تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان دشت مشهد با استفاده از تلفیق مدل های DRASTIC و SI

نویسندگان
وجیهه قلی زاده
امیر صفاری
علی احمدآبادی
امیر کرم
دانشگاه خوارزمی
10.61882/jsaeh.12.46.795.1
چکیده
در حال حاضر آبخوان دشت مشهد به علت شرایط خاص خود و وجود واحدهای صنعتی و فعالیت‌های کشاورزی، شهرها و شهرک‌های متعدد از مناطق بحرانی و آسیب‌پذیر می باشد و هدف از این پژوهش، ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان دشت مشهد به جهت پایش کیفی و مدیریت منابع آب زیرزمینی و جلوگیری از آلودگی‌های آتی آن هست. داده‌ها و لایه‌های اطلاعاتی موردنیاز جهت استفاده در مدل‌های DRASTIC و SI از شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی تهیه گردید. در مدل DRASTIC از هفت و در مدل SI از پنج پارامتر هیدروژئولوژیکی استفاده‌شد و پس از وزن دهی و رتبه‌بندی و تلفیق لایه‌ها در محیط نرم‌افزار ArcGIS، نقشه آسیب‌پذیری آبخوان دشت مشهد با تقسیم‌بندی به محدوده‌های با آسیب‌پذیری خیلی کم تا زیاد به دست آمد. نتایج حاصله از مدل DRASTIC نشان می‌دهد که محدوده مطالعاتی در چهار پهنه با آسیب‌پذیری خیلی کم (85/21%)، کم (09/32%)، متوسط تا کم (05/31%) و متوسط تا زیاد (59/14%) قرار می‌گیرد. همچنین براساس نتایج مدل SI محدوده مطالعاتی در پنج پهنه با آسیب‌پذیری خیلی کم (4/0%)، کم (63/24%)، متوسط تا کم (98/23%)، متوسط تا زیاد (71/18%) و زیاد (25/32%) قرار دارند. با مقایسه نتایج مدل‌ها به‌طورکلی میزان آسیب‌پذیری آبخوان از سمت جنوب شرق به شمال غرب افزایش می‌یابد. همچنین برای صحت سنجی نقشه‌های آسیب‌پذیری با شاخص کیفی TDS مقایسه گردید نتایج نشان داد هر دو مدل دقت بالایی در پهنه‌بندی آسیب‌پذیری آبخوان دشت مشهد دارند.
کلیدواژه‌ها
آسیب‌پذیری
آبخوان دشت مشهد
DRASTIC
SI

عنوان مقاله English

Vulnerability assessment of Mashhad plain aquifer using the combination of DRASTIC and SI models

نویسندگان English

Vajihe Gholizade
Amir Saffari
Ali Ahmadabadi
Amir Karam
kharazmi University
چکیده English

Introduction: Assessing the vulnerability and pollution of the aquifer is necessary for the management, development and allocation of land use, quality monitoring, prevention and protection of groundwater pollution. The purpose of this research is to identify and analyze the qualitative vulnerability of the Mashhad plain aquifer in order to monitor and manage underground water resources and prevent its future pollution.

Methodology: Mashhad plain is located in the northeast of Iran between Binaloud and Hezarmasjed mountains and in the watershed of the Kasfroud river, and its area is 2527 square kilometers. In this research, the vulnerability of the Mashhad Plain aquifer was evaluated with DRASTIC and SI models, and ArcGIS was used to analyze the parameters and prepare the vulnerability map. DRASTIC model is one of the overlap and index methods. In this method, the seven measurable parameters for the hydrogeological system include the depth of the groundwater level(D), net recharge(R), aquifer environment(A), soil environment(S), topography(T), Impact of the unsaturated Zone(I) and hydraulic conductivity(C) is used. The ratings for the sub-layers of each criterion vary from one to ten depending on their impact on the vulnerability potential. In SI method, five parameters of groundwater depth(D), net recharge (R), aquifer lithology(A), topography(T) and landuse(LU) are used for aquifer vulnerability. After preparing the SI model layers and weighting each of the layer classes using the functions available in the ArcGIS, the sensitivity index is obtained from the weighted sum of the mentioned parameters.

Conclusion: Study area is divided into four zones with very low vulnerability(21.85%), low(32.09%), medium to low(31.05%) and medium to high vulnerability(14.59%). Also, based on the results of the SI model, the study area is divided into five areas with very low vulnerability(0.4%), low(24.63%), medium to low(23.98%), medium to high(18.71%) and high vulnerability(32.25%). In general, the vulnerability of the aquifer increases from the southeast to the northwest.For verification, statistical method and calculation of correlation coefficient between vulnerability maps and TDS layer was used in TerrSet software and the results showed that both DRASTIC and SI models have high accuracy in zoning the vulnerability of Mashhad plain aquifer, so that the correlation coefficient of vulnerability maps with index The quality of TDS in Drastic model is (0.996) and in SI model (0.995); Therefore, the results of the following research can be used in environmental assessments and analysis of various pollutions and can be used as a basis for management decisions.

