نوع مقاله : پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار و عضو هیئت علمی دانشگاه خوارزمی، تهران
2 کارشناس ارشد ژئومورفولوژی، علوم و تحقیقات تهران
3 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه خوارزمی، تهران
چکیده
چکیده
امروزه تخلیه آب های زیرزمینی و عدم جایگزین شدن این منابع یکی از بزرگترین مشکلاتی است که جوامع بشری با آن روبرو هستند. در دشت بوشکان استفاده گسترده از زمین های کشاورزی باعث افت سطح آب زیرزمینی شده است. یکی از راه کارهای مناسب برای کاهش این بحران، تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی است. بدین منظور مهمترین قدم در طرح پخش سیلاب، مکان یابی مناطق مستعد برای پخش آب و نفوذ دادن آن به داخل سفره های آب زیرزمینی است. در این تحقیق نیز از تلفیق روشهای AHP و فازی در سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS)) و از 8 پارامتر شیب، ضخامت آبرفت، هدایت الکتریکی، زمین شناسی، کاربری اراضی، تراکم زهکشی، قابلیت انتقال و ارتفاع استفاده شده است. لایه های مذکور در ابتدا فازی شدند و سپس با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) و نرم افزار Expert Choice ارزش گذاری شده و سپس ارزش های به دست آمده در محیط ARC GIS 10/2 با استفاده ازRaster calculator در لایه های فازی شده ضرب و با دستور Fuzzy overlay لایه ها تلفیق و نقشه های نهایی تهیه شدند، نتایج حاصله نشان میدهد که گامای 9/0 بهترین همپوشانی را دارد و در نهایت گامای بهینه به پنج طبقه کاملاً مناسب، مناسب، متوسط، نامناسب و کاملاً نامناسب در سطح دشت مشخص شد. که 11/7 درصد از محدوده مورد مطالعه در کلاس کاملاً نامناسب و 1/11درصد از محدوده در کلاس کاملاً مناسب قرار میگیرد. در قسمت جنوب غربی دشت، مراتع کم تراکم مکان های کاملاً مناسب جهت پخش سیلاب میباشند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Site Selection for Suitable Flood SpreadingAnd Artificial Feeding through Hybrid, AHP-Fuzzy Model Case Study: (Bushkan Plain, Bushehr Province)
نویسندگان [English]
- Amir Saffari 1
- Mariyam Jan Ahmadi 2
- Monireh Raeati Shavazi 3
چکیده [English]
Nowadays, one of the main problems that the societies encounter is discharging of the ground waters and the lack of suitable substitution for that. In Bushkan Plain vast use of agricultural lands has caused a drop in groundwater level. One of the suitable solutions to reduce this crisis is artificial feeding of groundwaters. To this end, the most important step in the floodwater spreading plan is suitable zonation for water spreading and forcing the water to penetrate into underground water tables. In this study, a hybrid AHP-Fuzzy method in Geographic Information Systems (GIS) and 8 parameters of the slope, alluvium thickness, electrical conductivity, geology, land use, drainage density, conductivity and altitude are used. First, these layers were converted to Fuzzy and then were evaluated using Analytical Hierarchy Process (AHP) and Expert Choice software. The values achieved in ARC GIS 10/2 on fuzzy layer were multiplied to Fuzzified layers by using Raster calculator and were combined with Fuzzy overlay command and the final maps were then prepared. The results show that gamma value of 0/9 has the best overlapping and eventually, the optimal gamma was found on 5 classes as high improper, improper, average, proper and high proper in the plain. 7/11 percent of the study area was calculated within high improper class, and 11/1 percent of the study area belonged to the high proper class. The southwestern parts of the plain, where pasturage density is low, are the best areas for flood spreading.
کلیدواژه‌ها [English]
- Site selection
- Flood spreading
- Artificial feeding
- Fuzzy/AHP
- Bushkan Plain
مقدمه
با توجه به این که بخش مهمی از کشور ما در منطقه خشک و نیمهخشک قرار گرفته است و هر ساله سیلابهای مخرب که از ویژگیهای مناطق خشک است در آن اتفاق میافتد و باعث خسارات جانی و مالی فراوانی میشود. از این رو مدیریت سیلابها حائز اهمیت است. از طرف دیگر توسعه کشاورزی باعث افزایش بهرهبرداری از سفرههای آبهای زیرزمینی و افت شدید و تخلیه آنها در اکثر دشتهای کشور شده است، به طوریکه بسیاری از دشتهای کشور جزء دشتهای ممنوعه قرار گرفتهاند و در بسیاری از دشتها بهخصوص در ایران مرکزی باعث فرونشست زمین و شور شدن آب چاهها و در نهایت تخریب اراضی کشاورزی شده است. به همین منظور استفاده بهجا و به هنگام از سیلابها و بهکارگیری روش پخش سیلاب جهت تغذیه مصنوعی علاوه بر آبدار کردن آبخوانها، کاهش زیان های سیل و حفاظت خاک را نیز بهدنبال دارد (کوثر، 1374: 98).
