ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت سلفچگان- نیزار با استفاده از روش SINTACS- مجتبی علی مددی

0

با توجه به بروز خشکسالی­ مستمر در کشور، منابع آب زیرزمینی از اهمیت ویژه­ای برخوردار هستند. این منابع محدود در معرض انواع آلودگیها قرار داشته، که برنامه­ریزی و حفاظت کیفی از آنها ضرورت دارد. دشت سلفچگان-نيزار قم به دليل ظرفيتهاي قابل ملاحظه اقتصادي اجتماعي و به ويژه توسعه فعاليتهاي صنعتي و كشاورزي در سالهاي اخير از اهميت زيادي برخوردار بوده است.  توسعه روزافزون مراكز صنعتي و خشكساليهاي پياپي سالهاي اخير موجب شده تا كمبود آب و آلودگي منابع آب در اين دشت شدت بيشتري يافته و آبخوان دشت با چالش اساسي مواجه گردد.

يكي از راههاي جلوگيري از آلودگي آب زيرزميني، شناسايي مناطق آسيب پذير آبخوان است. جهت دستيابي به يك روش مناسب جهت تعيين مناطق و حفاظت از منابع آب زيرزميني، کاربرد مدلهاي ارزيابي آسيب پذيري سفره هاي آب زيرزميني مورد نیاز می­باشد.  روشهاي مختلفي براي ارزيابي آسيب پذيري وجود دارد، که در این مقاله از مدل SINTACS به منظور بررسی آسیب پذیری آبخوان دشت سلفچگان-نیزار استفاده شده است. نتایج نشان میدهد آسیب پذیری در مرکز دشت و مراکز جمعیتی بیشترین مقدار دارد. از نتایج این مقاله می­توان به منظور مدیریت آبخوان و کنترل آلودگی استفاده کرد.

کلمات کليدي: آسیب پذیری، آب زیرزمینی، دشت سلفچگان-نيزار، SINTACS، GIS.

 

  • مقدمه

يكي از مهم­ترين منابع آبي كه در چند قرن اخير مورد استفاده بيش از حد بشر قرار گرفته، منابع آب زيرزميني است. در شرايط كنوني، بخش قابل ملاحظه اي از مصارف آب كشور به­خصوص در بخش شرب توسط منابع آب زيرزميني تأمين مي گردد، كه عمدتاً از آبخوانهاي آزاد می­باشد. بنابراين حفاظت كيفي آبهاي زيرزميني از اهميت زيادي برخوردار است(نیک­قوجق و کابلی،1389).

يكي از ابزارهاي مناسب كه كمك مؤثري به مديريت آبهاي زيرزميني مي­كند، تهيه نقشه­هايي است كه در آنها مناطق آسيب­پذير يا حساس نسبت به آلودگي­ها مشخص شده باشند. بدین­منظور نقشه­هايي از مناطق حساس و مستعد نسبت به بروز آلودگي تهيه می­گردد. همچنين شاخصي تعريف مي­شود كه مي­توان بر اساس آن، مناطقي كه بيشتر تحت تأثير آلودگي هستند را از ديگر مناطق تشخیص داد. بدين ترتيب مي­توان مناطق مختلف را با يكديگر مقايسه نموده و معياري واحد جهت ارزيابي در اختيار داشت(کاوه­کار و همکاران،1387).

مشکلات پایداری منابع آب و کاهش بارندگی و همینطور کاهش چشمگیر رواناب­ها در استان قم باعث شد منابع آب زیرزمینی به عنوان منبع جایگزین از اهمیت ویژه­ای برخوردار شوند، که با توجه به محدودیت منابع آب زیرزمینی برنامه ریزی و حفاظت کیفی از این منابع اهمیت ویژه ای خواهد داشت. دشت سلفچگان با وجود منطقه ویژه اقتصادی و شهرک صنعتی سلفچگان با بیش از 300 واحد صنعتی و همینطور هجوم روز افزون صنایع خطرزا از استانهای مجاور به این دشت در معرض هجوم انواع آلودگی های صنعتی و فلزات سنگین قرار دارد. برای اینکه آبخوان این دشت بتواند به عنوان یک منبع آب سالم و پایدار در منطقه مورد استفاده باشد ضروری است از لحاظ بروز خطرات بالقوه دریافت و انتقال آلودگی مورد بررسی قرار گیرد.

