شهري ايران به همراه ايجاد مراکز جمعيتي جديد، مشکلات مربوط به سياست گزاري و ارزيابي عملکردها و فعاليت هاي گوناگون شهري بر اساس برنامه جامع و کلان ملي (آمايش سرزمين ) و تداوم تخليه انواع زايدات و فاضلاب ها به محيط زيست طبيعي، از جمله عوامل بحران زايي است که محيط زيست ، کيفيت بهداشت و سلامتي انسانها به ويژه شهرنشينان را در معرض خطرات و زيان هاي گوناگوني قرار داده است . مسئله مديريت مواد زايد شهري هنگامي پيچيده و بغرنج مي گردد که اثرات منفي و زيانبار آن در ارتباط با ساير نظام هاي موجود شهري و از جمله نظام زيست محيطي آنها مورد بررسي قرار گيرد. يکي از مهمترين مراحل مطالعاتي به موازات طراحي محل دفن زباله ، عوامل مکان يابي و يافتن محل مناسب دفن زباله مي باشد (عبدلي، ١٣٧٩). مواد زايد توليد شده ، مدتها بدون هيچ ضابطه خاصي در دره ها و رودخانه ها و گودال هاي طبيعي اطراف شهرها تخليه مي شدند. اين امر در طول ساليان متمادي باعث آلوده شدن منابع خاک، آبهاي سطحي و سفره هاي آب زير زميني مي شد. علاوه بر اين تجمع حشرات ، پرندگان و حيوانات اهلي و وحشي در مراکز تخليه زباله زمينه را براي شيوع بيماريهاي مختلف فراهم مي ساخت ( عبدلي، ١٣٨٠).
معيارها و عوامل متعددي در انتخاب محل مناسب دفن بهداشتي مواد زايد جامد شهري دخالت دارند که هر کدام به نوبه خود از اهميت خاصي برخوردارند و محدوديت هايي را در انتخاب محل ايجاد ميکنند. يکي از مهمترين معيارها، عوامل مربوط به ژئومورفولوژي (سنگ بستر، اراضي ناپايدار، خاک، گسل ، شيب ، ژئوهيدرولوژي،... ) مي باشند، علاوه بر معيارهاي ژئومورفولوژي عوامل مختلفي نظير عمق آبهاي زير زميني، وضعيت اقليم ، عوامل زيست محيطي، کاربري اراضي، شيب جاده و ... دخالت داشته که مي تواند به انتخاب مکان دفن زباله کمک کند. هدف نهايي اين معيارها يافتن مناسب ترين محلي است که کمترين اثرات سوء زيست محيطي را به محيط طبيعي اطراف منطقه دفن داشته باشد (سرخي، ١٣٨٤).
هدف نهايي از مکانيابي دستيابي به مناسبترين محلي است که کمترين اثرات سوء را براي محيط زيست و منابع طبيعي اطراف و از نظر اقتصادي کم هزينه ترين و از ديدگاه مهندسي نيز بهترين ويژگي را دارا باشد (غضبان ، ١٣٨٩).
٢. پيشينۀ تحقيق
پوراحمد و همکاران در تحقيقي (١٣٨٦) با استفاده از داده هايي چون فاصله از محدودة قانوني شهر، فاصله از جاده ، توانايي اراضي، فاصله از عوارض مصنوع (روستا، تأسيسات و تجهيزات شهري، معادن )، فاصله از گسل هاي منطقه ، فاصله از آبهاي سطحي منطقه ، جهت باد، خاک شناسي، هيپستومتريک (طبقات ارتفاعي)، پوشش گياهي، زمين شناسي و از طريق مدل هاي مختلف تلفيق اطلاعات و نقشه ها که بر اساس مدل منطق فازي (Fuzzy Logic) ترکيب شده اند، مکانهاي مناسب براي دفن بهداشتي مواد زايد مکان گزيني و در نقشه هاي مختلف ارائه کرده اند.
