بررسی قابلیت منابع آب زیرزمینی در سازند کارستی کوه خورین کرمانشاه با تکنیک GIS و روش‌های ژئوفیزیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه جغرافیای دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

2 استادیار گروه ژئوفیزیک دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

3 کارشناس ارشد هیدروژئومورفولوژی دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

با توجه به ضرورت و اهمیت وجود آب به‌عنوان یک منبع حیاتبخش و به‌دلیل افزایش جمعیت و نیاز روزافزون به این منبع، تأمین آب مورد نیاز برای مصرف شرب، کشاورزی و صنعتْ یکی از دغدغه‌های جهان امروز محسوب می‌شود. کارست را می‌توان منبع مناسبی برای تأمین آب در نظر گرفت .مطالعات و پژوهش‌های منابع آب کارستیک، به‌علت محدودیت منابع آبرفتی از نظر کیفی و کمی و به‌علت گسترش وسیع سازندهای کارستی در سطح کشور، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. منطقۀ آهکی خورین، در شمال‌غرب شهر کرمانشاه قرار دارد. عمدۀ آب سکونتگاه‌های اطراف این منطقه و تالاب هشیلان را چشمه‌ها، سراب‌ها و آبخوان‌های کارستی این کوهستان تأمین می‌کنند. در این پژوهش، با استفاده از الگویFuzzy Logic/AHP و به‌کارگیری هشت معیار مؤثر، نقشۀ پهنه‌بندی پتانسیل منابع آب کارست منطقه تهیه شده است. سپس برای حصول اطمینان از پهنه‌های به دست آمده، این پهنه‌ها با عملیات میدانی و روش‌های ژئوفیزیکی ارزیابی شده‌اند. نتایج نقشۀ تهیه‌شده با الگوی منطق فازی نشان داد که دامنۀ جنوبی کوه خورین و اطراف تالاب هشیلان، نسبت به دامنۀ شمالی آن دارای قابلیت نفوذ و پتانسیل منابع آب کارستی بیشتری است. برای صحت‌سنجی این امر، عملیات صحرایی و برداشت داده‌ها به‌روش سونداژ الکتریکی قائم در دو پروفیل جداگانه، در دامنۀ جنوبی و شمالی کوه خورین انجام شد. وجود منبع آبی غنی، با کیفیت مناسب در بخش میانی مقطع دامنۀ جنوبی و نبود منابع آب، با کمیت و کیفیت مناسب در دامنۀ شمالی، صحت نتایج پهنه‌بندی الگوی Fuzzy Logic/AHP را تأیید کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Investigation of Groundwater Resource Potential In karst Formation of Kermanshah Khorin Mountain Using GIS Technique and Geophysical Methods

نویسندگان [English]

  • Amjad Maleki 1
  • Mohsen Oveisy 2
  • Arezoo Bagheri 3
1 Associate Professor, Razi University of Kermanshah, Iran.
2 Assistant Professor, Razi University of Kermanshah, Iran.
3 M A, Razi University of Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Considering the necessity and importance of the existence of water as a living resource, and at the same time, increasing population and the growing need for this source, providing water for drinking, agricultural and industrial purposes is one of the serious challenges in today’s world. The Karst can be a good source for water supply. The studies and researches of Karst water resources, due to limited alluvial resources in terms of quality and quantity and due to the wide expansion karst formations in the country, have particular importance. Khorin limestone is located in the northwest of Kermanshah city, where the main waters of the settlements around this area and the Hashilan lagoon are provided by the springs, Mirage and karst aquifers of this mountain.  Therefore, in this study using the Fuzzy Logic / AHP model and employing eight effective criteria, the zoning map of potential Karst water resources of region was prepared. Then, to ensure the obtained areas, they were evaluated by field operations and geophysical methods. The results of the plot prepared with the fuzzy logic model showed that the southern ridge of Khorin and around the Hashilan lagoon had the capability and the potential of more Karst water resources. In order to validate this work, field operations and data collection was performed by vertical electrical sounding method in two separate profiles in the southern and northern slopes of the Khorin Mountain. The presence of a rich source of high quality water in the middle section of the southern slope and the lack of water resources in the northern slope confirmed the accuracy of the zoning results by the Fuzzy Logic / AHP model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Karst Groundwater
  • Fuzzy Logic/AHP Model
  • Geophysics
  • Kermanshah
  • GIS

مقدمه

واژۀ کارست، مجموعه‌ای از فرآیندهای زمین‌شناسی و پدیده‌های حاصل از انحلال سنگ‌هاست که با تشکیل بازشدگی‌ها، تخریب و تجزیۀ ساختمان و وضعیت سنگ‌ها، ایجاد نوع ویژه‌ای از رژیم گردش آب، نوع خاص توپوگرافی منطقه و بلاخره رژیم خاص شبکۀ زِه‌کِشی عیان می‌شود (آغاسی، 1378). تقریباً 25درصد از جمعیت جهان، آب مورد نیاز خود را از آبخوان‌های کارست تأمین می‌کنند. بسیاری از شهرها و روستاهای کشور، به‌شدت به منابع آب کارست وابسته‌اند. به‌‌طوری که 80 درصد از منابع آب غرب کشور از منابع آب کارست تأمین می‌شود (افراسیابیان، 1372).

