مکان‌یابی محل‌های مناسب تغذیه مصنوعی آبخوان دشت شریف آباد قم با تأکید بر ویژگی‌های هیدروژئومرفولوژیکی منطقه

صادقی, امیر رضا; حسینی, سید موسی; یمانی, مجتبی; جعفر-بیگلو, منصور

doi:10.48308/esrj.2022.100768

مکان‌یابی محل‌های مناسب تغذیه مصنوعی آبخوان دشت شریف آباد قم با تأکید بر ویژگی‌های هیدروژئومرفولوژیکی منطقه

نوع مقاله : علمی -پژوهشی

نویسندگان

امیر رضا صادقی

سید موسی حسینی

مجتبی یمانی

منصور جعفر-بیگلو

گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.48308/esrj.2022.100768

چکیده

در این پژوهش جهت تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی، ده لایه هیدروژئومرفولوژیکی - اقلیمی مؤثر در مکانیابی در سطح سفره شامل زمینشناسی، ژئومورفولوژی، بافت خاک، کاربری اراضی و پوشش زمین، شیب، ارتفاع رواناب، تراکم زهکشی، تراکم خطواره، عمق آب زیرزمینی بعد از دوره بارش (تغذیه) و فاصله از چاههای بهره برداری استفاده شده است. با توجه به تاثیر هر یک از این لایهها در انتخاب بهترین محل مناسب جهت تغذیه مصنوعی، به هر معیار امتیازی بین 1 تا 4 (به ترتیب کمترین و بیشترین تاثیر) داده شده و طبقهبندی گردید. سپس به منظور ارزیابی صحت لایه مکانهای مناسب تغذیه مصنوعی، ضریب همبستگی این لایه با لایه تغییرات هدایت الکتریکی آب زیرزمینی در سطح آبخوان محاسبه شد. نتایج نشان داد که همبستگی لایه سطوح مناسب تغذیه و هدایت الکتریکی آب زیرزمینی برابر با 635/0- می‌باشد. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که 11 درصد از مساحت سطح سفره جزء اراضی کاملا مناسب و 30 درصد اراضی مناسب جهت تغذیه مصنوعی در دشت شریف آباد حائز اهمیت می‌باشد. این مکان‌ها منطبق بر محیط مخروط افکنه‌ای، دارا بودن خاک درشت دانه از نوع ماسه، شن، لوم، پایین بودن شدید سطح آب زیرزمینی و دارا بودن شیب سطحی (کمتر از 5%) موقعیت خوبی جهت تغذیه آبخوان ایجاد نموده است. براساس ویژگی‌های هیدروژئومرفولوژیکی منطقه مورد مطالعه، روش تلفیقی تغذیه مستقیم سطحی (روش حوضچه‌های تغذیه) و زیرزمینی (روش گودال یا چاه) در نزدیکی خط گسل شریف آباد برای تغذیه منابع آب زیرزمینی می‌تواند پیشنهاد شود. نتایج این تحقیق می‌تواند برای سایر سفرههای اطراف دریاچه نمک نیز مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

تغذیه مصنوعی

آبخوان شریف آباد قم

هیدروژئومورفولوژی

مکان‌یابی

سیستم اطلاعات جغرافیایی

20.1001.1.20088299.1401.13.1.7.0

عنوان مقاله English

Site-selection of groundwater artificial recharge in Sharif-Abad aquifer with emphasis on hydrogeomorphological characteristics

نویسندگان English

Amir-Reza Sadeghi

Seiyed Mossa Hosseini

Mojtaba Yamani

Mansour Jafa-Beiglou

Department of Physical Geography, Faculty of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده English