در این پژوهش مکان یابی پخش سیلاب با تأکید بر روش منطق فازی و فرایند تحلیل سلسلهمراتبی در GIS مورد نظر است. توانایی GIS در ذخیره اطلاعات، تجزیه و تحلیل آنها، انجام محاسبات مورد نیاز و نمایش آنها بهصورت نقشههای دقیق، جداول و نمودارها در مدت زمان کوتاه، آن را در جایگاه ویژهای قرار داده است (آرنوف، 1996: 313). در زمینه پخش سیلاب با روشهای مختلف در سطح جهانی و داخلی، پژوهشهای زیادی انجام شده که می توان به موارد زیر اشاره کرد.
در پژوهشی اقدام به مکانیابی عرصههای مستعد پخش سیلاب با استفاده از GIS در زیرحوضه آبخیز سمل از حوضه آبخیز اهرم بوشهر کردهاند (آلشیخ و همکاران، 1381: 22). در پژوهشی شناخت مناطق مستعد برای گسترش سیلاب با روش کاربرد مدلهای مفهومی با استفاده از مدلهای منطق بولین، مدل شاخص همپوشانی و مدل فازی در سطح 6 شهرستان از استان خراسان رضوی را انجام دادند (دادرسی سبزوار و خسروشاهی، 1387: 227). در تحقیقی با استفاده از شاخصهای همپوشانی نقشهها و منطق بولین و فازی در محیط GIS به بررسی عرصههای مناسب پخش سیلاب در حوضه آبخیز پشتکوه پرداختهاند (معروفی و همکاران،1390: 1). فرجی سبکبار و همکاران، برای مکانیابی پخش سیلاب در حوضه آبریز گربایگان با بررسی و مقایسه کارایی روشهای FAHP[1] و GCA [2] در محیط GIS نشان دادند که روش خوشهبندی خاکستری در مورد پهنهبندی مناطق مستعد پخش سیلاب، دقیقتر از روش تحلیل سلسله مراتبی_فازی (FAHP) هست (فرجی سبکبار و همکاران، 1392: 74).
در پژوهشی دیگر با استفاده از مدل فازی/AHP به تشخیص سایت های تغذیه مصنوعی آبهای زیرزمینی پرداختهاند (مرادی و همکاران، 2013: 379). مکانهای مناسب پخش سیلاب با استفاده از مدل فازی/AHP در خوزستان انجام گرفت که در نهایت عملگر جمع فازی برای پخش سیلاب در این منطقه تعیین شد (منجزی و همکاران، 2013: 294). رحمان (2012) با نرمافزار آنالیز تصمیمگیری چندمعیاره فضایی (SMCDA[3]) که ترکیبی از چند روش ارزشگذاری چندمعیاره و تکنیکهای آنالیز تصمیمگیری مدرن است به منظور مدیریت پخش سیلاب به مکانیابی پرداخت (رحمان و همکاران، 2012: 61). پژوهشهایی با استفاده از GIS و سنجش از دور به تشخیص و ترسیم مناطق تغذیه مصنوعی انجام شدهاند (لون و همکاران، 2013: 92؛ قیومیان، 2007: 364؛ مورگاه، ودکاترامن[4]، 2013: 405). نتایج تحقیق (کریشنا مورتی[5]، 1996: 1867) برای تعیین مناطق مناسب برای تغذیه آبهای زیرزمینی در جنوب هند نشان داد که انواع عوامل زمینساختی و ژئومرفولوژی در سطوح مختلف نقش مهمی در رفتار آبهای زیرزمینی دارد. در پژوهشی دیگر رویکرد یکپارچه GIS و سنجش از دور نیز در تشخیص مناطق بالقوه آبهای زیرزمینی استفاده شد (نگ و آنیندیتا، 2011: 430 ). در سال 1998 با استفاده از GIS و RS[6] مکانهای مناسب برای تغذیه مصنوعی را بر اساس نقشههای کاربری اراضی، پوشش گیاهی، ژئومرفولوژی، زمینساختی و توپوگرافی را برای مکانیابی استفاده کردند (صراف و قودهری، 1998: 2595).