نيکنامي و حافظي مقدس در سال ١٣٨٩ براي مکان يابي محل دفن زباله هاي شهري در شهر گلپايگان با استفاده از GIS، از اطّلاعات متعددي از قبيل : مناطق حفاظت شده ، زمين شناسي، توپوگرافي، کاربري اراضي، پوشش گياهي، نفوذپذيري، هيدرولوژي، هيدروژئولوژي، راهها، مناطق مسکوني و... استفاده کرده است . جهت تهيه ي نقشه ي قابليت استعداد داري ابتدا مناطق ممنوعه حذف شده و با استفاده از ١٠ لايه ي اطّلاعاتي به روش نرخ دهي نقشه ي نهايي استعداد داري تهيه شده است . بر اساس اين تحقيق پنج منطقه ي مناسب جهت احداث لندفيل مشخص شد .
در سال ١٩٩٢ William Handrix and David Buckley پژوهشي با عنوان کاربرد GIS در مکان يابي محل دفن مناسب زباله در ايالت ورمونت امريکا، منطقه اي ٢١٠ هکتاري را از لحاظ شاخص هاي فيزيکي و اقتصادي چون خاک مناسب ، عمق سنگ مادر، آبهاي سطحي و زير زميني، کاربري زمين و پهنه بندي ارتفاعي را مورد ارزيابي قرار داده و مکان مناسب دفن زباله را در اطراف ناحيه mad شناسايي کردند (Handrix and Buckley). در سال ٢٠٠٢ واستاوا و ناسوات در پژوهشي با عنوان مکان يابي محل دفن زباله در اطراف شهر رانسي با استفاده از GIS.RS با در نظر گرفتن معيارهايي چون زمين شناسي، گسل ها، شيب زمين ، نوع سنگ مادر و خاک، آبهاي سطحي و عمق آب زيرزميني، مراکز شهري، شبکۀ ارتباطي موجود، فاصله از فرودگاه و ... با استفاده از اين سيستم ها و وزن دهي به شاخص ها از طريق مقايسه اي زوجي ٥ محل مجزا در اندازه هاي مختلف را براي دفن زبالۀ اين شهر ٨٠٠ هزار نفري انتخاب کردند (٢٠٠٣,vastava and nathawat) .
Michelle.M. Groce نيز تحقيقي شامل سرويس دهي خدمات مواد زايد شهري با استفاده از GIS ارائه کرده است . در اين تحقيق سرويس دهي و خدمات شارلوت و کاروليناي شمالي، شامل سه قسمت عمده مجموع سرويس ها، سرويس هاي مخصوص و بهبود وضع کلي جامعه است و در آن GIS به عنوان ابزاري براي بررسي، خدمات رساني براي اين سه قسمت و توسعه و نگهداري طيف وسيعي از دادههاي جغرافيايي شامل مسيرها، نيازهاي مديريت ، بررسي خدمات ، روند اجرايي تجزيه و تحليل و برنامه ريزي راهبردي و همچنين بررسي شناسايي قطعات زمين و مالکيت براي اجراي مقررات جاري در شهر مورد استفاده قرار گرفته است (٢٠٠٤ ,Groce).
٣. روش تحقيق
روش تحقيق در اين تحقيق توصيفي- تحليلي مي باشد. عوامل مؤثري که در مکان يابي محل دفن پسماندها مورد بررسي قرار گرفته است عبارتند از: فاصله از شهر و روستا، فاصله از جاده ، فاصله از گسل و فاصله از آبهاي سطحي. از طريق مدلهاي ارزيابي چند معياره اطلاعات و نقشه ها ترکيب شده اند و مکانهاي مناسب براي دفن پسماندها مکان گزيني شده است . جهت انجام عمليات مکانيابي و رسيدن به مناطق مناسب جهت دفن پسماند، نقشه هاي استاندارد حاصل از مراحل قبل جهت تلفيق لايه هاي استاندارد شده ، با استفاده از تکنيک منطق فازي در محيط GIS پهنه هاي مناسب جهت مکان يابي محل دفن زباله هاي شهري بخش مرکزي شهرستان قرچک تعيين شده است . در ادامه ، نتايج هر يک از اين روشها و تلفيق آنها باهم ارائه شده است .
