بخشی از مقاله
مقدمه
امروزه ارزیابی اسـتعداد آلـودگی منـابع آب زیرزمینـی بـه طـرز روز افزونـی نهایت نقشه آسیب پذیري ارائـه مـی شـود . دراسـتیک متـداول تـرین روش بـراي
توسط کشورها و آژانسهاي 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 کننـدهاي آب زیرزمینی نیست. البته برخی کاربردهاي دراستیک براي این منظور موفـق و
براي دستگاه هاي 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 متعددي 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 اختـري ، (1385 بـا بکـارگیري روش دراسـتیک در
مزیت تهیه نقشـه بـا اسـتفاده از GIS، امکـان انجـام بهتـرین ترکیـب و ادغـام دشت هاي زوبرچري و خران نشان دادند کـه بخـش غـرب و جنـوب غربـی ایـن
لایه هاي اطلاعاتی و تغییر سریع در پارامتر داده هاي استفاده شده در طبقه بندي آبخوان داراي آسیب پذیري متوسط اسـت و نـواحی کـوچکی در شـمال غـرب و
استعداد آلودگی یـک آبخـوان اسـت .(Wang et al., 2007)یکـی از راههـاي شرق منطقه مورد مطالعه در محدوده بدون خطر آلودگی قرار مـی گیرنـد. سـایر
پیشگیري آلودگی آب زیرزمینی شناسایی مناطقی است که استعداد آلوده شدن بخش هاي آبخوان نیز آسیب پذیري پایینی را نشان مـی دهنـد. همچنـین نتـایج
بالایی دارند و به وسیله این شناخت مـی تـوان م نطقـه را از نظـر آسـیبپـذیري آنالیز نیترات نمونههاي آب زیرزمینی نشان داد که میزان نیترات در بخش غـرب
پهنه بندي 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 هـاي آبخـوان
آسیب پذیري بالا جلوگیري نمود. یکـی از کـاربردي تـرین مـدل هـاي کیفـی بـه است (چیـت سـازان و اختـري، .(1385 (اصـغري مقـدم و همکـاران، (1388 در
منظور ارزیـابی آسـیب پـذیري روش دراسـتیک (DRASTIC) اسـت . در ایـن مطالعه اي که به منظور ارزیابی آسیب پذیري آب زیرزمینی دشت هاي بازرگـان و
روش، پارامترهــاي مختلــف هیــدروژئولوژیکی کــه هــر یــک در انتقــال آلــودگی پلدشت با استفاده از روش دراستیک انجام شد نشان دادند که حدود 3 درصد از
تاثیرگذارند با یک ضریب وزنی و یک ضریب ارزش بـا یکـدیگر جمـع شـده و در منطقه مورد مطالعه در محـدوده آسـیب پـذیري کـم، 37 درصـد متوسـط و 60
محدوده آسیب پذیري زیاد قرار می گیرد که قسـمت هـاي وسـیعی از شـرق، منابع آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه و استفاده از آن در شرب، کشـاورزي
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 جلــوگیري از آلــودگی و
1
مجله زمین شناسی کاربردي پیشرفته
مدیریت بهینه منابع آب ضروري است (اصغري مقدم و همکـاران، .(1388 (آزاد شهرکی و همکاران، (1389 در مطالعهاي تحت عنوان ارزیابی پتانسـیل و آنـالیز حساسیت آسیب پذیري آب زیرزمینی دشت هشتگرد بـه روش دراسـتیک نشـان دادند که پهنهبندي پتانسیل آسـیب پـذیري آبخـوان دشـت هشـتگرد بـا نقشـه نیترات آب زیرزمینی تطـابق قابـل قبـولی نشـان مـی دهـد و بیشـترین درصـد پتانسیل آسیب پذیري مربوط به کلاس متوسـط بـوده و منـاطق شـمالی دشـت داراي میـزان آسـیبپـذیري بـالایی هسـتند و نـواحی جنـوبی دشـت کمتــرین آسیب پذیري را دارا میباشند (آزادشهرکی و همکاران، .(1389 با توجه به اینکـه دشت خاتون آباد تأمین کننده آب مورد نیاز مجتمع مس سرچشـمه بـه عنـوان یکی از ارکان اقتصادي کشور می باشد و از نظـر توسـعه کشـاورزي نیـز یکـی از دشت هاي مهم استان کرمان محسوب میگردد، لذا حفاظت و حراسـت از منـابع آبی این دشت از اهمیت ویژه اي برخـوردار اسـت . از طرفـی، آلـودگی منـابع آب زیرزمینی در اثر فعالیت هاي انسـانی از مهمتـرین مشـکلات مـدیران منـابع آب میباشد و به همین منظور، شناسایی ساختار هیـدرولوژیکی و هیـدروژئولوژیکی این آبخوان و پهنه بندي حساسیت آن نسبت به آلودگی می تواند مـدیران منـابع آب را جهــت کنتــرل آلاینــدههــاي ناشــی از فعالیــتهــاي انســانی در منــاطق آسیبپذیر یاري نماید.