در تـحقیق حاضر نیز با استفاده از تلفیق مدل فازی و تحلیل سلسلهمراتبی AHP در نـرمافزار GIS، مکانیابی تغذیه مصنوعی با روش پخش سیلاب از نظر مورفولوژی رودخانه و وقوع سیلابهایی با آورد مناسب، در دشت بوشکان استان بوشهر انتخاب و بررسی شد.
موقعیت منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه در جنوب شهرستان دشتستان و در استان بوشهر میباشد. دشت بوشکان بخشی از حوضه آبریز بوشکان در زیرحوضه آبریز مند است. این مـنطقه دارای مختصات جـغرافیایی 51 درجه، 51 دقیقه و 45 ثانیه تا 51 درجه 36 دقیقه و 54 ثانیه طول شرقی و 28 درجه و 43 دقیقه و 5 ثانیه تا 28 درجه 56 دقیقه و 5 ثانیه عرض شمالی میباشد. همچنین دشت بوشکان بخشی از ناحیه زاگرس چین خورده در جنوب غربی ایران است که ناهمواری های اطراف آن با روند شمال غرب ـ جنوب شرق بهصورت یک کمربند چین خورده کشیده شدهاند و دشت مذکور بهصورت یک ناودیس در بین ارتفاعات اشکفلو در شرق و شمال شرق و ارتفاعات ماوال کشته در غرب و جنوب غرب قرار گرفته است. رودخانه دشت پلنگ از قسمت جنوبی دشت عبور میکند. با استناد به نقشه زمینشناسی منطقه مورد مطالعه بخش غالب دشت از سازند کواترنر پوشیده شده که از تخریب و فرسایش سازندهای کنگلومرا و میشان و آغاجاری که در ارتفاعات بالادست آن قرار دارند تشکیل شده است. این منطقه دارای مساحتی معادل 93/154 کیلومترمربع است که بهجزء شهر بوشکان و چند روستای تابعه آن بخش اعظم دشت زیر پوشش کشاورزی قرار دارد. اقلیم منطقه مورد مطالعه از نوع خشک، و متوسط بارندگی سالانه آن 5/258 میلیمتر است.
شکل (1) موقعیت دشت بوشکان در ایران، استان بوشهر، شهرستان دشتستان و در Google Earth
مواد و روشها
الف) دادهها
در این پژوهش از مطالعات اسنادی و کتابخانهای و گزارشهای موجود مرتبط با شرایط پخش سیلاب استفاده شد. همچنین از نقشههای مختلف و تصاویر Google Earth برای آمادهسازی نقشههای پایه جهت انجام مدل فازی استفاده شد. در نهایت مطالعات میدانی بهمنظور تطابق نتایج با واقعیت انجام گرفت. بهمنظور بررسی و ارزیابی تناسب زمین برای پهنهبندی بهینه پخش سیلاب با استفاده از پارامترهای محیطی تأثیرگذار در پخش سیلاب و تأثیر آنها در سرعت نفوذ آب به داخل زمین و با توجه به نکاتی مثل مقیاس کار و دقت مورد نظر، هدف، شرایط منطقه و میزان تأثیرگذاری هریک از شاخصها (وزن لایهها)، اقدام به انتخاب شاخصهای مناسب شد (آلشیخ و همکاران، 27:1381) که 8 فاکتور شامل شیب، ضخامت آبرفت، هدایت الکتریکی به این منظور استفاده شده که تأثیرمناطقی که میزان املاح بیشتری دارند و برای تغذیه آبهای زیرزمینی مناسب نیستند را در پهنهبندی لحاظ کرده باشیم، زمینشناسی، کاربری اراضی، تراکم زهکشی، قابلیت انتقال و ارتفاع شناسایی شدند. سپس با استفاده از اطلاعات و گزارشات، تبدیل دادهها نقشه و بهکارگیری سیستم اطلاعات جغرافیایی، نقشه هر عامل به شرح زیر تهیه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
شیب: شیب نقش خیلی مهمی در نفوذپذیری آب و تعیین مکانهای پخش سیلاب دارد، برای تهیه نقشه شیب از نقشه DEM ۳۰ متری منطقه مورد مطالعه استفاده شد.
ضخامت آبرفت: برای لایه ضخامت آبرفت از لایه خطی هم عمق شرکت آب منطقهای استان بوشهر استفاده شد که این لایه خطی با استفاده از درونیابی خطی تبدیل به لایه سطحی (پلیگونی) شد.
