کاربرد مدل تلفیقی AHP/FUZZY در مکان‌یابی عرصه‌های مناسب پخش سیلاب جهت تغذیه مصنوعی (مطالعه موردی: دشت بوشکان – استان بوشهر)

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.

 



[1]- Fuzzy- Analytical Hierarchy process

[2]- Grey Clustering Analysis

[3]- Spatial Multi-criteria Decision Aquifer

[4]- Murugiah

[5]- Krishnamurty

[7]- Lee

[8]- Inverse Distance Wighted

[9]- Lopez & Zink

منابع
- آرنوف، استن (1375)، سیستم­های اطلاعات جغرافیایی، ترجمه مدیریت سیستم­های اطلاعات جغرافیایی، انتشارات سازمان نقشه­برداری، صص 81-75.
- اصغری پوردشت بزرگ، نظام، ثروتی، محمدرضا، عـظیمی فریده، ظاهری عبـده­وند، زینب (1390)، مکان­یابی عرصه­های مناسب پخش سیلاب جهت تغذیه مصنوعی در شمال اندیمشک، فصلنامه جغرافیایی سرزمین، سال هشتم، شماره 32، 1390، صص 112-99.
- دادرسی سبزوار، ابوالقاسم، خسروشاهی،محمد (1387)، شناخت مناطق مستعد برای گسترش سیلاب به روش کاربرد مدل­های مفهومی (راهکاری برای مهار بیابان­زایی)، فصلنامه تحقیقات مرتع و بیابان ایران، جلد15، شماره 2، صص 241- 227.
- فرجی سبکبار، حسنعلی؛ حسن­پور، سیروس؛ عزیزی، علی؛ ملکیان، آرش؛ علوی­پناه، سیدکاظم (1392)، بررسی و مقایسه کارایی روش­های FAHPو GCAبرای مکان یابی پخش سیلاب در محیط GIS(مطالعه موردی: حوضه آبریز گربایگان)، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، سال 45، شماره 2، صص 76-55.
- قنواتی، عزت ا...؛ دلفانی گودرزی، فاطمه (1392)، مکان­یابی بهینه توسعه شهری با تأکید بر پارامترهای طبیعی با استفاده از مدل تلفیقی فازی/AHP(مطالعه موردی: شهرستان بروجرد)، دو فصلنامه ژئومورفولوژی کاربری ایران، سال اول، شماره اول، صص 60-45.
- کوثر، آهنگ (1374)، مهار سیلاب­ها و بهره­وری بهینه از آنها، تهران، انتشارات مؤسسه جنگل­ها و مراتع، صص 101-97.
- مهرورز مغانلو، کریم؛ فیض­نیا، سادات؛ غیومیان، جعفر؛ احمدی، حسن (1384)، بررسی نهشته­های کواترنر جهت تعیین مناطق مستعد پخش سیلاب به کمک فن سنجش از دور (RS) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) مطالعه موردی: دشت تسوج، تحقیقات مرتع و بیابان ایران، سال دوازدهم، شماره 4، صص 467-437.
- معروفی، صفر؛ محمودی، مهناز؛ سلیمانی، سامره؛ جعفری، بهنوش (1390)، بررسی عرصه­های مناسب پخش سیلاب با استفاده از شاخص هم­پوشانی نقشه­ها و منطق­های بولین و فازی در محیط GIS (مطالعه موردی: حوضه آبخیز پشتکوه)، نشریه دانش آّب و خاک، جلد 21، شماره 4، صص 16-1.
- ناصری، حمیدرضا؛ عزیزخانی، محمدجواد؛ مکنونی، سعید (1388)، تلفیق سیستم­های تصمیم­گیری چندمعیاری و اطلاعات جغرافیایی در مکان­یابی محل­های مناسب پخش سیلاب جهت تغذیه مصنوعی (مطالعه موردی: دشت چاه دراز سیرجان)، فصلنامه زمین­شناسی ایران، سال سوم، شماره دهم، صص 105-97.
-Ghayoumian, J., M.,  Mohseni Saravi, S., Feiznia, B., Nouri and A., Malekian, (2007), Application  of  GIS  techniques  to  determine  areas  most  suitable  for  artificial groundwater recharge in a coastal aquifer in southern Iran, Journal of Asian Earth Sciences,  30(20), pp 364-374.
-Krishnamurty, J.,V, (1996), An approach to demarcate groundwater potential Zones through remote sensing and geographical information system. INT.T.Remot sensing, Vol.17, NO.10, pp.1867-884.
-Lee,S.,(2007), Application and verification of fuzzy algebratic operators to landslide  susceptibility mapping. Environmental GeologyT50:pp.847-855.
-Lone, M.S., D., Nagaraju., Mahadavesamy, G., (2013), Applications of GIS and Remote Sensing To deli-Neate Artificial Recharge Zones (darz) of Groundwater in H.D.Kote Taluk, Mysore Dis-Trict, Karnataka, India, International Journal of Remote Sensing & Geoscience (IJRSG), Vol 2, Issue 3,pp. 92-97.
- Lopez, H,J.,  J,A., Zink, (1991), GIS-Assisted Modeling of Mass Movements, Itc Journal, 1991-4.
-Monjezi, N.,  Rangzan, K.,  Taghizadeh, A., And Neyamadpour, A.,(2013), Site selection for artificial groundwater recharge using GIS and Fuzzy logic, International Journal of Engineering & Technology Sciences (IJETS) 1 (5): pp. 294-309.
- Moradi Dashtpagerdi, M., Vagharfard, H., Honarbakhsh, A., And Khoorani, A.,(2013), GIS Based Fuzzy Logic Approach for Identification of Groundwater Artificial Recharge Site, Open Journal of Geology, 3,pp. 379-383.
- Murugiah, M., and Venkatraman, P.,(2013), Role of Remote Sensing and GIS in artificial recharge of the ground water aquifer in Ottapidaram taluk, Tuticorin district, South India, International Journal of Geomatics And Geosciences. Vol.3, No. 3, pp, 405-415.
-Nag, S.K., and Anindita, L. (2011), Integrated approach using Remote Sensing and GIS techniques for delineating groundwater potential zones in Dwarakeswar watershed, Bankura distict, West Bengal, International Journal of Geomatics And Geosciences.Vol.2, No.2, pp. 430-442.
-Rahman, M.A., Rusteberg, B., Gogu, R.C., Lobo Ferreira, J.P., And Sauter, M., (2012), A new spatial multi-criteria decision support tool for site selection for implementation of managed aquifer recharge, Journal of Environmental Management 99: pp. 61-75.
-Saraf, A.K., Choudhury, R. (1998), Integrated remote sensing and GIS groundwater exploration and identification of artificial recharge sites, INT.J.Remote sensing, Vol.19, No.10, pp. 2595-2618.