سفره‌های آب کارستی کوه خورین، واقع در
36 کیلومتری شمال‌غرب شهر کرمانشاه نقش مهمی در تأمین تالاب هشیلان و آب روستاهای اطراف برای مصرف شرب و کشاورزی دارد؛ بنابراین این ویژگی، ضرورت پژوهش حاضر یعنی شناسایی مناطق مستعد تغذیۀ سفره‌های کارستی و مکان‌های دارای پتانسیل این منابع با الگوی Fuzzy Logic/AHP را توجیه می‌کند. در بیشتر پهنه‌بندی‌ها با موضوعات مختلف از جمله پتانسیل‌یابی منابع آب زیرزمینی کارست، به نقشه‌های حاصل از الگو‌های فوق اکتفا شده است؛ این نقشه‌ها کمتر با مطالعات میدانی و روش‌های ژئوفیزیکی صحت‌سنجی شده‌اند؛ اما در پژوهش حاضر با توجه به اهمیت موضوع، نقشۀ خروجی به‌‌وسیلۀ عملیات صحرایی و روش‌های ژئوفیزیکی ارزیابی شده‌اند که این امر سبب اعتماد بیشتر به نقشۀ حاصل و دسترسی به منابع آب زیرزمینی کارستی است.

 

پیشینۀ پژوهش

با توجه به اهمیت مناطق کارستی در تغذیۀ منابع آب زیرزمینی، تحقیقات نسبتاً جامعی در رابطه با منابع آب کارست در جهان، ایران و به‌خصوص زاگرس انجام گرفته است:

سریوستاوا و بهاتاچاریا[1] ) 2006) در مقاله‌ای با استفاده از سنجش از دور، GIS و روش مقاومت ویژۀ الکتریکی در منطقۀ Bargarh هند، به بررسی آب‌های زیرزمینی پرداختند. در این مطالعهْ از عوامل سطحی، هیدرولوژیکی و مطالعات ژئوالکتریک به‌‌طور هم‌زمان استفاده شد. نتایج نشان داد پهنه‌های دارای آب زیرزمینی با مناطق مشخص‌شده به‌روش مقاومت ویژۀ الکتریکی تطابق خوبی دارند.

میشرا و همکاران[2] (2010) با استفاده از داده‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، لایه‌های زمین‌شناسی، کاربری اراضی و مشخصات ژئومورفیک، پتانسیل منابع آب زیرزمینی در حوضۀ رودخانۀ Bahama در چین را تعیین کردند.

رادر و اندرابی[3] (2012) به‌منظور پژوهش بر روی آب‌های زیرزمینی در منطقۀ Allahabad از تلفیق الگوی منطق فازی و تکنیک GIS استفاده کردند و با ایجاد ده نقشۀ موضوعی و ترکیب آن‌ها، مناطق دارای پتانسیل آب زیرزمینی را مشخص کردند.

کمار و همکاران[4] (2013) در مطالعه‌ای، محدوده‌های بالقوۀ دارای آب زیرزمینی در حوضۀ رودخانۀ Khoh را با استفاده از سنجش از دور، GIS و الگوی منطق فازی تعیین کردند. در این پژوهش از داده‌های زمین‌شناسی، زِه‌کِشی، خطواره‌ها، شیب، کاربری اراضی و ژئومورفولوژی استفاده شده است. نتایج نشان داد که 40درصد از منطقه، دارای ظرفیت عالی منابع آب زیرزمینی است.

وایکار و نیلاوار[5] (2014) در مقاله‌ای، با ادغام داده‌های سنجش از دور و تکنیک GIS، مناطق بالقوۀ آب زیرزمینی در منطقۀ Charthana در هند را بررسی کرده‌اند. نتایج مطالعۀ آن‌ها نشان داد که محدودۀ با پتانسیل عالی منطبق بر مناطق پست مرکزی و محدودۀ با پتانسیل ضعیف منطبق بر ارتفاعات، حاشیۀ منطقه هستند.

سنتیل کمار و شانکار [6](2014) در مطالعه‌ای با استفاده از تکنیک GIS و داده‌های زمین‌شناسی، ژئومورفولوژی، هیدرولوژی، خاک، کاربری اراضی و زِه‌کشی، گنجایش منابع آب زیرزمینی در منطقۀ Tamil Nadu در هند را تعیین کرده‌اند.

سجاد و همکاران[7] (2014) در مقاله‌ای مناطق بالقوۀ آب زیرزمینی در حوضۀ آبریز Dudhganga در هند را با استفاده از اطلاعات سنگ‌شناسی و توپوگرافی، خصوصیات ژئوفیزیکی و روابط متقابل آن‌ها را بررسی کردند. نتایج کار آن‌ها نشان داد که مناطق دشتی حوضۀ آبریز می‌توانند در برنامه‌ریزی مدیریت منابع آب، مفیدتر باشند.

علاوه بر موارد فوق، سنر و همکاران[8] (2005) در ترکیه، دیبی و همکاران[9] (2010)، گوپتا و سریوستاوا[10] (2010) و پریجا و همکاران[11] (2011) در هند در زمینۀ پتانسیل‌یابی منابع آب زیرزمینی مطالعات دیگری انجام داده‌اند؛ این مطالعات با استفاده از سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی صورت گرفته است.

محمودی و ملکی (1380) در مقاله‌ای تحول کارست و نقش آن در منابع آب زیرزمینی در ناهمواری‌های بیستون – پرآو را بررسی کردند. نتایج مطالعه نشان داد که تکتونیک، زمین‌شناسی و اقلیم گذشته، باعث تحول و توسعۀ اشکال کارست در منطقۀ مذکور شده است و این اشکال نقش زیادی در تأمین منابع آب زیرزمینی منطقه دارند.

عادلی و همکاران (1391) در مطالعه‌ای، با استفاده از Gis و الگوی Fuzzy Logic/AHP، به بررسی منابع آب زیرزمینی شهرستان گرگان پرداخته‌اند. در این پژوهشْ از داده‌های زمین‌شناسی، کاربری و پوشش اراضی، شیب، خاک، خطواره‌ها، پیزومترها و ژئومورفولوژی استفاده شد. پس از تهیۀ نقشۀ پهنه‌بندی، نتایج حاصل با لایۀ مستقل مربوط به داده‌های پیزومتری ارزیابی شدند.