کلیدواژه‌ها English

Vulnerability
Mashhad plain aquifer
DRASTIC
SI
Abu-Bakr, H. A. E. A. 2020. Groundwater vulnerability assessment in different types of aquifers. Agricultural Water Management, 240: 106275 [DOI:10.1016/j.agwat.2020.106275]
آقارضی آشتیانی، مهرناز؛ سیده هدی رحمتی، یوسف خلج امیر حسینی، فرشید فریدونی و ورنر بالدرره، 1398. تعیین علل تغییر کیفیت آب زیرزمینی با روش های ایزوتوپی و شیمیایی در آبخوان شبستر – صوفیان. نشریه آب و فاضلاب. دوره 30: 3: 98-87.
Alizadeh, A. 2011. Principles of applied Hydrology. 33nd edition, Mashhad, Imam Reza University Press (In Persian)
احمدی، جعفر؛ لیلی آخوندی، هادی عباسی، عباس خاشعی سیوکی و مجتبی علیمددی،1392. تعیین آسیب پذیری آبخوان با استفاده از مدل دراستیک و اعمال آنالیز حساسیت تک پارامتری و حذف (مطالعه موردی: دشت سلفچگان-نی زار). نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک. جلد 20، شماره سوم، 27-1
Aller, L; Bennet, T., Lehr, J.H., Petty, R.J and Hackett, G. 1987. DRASTIC: A Standardized System for Evaluating Ground Water Pollution Potential Using Hydrogeologic Settings, EPA/600/2-87/035, U.S. Environmental Protection Agency. Ada, Oklahoma, PP: 19-25.
اصغری مقدم، اصغر؛ مریم قره خانی، عطالله ندیری و مهدی گرد. 1396. ارزیابی آسیب پذیری ذاتی آبخوان دشت اردبیل با استفاده از روش های DRASTIC، SINTACS، SI. نشریه علمی-پژوهشی جغرافیا و برنامه ریزی، سال 21، شماره 61: 74-57
Aller, L. 1985. DRASTIC: a standardized system for evaluating ground water pollution potential using hydrogeologic settings. Robert S. Kerr Environmental Research Laboratory. Office of Research and Development. US Environmental Protection Agency [DOI:10.1021/bk-1986-0315.ch008]
اکبری، مرتضی؛ محمدرضا جرگه و حمید مدنی سادات. 1388. بررسی افت سطح آب های زیرزمینی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیای (GIS) (مطالعه موردی: آبخوان دشت مشهد). پژوهش های حفاظت آب و خاک (علوم کشاورزی و منابع طبیعی)، 16(4): 63-78
Almasri, M.N and Kaluarachchi, J.J. 2005. Modular neural networks to predict the nitrate distribution in ground water using the on- ground nitrogen loading and recharge data. Environmental Molelling& Software. 22: 851- 871 [DOI:10.1016/j.envsoft.2004.05.001]
امیراحمدی، ابوالقاسم؛ زکیه آب باریکی، مجید ابراهیمی. 1390. ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت داورزن به روش دراستیک با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS). مطالعات جغرافیای مناطق خشک، 6: 66-51
Almasri, M. 2008. Assessment of Intrinsic Vulnerability to Contamination for Gaza Coastal Aquifer. Palestine, Journal of Environmental Management. 88: 577-593 [DOI:10.1016/j.jenvman.2007.01.022]
جعفری؛ فاطمه صیادی و مجتبی خوش روش. 1398. بررسی آسیب پذیری آبخوان شهرستان بابل با کمک مدل دراستیک اصلاح شده و سامانه اطلاعات جغرافیایی. نشریه آب و خاک، 29(1):82-69
Aneesh T; DaNair; A. M, Prasad, K. R and Srinivas, R. 2022. Groundwater vulnerability assessment of an urban coastal phreatic aquifer in India using GIS-based DRASTIC model. Groundwater for Sustainable Development, 100810. [DOI:10.1016/j.gsd.2022.100810]
حسین زاده، منصوره؛ پیمان افراسیاب، عباس خاشعی سیوکی، یوسف رمضانی و معصومه دلبری. 1395. بررسی تأثیر کاربری اراضی بر آسیب پذیری آبخوان با استفاده از روش دراستیک و ANP (مطالعه موردی: دشت مشهد). چهارمین همایش ملی کاربرد فناوریهای نوین در علوم مهندسی دانشگاه تربت حیدریه
Babiker, I. S; Mohamed, M. A, Hiyama, T, and Kato, K. 2005. A GIS-based DRASTIC model for assessing aquifer vulnerability in Kakamigahara Heights, Gifu Prefecture, central Japan. Science of the Total Environment, 345(1-3): 127-140 [DOI:10.1016/j.scitotenv.2004.11.005]
خدائی، کمال؛ علی اکبر شهسواری و بهروز اعتباری. 1385. ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت جوین به روش های DRASTIC و GODS، زمین شناسی ایران. سال دوم. 4: 87-73