به منظور بررسی آسیب­پذیری و آلودگی آب زیرزمینی تحقیقاتی در سطح کشور صورت پذیرفته،که در آنها از دیدگاههای متفاوتی به بررسی موضوع پرداخته شده، که در ادامه به چند مورد از آنها اشاره می­شود. رنگزن و همكاران (1387) آسيب­پذيري آبخوان دشت ورامين با استفاده از روش DRASTIC را مورد ارزیابی قرار دادند. پورشهیدی و همکاران(1387) با استفاده از روشهای DRASTIC و SI به بررسی نواحی با بیشترین پتانسیل آلودگی در دشت قزوین و همچنین مقایسه روشهای مورد استفاده پرداختند.

میرزایی و همکاران(1388) تحقیقی را بر روی ارزیابی آسیب پذیری شهر کرد با استفاده از GIS و مدلSINTACS  انجام دادند. سلیمانی و همکاران(1389) مدل­های DRASTIC,SI وSINTACS  را جهت تعیین مکانهای مستعد آلودگی در آبخوان دشت ملایر به کار بردند. آغاسی و همکارن(1388) آسيب پذيري آب زيرزميني دشت هشتگرد به كمك روش DRASTIC  را مورد ارزیابی قرار دادند. در این تحقیق، با توجه به بررسی مطالعات انجام گرفته و روش‌های به کار رفته در این زمینه، شاخص‌ SINTACS برای بررسی آسیب­پذیری آبخوان دشت قم-سلفچگان انتخاب شده است.

 

  • معرفی محدوده مورد مطالعه

محدوده مطالعاتی سلفچگان- نیزار یکی از زیرحوضه­های اصلی حوضه آبریز دریاچه نمک بوده، که در جنوب این حوضه آبریز قرار دارد. از شمال به محدوده­های مطالعاتی ساوه  و قم-کهک، از جنوب به محدوده دلیجان- محلات، از شرق به محدوده قم- کهک و از غرب به محدوده اراک محدود شده است. این محدوده بین طول­های جغرافیایی ´2°50 تا ´53°50 شرقی و عرض­های جغرافیایی ´56°33 تا ´39 °34 شمالی گسترده شده است. موقعیت جغرافیایی دشت سلفچگان-نیزار در محدوده استان قم در شکل شماره 1 نشان داده شده است.

محدوده مطالعاتی سلفچگان- نیزار قم در جنوب غربی شهر قم به دلیل ظرفیت­های قابل ملاحظه اقتصادی و اجتماعی، به ویژه در زمینه­های توسعه فعالیت های صنعتی در سال­های اخیر مورد توجه بوده است. این دشت با مساحت کل حدود 3767 کیلومتر مربع (2069 کیلومتر مربع در استان قم و 1697 کیلومتر مربع در استان مرکزی) که جزو اراضی آبخور رودخانه قمرود و شاخه­های فرعی آن می­باشد، پیش از احداث سد 15 خرداد از جریان به هنگام این رودخانه بهره گرفته و با تلفیق بهره­برداری از آبخوان دشت، با محدودیتی در زمینه منابع آب قابل استحصال مواجه نبوده است. توسعه روزافزون این دشت موجب شد تا کمبود آب در این منطقه شدت بیشتری پیدا نماید. به بیان دیگر محدودیت منابع آب موجب گردیده که دشت سلفچگان با چالش اساسی در عرصه­های اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی روبرو شود.