Introduction
Salt Lake basin of Iran contain about 30% of the total population and 5.6% of the total area of the country. The average annual reduction of groundwater level across this basin is -0.98 m. Due to this issue, Iran Water Resources Management Company has banned the exploitation of seven plains located around the Salt Lake. Therefore, by applying proper management and implementing exploitation management policies, groundwater level declination should be stopped. The artificial recharge approach can be used as an alternative to prevent further reduction of groundwater level. It is necessary to characterize the geological, geomorphological, soil and hydrological characteristics of the groundwater aquifer to select potential areas for recharge. The best places to implement artificial recharge plans are coarse-grained soils, early sandy alluvial soils, rocky soils, karst areas, sandy bedding and seasonal river cone deforestation. Studies have used a number of data-layers to identify potential areas for artificial recharge. The considered factors in each study were selected and evaluated according to the purpose as well as the hydrogeomorphological characteristics of the study area. In these studies, the runoff depth layer as one of the most important features has been rarely used in selecting susceptible areas for artificial recharge. Sharif-Abad plain is of great importance due to intense agriculture activities. Almost 99.9% of the total surface and groundwater consumption in this area (~1411.86 million cubic meters per year) is consumed by agricultural sector which has triggered significant declination of groundwater level.
Materials and methods
In this study, 10 data-layers including geology, geomorphology, soil texture, slope, land use, drainage density, ridge density, runoff depth, groundwater level after monsoon and distance from pumping wells are among the factors that define the suitable sites for recharge. Generation of these data-layers were performed in the ArcGIS 10.3 software environment with a 300 m resolution. The rating of each data-layer is conducted in the range of 1 to 4 according to its influence in suitable sites for recharge (1 for the lowest influence and 4 for the highest). The final map of the best sites for artificial recharge across the aquifer area were obtained by overlapping ten rated layers. Spatial cross-correlation between the values attributed the final map and values of the EC in the groundwater.
Results
The final map obtained from the linear weighted combination of ten data-layers was divided into 4 categories including very suitable, suitable, inappropriate and completely inappropriate areas for artificial recharge. The very suitable areas for artificial recharge were characterized with the coarse-grained alluvial deposits, areas with deep groundwater level, low electrical conductivity, intense pumping well density, transverse passage of a fault line and low surface slope. A significant negative correlation equal to -0.635 is obtained between the EC layer and the final overlapped map.
Conclusion
In this study, suitable sites for groundwater artificial recharge in Sharif-Abad plain were obtained using the most substantial factors including geology, geomorphology, soil texture, land use/land cover, slope, runoff depth, lineament density, drainage density, depth of groundwater after monsoon, and the distance from the pumping wells. The results of this study showed that 11.16% and 30% of aquifer area are completely suitable and suitable lands for artificial recharge, respectively. The correlation of the overlaid final map with the corresponding values of the groundwater electrical conductivity equaled -0.635. Due to the hydrogeomorphological characteristics of the study area, an integrated surface and subsurface recharge (feeding pool and well methods) in the vicinity of fault line is recommended to implement the groundwater recharge project. The results of this research and the data-layers used to identify suitable sites for artificial recharge can also be used for other aquifers around the Salt Lake that have similar hydrogeomorphological-climatic conditions such as Sharif-Abad plain.

کلیدواژه‌ها English

Artificial recharge

Sharifabad aquifer

Qom

Hydrogeomorphology

Site selection

GIS

-احمدی، ح.، 1378. ژئومورفولوژی کاربردی – جلد دوم (بیابان)، انتشارات دانشگاه تهران، 456 ص.

-پارسایی، ل.ا.، رهبر، غ.ر. و مفیدی خواجه، ا.م.، 1394. شناخت مخروط افکنه‌های استان گلستان به منظور تغذیه سفره‌های زیرزمینی، چهارمین همایش ملی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی انجمن علمی سیستم‌های سطوح آبگیر باران ایران.

-تابش، م. و زمردی، ک.، 1370. تعیین مکان بهینه تغذیه مصنوعی با هدف به حداقل رساندن بار هیدرولیکی پمپاژ در سفرههای آزاد، پایاننامه کارشناسیارشد در رشته سازههای هیدرولیکی، دانشکده فنی گروه عمران دانشگاه تهران.

-تشکری، ع. و میرزائی، غ.، 1384. تغذیه‌ مصنوعی آب‌های زیرزمینی (اصول، روش‌های، طراحی، ساخت و نگهداری)، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر-مبعث، پایاننامه کارشناسیارشد.

-رمضانی، م.، 1390. ارائه مدلی مناسب جهت مکانیابی تغذیه مصنوعی آبخوان با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و منطق فازی (مطالعه موردی: دشت شمیل و آشکارا، هرمزگان)، پایاننامه کارشناسیارشد رشته برنامهریزی مدیریت و آموزش محیط زیست، دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست، گروه برنامهریزی و مدیریت محیط زیست.

-حکمت پور، م.، فیض‌نیا، س.، احمدی، ح. و خلیل پور، ا.، 1386. پهنه‌بندی مناطق مناسب برای تغذیه مصنوعی در دشت ورامین به کمک GIS و سامانه پشتیبانی تصمیمگیری، مجله محیطشناسی، شماره 42، ص 1-8.

-طرفی، ح.، کلانتری، ن.ا.، چرچی، ع. و آبشیرینی، ا.، ۱۳۸۷. امکان سنجی تغذیه مصنوعی در دشت خران با استفاده از تکنیکهای سنجش از دور و GIS، پایان‌نامه کارشناسیارشد رشته زمینشناسی، دانشگاه شهید چمران.

