دانلود تحقیق ارزیابی آسیب پذیری سفره های آبی

آبهای زیرزمینی به طور ذاتی در معرض آلودگیهای ناشی از فعالیتهای انسانی در طبیعت قرار دارند و جبران خسارتهای آن بسیار گران و اغلب غیر عملی است.

از این رو، پیشگیری از آلودگی، در مدیریت کارآمد آبهای زیرزمینی نقش مهمی دارد.

هدف از ارزیابی آسیب پذیری سفره های آبی، شناسایی مناطقی است که بیش از دیگر مناطق، در معرض آلودگیهای ناشی از فعالیتهای انسانی در مجاورت سطح زمین قرار دارند.

به محض شناسایی این گونه مناطق، باید جزو زمینهای ممنوع برای استفاده قرار گیرند و با توجه زیاد به جلوگیری از آلودگی منابع آبهای زیر زمینی آنها شود.

حوزه آبریز بالادست PALAR در ناحیه Tamil Nadu در هند، در معرض آلودگی توده ای از صنایع چرم در شهرهای Vaniyambadi , Ambur قرار دارد.

خروجی فاضلاب این صنایع، منجر به آلودگی سفره های آبی بالا دست PALAR می شود که مواد تشکیل دهنده آن عبارتند از گنیس (نوعی سنگ دگرگون شده)، Charnockite (نوعی سنگ آذرین) و رسوبات اخیر دوران اخیر زمین شناسی .

در این مقاله، تلاش می شود با استفاده از مدل DRASTIC ارزیابی آسیب پذیری سفره های آبی حوزه آبریز بالادست PALAR انجام گیرد.

مدل DRATIC از هفت نقشه موضوعی به شرح زیر استفاده می نماید: عمق آب، (حوضچه) تغذیه، رسانه های سفره های آبی، رسانه های خاک، توپوگرافی، اثر آبهای موجود در قشر زمین و رسانایی هیدرولیک.

استفاده از زمین و نقشه خاک با استفاده از تصاویر رمز شده ماهواره IRS-1C تهیه شده اند.

لایه توپوگرافی با استفاده از نقشه های توپوگرافیک هند با مقیاس 1:50,000 ایجاد شده است.

داده های زمین مرتبط با سطح آب در چاههای کنترلی، از سنجش کاربری تهیه شده و برای محاسبه عمق آب تغییر شکل داده شده اند.

نقشه خاک که توسط سازمان کاربری اراضی و تحقیقات خاک تهیه شده است به عنوان نقشه اصلی برای آماده سازی نقشه های خاک و اثر آبهای موجود در قشر زمین به کار رفته است.

مقادیر رسانایی هیدرولیک با استفاده از جزئیات آزمایش پمپ روی زمین به دست آمده اند و برای نواحی خاص که جزئیات آزمایش پمپ موجود نبود، مقادیر نمادین برای آنها به کار رفته است.

لایه حوضچه تغذیه، با استفاده از نقشه خاک و کاربری اراضی بدست آمد و این هفت لایه، با استفاده از نرم افزار ArcView GIS یکپارچه شدند.
روش AHP برای رسیدن به وزن و رتبه معیارها و گزینه های این هفت لایه مورد استفاده قرار گرفته است.

یک نرم افزار AHP به زبان Visual Basic برای محاسبه وزنها و رتبه های لایه های مزبور بر مبنای ورودیهای وزنهای مربوطه نوشته شده است.

خروجی AHP یک بانک اطلاعاتی به زبان MS Access برای این لایه ها تولید می کند که با نرم افزار Arcview از طریق Arenue codes در ارتباط است.

در این مقاله هدف این است که یک نرم افزار آسان به زبان VB تولید شود که با GIS در ارتباط بوده و برای تخمین وزنها و رتبه های لایه های مربوطه برای ارزیابی آسیب پذیری سفره های آبی بکار رفته و نتایج آنها را ارائه نماید.
مقدمه
یک پنجم کل آبهای شیرین جهان در نواحی زیر سطحی خاکهای اشباع شده قرار دارند (1978, Leopold,Dunne) و بنابراین باید در برابر آلودگی محافظت شوند.

این منابع آبی وقتی مهمترند که در نواحی قرار داشته باشند که آبهای سطحی کمیاب هستند.

حوزه آبریز بالادست PALAR از این قبیل مناطقی است که تقاضای آب شیرین غالباً از منابع زیرزمینی است.

