نوع مقاله : مروری
نویسندگان
1 استاد دانشگاه تهران
2 سایر
چکیده
چکیده
آب زیرزمینی یکی از منابع مهم تأمین آب شیرین مورد نیاز انسان است. کشور ایران با شرایط اقلیمی خشک و نیمه‌خشک و میانگین بارش سالانه، حدود 250 میلی‌متر، یـکی از کمآبترین کشورهای جهان محسوب میشود. از آنجا که منابع آب سطحی در بسیاری از مناطق کشور محدود است، آبهای زیرزمینی به‌عنوان مناسب‌ترین منبع در دسترس جهت تأمین آب مورد نیاز به‌حساب میآید. حوضه آباده ـ اقلید یکی از زیرحوضه‌های کویر ابرقو ـ سیرجان با وسعت 2871 کیلومترمربع در شمال شرق استان فارس واقع شده است و افت آب زیرزمینی در بیشتر مساحت منطقه بیش از 5 متر بوده است. بنابر این شناسایی منابع آب زیرزمینی، شناختن مناطق با پتانسیل بالا و اصلاح شیوه برداشت از این منابع از مهمترین اهداف به شمار مـیرود. هدف این تحقیق پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی حوضه آباده- اقلید فارس با استفاده از روش تـحلیل سـلسلهمراتبی (AHP) است. در این پژوهـش از نقشههای توپوگرافی 50000 : 1 و نقشه زمینشناسی 1:100000 و دادههای اقلیمی منطقه مورد مطالعه استفاده کردیم و همچنین از نرمافزار Arc GIS برای تجزیه و تحلیل بهره بردیم. نتیجه پژوهش حاکی از آن است که بیشترین مساحت حوضه از نظر پتانسیل آب زیرزمینی مربوط به مناطق با وضعیت خوب و متوسط دارد و بیشترین مناطق با پتانسیل بالا و خوب در نواحی جنوب و جنوب شرق حوضه نسبت به استان فارس قرار دارند و مناطق بدون پتانسیل و کمپتانسیل مربوط به نواحی کوهستانی جنوب غرب و شمال غرب حوضه و نواحی مرکزی و شمالی حوضه به دلیل جنس زمین و نفوذناپذیری و نوع ساختمان و توپولوژی آنها هستند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Finding potential Ground Water Sources by Using Analytical Hierarchy Processes (AHP), Case Study: Abadeh - Eghlid basin of Fars
چکیده [English]
Abstract
Ground water is one of important freshwater sources for human. Since surface water sources are limited in most regions, groundwater can be considered as one of the most available resources for supplying water. This research tries to identify regions which have the most groundwater resources by analyzing effective geology, topology, hydrology and climate parameters in Abadeh – Eghlid basin. Abadeh - Eghlid basin with 2871 Km² area is one of sub- basins in Abargho- Sirjan desert. This area placed on north east of Fars state and its climate semiarid. In order to find potential groundwater resources in Abadeh - Eghlid, climate information and statistics from synoptic stations in Abadeh and Eghlid (1977-2010) gathered and geology, topology and hydrology information acquired from numeral geological maps with 1: 100000 scale and topographical mps with 1: 50000 scale and by using Analytical Hierarchy Processes (AHP) method in software environment Arc GIS the most suitable regions according to their groundwater sources have been recognized, determined, described and classified. The most area of this basin has good and moderate potential, and high and good potential regions placed in south and southeast areas of basin and also there some areas in northwest of basin
کلیدواژه‌ها [English]
- Finding potential
- Groundwater
- AHP Model
- Abadeh- Eghlid basin
مقدمه