١,٣. مدل منطق فازي (Fuzzy Logic Model)
در مجموعه هاي کلاسيک همه اعضاي يک مجموعه متعلق به آن مجموعه است . ولي هر يک از اعضاي مجموعه هاي فازي با يک درجه عضويتي به آن مجموعه تعلق دارد و اين درجه عضويت همواره عددي بين صفر و يک است . در واقع منطق فازي به هر عضو يک مقدار عضويتي را بين صفر و يک نسبت به يک مجموعه ميدهد.
پارامترهاي موجود در مساله هاي مکان يابي تا حدود زيادي ماهيت فازي دارند. براي مثال فاکتورهاي مربوط به فاصله مناسب از برخي عوارض موجود، مجموعه هاي فازي هستند و هر پيکسل با توجه به فاصله اي که از عارضه دارد درجه عضويت متفاوتي در اين مجموعه دارد. معيار عضويت پيکسل ها در مجموعه مطلوب ميزان مناسب يا نامناسب بودن آن ها و بين ٠ تا ١ تعيين ميشود. اين مقادير با استفاده از دانش افراد خبره تعيين ميشود. اگر تمام پارامترهاي مساله به صورت مجموعه هاي فازي با مقادير عضويت صحيح تعربف شوند ميتوان براي تلفيق پارامترها از اپراتورهاي مناسب فازي استفاده نمود. نوع اپراتور مورد استفاده نيز بستگي به نحوه تأثير پذيري فاکتورهاي مختلف از يکديگر و يا اثر نهايي اپراتور روي مجموعه پارامترها دارد. اثر برخي عملگرهاي فازي افزايشي و برخي کاهشي است ، يعني درجه عضويت نهايي هر پيکسل را بسيار کاهش يا افزايش ميدهد.
عملگرهاي فازي شامل اشتراک فازي(Fuzzy AND) ، اجتماع فازي (Fuzzy OR)، ضرب فازي (Fuzzy Algebraic Sum) و جمع فازي (Fuzzy Algebraic product)، عملگر فازي گاما (Fuzzy Operation Gamma) براي تلفيق مجموعه فاکتورها مورد استفاده قرار ميگيرند که در اينجا فقط به بيان روابط آن ها اکتفا ميکنيم .
مقدار (x)αA بيانگر وزن يا مقدار عضويت پيکسل در مجموعه فازي مورد نظر است . در نهايت با اعمال عملگرهاي فازي، واحدهاي پيکسلي نقشه خروجي حاوي درجه عضويت خواهند بود.
عملگر اشتراک فازي(Fuzzy AND)
اين عملگر به صورت رابطه زير تعريف ميشود:
اشتراک فازي در يک موقعيت مشخص ، حداقل درجه عضويت واحدهاي پيکسلي را استخراج نموده و در نقشه نهايي منظور ميکند. در مواقعي که دو يا چند فاکتور براي اثبات يک فرضيه بايستي با هم وجود داشته باشند، عملگر اشتراک فازي مناسب ميباشد.
عملگر اجتماع فازي (Fuzzy OR)
اين عملگر به صورت رابطه زير تعريف ميشود:
عملگر اجتماع فازي در يک موقعيت مشخص موجود در فاکتورهاي مختلف ، حداکثر درجه عضويت واحدهاي پيکسلي را استخراج نموده و در نقشه نهايي منظور مينمايد. در جاهايي که شاخص هاي مکانيابي کمياب هستند و وجود فاکتورهاي مثبت براي اظهار مطلوبيت کافي است ، اين عملگر ميرود.
عملگر ضرب فازي (Fuzzy Algebraic Sum)
اين عملگر به صورت رابطه زير تعريف ميشود:
با استفاده از اين عملگر مقادير عضويت فازي در نقشه خروجي کوچک شده و به سمت صفر ميل ميکنند. بر خلاف عملگرهاي فازي اشتراک و اجتماع ، در اين عملگر کليه مقادير عضويت نقشه هاي ورودي در نقشه خروجي تاثير ميگذارند. همچنين عملگر فوق در هنگامي به کار گرفته ميشود که فاکتور يکديگر را تضعيف ميکنند.
عملگر جمع فازي (Fuzzy Algebraic product)
عملگر جمع فازي مکمل عملگر ضرب فازي ميباشد که با استفاده از رابطه زير تعريف ميشود.
