255 مجله زمین شناسی مهندسی،جلد اول، شماره 3 پاییز 1382

ارزيابي آسيبپذيري آبهاي زيرزميني دشت قزوين

مجيد خلقي: دانشيار گروه مهندسي آبياري و آباداني دانشگاه تهران رضوان تاکي: دانشجوي کارشناسي ارشد گروه مهندسي آبياري و آباداني دانشگاه تهران
تاريخ: دريافت ١٧/٢/٨٢ پذيرش ١٦/٥/٨٤

چکيده
در اک ثر مناطق ايران آب هاي زيرزميني كه تامين کننده اصلي آب کشاورزي، شرب و مصارف صنعتي
هستند در حال حاضر شديدﹰا تحت تأثير برداشت بي رويه قرار گرفته است. با توجه به عدم امکان
جاي گزيني اين منبع آب ارزشمند، محافظت از آن امري ضروري به نظر مي رسد. دشت قزوين به علت
شرايط خاص خود و وجود واحدهاي صنعتي و فعاليت هاي کشاورزي، شهرها و شهرکهاي صنعتي
متعدد در حال حاضر از مناطق بحراني و آسيبپذير است . در اين مقاله براي برآورد آسيب پذيري دشتقزوين از روشDRASTIC استفاده شد. به کمک سيستم اطلاعات جغرافيايي(GIS) نقشه
آسيب پذيري آب خوان تهيه و مقدار شاخصDRASTIC عمومي از ۳۵ تا ۱۰۸ در کل منطقه برآورد
شد. با توجه به شاخصDRASTIC عمومي تقريبﹰا ۱۱ درصد از سطح منطقه داراي آسيب پذيري کم و
در حدود ۴۳ درصد از سطح منطقه آسيبپذيري متوسط و در حدود ۳۷ درصد آسيب پذيري زياد و ۱۰درصد آسيب پذيري بسيار زياد داشتند. طبق نقشه آسيب پذيريDRASTIC محدوده باتلاق و اراضي
باير واقع در شرق و مرکز دشت داراي آسيبپذيري زياد بودند و با ميزان افزايش نيترات و همچنين
مقدار هدايت الکتريکي در منطقه مطابقت دارد. با در دست داشتن اين شاخص مي توان براي حفاظت ازآب خوان و حريم کيفي آن تدابيري انديشيد.
مقدمه
افزايش بي رويه جمعيت در سال هاي اخير، محدوديت منابع آب هاي سطحي و بهره برداريبيش از اندازه از سفرة آب هاي زيرزميني باعث ببار آمدن خسارات جبران ناپذيري به منابعطبيعي کشور در سال هاي گذشته شده است. فعاليت هاي کشاورز ي، صنعتي و شهري،آلاينده هاي مختلفي را به سفرة آب زيرزميني تحميل مي کنند.
مديريت کيفي آب هاي زيرزميني در گام اول مستلزم شناخت کافي منشأ آلاينده هايآب خوان و معادلات مربوط به آن است ودر گام دوم نياز به ابزاري دارد تا بتواند عکس العملتنش هاي مختلف کمي و کيفي وارد به سفره را در شرايط فعلي و آينده پيش بيني کند .بدون شک بهترين حالت شناخت رفتارهاي يک سيستم سفرة آب زيرزميني تحقيقات دراز مدتبراي هر منطقه است که با توجه به ميزان محدود بودجه هاي تحقيقاتي عم ﹰلا امکان پذير نيست.
در اين ميان با ابزارهاي محاسباتي و شبيه سازها مي توان با دقت قابل قبول به شاخص هاييدست يافت و بر اساس آن تصميمهاي لازم را در مورد مديريت آب خوان اتخاذ کرد.[١] حريم كيفي منابع آب زيرزميني يا تعيين محدودة حفاظت آب زيرزميني عبارت است ازتعيين محدوده ها يا حريم هاي حفاظت كيفي در چندين سطح براي منابع آب زيرزميني درمقابل آلاينده هاي ناشي از فعاليت هاي انساني كه براي هر كدام از سطوح حريم كيفي،محدوديت ها و تغييرات خاص فعاليت هاي انساني وضع مي شود. تعيين حريم كيفي در سطحيك آب خوان بر اساس آسيب پذيري انجام مي گيرد. نقشه هاي آسيب پذيري حساسيت منبع آبزيرزميني نسبت به آلودگي را از طريق تعدادي از متغيرهاي هيدروژئولوژيكي نشان مي دهد.