آبهای زیرزمینی 4 درصد از مجموعه آبهایی را که فعالانه در سیکل هیدرولوژی دخالت دارند، شامل میشوند (علیزاده، 1388: 24). این منابع بعد از یـخچالها و پهنههای یخی، بزرگ‌ترین ذخیره آب شیرین به‌حساب میآیند (صداقت، 1387: 7) و با حجمی معادل 37 میلیارد کیلومترمکعب (22 درصد آبهای شیرین جهان) حدود 97 درصد آب شیرین مصرفی جهان را تأمین میکنند (فوستر، 1998). آبهای زیرزمینی در بسیاری از کشورهای واقع در نواحی خشک و نیمه‌خشک بیش از 80 درصد منابع آبی مورد استفاده را تشکیل میدهند (صداقت، 1387: 25). آب زیرزمینی از یکسو بهدلیل شیرین بودن، ترکیبات ثابت شیمیایی، دمای ثابت، ضریب آلودگی کمتر و سطح اطمینان بیشتر یک منبع قابل اتکا به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک محسوب میشود و از سوی دیگر با تأثیر بر توان اکولوژیک سرزمین یک پدیده مهم و مؤثر در توسعه اقتصادی، تنوع اکولوژیکی و سلامت جامعه به‌حساب میآید (مادان و همکاران، 2008). کشور ایران با شرایط اقلیمی خشک و نیمه‌خشک و میانگین بارش سالانه حدود 250 میلی‌متر یکی از کمآبترین کشورهای جهان محسوب میشود (مسعودیان و کاویانی، 1386: 82). ایران با مشخصات هیدرولوژیکی مانند حجم نزولات جوی 413، تبخیر و تعرق 296 و حجم آب قابل دسترس 117 میلیارد مترمکعب، سرانه آب تجدیدشونده جهانی 1900 مترمکعب (در حالی که متوسط آب تجدیدشونده جهانی7600 مترمکعب است)، مصرف 4/3 میلیارد مترمکعب که حدود 65 درصد آن از آبهای زیرزمینی تأمین میگردد، با شرایط سخت در زمینه تأمین آب روبهروست، به ویژه این که هم‌اکنون از 630 دشت کـشور 220 دشت ازنظر حفاظتی در رده دشتهای ممنوعه قرار دارند (سازمان مدیریت و برنامهریزی، 1383). طبق این ارقام بازنگری در مدیریت و استراتژی منابع آب در برنامه‌ریزی‌های توسعه اقتصادی و اجتماعی کشور امری اجتناب‌ناپذیر و جدی است. این مهم طی سالیان اخیر از طریق بازنگری در قوانین بهره‌برداری، عملیات عمرانی مانند انتقال آب بین حوضه‌ای، آبخوانداری، تغذیه مصنوعی و مجموعه عملیات حفاظت آب و خاک در این برنامهها پیگیری شده است.
حوضه آباده - اقلید یکی از زیرحوضه‌های کویر ابرقو - سیرجان است و در استان فارس واقع شده است. 35% از استان فارس را دشتها و 65% از آن را ارتفاعات در برگرفته است. این استان 170 دشت دارد که از آنها 64 دشت ممنوعه و 7 دشت ممنوعه بحرانی هستند. 78% از منابع آب فارس از طریق آبهای زیرزمینی تأمین میشود. تعداد چاه‌های عمیق 31020 حلقه، تعداد چاه نیمهعمیق 53205 حلقه، تعداد قنات 1487 رشته و تعداد چشمه 2233 رشته میباشد که میزان تخلیه سالانه از این منابع 4/7977 میلیون مترمکعب بوده است. افت آب زیرزمینی در بیشتر مساحت منطقه بیش از 5 متر بوده است که این میزان برای حوضه آباده - اقلید بین 1 تا 3 متر است (شرکت آب منطقهای فارس، 1390). بنابراین شناسایی منابع آب زیرزمینی، شناختن مناطق با پتانسیل بالا و اصلاح شیوه برداشت از این منابع از ضروریات منطقه به شمار میرود.دراین پژوهش برای شناسایی و تعیین مناطق آبی جهت بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی در حوضه آبریز آباده - اقلید از روش سلسلهمراتبی و تکنیک GIS استفاده‌شده است. تحلیل سلسله مراتبی (AHP) روشی است که امکان تصمیم‌گیری صحیح با حضور معیارهای کیفی و کمی را فراهم میکند (مؤسسه تحقیق در عملیات بهین گسترگیتی، 1388). مطالعات متعددی در زمینههای مختلف با استفاده از روش سلسله مراتبی صورت گرفته است که میتوان به موارد زیر اشاره کرد: پناهنده و همکاران (1388) مکانیابی دفن پسماند شهری در سمنان و فتائی و آلشیخ (1388) مکانیابی مواد زائد جامد شهری در شهر گیوی را مطالعه کردهاند. خیرخواه زرکش و همکاران (1387) به مکانیابی سدهای زیرزمینی در دامنه شمالی کوه کرکس و علیجانی و همکاران (1386) به پهنهبندی خطر زمین‌لغزش در دامنههای شمالی شاه جهان و حوضه آبخیز اسطخری شیروان پرداختهاند. سرور (1383) مکانیابی توسعه آتی شهری در شهر میاندوآب را بررسی کرده است. احمدی و همکاران (1382) به پهنهبندی خطر حرکتهای تودهای در حوضه آبخیز گرمی چای پرداختند؛ محمدخان (1380) پهنهبندی خطر حرکتهای تودهای برای حوضه آبخیز طالقان را مطالعه کرد؛ حسنزاده (1379) عمل پـهنهبندی خطر زمین‌لغزش در حوضه آبخیز شلمان رود را انجام داد. در زمینه مکانیابی آبهای زیرزمینی نیز میتوان به پژوهشهایی اشاره کرد از جمله این که رحیمی (1390) پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی دشت شهرکرد را و سیف (1390) پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی حوضهه آبریز سیرجان را انجام دادند و رنگزن و همکاران (1383) در دشت لالی و آبشیرینی و همکاران (1387) در زمینه پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی به کمک GIS کار کردند. مطالعاتی نیز نظیر تحقیقات فاروق (1992) (2000) (2006) در کشورهای مصر، عمان و امارات متحده عربی با استفاده از تکنیکهای سنجش از دور و تحقیقات کوثر (1364- 1376) در گربایگان استان فارس و همچنین مطالعات متعددی توسط معاونت آبخیزداری وزارت جهاد کشاورزی در زمینه تغذیه مصنوعی و آبخوانداری در همین راستا صورت گرفته است. این پژوهش سعی دارد تا با استفاده از آنالیز پارامترهای مؤثر زمینشناسی، توپولوژی، هیدرولوژی و اقلیمی از طریق روش تحلیل سلسلهمراتبی (AHP) و تهیه لایههای رستری آن، وزندهی و ترکیب لایهها در محیط نرمافزار ArcGIS مناطق دارای بیشترین آب زیرزمینی را شناسایی، تعیین، معرفی و پهنهبندی کند.حوضه آبریز آباده - اقلید در محدوده عرضهای جغرافیایی 30 درجه و 45 دقیقه تا 31 درجه و 30 دقیقه شمالی و طولهای جغرافیایی 52 درجه و 10 دقیقه تا 53 درجه و 5 دقیقه شرقی گسترده شده است. حداکثر ارتفاع حوضه 3771 متر در ارتفاعات جنوب غربی و حداقل آن 1740 متر در نقطه خروجی حوضه در شرق و متوسط ارتفاع آن 2700 متر است. کل حوضه 2871 کیلومترمربع وسعت دارد. شکل 1 موقعیت جغرافیایی حوضه آبریز آباده - اقلید را نشان میدهد.
شکل (1) موقعیت حوضه آباده – اقلید در استان فارس
مواد و روش
به‌منظور پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی در حوضه آباده - اقلید آمار و اطلاعات اقلیمی از ایستگاه‌های سینوپتیک آباده و اقلید (1977-2010) و اطلاعات زمینشناسی و توپولوژی و هیدرولوژی از نقشههای رقومی زمینشناسی با مقیاس 100000 : 1 و نقشه توپوگرافی با مقیاس 50000 : 1 حوضه موردمطالعه بهدست آمد.
- · روش تهیه لایههای اطلاعاتی موردنیاز جهت تهیه نقشه پتانسیلیابی منطقه مورد مطالعه
ـ تهیه لایههای اطلاعاتی توپولوژی شامل طبقات ارتفاعی، شیب و جهت شیب از مدل رقومی ارتفاعی (DEM) منطقه در محیط GIS.
ـ تهیه لایـههای اطلاعاتی زمین‌شـناسی شـامل لیتولوژی، تراکم گسل و فاصله از گـسل از نقشه رقومی زمینشناسی حوضه در محیط GIS.
ـ تهیه لایه هیدرولوژی شامل تراکم آبراهه و فاصله از آبراهه از نقشه توپوگرافی و DEM حوضه در محیط GIS.
ـ تهیه لایههای اطلاعاتی اقلیمی شامل بارش و دما از طریق Inverse Distance Weighted در محیط GIS.
- · روش وزندهی
بعد از تهیه کلیه لایههایی که در پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی مؤثر بودند، با توجه به درجه اهمیت و مقدار تأثیر هر یک از عناصر، آنها را به روش AHP وزندهی کردیم، بعد از وزندهی لایهها، برای این که کلی× لایهها باهم جمع شوند، لایههای وکتوری را به رستری تبدیل نمودیم و این عملیات را با ابزارهای SpatialAnalysis، 3DAnalyst و RasterCalculator در محیط ArcGIS انجام دادیم. در آخر نقشه پتانسیل آبهای زیرزمینی تولید شد که مراحل آن به شرح زیر است:
مرحله اول: تهیه لایههای رقومی مورد نیاز که برای این کار از SpatialAnalysis، 3DAnalyst و RasterCalculator و برای تهیه لایههای زمینشناسی و توپولوژی و هیدرولوژی و از دستور InterpolatetoRaster و روش InverseDistanceWeighted در قسمت SpatialAnalysis جهت تهیه لایههای مربوط به اقلیم و دما استفاده کردیم.
