عنوان :نحوه استفاده از مدل DRASTIC در آب های زیرزمینی
فهرست مطالب
تعریف مدل دراستیک (DRASTIC)
تاریخچه
انواع درون یابی
تعیین عمق آب زیر زمینی
تهیه لایه تغذیه آب زیر زمینی
تهیه لایه شیب
نحوه جمع کردن لایه ها( تلفیق از طریق اعمال جمع در نرم افزار)
تهیه لایه توپوگرافی
تهیه لایه Soil
وارد کردن اطلاعات از اکسل به نرم فزار
لایه هدایت هیدرولیکی
تهیه نقشه نهایی یا نقشه کردن
مقدمه
توسعه ی روزافزون جوامع بشری و گسـترش فعالیتهای صـنعتی ســهم عمــدهای در آلـودگیهــای محـیط زیســت بــه ویــژه آب دارد (Rahman 2008)بنابراین فعالیتهای انسان در بعضـی از مـوارد بـه توازنهای ظریف موجود در طبیعت آسیب میرساند (Knodel 2007)بعضی از این آسیبها توسـط طبیعـت قابـل جبـران هسـتند.به عبارتی طبیعت قادر است بعضی از خرابیها را ترمیم و محیط خـود را تصفیه نماید(Knodel et al. 2007)
یکی از مهمترین منابع آبی آسیبپذیر در برابر آلودگی،آبخوانها میباشند. این منابع به شکلهای مختلف در معرض آلـودگی قرار دارند که تشخیص و کنترل آلودگی در آنهـا نسـبت بـه آبهـای سطحی مشکل تر تر و پرهزینه است. همچنین به ، دلیل استمرار آلـودگی دراین منابع، بهترین روش جلوگیری از آلودگی آنها، شناسایی منـابع آلوده کننده و مناطق آسیبپذیر تهیه نقشه های پهنه بندی آسیبپذیری و اتخاذ سیاستهای مدیرتی مناسب میباشد ,(Babiker et al. 2005) Knodel et al. 2007)) . اصــطلاح آســیبپــذیر از ی نظــر مفهــومی درهیــدروژئولوژی بــه دو صــورت آســیبپــذیری ذاتــی ((Intrinsic Vulnerability و آسـیبپـذیری ویژه (Specific Vulnerability) (تقسـیم مـیشـود.(Almasri 2008, Gogu & Dassargues 2000) آسیبپذیری ذاتی به امکان آلودگی در یک منطقه بدون در نظر گـرفتن آلاینده خاص اشاره دارد (Almasri 2008)بـه عبـارتی، این نـوع آسیبپذیری به ویژگی ها ی زمین شناسی ، هیدرولوژی و هیدروژئولوژی یک منطقه و فعالیتها ی بشری بستگی دارد و مستقل از ماهیت آلاینده ها اسـت (Gogu & Dassargues 2000). آسیب پذیری ویژه نیز به آسیب پذیری آبهای زیرزمینی نسبت به آلاینده ها یا گروهی خاص از آلاینده ها اشاره دارد که به ویژگیهای آلاینده و ارتباط آن با مولفه های مختلف آسیب پذیری ذاتی بستگی دارد) Dassargues & Gogu ,. روش شاخص حساسیت Index Susceptibility یکی از روشهایی است که برای ارزیابی این نوع آسیب پذیریذاتی مورد استفاده قرار گرفته و در آن آسیب پذیری آبخوان به طور مشخص نسبت به آلاینده های کشاورزی(نیترات) مورد بررسی قرار می گیرد(2007, Hamza )روشهـایی نظیر دراسـتیک (DRASTIC) و سینتکس( SINTACS)به منظور ارزیابی انـوع آسیبپذیری استفاده میشوند(.(Hamza et al. 2007
تعریف مدل
به هر سیستمی که بتواند عکس العمل ذخیره آب زیرزمینی را در مقابل استرس های وارده (تخلیه و تغذیه) نشان دهد مدل آب زیرزمینی گفته می شود. به کار بردن مدل و کنترل نتایج حاصل از آن اصطلاحا شبیه سازی گفته می شود.
علاوه بر این مدل وسیله ای جهت ارائه بیان تفهیمی یا ترسیمی از سیستم های فیزیکی با استفاده از معادلات ریاضی می باشد. به عبارت کلی تر مدل وسیله ای جهت توجیه حقیقت است که با بیان ساده و تفسیر ساده طراحی می شود. به همین ترتیب مدل های آب زیرزمینی نیز توجیهی از حقیقت می باشند و اگر به نحو مطلوبی تنظیم و ساخته شوند، می توانند جهت پیش بینی های لازم به منظور مدیریت بهره برداری از منابع آب مورد استفاده قرار گیرند.
در واقع عبارت مدل سازی اشاره به تهیه مدل های مفهومی و اعمال نرم افزار شبیه ساز (کد کامپیوتری) برای نمایش یک سیستم آب زیرزمینی در مکانی خاص دارد که نتایج به دست آمده تحت عنوان یک مدل یا کاربرد مدل مورد استفاده قرار می گیرد. صحت یک مدل وابسته به میزان شناخت از سیستمی است که مدل در مورد آن اعمال می گردد.