به موازات مباحث کمی، کیفیت این منابع نیز از طرق مختلف در معرض آلودگی قرار دارد. از عوامل موثر در تهدید کیفی منابع آب زیرزمینی می­توان به تاثیر پساب­های صنعتی، زهاب­های کشاورزی و همچنین فاضلاب­های خانگی اشاره کرد، که تاثیرات آن به ویژه در افزایش نیترات و همچنین شوری در منطقه به وضوح قابل رویت می­باشد. استفاده روزافزون از منابع طبیعی و گسترش فعالیت­های صنعتی از یک سو و افزایش نسبی جمعیت و تولید پسماندها و ضایعات از سوی دیگر کیفیت منابع آب زیرزمینی را مورد تهدید جدی قرار داده و سبب پیدایش آلودگی­های متنوعی شده است(شركت آب منطقه­اي قم، 1389).

شکل 1- موقعیت جغرافیایی دشت سلفچگان-نیزار در محدوده استان قم

  • معرفی روش SINTACS

مدلی که در این تحقیق جهت ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت سلفچگان مورد بررسی قرار گرفته است مدل SINTACS می‌باشد. این مدل به منظور ارزیابی قابلیت آسیب پذیری آلودگی نسبی آب‌های زیرزمینی با استفاده از 7 پارامتر هیدروژئولوژیکی به کار می­رود. لازم به ذکر است این مدل تکامل یافته مدل DRASTIC می‌باشد.

مدل‌های پارامتری مانند SINTACS متعلق به گروه های شمارشی هستند که در آن هر پارامتر علاوه بر این که به صورت منفرد رتبه بندی می‌شود، به منظور کاهش یا افزایش اهمیت پارامترها، هر پارامتر، وزنی متفاوت داشته که در فرآیند تجزیه و تحلیل لحاظ می‌شود. وزن اضافی در ارتباط با ویژگی‌های زیست محیطی همچون پدیده های انتشار از آب‌های سطحی به زیرزمینی یا منبع آلودگی غیر نقطه ای می‌باشد.

این مدل توسط هفت فاکتور محاسبه می‌گردد. اين فاکتورها عبارتند از:

  • عمق سطح ایستابی (S)
  • نفوذ مؤثر (I)
  • زون غیر اشباع (N)
  • پوشش سطحی خاک (T)
  • خصوصیات هیدروژئولوژیکی آبخوان (A)
  • هدایت هیدرولیکی (C)
  • شیب توپوگرافی (S)

در این روش، به هر فاکتور بر اساس تأثیر و اهمیتی که در میزان آسیب پذیری دارد، نمره ای بین 1 تا 10 نسبت داده می‌شود. سپس نمرات به واسطه وزن‌ها اصلاح می‌شوند که وزن‌ها مربوط به شرایط محیطی ویژه یا شرایط انسان منشأ و یا هر دو می‌باشند. مدل SINTACS برای پنج شرایط خاص شامل مناطق طبیعی، مناطق با منابع آلودگی گسترده (منابع آلودگی غیر نقطه ای)، مناطق با هدر رفت شدید آب از شبکه های هیدرولیکی به سمت سفره های آب زیرزمینی، مناطق با پدیده های کارستی و مناطق با پدیده های شکافتگی قابل اجرا می‌باشد. جدول شماره 1 وزن‌های اختصاص یافته به مدل SINTACS را نشان می‌دهد (Al Kuisi et al., 2006).

 

جدول شماره 1 وزن­هاي اختصاص يافته به پارامترهاي مدل SINTACS

خصوصيت وزن
عمق سطح ايستابي 5
نفوذ مؤثر 4
شرایط اشباع نشده 3
نوع پوشش سطحی خاک 2
خصوصیات هیدروژئولوژیکی آبخوان 1
هدايت هيدروليکي 5
شیب توپوگرافی 3

شاخص آسیب پذیری ذاتی (I) از طریق جمع نمرات به دست آمده توسط وزن‌ها، بر اساس رابطه زیر محاسبه می‌شود:

(1)

که در آن RJ و WJ به ترتیب رتبه و وزن هر کدام از پارامتر‌ها می‌باشد. پارامتر‌های این روش همانند پارامتر‌های روش DRASTIC بوده ولی با این تفاوت که، فرآیند وزن و رتبه دهی در روش SINTACS انعطاف بیشتری دارد.