در این ناحیه مطالعاتی، کیفیت آب نقش مهمی ایفا می کند، زیرا مواجه با یک تهدید جدی از فاضلابهای صنایع چرم و کودهای شیمیایی و آفت کشهای مورد استفاده در مزارع کشاورزی و زمینهای حاصلخیز است.

تصفیه آبهای زیرزمینی نیز بسیار پرهیز است و از این رو پیشگیری از آلودگی، راه حل کلیدی این مسأله است.

بنابراین در این مقاله تلاش می شود تا آسیب پذیری آبهای زیرزمینی ارزیابی شده و استفاده از نواحی آسیب پذیر دارای محدودیت شوند.
به طور کلی، آسیب پذیری آبهای زیرزمینی عبارت است از استعداد یا احتمال رسیدن آلاینده ها به مکانی مشخص درون سیستم آبهای زیرزمینی پس از ایجاد در نواحی بالاتر سفره های آب.

بنابراین، آسیب پذیری آبهای زیرزمینی را می توان بصورت خاص و بیواسطه طبقه بندی کرد که این طبقه بندی بر این اساس است که آیا می خواهیم ارزیابی آسیب پذیری شامل ریسک آلودگی آبهای زیر زمینی باشد یا خیر.
روش شناسی
روشهای بسیاری برای ارزیابی آسیب پذیری سفره های آب وجود دارند که می توان همه آنها را به سه دسته عمده طبقه بندی کرد :
روشهای جایگزینی و شاخص گذاری، روشهای مبتنی بر فرآیند و روشهای آماری (Anthong et.al.1998)
در این مقاله، از مدل DRASTIC که جزو روشهای جایگزینی و شاخص گذاری می باشد، استفاده می گردد.

مدل DRASTIC برای ارزیابی آسیب پذیری سفره های آب زیرزمینی توسط EPA در آمریکا ارائه شد (Aller et.al 1987) و یک سیستم استاندارد شده برای ارزیابی پتانسیل قرارگیری هیدروژئولوژیک آلودگی آبهای زیرزمینی می باشد.

این مدل یک مقدار عددی بنام شاخص DRASTIC تولید می کند که مشتق از رتبه بندیهای و وزنهای تخصیص داده شده به پارامترهای مورد استفاده در این مدل است.

واژه DRASTIC مخفف نام هفت نقشه موضوعی بکار رفته در این مدل است .

این هفت نقشه موضوعی عبارتند از :
عمق آب : هر چه عمق آب بیشتر باشد، احتمال رسیدن آلاینده ها به آن، کمتر از آبهای کم عمق می باشد.

D=Depth to water
تغذیه :فرآیندی است که از طریق آن، آلاینده ها به سفره آب منتقل می شوند و از این رو، هرچه تغذیه آب بیشتر باشد، سفره آب آسیب پذیر تر است .

R=Recharge
رسانه های سفره آب : عبارت است از خواص فرسایشی مواد سفره آب که حرکت آلاینده ها از طریق سفره های آبی را منعکس می نماید.A=Aquifer Media
رسانه های خاک: خاکهای مختلف دارای ظرفیت نگهداری آب متفاوت هستند و بر مدت زمان انتقال آلاینده ها تاثیر می گذارند.S=Soil Media
توپوگرافی : زمینهای دارای شیب زیادتر، باعث افزایش رواناب و فرسایش می شود که شامل آلاینده ها می گردند.

T=Topography
اثر آبهای موجود در قشر زمین : بافت خاک غیر اشباع شده بالای سفره آب را منعکس می کند.

I=Impact of Vadose Zone
رسانایی هیدرولیک: میزان آب رد شده از سفره آب تحت تاثیر رسانایی- هیدرولیک خاک است.

C= Hgdraulic conductivity
مدل DRASTIC محدوده ها و رتبه بندیهای کلاسهای مربوط به هر یک از نقشه های موضوعی و نیز وزنهای هر نقشه موضوعی را تعریف می کند.

کلاسها یا انواع اصلی که بر آسیب پذیری موثرند.

در هر نقشه، محدوده هایی هستند که رتبه بندی بر مقیاس 1 تا 10 دارند.

اهمیت نسبی هر یک از نقشه های موضوعی فوق در آسیب پذیری ، بر مبنای وزن آنها تعیین می گردد.