مرحله دوم: وزن دادن به هر یک از لایهها، بیشترین وزن به لایهای تعلق‌گرفته است که بیشترین نقش را در پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی حوضه مورد مطالعه داشته (ال.ال.سی، 1998: 175). معیار وزندهی هر یک از عناصر موجود در هر لایه و همچنین معیار وزندهی هر واحد اطلاعاتی موجود در آن لایه بر اساس میزان نقشی است که در داخل آن لایه، و در تأثیر در پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی داشته است (لوپز و زینک، 1991: 161).
مرحله سوم: ترکیب لایهها از طریق RasterCalculator در قسمت SpatialAnalysis ؛ در این مرحله نقشه نهایی با پنج گروه مناطق: با پتانسیل بالا، با پتانسیل خوب، با پتانسیل متوسط، با پتانسیل کم و بدون پتانسیل آبهای زیرزمینی تولید شد.
- · پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی
در این قسمت مدل مفهومی برای تصمیم‌گیری در پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی با استفاده از AHP در محیط نرم‌افزاری GIS ارائه میشود. فرآیند تصمیم‌گیری در چهار سطح بهشرح زیر انجام پذیرفت:
سطح اول: هدف کلی سلسله‌مراتب در بالاترین سطح قرار دارد. در اینجا هدف اصلی تهیه نقشه پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی است.
سطح دوم: این سطح معیارها را در برگرفته و شامل عوامل مؤثر در ایجاد آبهای زیرزمینی نظیر عوامل زمینشناسی، اقلیمشناسی، توپولوژیکی و هیدرولوژیکی است.
سطح سوم: این سطح زیر معیارها را در برگرفته، شامل پارامترهای سنگشناسی، تراکم گسل و فاصله از گسل، بارش، دما، طبقات ارتفاعی، شیب و جهت شیب، تراکم و فاصله از شبکه زهکشی است.
سطح چهارم: در این سطح برای مقایسه از پنج طبقه پتانسیل بالا، پتانسیل خوب، پتانسیل متوسط، پتانسیل کم و بدون پتانسیل استفاده‌شده است.
شکل (2) ساختار سلسلهمراتبی پتانسیلیابی منابع آب (سیف،1390)
- · وزندهی به عوامل مؤثر
در فرایند تحلیل سلسلهمراتبی بیشترین وزن به لایهای تعلق میگیرد که بیشترین تأثیر را در تعیین هدف دارد؛ به‌عبارت‌دیگر معیار وزندهی به هر واحد اطلاعاتی نیز براساس میزان نقشی است که در داخل آن لایه ایفا میکند (لوپز و زینک، 1991: 161) (جدول 1). چون هدف این پژوهش پیجویی منابع آب زیرزمینی در حوضه آباده- اقلید فارس است، پارامترهای تأثیرگذار در نفوذپذیری خاک و تغذیه سفرههای آب زیرزمینی میتواند به‌عنوان مهمترین عوامل برای رسیدن به هدف نهایی در نظر گرفته شود. بنابراین برای مؤلفههای سنگشناسی، هیدرولوژی و اقلیمی با توجه به اهمیت آنها در نفوذپذیری خاک و تغذیه سفرههای آب زیرزمینی، باید بالاترین ارجحیت و وزندهی را در نظر گرفت. وزندهی به سایر عوامل به نسبت کاهش تأثیرشان در نفوذپذیری کمتر میشود. به‌عبارت‌دیگر مؤثرترین عامل در تغذیه منابع آب از بیشترین وزن برخوردار خواهد بود.
