نوع مقاله : پژوهشی
نویسندگان
1 دانش‌آموخته‌ی کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه کاشان، کاشان
2 عضوء هیئت علمی گروه مرتع و آبخیزداری دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین دانشگاه کاشان
3 استادیار و عضو هیئت علمی گروه مرتع و آبخیزداری دانشگاه کاشان، کاشان
4 استادیار و عضو هیئت علمی گروه عمران دانشگاه ولی‌عصر(عج) رفسنجان، رفسنجان
چکیده
آبهای زیرزمینی از مهمترین منابع آبهای متعارف در جهان است. در شرایط کنونی، بخش قابل‌ملاحظه‌ای از مصارف آب کشور به‌خصوص در بخش شرب توسط منابع آب زیرزمینی تأمین میگردد. ورود آلایندههای سطحی به منابع آب زیرزمینی به ویژه در مناطق خشک و نیمهخشک که با محدودیت کمی و کیفی منابع آب مواجه هستند، از مشکلات جدی است. با توجه به خصوصیات هیدرولوژی و هیدروژئولوژیکی دشت رفسنجان و شرایط بحرانی وضعیت منابع آبی که در این دشت به وجود آمده است. در این پژوهش بـه منظور بررسی پتانسیل آسیبپذیری آبخوان دشت رفسنجان نسبت بـه آلودگی از مدلهای دراستیک و گادز استفاده شد. نقشهی پتانسیل آسیبپذیری مدل دراستیک از تلفیق هفت لایهی عمق آب زیرزمینی، تغذیه خالص، محیط آبخوان، خاک، توپوگرافی، محیط غیراشباع و هدایت هیدرولیکی در محیط GIS برای منطقهی مورد مطالعه تولید شد. نقشه آسیبپذیری مدل گادز نیز از تلفیق چهار لایه نوع آبخوان، محیط غیراشباع، عمق سطح ایستابی و محیط خاک بهدست آمد. برای صحتسنجی مدلها از میزان تغییرات هدایت الکتریکی در سطح دشت استفاده گردید. نتایج نشان داد که شاخص دراستیک برای کل منطقه بین 33/61 تا 75/183 است و دشت رفسنجان را به پنج کلاس آسیبپذیری خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد تقسیمبندی میکند که به ترتیب 54/0، 93/32، 40/55، 54/10 و 59/0 درصد از مساحت دشت را به خود اختصاص دادهاند. مدل گادز نیز منطقهی مورد مطالعه را به سه کلاس آسیبپذیری کم (%27/32)، متوسط (04/67 %) و زیاد (%69/0) طبقهبندی کرد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
The Investigation of the Groundwater Vulnerability to Pollution Using DRASTIC and GODS Models (A Case Study: Rafsanjan Plain)
نویسندگان [English]
- Majid Ramezani Sarbandi 1
- Reza Ghazavi 2
- Siamak Dokhani 3
- Seyyed Mostafa Mortazavi 4
1 - M.S Watershed Management, Faculty of Natural Resources and Earth Sciences University of Kashan, Iran
2 - Associate Professor, Faculty of Natural Resources and Earth Science University of Kashan. Iran (Corresponding Author)
3 - Assistance professor, Faculty of Natural Resources and Earth Science University of Kashan. Iran
4 Assistance Professor, Faculty of Civil Engineering University of Vali-e-Asr Rafsanjan
چکیده [English]
Groundwater is one of the most important natural resources in the world. Currently, the considerable part of Iran's water consumption, minly its drinking water, is provided from underground water sources. The emission of the surface contaminants to groundwater resources, especially in the arid and semi-arid regions with a limited water resources is a serious problem. In this research, the DRASTIC and GODS methods were used to study Rafsanjan plain's potential vulnerability to pollution. To this end, seven layers including groundwater depth, net recharge, aquifer media, soil, topography, and unsaturated zone hydraulic conductivity were produced for the DRASTIC method. In addition, to create potential vulnerability maps using GIS for the GODS method, four layers including type of groundwater, unsaturated zone, water table depth, and soil environment were combined. The degree of the changes of the electrical conductivity of the plains was used for the validation of the models. According to the results, the DRASTIC index is between 61.33 and 183.75 for the region, categorizing Rafsanjan plain to five classes of vulnerabilities including very low 0/54%, low 32/93%, medium 55/40%, high10/54%, and very high 0/59%. The GODS model, in contrast, classifies the region to three classes of vulnerability including low 32/27%, medium 67/04%, and high 0/69%. In both models, the most part of the study area was classified into medium level of vulnerability which were respectively 55.40 and 67.04 in the DRASTIC and the GODS models.