بررسي آسيب پذيري آب زيرزميني از سال ١٩٧٠ شروع شد (آلبينت و همکاران[٣] ) و سپس آست و همکاران.[٥] در سال ١٩٨٠ آن را پي گيري كردند. پس از آن، روش هاي مختلفي براي برآورد آسيب پذيري و همچنين تهيه نقشة آن براي مناطق مختلف با توجه بهشرايط هيدروژئولوژيکي آب خوان ها پيشنهاد شد .
ايوان و ماير در سال ١٩٩٠ [٧] در منطقه دلور جنوبي امريكا با استفاده از سيستم اطلاعاتجغرافيايي و شاخصDRASTIC اصلاح شده پتانسيل آلودگي منطقه را تعيين كردن د. در اين تحقيق سه پارامتر تغذية خالص، اثر منطقة غير اشباع و نوع آب خوان در نظر گرفته نشد ودر عوض از پارامترهاي كاربري اراضي و پوشش زمين و چگالي سيستم مخزن گند زدايي1 استفاده كردند . آن ها بيان كردند كه روش مزبور اطلاعات مربوط به آب زيرزميني را درمقياس هاي بزرگ جغرافيايي با جزئيات كامل براي حفاظت آب هاي زيرزميني در اختيارسازمان حفاظت محيط زيست قرار مي دهد.
دوئرفلايگرو زولن [٦] آسيب پذيري آب خوان كارستي در سوئيس را با استفاده از روشEPIK در سال ١٩٩٧ تعيين كردند. در اين پژوهش چهار نوع آسيب پذيري زياد(١٩-٩) ومتوسط(٢٥-٢٠) و كم (٣٤-٢٦) و بسيار كم در مناطقي كه حداقل ٨ متر پوشش حفاظتي خاك شامل مواد تركيبي رسوبي- فرسايشي با كم ترين هدايت هيدروليكي باشند، تعيين شد.
تاپينتا و هوداك (٢٠٠٣) [١٠] با استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي پتانسيل آلودگي آبزيرزميني توسط آفت كش ها را در مركز تايلند بررسي كردند. براي اين ارزيابي از فاكتورهاييمانند بافت خاك، شيب، كاربري اراضي، بارندگي و عمق چاه استفاده شد. فاكتورهاي آسيب پذيري و وزن هاي مربوطه با توجه به غلظت آفت كش ها در ٩٠ چاه موجود در منطقهتعيين شد . عمق چاه مهمترين فاكتور در آسيب پذيري بود. همبستگي معني داري در سطحاطمينان ٩٥ درصد بين غلظت هاي مشاهده شده و نسبت هاي ميانگين بارندگي براي ١٠ آفت كش به دست نيامد. به همين دليل اين فاكتور در بررسي آسيب پذيري نهايي از بينپارامترها حذف شد.
العدامت و فوستر (٢٠٠٣) [٢] آسيب پذيري آب خوان بازالتيک٢ واقع در اردن را با استفاده ازGIS، سنجش از دور و روشDRASTIC انجام دادند. به علت فقدان داده هدايت
هيدروليكي اين پارامتر حذف شد. پتانسيل ريسك آب زيرزميني نسبت به آلودگي با استفاده ازكاربري اراضي به اضافه پارامترهايDRASTIC به دست آمد. نتايج با داده هاي هيدروشيميآب خوان آزموده شد. پارامتر تغذية خالص بر اساس روش پيسكوپو (٢٠٠١)[٨] به دست آمد

