محاسبه میزان تأثیر گذاری پارامترهای مدل DRASTIC بر آسیب¬پذیری آبخوان دشت عقیلی

مقدمه :

آب­هاى زیرزمینى به­دلیل استعداد آلودگى کمتر و همچنین ظرفیت ذخیره زیاد نسبت به آب­هاى سطحى بعنوان یک منبع مهم در منابع آب مورد توجه می­باشند. وجود منابع مهم آلاینده­هاى انتشارى و نقطه­اى ناشى از فعالیت­هاى انسانى در سطح زمین و نفوذ این آلاینده­ها به آبخوان باعث کاهش کیفیت آب زیرزمینى می­شود. به همین جهت جلوگیرى از آلودگى آب­هاى زیرزمینى در مدیریت منابع آب زیرزمینى ضرورى است. تغییرات مکانى و محدودیت داده­ها موانعى را در پایش آب­هاى زیرزمینى ایجاد می­کند و مطالعات را در این زمینه پرهزینه و اغلب غیرممکن می­سازد. مطالعات زیادى که از اوایل دهه ۹۰ میلادى تاکنون انجام شده­اند، نشان داده­اند که ارزیابى آسیب­پذیرى روشى قدرتمند و کم هزینه در شناسائى نواحى مستعد به آلودگى است. علاوه بر این، ارزیابى آسیب‌پذیرى آب زیرزمینى ابزار مهمى براى طرح‌هاى محیط‌ زیستى و تصمیمات مدیریتى مى‌باشد. روش­هاى زیادى براى ارزیابى آسیب­پذیرى آبخوان ارائه شده است که شامل روش­هاى فرآیندى، روش­هاى آمارى و روش­هاى اندیس و همپوشانى می­باشند. DRASTIC یک روش رتبه­دهی است که براى امتیازبندى آسیب­پذیرى نقاط مختلف با ترکیب چندین لایه موضوعى طراحى شده است. امروزه با استفاده از تکنیک GIS این کار آسان­تر شده و دقت انجام این محاسبات نیز تا حد زیادى افزایش یافته است.GIS  براى جمع­آورى
داده­هاى گوناگونى طراحى شده است تا پدیده­هاى متغیر را با تحلیل و همپوشانى لایه­هاى اطلاعاتى موجود، به­طور مکانى توصیف کند.

یکى از بزرگترین مزایاى روش­های رتبه­دهی انجام بررسى با استفاده از تعداد بیشترى لایه­هاى ورودى است، که تاثیر خطاها و یا عوامل نامعلوم را برروى خروجى نهایى محدود می­کند (Rosen, ۱۹۹۴). بعضى از محققین ( براى مثالBarber et al.,۱۹۹۳  یا۱۹۹۴  Merchant,) معتقدند که می­توان با استفاده از تعداد کمترى پارامترهاى ورودى، با هزینه کمتر و دقت بیشتر به نتیجه مطلوب دست یافت. در بعضى از مطالعات DRASTIC جهت بررسى آسیب­پذیرى آبخوان از تعداد کمترى پارامترهاى ورودى استفاده شده و یا پارامترهاى حذف شده، ثابت در نظر گرفته شده­اند (Secunda et al., ۱۹۹۸).

به­دلیل رونق زیاد کشاورزى و استفاده بیش ازحد کود­هاى شیمیایى و مواد آفت­کش در منطقه مورد مطالعه، احتمال آلودگى آبخوان وجود دارد. بنابراین جهت شناسایى نواحى مستعد در برابر آلودگى، بررسى آسیب­پذیرى آبخوان در منطقه مورد مطالعه انجام شد.

در این تحقیق با استفاده از تحلیل حساسیت لزوم یا عدم لزوم پارامتر ( عمق تا سطح ایستابى, تغذیه خالص, محیط آبخوان, محیط خاک, شیب, اثر بخش غیر اشباع و هدایت هیدرولیکى) تشکیل دهنده شاخص آسیب­پذیرى، در دشت عقیلی مورد بررسى قرار می­گیرد.