Bordbar, M; Neshat, A and Javadi, S. 2019. A new hybrid framework for optimization and modification of groundwater vulnerability in coastal aquifer. Environmental Science and Pollution Research. 26(21): 21808-21827. [DOI:10.1007/s11356-019-04853-4]
شکاری تپه، رضا، علیرضا پرویشی و مهدی قنبرزاده لک. 1400. مدلسازی و ارزیابی سیلاب در آبخوان با استفاده از کد MODFLOW (مطالعه موردی: آبخوان دشت سلماس). نشریه تحقیقات منابع آب ایران. سال هفدهم.3 :377-360.
Bouwer, H. 1978. Groundwater Hydrology. McGraw-Hill Company. New York. 480
فعال، فاطمه، حمیدرضا غفوری و سیدمحمد اشرفی. 1400. کاربرد تغذیه سطحی آبخوان در اصلاح روش GALDIT برای ارزیابی خطر پیشروی آب شور در آبخوان قم. نشریه آب و فاضلاب. دوره 32، 3: 112-94.
Brand, F.S and Jax, K. 2007. Focusing the Meaning(s) of Resilience: Resilience as a Descriptive Concept and a Boundary Object. Ecology and Society. 12, 23 [DOI:10.5751/ES-02029-120123]
قنبریان، مجید و مژگان احمدی ندوشن. 1397. ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت لردگان با استفاده از مدل های GODS، AVI و DRASTIC. فصلنامه پژوهش در بهداشت محیط. دوره 4، 4
Civita, M. 1994. Le carte della vulnerabilit'a degli acquiferi all'inquinamiento: Teoria e pratica [Contamination Vulnerability Mapping of the Aquifer: Theory and Practice]. Quaderni di Tecniche di Protezione Ambientale, Pitagora.
لشگری پور، غلامرضا؛ محمد غفوری، زینب سویزی و زکیه پیوندی. 1384. افت سطح آب زیر زمینی و نشست زمین در دشت مشهد. نهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران. تهران
Folke, C. 2006. "Resilience: the emergence of a perspective for social-ecological systems analyses", Global Environmental Change, Vol.16, 3: 253-267. [DOI:10.1016/j.gloenvcha.2006.04.002]
مردان، حجت اله و بهمن یارقلی. 1399. پهنه بندی آسیب پذیری آبخوان دشت آبرفتی اردبیل با استفاده از تلفیق سامانه اطلاعات جغرافیایی و مدل دراستیک. علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره 22، 6
Gallopín, Gilberto C. 2006.Linkages between vulnerability, resilience, and adaptive capacity, Global Environmental Change.16(16):293-303 [DOI:10.1016/j.gloenvcha.2006.02.004]
ملکی، امجد؛ سجادباقری سیدشکری و سارا مطاعی. 1398. ارزیابی آسیب پذیری آبخوانهای کارستی دشت کرمانشاه و توده بیستون – پرآو با استفاده از مدل COP، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. سال نوزدهم، 52: 154-129
Mohammadi, Z; Zare, M and Sharifzade, B. 2012. Delineation of groundwater salinization in a coastal aquifer, Bousheher, South of Iran. Environmental Earth Sciences. 67(5), 1473-1484 [DOI:10.1007/s12665-012-1591-5]
نخستین روحی، مهسا؛ محمدحسین رضائی مقدم و توحید رحیم پور. 1396. پهنه بندی آسیب پذیری آب های زیرزمینی با استفاده از مدل DRASTIC و SI در محیط GIS (مطالعه موردی دشت عجب شیر). نشریه اکوهیدرولوژی. دوره 4، شماره 2: 599-587
Niknam, R; Mohammadi, K. and Majd, Vahid. Johari. 2007. "Groundwater Vulnerability Evaluation of Tehran-Karaj Aquifer Using DRASTIC Method and Fuzzy Logic", Iran Water Resources Research. 2: 39-47
نخعی، محمد؛ وهاب امیری و مهدی رحیمی شهر بابکی. 1392. ارزیابی آلودگی و آنالیز حساسیت آب زیرزمینی در آبخوان خاتون آباد با استفاده از مدل دراستیک مبتنی بر GIS نشریه زمین شناسی کاربردی پیشرفته، 3، 8: 10-1
Ozler, M. H. 2003. Hydrochemistry and salt-water intrusion in the Van aquifer, east Turkey. Environmental Geology, 43(7), 759-775 [DOI:10.1007/s00254-002-0690-0]
یزدان پناهی، علی؛ خالد احمدالی، مهدی گل افشانی و اسماعیل حیدری علمدارلو. 1397. بررسی اثر کاربری اراضی بر تغییرات مکانی و زمانی کیفیت آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت مشهد). نشریه علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. شماره 43
Piscopo, G. 2001. Groundwater vulnerability map, explanatory notes, Castlereagh Catchment, NSW, Department of Land and Water Conservation, Australia.