میزان سودمندی و قابل استفاده بودن هر مدل بستگی به آن دارد که معادلات ریاضی تا چه اندازه ای توانسته باشند تقریب درستی از سیستم فیزیکی مد نظر را ارائه نماید یا به عبارتی، تا چه اندازه توانسته باشد واقعیت های موجود در طبیعت را شبیه سازی نماید. به منظور ارزیابی قابل استفاده بودن و سودمندی یک مدل، درک کامل از سیستم فیزیکی و فرضیات بکار رفته بسیار ضروری است.
تقسیم بندی مدل ها
مدل های متعددی جهت مطالعه سیستم های جریان آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته اند. مجموعه مدل های آب زیرزمینی را می توان در سه گروه کلی تقسیم بندی کرد که شامل مدل مخازن ماسه ای یا مدل محیط متخلخل مدل آنالوگ که در برگیرنده مدل های جریان مایعات لزج و مدل های الکتریکی بوده و بالاخره مدل های ریاضی که شامل مدل های تحلیلی و مدل های عددی می باشد.هریک از این مدل ها خواص مکانی و زمانی یک سیستم یا بخش هایی از آن را به صورت فیزیکی و یا ریاضی شبیه سازی می کند.
مدل دراستیک چیست؟
مدل دراستیک نخستین بار در سال 1987 توسط آلر معرفی شد . سپس آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا آنرا در سال 1990 توسعه داد تا به این طریق مدل مذکور به عنوان یک سیستم استاندارد شده جهت ارزیابی پتانسیل آلودگی آبهای زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد.امروزه مدل دراستیک به دلیل قابلیت تهیه یا دسترسی آسان اطلاعات مورد نیاز جهت بکارگیری آن ، در کشورهای زیادی مورد استفاده قرار گرفته و می گیرد.
از آنجایی که سهم بارش در ایران بـه عنـوان کشـوری خشـک و نیمه خشک حدود یک سوم میانگین جهانی میباشد (mm 250،( عملاً در بسیاری از مناطق ایران مهمترین منبع تامین آب مورد نیاز بـرای بخـشهـای کشاورزی، شرب و صنعت آبهای زیرزمینـی مـیباشـد. منـابع آب زیرزمینی به دلیل قرار گرفتن در لایه های زیرین خـاک اگرچـه از حساسیت و آسیب پذیری کمتری نسـبت بـه آبهـای سـطحی در برابر منابع آلاینده گسترده و نقصهای ناشی از فعالیت های انسانی برخوردارند، اما به دلیل عدم سهولت تصفیه در صورت آلوده شدن نیاز به مدیریت مناسبی دارند (2005 Babiker et all )
به همین منظور برای جلوگیری از آلودگی ایـن منـابع آبـی، لـزوم شناسایی مناطق دارای پتانسیل آلودگی و آسـیب پـذیری بـالا در برابر منابع آلاینده دو چندان میگردد. آسیبپذیری شاخصی بدون بعــد اســت و بــه خصوصــیات زمــین شناســی، هیــدرولوژی و هیــدروژئولوژیکی آبخــوان بســتگی دارد Antonakos 2007, Lambrakis . یکی از رایج تـرین روشهـای بـرآورد آسیب پذیری آبخوانهـا، اسـتفاده از روش DRASTIC اسـت که توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا ارائـه شـده اسـت .
تحقیقـات زیـادی پیرامـون ارزیـابی آسیب پذیری آب زیرزمینی با روش DRASTIC در سایر نقاط دنیا نظیر منطقه جیانگین واقع در اطراف رودخانـه یانـگ تسـه و (You-Hailin et al 2011,2012)؛چین پکنWang et al. 2012) )رومانی Gabriela Breabăn & Paiu, ))، آبخـــوان ارزق و ودیکوفرینجـــا واقـــع در اردن ( -Al Adamat et al. 2003; Rakad Taany et al 2013.)، Babiker et al. 2005) ژاپن)، منطقه بنگال غربی و آبخــوان آلیگــاره در هندوســتان (Shahid, 2000 ;2008, Rahman)،تونس Hamza et al. 2007))، منطقه پاکسـتان لاهـور (Malik Muhammad et al. 2015 ) ،برزیـلNober et al 2007))، اسـپانیا Vias et al. 2006 ))، آمریکا (Evans 1990) ،سـوریه(Katta et al. 2010)، ایتالیا (Corniello et al1997) صورت گرفته است. همچنین در ایران نیز روش DRASTIC بـرای ارزیـابی آسیب پذیری آبخوان به طور موردی در دشت بازرگـان و پلدشـت (اصــغری مقــدم و همکــاران، 1388 )، هشــتگرد (آزاد شــهرکی و همکاران 1389 )، داورزن (امیر احمدی و همکاران 1390) ، ملایر (معروفــی و همکــاران، 1391 )، اندیمشــک (اصــفی و همکــاران، 1392 )، خاتون آباد کرمان (نخعـی و همکـاران، 1392 )و نیشـابور (امیراحمدی و همکاران، 1392 )به کار گرفته شده است.