کیفیت آب (هدایت الکتریکی): اگر آبرفت املاح خیلی زیادی داشته باشد در اثر حرکت آب در این محیط متخلخل، تحت تأثیر یونهای مختلف قرار میگیرد و کیفیت آب کاهش مییابد. لذا لازم است میزان هدایت الکتریکی آبرفت موجود مورد بررسی قرار گیرد (اصغریپور دشت بزرگ و همکاران، 1390: 108).لایه هدایت الکتریکی بر اساس لایه خطی آب منطقهای استان بوشهر و با استفاده از اطلاعات چاههای مشاهدهای آماده و با دستور درونیابی خطی تبدیل به لایه سطحی شد.
زمینشناسی: مناطق با آبرفت های جوان کواترنری، مناطقی مناسب برای پخش سیلاب هستند، برای استخراج لایههای زمینشناسی منطقه مورد مطالعه از نقشه زمینشناسی با مقیاس 1:1000۰۰ شرکت نفت استفاده شد.
تراکم زهکشی: تغذیه از سطح حوضه آبریز بوشکان صورت میگیرد و لایه مورد استفاده برای تراکم زهکشی نیز مربوط به سطح محدوده مورد مطالعه یعنی دشت بوشکان است. برای تهیه نقشه تراکم زهکشی بر اساس نقشه آبراهههای حوضه آبریز بوشکان که از Google Earth استخراج شده بود، نقشه آبراهههای سطح دشت بوشکان از آن کلیپ شد و در محیط Arc map با بقیه نقشهها دارای سیستم مختصات یکسان گردید و سپس با استفاده از دستور Density لایه تراکم زهکشی آماده شد.
قابلیت انتقال: قابلیت انـتقال یا ضریب آبگذری، قابلیت عبور آب را در تمام ضخامت لایه آبدار نشان میدهد لایه قابلیت انتقال هم از آمار و مختصات چند چاه مشاهدهای تهیه و با تبدیل اطلاعات به لایه نقطهای سپس با درونیابی به لایه سطحی تبدیل شدند.
ارتفاع: از عوامل بسیار مهم در پدیدههای هیدرولوژیکی است. این عامل با توجه به زمینشناسی منطقه که از ارتفاع ۶۰۰ متر به بالا سازندهای آغاجاری و میشان هستند و کیفیت خوبی برای پخش سیلاب ندارند استفاده شده است. برای تهیه ارتفاع از نقشه Dem 30 متری منطقه مورد مطالعه استفاده شد.
سپس لایههای اطلاعاتی و معیارهای تعیین شده با استفاده از توابع فازی زیرفازیسازی و تمام لایههای اطلاعاتی دارای ویژگی کمی در قالب رستر به صورت ارزشی از صفر تا یک شدند (رابطه 1).
رابطه (1)
همچنین اهمیت شاخصهای هر کدام از معیارها که با استناد به منابع مختلف در مکانیابی پخش سیلاب و مناطق مستعد تشکیل سفره های آب زیرزمینی و اعمال نظر کارشناسی و شناخت منطقه انجام شده بود با استفاده از مدل تحلیل سلسله مراتبی توسط نرمافزار Expert Choice مشخص شدند. سپس هر کدام از آنها در ArcGIS10.2 فازی شدند و در طیف عددی صفر تا یک قرار گرفتند. در مرحله بعد با تلفیق مدل AHP و فازی تمامی لایه های فازی شده در وزن های حاصل از مدل تحلیل سلسلهمراتبی ضرب و بدین صورت لایههای وزن دار فازی آماده شدند. سپس عملگرهای جمع، ضرب، گامای فازی 7/0، 8/0 و 9/0 روی لایههای فازی شده انجام و هم پوشانی لایهها صورت گرفت، در نهایت نقشه نهایی تناسب زمین بر اساس ارزیابی دقت مدل برای عرصههای مناسب پخش سیلاب بهدست آمد.
ب) روششناسی:
در این پژوهش از تلفیق مدل Fuzzy/ (AHP) بهمنظور ارزیابی زمین برای پخش سیلاب استفاده شده است. فرایند تحلیل سلسلهمراتبی یکی از معروفترین ابزار تصمیمگیری چندمنظوره برای وضعیتهای پیچیدهای که سنجههای چندگانه و متضادی دارند، ابزار تصمیمگیری نرمشپذیر و در عین حال قوی بهشمار میرود که اولین بار توسط توماس.ال. ساعتی در دهه 1970 ابداع گردید، این مدل بر مبنای مقایسه دو به دویی بنا نهاده شده است که قضاوت را تسهیل میکند و مقدار سازگاری و ناسازگاری تصمیم را نشان میدهد (قنواتی،1392: 45).
