بخشی از مقاله
چکیده
دشت بهبهان در قسمت جنوب شرقی استان خوزستان واقع شده است. توسعه فعالیت های کشاورزی در دشت بهبهان، باعث افزایش آلاینده های ناشی از فعالیت های کشاورزی در آبخوان دشت شده است. به همین دلیل ارزیابی آسیب پذیری آبخوان در تصمیم گیری های مدیریتی منابع آب این دشت اهمیت دارد. با توجه به نبود قطعیت در پارامترهای هیدروژئولوژی، از روش استنتاج فازی برای ارزیابی آسیب پذیری استفاده شده است.
با مقایسه نتایج حاصل از مدل استنتاج فازی و مدل های دیگری که از منطق بولین استفاده می کنند، از قبیل DRASTIC، مشخص شد که در مدل فازی طبقه بندی ها توزیع یکنواخت تری دارد در حالی که در روش DRASTIC درصد زیادی از محدوده مورد مطالعه دارای آسیب پذیری کم می باشد.
به طور کلی منطق فازی توانست مناطق با آسیب پذیری خیلی کم و خیلی زیاد را که در مدل DRASTIC نشان داده نشده بودند، مشخص نماید. جهت صحت سنجی نتایج مدل از غلظت نیترات نمونه های آب برداشتی از دشت - شهریور - 1389 استفاده گردید. نتایج همبستگی بین شاخص آسیب پذیری و غلظت نیترات بیانگر دقت بالای مدل فازی می باشد. بنابراین، با توجه به عدم قطعیت در پارامترهای هیدروژئولوژی، استفاده از منطق فازی در ارزیابی آسیب پذیری آبخوان مفید می باشد.
مقدمه
در مناطق خشک و نیمه خشک مانند ایران که متوسط بارندگی آن کمتر از یک سوم متوسط بارندگی کره زمین است، آب های زیرزمینی اهمیت زیادی داشته و حفاظت از آن امری ضروری می باشد. ارزیابی آسیب پذیری آبخوان روشی قدرتمند و کم هزینه در شناسایی نواحی مستعد به آلودگی می باشد. بنابراین با توجه به آسیب پذیری آبخوان در مقابل آلاینده ها، بهترین راه مبارزه با آلودگی، جلوگیری از ورود آلاینده به آبخوان می باشد.
مفهوم آسیب پذیری آب های زیرزمینی اولین بار در اواخر دهه 1960 در فرانسه جهت هشدار درباره آلودگی آب ارائه گردید. قابلیت آسیب پذیری به معنی امکان نفوذ و انتشار آلاینده ها از سطح زمین به درون سیستم آب زیرزمینی می باشد. آسیب پذیری آب های زیرزمینی مشخصه ای مطلق نمی باشد و نمایه ای نسبی برای احتمال آلودگی در یک محل می باشد
آسیب پذیری از نظر مفهومی به دو دسته ذاتی و ویژه تقسیم می شود. آسیب پذیری ذاتی به خصوصیات زمین شناسی، هیدرولوژی و هیدروژئولوژی یک منطقه بستگی دارد و منابع آلاینده ناشی از فعالیت های انسانی را در بر نمی گیرد. در حالی که آسیب پذیری ویژه نشان دهنده آسیب پذیری آب های زیرزمینی به آلاینده ای خاص یا گروهی از آلاینده های ناشی از فعالیت های انسانی می باشد.
با پیشرفت سریع علم و دانش گمان می رفت روزی عدم قطعیت ها از بین خواهد رفت. اما در سالیان گذشته همواره عدم قطعیت ها به صورت اجتناب ناپذیری جزیی از سیستم طبیعی مورد توجه بوده اند.
منطق فازی ابزاری جدید جهت مقابله با عدم قطعیت ها می باشد. به طور کلی مدل های منطق فازی در زمینه های علوم طبیعی کهمعمولاً قوانین پذیرفته شده و دقیقی برای اهداف مدل سازی وجود ندارد و در زمینه های علوم مهندسی و فیزیک که دارای مدل های ریاضی پذیرفته شده ای می باشند، کاربرد دارند.