کلیدواژه‌ها [English]
- Zoning
- DRASTIC
- GODS
- Electrical conductivity
- GIS
مقدمه
آب زیرزمینی از منابع استراتژیک طبیعی در جهان است. در کشورهای پیشرفتهی صنعتی، حداقل 20 درصد و اغلب بیش از 30 درصد از کل آب استفاده شده از منابع آبهای زیرزمینی است. توسعه صنعتی، کشاورزی و افزایش جمعیت جوامع در دهههای اخیر، باعث استفاده روزافزون از مواد شیمیایی، کودها و افزایش ضایعات صنعتی در بخشهای مختلف و در نتیجه آلودگی منابع آب خصوصاً آبهای زیرزمینی شده است. یکی از راه‌کارهایی که امروزه در کشورهای پیشرفته برای حفاظت از سفرههای آب زیرزمینی به کار میرود، جلوگیری و پیشگیری از آلوده شدن آبخوان است. ارزیابی آسیبپذیری، روشی قدرتمند و کمهزینه در شناسایی نواحی مستعد به آلودگی است.
محمودزاده و همکاران، با ارزیابی آسبپذیری آبخوان دشت میمهی اصفهان با استفاده از روشهای تطبیقی DRASTIC, GODS و AVI، نشان دادند که روش دراستیک آسیبپذیری آبخوان را بیشتر از دو روش دیگر ارزیابی کرده است. و مدل دراستیک به طور دقیقتری محدودههای مختلف آسیبپذیری را مشخص کرده است. خوشدوز ماسوله و همکاران، مدل دراستیک اصلاح شده را برای تعیین آسیبپذیری آبخوانهای ساحلی مورد استفاده قرار دادند و برای ارزیابی نتایج مدل، نقشههای آسیبپذیری تولید شده با نقشههای پهنهبندی پارامترهای هدایت الکتریکی و کل جامدات محلول را مقایسه کردند. نتایج مدل دراستیک اصلاح شده نشان داد که 1/34 درصد از مساحت منطقهی مورد مطالعه دارای پتانسیل آسیبپذیری خیلی زیاد، 1/48 درصد پتانسیل زیاد و 8/17 درصد پتانسیل متوسط است.
عـمده کاربری اصـلی دشـت رفسنجان کـشاورزی است ولی وجـود صنایـع و فاضلابهای شهری و روستایی منابع آب زیرزمینی دشت رفسنجان را در معرض خطر آلودگی قرار میدهد. بنابراین با تهیهی نقشههای آسیبپذیری و مدیریت صحیح میتوان از منابع آب زیرزمینی محافظت کرد. هدف از انجام این تحقیق پهنهبندی آسیبپذیری آبخوانهای دشت رفسنجان بر اساس مدلهای دراستیک و مدل گادز و تهیهی نقشههای پهنهبندی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی است. این مدلها بر اساس یکی از عوامل آلاینده صحتسنجی میشوند و در نهایت با بررسی صحت مدلهای مذکور و مقایسهی آنها، بهترین مدل جهت پهنهبندی آسیبپذیری آبخوانهای دشت رفسنجان در مقابل آلودگی معرفی گردد. با تعیین پتانسیل آسیبپذیری سفرههای آب زیرزمینی میتوان با توجه به ملاحظات و قوانین محیطزیستی در جهت تعیین کاربریهای مناسب اراضی در دشت برنامهریزی نمود، به طوری که کمترین آسیب به منابع آبی منطقه وارد شود. همچنین میتوان در مورد مناطق مناسب جهت ذخیرهی نزولات آسمانی در منطقه، برنامهریزی مناسبی داشت.
مواد و روشها
منطقهی مورد مطالعه
دشت رفسنجان در ناحیهی مرکزی ایران، در 110 کیلومتری غرب شهر کرمان در منطقهای پست به لحاظ ارتفاعی واقع شده است که وسعتی برابر 36/5459 کیلومترمربع را داراست. این دشت بین طولهای جغرافیایی '30/˚54 تا '30/˚56 و عرض جغرافیایی '52/˚29 تا '15/˚ 29 قرار دارد (شکل1). جمعیتی بالغ بر 287921 نفر در این دشت ساکن هستند که طبق آمارنامهی سال 1390، جمعیت شهری منطقه 171197 نفر و جمعیت روستایی آن بالغ بر 115114 نفر است. اقلیم منطقه براساس شاخص دومارتن، از نوع خشک و نیمهخشک است و میانگین بارندگی و تبخیر و تعرق پتانسیل سالانهی منطقه به ترتیب 90 میلیمتر و 12/3359 میلیمتر است.