علاوه بر موارد ذکر شده، محمدی و همکاران (1385)، رحیمی (1389)، حسینی و طباطبایی (1391) و یوسفی سنگانی و همکاران (1393) نیز به کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی، در زمینۀ پتانسیل‌یابی منابع آب زیرزمینی، مطالعاتی انجام داده‌اند.

با توجه به مطالعات فوق، در ارتباط با شناسایی منابع آب کارست با استفاده ازتکنیک GIS و روش‌های ژئوفیزیکی، پژوهش‌های متعددی به‌صورت جداگانه صورت گرفته است. اما تاکنون در ایران، از تلفیق این دو روش به‌منظور پتانسیل‌یابی سفره‌های آب کارستی استفاده نشده است. بنابراین در این پژوهش، در مرحلۀ اول به کمک الگوی Fuzzy Logic/AHP، نقشۀ پهنه‌بندی گنجایش منابع آب کارست منطقه تهیه و پهنه‌های مساعد و نامساعد آب کارست شناسایی شد.

در نهایت با عملیات صحرایی و روش مقاومت ویژۀ الکتریکی، مناطق مساعد و نامساعد از لحاظ قابلیت منابع آب کارست ارزیابی شد.

 

معرفی منطقۀ پژوهش

منطقۀ دردست مطالعه، تودۀ آهکی خورین که بخشی از زاگرس رورانده در مغرب ایران است که در 36 کیلومتری شمال‌غرب شهر کرمانشاه با مساحت 94173962 متر مربع با روند شمال‌غربی – جنوب‌شرقی قرار گرفته است.( شکل 1)

 

 

شکل 1. موقعیت منطقۀ خورین دراستان کرمانشاه

 

 

این محدوده از نظر موقعیت جغرافیایی، بین عرض‌های '34 ˚34 تا '39 ˚34 درجۀ شمالی و طول‌های '45 ˚46 تا '58 ˚46 درجۀ شرقی واقع شده است که حداقل و حداکثر ارتفاع آن به‌ترتیب 1302 و 2503 متر و ارتفاع متوسط آن از سطح دریا 1902 متر است. منطقۀ خورین، بخشی از حوضۀ آبریز قره‌سو است که از شمال به حوضۀ رازآور و از جنوب به حوضۀ مِرِگ محدود می‌شود. از نظر توپوگرافی نیز، از سه واحد کوهستان، پای‌کوه و دشت تشکیل شده است. از لحاظ زمین‌شناسی، واحدهای لیتولوژی منطقه شامل آهک بیستون، آهک سیلیسی، سنگ آهک کرمانشاه، نهشته‌های رسوبی و آهک سفید تراورتن می‌باشد. این منطقه از نظر اقلیمی، دارای آب و هوای معتدل مدیترانه‌ای است که متوسط بارش سالانۀ آن 447 میلی‌متر و متوسط درجۀ حرارت آن 5/14 درجۀ سانتی‌گراد می‌باشد.

 

مواد و روش‌های پژوهش

مواد پژوهش

در این پژوهش، از نقشۀ توپوگرافی قلعه‌شاخانی با مقیاس 1:50000، نقشۀ زمین‌شناسی کامیاران با مقیاس 1:100000 و نقشۀ الگوی رقومی ارتفاع منطقه (DEM)، برای تهیۀ لایه‌های اطلاعاتی استفاده شده است. همچنین از GPS برای تعیین موقعیت ریاضیِ اشکال کارست و تعیین دقیق موقعیت سونداژها در روش ژئوالکتریک و از دستگاه Axon برای اندازه‌گیری مقاومت ویژۀ الکتریکی منطقه و ارزیابی نقشه‌های حاصل، استفاده شده است.

نرم‌افزارها

1. Arc Gis9.3: به‌منظور رقومی‌کردن و تهیۀ لایه‌های مورد نیاز، تجزیه و تحلیل و در نهایت تهیۀ نقشۀ پهنه‌بندی

2. Expert Choice: برای مقایسۀ زوجی معیارها و استخراج وزن نهایی آن‌ها در الگوی AHP

3. Google Earth: به منظور مشاهدۀ کلی منطقه، ترسیم لایه‌ها و تعیین محل پروفیل‌ها در عملیات صحرایی

4. نرم‌افزارVES: به‌منظور تفسیر داده‌های برداشت‌شده با روش ژئوفیزیکی (سونداژ الکتریکی قائم[12])

5. نرم‌افزارAuto Cad : برای ترسیم نتایج حاصل از منحنی‌های سونداژ الکتریکی قائم

روش پژوهش

پژوهش حاضر در دو مرحله، به‌شرح زیر انجام شده است:

3- 1- مرحلۀ اول: تهیۀ نقشۀ پهنه‌بندی گنجایش منابع آب کارستِ منطقه با استفاده از الگویFuzzy Logic/AHP

3- 2- مرحلۀ دوم: ارزیابی پهنه‌های مشخص‌شدۀ حاصل از الگوی منطق فازی، به‌‌کمک عملیات صحرایی و روش سونداژ الکتریکی قائم در مدت یک ماه کار میدانی