با توجه به توسعه کاربرد تئوری فازی در زمینه های مختلف علوم، این تئوری در انواع مسایل مهندسی آب نظیر برآورد نیاز آبی گیاه[8] ، برآورد شاخص تنش آبی گیاه[4]، رتبه بندی و طبقه بندی عملکرد شبکه های آبیاری[7]، پایش و پهنه بندی خشکسالی[1] و تهیه نقشه های آسیب پذیری سفره آب زیرزمینی [3] مورد استفاده قرار گرفته است که در همه موارد استفاده از منطق فازی توصیه شده است. هدف از این تحقیق بررسی امکان استفاده از منطق فازی در طبقه بندی نقشه های آسیب پذیری آبخوان می باشد.
مواد و روش ها
دشت بهبهان با مساحتی حدود 536 کیلومتر مربع و مختصات جغرافیایی 30°30 تا 31° 00عرض شمالی و 50° 00 تا 50° 30 طول شرقی در قسمت جنوب شرقی استان خوزستان واقع شده است - شکل . - 1
شکل:1 موقعیت منطقه مورد مطالعه در ایران و استان خوزستان
در این مقاله از مدل فازی جهت پهنه بندی آسیب پذیری آبخوان دشت بهبهان استفاده شده است. پهنه بندی آسیب پذیری این تحقیق با استفاده ازنرم افزار MATLAB7.0.4بر اساس استنتاج فازی حداقل- حداکثر ممدانی1 که به علت ساختار ساده و مؤثر بیشترین کاربرد را در مسائل عملی دارد و روش غیر فازی سازی2 مرکز ثقل انجام شده است. برای فازی سازی از تابع عضویت گوسی3 به دلیل سادگی آن استفاده شده است. هم چنین از نرم افزارهای ArcGIS9.2 و PCI Geomatica9.1 استفاده گردیده است.
مدل فازی
با توجه به این که شاخص آسیب پذیری دارای ماهیت طیفی و دامنه دار می باشد، اگر در طبقه بندی از منطق بولین استفاده شود موجب می شود که یک طبقه با کوچک ترین تغییر به طبقه بالاتر یا پایین تر منتقل شود که قابل قبول و توجیه نمی باشد. با استفاده از مبانی تئوری فازی که هر موضوع یا مفهومی دارای یک درجه عضویت است، می توان یک روش مناسب جهت طبقه بندی آسیب پذیری نسبت به منطق بولین ارائه کرد.
برای تکمیل یک سیستم کنترل فازی مراحل فازی سازی مقادیر قطعی ورودی، بیان قواعد سیستم و روش استنتاج فازی و دی فازی سازی مقادیر فازی خروجی لازم است
شکل:2 ساختار مدل فازی ارزیابی آسیب پذیری
- پارامترهای ورودی اولین گام در طراحی یک سیستم فازی مشخص کردن متغیرهای ورودی به مدل است. متغیر های ورودی مدل عمق سطح ایستابی، تغذیه خالص سالیانه، هدایت هیدرولیکی و شیب توپوگرافی می باشد. برای متغیرهای عمق آب، هدایت هیدرولیکی و میزان تغذیه خالص با توجه به محدوده عددی آنها، پنج طبقه خیلی بالا، بالا، متوسط، کم و خیلی کم در نظر گرفته شده است. برای متغیر شیب توپوگرافی چهار طبقه خیلی بالا، بالا، متوسط و کم در نظر گرفته شده است
شکل:3 توابع عضویت متغیرهای ورودی مدل - الف-عمق آب زیرزمینی، ب- تغذیه، ج- هدایت هیدرولیکی ، د-شیب توپوگرافی - در نمودارهای فوق میزان عضویت با استفاده از رابطه1 محاسبه می شود:
در این رابطه c، میانگین یا مرکز منحنی گوسی، انحراف معیار تابع عضویت و x مقدار پارامتر مورد نظر می باشد. مقادیر این پارامترها برای توابع عضویت مدل فازی به صورت زیر میباشد:
- استخراج پایگاه قواعد و روش استنتاج
پس از فازی سازی پارامترهای ورودی ، مرحله بعد بیان قواعد فازی است. قواعد فازی ارزیابی آسیب پذیری عبارت هایی با ساختار اگر- آنگاه1 فازی است که در هر یک از این قواعد آثار ترکیبی شاخص های مورد استفاده از دیدگاه مورد نظر تعیین می شود. تعداد قواعد مورد نیاز به تعداد شاخص ها و تعداد طبقات هر شاخص بستگی دارد و طبق رابطه 2 محاسبه می شود.در این رابطه I تعداد قواعد، n شماره شاخص و K تعداد طبقات هر شاخص می باشد.