منطقه مورد مطالعه
محدوده مـورد مطالعـه در شـمال غربـی اسـتان کرمـان، بـین طـول هـاي جغرافیایی 55 درجه و 15 دقیقه تا 55 درجه و 30 دقیقه شـرقی و عـرضهـا ي جغرافیایی 29 درجه و 55 دقیقه تا 30 درجه و 10 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 هاي کویري 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 1200 متـر اخـتلاف ارتفـاع دارند. بیشترین اخـتلاف ارتفـاع در ایـن دشـن 150 متـر مـیباشـد . بـر اسـاس مطالعات انجام شده ، آبخوان دشت خاتونآبـاد از نـوع آزاد بـوده و عمـق آبهـاي زیرزمینی در اکثر نقاط کمتـر از 60 متـر مـیباشـد . حـدود آبخـوان بـر اسـاس مجموعه اطلاعات هیدروژئولوژیکی بـه ویـژه نقشـه هـاي منـابع آب، نقشـه هـاي ایزوپیز و تیسن مشخص شـده و بـه ایـن ترتیـب مسـاحت محـدوده بـیلان آب زیرزمینی آبخوان آبرفتی خاتونآباد 412 کیلومترمربع تعیین شده اسـت . شـکل 1 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 کشـاورزي، صنعت (از جمله کارخانجات ذوب مس سرچشمه و کارخانه فرآوري مولیبـدن) و شرب تقریبا به طور کامل از طریق منابع آب زیرزمینی صورت می گیـرد . تخلیـه از آبخوان براي مصارف ذکر شده توسط چاه هاي عمیـق و نیمـه عمیـق صـورت میگیرد. متوسط تخلیه سالیانه از این آبخوان در حدود 67 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 1987 توسط آلـر معرفـی شـد و آژانـس حفاظـت محـیط زیسـت آمریکـا (EPA) آنرا در سال 1990 توسعه داد که به این طریق بتوانند از ایـن مـدل بـه عنوان یـک سیسـتم اسـتاندارد شـده جهـت ارزیـابی پتانسـ یل آلـودگی آبهـاي زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد .(Boughriba et al, 2009) امـروزه مـدل
تابستان 92، شماره 8
دراستیک به دلیل قابلیت تهیه یا دسترسـی آسـان اطلاعـات مـورد نیـاز جهـت بکــارگیري آن در کشــورهاي زیــادي مــورد اســتفاده قــرار گرفتــه و مــیگیــرد .(Rahman, 2008) در مدل دراستیک 4 فرض در نظـر گرفتـه مـیشـود کـه شامل؛ (1) آلودگی از سطح زمین وارد آب زیرزمینـی مـی شـود، (2) آلـودگی از طریق بارندگی شسته شده و وارد آب زیرزمینی می شود، (3) انتقـال آلـودگی از طریق آب و با سرعتی مشابه آن صورت مـی گیـرد و (4) منطقـه مـورد مطالعـه توسط این مدل باید 4 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 خــاك (S)، شــیب توپوگرافی (T)، تأثیرمحیط وادوز (I) و هدایت هیدرولیکی سفره (C) میباشند.