مدل DRASTIC در زمره روش رتبه دهی توصیفی شـاخص-همپوشانی یکی از روشهای ارزیابی آسیب پذیری آبخوان، Subjective Rating (Index and Overlay) Methods)) قراردارد. (دستورالعمل تعیین حریم کیفی آبهای زیرزمینـی ، 1392). اساسا از مدل DRASTIC به شرط داشتن اطلاعـات کـافی از منطقه میتـوان بـه عنـوان پـیش زمینـه ای تئوریـک جهـت بـه کارگیری روشهای مختلف به منظور بررسی ریسک آسیبپذیری آبخوان استفاده کرد. از مزایای این روش این است که الگوریتم ها ی نسبتا سـادهای را فراهم میکنند تا بتوان حجم زیادی از اطلاعات مکانی را تلفیق کرده و به صورت نقشههای شاخص و رده بنـدی آسـیب پـذیری ارائه نمود ((Lindstorm2005 پایه و اساس این روشها بر مبنای منابع بـالقوه و منـابع آلـودگی موجـود در محـیط آبخـوان میباشد. در این مدل هفت پارامتر برآورد میشوند که در سیستم هیدروژئولوژیکی کنترل کننده آلودگی آب زیرزمینی میباشند.
اصولاً روشهای شاخص و همپوشـان از ترکیـب پارامترهـای هیدروژئولوژیک موثّر در انتقال آلودگی به آبهای زیرزمینـی تشـکیل میشوند. در این روشهـا بـرای تعیـین اهمیت نسـبی ، هـر کـدام از پارامترها نسبت به سـایر ین ارزیـابی مـی شـوند . گرچـه ایـن روش هـا فرایندهای موثّر درآلـوده شـدن منـابع آب زیرزمینـی را کـاملاً شـرح نمیدهند ، اما به دلیل ساده بـودن روش و در دسـترس بـودن داده هـا ی مورد نیاز از اهمیت ویـژه ای برخوردارنـد Dassargues2000) &(Gogu . در بیشـتر روشهـای شـاخص و همپوشـان و منجملـه روش دراستیک، باید اطّلاعـات حاصـل از پارامترهـای مختلـف بـه صـورت تلفیقی تجزیه و تحلیل شوند. سامانه ی اطلاعـات جغرافیـایی، بـه دلیـل ویژگیها و تواناییهای خاص خود، نیز میتواند ابـزاری بسـیار مفیـد باشد. این سامانه قابلیت جمـع آوری، ذخیـره سـازی، تجزیـه و تحلیـل همزمان پارامترهای مختلـف را دارد و نمـایش داده هـای مکـانی را در مدت زمان کوتاه فراهم میسازد. هزینه ی کـم، دقّـت محاسـباتی بـالا، استفاده از توابع تحلیلی پیچیده، قابلیت تفکیک طیفی، مکانی و زمـانی قابل توجه و قابلیتهای ویرایشی و بـه هنگـام سـازی سـریع داده هـا، مدلسازی و تهیه ی گزارش به اشکال متعدد از ویژگیهای دیگـر ایـن .سامانه میباشند (. .(Gold 2006, Rahman 2008
همچنین در جهت ارتقا این مدل از مدل شبکه عصبی مصنوعی مانند ANN برای ارائه مدلی با کارایی بیشتر برای آسیب پذیری آبخوان ها استفاده می شود.برای اجرای شیکه عصبی مصنوعی داده های ورودی و خروجی روش DRASTER و مقادیر نیترات مربوط به آن به دو دسته آزمایش و آموزش تقسیم شده و مقادیر شاخص آسیب پذیری که نتایج بدست آمده از روشDRASTIC است با مقدارهای اندازه گیری شده در محل مطالعاتی تصحیح و آموزش مدل با این مقادیر تصحیح شده انجام می گیرد به طوری که ورودی مدل در مرحله آموزش پارامترهای DRASTIC و مقادیر تصحیح شده شاخص آسیب پذیری است .برای اجرای مرحله آزمایش مدل DRASTIC و داده های مربوط به این مرحله به عنوان ورودی در نظر گرفته می شود و شاخص آسیب پذیری آب زیرزمینی به عنوان خروجی برای این نقطه بدست می آید.نتایج بدست آمده با استفاده از غلظت نیترات ارزیابی می شود که به این مدلهای باز سازی شده تا تصیح شده Modified DRASTIC می گویند .
1-عمق آب زیرزمینی Depth of Water
2-تغذیه خالص Net Recharge
3-مواد تشکیل دهنده آبخوان Aquifer Media
4-نوع خاک Soil Media
5-توپوگرافی Topography
6-اثر منطقه غیر اشباع Impact of the Vadose Zone Media
7-هدایت هیدرولیکی آبخوان conductivity of the aquifer
(Butler & lowe 2003)
اهمیت هر یک از این عوامل به طوری است که به هـر کدام از آنها با توجه به پتانسیل آلودگی آنها، ارزشی بین 1 تا 10 نسبت داده میشود.