جدول (1) وزندهی به عوامل براساس ارجحیت به‌صورت مقایسه زوجی
|
مقدار عددی |
ترجیحات (قضاوت شفاهی) |
|
|
9 |
Extremely preferred |
کاملاً مرجح یا کاملا مهم یا کاملاً مطلوب |
|
7 |
Very strongly preferred |
ترجیح با اهمیت یا مطلوبیت خیلی قوی |
|
5 |
Strongly preferred |
ترجیح با اهمیت یا مطلوبیت قوی |
|
3 |
Moderately preferred |
کمی مرجح یا کمی مهمتر یا کمی مطلوب |
|
1 |
Equally preferred |
ترجیح یا اهمیت یا مطلوبیت یکسان |
|
8،6،4،2 |
ترجیحات بین فواصل قوی |
|
منبع: قدسیپور، 1387
- · محاسبه وزن نهایی
برای محاسبه وزن نهایی هریک از عوامل مؤثر در پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی مراحل زیر صورت گرفت:
ـ لایه گسل: (لایه تراکم گسل * 0627/0) + (لایه فاصله از گسل * 026/0)
ـ لایه سنگشناسی: (زمین با نفوذپذیری زیاد * 1450/0) + (زمین با نفوذپذیری متوسط * 0406/0) + (زمین با نفوذپذیری کم * 0144/0)
ـ لایه زمینشناسی: لایه گسل + لایه سنگشناسی
ـ لایه اقلیم: (لایه دما * 1064/0) + (لایه بارش * 2532/0)
ـ لایه توپولوژی: (لایه شیب * 0344/0) + (لایه جهت شیب * 0460/0) + (لایه ارتفاع * 0325/0)
ـ لایه هیدرولوژی: (لایه تراکم آبراهه * 1645/0) + (لایه فاصله از آبراهه * 0742/0)
ـ لایه پتانسیل: (لایه اقلیم * 1177/0) + (لایه هیدرولوژی * 2388/0) + (لایه توپولوژی * 0525/0) + (لایه زمینشناسی * 5910/0)
یافتههای تحقیق
پس از مشخص شدن عوامل مؤثر بر پتانسیل منابع آب زیرزمینی حوضه آباده - اقلید و وزندهی به هریک از معیارها و زیرمعیارها، سرانجام محاسبه وزن نسبی آنها بر اساس روش تحلیل سلسلهمراتبی صورت گرفت و سپس در محیط ArcGIS لایه رستری هر یک از عوامل بر بردار وزنشان ضرب شد و در نهایت لایه پتانسیل منابع آب زیرزمینی حوضه آباده - اقلید از طریق حاصل جمع لایههای نهایی عوامل زمینشناسی، توپولوژی، هیدرولوژی و اقلیمی تهیه شد (شکلهای 3 تا 7).
شکل(3) نقشههای عامل زمینشناسی
شکل(4) نقشههای عامل توپولوژی
|
شکل (5) نقشههای عامل هیدرولوژی |
شکل(6) نقشههای عامل اقلیمی |
شکل(7) نقشه پتانسیل منابع آب زیرزمینی حوضه آباده - اقلید فارس
نتیجه‌گیری
با توجه به یافتههای تحقیق میتوان گفت که کاربرد روش تحلیل سلسلهمراتبی در برنامهریزی محیطی اهمیت بسزایی دارد و به برنامهریزان کمک میکند تا یک مسأله پیچیده طبیعی را به‌صورت ساختار سلسله مراتبی تبدیل کنند و سپس با سرعت و دقت کافی به حل آن بپردازند. استفاده از این روش، علم برنامهریزی محیطی را به‌صورت کاربردی‌تر و موفق‌تر از همیشه در برنامهریزی و مدیریت بحران مطرح میسازد. در نتیجه استفاده و بهره‌گیری از این روش در مدیریت محیط به ژئومورفولوژیستها و دیگر برنامهریزان محیطی توصیه میشود. با توجه به نقشه پتانسیل به‌دست‌آمده، بر اساس چهار عامل مؤثر بر پتانسیلیابی منابع آب زیرزمینی حوضه آباده - اقلید در قالب لایههای مختلف اطلاعاتی میتوان پهنههای پتانسیلی مختلف را در حوضه آباده - اقلید مشاهده کرد. در این میان پهنههای پتانسیل بالا و خوب بیشتر منطبق بر تراسهای آبرفتی و مخروط افکنهها است. پهنههای بدون پتانسیل و کم پتانسیل یکی منطبق بر حداکثر ارتفاعات به دلیل شیب زیاد و دیگری منطبق بر مناطق دارای جنس مارنی و شیلی به علت نفوذپذیری خیلی کم و تبخیر بالا است. دیگر پهنههای پتانسیلی در حدفاصل بین این دو منطقه گسترده شدهاند. بیشترین مساحت حوضه مربوط به مناطق دارای پتانسیل خوب و متوسط است که بیشترین مناطق با پتانسیل بالا و خوب در نواحی جنوب و جنوب شرق حوضه نسبت به استان فارس و همچنین مقداری هم در شمال غربی حوضه قرار دارند و مناطق بدون پتانسیل و کم پتانسیل مربوط به نواحی کوهستانی جنوب غرب و شمال غرب حوضه و نواحی مرکزی و شمالی حوضه به دلیل جنس زمین و نفوذناپذیری و نوع ساختمان و توپولوژی آنها است.
)