این رتبه بندیها و وزنها برای تعیین شاخص DRASTIC و با کمک فرمول زیر محاسبه می شود:
DRASTIC Index= DRDW+RrRw+ArAw+SrSw+TrTw+IrIw+CrCw
DRASTIC Index= DRDW+RrRw+ArAw+SrSw+TrTw+IrIw+CrCw که در آن، حروف بزرگی نشان دهنده نقشه مربوطه و اندیسهای w,r مربوط به رتبه بندی و وزن هر یک می باشند.

در این مقاله، شاخص DRASTIC با استفاده از رتبه بندیها و وزنهای نقشه های مشتق شده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) محاسبه می گردد.

فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) توسط Saaty ارائه گردید که در آن، سلسله مراتب اجزای تصمیم گیری، در فرایند تصمیم گیری استفاده می شوند.

روش AHP ذاتاً به صورت محاوره ای بوده و در آن ، شخص تصمیم گیرنده یا گروهی از تصمیم گیرندگان، نظرات خود را به تحلیل گر انتقال داده و با یکدیگر بحث و مناظره می کنند.

(Weudy proctor 2000).

روش AHP بر مبنای تشکیل یک سری ماتریسهای ‹‹مقایسه ای دوبدو›› می باشد که تمام معیارها با یکدیگر مقایسه خواهند شد.

این امر برای تخمین رتبه یا وزن هر یک از معیارها بوده و اهمیت هر یک از معیارها در دستیابی به هدف کلی سیستم را توصیف می کند.

روش AHP،مسأله تصمیم گیری را به یک ساختار سلسله مراتبی تجزیه می کند.

عناصر موجود در یک سطح سلسله مراتب، دوبدو با یکدیگر مقایسه می گردند.

هر یک از معیارها به چند زیر معیار تقسیم می شوند و مقایسات دوبدو برای هر یک از سطوح سلسله مراتب انجام می پذیرد.

(Evangelos Triantaphyllou and Stnart 1995) مقایسه دوبدوی n معیار (از Gn G1) برای بدست آوردن اهمیت یا وزن هر معیار در دستیابی به هدف کلی، مستلزم تشکیل یک ماتریس n در n است که میزان نفوذ هر یک از معیارها در ستون سمت چپ با توجه به هر معیار در سطر فوقانی نشان داده می شود: این مقایسه های دوبدو با استفاده از مقیاس Saaty برای قضاوتهای مقایسه ای، از مقادیر عددی به عبارات کلامی به شرح زیر ترجمه می شوند: جدول 1- مقیاسهای بنیادی Saatyبرای تصمیمات مقایسه ای دوبدو برای رتبه بندی این فاکتورها در هر زیر معیار، ماتریس مقادیر دوتایی را هر بار بطور متناوب به توان دو می رسانیم.

پس جمع سطرهای ماتریس محاسبه و نرمال سازی می شود.

این تناوب تا وقتی تکرار می شود که تفاوت بین جمعهای محاسبه شده در دو تکرار متوالی، کمتر از یک مقدار معین گردد.

محاسبه شاخص DRASTIC با استفاده از AHP , GIS نقشه های توپوگرافی تحقیقات هند با مقیاس 1:50000 با منحنی های تراز به فاصله 20M برای تهیه نقشه توپوگرافی مورد استفاده قرار گرفته اند.

نقشه عمق سفره آب با استفاده از مقادیر سطح آب زیرمزنی در چاههای کنترلی و مقادیر الحاقی تعمیر شده است.

نقشه های رسانه های خاک و اثر آبهای موجود در قشر زمین با استفاده از نقشه خاک سازمان تحقیقات خاک و کاربری اراضی تهیه شده و براساس تصویر برداری ماهواره RIS-1C بهبود یافته است.

جزئیات آزمون پمپ که از داده های زمینی بدست آمده، برای آماده سازی نقشه رسانایی هیدرولیک استفاده شده اند و در جائیکه جزئیات کافی موجود نبوده، مقادیر نمادین مورد استفاده قرار گرفته اند.

نقشه رسانه های سفره آب با استفاده از نقشه تحقیقات زمین شناسی هند و تصویر برداری RIS-1C تعمیر گردیده است.

از روش AHP برای ارزیابی استفاده می شود که در آن، نقشه های موضوعی به عنوان معیار، و محدوده ها/ کلاسهای نقشه های موضوعی به عنوان زیر معیار در نظر گرفته می شوند.

روش توافق شده در استخراج شاخص DRASTIC با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی بصورت شماتیک در شکل 1 شرح داده شده است : هفت معیار، مربوط به هر یک از نقشه های موضوعی مورد استفاده در روش DRASTIC وجود دارند.