ـ روش تحلیل سلسلهمراتبی AHP
برای انجام روش سلسلهمراتبی نیاز به تشکیل درخت سلسلهمراتبی است، برای تشکیل این درخت از عواملی که برای تصمیمگیری مهم هستند در قالب یک درخت تصمیمگیری بهصورت سلسله مراتبی بیان میشوند. سپس برای مقایسه زوجی، عناصر هر سطح به عنصر مربوطه خود در سطح بالاتر بهصورت زوجی مقایسه شده و وزنها را حساب مـیکنیم. این وزنها را وزن نسبی مـینامیم. در این مقایسهها تصمیمگیرنـدگان از قضاوتهای شفاهی استفاده خواهند کرد به گونهای که اگر عنصر i با j مقایسه شود تصمیمگیرنده خواهد گفت که اهمیتi بر j یکی از حالات کیفی جدول توماس ال ساعتی است که به مقادیر کمی بین ۱ الی ۹ تبدیل شدهاند (جدول ۱). به این ترتیب در قطر ماتریس عدد ۱ قرار میگیرد که نشاندهنده اهمیت یکسان معیارها بر خود است. مثلاً معیار شیب به شیب عدد 1 را دریافت میکند و سایر پارامترها دو به دو با هم مقایسه میشوند و عددی از 1 تا 9 نسبت به ارجحیت خود دریافت میکنند. جهت نرمالسازی و محاسبه وزن و اولویتهای نسبی هر گزینه از ماتریس مقایسه زوجی از روش تقریبی (میانگین حسابی) استفاده شده است. این روش به این شکل است که ابتدا مقادیر هر یک از ستونها را با هم جمع کرده و سپس مقادیر هر یک عنصر از ماتریس را به جمع کل ستونهای همان عنصر تقسیم کرده و در مرحله آخر متوسط عناصر در هر سطر بهدست آورده میشود. سپس با تلفیق این وزنها، وزن نهایی هر معیار یا پارامتر مشخص میشود.
بهمنظور وزندهی به عوامل مؤثر در فرایند تحلیل سلسلهمراتبی بیشترین وزن به لایهای تعلق میگیرد که بیشترین تأثیر را در تعیین هدف دارد. چون هدف این پژوهش مکانیابی پخش سیلاب برای تغذیه مصنوعی آبهای زیرزمینی در دشت بوشکان استان بوشهر است، پارامترهای تأثیرگذار در پخش سیلاب و نفوذپذیری خاک میتواند بهعنوان مهمترین عوامل برای رسیدن به هدف نهایی در نظر گرفته شود. بنابراین برای مؤلفههای شیب، ضخامت آبرفت، هدایت الکتریکی، زمینشناسی و کاربری اراضی، باید بالاترین ارجحیت و وزندهی را در نظر گرفت. وزن دهی به سایر عوامل به نسبت کاهش تأثیرشان در پخش سیلاب کمتر میشود. بهعبارت دیگر مؤثرترین عامل در پخش سیلاب از بیشترین وزن برخوردار خواهد بود. برای تعیین اولویت فاکتورها و وزندهی به آنها فاکتورها دو به دو با هم مقایسه شدند. مثلاً مقایسه شیب به ضخامت آبرفت، هر دو فاکتورهای مهمی برای پخش سیلاب هستند، در جایی ممکن است ضخامت آبرفت زیاد باشد ولی شیب مناسبی برای پخش سیلاب نداشته باشد در نتیجه ضخامت آبرفت اهمیت کمتری نسبت به شیب پیدا میکند. با توجه به موقعیت منطقه مورد مطالعه، چون شیب به سمت ارتفاعات افزایش پیدا میکند و نـمیتواند برای پخش سـیلاب مناسب باشـد پس شیب نسبت بـه ضخامت آبرفت در اولویت بالاتری قرار میگیرد.
جدول (1) مقادیر ترجیحات برای مقایسههای زوجی
|
ترجیحات (قضاوت شفاهی) |
مقدار عددی |
|
کاملاً مرجح یا مطلوبترین |
9 |
|
ترجیح یا مطلوب خیلی قوی |
7 |
|
ترجیح یا مطلوب قوی |
5 |
|
کمی مرجح یا کمی مطلوبتر |
3 |
|
ترجیح با مطلوبیت کمتر یا کمی مهمتر |
1 |
|
ترجیحات بین فواصل فوق |
2،4،6،8 |
ـ روش فازی
برای نرمال سازی واحدهای معیارهای موثر در پهنهبندی عرصههای پخش سیلاب، روش فازی بهکار میرود. هدف اصلی منطق فازی ارائه مفاهیمی است که انجام استدلالهای تقریبی را امکانپذیر میسازد.