این پارامترها قابل بازنمایی بوده عمدتاًو از طریق سازمانهاي 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 1 تا 5 وزن داده میشود که عدد 5 نسبت به آلودگی حائز اهمیتترین و عدد 1 کمترین اهمیت را داراست ( Samey and Chen, (2 .(2008 محدوده : (Range ) هر پارامتر دراستیک خود به زیربخشهاي دیگري تقسیم میشود. بعنوان مثال، عمق آب برحسب متر و یا لایه خاك بر حسب جنس مواد تشکیلدهنده به زیربخشهاي دیگري تبدیل میشود. (3 رتبه : (Rate ) براي هر یک از زیربخش هاي یک محدوده، ارزش عددي در نظر گرفته میشود که عددي بین 1 تا 10 است .(Almasri, 2008) جدول مربوط به رتبه بندي و (محدوده) تقسیمات هر پارامتر در ادامه ارائه خواهد شد. نتیجه نهایی براي هر مجموعه هیدرولوژیکی (بعنوان مثال ناحیه جغرافیایی)، یک ارزش عددي 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 رتبهبندي شاخص دراستیک نقشه آسیبپذیري 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 نفوذي قبل از رسیدن به سفره باید از آن عبور کند، داراي اهمیت زیادي در انتقال آلودگیهاي احتمالی عموماًًًاست. با افزایش عمق آب پتانسیل آلودگی سفره کاهش مییابد (Voudouris et al., 2010). با توجه به اینکه عمق سطح ایستابی تأثیر زیادي در پتانسیل آلودگی یک سفره دارد ، وزن 5 (بیشترین وزن) به این عامل اختصاص داده میشود.به منظور تهیه لایه عمق آب زیرزمینی، از آمار سطح آب در پیزومترهاي دشت استفاده شد. در ادامه، درونیابی دادههاي سطح آب در محیط Arc View ، با روش IDW و با بهرهگیري 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 (1 به هفت کلاس رتبهبندي شد. در نهایت با توجه به وزن لایه D که 5 میباشد، لایه فوق در عدد 5 ضرب گردید و نقشه نهایی عمق بدست آمد. (شکل (2 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 عددي هر پلیگون را بر روي نقشه نشان میدهد.
2
مجله زمین شناسی کاربردي پیشرفته تابستان 92، شماره 8
شکل.1 موقعیت منطقه مورد مطالعه
شکل.2 نقشه رتبهبندي 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 عمودي 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 عمودي آب، تغذیه ناشی از بارندگی است که از سطح زمین و به طور عمودي وارد سفره آب زیرزمینی میشود. در صورتیکه منابع تغذیهاي دیگري مانند تغذیه مصنوعی، آبیاري کشاورزي و آب فاضلاب داراي مقادیر قابل توجهی در دشت است باید در تهیه نقشه این عامل در نظرگرفته شوند (Kim and .Hamm,1999)
براي تهیه لایه تغذیه خاص سالانه دو پارامتر اصلی که شامل شبکه هم بارش و نقشه نفوذپذیري سطحی که وابسته به جنس خاك میباشد؛ ضروري است. لایه تغذیه خاص از ضرب لایههاي مربوط به این دو پارامتر در هم تهیه میشود. با توجه به گزارشات بیلان آب دشت خاتونآباد، در بعضی از مناطق مقادیري از آب برگشتی کشاورزي در تهیه نقشه تغذیه دشت لحاظ گردید. در
ادامه با توجه به متأثر بودن میزان نفوذ باران از جنس خاك، اقدام به تهیه نقشه کاربري منطقه با استفاده از تصویر ماهوارهاي شد. در مرحله بعد با توجه به اینکه ضریب نفوذ باران تابعی از نوع خاك و شیب زمین است، با استفاده از جدول استاندارد به هر پلیگون از نقشه کاربري 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.(3
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 نفوذپذیري بالاتر این مواد، پتانسیل آلودگی آبخوان نیز بیشتر خواهد شد. در مورد سفرههاي چندلایهاي نزدیک به سطح زمین، لایه بالاتر در نظر گرفته می شود و سفره هاي پایین در نظر گرفته نمیشوند .(Voudouris et al, 2010) براي 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 براي هر یک از پیزومترها با توجه به جنس لوگ چاه (از سطح ایستابی تا سنگ کف)
3
مجله زمین شناسی کاربردي پیشرفته
یک ارزش عددي بر اساس (جدول (1 داده شد سپس طبق مراحلی که در مورد تهیه لایه D ذکر شد نقشه نهایی سفره مطابق (شکل (4 تهیه شد.
