مدل‌سازی مکان‌یابی تغذیه مصنوعی آبخوان کاشان با استفاده از روش‌های آماری، AHP و ملاحظات محیط‌زیستی آبهای زیرزمینی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد /مهندسی منابع طبیعی، گروه آلایندههای محیطزیست، پژوهشکده علوم محیطی دانشگاه شهید بهشتی تهران.

چکیده

مدیریت منابع آبهای زیرزمینی در مناطق خشک و نیمه‌خشک از اهمیت خاصی برخوردار است. عوامل مختلف طبیعی و انسانی در چند دهه اخیر باعث ایجاد شرایط بحرانی و افت سطح آبهای زیرزمینی شده است. در چنین مناطقی تغذیه مصنوعی آبهای زیرزمینی از مهمترین راهکارهای مدیریتی است. هدف از این پژوهش استفاده از AHP و روش‌های آماری (رتبه‌بندی فازی-آماری و بهینه‌سازی پارامترهای مدل تغذیه مصنوعی بر اساس رگرسیون غیرخطی و تحلیل حساسیت) جهت تعیین مناطق مناسب تغذیه مصنوعی آبهای زیرزمینی آبخوان کاشان می‌باشد. در این تحقیق از مدل تغذیه مصنوعی SMAGR بر اساس هفت پارامتر آلودگی آبهای زیرزمینی (GC)، نرخ نفوذپذیری خاک (IR)، قابلیت هدایت هیدرولیکی (HC)، آلودگی خاک (SP)، کاربری اراضی (LU)، شیب توپوگرافی (TS) و سطح آب ایستابی (WT) جهت مکان‌یابی تغذیه مصنوعی آبخوان کاشان و از اضافه کردن لایه خطرپذیری آلودگی آبخوان جهت مکان‌یابی مناطق مناسب تغذیه با ملاحظات محیط زیستی آبهای زیرزمینی استفاده گردید. لایه‌های اطلاعاتی در محیط GIS تهیه، رتبه‌بندی فازی-آماری و به صورت میانگین هندسی با وزن برابر تلفیق گردیدند. در ادامه از تحلیل حساسیت حذف پارامتری جهت تعیین وزن موثر پارامترها و بهینه‌سازی مدل استفاده گردید. بر اساس نتایج بدست‌آمده از روش‌های آماری و بهینه‌سازی مدل حدود 15% و %1/0 از قسمت‌های غربی و جنوبی آبخوان مناسب تا بسیار مناسب تغذیه مصنوعی می‌باشد. همچنین حساسیت این مدل نسبت به حذف پارامترهای آلودگی آبهای زیرزمینی، نرخ نفوذ‌پذیری خاک، قابلیت هدایت هیدرولیکی، آلودگی خاک، کاربری اراضی، شیب توپوگرافی و سطح آب ایستابی به ترتیب با وزن‌های موثر 96/2، 83/2، 41/2، 33/2، 21/2، 07/2 و 89/1 روند کاهشی نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Site Selection Modeling for Artificial Recharge in Kashan Aquifer Using Statistical Methods, AHP and Groundwater Environmental Considerations

نویسنده [English]

  • J. Samadi
M.Sc. Graduate in Natural Resources Engineering, Department of Environmental Pollutants, Researches Institute of Environmental Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran.
چکیده [English]

Management of groundwater resources, especially in arid and semi-arid areas, has great importance. Natural and anthropogenic phenomena in recent decades have caused critical conditions and fall in groundwater table. In such situations artificial recharge of groundwater is amongst the most important management strategies. Purpose of this study is the use of AHP and statistical methods (fuzzy-statistical ranking and parameters optimization of artificial recharge model based on nonlinear regression and sensitivity analysis) to determine suitable areas of artificial groundwater recharge in Kashan aquifer. In this study, SMAGR artificial recharge model was used for site selection artificial recharge in Kashan aquifer based on seven parameters of groundwater contamination (GC), soil infiltration rate (IR), capability of hydraulic conductivity (HC), soil pollution (SP), land use (LU), topographic slope (TS), and water table (WT). Adding layer of aquifer pollution risk was also used for site selection of suitable areas based on considerations of groundwater environmental conditions. The information layers were prepared in GIS environment and the fuzzy-statistical rating was combined based on geometric mean with equal weights. In addition, removal sensitivity analysis was used to determine the effective weight of parameters and to optimize the model. Based on the results obtained from statistical method and optimized model about 15% and 0.1% of the western and southern parts of aquifer are suitable to very suitable for artificial recharge. Also the sensitivity of the model showed a decreasing trend associated to different parameters of removed groundwater contamination, soil infiltration rate, hydraulic conductivity, soil pollution, land use, topographic slope and water table with effective weights of 2.96, 2.83, 2.41, 2.33, 2.21, 2.07 and 1.89, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Site Selection
  • Artificial recharge
  • Kashan aquifer
  • AHP
  • Fuzzy-Statistical rating
  • Sensitivity analysis

Aller L, Bennet T, Leher JH, Petty R, Aller J, Hackett G (1987) DRASTIC: A standardized system for evaluating ground water pollution potential using hydrogeologic settings. E.P.A., Report, No.600/2-87-035, 622p.