۱ – Septic tank system
2 – Basaltic
و وزن و نسبت هاي كاربري اراضي هم مشابه تحقيق سكاندا (١٩٩٨)[٩] فرض شد. روش DRASTIC در دو مرحله اجرا شد. مرحلة اول مربوط به شرايط فيزيكي محيط مورد بررسي و مستقل از نحوة استفاده از اراضي، و مرحلة دوم شامل فاكتورهاي ريسك مربوط به كاربرياراضي بود . مقدار اين شاخص بين ١٣٩-١٢٣ بود كه به دو گروه آسيب پذيري متوسط و كمتقسيم شد . آنان بر اساس روشDRASTIC اصلاح شده(DRASTIC به علاوه ريسك)
بيان كردند كه كاربري اراضي پتانسيل آسيب پذيري متوسط آب زيرزميني را در حد ١ درصدافزايش مي دهد.
در اين بررسي از بين روش هاي معمول محاسبة آسيب پذيري، روشي متناسب با شرايطمنطقه مورد بررسي(آب خوان قزوين ) انتخاب و حريم حفاظت كيفي آب زيرزميني منطقهتعيين مي شود . در نهايت نقشه هاي آسيب پذيري سفره آب زيرزميني تهيه مي شود، تا بر اساسآن بتوان مديريت هاي لازم را براي جلوگيري از ايجاد و يا افزايش آلايندگي در محدودة تعيينشده اعمال كرد.
منطقه بررسي شده
منطقة بررسي شده دشت قزوين است که در تقسيمات كشوري، بخشي از استان قزوين راشامل مي شود كه در فاصله حدود ١٥٠ كيلومتري شمال غربي تهران قرار گرفته است. شكل ١ موقعيت اين منطقه را در کشور و در استان نشان مي دهد.
استان قزوين از سمت شمال هم جوار استان گيلان، از غرب با استان زنجان، از جنوبغربي با استان همدان و از جنوب با استان مركزي و از شرق با استان تهران هم جوار است.
محدودة مطالعاتي قزوين بين طول هاي شرقي ١٠ دقيقه و ٤٩ درجه و ٤٠ دقيقه و ٥٠ درجه وعرض هاي شمالي ٢٠ دقيقه و ٣٥ درجه و ٢٠ دقيقه و ٣٦ درجه جغرافيايي قرار گرفته و ارتفاع حداكثر برابر ٢٩٧١ متر و حداقل ١١٠٠ متر و متوسط منطقه حدود ١٢٥٠ متر از سطح دريا است. كل حوز ة آبريز ٩٣٧٦ كيلومتر مربع كه ٣٨٤٢ كيلومتر آن را دشت و باتلاق تشكيل دادهاست. اين محدوده از شمال با حوضه آبريز شاهرود، از غرب با حوضه هاي آبريز ابهررود وخررود، از جنوب با حوضة آبريز رودخانههاي شورچاي، قره بلاغ لار و قره چاي و از شرقبا حوضه هاي آبريز رودخانه كردان و كرج هم جوار است.

شکل ا- نقشة موقعيت منطقه بررسي شده ( دشت قزوين)
تغييرات عمق سنگ كف كم تر از ٧٠ متر تا بيش از ٣٧٠ متر در نوسان است. كم ترين مقادير عمق سنگ كف مربوط به محدوده شرقي دشت كه بخش باتلاقي دشت قزوين است،مشاهده مي شود . در اين محل سنگ كف بالا آمده و ضخامت كمي از لايه هاي ريزدانه رسيروي آن قرار گرفته است. همين عامل باعث تمركز آب در اين زون و به وجود آمدن حالتباتلاقي در اين قسمت از دشت شده است. ضخامت زون اشباع در محدوده دشت بين ٥٠ تابيش از ٣٥٠ متر متغير است. به طور كلي در محدوده هاي ورودي و خروجي دشت قزوينضخامت زون اشباع آب خوان كم است كه به دليل عمق كم سنگ كف در اين نواحي است. در قسمت هاي مياني دشت، به خاطر عمق زياد سنگ كف، ضخامت اين زون بسيار بيش تر است. بررسي هاي انجام شده نشان مي دهد كه زمين هاي آبرفتي منطق ة قزوين به غير از منطقة شوره زار داراي نفوذپذيري مناسبي بوده و هر نوع مواد زائدي كه در سطح زمين توليد شود دراثر بارندگي و يا مجاورت با منابع آبي در داخل زمين نفوذ مي كند و مخازن آب هاي زيرزمينيكه به صورت پيوسته و وسيع در منطقه گسترش دارند آلوده مي شوند. به اين دليل آب خواناين منطقه از نظر پتانسيل و استعداد آلودگي آب هاي زيرزميني آن بايد بررسي شود.