‌در مرحلۀ اول، برای تهیۀ نقشۀ پهنه‌بندی ظرفیت منابع آب کارست منطقۀ خورین، با استفاده از پارامترهای محیطی، ابتدا هشت عامل مرتبط شامل: تحول اشکال کارست، لیتولوژی، فاصله از محل برخورد گسل‌ها، فاصله از گسل‌ها، شیب توپوگرافی منطقه، تراکم طول گسل‌ها، فاصله از محل چشمه‌ها و جهت شیب ساختمانی لایه‌ها شناسایی شدند. تمامی لایه‌ها با سیستم زمین مرجع یکسان (UTM:WGS1984,ZONE 38N) با مقیاس مشترک و Cellsize یکسان (50×50) در محیط Gis Arc آمادۀ پردازش و ارزیابی قرار گرفت. پیش از اجرای الگوی منطق فازی، باید برای هر یک از لایه‌های اشاره‌شده در بالا، تابع عضویت تعیین شود. بدین منظور ابتدا رابطۀ هر یک از پارامترها با گنجایش منابع آب کارست منطقه، بررسی شد که توابع مربوط به آن‌ها در شکل (2) ارائه شده است. به‌عنوان نمونه، عامل تحول اشکال کارست با منابع آب زیرزمینی رابطۀ مستقیم دارد؛ زیرا با افزایش درجۀ تحول اشکال کارستی، تغذیه آبخوان‌ها و به‌تبع آن گنجایش منابع آب کارستِ منطقه افزایش می‌یابد. در نتیجه، تابع مربوط به این عامل، یک تابع خطیِ افزایشی است.عامل فاصله از گسل‌ها، از دیگر پارامترهای مؤثر در تغذیه آبخوان‌های کارستی منطقه است که با افزایش فاصله از آن‌ها، ظرفیت منابع آب زیرزمینی کاهش می‌یابد. بنابراین تابع مربوط به این عامل، یک تابع خطی کاهشی است. سپس با توجه به توابع مشخص‌شده برای معیارها، با استفاده از فرمول‌نویسی در محیط Arc Gis 9/3، هر کدام از لایه‌ها فازی شده و بر اساسِ روابط زیر، در طیف عددی صفر تا یک قرار گرفتند.

 

          تابع خطی افزایشی                         

                  تابع خطی کاهشی                          

در این رابطه u(x) درجۀ عضویت فازی، a کوچک‌ترین عضو مجموعه و b بزرگ‌ترین عضو مجموعه است.

 

شکل 2.الگوی توابع فازی هر یک از معیارهای مؤثر(1. اشکال کارست؛ 2. لیتولوژی؛ 3. فاصله از محل برخورد گسل‌ها؛ 4. فاصله از محل گسل‌ها؛ 5. شیب توپوگرافی؛ 6. تراکم طول گسل‌ها؛ 7. فاصله از محل چشمه‌ها؛ 8. جهت شیب ساختمانی لایه‌ها

 


در این مرحله از پژوهش، از میان الگو‌های تصمیم‌گیری چند معیاره، روش تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) به‌عنوان الگوی قابل استفاده برای وزن‌دهی معیارها انتخاب شد. با جمع‌آوری نظرات کارشناسی، ارزش و اهمیت هر کدام از معیارها به‌منظور ارزیابی ظرفیت منابع آب کارست منطقه، نسبت به هم مشخص و ماتریس مقایسۀ زوجی معیارها تشکیل شد. سپس با استفاده از نرم‌افزار Expert Choice که اصول آن بر اساس الگوی AHP استوار است، وزن هر کدام از معیارها و نرخ ناسازگاری به‌دست آمد.

نرخ ناسازگاری در روش تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP)، شاخصی است که سازگاری مقایسه‌ها را نشان می‌دهد. این نرخ، نشان‌دهندۀ میزان صحت و دقت ارزش‌گذاری‌ها در مقایسه‌های زوجی است. چنانچه نرخ مذکور برابر یا کمتر از 1/. باشد، می‌توان ارزش‌گذاری‌ها و مقایسه‌ها را صحیح دانست. در غیر‌این‌صورت، باید در مقایسه‌ها تجدید نظر به عمل آورد (قدسی‌پور، 1390).

در ادامه با تلفیق الگوی AHP و Fuzzy Logic، تمامی لایه‌های استانداردشده در هر یک از وزن‌های حاصل از الگوی تحلیل سلسله‌مراتبی ضرب شد.

 

لایه وزن‌دار فازی،  وزن هریک از معیارها در الگوی AHP و  تابع فازی هر یک از لایه‌هاست (شکل 3).


جدول 1. ماتریس ارزش‌گذاری معیارها در الگوی  AHPو نرخ ناسازگاری

جهت شیب ساختمانی

حریم چشمه

تراکم طول گسل

شیب توپوگرافی

حریم گسل

حریم برخورد گسل

لیتولوژی

اشکال کارست

معیارها

024/0

033/0

048/0

071/0

105/0

157/0

231/0

331/0

وزن معیارها

نرخ ناسازگاری    03/.

 

   
   
   
   

شکل 3.لایه‌های وزن‌دار فازی(1. اشکال کارست؛ 2. لیتولوژی؛ 3. فاصله از محل برخورد گسل‌ها؛ 4. فاصله از محل گسل‌ها؛ 5. شیب توپوگرافی؛ 6. تراکم طول گسل‌ها؛ 7. فاصله از محل چشمه‌ها؛ 8. جهت شیب ساختمانی لایه‌ها)

 

سپس عملگرهای ضرب جبری1، جمع جبری2 و گامای فازی3 بر روی لایه‌ها اجرا شد و در نهایت با عملگر جمع جبری فازی، بر اساس رابطۀ زیر، هم‌پوشانی لایه‌ها صورت گرفت و نقشۀ پهنه‌بندی مناطق مستعد تغذیه و ظرفیت منابع آب کارستی منطقه تهیه شد. (شکل 4)

 

در این فرمول  لایۀ حاصل از حداکثرسازی،  لایۀ وزن‌دار فازی و  تعداد لایه‌های ترکیب‌شونده را نشان می‌دهد.