شکل (1) موقعیت منطقهی مورد مطالعه
ـ مدل دراستیک
مدل دراستیک بر اساس مفهوم وضعیت هیـدروژئولوژیکی استوار است. وضعیت هیدروژئولوژیکی در حقیقت، توصیفکنندهی ترکیبی از تمام عوامل زمینشناسی و هیدرولوژیکی است که حرکت آب زیرزمینی را در ورود، درون و خروج از سیستم در یک ناحیه تحت تأثیر قرار داده و کنترل میکند. این مدل از ترکیب هفت مشخصهی هیدروژئولوژیک قابل اندازهگیری و مؤثر در انتقال آلودگی به آبهای زیرزمینی که شامل عمق آب زیرزمینی[1] (D)، تغذیه خالص[2] (R)، محیط آبخوان[3] (A)، محیط خاک[4] (S)، توپوگرافی یا شیب سطح زمین[5] (T)، مواد تشکیلدهندهی زون غیراشباع[6] (I) و هدایت هیدرولیکی[7] (C) تشکیل شده است. کلاسهبندی و ارزشگذاری کلاسهای مختلف مربوط به هر کدام از پارامترها بر اساس روش استاندارد دراستیک در محیط GIS انجام شده است.
لایهی نهایی به نام شاخص دراستیک[8]، طبق رابطهی (1) به دست میآید:
رابطهی (1)
در رابطهی مذکور، حروف D، R، A، S، T، I، C، مشخصههای تأثیرگذار در مدل دراستیک و اندیکسهای r و w به ترتیب رتبه و وزن هر مشخصه هستند. بنابراین شاخص آسیبپذیری ذاتی در این روش از حاصل ضرب وزن هر مشخصه در رتبهی آن به دست میآید.
مدل گادز
در مدل گادز، ارزش کلاسهای مختلف مشخصهها از صفر تا یک تغییر میکند و به تمامی مشخصهها، وزن یکسانی اختصاص داده میشود. شاخص آسیبپذیری گادز طبق رابطهی (2) از حاصل ضرب مشخصهها بهدست میآید.
رابطهی (2)
در این رابطه G، امتیاز نوع سفرهی آبدار؛ O، امتیاز لیتولوژی منطقهی بالای سفرهی آبدار؛ D، امتیاز عمق تاسطح ایستابی و S، امتیاز نوع خاک است.
بحث و نتایج
نقشهی نهایی آسیبپذیری آبخوان دشت رفسنجان براساس مدل دراستیک با استفاده از رابطهی (1) تولید شد.
جدول (1) روش محاسبه و رتبهدهی پارامترهای مدل دراستیک در منطقه
|
پارامترهای مدل دراستیک |
روش محاسبه |
محدوده |
رتبه |
وزن |
وزن نهایی (رتبه×وزن) |
مساحت |
|
|
درصد |
کیلومترمربع |
||||||
|
عمق سطح ایستابی (متر) |
میانگین عمق سطح ایستابی پیزومترها و استاندارد (آلر و همکاران،1987) |
6/4-5/1 1/9-6/4 2/15-1/9 8/22-2/15 4/30-8/22 >4/30 |
9 7 5 3 2 1 |
5 |
45 35 25 15 10 5 |
34/0 47/1 51/5 19/9 13/25 36/58 |
98/18 04/80 14/301 61/501 14/1372 45/3185 |
|
تغذیه خالص (میلیمتر) |
R= Slop(%) + R(mm) + In(mm) |
5-3 7-5 9-7 |
1 3 5 |
4 |
4 12 20 |
82/2 34/51 02/44 |
22/154 14/2803 53/2403 |
ادامهی جدول (1)
|
پارامترهای مدلدراستیک |
روش محاسبه |
محدوده |
رتبه |
وزن |
وزن نهایی (رتبه×وزن) |
مساحت |
|
|
درصد |
کیلومترمربع |
||||||
|
|
پیسکوپو (18) |
11-9 |
8 |
|
32 |
82/1 |
47/98 |
|
محیط آبخوان |
لوگهای حفاری چاههای موجود و استاندارد (آلر و همکاران، 1987) |
رس وسیلت رس و سیلت با گراول و ماسه ماسه با رس ماسه و گراول |
2
4 6 8 |
3 |
6
12 18 24 |
28/2
83/34 32/56 57/6 |
62/124
35/1901 62/3074 76/358 |
|
محیط خاک |
گمانههای شرکت گاز و طرحهای انجام شده و استاندارد (آلر و همکاران، 1987)