-کیث تاد، د.، دبلیو مایز، ل. و رهنمایی، م.، 1394. مهندسی منابع آب زیرزمینی (جلد دوم)، ترجمه رهنمایی، م.، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز، 295 ص.

-مهرورز مغانلو، ک.، غیومیان، ج. و فیض نیا، س.، 1382. بررسی نهشته‌های کواترنر جهت تعیین مناطق مستعد پخش سیلاب (مطالعه موردی: دشت تسویج)، پایاننامه کارشناسیارشد در رشته آبخیزداری، دانشگاه تهران، دانشکده منابع طبیعی، گروه احیای مناطق خشک و کوهستانی.

-مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی، 1398. ارزیابی اثربخشی قانونگذاری بر وضعیت منابع آب زیرزمینی، معاونت پژوهش‌های زیربنایی و امور تولیدی دفتر: مطالعات زیربنایی، کد موضوعی 250، شماره مسلسل 16750.

-نوری، ب.، محسنی ساروی، م.، غیومیان، ج.، درویش صفت، ا. و فیض نیا، س.، 1382. تعیین مناطق مناسب جهت تغذیه مصنوعی آب‌های زیرزمینی با استفاده از داده‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در حوضه آبخیز گاوبندی، پایاننامه کارشناسیارشد در رشته بیابان زدایی، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران.

-وزارت نیرو، شرکت مدیریت منابع آب ایران، مطالعات پایه منابع آب، گزارش بیلان منابع آب محدوده مطالعاتی شریف آباد.

-وزارت کشاورزی و عمران روستایی، سازمان تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی، موسسه تحقیقات خاک و آب، 1362. گزارش مطالعات خاکشناسی نیمه تفصیلی منطقه قم – مسیله، نشریه فنی شماره 628.

-سالنامه آماری آب کشور، ۱۳۹۴. وزارت نیرو، دفتر برنامهریزی کلان آب و آبفا.

-شرکت مدیریت منابع آب ایران، شرکت آب منطقه‌ای استان قم، آمار کمی و کیفی چاه‌های مشاهده‌ای و چاه‌های پمپاژ، 98-1397.

-Abijith, D., Saravanan, S., Singh, L., Jennifer, J.J., Saranya, T. and Parthasarathy, K.S.S., 2020. GIS-based multi-criteria analysis for identification of potential groundwater recharge zones-a case study from Ponnaniyaru watershed, Tamil Nadu, India. HydroResearch, v. 3, p. 1-14.

-Anbazhagan, S., Ramasamy, S.M. and Das Gupta, S., 2005. Remote sensing and GIS for artiﬁcial recharge study, runoff estimation and planning in Ayyar basin, Tamil Nadu, India. Environ Geol, v. 48, p. 158-170.

-Ahirwar, S., Malik, M.S., Ahirwar, R. and Shukla, J.P., 2020. Identification of suitable sites and structures for artificial groundwater recharge for sustainable groundwater resource development and management. Groundwater for Sustainable Development, p. 100388.

-Baghvand, A., Nasrabadi, T., Bidhendi, G.N., Vosoogh, A., Karbassi, A. and Mehrdadi, N., 2010. Groundwater quality degradation of an aquifer in Iran central desert. Desalination, v. 260, p. 264-275.

-Chowdhury, A., Jha, M.K. and Chowdary, V.M., 2010. Delineation of groundwater recharge zones and identification of artificial recharge sites in West Medinipur district, West Bengal, using RS, GIS and MCDM techniques. Environmental Earth Sciences, v. 59(6), p. 1209.

-Faraji Sabokbar, H.A., Nasiri, H., Hamze, M., Talebi, S. and Rafiei, Y., 2011. Identification of suitable areas for artificial groundwater recharge using integrated ANP and pair wise comparison methods in GIS environment, (case study: Garbaygan Plain of Fasa). Geography and Environmental Planning Journal, p. 41-46.

-Ghermezcheshmeh, B., Feiznia, S., Ghoayumian, J. and Zehtabian, G., 2005. An Investigation on the Use of Geomorphologic Maps in Locating Sites Suitable for Flood Spreading in Meymeh Region. Journal of the Iranian Natural Res., v. 59(3), p. 557-567.

-Goodarzi, L., Akhoond_Ali, A., Zarei, H. and Dehghani, F., 2013. Identifying potential sites for artificial groundwater recharge using GIS and MCDM techniques in Oshtorinan plain, Iran.