1 نشاندهنده خطرپذیری کـم و 10 نشـان دهنده خطرپذیری زیاد منابع آب زیرزمینی در برابر منـابع آلاینـده میباشد.
به هر پارامتر براساس استعداد و اهمیت نسـبی در برابـر آلاینده، شرایط حاکم در آن منطقه و خصوصیات هیدروژئولوژیکی یک وزن نسبی از 1 تا 5 اختصاص داده میشـود. بـه مهـمتـرین پارامتر وزن 5 و به کم اهمیت ترین وزن 1 اختصاص پیدا میکند.
Recharge
soil
Aquifer Media
Topography
Vadose zone
Conductivity
Depth of Water
پارامتر های 7 گانه:
نقش پارامترها ی مدل دراستیک در ارزیابی آسیب پذیری آبخوان
عمق سطح ایستابی : هر چه عمق سطح ایسـتابی بیشـتر باشـد زمـان بیشتری طول میکشد تا مواد آلاینده به آبها ی زیرزمینـی برسـند . در نتیجــه در اثــر همکــنش ی هــای طبیعــی از قبیــل تجزیــه شــیمیایی، جذب (Adsorption) و پخش ( Dispersion) امکان پالایش مواد آلاینده افزایش میابد .بنابراین سطوح ایستابی عمیق تر شانس آلودگی کمتری دارند.
تغذیه ی خالص آبخوان: تغذیه عاملی برا ی نفوذ و انتقال آلاینـده هـا به منطقه ی اشباع نظیر میزان تخلخل ،جنس واندازه ذرات و جورشدگی ذرات اشاره دارد کـه میـزان پو یایی و تحـرّ ک آلـودگی و بـه عبـارتی فرایندها ی رقیق ساز ی آلودگی نظیر تجز یه ی شیمیایی ، جذب، پخـش و تاخیر( Retardation ) را کنترل می کند.
محیط خاک : به بخش هـوازده بـالا یی منطقـه ی غیر اشـباع گفتـه میشود که تا حد نفوذ ریشه ی گیاهان ادامـه دارد . ایـن بخـش از نظر فعالیتهای بیولوژیکی و وجود مواد آلی حـائز اهمیـت اسـت و میزان آب نفوذی نیز نفوذ آلاینده ها را به داخل آبخوان کنترل میکند . به طورکلّی هـر قـدر انـدازه ی ذرات تشـکیل دهنـده ی خـاک ریزتـر و نفوذپذ یری خاک کمتر و درصد مواد آلی و ضخامت خاک بیشتر باشد، پتانسیل آلودگی آب زیرزمینی کاهش میابد.
توپوگرافی: به تغییرات شیب سطح زمین اشاره دارد.شیب سطح زمین علاوه برآنکه بر حرکت و نفوذ آبها ی سطحی و آ لا ینده ها در سطح زمین تاثیر میگذارد، بر گسترش خـاک و در نتیجـه بـر میرایـی (Attenuation )آلاینده ها نیز موثر است. بنابراین هرچـه شـیب سطح زمین کمتر باشد زمان تماس آبها ی سطحی و آلاینده ها با سطح زمین بیشتر است و در نتیجه امکان نفوذ آلایندهها بـه داخـل آبخـوان بیشتر می شود.
منطقه ی غیراشباع : شامل قسمت قرار گرفته ما بین سـطح ایسـتابی و محیط خاک میشود که اساساً غیر اشباع بوده و به طور ناپیوسته اشباع میباشد و عبور و رقیق شدن مواد آلاینده را به منطقـه اشـباع کنتـرل میکند. تاثیر منطقه غیر اشباع در آلودگی آبخوان، مشا به محیط خـاک بوده و به نفوذپذ یری مواد تشکیل دهنده و خصوصیات محیط غیراشباع بستگی دارد.
هدایت هیدرولیکی: توانایی مواد تشکیل دهنده ی آبخـوان در انتقـال آب ، هدایت هیدرولوکی نامیده می شود که به درصد فضاهای خالی مرتبط به هم در لایه ی آبدار (تخلخل موثر) بستگی دارد . هـدا یت هیدرولیکی حرکت آلاینده و پخش آن از نقطه ی نفوذ تا رسیدن بـه منطقه ی اشباع کنترل می نماید.بنابرا ین هـر چـه هـدا یت بیشترباشد، امکان جریان یافتن آلاینده ها به آبخوان بیشتر خواهد بود.