|
رس لوم رسدار لوم سیلتی لوم لوم ماسهای رس فشرده ماسه ریز ماسه درشت شن |
1 3 4 5 6 7 8 9 10 |
2
2
|
2 6 8 10 12 14 16 18 20 |
005/0 06/0 54/1 18/10 90/42 99/24 9/6 24/11 34/2 |
35/0 14/3 62/84 18/556 06/2342 64/1364 38/366 09/614 88/127 |
|
توپوگرافی (شیب %) |
نقشهی مدل رقومی ارتفاع و استاندارد (آلر و همکاران، 1987) |
2-0 6-2 12-6 18-12 >18 |
10 9 5 3 1 |
1 |
10 9 5 3 1 |
53/51 89/42 99/3 70/0 89/0 |
35/2813 94/2341 99/217 69/37 39/48 |
|
محیط غیراشباع |
لوگهای حفاری چاههای موجود و استاندارد (آلر و همکاران، 1987) |
رس سیلت شنی سیلت ماسهای شن و ماسه گراول |
3 4 6 8 9 |
5 |
15 20 30 40 40 |
82/0 57/7 98/54 44/28 19/8 |
04/45 24/413 88/3001 03/1553 17/446 |
|
هدایت هیدرولیکی (متر بر روز) |
محیط آبخوان و هدایت هیدرولیکی، کلاپ و هورنبرگر (1987) |
4> 12-4 28-12 |
1 2 4 |
3 |
3 6 12 |
62/22 57/71 81/5 |
1235 36/3907 317 |
نـقشهی آسیـبپذیری بر اساس روش آلر و هـمکاران[9] (5) به پنج کلاس خیلیکم، کم، متوسط، زیاد و خیلیزیاد تقسیمبندی شد و با توجه به جدول (2)، کلاس آسیبپذیری متوسط بیشترین مساحت (%4/54) و آسیبپذیری خیلی کم، کمترین مساحت (%54/.) را به خود اختصاص دادند.
جدول (2) کلاسبندی آسیبپذیری مدل دراستیک و دامنهی آسیبپذیری
|
کلاس آسیبپذیری |
مساحت (کیلومترمربع) |
مساحت % |
دامنهی آسیبپذیری |
|
خیلی کم کم متوسط زیاد خیلی زیاد |
83/29 39/1797 65/3024 37/575 12/32 |
54/0 93/32 40/55 54/10 59/0 |
33/61 – 75/183
|
شکل (2) نقشهی آسیبپذیری به آلودگی براساس مدل دراستیک
نقشهی نهایی پهنهبندی آسیبپذیری مدل گادز با استفاده از رابطهی (2) تولید شد. اطلاعات و مساحت مربوط به هر یک از پارامترهای مدل گادز در جدول (3) آورده شده است.
جدول (3) پارامترهای مدل گادز و رتبهدهی در منطقه
|
پارامترهای مدل گادز |
روش محاسبه |
محدوده |
رتبه |
مساحت |
|
|
درصد |
کیلومترمربع |
||||
|
نوع آبخوان |
اطلاعات گزارشهای موجود (121) |
آزاد |
1 |
100 |
36/5459 |
|
محیط غیراشباع |
اطلاعات لوگ های حفاری چاه های منطقه (121) |
رسی رس با ماسه مخلوط ماسه و سیلت شن و ماسه گراول |
4/0 5/0
6/0 7/0 8/0 |
49/0 00/18
20/63 13/16 18/2 |
90/26 94/982
79/3450 45/879 28/119 |
|
عمقآب زیرزمینی |
میانگین عمق سطح ایستابی پیزومترهای موجود (12) |
5> 20-5 50-20 >50 |
9/0 8/0 7/0 6/0 |
96/0 36/13 79/28 89/56 |
46/52 82/729 81/1571 27/3105 |
|
محیط خاک |
اطلاعات گمانههای شرکت گاز و طرحهای انجام شده
|
رسی سیلت رسی رسی شنی سیلتی ماسه سیلتی شنی گراولی |
5/0 6/0 7/0 8/0 9/0 1 |
08/1 69/3 95/15 62/33 88/29 78/15 |
27/59 67/201 15/871 97/1835 08/1630 22/861 |
مدل گادز، دشت رفسنجان را به سه کلاس آسیبپذیری کم، متوسط و زیاد، طبقهبندی نمود که طبق جدول (4)، بیشترین مساحت مربوط به کلاس آسیب پذیری متوسط با 04/67 درصد و بعد از آن آسیبپذیری کم با 27/32 درصد است.