منطقه مورد مطالعه

دشت عقیلى با وسعت ۴۸/۱۴۰ کیلومتر مربع در فاصله ۲۵ کیلومترى شمال شهرستان شوشتر بین طول­هاى جغرافیایى ́۴۹ ˚۴۸ تا ́۵۸ ˚۴۸ درجه شرقى و عرض­هاى جغرافیایى ́۶ ˚۳۲ تا ́۱۶ ˚۳۲ درجه شمالى، در استان خوزستان قرار گرفته است. در شکل ۱ موقعیت منطقه مورد مطالعه نشان داده شده است. از نظر آب و هوایى، منطقه مورد مطالعه داراى اقلیم  گرم وخشک می­باشد. میانگین بارندگى سالانه آن براساس آمار ۲۶ سال گذشته برابر ۴۰۹ میلیمتر می­باشد. در منطقه مورد مطالعه سازندهاى گچساران، میشان، آغاجارى، بخش لهبرى، کنگلومراى بختیارى و رسوبات عهد حاضر رخنمون دارند. در اثر تخریب و فرسایش سازند بختیارى (که در قسمت شمالى منطقه رخنمون دارد) آبخوان مناسبى در حاشیه این سازند تشکیل شده است. تعداد ۵۰ چاه عمیق و نیمه عمیق موجود در این منطقه، آب مورد نیاز براى کشاورزى را تامین می­کنند. مطالعات هیدروژئولوژیکى انجام شده نشان می­دهد که آبخوان دشت عقیلی از نوع آزاد می­باشد. مهمترین ورودى به آبخوان، نفوذ از بارندگى و مهمترین خروجى، برداشت آب توسط چاه­هاى کشاورزى می­باشد. مهمترین فعالیت انسانى موجود به­صورت کشاورزى بوده و صنعت خاصى در منطقه صورت نمی­گیرد. مهمترین محصولات کشاورزى نیز گندم و هندوانه می­باشد.

                        استان خوزستان

شکل ۱- موقعیت منطقه مورد مطالعه بر روى تصویر ماهواره‌اى Aster

◊◊◊◊◊◊◊

بحث :

مدل DRASTIC توسط آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) براى ارزیابى آسیب­پذیرى آب زیرزمینى در کل ایالات متحده طراحى شد . این مدل برپایه مفهوم محیط هیدروژئولوژیکى استوار است. محیط هیدروژئولوژیکى در حقیقت توصیف­کننده ترکیبى از تمام عوامل زمین­شناسى و هیدرولوژیکى است که حرکت آب زیرزمینى را در ورود ، درون و خروج از سیستم در یک ناحیه تحت تاثیر قرار می­دهد و کنترل می­کند. واژه DRASTIC نیز از هفت پارامتر به­کار رفته در این مدل تشکیل شده است که عبارتنداز: ۱- عمق تا سطح ایستابى (Depth to water table)، ۲- تغذیه خالص (net Recharge)،
۳- محیط آبخوان (Aquifer media)، ۴- محیط خاک (Soil media)، ۵- توپوگرافى (Topography)،
۶- اثر محیط غیراشباع (Impact of vadose zone) و ۷- هدایت هیدرولیکى آبخوان
(hydraulic Conductivity of aquifer). براى تعیین اهمیت نسبى هرکدام از پارامترهاى مذکور، هر پارامتر نسبت به سایر پارامترها ارزیابى می­شود به­طوری­که به هر کدام از این پارامترها یک وزن نسبى بین ۱ تا ۵ تعلق می­گیرد(مهمترین پارامتر داراى وزن ۵ و کم اهمیت ترین پارامتر داراى وزن ۱ است). هر کدام از پارامترهاى DRASTIC به بازه­هایى تقسیم می­شوند که نسبت تاثیر آن­ها بر روى آسیب­پذیرى متفاوت است. نتیجه مدل DRASTIC یک اندیس عددى است که از رتبه­ها و وزن­هاى اختصاص یافته به پارامترهاى مدل مشتق می­شود. معادله مربوط براى تعیین اندیس DRASTIC به صورت زیر است:

 (۱)     