هدف مطالعات آسیب پذیری آبهای زیر زمینی ،تهیه نقشه ،تعیین مناطقی با پتانسیل بالای آسیب پذیری است و انتخاب روش برای تهیه نقشه بستگی به داده ها ،موقعیت هیدرولوژیکی ، توزیع،مقیاس و هدف نقشه دارد.نرم افزار ArcGIS به منظور تهیه نقشه بکار گرفته می شود این نرم افزار امکان تلفیق داده ها را مهیا کرده و با استفاده از امکانات تحلیل فضایی لایه های اطلاعاتی بر اساس هفت مولفه DRASTIC ایجاد می شوند. وقتی مولفه های DRASTIC از طریق ArcGIS نمایش داده می شوند
نقشه کاربری اراضی
داده های آزمایش پمپاز
مدل ارتفاعی منطقه (DEM)
نقشه بافت خاک
نقشه زمین شناسی
لاگ حفاری و داده های سطح آب زیرزمینی
D R S A S T I C
1-رسترایز (Rasterize) نقشه ها و تهیه نقشه رتبه دهی پارامتر ها با استفاده از قابلیت reclassify نرم افزار GIS
2-اعمال وزن هر پارامتر و همپوشانی جبری لایه ها با استفاده از قابلیت Raster Calculator و تهیه نقشه آسیب پذیری ذاتی آبخوان
3-اصلاح رتبه بندی و وزن دهی پارامترها
4-همپوشانی لایه ها و تهیه نقشه پهنه بندی آسیب پذیری ویژه آبخوان
5-صحت سنجی و آزمون همبستگی با آلاینده نیترات
مراحل تهیه نقشه آسیب پذیری آب زیرزمینی به روش دراستیک
مدل رستریRaster :رستر شامل مجموعه ای از نقاط یا سلول هایی است که عوارض زمین را در یک شبکه منظم می پوشاند. به طوری که کل سطح گرافیکی نقشه به شبکه ای از سلول های ریز و منظم که پیکسل نیز نامیده می شود، تقسیم می شود.
تهیه لایه های اطلاعاتی با استفاده از GIS تهیه لایه های اطلاعاتی با استفاده از GIS
با توجه به مراحل تهیه مدل دراستیک و با به کارگیری و تجزیه و تحلیل اطلاعات جمع آوری شده از منطقه مورد مورد نظر و ضمن تهیه لایه های اطلاعاتی مورد نیاز و تلفیق آنها در محیط GIS، نقشه پهنه بندی پتانسیل آسیب پذیری آبخوان منطقه مورد نظرتهیه می گردد .
تهیه لایه های اطلاعاتی با استفاده از GIS
با توجه به مراحل تهیه مدل دراستیک و با به کارگیری و تجزیه و تحلیل اطلاعات جمع آوری شده از منطقه مورد مورد نظر و ضمن تهیه لایه های اطلاعاتی مورد نیاز و تلفیق آنها در محیط GIS، نقشه پهنه بندی پتانسیل آسیب پذیری آبخوان منطقه مورد نظرتهیه می گردد .
این لایه ها قابل دانلود و خریداری هستند.
Interpolation(درون یابی):پیش بینی ارزش نقاط نامعلوم براساس ارزش نقاط معلوم که در نقشه چاهها هستند و ارزش آنها عمق آبهای زیرزمینی است و نقاط نامعلوم یعنی هر جایی بر روی نقشه به غیر از نقاط معلوم که انتخاب روش درون یابی بستگی به نوع پراکنش چاهها و فاصله که نسبت به هم دارند انجام می گیرد. برای صحت سنجی بهتر است از نقاط مرجع یا نقشه های مرجع استفاده کنیم.
انواع روشهای متداول درون یابی
1-کریجینگ
2-IDW
3-RDF
1-Table of consonants
2-برای استفاده از این روش نیاز به ابزار Geostatistical Analyst که در بالای صفحه در نوار ابزار طوسی رنگ کلیک راست کرده و آن را انتخاب می کنیم.
روش درون یابی IDW:
3- روی Geostatical Wizard کلیک می کنیم که در این بخش تمام روشهای درون یابی نمایش داده می شود.
IDW(Inverse Distance Weighting)
سپس بخش source Dataset و انتخاب لایه Water 1.
در بخش Data Field هم بخش Water Surface را انتخاب می کنیم و در انتها کلید Next را می فشاریم تا به کلید Finish و در انتها OK برسیم.
روش درون یابی :RBF
برای استفاده از این روش نیاز به ابزار Geostatistical Analyst که در بالای صفحه در نوار ابزار طوسی رنگ کلیک راست کرده و آن را انتخاب می کنیم سپس بخش Geostatical Wizard را کلیک می کنیم که در این بخش تمام روشهای درون یابی نمایش داده می شود. آیکون FBF را انتخاب می کنیم. سپس بخش source Dataset و انتخاب لایه Water 1.
در بخش Data Field هم بخش Water Surface را انتخاب می کنیم و در انتها کلید Next را می فشاریم تا به کلید Finish و در انتها OK برسیم.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنیم قسمتهای آبی رنگ کمترین عمق آب زیرزمینی و قسمت های نارنجی رنگ بیشنرین عمق را نشان می دهد.
دقت این نوع روش درون یابی نسب به IDW کمتر است زیرا بسیاری از نقاطی که در عمق بالا قرار گرفته اند در دسته بندی زرد قرار گرفته است. و یا قسمت هایی که عمق کمی دارد در دسته بندی بالایی قرار گرفته است و نشاندهنده دقیق نبودن روش درون یابی است.
