استفاده از روش‌های مختلف فازی برای بهینه‌سازی مدل دراستیک در ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان، مطالعه موردی: آبخوان دشت تبریز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، دانشکده علوم‌طبیعی، گروه ‌زمین‌شناسی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، دانشکده علوم‌طبیعی، گروه گروه ‌زمین‌شناسی ، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استادیار، دانشکده علوم‌طبیعی، گروه گروه ‌زمین‌شناسی ، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 استادیار، دانشکده زمین‌شناسی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

با توجه به تمرکز جمعیت، فعالیت‌های کشاورزی و کارخانه‌های صنعتی در دشت تبریز، ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان این دشت برای توسعه، مدیریت، ‌تصمیمات کاربری اراضی و جلوگیری از آلودگی آب‌های زیرزمینی ضرورری به نظر می‌رسد. در این پژوهش، آسیب‌پذیری آبخوان پیچیده دشت تبریز در برابر آلودگی به کمک مدل دراستیک در محیط GIS بررسی شده و بهینه‌سازی این مدل توسط روش‌های مختلف فازی صورت گرفت. در مدل دراستیک از پارامترهای مؤثر در ارزیابی آسیب‌پذیری سفره آب زیرزمینی شامل ژرفای سطح ایستابی، تغذیه خالص، جنس محیط آبخوان، نوع خاک، شیب توپوگرافی، مواد تشکیل‌دهنده ناحیه غیراشباع و هدایت هیدرولیکی استفاده می‌شود که به‌صورت هفت لایه در نرم‌افزار ArcGIS تهیه شدند و با وزن‌دهی و رتبه‌بندی و تلفیق این هفت لایه، نقشه نهایی آسیب‌پذیری آب زیرزمینی نسبت به آلودگی تهیه و شاخص دراستیک برای منطقه بین 40 تا 126 برآورد شد. برای صحت‌سنجی مدل، از داده‌های غلظت نیترات در آب زیرزمینی منطقه استفاده شد که نشان داد همبستگی نسبی بین غلظت نیترات و مدل دراستیک تهیه شده وجود دارد. به منظور بهینه‌سازی مدل دراستیک، از روش‌های فازی ساجنو، ممدانی و لارسن استفاده گردید. برای این منظور، پارامترهای دراستیک به‌عنوان داده‌های ورودی و شاخص آسیب‌پذیری به‌عنوان خروجی برای مدل‌های فازی تعریف شدند و مقادیر نیترات مربوطه به دو دسته آموزش و آزمایش تقسیم شد. شاخص آسیب‌پذیری مربوط به مرحله آموزش با مقادیر نیترات مربوطه تصحیح گردید و پس از آموزش مدل، با استفاده از مقادیر نیترات نتایج مدل‌ها در مرحله آزمایش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به‌دست آمده از مدل‌های مختلف فازی نشان دادند که روش فازی ساجنو روشی کارآ و مفید برای بهینه‌سازی مدل دراستیک است. بر اساس مدل نهایی، نواحی خاوری منطقه در محدوده شهر تبریز دارای بیشترین میزان پتانسیل آلودگی می‌باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Using Different Fuzzy Logic Methods to Optimize DRASTIC Model, Case Study: Tabriz Plain Aquifer

نویسندگان [English]

  • R Barzegar 1
  • A Asghari Moghaddam 2
  • A Nadiri 3
  • E Fijani 4
1 M. Sc. Student, Faculty of Natural Sciences, Department of Geology, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Professor, Faculty of Natural Sciences, Department of Geology, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Assisstant Professor, Faculty of Natural Sciences, Department of Geology, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 Assistant Professor, Faculty of Geology, College of Science, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

With respect to the concentration of population, agricultural activities and industrial manufactures in Tabriz Plain area, vulnerability assessment of the plain aquifer is very useful for development, management, decision making for land use and preventing groundwater contamination. In this research, vulnerability of the Tabriz plain complex aquifer to contamination was considered by DRASTIC model in GIS media and different fuzzy logic methods adapted to optimize the model. The DRASTIC model uses seven environmental parameters effective on assessment of aquifers vulnerability such as Depth to groundwater level, net Recharge, Aquifer media, Soil media, Topography, Impact of vadose zone, and hydraulic Conductivity, which created as seven layers in ArcGIS media and weighted, rated and compiled, finally groundwater contamination vulnerability map was prepared and the DRASTIC index for the study area calculated between 40 to 126. The vulnerability map created by DRASTIC is compared to nitrate data and the results indicated a relative correlation between the nitrate level and vulnerability index. The Sugeno, Mamdani and Larsen fuzzy logic methods were adapted for optimizing the weights of the DRASTIC parameters. For this purpose, the DRASTIC parameters as input data and the vulnerability index as output data were defined for fuzzy models and nitrate concentration data were divided in two categories for training and test steps. The output of model in training step was corrected by related nitrate concentration, and after model training, the output of model in test step was verified by nitrate concentration. The results obtained from different fuzzy models show that the Sugeno fuzzy logic model is an applicable and useful method for optimizing DRASTIC model. According to the final model results, the eastern part of the area, inside the Tabriz city limits, has the maximum potential rate for contamination.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tabriz plain
  • Groundwater vulnerability
  • DRASTIC
  • optimization
  • Fuzzy logic methods