Arab ameri A, Ameripoor Z, Kazemi mohsenabadi S, Biglari, MR (2014) Zoning Mashhad watershed for artificial recharge of underground aquifers using TOPSIS model and GIS technique. Global Journal Inc, 14(8): 44-53.

Bize J, Lemoine J, Bourguet L (1972) L'alimentation artificielle des nappes souterraines. Masson et Cie, 160p.

Bouwer H (2002) Artificial recharge of groundwater: hydrogeology and engineering. Hydrogeology Journal 10(1):121-142.

Chowdhury A, Jha MK, Chowdary VM (2010) Delineation of groundwater recharge zones and identification of artificial recharge sites in west Medinipur district, west Bengal, using RS, GIS and MCDM techniques. Environmental Earth Sciences 59(6):1209–1222.

Eastman RJ (2001) Guide to GIS and image processing, Clark University, USA, 144p.

Hendrick JMH, Khan AS, Bannink MH, Birch D, Kidd C (1991) Numerical analysis of groundwater recharge through stony soils using limited data. Journal of Hydrology 127(1-4):173-192.

Kalantari N, Rangzan K, Thigale SS, Rahimi M (2010) Site selection and cost-benefit analysis for artificial recharge in the Baghmalek. Journal of Hydrogeology 18(3):761-773.

Kashan Water Resources Affairs (2011) Groundwater level in Kashan plain. (In Persian)

Lodwick WA, Monson W, Svoboda L (1990) Attribute error and sensitivity analysis of map operations in geographical information systems: suitability analysis. Journal of Geographic Information System 4(4):28-413.

Mahdavi A, Nouri emamzadei MR, Mahdavi najafabadi R, Tabatabaei SH (2011) Identification of artificial recharge sites using fuzzy logic in Shahrekord basin. Water and Soil Science (Science and Technology of Agriculture and Natural Resources) 15(2):63-76 (In Persian).

Mandal NC, Singh VS (2004) A new approach to delineate the groundwater recharge in hard rock terrain. Current Science 87(5):658–662.

Nasiri H, Darvishi boloorani A, Faraji sabokbar AH, Jafari HR, Hamzeh M, Rafii Y (2013) Determining the most suitable areas for artificial groundwater recharge via an integrated PROMETHEE II-AHP method in GIS environment (case study: Garabaygan basin, Iran). Environmental Monitoring and Assessment 185(1):707-718.

Ramesht MH, Arab ameri A, Soltanian M (2012) Zoning Zarand-Saveh watershed for artificial recharge of underground aquifers using ELECTRE method & linear assignment with GIS technique. Global Journal of Human Social Science Geography & Environmental GeoSciences 12(9):23-34..

Rebhun M, Schwarz J, (1968) Clogging and contamination processes in recharge wells. Water Resources Research, 4(6):1207-1217.

Riad PHS, Billib M, Hassan AA, Salam MA, Nour el din M (2011) Application of the overlay weighted model and boolean logic to determine the best locations for artificial recharge of groundwater. Journal of Urban and Environmental Engineering 5(2):57-66.

Samadi J (2015) Assessment of Kashan aquifer-land use composite vulnerability impact on groundwater pollution using DRASTIC method and Degradation model. Iran-Water Resources Research 11(1):13-20 (In Persian).

Samadi J (2016) Spatial-temporal modeling of groundwater level variations of urban and rural areas in Kashan aquifer using GIS techniques. Environmental Science and Technology, 18(2):15p (In Persian).

Samani N, Behrooz S (1997) Optimal distribution of artificial recharge and its stability. In: Proc. 8th International Conference on Rainwater Catchment Systems, Tehran, Iran, 182-189.

Schuh WM (1990) Seasonal variation of clogging of an artificial recharge basin in a northern climate. Journal of Hydrology 121(1-4):193-215.

Singh A, Panda SN, Kumar KS, Shekhar Sharma C (2013) Artificial groundwater recharge zones mapping using remote sensing and GIS: a case study in Indian Punjab. Environmental Management 52(1):61-71.

USDA-SCS (1983) National soils handbook. Title 430, Washington Dc. Government Printing Office.

Vijay prabhu M, Venkateswaran S (2015) Delineation of artificial recharge zones using geospatial techniques in Sarabanga sub basin Cauvery river, Tamil Nadu. 15th International Conference on Water Resources Coastal and Ocean Engineering 4:1265-1274.