روش Kriging:
برای استفاده از این روش نیاز به ابزار Geostatistical Analyst که در بالای صفحه در نوار ابزار طوسی رنگ کلیک راست کرده و آن را انتخاب می کنیم سپس بخش Geostatical Wizard را کلیک می کنیم که در این بخش تمام روشهای درون یابی نمایش داده می شود. آیکون Kriging را انتخاب می کنیم. سپس بخش source Dataset و انتخاب لایه Water 1.
در بخش Data Field هم بخش Water Surface را انتخاب می کنیم و در انتها کلید Next ( درمرحله اول kriging type را نوع ordinary انتخاب می کنیم ) را می فشاریم تا به کلید Finish و در انتها OK برسیم.
معایب: رنگ آبی که نشان دهنده 7.8-1 است نشان داده نشده . همانطور که در شکل نشان داده می شود نقاط آبی عمقشان 8-1 است ولی در دسته بندی Kriging این بخشها مشخص نشده اند و با رنگی مربوط به عمقی دیگر(13-7.8) نشان داده شده اند.
نتیجه گیری : با توجه به پراکنش و تعداد نقاط مورد مطالعه ،روش IDW از همه ی روش ها با دقت بالاتری خواهد بود.
انجام درون یابی IDW با خروجی بر اساس مرز مطالعه:
ابتدا در بخش Table of Contents تیک روی Inverse Distance weighting رو می گذاریم .سپس برای مشخص کردن مرز مطالعه به قسمت Geoprocessing رفته و دکمه Environment را انتخاب می کنیم. سپس در بخش Processing Extent بخش Extent روی Same As a Layer Marzقرار می دهیم.سپس بخش raster analysis را باز کرده و بخش Mask را روی Marz قرار می دهیم و Cell Size را هم روی Dem می گذاریم چون می خواهیم شیب را استخراج کنیم و مدل خروجی نیز DRASTIC است حتما سایز باید بر اساس DEM باشد ،سپس Ok را می زنیم.
مرحله 1
مرحله 2
مرحله 3
تهیه لایه های اطلاعاتی
1- لایه عمق (D) : با استفاده از آمار و اطلاعات چاه های مشاهده ای ،ابتدا نقشه هم عمق آب زیرزمینی تهیه وسپس با کمک رتبه بندی عمق نقشه رتبه بندی عمق تهیه میگردد( مثال زیر)
ورود اطلاعات :
چاهها
محدوده مورد مطالعه
DEM (مدل رقومی ارتفاع)
بر اساس مقدارهای بدست آمده این اعداد را تغییر می دهیم
تعداد داده ها
سپس با توجه به اطلاعات بخش New Value را ادیت می کنیم
2- تغذیه خالص(R ): برای تهیه نقشه تغذیه خالص دشت، ابتدا مقدار متوسط بارندگی سالیانه(Ra ) و سپس با توجه به مقدار نفوذپذیری خاک(In ) و شیب توپوگرافی مناطق مختلف دشت ، میزان تغذیه خالص تقسیم بندی می شود
ورود اطلاعات:
میزان بارندگی
مقدار مواد نفوذ کننده به زمین
انواع خاک
جریان برگشتی(به آن بخش از آب برداشتی که مصرف نشده و دوباره به مخازن آب-های سطحی و یا زیرزمینی بازمی گردد آب برگشتی گویند مانند شرب، کشاورزی و صنعت).
مرز محدوده
DEM
3- لایه محیط آبخوان(A ): با استفاده از لوگ های حفاری چاههای موجود در محدوده مطالعاتی و نقشه های مقاطع ژئوالکتریک، نقشه نوع و جنس محیط آبخوان تهیه و با توجه به رتبه محیط آبخوان نقشه رتبه بندی محیط آبخوان تهیه می شود :
ورودی اطلاعات:
سنگ شناسی لایه های حفاری شده
در نظر گیری چندین چاه نمونه
مرز محدوده
DEM
از قسمت سرچ به بخش Reclassify رفته گزینه spatial را انتخاب و بخش Input را لایه ساخته شده قرار می دهیم و بخش Reclassify را Value قرار می دهیم و برای تغییر New Value بخش classify را کلیک و عدد مورد نظررا قرار می دهیم و Ok را می زنیم.
4- لایه محیط خاک(S ): با استفاده از لوگ حفاری چاههای نقشه نوع و جنس خاک تا عمق 2 متری تهیه و سپس با توجه به رتبه بندی این پارامترنقشه مورد نظر تهیه می گردد:
ورودی اطلاعات:
لایه های خاک تولید شده توسط طرح مدیریت آبخوان ساحلی( CAMP2000)
مرز محدوده
به بخش سرچ رفته و کلمهReclassify را سرچ می کنیم گزینه spatial analyst را انتخاب می کنیم بخش Redass Field را در وضعیت Name می گذاریم و اسامی را چک می کنیم سپس برای کمی کردن نام ها آن را روی Value میگذاریم سپسNew Value را شبیه به Old Value می نویسیم .