لایه خاك سطحی (S)
این بخش، قسمت بالایی منطقه نیمهاشباع (وادوز) میباشد که تا حد نفوذ ریشه گیاهان یا فعالیت موجودات ارگانیکی ادامه دارد. پتانسیل آلودگی خاك بستگی به خصوصیات خاك مانند بافت، نفوذپذیري و درصد مواد آلی خاك دارد .(Kimura, 1997) به منظور تهیه لایه خاك از نقشه ارزیابی منابع و قابلیت اراضی منطقه استفاده گردید. مراحل تهیه لایه خاك 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 کاربري اراضی، قسمتهاي مختلف بر روي یک Theme پلیگونبندي گردید. سپس با توجه به (جدول (1 به هر پلیگون یک ارزش عددي اختصاص داده شد و با تبدیل نقشه فوق به رستر و ضرب آن در عدد 2 (وزن لایه)، نقشه نهایی مطابق (شکل (5 تهیه شد.
لایه شیب توپوگرافی (T)
بطور کلی شیبهاي ملایمتر فرصت و امکان بیشتر نفوذ آلودگیها همراه با بارندگی را فراهم میکنند و به این ترتیب، پتانسیل آلودگی بیشتري را نیز ایجاد میکنند. بنابراین در مدل دراستیک، نواحی با شیب کمتر رتبه بیشتري دارند. در توسعه و تکامل خاك میتوان به نقش مهم توپوگرافی اشاره کرد بطوریکه در شیبهاي تند نسبت به شیبهاي ملایمتر، ضخامت لایه خاك سطحی کمتر است. بنابراین، توپوگرافی با تأثیر بر توسعه خاك نیز بر پتانسیل آلودگی تأثیر میگذارد. جهت تهیه لایه توپوگرافی، نقشه DEM را از نقشه توپوگرافی رقومی شده تهیه کرده و طبق (جدول (1 رتبهبندي و وزندهی آن صورت گرفت. (شکل (6 لایه شیب توپوگرافی منطقه را نشان میدهد.
لایه محیط وادوز (I)
این لایه به قسمت زیرین لایه خاك سطحی تا سطح ایستابی اطلاق میشود. لایه وادوز مشابه لایه خاك بر روي پتانسیل آلودگی تأثیر میگذارد و
تابستان 92، شماره 8
میزان تأثیرات آن تابعی از نفوذپذیري و خصوصیات محیط وادوز است. براي تهیه این لایه همانند لایه سفره از اطلاعات ستون چاهها (پیزومترها) در محدوده دشت استفاده شد. براي این منظور، ابتدا جدولی شامل اطلاعات نام چاه، موقعیت آنها برحسب UTM و جنس ستون چاهها ایجاد گردید و سپس براي هر یک از نقاط (پیزومترها) با توجه به جنس تعیین شده توسط لوگ چاه آن نقطه یک ارزش عددي بر اساس جدول 1 اختصاص داده شد. سپس طبق مراحلی که در مورد تهیه لایه D ذکر شد نقشه نهایی سفره مطابق (شکل (7 تهیه شد.
لایه هدایت هیدرولیکی (C)
هدایت هیدرولیکی یک سفره، گنجایش تحركپذیري آب زیرزمینی در محیط اشباع را نشان میدهد. بنابراین، پتانسیل تحركپذیري 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 داراي هدایت هیدرولیکی بالایی هستند، پتانسیل آلودگی بیشتري را ایجاد میکنند. براي 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 چاههاي پمپاژ تهیه شد. در نهایت، با رتبهبندي و وزندهی مطابق (جدول (1، لایه هدایت هیدرولیکی منطقه تهیه شد (شکل .(8