با استفاده از اين عملگر مقادير عضويت فازي در نقشه خروجي بزرگ شده و به سمت ١ ميل ميکنند. عملگر فوق هنگامي که چند قسمت از شواهد و فاکتورها يکديگر را تقويت ميکنند مورد استفاده قرار ميگيرد.
عملگر فازي گاما (Fuzzy Operation Gamma)
اين عملگر حالت کلي از عملگرهاي ضرب و جمع فازي است و با استفاده از رابطه زير بدست ميآيد.
انتخاب صحيح و آگاهانه γ بين صفر و يک ، مقاديري را در خروجي به وجود ميآورد که نشان دهنده سازگاري قابل انعطاف ميان گرايشات کاهشي و افزايشي دو عملگر جمع و ضرب فازي ميباشند. اين عملگر زماني استفاده ميشود که اثر برخي از شواهد کاهشي و اثر برخي ديگر افزايشي باشد.
با توجه به ويژگيها و عملگرهاي منطق فازي، توصيف پارامترهاي مسأله و اوزان مربوط به آن ها بر اساس اين مدل با واقعيت تطابق بسياري خواهد داشت . در اين حالت با هريک از اين عوامل و مقادير وزن آن ها به صورت مجموعه هاي فازي برخورد ميشود که تابع عضويت آن ها به روش هاي مختلفي تعيين ميشود. البته در کاربردهاي مدل فازي در مکان يابي اغلب از عملگرهاي فازي براي تلفيق داده هاي مکاني موجود استفاده ميشود، در حاليکه براي دريافت خروجي دقيق از اين مدل بايد سيستمي فازي طراحي شود که نقشه هاي فاکتور به عنوان ورودي اين سيستم تبديل به مجموعه هاي فازي شوند. سپس نقشه ها بر اساس قوانين از قبل تعيين شده عمل تلفيق نقشه ها صورت گيرد (سعدي مسگري و همکار، ١٣٨٥: ٧-٥).
٣. ٢. روش وزن دهي تحليل سلسله مراتبي AHP١
فرايند تحليل سلسله مراتبي يکي از جامع ترين سيستمهاي طراحي شده براي تصميم گيري با معيارهاي چندگانه است و بنا به تعريف عبارتست از: يک روش تصميم گيري که توسط آن مي توان تصميماتي که وابسته به معيارهاي مختلف است را اتخاذ نمود. اين رويکرد امکان فرموله کردن مسأله را به صورت سلسله مراتبي فراهم مي کند و همچنين امکان در نظر گرفتن معيارهاي مختلف کمي و کيفي را در مسأله دارد (قراگوزلو، ١٣٨٧: ٥). فرآيند تحليل سلسله مراتبي متکي بر قضاوت هاست ، در نتيجه نسبي است زيرا قضاوت ها مي تواند از يک شخص به شخص ديگر متفاوت باشد (٣٨ :٢٠٠١ Whitaker). علاوه بر اين استفاده از آن مستلزم رياضيات دست و پاگير نيست ، بنابراين درک آن آسان است و مي تواند به طور مؤثر هر دو داده ي کمي و کيفي را کنترل کند (٣٩٠ : ,Cengiz et al .(2003
گام اول درفرآيند تحليل سلسله مراتبي، ايجاد يک ساختار سلسله مراتبي از موضوع مورد بررسي مي باشد که در آن اهداف ، معيارها، گزينه ها و ارتباط بين آنها نشان داده مي شود. چهار گام بعدي در فرآيند تحليل سلسله مراتبي محاسبه ضريب اهميت معيارها و زير معيارها، محاسبه ضريب اهميت گزينه ها، محاسبه امتياز نهايي گزينه ها و بررسي سازگاري منطقي قضاوت ها را شامل مي شود (زبردست ، ١٣٨٠، ١٥). که البته در اين تحقيق تنها از وزن دهي معيارها در محيط نرم افزار Expert choice استفاده مي شود.
مبناي وزن دهي به معيارها در روش AHP در جدول شماره ١ آمده است . وزن دهي معيارها با استفاده از AHPدر شکل ١ و جدول ٢ نمايش داده شده است .
