مقایسه پتانسیل آسیب‌پذیری آبخوان حوزه نکارود با استفاده از مدل‌های DRASTIC، SINTACS و SI

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه علوم و مهندسی محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران

2 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران.

3 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیز، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

چکیده

آب زیرزمینی اصلی‌ترین منبع آب شیرین در منطقه نکارود در استان مازندران است. افزایش جمعیت، توسعه کشاورزی و صنایع تأثیر منفی بر خصوصیات کمی و کیفی آب زیرزمینی در دشت نکارود گذاشته است. مدیریت و حفاظت این منابع امری ضروری و اجتناب‌ناپذیر است. بنابراین برای جلوگیری از آسیب‌های محیط‌زیستی حاصل از آلودگی و برداشت منابع آب زیرزمینی در این منطقه برنامه‌ریزی اصولی در منطقه باید صورت گیرد. در این تحقیق با استفاده از سه مدل DRASTIC، SINTACS و SI به ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان دشت نکارود پرداخته شد. برای این منظور ابتدا پارامترهای لازم برای مدل‌های مذکور شامل عمق آب زیرزمینی، تغذیه، منطقه غیراشباع، نوع خاک، محیط آبخوان، توپوگرافی، هدایت هیدرولیکی و کاربری اراضی منطقه ارزیابی، امتیازدهی و نقشه هم‌پوشانی تهیه شد. برای صحت‌سنجی نتایج مدل‌ها از داده‌های نیترات و pH در سال‌های 1393 و 1394 نیز استفاده گردید. نتایج نشان داد که مدل DRASTIC دارای بیشترین مقدار همبستگی با نیترات که عامل اصلی در آلودگی منابع آب زیرزمینی است می‌باشد و منطقه شمال و شمال غربی حوزه دارای بیشترین مقدار آسیب‌پذیری با 52/97 درصد است. آزمون من‌کندال برای تعیین روند عناصر نیز نشان داد که عناصر نیترات روندی ندارد ولی مقدار شاخص ZS برای pH در سال 1393 برابر با 8/63 بوده و روند افزایشی دارد، این بدین معنا است که این شاخص در سال 1394 روند افزایشی و معنی‌دار در سطح 0/95 داشته است. نتیجه کلی نشان داد که DRASTIC مدل مناسب برای ارزیابی آسیب‌پذیری دشت است و برنامه‌ریزان و تصمیم‌گیران می‌توانند به عنوان راهکاری مناسب و با صرفه در جلوگیری از افزایش آلودگی بهره بگیرند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of vulnerability potential of Aquifer of Nekarud Basin using DRASTIC, SINTACS and SI models

نویسندگان [English]

  • maryam morovati 1
  • Seyedah Alemah Sabagh 2
  • Aref Saberi 3
1 Associate Professor, Department of Environmental Sciences & Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, Ardakan University, Ardakan, Iran.
2 Ph.D Student in Environmental Sciences & Engineering, Faculty of Natural Resources & Marine Sciences, Trabiat Modares University, Tehran, Iran.
3 Iran. 3. Ph.D Student in Watershed Science & Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
چکیده [English]