 

  • نتایج و بحث

برای تهیه لایه­های مدل SINTACS، داده‌ها و اطلاعات مورد نیاز هر کدام از پارامترهای مدل مذکور، جمع­آوری و سپس نسبت به تهیه پایگاه داده در محیط نرم افزار Excel اقدام شد و در ادامه این داده‌ها به فرمت قابل قبول در محیط ArcGIS تبدیل شدند. برای انجام مراحل مختلف، جهت محاسبه شاخص نهایی SINTACS نیاز به لایه های با فرمت رستری می‌باشد. از این رو، با توجه به قابلیت‌های نرم افزار ArcGIS، عوارض نقطه­ای موجود به لایه­های رستری تبدیل شدند. لایه‌های به دست آمده در مراحل مختلف محاسبه شاخص، بر اساس معیارهای تعریف شده در مدل SINTACS و طبق رابطه 2، به ترتیب وزن دهی، رتبه دهی و کلاس بندی می‌گردند.

به منظور پردازش، تلفیق نقشه‌ها و ­تحلیل داده­های مورد نیاز و نمایش نتایج حاصل از این مدل از قابلیت‌های نرم افزاری ArcGIS 10 استفاده شده است. داده‌ها و اطلاعات مورد نیاز جهت تهیه نقشه های معیار از منابع مختلف و با فرمت های گوناگون جمع آوری گردیده است. به طور کلی، به منظور ساخت پایگاه اطلاعاتی، داده های مورد نیاز جهت تهیه نقشه­های مدل به فرمت نقطه­ای در محیط نرم افزار Ecxel تهیه و سپس به نرم افزار ArcGIS 10 معرفی گردیدند.

در محیط GIS تمامی نقشه‌ها به یک سامانه تصویر و نیز یک سامانه مرجع جهانی واحد تبدیل شدند. جهت انجام بسیاری از عملیات مربوط به پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌ها از بخش Spatial Analyst نرم افزار مذکور استفاده گردیده است. از جمله این عملیات می‌توان به اعمال درون یابی کریجینگ جهت تبدیل داده های نقطه ای به سطح، استخراج نقشه شیب منطقه مورد مطالعه، طبقه بندی مجدد (طبقه بندی و ارزش گذاری نقشه های معیار) را نام برد. همچنین جهت تلفیق لایه های رستری از Raster Calculator استفاده شده است. در ادامه نقشه­ها و نتایج مدل SINTACS ارایه شده است.

نقشه عمق سطح ایستابی: لایه عمق تا سطح ایستابی در منطقه مورد مطالعه در شکل 2 نشان داده شده است. لایه عمق سطح ایستابی در منطقه مورد مطالعه، بین 4/33 متر (کلاس 1) تا 5/1 متر (کلاس 10) متغیر می‌باشد.

شکل 2-  نقشه عمق تا سطح ایستابی منطقه مورد مطالعه

نقشه نفوذ مؤثر: در شکل 3، نقشه تغذیه منطقه مورد مطالعه برای شاخص SINTACS نشان داده شده است. همانگونه که در این شکل مشاهده می‌شود، لایه‌ نفوذ مؤثر منطقه مورد مطالعه، به 3 کلاس از 4/107 تا 354 میلیمتر طبقه بندی شده است.

شکل3- نقشه نفوذ مؤثر منطقه مورد مطالعه

نقشه شرایط اشباع نشده: همانگونه که در شکل 4 مشاهده می‌شود، تنوع لیتولوژیکی به 6 کلاس طبقه بندی شده است و منطقه مورد مطالعه داراي پراکندگي زيادي در جنس رسوبات مربوط به محيط غيراشباع بوده و اندازه نمرات در اين محدوده بين2تا 9 تغيير مي­کند.