جدول (4) آسیبپذیری مدل گادز و مساحتهای طبقات
|
کلاس آسیبپذیری |
مساحت (کیلومترمربع) |
مساحت % |
|
کم متوسط زیاد |
16/1762 46/3660 80/36 |
27/32 04/67 69/0 |
شکل (3) نقشهی آسیبپذیری دشت براساس مدل گادز
نتیجهگیری
از آنجایی که مدل دراستیک و گادز، مدلهای تجربی هستند، باید صحتسنجی بر اساس دادههای مشاهدهای صورت پذیرد. به همین دلیل از پارامترهای کیفی هدایت الکتریکی[10] (EC) برای ارزیابی نقشه آسیبپذیری آبخوان دشت رفسنجان استفاده شد که با مطالعات خوشدوز ماسوله و همکاران و اصغری مقدم و همکاران، مطابقت دارد. با مقایسهی نتایج حاصل از اعتبارسنجی مدلها، بهترین مدل جهت پهنهبندی آسیبپذیری منطقهی مطالعاتی تعیین شد. ضریب همبستگی بین میزان آسیبپذیری محاسبه شده توسط مدل دراستیک با میزان تغییرات EC در آبخوان دشت رفسنجان برابر 74/0 به دست آمد.
شکل (4) همبستگی بین تغییرات EC و آسیبپذیری محاسبه شده براساس مدل دراستیک
و همچنین ضریب همبستگی بین میزان پتانسیل آسیبپذیری براساس مدل گادز با میزان تغییرات پارامتر هدایت الکتریکی در آبخوان دشت رفسنجان برابر 62/0 بهدست آمد.
شکل (5) همبستگی بین تغییرات EC و میزان آسیبپذیری محاسبه شده بر اساس مدل گادز
مدل دراستیک 40/55 درصد (65/3024 کیلومترمربع) از مساحت دشت را در کلاس آسیبپذیری متوسط کلاسهبندی کرد که بیشترین وسعت را به خود اختصاص داده است. بیش از 60 درصد از منطقهی تحت آسیبپذیری متوسط تا خیلی زیاد است که با توجه به وسعت کشاورزی و استفاده بیرویه و غیراصولی از کود و سموم شیمیایی در منطقه میتواند نگرانیهایی را برای آلودگی منابع آب زیرزمینی به وجود آورد که نتایج تحقیقات مشابه از جمله رحمان، فرهادی و همکاران، این موضوع را تـصدیق مـیکند. نتایج حاصل از بررسـی همبستگی بین نـقشهی آسیبپذیری مدل دراستیک با پارامتر هدایتالکتریکی اندازهگیری شده در دشت رفسنجان با ضریب همبستگی 74/0 درستی و صحت مدل را تأیید میکند.
بر اساس نتایج مدل گادز، کلاس آسیبپذیری متوسط با 40/3660 کیلومتر مربع بیشترین وسعت دشت را فرا گرفته است. مقایسه نتایج دو مدل دراستیک و گادز نشان داد که مدل دراستیک، محدودهی دشت رفسنجان را به پنج کلاس و مدل گادز به سه کلاس آسیبپذیری تقسیم نمودهاند که هر دو مدل بیشترین وسعت را به کلاس آسیبپذیری متوسط اختصاص دادهاند مدل دراستیک پتانسیل آسیبپذیری را در طبقات بیشتری کلاسهبندی میکند که نشاندهندهی دقت بیشتر مدل دراستـیک است در نمودارهای 1و2 ضریب همبستگی مدل دراستیک و گادز با میزان تغییرات هدایت الکتریکی در دشت رفسنجان نشان داده شـده است. نتایج نشان داد که مدل دراستیک با ضریب همبستگی 74/0 بین میزان آسیبپذیری و هدایت الکتریکی اندازهگیری شده، دارای دقت بالاتری نسبت به مدل گادز در پهنهبندی پتانسیل آسیبپذیری آبخوان دشت رفسنجان است نتایج مطالعات محمودزاده و همکاران نیز مؤید دقت بیشتر مدل دراستیک است.
پیشنهادات
- استفاده از نقشهی پتانسیل آلودگی برای مدیریت منابع آب زیرزمینی و کاربری اراضی صحیح و پایدار منطقهی رفسنجان.
- تهیهی نقشهی آسیبپذیری ویژهی دشت رفسنجان با اندازهگیری فلزات سنگین در آبخوان.
)