Abu-Bakr, H. A. E. A. 2020. Groundwater vulnerability assessment in different types of aquifers. Agricultural Water Management, 240: 106275
Plymale CL and Angle MP. 2002. Groundwater Pollution Potential of Fulton County. Ohio. Ohio Department of Natural Resources Division of Water. Water Resources Section. Groundwater Pollution Potential, Report (45)
Alizadeh, A. 2011. Principles of applied Hydrology. 33nd edition, Mashhad, Imam Reza University Press (In Persian)
Pourmoghadas, H., 2002. A study of ground water quality in Lenjana township of Isfahan province. Journal of School of Public Health and Institute of Public Health Research, 4, 31-40. (In Persian)
Aller, L; Bennet, T., Lehr, J.H., Petty, R.J and Hackett, G. 1987. DRASTIC: A Standardized System for Evaluating Ground Water Pollution Potential Using Hydrogeologic Settings, EPA/600/2-87/035, U.S. Environmental Protection Agency. Ada, Oklahoma, PP: 19-25.
Rahman, A. 2008. A GIS based DRASTIC model for assessing groundwater vulnerability in shallow aquifer in Aligarh. India. Applied geography. 28(1): 32-53 [DOI:10.1016/j.apgeog.2007.07.008]
Aller, L. 1985. DRASTIC: a standardized system for evaluating ground water pollution potential using hydrogeologic settings. Robert S. Kerr Environmental Research Laboratory. Office of Research and Development. US Environmental Protection Agency
Ribeiro, L. 2000. SI: a new index of aquifer susceptibility to agricultural pollution. ERSHA/CVRM, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal
Almasri, M.N and Kaluarachchi, J.J. 2005. Modular neural networks to predict the nitrate distribution in ground water using the on- ground nitrogen loading and recharge data. Environmental Molelling& Software. 22: 851- 871
Samadi J. 2015. Assessment of Kashan Aquifer-Land Use Composite Vulnerability Impact on Groundwater Pollution Using DRASTIC Method and Degradation Model. IranWater Resources Research. 11(1): 13-21 (in Persian)
Almasri, M. 2008. Assessment of Intrinsic Vulnerability to Contamination for Gaza Coastal Aquifer. Palestine, Journal of Environmental Management. 88: 577-593
Stigter, T. Y; Ribeiro, L and Dill, A. M. M. 2006. Evaluation of an intrinsic and a specific vulnerability assessment method in comparison with groundwater salinisation and nitrate contamination levels in two agricultural regions in the south of Portugal. Hydrogeology journal. 14(1): 79-99. [DOI:10.1007/s10040-004-0396-3]
Aneesh T; DaNair; A. M, Prasad, K. R and Srinivas, R. 2022. Groundwater vulnerability assessment of an urban coastal phreatic aquifer in India using GIS-based DRASTIC model. Groundwater for Sustainable Development, 100810.
Thapinta, A and P. Hudak. 2003. Use of geographic information systems for assessing groundwater pollution potential by pesticides in Central Thailand. Environmental International. 29: 87-93 [DOI:10.1016/S0160-4120(02)00149-6]
Babiker, I. S; Mohamed, M. A, Hiyama, T, and Kato, K. 2005. A GIS-based DRASTIC model for assessing aquifer vulnerability in Kakamigahara Heights, Gifu Prefecture, central Japan. Science of the Total Environment, 345(1-3): 127-140
Todd, P.K. 1980. Ground water, Hydrology. Kluwer Academic Publisher. 400p
Bordbar, M; Neshat, A and Javadi, S. 2019. A new hybrid framework for optimization and modification of groundwater vulnerability in coastal aquifer. Environmental Science and Pollution Research. 26(21): 21808-21827.
Turner et al. 2003. A framework for vulnerability analysis in sustainability science, Proc. Nat. Acad. Sci, 100 (14): 8074-8079. [DOI:10.1073/pnas.1231335100]
Bouwer, H. 1978. Groundwater Hydrology. McGraw-Hill Company. New York. 480