-Jamour, R. and Eilbeigy, M., 2019. Site selection and determination of the most suitable artificial recharge method in the Minab Plain based on AHP method. J. Environ. Water Eng., v. 5(2), p.166-173. DOI: 10.22034/jewe.2019.173987.

-Jalali, M., 2007. Salinization of groundwater in arid and semi-arid zones: an example from Tajarak, western Iran. Environ Geol, v. 52, p. 1133-1149.

-Jasrotia, A.S., Kumar, R., Taloor, A.K. and Saraf, A.K., 2019. Artificial recharge to groundwater using geospatial and groundwater modelling techniques in North Western Himalaya, India. Arabian Journal of Geosciences.

-Kalantari, N., Rangzan, K., Thigale, S.S., Rahimi, M.H., 2010. Site selection and cost-benefit analysis for artificial recharge in the Baghmalek plain, Khuzestan Province, southwest Iran. Hydrogeology Journal, v. 18, p. 761-733.

-Kumar, B. and Kumar, U., 2011. Ground water recharge zonation mapping and modeling using Geomatics techniques. International Journal of Environmental Sciences, v. 1(7), p. 1670-1681.

-Krishnamurthy, J., Venkatesa Kumar, N., Jayaraman, V. and Manivel, M., 1996. An approach to demarcate ground water potential zones through remote sensing and a geographical information system. International Journal of Remote Sensing, v. 17(10), p. 1867-1884.

-Muthumaniraja, C.K., Anbazhagan, S., Jothibasu, A. and Chinnamuthu, M., 2019. Remote Sensing and Fuzzy Logic Approach for Artificial Recharge Studies in Hard Rock Terrain of South India. GIS and Geostatistical Techniques for Groundwater Science, p. 91-112

-Prabhu, M.V. and Venkateswaran, S., 2015. Delineation of artificial recharge zones using geospatial techniques in Sarabanga Sub Basin Cauvery River, Tamil Nadu. Aquatic Procedia, v. 4, p. 1265-1274.

-Ramalingam, M. and Santhakumar, A.R., 2000. Case study on artificial recharge using remote sensing and GIS. Map India, p. 13-15. GIS devlopmennt. www. GISdevelopment .net (accessed on June 25).

-Rajasekhar, M., Raju, G.S., Raju, R.S. and Basha, U.I., 2018. Data on artificial recharge sites identified by geospatial tools in semi-arid region of Anantapur District, Andhra Pradesh, India. Data in brief, v. 19, p. 462-474.

-Ramu, S., Sornavelu, S. and Sivappah, A.N., 1988. Soils of Tiruchirapalli District, Tamii Nadu, District Report No.5, Soil Survey and Landuse Organization Coimbatore, Tamilnadu, India.

-Rahimi, S., Roodposhti, M.S. and Abbaspour, R.A., 2014. Using combined AHP–genetic algorithm in artificial groundwater recharge site selection of Gareh Bygone Plain, Iran. Environmental earth sciences, v. 72(6), p. 1979-1992.

-Santha Sophiya, M. and Tajdarul, H., 2013. Assessment of vulnerability to seawater intrusion and potential remediation measures for coastal aquifers: a case study from eastern India. Environ Earth Sci, v. 70, p. 1197-12091308.

-Sandoval, J.A. and Tiburan Jr, C.L., 2019. Identification of potential artificial groundwater recharge sites in Mount Makiling Forest Reserve, Philippines using GIS and Analytical Hierarchy Process. Applied geography, v. 105, p. 73-85.

-Senanakanye, I.P., Disanayake, D.M., Mayadunna, B.B. and Weerasekera, W.L., 2015. An approach to delineate groundwater recharge potential sites in Ambalantota, Sri Lanka using GIS techniques. Geoscience Frontiers, v. 20, p. 1-10.

-Samadi, J., 2016. Site Selection Modeling for Artificial Recharge in Kashan Aquifer Using Statistical Methods, AHP and Groundwater Environmental Considerations. Iran-Water Resources Research, v. 12(1), (IR-WRR).

-Todd, D.K. and Mays, L.W., 2005. Groundwater hydrology edition. Welly Inte.

-Zehtabian, G., Alavi Panah, S.K. and Hamedpanah, R., 2001. Determination of an Appropriate Area for Flood Water Spreading by Remote Sensed Data and GIS in the Tagharood Catchment (Iran), International Feredation of Surveyors, Seoul, Korea, May, v. 1-6.

-Zaidi, F.K., Nazzal, Y., Ahmed, I., Naeem, M. and Jafri, M.K., 2015. Identification of potential artificial groundwater recharge zones in Northwestern Saudi Arabia using GIS and Boolean logic. Journal of African Earth Sciences, v. 111, p. 156-169.