هر یک از نقشه های موضوعی دارای زیر معیارهایی هستند که با مقایسه روبروی آنها، رتبه ها تعیین خواهند شد.

خود معیارها نیز دوبدو با هم مقایسه می شوند تا وزن هر یک از لایه های مزبور تعیین گردد.

واسط گرافیکی کاربر برای AHP واسط گرافیکی کاربر (GUI) برای AHP، توسط زبان Visual Basic طراحی شده و منوی اولیه آن در شکل 2 نشان داده شده است.

این برنامه به کاربر امکان تعریف معیارها و گزینه ها یا زیر معیارها را می دهد که در شکل 3 نشان داده شده است.

هنگامی که تعداد معیارها و زیر معیارها نهایی شوند، به کاربر اطلاع داده می شود که مقادیر موجود در ماتریس مقایسه ای دو بدو را وارد کند، که در شکل 4 نشان داده شده است.

این ماتریس در اصل یک ماتریس معکوس است و هنگامی که کاربر عناصر بالای قطر ماتریس را پر می کند، بطور اتوماتیک مقادیر عناصر پایین قطر ماتریس نیز توسط این برنامه پر خواهند شد.

در نهایت کار بر امکان ذخیره این مجموعه داده ها را خواهد داشت.

با اجرای برنامه روی این مجموعه داده ها، رتبه ها و وزنها تعیین خواهند شد که در پنجره ای جداگانه مطابق شکل 5 به همراه شاخص سازگاری نمایش داده خواهند شد.

اگر شاخص سازگاری کمتر از آستانه معینی نباشد، کاربر می تواند به عقب برگشته تا ماتریس دوبدو را اصلاح کرده و شاخص سازگاری را در محدوده آستانه معین قرار دهد.

سپس به کاربر اطلاع داده می شود که این رتبه بندیها و وزنها را در یک فایل ms-Access ذخیره نماید.

یک برنامه Avenue برای خواندن این رتبه بندیها و وزنهای معیارها نوشته شده است که آنها را به نقشه های موضوعی مرتبط در Arc View وصل می کند.

نتایج هدف از این تحقیق، ارائه یک واسط گرافیکی آسان برای کاربران است که بتوانند با نرم افزار GIS ادغام گردد.

این واسط گرافیکی به کاربران امکان تعریف معیارها و زیر معیارها را می دهد و نیز محاسبه رتبه بندیها و وزنهای این معیارها و زیر معیارها را امکان پذیر می سازد.

ارتباط بین نرم افزارهای MS-Access , Arc view GIS با استفاده از برنامه Avenue برقرار می شود.

انجام تغییرات با برنامه Avenue، وزنها و رتبه های هر یک از لایه ها و جایگزین ها را با استفاده از یک محاسبه گر نقشه، بطور یکنواخت یکپارچه می سازد.

با کمک این رتبه ها و وزنها، شاخص DRASTIC محاسبه می گردد.

شاخص DRASTIC محاسبه شده برای حوزه آبریز بالادست PALAR که نشان دهنده طبقه بندی شاخص آسیب پذیری است.

در شکل 6 نشان داده شده است .

شاخص آسیب پذیری محاسبه شده، باید با داده های زمینی مربوط به کیفیت آب بر مبنای آسیب پذیری خاص و جدائی ناپذیر، تعیین اعتبار شود.

ارتباط با سایر بانکهای اطلاعاتی از طریق ODBC، فقط برای MS-Access فراهم شده و در آینده برای سایر بانکهای اطلاعاتی ارائه خواهد شد.

معیارG1n.....1 G12 G13 1/G12 1 G23 …..

G2n 1/G13 1/G23 1 …..G3n .

1 .

.

1/G1n 1/G2n 1/G3n …..

1معیار مقدار عددیعبارت کلامیشرح1 3 5 7 9 8و6و4و2دارای اهمیت یکسان نسبتاً مهمتر شدیداً مهمتر بسیار شدید مهمتر بی نهایت مهمتر مقادیر میانی مهمدو عنصر دارای اهمیت یکسان با توجه به عنصر سطح بالاتر هستند.

تجربه یا قضاوت، اندکی یک عنصر را مورد توجه قرار می دهد.

تجربه یا قضاوت، شدیداً یک عنصر را مورد توجه قرار می دهد.

برتری یک عنصر در اثر تجربه ثابت شده است.

بالاترین مرتبه برتری یک عنصر نسبت به عنصر دیگر حد وسط مورد نیاز است.