روش مورد استفاده در ارزيابي آسيب پذيري آب خوان
آلر و همکاران در سال ١٩٨٧[٤] روشDRASTIC را ارائه کردند که بعدها به عنوانروش توصيه شدة سازمان محيط زيست امريكا در سال ١٩٩٣ ارائه شد[١١].
چهار فرضيه اي كه در اين روش در نظر گرفته مي شوند عبارتند از :
آلودگي در سطح زمين توليد مي شود.
آلودگي از طريق نفوذ به سطح زمين وارد مي شود.
عامل حركت آلودگي آب است.
منطقه مورد بررسي بايد بيش تر از ٤/٠ كيلومتر مربع باشد.
ايـن فرضـيه هـا موجـب مـي شـوند كـه در ارزيابـي آسـيب پذيـري آب خـوان بـه آلودگي محدوديت هايي وارد شود.
اين روش داراي هفت پارامتر شامل عمق سطح آب، تغذيه خالص، خصوصيات خاک،نوع آب خوان، توپوگرافي، اثر منطقة غير اشباع و هدايت هيدروليكي آب خوان است که در زير شرح داده شده اند.
عمق سطح آب( D )
به عمقي كه آلودگي بايد طي كند تا به سطح ايستابي برسد عمق سطح آب مي گويند. هر چه سطح آب عميق تر باشد موجب ميشود كه زمان حركت و ماندگاري آلودگي افزايش يابد. تغذيه خالص ( R )
مقدار آبي كه از سطح زمين نفوذ مي كند و به سطح ايستابي مي رسد تغذيه خالص است.
تغذيه موجب مي شود كه آلودگي به صورت عمودي انتقال يابد، به سطح ايستابي برسد و بهصورت افقي در آب خوان منتشر شود.
مواد تشكيل دهنده آب خوان (A )
محيط آب خوان و مواد تشكيل دهندة آن تعيين كننده طول و چگونگي روند مسير سيستم جريان آب زيرزميني در سفره است. طول مسير در تعيين زمان لازم براي فرآيند هاي ميرايينظير جذب، واكنش هاي شيميايي و پراكنش از اهميت چشم گيري برخوردار است. محيط آب خوان همچنين بر مقدار سطح مؤثر موادي كه با آلوده كننده در تماس هستند، مؤثر است.
نوع خاك ( S )
محيط خاك تأثير بسيار مهمي در تغذيه دارد. و از اين رو بر چگونگي حركت آلوده كنندهمؤثر است . وجود مواد با بافت ريزدانه نظير سيلت و رس تراوايي نسبي خاك را كاهشمي دهند و مهاجرت و حركت آلوده كننده ها را محدود مي سازند. محيط خاك بر حسبرده بندي بافتي آن مشخص ميشود و بر اساس پتانسيل آلودگي امتياز بندي مي شود.
توپوگرافي (T )
توپوگرافي به صورت شيب و تغييرات شيب سطح زمين مورد توجه قرار مي گيرد.
توپوگرافي به كنترل حركت آلودگي و يا نگهداري آن بر روي سطح زمين كمك مي كند.
شيب هايي كه فرصت نفوذ بالاتري را فراهم مي كنند، پتانسيل آلودگي بالاتري را دارند. توپوگرافي بر توسعه و گسترش خاك و بالطبع بر ظرفيت ميرايي آلودگي مؤثر است. درصد شيب با استفاده از مدل رقومي ارتفاع محاسبه مي شود.
اثر منطقه غير اشباع ( I )
نوع منطقه غير اشباع تعيين كننده خصوصيات ميرايي مواد تشكيل دهنده منطقة خاك وسنگ هاي بالاي سطح ايستابي است.
هدايت هيدروليكي (C )
به قابليت مواد تشكيل دهنده آب خوان براي انتقال آب هدايت هيدروليكي گويند. اين قابليت شدت جريان آب زيرزميني تحت گراديان هيدروليكي معين را كنترل مي كند.
در برآورد آسيب پذيري در اين روش، ارقامي بين يک تا ده به هريك از پارامترهاي فوقتعلق مي گيرد ضمن اين که بنا به اهميت متفاوت پارامترها، براي هر يک وزني نيز در نظر گرفتهمي شود. وزن هاي مربوط از يك تا پنج است. به مهم ترين آن ها وزن پنج و كم اهميت ترينآن ها وزن ١ داده مي شود.
آسيب پذيري کلي سيستم (Di) از طريق رابطة زير به دست مي آيد7:
Di =∑= (W j .Rj) (١)
j 1
Di شاخص دراستيک يک واحد نقشة آب زيرزميني
Wj فاکتور وزني پارامترj Rj مقدار عددي پارامترj
هر چه مقدار شاخص در يک مکان بالاتر باشد، پتانسيل آلودگي در آن محل بيش تر وآسيب پذيري آن بالاتر خواهد بود.