بر اساس نظریه مجموعههای فازی، عضویت اعضاء در مجموعه ممکن است بهطور کامل نبوده و هر عضوی دارای درجه عضویت از صفر تا یک باشد بر این اساس مجموعهای در نظر گرفته میشود که اعضای آن، واحدهای هر کدام از نقشههای پایه و معیار عضویت در مجموعه، مناسب بودن برای پخش سیلاب و درجه عضویت، بین صفر و یک میباشد (آلشیخ و همکاران، 1381: 27).
برای اجرای تکنیک فازی نیاز به عملگر های اجتماع، اشتراک، ضرب جبری، جمع جبری و گاما است. در این مطالعه از عملگرهای جمع جبری، ضرب جبری و گاما استفاده شده است. فرمول مربوط به عملگر ضرب، جمع و گامای فازی بهصورت روابط (2)، (3) و (4) تعریف می شود که برای تلفیق نقشهها در این پژوهش استفاده شده است.
رابطه (2)
در رابطه بالا µi تابع عضویت فازی میباشد. عملگر ضرب فازی (product) درجه عضویتهای یک موقعیت در نقشههای مختلف را در هم ضرب میکند. این عملگر باعث کاهش عضویت نهایی میشود و نتیجه آن تعلق وزن بسیار کوچکی به هر موقعیت است که در صورت زیاد بودن نقشههای ورودی این عدد به سمت صفر میل میکند. در نتیجه تعداد پیکسل کمتری در کلاس خیلی خوب قرار میگیرد. به همین دلیل این اپراتور دقت و حساسیت بالائی در مکانیابی اعمال میکند.
رابطه (3)
با اعمال عملگر جمع فازی (sum)، مقدار عضویت نهایی پیکسلها در نقشه خروجی بزرگ شده و در صورت زیاد بودن ورودیها به سمت یک میل میکند. بهدلیل بزرگ بودن وزنهای موقعیتهای نهایی، اثر این عملگر افزایشی است. در نتیجه تعداد پیکسل بیشتری در کلاس خیلی خوب قرار میگیرد. بههمین دلیل این عملگر حساسیت خیلی کمتری در مکانیابی دارد (مهرورز و همکاران، 1384: 456).
رابطه (4)
عملگر فازی گاما، حالت کلی روابط عملگرهای ضرب و جمع است و میتوان با انتخاب صحیح مقدار گاما، پارامترهای کاهشی و افزایشی را همزمان تلفیق نموده، به مقادیری در خروجیها دست یافت که حاصل سازگاری قابل انعطاف میان گرایشهای افزایشی و کاهشی دو عملگر ضرب و جمع فازی میباشند. مقدار λ بین صفر و یک است که مقدار آن از طریق قضاوت کارشناسانه تعیین میشود. گامای صفر معادل ضرب فازی و گامای یک معادل جمع فازی است (لی[7]، 2007: 847). در این تحقیق مقادیری از تابع فازی گاما نظیر 7/0، 8/0 و 9/0 مورد استفاده قرار گرفت.
بهطور کلی، اجرای مدل فازی شامل سه مرحله است: مرحله اول، فازیسازی لایهها یا تعیین و اعمال توابع عضویت بر لایهها، مرحله دوم، اعمال عملگرهای جمع جبری و ضرب جبری بر لایهها، مرحله سوم، اعمال عملگرهای گامای فازی جهت تعدیل حساسیت بالای عملگر ضرب جبری و دقت کم عملگر جمع جبری.
بحث و نتایج
بهمنظور انجام مدل فازی، لایه ها باید دارای فرمت رستری باشند. نقشههای شیب و ارتفاع که بر اساس نقشه DEM منطقه تهیه شدهاند رستری هستند. لایههای خطی (تراکم زهکشی، هدایت الکتریکی و ضخامت آبرفت) با استفاده از دستور Density رستری شدند. برای تبدیل لایه نقطهای قابلیت انتقال آب به لایه سطحی از دستور درونیابی IDW[8] استفاده شد که با توجه به کمبود اطلاعات و آمار مربوط به میزان قابلیت انتقال (ضریب نفوذپذیری)، برای انجام این دستور از اطلاعات چاههای مشاهدهای در سطح منطقه استفاده شده است. همچنین لایههای پلیگونی (زمینشناسی، کاربری اراضی) بر اساس تناسب با هدف پژوهش، طبق نظر کارشناسی کدگذاری شدهاند، که با دادن کدهای 1 به بالا و با تحلیل feature to raster به لایههای رستری تبدیل میشود.