شکل 4- نقشه تغییرات محیط غیر اشباع مورد مطالعه

نقشه محیط خاک: در شکل5 ، نقشه خاک منطقه برای شاخص SINTACS ارائه شده است. همان طور که ملاحظه می‌شود، کمترین میزان نفوذپذیری مربوط به بافت رسی و بیشترین میزان نفوذپذیری مربوط به بافت لوم ماسه ای می‌باشد. همچنین میزان نفوذ پذیری خاک در قسمت‌های مختلف دشت پراکندگی مختلفی دارد.

شکل 5- نقشه محیط خاک منطقه مورد مطالعه

نقشه منطقه اشباع: در شکل 6، لایه محیط آبخوان نشان داده شده است. همانگونه که در این شکل مشاهده می‌شود، لایه محیط آبخوان منطقه مورد مطالعه بر اساس تئوری روش SINTACS به 8 کلاس 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8 و 9 طبقه بندی شده است. از این میان کلاس 8، بیشترین مساحت در کل منطقه مورد مطالعه و کلاس 9، کمترین مساحت دشت را به خود اختصاص می‌دهد.

نقشه لایه توپوگرافی: شکل 6 لایه شیب منطقه مورد مطالعه را نشان می‌دهد. همانگونه که در شکل مذکور مشاهده می‌شود، قسمت اعظم منطقه مورد مطالعه داراي شيب بين 6-2 درصد است. بخشهاي بسيار کوچکي هم به صورت پراکنده شيب کمتر از 2 درصد را نشان مي­دهند.

شکل 6-  نقشه محیط هیدروژئولوژیکی آبخوان منطقه مورد مطالعه

شکل7- نقشه شیب منطقه مورد مطالعه

طبقه بندی شاخص آسیب پذیری SINTACS منطقه مورد مطالعه در جدول 2 ارایه شده است. پس از همپوشانی نقشه های معیار مورد نیاز مدل بر اساس رابطه (1)، شاخص نهایی SINTACS استاندارد برای آبخوان دشت قم بین 64 تا 164 حاصل می­شود. در شکل 8 نقشه آسیب پذیری شاخص نهایی SINTACS آبخوان دشت سلفچگان- نیزار قم ارایه گردیده است.

جدول 2- طبقه بندی شاخص آسیب پذیری SINTACS منطقه مورد مطالعه (Kapelj et al., 2013)

شاخص SINTACS محدوده SINTACS
آسيب­پذيري خيلي کم 80<
آسيب­پذيري کم 105-80
آسيب­پذيري متوسط 140-105
آسيب­پذيري زیاد 186-140
آسيب­پذيري خیلی زیاد 210-186
آسيب­پذيری شدید 210<

شکل 8- نقشه آسيب­پذيري شاخص نهایی SINTACS منطقه مورد مطالعه

  • نتیجه گیری و پیشنهادات

يكي از مهم‌ترين ابزارهاي تعيين حريم كيفي، تهيه نقشه آسيب‌پذيري ذاتي آبخوان مي‌باشد. روشهاي متفاوتي براي تعيين آسيب‌پذيري وجود دارد، که در این تحقیق پس از بررسی مزایا و معایب روشهای مختلف، روش SINTACS به عنوان روش مناسب آسیب­پذیری آبخوان سلفچگان-نیزار انتخاب شد.پارامتر‌های این روش همانند پارامتر‌های روش DRASTIC بوده ولی با این تفاوت که، فرآیند وزن و رتبه دهی در روش SINTACS انعطاف بیشتری دارد.