 

 

شکل 4. فرآیند انجام مراحل ارزیابی قابلیت منابع آب کارست با الگوی Fuzzy Logic/AHP

 


مرحلۀ دوم: عملیات صحرایی و برداشت داده‌ها به‌روش مقاومت ویژۀ الکتریکی

پس از تهیۀ نقشه پهنه‌های دارای قابلیت منابع آب زیرزمینیِ کارستیِ کوه خورین، به‌کمک نرم‌افزار Gis و الگویFuzzy Logic/AHP ، در عملیات صحرایی برای ارزیابی پهنه‌های مساعد و نامساعد مشخص‌شده، از روش مقاومت ویژۀ الکتریکی استفاده شد.

 

 

 

3 Fuzzy Gama

روش مقاومت ویژۀ الکتریکی

این روش یکی از متداول‌ترین روش‌های ژئوالکتریکی است که به‌علت حجم اطلاعات و قابلیت کاربرد آن در اکتشاف منابع آب زیرزمینی، بسیار استفاده می‌شود. برای اندازه‌گیری مقاومت ویژۀ ظاهری، معمولاً از 4 الکترود استفاده می‌شود (میقاتی، 1384). (شکل 5)

 

 

1 Fuzzy Product

2 Fuzzy Sum

 

 

شکل 5. شارش جریان الکتریکی درون زمین

 

 

به این صورت که جریانی با شدت I به‌وسیلۀ دو الکترود A و B به زمین ارسال می‌شود و اختلاف پتانسیلی را که در اثر عبور این جریان بین دو نقطۀ M و N حاصل شده، اندازه‌گیری می‌شود. سپس با استفاده از رابطۀ (1) مقدار مقاومت ویژۀ ظاهری به دست می‌آید.

(1)

 

که در آن  اختلاف پتانسیل بین الکترودهای M و N ، وI  شدت جریان مدار می‌باشد.

K را فاکتور هندسی گویند که مقدار آن بستگی به فواصل الکترودهای پتانسیل و جریان دارد و از رابطۀ (2) به دست می‌آید (Telford, 1990).

(2)

 

دو شیوۀ اصلی در مطالعات، به‌روش مقاومت ویژۀ الکتریکی وجود دارد که در این تحقیق، از روش سونداژ الکتریکی قائم با آرایش شلومبرگر متقارن استفاده شد. (شکل 6)

 

 

شکل 6. آرایش الکترودی شلومبرگر متقارن

 


برداشت داده‌ها

در این مرحله از پژوهش، با توجه به پهنه‌های مشخص‌شدۀ منابع آب زیرزمینی کارستی منطقه در الگوی Fuzzy Logic/AHP، در عملیات صحرایی، داده‌های سونداژ الکتریکی قائم در دو پروفیل جداگانه در دامنۀ جنوبی (مناطق مساعد) و شمالی (مناطق نامساعد) کوه خورین برداشت شد. در این پروفیل‌ها از آرایش شلومبرگر متقارن با فاصلۀ الکترودی 200 متر و حداکثر طول خط جریان 600 متر استفاده شد.

موقعیت برداشت داده‌ها

داده‌های پروفیل شمارۀ 1، در 4 سونداژ عمود بر امتداد دامنۀ جنوبی در محل مخروط افکنۀ روستای جلوگیره برداشت شد. داده‌های پروفیل شمارۀ 2 نیز، در 4 سونداژ در دامنۀ شمالی کوه خورین عمود بر امتداد دامنه و به موازات راه فرعی منتهی به روستای وزمله برداشت شد. موقعیت پروفیل‌ها بر روی Google Earth در شکل 7 و جداول (2) و (3) نشان داده شده است.

 

 

شکل 7. موقعیت پروفیل‌ها در دامنۀ جنوبی و شمالی کوه خورینبه‌منظور بررسی‌های ژئوفیزیکی و صحت‌سنجی

 

جدول 2. موقعیت پروفیل شمارۀ 1 در دامنۀ جنوبی خورین

محل سونداژها

عرض جغرافیایی

طول جغرافیایی

نام سونداژ

محل مخروط افکنه- بالاتر از روستای جلوگیره

3829270

669841

S1

محل مخروط افکنه- پایین‌تر از روستای جلوگیره

3829031

669890

S2

محل مخروط افکنه- دشت محل مزرعۀ گندم

3828810

669926

S3

محل مخروط افکنه- دشت محل زمین شخم‌خورده

3828608

669967

S4

جدول 3. موقعیت پروفیل شمارۀ 2 در دامنۀ شمالی خورین

محل سونداژها

عرض جغرافیایی

طول جغرافیایی

نام سونداژ

دامنۀ کوه

3832212

671391

N1

دشت- راه فرعی منتهی به روستای وزمله

3832253

671483

N2

دشت- راه فرعی منتهی به روستای وزمله

3832259

671577

N3

دشت- راه فرعی منتهی به روستای وزمله

3832339

671668

N4

 

شکل 8. عملیات ژئوفیزیکی برداشت داده‌ها در طول یک ماه کار صحرایی در منطقۀ مورد مطالعه


یافته‌ها

به‌‌منظور مکان‌یابی مناسب، نقشۀ پتانسیل‌یابی منابع آب کارست منطقه با استفاده از عملگر جمع جبری فازی در پنج طبقۀ پتانسیل بسیار زیاد، پتانسیل زیاد، پتانسیل متوسط، پتانسیل کم و پتانسیل بسیار کم تهیه شد (‌شکل 9).

درصد و مساحت زیر پوشش هر یک از پهنه‌ها در جدول (4) آمده است.