بعد از رستری کردن لایهها، با استفاده از توابع، (شکل۲) در محیط ARC GIS10.2 با تحلیل زیر هر کدام از لایهها فازیسازی شدند.
شکل (2) لایههای فازی شده 1) شیب 2) ضخامت آبرفت 3) هدایت الکتریکی 4) زمینشناسی، 5) کاربری اراضی، 6) تراکم زهکشی 7) قابلیت انتقال 8) ارتفاع
ـ تعیین ضرایب اهمیت شاخص با استفاده از AHP
بهمنظور اولویتبندی معیارها در مدل AHP، هدف از پژوهش، که مکانیابی عرصههای پخش سیلاب است در بالاترین سطح قرار میگیرد و در سطح دوم معیارها تعیین میشود. جهت مقایسه زوجی از روش ماتریسی در نرمافزار استفاده شده است که طبق نظر کارشناسی با تسلط و شناخت منطقه مورد مطالعه، وزندهی به هر کدام از معیارها انجام میشود (شکل3). معیار وزندهی به هر یک از عناصر موجود در هر لایه و همچنین معیار وزن دهی هر واحد اطلاعاتی موجود در آن لایه بر اساس میزان نقشی است که در داخل آن لایه (لوپز و زینک[9]، 1991: 161) و تأثیر در پخش سیلاب و نفوذ بیشتر آب به داخل زمین داشته است. بعد از وزندهی و انجام محاسبات در نرمافزار Expert Choice و با توجه به نرخ سازگاری (نرخ سازگاری باید کمتر از 1/0 باشد) وزنهای نهایی 02/0 بهدست آمد که در این مکانیابی بیشترین وزن به شاخص شیب (341/0) و کمترین وزن به شاخص ارتفاع (027/0) تعلق گرفته است (شکل 4).
شکل (3) ماتریس مقایسه زوجی برای معیارها
شکل (4) وزنهای بهدست آمده برای معیارها و میزان سازگاری
بعد از وزندهی معیارها در نرمافزار Expert Choice وزن هر کدام از معیارها در لایه مربوطه ضرب شدند (رابطه 5).
رابطه (5) F(x)=wtu(xi)
که در آن f(x) لایه وزندار فازی، wt وزن هر یک از معیارهای AHP و uxi تابع فازی هر کدام از لایه ها میباشد (قنواتی، 1392: 54). بعد از فازیسازی و ضرب وزنها در لایههای فازی شده عملگرهای Sum، Product، Gamma بر لایههای فازی شده اجرا میشود (شکل 5). مقایسه نقشههای sum و product نشان میدهد که در نقشه بهدست آمده بهوسیله عملگر جمع جبری در مقایسه با نقشه بهدست آمده بهوسیله عملگر ضرب جبری سطوح با تناسب زیاد وسعت بیشتری دارند در حالی که سطوح با تناسب کموسعت کمتری دارند.
شکل (5) نقشههای حاصل از عملگر جمع و ضرب فازی
همانطور که در روش تحقیق ذکر شد برای تعدیل حساسیت خیلی بالای عملگر ضرب و حساسیت خیلی کم عملگر جمع، نقشه حاصل از عملگر گامای فازی 7/0، 8/0، گامای 9/0 (شکل 6) معرفی شده است.
شکل (6) نقشههای تناسب زمین برای عرصههای پخش سیلاب با عملگر 7/0، 8/0 و 9/0
ـارزیابی دقت مدل (Band Collection)
تحلیل و ارزیابی دقت مدل، بر اساس لایههای گاما و تعدادی از لایههای رستری، از دستورBand Collection Statistics انجام شد و گامای 9/0 بهعنوان لایه نهایی تناسب زمین برای مکانیابی عرصههای پخش سیلاب تعیین شد که به 5 کلاس کاملاً نامناسب، مناسب، متوسط، مناسب و کاملاً مناسب طبقهبندی (شکلهای ۷و۸) و همچنین مساحت طبقههای تناسب زمین به کیلومتر مربع و به درصد محاسبه شد (جدول۲).