5- لایه شیب(T ) : برای تهیه نقشه شیب از نقشه رقومی توپوگرافی منطقه با مقیاس 1:25000 به همراه نقاط ارتفاعی کمکی مربوط به چاه های مشاهده ای استفاده می شود.ابتدا نقشه رستری توپوگرافی و سپس به کمک آن نقشه رستری درصد شیب تهیه و درنهایت با استفاده از رتبه بندی این پارامترنقشه رتبه بندی شیب با اندازه تهیه می گردد :
ورود اطلاعات:
مرز محدوده
DEM
در بخش سرچ گزینه Reclassify سپس گزینه spatial و طبق شکل زیر عمل می کنیم.
– لایه منطقه غیر اشباع(I ): با استفاده از لوگ های حفاری چاه ها و نقشه های مقاطع ژئوالکتریک دشت , نوع و جنس مواد تشکیل دهنده منطقه غیراشباع مشخص و با توجه به جدول رتبه بندی مربوط به منطقه غیر اشباع نقشه مورد نظر تهیه می گردد.
ورود اطلاعات
سنگ شناسی لایه های حفاری شده
در نظر گرفتن چاههای مطالعه
مرز محدوده
DEM
7- لایه هدایت هیدرولیکی(C ): ابتدا نقشه رستری ضریب قابلیت انتقال (با استفاده از داده هایT نقاط مختلف) نقشه رستری ضخامت اشباع (از تفریق نقشه رستری هم ضخامت آبرفت به نقشه هم عمق سطح آب) را بدست آورده و و سپس از تقسیم نقشه ضریب قابلیت انتقال بر نقشه ضخامت آبخوان، نقشه رستری هدایت هیدرولیکی بدست آمده ودر نهایت با توجه به رتبه بندی محدودهای هدایت هیدرولیک نقشه رتبه بندی هدایت هیدرولیکی بدست می آید.
ورود اطلاعات:
تست آبکشی
در نظر گرفتن تعدادی چاه
مرز محدوده
DEM
تلفیق لایه ها و تهیه نقشه آسیب پذیری
پس از تهیه هفت لایه مورد نیاز برای استفاده از مدل دراستیک، باید روش مدل سازی و تلفیق این لایه ها را انتخاب کرد(مانندهمپوشانی شاخص ها) در تلفیق لایه ها
جهت اینکار باید نکات زیر را در نظر گرفت:
1) تمامی لایه های ساخته شده بصورت رستر باشند.
2) اندازه پیکسل ها در همه لایه ها یکسان باشد.
3) تمامی لایه ها در یک سیستم مختصات مشابه تهیه شوند.
تلفیق لایه ها با جمع کردن ارزش عددی هر پیکسل با پیکسل متناظر آن در لایه های دیگر و توسط نرم افزار انجام می شود.
همانطور که قبلاً اشاره شد، ارزش عددی داخل هر پیکسل از حاصلضرب رتبه در وزن لایه حاصل می شود. در این مدل، رتبه عددی بین 1 تا 10می باشد. رتبه بندی صورت گرفته نسبی بوده و با نظر کاربر تعیین می شود ومقدار عددی آن در یک لایه محدودیتی ندارد ولی دامنه کلی آن باید برای همه لایه ها یکسان باشد (مثلاًاز 1 تا 10). نحوه رتبه بندی یا امتیاز دهی برای تمامی لایه ها باید به گونه ای باشد که با واقعیت فیزیکی ارتباط منطقی داشته باشد. برای مثال، در مورد لایه عمق(D ) به عمق 0-2 متر امتیاز 10 و به عمق بیشتر از 30 متر امتیاز یا رتبه 1 داده می شود و بیانگر این است که امکان نفوذ در عمق 2-0 متر بیشتر از عمق بالاتر از 30 متر است.
در هر لایه مشخص، وزن تمامی پیکسل ها مقداری ثابتی است که درجه اهمیت لایه ها را نسبت به یکدیگر نشان می دهد. به عنوان مثال، وزن لایه نیمه اشباع برابر 5 و وزن لایه توپوگرافی برابر 1 می باشد که بیانگر این است که تاثیر لایه نیمه اشباع پنج برابر تاثیر لایه توپوگرافی است. با تلفیق لایه ها،شاخص دراستیک برای هر پیکسل طبق رابطه زیر محاسبه می شود:
1
2
وزن های نسبت داده شده به پارامتر های هفت گانه دراستیک
GDR یا میرایی=متوسط ضخامت سفره(متر) متوسط نسبت به افت آبخوان در ده سال اخیر(متر) ×3/2
در رابطه بالا، حروف بزرگ نشان دهنده نام لایه، اندیسw وزن لایه و اندیسr رتبه لایه می باشد. شاخص دراستیک به عنوان بخشی از مطالعات هیدروژئولوژیکی می تواند در مقیاس محلی و یا زمانیکه اطلاعات زیادی از منطقه مورد مطالعه در دسترس باشد، بسیار دقیق محاسبه شود.