Groundwater is the main source of fresh water in Nekarud region of Mazandaran Province. Population growth and the development of agriculture and industries has had a negative impact on the quantitative and qualitative characteristics of underground water in Nekarudd plain. Management and of these resources is necessary and unavoidable. Therefore in order to prevent environmental damages resulting from pollution and extraction of underground water resources in this region, principled planning should be done in the region. In this research, using three models DRASTIC, SINTACS and SI, the vulnerability of Nekarud plain aquifer was evaluated. For this purpose, first, the necessary parameters for the mentioned models including groundwater depth, nutrition, unsaturated zone, soil type, aquifer environment, topography, hydraulic conductivity, and land use were assessed and scored to prepare the overlay map. The nitrate and pH data of 2013 and 2014 were also used to validate the outputs of the models. The results showed that the DRASTIC model has the highest correlation value with nitrate, which is the main cause of groundwater pollution, and the north and northwest regions of the basin has the highest vulnerability value with 52.97%. The Mann-Kendall test to determine the trend of elements also showed that there is no trend of nitrate elements. But the value of ZS index for pH in 2013 was equal to 8.638 and it has an increasing trend. This means that this index had an increasing and significant trend at the level of 0.95 in 2014. The general result showed that DRASTIC is a suitable model for evaluating the vulnerability of the plain and planners and decision makers can use it as a suitable and cost-effective solution to prevent the increase of pollution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • Mann-Kendall Test
  • Aquifer vulnerability
  • Pollution zoning
  • Nekarud Basin
اسحاقی ایل‌بیگی، س.، گنجی نوروزی، ز.، درستکار، و.، موحد نژاد، م.ه.، و اطاری، م. (1401). ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان سبزوار (شمال شرق ایران) با استفاده از مدل دراستیک. آبیاری و زهکشی ایران، (1)16، 266-255.
اصغری‌مقدم، ا.، آدیگوزل‌پور، ع.، و محمدی، ع. (1397). ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان دشت اشنویه با استفاده از مدل‌های دراستیک و سینتکس. مخاطرات محیط طبیعی، (17)7، 120-99.
اصغری‌مقدم، ا.، قره‌خانی، م.، ندیری، ع.، کرد، م.، و فیجانی، ا. (1396). ارزیابی آسیب‌پذیری ذاتی آبخوان دشت اردبیل با استفاده از روش‌های SI، SINTACS و DRASTIC. جغرافیا و برنامه­ریزی، (61)21، 74-57.
بیاتی‌خطیبی، م.، رستمی، ف.، و ولیزاده کامران، خ. (1400). بررسی و پهنه‌بندی آسیب‌پذیری آب‌های زیرزمینی، با کمک روش دراستیک و الگوریتم‌های فازی مطالعه‌ی موردی: دشت تبریز. هیدروژئومورفولوژی، (29)8، 108- 87.
جودوی، ع.، مجیدی خلیل‌آباد، ن.، و مجیدی، م. (1401). طراحی شبکه پایش آلودگی منابع آب زیرزمینی بر اساس آسیب‌پذیری ذاتی، منابع آلودگی و ارزش آب زیرزمینی، مطالعه موردی: دشت خاش- پشتکوه، استان سیستان و بلوچستان. آبیاری و زهکشی ایران، (1)16، 25-13.
حجازی، ا.ا.، اندریانی، ص.، الماس­پور، ف.، و مختاری­اصل، ا. (1394). استفاده از تکنیک‌های تصمیم‌گیری‌ چندمعیاره و ‌سنجش از دور در محیط GIS برای بررسی مناطق حساس به وقوع سیلاب درحوضه لیقوان چای. نشریه هیدروژئومورفولوژی، 2(3)، 61-80.
حسن‌زاده نفوتی، م.، ابراهیمی خوسفی، ز.، و جمالی، ع.ا. (1396). مقایسه کارایی برخی مدل‌های ارزیابی آسیب‌پذیری آب‌های زیرزمینی به آلودگی در مناطق خشک (مطالعه موردی: دشت ابرکوه). مهندسی اکوسیستم بیابان، (14)6)، 68-59.