منبع اصلی آب مورد استفاده در این منطقه آب زیرزمینی بوده که برای مصارف کشاورزی بهطور گسترده استفاده میشود، این دشت با داشتن 93/194 کیلومتر مربع بیش از 272 حلقه چاه در آن وجود دارد و از آنها بهرهبرداری میشود که البته تعدادی از آنها به دلیل افت سطح آب زیرزمینی خشک شدهاند، لذا حفظ کمیت و کیفیت این منبع آب با ارزش با توجه به شرایط آب و هوای نیمهخشک و خشک و وقوع خشکسالیها خصوصاً در سالهای اخیر، بسیار با اهمیت میباشد که با توجه به برداشت آب زیرزمینی نیاز به جایگزینی و تقویت کیفی و کمی سفره آب زیرزمینی با استفاده از روشهای مناسب تغذیه مصنوعی مانند پخش سیلاب است.
جدول (۲) مقادیر طبقات تناسب زمین برای مکانیابی عرصههای پخش سیلاب با مدل گامای 9/0
|
طبقهبندی تناسب زمین |
تناسب زمین برای پخش سیلاب با گامای 9/0 فازی |
|
|
مساحت به کیلومتر مربع |
مساحت به درصد |
|
|
کاملاً نامناسب |
02/11 |
11/7 |
|
نامناسب |
71 |
81/45 |
|
تناسب متوسط |
2/36 |
38/23 |
|
مناسب |
51/19 |
6/12 |
|
کاملاً مناسب |
2/17 |
1/11 |
|
مجموع مساحت |
93/154 |
100 |
شکل (7) نقشه نهایی تناسب زمین برای عرصه پخش سیلاب با گامای 0/9 با مدل فازی/AHP
شکل (8) مکانهای مناسب برای پخش سیلاب بر روی تصویر Google earth
نتیجهگیری
در این پژوهش با تأکید بر معیارهای طبیعی جهت مکانیابی عرصه پخش سیلاب، استفاده از روش تلفیقی FUZZY/AHP مورد توجه قرار گرفته است. لایه گامای 9/0 بهعنوان نقشه بهینه پیشنهاد و به 5 طبقه در GIS کلاس بندی شده است. در طبقهبندی مربوطه مشخص شد که 02/82 کیلومتر مربع در کلاس کاملاً نامناسب و نامناسب قرار دارد، 2/36 کیلومتر مربع در کلاس با تناسب متوسط قرار دارد و در نهایت 71/36 کیلومتر مربع در کلاس مناسب و کاملاً مناسب قرار میگیرد. با توجه به نقشه نهایی، مناسبترین پهنه برای پخش سیلاب در قسمت جنوب غرب منطقه و سپس جنوب شرق منطقه هستند که بهدلیل شیب مناسب، دارا بودن رسوبات سیلابی، زیر کشت نبودن و مرتعی بودن، مناسبترین پهنهها برای پخش سیلاب بهشمار میروند. البته بخشهایی از غرب، شمال و جنوب دشت بهدلیل داشتن درختان پراکنده و مرتع، پهنههای متوسط بهشمار میروند. بخش مرکزی دشت بهدلیل داشتن زراعت آبی و دیم و قرار گرفتن شهر بوشکان در آن دارای تناسب بسیار کم و کم و متوسط هستند. در نهایت نتایج حاصل نشان میدهد که تلفیق مدل AHP/FUZZY مدلی مناسب برای پدیدههای مرتبط با سطح زمین است.
تا کنون از روشهای بسیاری برای پخش سیلاب استفاده شده است، اما نتایج حاصل از تلفیق دو روش مورد استفاده در پژوهش حاضر نشان میدهد که بر اساس معیارهای مذکور، یکی از روش های مناسب برای مکانیابی عرصههای مناسب برای پخش سیلاب، تلفیق روش فازی با تحلیل سلسله مراتبی (AHP) است، زیرا روش فازی از معیارهای عضویت فازی استفاده میکند و استفاده از توانایی فازی در وارد کردن نظر تصمیمگیر در مراحل مکانیابی، دقت تصمیمگیری را بالا برده و اطمینان به نتایج مکانیابی را افزایش میدهد.
در واقع نقص وزندهی روش AHP، ناتوانی آن در لحاظ کردن عدم قطعیت قضاوتها در ماتریس مقایسه زوجی معیارها میباشد، که این نقص با استفاده از منطق فازی در روش ترکیبی AHP/FUZZY برطرف شده و بهجای در نظر گرفتن یک عدد صریح در مقایسه زوجی، محدودهای از مقادیر جهت لحاظ کردن عدم قطعیت در نظرات تصمیمگیران لحاظ میشود. بنابراین با توجه به نتایج قابل قبول روش تلفیقی AHP/FUZZY و مد نظر قرار دادن ارتباط متقابل گزینهها و معیارها، این روش تلفیقی روشی مناسب و قابل اعتماد برای تصمیمگیری میباشد.
)