بررسی نقشۀ مکان‌یابی با الگوی منطق فازی نشان می‌دهد که مناسب‌ترین پهنه‌های نفوذ منابع آب کارست منطقه در ارتفاعات کوه خورین در جنس آهک بیستون منطبق بر محدودۀ چاله‌های بستۀ هموار، جاماها، غارها، لاپیه‌ها و مکان‌های برخورد گسل‌ها در محل گسل سراسری منطقه است. همچنین مساعدترین پهنه‌های با قابلیتِ بسیار بالای منابع آب کارستی، در بخش‌های شمال‌غربی و جنوب‌غربی منطقه واقع‌اند که شامل رخنمون آهک سفید تراورتن در محل برونزد سراب سبز علی و چشمه‌های کارستی اطراف آن و محل مخروط‌افکنه‌ها و دشت‌سرهای دامنۀ جنوبی است.

 

 

شکل 9. نقشۀ پهنه‌بندی قابلیت منابع آب کارست منطقه با الگوی منطق فازی

 

جدول 4. توزیع مساحت پهنه‌های دارای پتانسیل آب در منطقۀ مورد مطالعه

طبقات پتانسیل‌یابی

تناسب زمین برای پتانسیل‌یابی منابع آب کارست

مساحت به متر مربع

درصد مساحت

پتانسیل بسیار بالا

12139842

89/12

پتانسیل بالا

49610658

68/52

پتانسیل متوسط

17173940

24/18

پتانسیل کم

9358545

94/9

پتانسیل بسیار کم

5890977

25/6

مجموع

94173962

100

 

 

نتایج حاصل از انطباق معیارهای اصلی با نقشۀ پهنه‌بندی نشان داد که از کل مناطق واقع در محدودۀ با پتانسیل بسیار بالا، 29/97درصدِ آن بر روی گسل‌ها واقع هستند. در ارتباط با عامل لیتولوژی پهنه‌های با پتانسیل بسیار بالا، عموماً بر رخنمون آهک سفید تراورتن و آهک بیستون قرار گرفته‌اند. در ارتباط با عامل ژئومورفولوژی نیز تطابق واحد مخروط‌افکنه‌ها، دشت‌سرها، سراب سبز علی و چشمه‌های با آب‌دهی بالا با مناطق دارای پتانسیل بسیار بالا و بالای منابع آب زیرزمینی کارستی مشاهده می‌شود.

در نهایت با توجه به نتایج حاصل از مکان‌یابی با الگوی منطق فازی، برای ارزیابی منابع آب کارستی کوه خورین، دو منطقه به‌منظور انجام عملیات تکمیلی ژئوالکتریک انتخاب شده است:

1- محل مخروط‌افکنۀ روستای جلوگیره واقع در دامنۀ جنوبی کوه خورین، به‌عنوان منطقۀ مساعد (دارای پتانسیل بسیار بالا و بالای منابع آب کارستی).

2- در نزدیکی روستای وزمله و در دامنۀ شمالی کوه خورین، به‌عنوان منطقۀ نامساعد (دارای پتانسیل کم و بسیار کم ذخیرۀ آب کارستی).

ارزیابی پهنه‌های مشخص‌شده به‌کمک تکنیک Gis و الگوی Fuzzy Logic/ AHP با استفاده از بررسی‌های ژئوفیزیکی (روش سونداژ الکتریکی قائم)

تفسیر پروفیل 1 در دامنۀ جنوبی کوه خورین:

این پروفیل منطبق بر محل مخروط‌افکنۀ دامنۀ جنوبی و دربرگیرندۀ سونداژهای S1 تا S4 است که مقطع مقاومت ویژۀ لایه‌ها و مقطع زمین‌شناسی آن در شکل 10 نشان داده شده است.

سونداژ S1 از پروفیل 1

مقاومت الکتریکی این سونداژ تا عمق کاوش‌شده برابر با (mΩ) 10 است که نشان‌دهندۀ جنس‌هایی مانند رس و مارن می‌باشد. این مکان تا عمق 150 متری کاوش شده و تا این عمق، سنگ کف آشکار نشده است. همچنین با توجه به تفسیر داده‌های برداشت‌شده، احتمال وجود منابع آب زیاد در محل این سونداژ بسیار کم است.

سونداژ S2از پروفیل 1

منحنی‌های مقاومت ویژه، از سونداژ 1 به سونداژ 2 به‌تدریج افزایش پیدا می‌کنند و میزان مقاومت ِبیشتر از(mΩ) 100 را نشان می‌دهند. بنابراین با توجه به میزان مقاومت‌ها سه احتمال وجود دارد:

1- در محل این سونداژ یک گسل یا شکست اتفاق افتاده است که بررسی‌های میدانی، نقشۀ زمین‌شناسی و عبور گسل سراسری از نزدیکی این منطقه، تأثیر تکتونیک (شکست) در محل این سونداژ را تأیید می‌کند.

2- این گسل ممکن است به‌صورت یک سد، کار هدایت آب‌های زیرزمینی کارستی منطقه را به‌سمت سراب سبز علی و تالاب هشیلان انجام دهد.

3- میزان مقاومت‌ها و افزایش تدریجی آن، وجود یک بلوک آهکی خردشده با منبع آبی غنی در محل این سونداژ را تأیید می‌کند.