حسن‌زاده، م.، مومنی رق‌آبادی، م.، و رباطی، ا. (1400). آسیب‌پذیری آبخوان دشت حاجی‌آباد بر اساس روش‌های DRASTIC و SINTACS. هیدروژئومورفولوژی، (26)8، 202-183.
رادمنش، ف.، صدری، س.، و شهبازی، ع.(1396). ارزیابی آسیب ‏پذیری آبخوان دشت جارمه توسط روش ‏های دراستیک و سینتکس. آب و توسعه پایدار، (2)4، 120-111.
صابری، ع.، سلطانی گردفرامرزی، س.، و میریعقوب‌زاده، م. (1396). ارزیابی خشکسالی با استفاده از شاخص هواشناسی و سنجش از دور مشتق شده (مطالعه موردی: استان آذربایجان غربی). پایان نامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه اردکان، اردکان، 65ص.
فعال اقدام، ر.، ندیری، ع.ا.، و نوین‌پور، ا.ع. (1396). ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت بیلوردی برمبنای ترکیب روش‌های DRASTIC و SINTACS. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، (3)6، 150-135.
کاردان مقدم، ح.، جوادی، س.، و رحیم‌زاده کیوی، ز. (1399). ارزیابی روش‌های مختلف آسیب‌پذیری آبخوان آبرفتی و ساحلی (منطقه مورد مطالعه: استان گیلان محدوده آستانه- کوچصفهان). مدیریت آب و آبیاری، (2)10، 220-203.
معروفی، ص.، سلیمانی، س.، قبادی، م.ح.، رحیمی، ق.، و معروفی، ح. (1391). ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت ملایر با استفاده از مدل‌های DRASTIC، SI و SINTACS. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، (3)19، 166-141.
ندیری، ع.، جبراییلی، ن.، و قره‌خانی، م. (1398). مقایسه توانایی روش‌های مختلف ترکیبی در ارزیابی آسیب‌پذیری آب‌های زیرزمینی در آبخوان دشت قروه- دهگلان. اکوهیدرولوژی، (3)6، 836-821.
Aller, L., Bennet, T., Lehr, J.H., and Petty, R.J. (1987). DRASTIC: a standardized system for evaluating groundwater pollution potential using hydrogeological settings. Oklahoma: US Environmental Protection Agency, 163P.
Brindha, K., and Elango, L. (2015). Cross comparison of five popular 505 groundwater pollution vulnerability index approaches. Journal of Hydrology, 524, 597-613.
Civita, M. (1990), Unified legend for the aquifer pollution vulnerability Maps. Studi Sulla Vulnerabilita degli Acquiferi, Pitagora Edit, Bologna.
Hamza, M.H., Added, A., France´s, A., and Rodrı´guez, R. (2007), Validity of the vulnerability methods DRASTIC, SINTACS and SI applied to the study of nitrate pollution in the phreatic aquifer of Metline–Ras Jebel–Raf Raf (northeastern Tunisia). Comptes Rendus Geoscience, 339(7), 493-505.
Howard, K., and Gerber, R. (2018). Impacts of urban areas and urban growth on groundwater in the Great Lakes Basin of North America. Journal of Great Lakes Research, 44(1), 1-13.
Jaunat, J., Garel, E., Huneau, F., Erostate, M., Santoni, S., Robert, S., Fox, D., and Pasqualini, V. (2019). Combinations of geoenvironmental data underline coastal aquifer anthropogenic nitrate legacy through groundwater vulnerability mapping methods. Science of The Total Environment, 658, 1390-1403.
Kandhar, I.A., Khaskheli, G.B., Sahito, A., and Bux Mahar, R. (2016). Effect of Canal Bank Filtration on Quality of Water Long Hyderabad City. Mehran University Research Journal of Engineerinng and Technology, 35(3), 437–452.
Kendall, M.G. (1975), Rank correlation measures, London: Charles Griffin Inc.
Victorine Neh, A., Ako Ako, A., Ayuk, A,R., and Hosono, T. (2015). DRASTIC-GIS model for assessing vulnerability to pollution of the phreatic aquiferous formations in Douala- Cameroon. Journal of African Earth Sciences, 102, 180-190.