R رتبه: W: وزن

بعد از محاسبه اندیس DRASTIC، نواحى آسیب­پذیر آبخوان مشخص می­شوند. هرچه این اندیس بزرگتر باشد، نشان­دهنده این است که آسیب­پذیرى آب زیرزمینى بیشتر است. در این تحقیق از روش DRASTIC براى ارزیابى آسیب­پذیرى آبخوان دشت عقیلی در محیط GIS استفاده شد. جهت تحلیل داده­ها و اجراى روش نیز از نرم­افزارهاى Arc View GIS ۳.۳ و Arc GIS ۹.۰ استفاده شد. پس از جمع آوری آمار واطلاعات لازم برای تهیه لایه­های بکار برده شده در روش DRASTIC هفت پارامتر مورد نیاز روش ساخته شدند ( شکل۲ تا ۷). لایه­های ساخته شده باتوجه به رابطه (۱) رویهم قرار داده شد، و نقشه آسیب­پذیری دشت مورد مطالعه بدست آمد (شکل ۸). شاخص آسیب­پذیری دشت بین ۳۸ تا ۱۵۳ بدست آمد که در شش گروه آسیب­پذیر قابل اغماض، کم، متوسط، متوسط تا زیاد، زیاد و خیلی زیاد قرار می­گیرد. هدف از این تحقیق بررسى اینکه آیا تمام هفت پارامتر براى ارزیابى آسیب­پذیرى آبخوان دشت عقیلی لازم است یا خیر، که این عمل با استفاده از تحلیل حساسیت مشخص می­شود. در این تحقیق دو تحلیل حساسیت انجام شد. ۱- تحلیل حساسیت حذف نقشه (Map removal) که توسط (Lodwick et al., ۱۹۹۰) پیشنهاد گردیده و ۲- تحلیل حساسیت تک پارامترى که توسط Napolitano و Fabri (۱۹۹۶) انجام گردیده است.

۱- تحلیل حساسیت حذف نقشه: اندازه­گیرى حساسیت حذف نقشه، حساسیت نقشه آسیب­پذیرى را با حذف یک یا تعداد بیشترى از نقشه­ها نشان می­دهد. فرمول محاسبه حساسیت حذف نقشه به­صورت زیر است:

 (۴-۳)                                                                                 

که S میزان حساسیت را نشان می­دهد و به آن اندیس تغییرپذیرى (Variation Index) نیز می­گویند. V و V` به­ترتیب اندیس­هاى غیرآشفته و آشفته هستند. N و n تعداد لایه­هاى مورد استفاده در محاسبه V و V` می­باشند. اندیس واقعى آسیب­پذیرى که با استفاده از تمام هفت پارامتر به­دست می­آید، بعنوان اندیس آسیب­پذیرى غیرآشفته در نظر گرفته می­شود، درحالی­که آسیب­پذیرى محاسبه شده با استفاده از تعداد کمترى از لایه­ها به­عنوان آسیب­پذیرى آشفته مورد توجه قرار می­گیرد. در این روش ابتدا هرکدام از پارمترها به­طور جداگانه از محاسبات حذف شده و اندیس تغییرپذیرى DRASTIC محاسبه می­شود. به کمک این روش می­توان مؤثرترین پارامتر بر آلودگى آبخوان در منطقه مور مطالعه را شناسایى کرد. نتایج تحلیل حساسیت حذف نقشه در جدول (۲) نشان داده شده است. تحلیل آمارى اندیس تغییرپذیرى براى کل منطقه مورد مطالعه انجام شد.

جدول ۲ - نتایج آمارى تحلیل حساسیت حذف تک نقشه برای شاخص DRASTIC

نتایج موجود در جدول ۲ نشان می­دهد که مهمترین پارامتر تاثیرگذار برروى اندیس آسیب­پذیرى، پارامتر عمق تا سطح ایستابی می­باشد (میانگین اندیس تغییرات= ۶۲/۳۲ درصد ). این می­تواند به­دلیل وزن

تئوریک بالاى این پارامتر (۵) و همچنین وسعت زیاد محدوده با نمره بالا باشد. همچنین به­نظر می­رسد که اندیس آسیب­پذیرى برای شاخص DRASTIC حساسیتى را نسبت به حذف پارامترهاى هدایت هیدرولیکى و بخش غیر اشباع نشان می­دهد که احتمالاً به دلیل وزن بالاى این پارامترها می­باشد. با توجه به نتایج جدول ۲ کم اثرترین پارامتر برای شاخص DRASTICپارامتر توپوگرافی می­باشد.

۲- تحلیل حساسیت تک­پارامترى(Single parameter sensitivity analysis):این روش تحلیل حساسیت توسط

کلید واژه ها: سایر موارد