بر اساس عملکرد شدید تکتونیک در تودۀ کوهستانی خورین به‌خصوص راندگی دامنۀ جنوبی، عملکرد گسل‌ها و با توجه به این که دشت هشیلان یک دشت تکتونیکی است، احتمال جابه‌جایی و بالا و پایین شدن بلوک آهکی محل این سونداژ بر اثر شکست، بسیار زیاد است. داده‌های مقاومت ویژه در این مکان، ضخامت بسیار کم آبرفت (2 تا 5/3 متر) را نشان می‌دهند. حداکثر ضخامت آهک کارستیک در محل این سونداژ مشاهده می‌شود که با توجه به میزان مقاومت‌ها، احتمال یک سفرۀ غنی آب کارستی که عاری از رس و مارن است در محل این سونداژ وجود دارد. علاوه بر این، حاشیۀ گسل می‌تواند مسیرهای جریان آب زیرزمینی باشد. روستای جلوگیرۀ علیا واقع در این موقعیت، دارای یک چشمۀ کارستی و چاه آب غنی است که صحت نتایج به‌ دست آمده از این سونداژ را در بازدیدهای میدانی تأیید می‌کند.

سونداژS3 و S4 از پروفیل 1

تفسیر داده‌های برداشت‌شده از این دو سونداژ، حدود 100 متر ضخامت آبرفت با مقاومت (mΩ) 15-10 را، روی یک سنگ کف مقاوم آهکی نشان می‌دهند. مقاومت این تشکیلات، نشان‌دهندۀ وجود یک لایۀ آبدار ضعیف با جنس‌هایی مانند رس و مارن ریزدانه است. با توجه به وجود رس و نبود تخلخل مؤثر آن، انتقال آب در این تشکیلات بسیار کند انجام می‌شود و در صورت حفر چاه، دبی زیادی از آن مشاهده نمی‌شود.

در نهایت، تفسیر داده‌های پروفیل شمارۀ 1 در دامنۀ جنوبی خورین، نشان از شرایط مناسب تغذیه و وجود سفره‌های آب کارستی غنی در بخش میانی این مقطع است که این موضوع، صحت نقشۀ پهنه‌بندی را تأیید می‌کند.

 

 

شکل 10. الف: مقطع مقاومت ویژۀ حقیقی لایه‌ها؛ ب: مقطع زمین‌شناسی لایه‌ها؛ پروفیل 1 دامنۀ جنوبی خورین داده‌های به‌دست‌آمده از بررسی‌های ژئوفیزیکی

 


تفسیر پروفیل شمارۀ 2 در دامنۀ شمالی خورین

این پروفیل به موازات راه فرعی منتهی به روستای وزمله و دربرگیرندۀ سونداژهای N1تا N4 است که مقطع مقاومت ویژۀ لایه‌ها و مقطع زمین‌شناسی آن، در شکل (11) نشان داده شده است.

این دامنه تا عمقِ حدود 100 متری کاوش شده است. در این پروفیل اثری از شکست و گسل دیده نمی‌شود و مقاومت تا عمق 70 متری حدود (mΩ) 10 است که این عامل نشان از وجود لایۀ آب‌دار رسی و مارنی است. در این پروفیل به‌دلیل نبود تخلخل مؤثر رس، این آب قابلیت انتقال پیدا نمی‌کند و محدودۀ آن دارای پتانسیل آبی بسیار کمی است. از عمقِ حدود70 متری به پایین، منحنی‌ها مقاومت بیشتر از (mΩ) 100 را نشان می‌دهند که نشان از وجود سنگ کف آهکی است که آب‌دهی بالایی ندارد.

 

 

 

شکل 11. الف: مقطع مقاومت ویژۀ حقیقی لایه‌ها؛ ب: مقطع زمین‌شناسی لایه‌ها؛ پروفیل؛2 دامنۀ شمالی خورین حاصل

از داده‌های به‌دست‌آمده از بررسی‌های ژئوفیزیکی

 


نتیجه‌گیری

نتایج پهنه‌های مشخص‌شده از لحاظ ظرفیت منابع آب کارست با تکنیک Gis و الگوی AHP/Fuzzy Logic حاکی از آن است که دامنۀ جنوبی کوه خورین به‌دلیل عملکرد شدید تکتونیک، وجود گسل‌ها و سیستم درز و شکاف بیشتر، لیتولوژی و اشکال کارست، شرایط مناسبی را برای تغذیۀ آبخوان‌های کارستی فراهم آورده و نسبت به دامنۀ شمالی، دارای پهنه‌های آب کارستی با پتانسیل بیشتری است که با عملیات ژئوالکتریک و نتایج به ‌دست آمده از پروفیل 1 در دامنۀ جنوبی، صحت این امر تأیید شد. همچنین وجود گسل و آهک آب‌دار خردشده در محل سونداژ 2، احتمال وجود منابع آب کارست، با کیفیت بهتر و دبی بیشتر در این دامنه را فراهم کرده است. اما دامنۀ شمالی به‌دلیل شرایط تغذیۀ کمتر، دارای پهنه‌هایی با پتانسیل کم از لحاظ منابع آب کارست است که عملیات صحرایی، برداشت و تفسیر داده‌ها در پروفیل 2 در این دامنه، صحت این موضوع را نیز اثبات کرد. در خاتمه، محل سونداژ 2 در دامنۀ جنوبی، بر روی مخروط‌افکنۀ روستای جلوگیره برای حفاری، کنترل وجود پدیدۀ کارست‌شدگی و ذخیره‌سازی احتمالی منابع آب کارستیک به کارشناسان پیشنهاد می‌شود.

 

 

افراسیابیان، احمد (1372)، مطالعات هیدرولوژی کارست در حوضۀ آهکی مهارلو، دومین سمینار علمی مطالعات منابع آب، مجموعۀ مقالات، صص 137-126.

آغاسی، عبدالوحید، افراسیابیان، احمد (1378)، هیدرولوژی کارست، مرکز تحقیقات کارست کشور، تهران.

حسینی، فاطمه‌سادات، طباطبایی، سیدحامد (1391)، پتانسیل منابع آب زیرزمینی جدید با استفاده از الگوی calculation  و منطق فازی، مطالعۀ موردی: طبس، پنجمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، انجمن علوم و مهندسی منابع آب ایران، دانشگاه شهید بهشتی، صص 9-1.