Khosravi, K., Sartaj, M., Tsai, F.T.C., Singh, V.P., Kazakis, N., Melesse, A.M., Prakash, I., Bui, D.T., and Pham, B.T. (2018). A comparison study of DRASTICmethods with various objectivemethods for groundwater vulnerability assessment. Science of The Total Environment, 642, 1032–1049.
Kumar, P., Bansod, B.K.S., Debnath, S.K., Thakur, P.K., and Ghanshyam, C. (2015). Index-based groundwater vulnerability mapping models using hydrogeological settings: a critical evaluation. Environmental Impact Assessment Review, 51, 38-49.
Kumar, P., Sharma, R., and Bhaumik, S. (2022). MCDA techniques used in optimization of weights and ratings of DRASTIC model for groundwater vulnerability assessment. Data Science and Management, 5(1), 28– 1.
MacDonald, A.M., Bonsor, H.C., Ahmed, K.M., Burgess, W.G., Basharat, M., Calow, R.C., Dixit, A., Foster, S.S.D., Gopal, K., Lapworth, D.J., Lark, R.M., Moench, M., Mukherjee, A., Rao, M.S., Shamsudduha, M., Smith, L., Taylor, R.G., Tucker, J., van Steenbergen, F., and Yadav, S.K. (2016). Groundwater quality and depletion in the indo-gangetic basin mapped from in situ observations. Nature Geoscience, 9(10), 762–766.
Mencio, A., Mas- Pla, J., Otero, N., Regàs, O., Boy-Roura, M., Puig, R., Bach, J., Domènech, C., Zamorano, M., Brusi, D., and Folch, A. (2017). Nitrate pollution of groundwater; all right ..., but nothing else?. Science of the Total Environment, 539, 241–251.
Mfonka, Z., Ndam Ngoupayou, J.R., Ndjigui, P.D., Kpoumie, A., Zammouri, M., Ngouh, A.N., Mouncherou, O.F., Rakotondrabe, F., and Rasolomanana, E.H. (2018). A GIS-Based DRASTIC and GOD models for assessing alterites aquifer of three experimental watersheds in Foumban (Western-Cameroon). Groundwater for Sustainable Development, 7, 250-264.
Nadiri, A.A., Sedghi, Z., Khatibi, R., and Gharekhani, M. (2017). Mapping vulnerability of multiple aquifers using multiple models and fuzzy logic to objectively derive model structures. Science of The Total Environment, 593–594, 75–90.
Nazzal, Y., Howari, F.M., Iqbal, J., Ahmed, I., Bou Orm, N., and Yousef, A. (2019). Investigating aquifer vulnerability and pollution risk employing modified DRASTIC model and GIS techniques in Liwa area, United Arab Emirates. Groundwater for Sustainable Development, 8, 567-578.
Nlend, B., Celle-Jeanton, H., Huneau, F., Ketchemen-Tandia, B., Fantong, W.Y., Ngo Boum-Nkot, S., and Etame, J. (2018). The impact of urban development on aquifers in large coastal cities of West Africa: Present status and future challenges. Land Use Policy, 75, 352-363.
Panagopoulos, G.P., Antonakos, A.K., and Lambrakis, N.J. (2006). Optimization of DRASTIC model for groundwater vulnerability assessment, by the use of simple statistical methods and GIS. Hydrogeology Journal, 14(6), 894-911.
Piscopo, G. (2001). Groundwater vulnerability map, explanatory notes, Castlereagh Catchment. New South Wales: NSW Department
Rahman, M., Morshedul Haque, M., and Tareq, S.M. (2021). Appraisal of groundwater vulnerability in south-central part of Bangladesh using DRASTIC model: An approach towards groundwater protection and health safety. Environmental Challenges, 5, 1-11.
Ribeiro, L., Pindo, J.C., and Dominguez-Granda, L. (2017). Assessment of groundwater vulnerability in the Daule aquifer, Ecuador, using the susceptibility index method. Science of The Total Environment, 574, 1674-1683.
Şener, E., and Şener, Ş. (2015). Evaluation of groundwater vulnerability to pollution using fuzzy analytic hierarchy process method. Environmental Earth Sciences, 73(12), 8405-8424.