Voudouris. K; Nazakis. N, Polemio. M and Kareklas. K. 2010. Assessment of intrinsic vulnerability using the DRASTIC model and GIS in the Kiti aquifer. Cyprus. European Water. 30:13-24
Brand, F.S and Jax, K. 2007. Focusing the Meaning(s) of Resilience: Resilience as a Descriptive Concept and a Boundary Object. Ecology and Society. 12, 23
Wen, X; Jun W and Jianhua Si. 2009. A GIS-based DRASTIC model for assessing shallow groundwater vulnerability in the Zhangye Basin. northwestern China. Environmental Geology. 57:1435-1442 [DOI:10.1007/s00254-008-1421-y]
Civita, M. 1994. Le carte della vulnerabilit'a degli acquiferi all'inquinamiento: Teoria e pratica [Contamination Vulnerability Mapping of the Aquifer: Theory and Practice]. Quaderni di Tecniche di Protezione Ambientale, Pitagora.
Folke, C. 2006. "Resilience: the emergence of a perspective for social-ecological systems analyses", Global Environmental Change, Vol.16, 3: 253-267.
Gallopín, Gilberto C. 2006.Linkages between vulnerability, resilience, and adaptive capacity, Global Environmental Change.16(16):293-303
Mohammadi, Z; Zare, M and Sharifzade, B. 2012. Delineation of groundwater salinization in a coastal aquifer, Bousheher, South of Iran. Environmental Earth Sciences. 67(5), 1473-1484
Niknam, R; Mohammadi, K. and Majd, Vahid. Johari. 2007. "Groundwater Vulnerability Evaluation of Tehran-Karaj Aquifer Using DRASTIC Method and Fuzzy Logic", Iran Water Resources Research. 2: 39-47
Ozler, M. H. 2003. Hydrochemistry and salt-water intrusion in the Van aquifer, east Turkey. Environmental Geology, 43(7), 759-775
Piscopo, G. 2001. Groundwater vulnerability map, explanatory notes, Castlereagh Catchment, NSW, Department of Land and Water Conservation, Australia.
Plymale CL and Angle MP. 2002. Groundwater Pollution Potential of Fulton County. Ohio. Ohio Department of Natural Resources Division of Water. Water Resources Section. Groundwater Pollution Potential, Report (45)
Pourmoghadas, H., 2002. A study of ground water quality in Lenjana township of Isfahan province. Journal of School of Public Health and Institute of Public Health Research, 4, 31-40. (In Persian)
Rahman, A. 2008. A GIS based DRASTIC model for assessing groundwater vulnerability in shallow aquifer in Aligarh. India. Applied geography. 28(1): 32-53
Ribeiro, L. 2000. SI: a new index of aquifer susceptibility to agricultural pollution. ERSHA/CVRM, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal
Samadi J. 2015. Assessment of Kashan Aquifer-Land Use Composite Vulnerability Impact on Groundwater Pollution Using DRASTIC Method and Degradation Model. IranWater Resources Research. 11(1): 13-21 (in Persian)
Stigter, T. Y; Ribeiro, L and Dill, A. M. M. 2006. Evaluation of an intrinsic and a specific vulnerability assessment method in comparison with groundwater salinisation and nitrate contamination levels in two agricultural regions in the south of Portugal. Hydrogeology journal. 14(1): 79-99.
Thapinta, A and P. Hudak. 2003. Use of geographic information systems for assessing groundwater pollution potential by pesticides in Central Thailand. Environmental International. 29: 87-93
Todd, P.K. 1980. Ground water, Hydrology. Kluwer Academic Publisher. 400p
Turner et al. 2003. A framework for vulnerability analysis in sustainability science, Proc. Nat. Acad. Sci, 100 (14): 8074-8079.
Voudouris. K; Nazakis. N, Polemio. M and Kareklas. K. 2010. Assessment of intrinsic vulnerability using the DRASTIC model and GIS in the Kiti aquifer. Cyprus. European Water. 30:13-24
Wen, X; Jun W and Jianhua Si. 2009. A GIS-based DRASTIC model for assessing shallow groundwater vulnerability in the Zhangye Basin. northwestern China. Environmental Geology. 57:1435-1442