بطور کلی، شاخص دراستیک دارای عددی بین23 تا 230 می باشد و در نهایت، با رتبه بندی شاخص دراستیک طبق جدول زیر نقشه آسیب پذیری منطقه مورد نظر ایجاد می شود.
رتبه بندی شاخص دراستیک
شاخص دراستیک رتبه
71-23 بدون ریسک
121-72 آسیب پذیری کم
170- 122 آسیب پذیری متوسط
230-171 آسیب پذیری زیاد
نمونه ای از نقشه آسیب پذیری تهیه شده بر اساس شاخص دراستیک
صحت سنجی مدل
در مبحث همپوشانی لایه ها، از تلفیق هفت لایه وزن دار اطلاعاتی، شاخص دراستیک و متعاقب آن نقشه آسیب پذیری منطقه تهیه شد. از آنجائیکه نسبت وزن های در نظر گرفته شده برای لایه ها متفاوت است لذا، داشتن معیاری برای مقایسه و تایید ترکیب ارائه شده ضروری است. طبق تئوری اولیه مدل دراستیک، وزن های موردنظر برای یون نیترات کالیبره شده است و می توان این کالیبراسیون را برای مناطق دیگر نیز بکار برد . در صورتیکه غلظت یون نیترات در نقاطی با پراکندگی مناسب و برای یک دوره زمانی مشخص در دسترس باشد می توان مرحله صحت سنجی را در محدوده مورد مطالعه انجام داد.
با تعیین محل پراکندگی نقاط ذکر شده بر روی نقشه محلی و با انطباق نقاط فوق بر نقشه شاخص دراستیک مشخص می گردد که آیا نقاطی که مثلاً دارای نیترات بالا هستند در محدوده با استعداد آلودگی کم قرار نگرفته اند یا نه ، که این می تواند دقت و صحت مدل را مورد تایید قرار دهد
– جهت بررسی دقیق تر مدل،صحت سنجی آن از نظر آماری نیز مورد بررسی قرار می گیرد. محاسبه دقت مدل از نظر آماری به این صورت انجام می گیرد که برای هر یک از نقاط دارای مقدار نیترات معلوم، عدد دراستیک آن نقطه را با توجه به نقشه شاخص محلی دراستیک تعیین کرده و با تقسیم غلظت نیترات بر عدد دراستیک، یک نسبت ثابت بدست می آید. هر چه نسبت ذکر شده در نقاط مختلف محدوده مورد مطالعه به هم نزدیک تر باشد دقت مدل بیشتر است.
نمونه نقشه پهنه بندی غلظت نیترات
پراکندگی نقاط با غلظت معلوم برروی نقشه آسیب پذیری منطقه
از مزیـتهای این روش می توان انــدک بودن نسبی داده های لازم، سهولت حصول دادهها، دقّت آماری، هزینه ی کم و اسـتفاده در منـاطق وسـیع را نـام بـرد .(Aller et al. 1987, Rosen 1994)عـلاوه بـر مزایای ذکر شده، روش دراستیک دارای نواقصی نیـز مـیباشـد. بـرای مثــال، برخــی از فاکتورهــای مهــم علمــی، نظیــر ظرفیــت جــذب و رقیـقسـازی، زمان انتقال Travel time) )مستقیماً در شاخص نهایی نقش ندارنـد(Rosen 1994) همچنین، ایـن روش، آسـیبپـذیری سـفره هـای متخلخـل را در مقایسه بـا سـفره هـای حاصـل از شکسـتگیبیشـتر بـرآورد مـیکنـد اگر چه در این روش انتخاب پارامترهای زیاد و مرتبط به هم، احتمال نادیده گرفتن برخی از پارامترهای مهم را کاهش میدهد و نیـز تاثیر خطاهای اتفاقی در محاسبه ی یک پـارامتر را محـدود کـرده و درنتیجه دقّت آماری مدل افرایش مـییابـد امـا ممکـن است بعضـی از پارامترهـای حسـاس کـه در آسـیبپـذیری آبهـای زیرزمینی تاثیر بیشتری دارند، تحت تاثیر دیگر پارامترهـای مربـوط بـه آسیبپذیری در شاخص نهایی (Final index)تغییر کننـد( Zoporozec 1994)
مزایا و معایب مدل دراستیک
منابع
Aller L, Bennett T, Lehr J. H, Petty R. J, &Hackett G. DRASTIC: A Standardized System for Evaluating Ground Water Pollution Potential Using Hydrogeological Settings. Ada Oklahoma: U.S. Environmental Protection Agency. 1987
Assessing Groundwater Vulnerability: DRASTIC and DRASTIC-Like Methods: Alina Barbulescu
https://slideplayer.com/slide/4458954/
صغری مقدم، ا.؛ ندیری، ع.؛ پاک نیا، ؛ " ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت بستان آباد با استفاده از روش DRASTICو ،"SINTACSمجله علمی پژوهشی هیدروژئومورفولوژی، شماره ،8پاییز ،1395ص .2
ارزیابی و پهنه بندی آسیب پذیری آبخوان دشت فارسان – جونقان نسبت به آلودگی بااستفاده ازشاخص DRASTIC در محیط GIS