پس از همپوشانی نقشه های معیار در مدل، شاخص نهایی SINTACS استاندارد برای آبخوان دشت قم بین 64 تا 164 به دست آمد. نتایج حاصل نشان میدهد آسیب پذیری محدوده مطالعاتی سلفچگان-نیزار در مرکز دشت و مراکز جمعیتی بیشترین مقدار دارد.

يكي از معايب روشهاي آسيب‌پذيري اين است كه اين روش‌ها تنها بيان‌گر آسيب‌پذيري ذاتي آبخوان بوده و فقط مي تواند به عنوان ابزاري در آينده جهت جلوگيري از آلوده شدن آبخوان مورد استفاده قرار گيرد و هيچ گونه اطلاعاتي از نوع آلاينده و ميزان آن در اختيار ما قرار نمي­دهد. این نتایج نمی­تواند به طور دقيق و مستقل خطر ناشي از آلاينده‌ها را نشان دهد و براي تعيين حريم كيفي يك آبخوان لازم است تا پارامتر آلودگي نيز در آن دخيل باشد.

با کمک نقشه­های تهیه شده، مناطق با استعداد آلوده شدن مشخص شده و می­توان بر اساس آنها مدیریت کیفی سفره آب  زيرزميني را انجام داد. مناطق با استعداد آلودگي بيشتر براي احداث مراكز صنعتي و يا كشاورزي با قابليت آلوده سازي بالا مناسب نبوده و مي توانند به سادگي آلوده شوند.

منابع

آغاسی ع.، ضياييان پ.،آزاد شهرکی ف و حیدریان م .، (1388). ” ارزیابی آسیب پذیری آب زیرزمینی دشت هشتگرد به كمك روش دراستیك”، هشتمين كنگره بين المللي مهندسي عمران.

پورشهیدی س و همکاران.، (1387). ” تعيين آسيبپذيري آبخوان دشت قزوين با استفاده از روشهاي DRASTIC و SI و مقایسه آن با پارامتر نیترات”، سومين كنفرانس مديريت منابع آب ايران.

رنگزن ک.، ضياييان پ.،. میرزایی ل و علیجانی ف .، (1387). ” پهنه بندي آسيب پذيري آبخوان دشت ورامين با استفاده از DRASTIC و ارزيابي تجربي اثر منطقه غير اشباع در محيط GIS  “، فصلنامه زمين شناسي ايران , دوره  2 , شماره 6.

سلیمانی س.، معروفی ص.،. قبادی م.، و رحیمی ق .، (1389). ” کاربرد مدل های DRASTIC، SI و SINTACS جهت تعیین مکان­های مستعد آلودگی در آبخوان دشت ملایر”، چهارمین همایش تخصصی مهندسی محیط زیست.

شركت آب منطقه­اي قم(1389)، “مطالعات کیفی محدوده سلفچگان نیزاز قم”، مهندسین مشاور یکم،

کاوه کار ن.، جوادی س.،. و محمدی ک .، (1387). ” ارزیابی آسیب پذیری آبخوان آستانه- کوچصفهان با استفاده از دو روش GOD DRASTIC &”، چهارمين كنگره ملي مهندسي عمران.

میزایی س و همکاران(1388). “ارزيابي آسيبپذيري آبخوان دشت شهر كرد با استفاده از GIS و مدل SINTACS “، سومین همايش تخصصي مهندسي محيط زيست.

نیك قوجق ی.، کابلی ع.، (1389). ” ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت گرگان بروش DRASTIC “، چهارمين همايش تخصصي مهندسي محيط زيست.

Mustafa Al Kuisi., Ali El-Naqa., Nezar Hammouri. (2006). ” Sintacs Aquifer Vulnerability in the Definition of the Natural Protected Area Los Chorros Del Varal, Los Reyes, Michoacan, Mexico”, Environ Geol (2006) 50: 651–667.

Sanja Kapelj., Jelena Loborec., lav Kapelj,(2013). ” Assessment of aquifer intrinsic vulnerability by the SINTACS method”, ENVIRON EARTH SCI.

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % %
Call Now Button