رحیمی، داریوش (1389)، پتانسیل‌یابی منابع آب زیرزمینی (مطالعۀ موردی دشت شهرکرد)، مجلۀ جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، سال 22، شمارۀ 4، زمستان 1390، صص142-127.

عادلی، محسن، ضیائیان، پرویز، شکیبا، علیرضا (1391)، شناسایی منابع آب زیرزمینی با استفاده از سنجش از دور و Gis )مطالعه موردی: شهرستان گرگان)، پنجمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، دانشگاه شهید بهشتی، صص31-20.

قدسی‌پور، سیدحسن(1390)، فرآیند تحلیل سلسه‌مراتبی AHP، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر.

محمدی، ذکیه، رنگزن، کاظم، علیجانی، فرشاد (1385)، ارائۀ مدل جدید DEFLOGIC جهت پتانسیل‌یابی آب‌های زیرزمینی کارستی در محیط  GIS، بیست و پنجمین گردهمایی علوم زمین، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی ایران.

محمودی، فرج اله، ملکی، امجد (1380)، تحول کارست و نقش آن در منابع آب زیرزمینی در ناهمواری‌های بیستون - پرآو (کرمانشاه)، پژوهش‌های جغرافیایی، شمارۀ 40، صص 105-93.

میقاتی، موسی رضا (1384)، شناسایی محل و راستای شکستگی‌ها با آرایۀ مربعی در اکتشافات ژئوالکتریک، استاد راهنما: میرستار مشین‌چی اصل، پایان نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه رازی کرمانشاه، گروه ژئوفیزیک.

نقشۀ توپوگرافی 1:50000 قلعه شاخانی، سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، چاپ دوم، 1374.

نقشۀ زمین‌شناسی1:100000 کامیاران، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، وزارت صنایع و معادن.

یوسفی سنگانی، کیوان، محمدزاده، حسین، اکبری، مرتضی (1393)، ارزیابی پتانسیل آب زیرزمینی با روش تلفیق فازی و مدل تحلیل سلسله‌مراتبی، مطالعۀ موردی: شمال خاوری رشته‌کوه‌های هزار مسجد، استان خراسان رضوی، فصلنامۀ بین‌المللی پژوهشی منابع آب و توسعه، سال دوم، شمارۀ 4، پاییز 1393، صص 141-127.

Dibi, D., I. Doumouya. A. Brice konan. (2010). Assessment of the Groundwater Potential Zone in the Hard Rock Through the Application of GIS, the case of Aboisso Area (South-East of Cote d’Ivoir), Journal of Applied Science, Vol. 10: 2058-2067.

Gupta, M., P. k. Srivastava. (2010). Integrating GIS and remote sensing for identification of groundwater potential zones in the hilly terrain of Pavagarh, Gujarat, India. Water International, 35(2): 233-245.

Kumar, U., B. Kumar and M. Neha. ( 2013). Groundwater Prospects Zonation Based on RS and GIS Using Fuzzy Algebra in Khoh River Watershed, Pauri-Garhwal District, Uttarakhand, India. Global Perspectives on Geography (GPG), Vol. 1: 37-45.

Mishra, R.C., Ch. Biju and R.D. Naik. (2010) Remote Sensing and GIS for Groundwater Mapping and Identification of Artificial Recharge Sites, Geoenvironmental Engineering and Geotechnics: Progress in Modeling and Applications, Proceedings of Sessions of GeoShanghai, China, Vol.14: 216-223.

Preeja, K. R., J. Sabu. T. Jobin and H. Vijith. (2011). Identification of a Tropical River Basin (Kerala, India) Using Remote Sensing and GIS Techniques. Journal of Indian Society of Remote Sensing, 39(1): 83-94.

Rather, J. A., Z.R. Andrabi. (2012) Fuzzy Logic Based GIS Modeling for Identification of Ground Water Potential Zones in the Jhagrabaria Watershed of Allahabad District, Uttar Pradesh, India, Journal of Advances in Remote Sensing and GIS, Vol. 1: 217-233.

Sajjad, H., M. Iqbal and F.A. Bhat. (2014) Integrating Geospatial and Geophysical Information for Deciphering Groundwater Potential Zones in Dudhganga Catchment, Kashmir Valley, India, American Journal of Water Resources, Vol. 2: 18-24.

Sener, E., A. Davraz and M. Ozcelik. (2005). An intergration of GIS and remote sensing in groundwater investigaitions, A case study in Burdur, Turkey. J. Hydrogeology, V0l.13: 826-834.

Senthil Kumar, G.R., K. Shankar. (2014). Assessment of Groundwater Potential Zones Using GIS, American V-King Scientific Publishing, Vol. 2:1-10.

Srivastava, P.K., A. Bhatacharya. (2006). Groundwater assessment through an integrated approach using remote sensing, GIS and resistivity techniques: a case study from a hard rock terrain. International Journal of Remote Sensing, Vol. 27: 4599 – 4620.

Telford, W. M., L. P. Geldart and E. Sherifer. (1990) Applied Geophysics. Cambridge University press, Pp. 1- 760

Waikar, M.L., A. P. Nilawar. (2014). Identification of Groundwater Potential Zone using Remote Sensing and GIS Technique, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Vol. 3:12163-12174.

 



[1] Srivastava and Bhatacharya

[2] Mishra et al

[3] Rather and Andrabi

[4] Kumar et al

[5] Waikar and Nilawar

[6] Senthil Kumar and Shankar

[7] Sajjad et al

[8] Sener et al

[9] Dibi et al

[10] Gupta and Srivastava

[11] Preeja et al

[12] Vertical Electric Sounding (V.E.S)