توليد پارامترهاي DRASTIC
نقشه تغذيه خالص
براي تهية نقشه تغذية خالص از روش پيشنهادي پيسکوپو٣ [٨] استفاده مي شود. در اينروش پارامتر هايي را که در تغذية آب خوان منطقة بررسي شده اهميت دارند، با يک ديگرترکيب مي كنيم و نقشة نهايي تغذيه آب خوان به دست مي آيد. فاکتور هاي مذكور عبارتند ازبارندگي، شيب و نفوذ پذيري خاک.
نقشة نفوذپذيري منطقه با فاکتورهاي پيشنهادي پيسکوپو تهيه مي شود. براي ايجاد نقشة
بارندگي، ايستگاه هاي منطقه بررسي شد، و نقشه بارندگي به صورت رستري به دست آمد. اين

3- Piscopo
نقشه به صورت نقشة اوليه بوده و با استفاده از دسته بندي بارندگي به روش کاربردي پيسکوپو اين نقشه براي استفاده در توليد نقشة تغذية خالص آماده مي شود. بر طبق نقشه بارندگي ايجادشده بيش ترين مقدار بارندگي ٣٧١ ميليمتر و کمترين مقدار آن ١٧٣ ميلي متر است. و بنابهدسته بندي پيسکوپو نسبت ١ مي گيرد . با استفاده از نقشة مدل رقومي ارتفاع منطقه شيب برايهر قسمت به کمک نرم افزارILWIS محاسبه مي شود. سه نقشه توليد شده و بعد ازطبقه بندي آن، بارندگي، شيب و نفوذ پذيري با يک ديگر ترکيب شده و نقشه تغذيه خالص بهدست مي آيد.
مقادير تغذيه = درصد شيب + بارندگي + نفوذ پذيري سپس مقادير تغذيه بر اساس جدول ١ رتبه بندي شده و براي محاسبه شاخص آسيب پذيريآماده مي شود.
جدول١- دسته بندي مقادير تغذيه ( پيسکوپو، ٢٠٠١)[٨]
شيب(%) بارندگي(mm) نفوذپذيري خاک مقدار تغذيه
محدوده ضريب محدوده ضريب محدوده ضريب محدوده نسبت
٢> ٤ ٥٠٠> ١ متوسط ٤ ٩- ١١ ٨
٢ – ١٠ ٣ کم ٢ ٧-٩ ٥
١٠٣٣ ٢ ٥٧ ٣
– –
نقشه هدايت هيدروليکي
براي ايجاد نقشة هدايت هيدروليکي از نقشة ضخامت لاية اشباع و قابليت انتقال منطقهبررسي شده استفاده مي شود . نقشة هدايت هيدروليکي (شکل٢) از تقسيم نقشه قابليت انتقالبر ضخامت لايه اشباع به دست آمد.

شکل٢- نقشه هدايت هيدروليکي

نقشه عمق آب زيرزميني
با استفاده از اطلاعات چاه هاي مشاهده اي که تعداد آن ها بالغ بر١١٢ حلقه بود، عمق سطحآب در کل منطقه به دست آمد. اين نقشه به صورت نقشه خام بوده و با استفاده از دسته بنديعمق سطح آب زيرزميني شاخصDRASTIC



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید