توسعه سیستم پشتیبانی تصمیم برای ارزیابی آسیب‌پذیری مدیریت آب زیرزمینی و آبخوان: سیستم اطلاعات هیدروژئولوژیک موناستیر (HISM)

در تونس و به ویژه در منطقه مناستیر، آب های زیرزمینی منبع اصلی سیستم های تامین آب هستند. مشکلات عدیده ای گریبانگیر مسئولان مدیریت آب است. در حقیقت، آبخوان ساحلی مکنینه چندین ناهنجاری کیفی و کمی را به دلیل گسترش محیط‌های آبی (تبولبا، بکلتا)، انتشار محصولات مضر صنعت نساجی (کسار هلال و مکنینه)، بهره‌برداری بیش از حد شدید و نفوذ آب دریا برجسته می‌کند. بنابراین، برای مدیریت منابع آب زیرزمینی، یک سیستم پشتیبانی تصمیم (DSS) برای منطقه Monastir توسعه یافته است. این سیستم پشتیبانی تصمیم (DSS) داده‌های توصیفی و گرافیکی را برای مدیریت آب‌های زیرزمینی بر روی یک پشتیبانی دیجیتال گرد هم می‌آورد. این یک پایگاه داده رابطه‌ای هیدروژئولوژیکی است که به یک سیستم اطلاعاتی هیدروژئولوژیکی برای منطقه Monastir (HISM) پیوسته است که پردازش سریع و مؤثر حجم زیادی از داده‌های مکانی از منابع متعدد را امکان‌پذیر می‌سازد. پیاده سازی سیستم اطلاعات هیدروژئولوژیکی با استفاده از برنامه نویسی شی گرا (OOP) تضمین می شود. “زبان مدلسازی واحد” (UML) یک روش طراحی شی گرا (OOD) است که برای مدل سازی داده ها انتخاب شده است. رابط های برنامه در ویژوال بیسیک (VB.net) در محیط توسعه یکپارچه (IDE) از Microsoft Visual Studio توسعه داده شده اند. کتابخانه “DotSpatial” یکپارچه برای مدیریت لایه های اطلاعات جغرافیایی استفاده می شود. HISM شامل لایه های موضوعی است که از طریق برداری 22 نقشه توپوگرافی و زمین شناسی به دست آمده است (1/50000 و 1/25، 000) و ورودی داده های توصیفی از چاه آب و منابع آلودگی از مطالعات میدانی و آزمایشگاهی. HISM دارای ظرفیت مدیریت عالی است. تبدیل از مختصات جغرافیایی به مختصات پلانیمتری را تضمین می کند. این امکان افزودن، اصلاح، حذف و ویرایش داده ها (بارندگی، پیزومتریک و ژئوشیمیایی) را فراهم می کند. همچنین ذخیره و ویرایش پایگاه داده کارتوگرافی دیجیتالی و/یا تولید شده را تضمین می کند. این DSS به سیستم آبخوان سطحی ساحلی موکنین برای تعریف یک مدل مفهومی از عملکرد آب زیرزمینی و ارزیابی آسیب‌پذیری در برابر نفوذ آب دریا اعمال شد. حذف و ویرایش داده ها (بارندگی، پیزومتریک و ژئوشیمیایی). همچنین ذخیره و ویرایش پایگاه داده کارتوگرافی دیجیتالی و/یا تولید شده را تضمین می کند. این DSS به سیستم آبخوان سطحی ساحلی موکنین برای تعریف یک مدل مفهومی از عملکرد آب زیرزمینی و ارزیابی آسیب‌پذیری در برابر نفوذ آب دریا اعمال شد. حذف و ویرایش داده ها (بارندگی، پیزومتریک و ژئوشیمیایی). همچنین ذخیره و ویرایش پایگاه داده کارتوگرافی دیجیتالی و/یا تولید شده را تضمین می کند. این DSS به سیستم آبخوان سطحی ساحلی موکنین برای تعریف یک مدل مفهومی از عملکرد آب زیرزمینی و ارزیابی آسیب‌پذیری در برابر نفوذ آب دریا اعمال شد.

کلید واژه ها

HISM ، UML ، DSS ، DotSpatial ، آسیب پذیری

1. مقدمه

منطقه Monastir که با کمبود آب مشخص می شود، رشد جمعیتی و صنعتی قابل توجهی را تجربه می کند. مشکل تخریب آب های زیرزمینی با شرایط آب و هوایی و نیازهای آبی برای فعالیت های مختلف انسانی و منابع آلودگی تشدید می شود [ 1 ]. این تخریب عموماً با کاهش سطح آب های زیرزمینی و کاهش کیفیت این آب ها بیان می شود. قابلیت اطمینان و اعتبار تجزیه و تحلیل آب های زیرزمینی به شدت به در دسترس بودن حجم زیادی از داده های با کیفیت بالا بستگی دارد. قرار دادن تمام داده ها در یک ساختار منسجم و منطقی که توسط یک محیط محاسباتی پشتیبانی می شود به اطمینان از اعتبار و در دسترس بودن کمک می کند و ابزار قدرتمندی برای مطالعات هیدروژئولوژیکی فراهم می کند [ 2 ].

در این شرایط، DSS برای مدیریت و برنامه ریزی این منابع ضروری به نظر می رسد. در واقع، سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) ابزارهای مدرنی را برای ایجاد نقشه‌ها، یکپارچه‌سازی اطلاعات، تجسم سناریوها، حل مسائل پیچیده و پیاده‌سازی راه‌حل‌های مؤثر بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده از منابع مختلف و فرمت‌های مختلف ارائه می‌دهند [ 3 ] [ 4 ]. [ 5 ]. مطالعات پیشرفته تاثیر بالاتر استفاده از سیستم‌های GIS را بر تجزیه و تحلیل آب‌های زیرزمینی و پشتیبانی تصمیم‌گیری هیدروژئولوژیکی نشان داده‌اند. بسیاری از مطالعات [ 6 ] [ 7] به توسعه رویکردها و روش های ادغام شده در سیستم های اطلاعات جغرافیایی کمک کرده است تا به کاربران کمک کند تا وضعیت فعلی منابع آب زیرزمینی در مناطق خود را درک کنند. در چنین پروژه هایی [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] ، سیستم های GIS برای بهبود مدیریت تامین منابع آب زیرزمینی و تخصیص شهری مستقر شده بودند. از طرف دیگر، سیستم های GIS جغرافیایی فقط به عنوان پایگاه های جغرافیایی [ 12 ] مستقر می شوند. در این مقاله، ما توسعه یک سیستم GIS را پیشنهاد می‌کنیم که همزمان ویژگی‌های ذکر شده (پایگاه داده و رویکرد تحلیل فضایی) را ادغام می‌کند.

از دیدگاه فنی، طراحی اکثر سیستم های اطلاعاتی بر اساس رویکرد MERISE [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] است. در مطالعه ما، طراحی و پیاده سازی DSS بر اساس رویکرد شی گرا است. رویکرد شیء ترکیبی از داده‌ها و درمان‌ها است که سطح مشخصی از انسجام را تضمین می‌کند. در واقع، رویکرد UML اجازه می‌دهد تا سیستم‌های پیچیده را مدل‌سازی کند و ساختار و پویایی را با همان مفهوم نزدیک‌تر به واقعیت چیزها یکپارچه کند.

در این زمینه، اهداف عبارت بودند از: 1) ایجاد یک پایگاه داده هیدروژئولوژیکی مرتبط با یک سیستم اطلاعاتی که امکان ذخیره، ویرایش و نمایش داده های ارجاع شده جغرافیایی را فراهم می کند، 2) پردازش و تجزیه و تحلیل داده های توزیع شده مکانی، 3) پشتیبانی مناسب ارزیابی‌های آسیب‌پذیری آبخوان، و 4) برای معرفی یک مدل مفهومی از عملکرد آب‌های زیرزمینی. یک پایگاه داده هیدروژئولوژیکی مدیریت شده توسط GIS به منظور ارائه داده های مورد استفاده در تکنیک های ارزیابی آسیب پذیری و تجزیه و تحلیل توسعه داده شده است.

ساختار مقاله به شرح زیر است. این بخش مقدماتی با یک مرور کلی از GIS و رویکرد شی دنبال می شود. بخش سوم شرح مفصلی از روش بکار گرفته شده از طراحی تا پیاده سازی و توسعه نرم افزار ارائه می دهد. کاربرد DSS در آبخوان سطحی ساحلی موکنین در بخش چهارم مورد بحث قرار گرفته است. نتیجه گیری اصلی در بخش آخر زیر خط کشیده شده است.

2. مروری کلی بر GIS و رویکرد شی

2.1. سیستم های GIS

GIS اکنون به عنوان یک علم به خوبی شناخته شده است و می تواند به عنوان یک حوزه نسبتا جدید و در حال ظهور در نظر گرفته شود [ 16 ]. به عنوان سیستمی برای ورودی، ذخیره سازی، دستکاری و خروجی داده های ارجاع شده جغرافیایی [ 17 ] تعریف می شود. فناوری GIS برای مدیریت داده‌های مکانی و غیر مکانی، پیوند دادن مدل‌ها و ارائه رابط بین مدل‌ها و کاربران آنها استفاده می‌شود [ 18 ].

داده های جغرافیایی را می توان توسط سیستم های GIS به عنوان اشیا یا فیلدها نشان داد. اشیاء نشان دهنده موجودیت ها با هندسه، توپولوژی و مقادیر ویژگی غیر مکانی مشخص می شوند. فیلدها ویژگی ها و اجزای واقعی داده را نشان می دهند [ 19]. در واقع، این تمایز بین اشیا و فیلدها در GIS اغلب با مدل های داده های برداری و شطرنجی مرتبط است. از یک طرف، مدل‌های برداری پدیده‌های فضایی را از طریق تفاوت در توزیع ویژگی‌های نقاط، خطوط و نواحی نشان می‌دهند. در چنین سیستمی، هر لایه ترکیبی سازگار از یک یا چند کلاس از ویژگی های هندسی است. از سوی دیگر، یک مدل شطرنجی شامل یک آرایه مستطیلی از سلول‌ها است که مقادیری به هر سلول اختصاص می‌یابد. در چنین مدلی، هر سلول معمولاً به یک مقدار محدود می شود. در نتیجه، نمایش مکانی پارامترها و متغیرهای توزیع شده نیاز به معماری مبتنی بر لایه‌های متعدد و مدل‌های رابطه دارد که در آن داده‌های مختلف باید به خوبی دستکاری، تحلیل و ترکیب شوند [ 2 ] [ 20 ].

2.2. توسعه شی گرا

توسعه شی گرا روشی است که رویکرد مدل سازی مفهومی و برنامه نویسی شی گرا را ترکیب می کند [ 21 ]. تجزیه و تحلیل شی گرا (OOA) به بیان مفهومی فرآیندها یا سیستم های دنیای واقعی در پارادایم شی گرا می پردازد [ 22 ]. طراحی شی گرا (OOD) می تواند برای تجزیه یک مسئله به بخش های قابل مدیریت و به تصویر کشیدن جنبه های منطقی یک سیستم با استفاده از نمادهای ثابت استفاده شود [ 23 ].

این متدولوژی ها مبتنی بر مفاهیم اشیا و کلاس ها با روابط انتزاعی، کپسوله سازی و وراثت هستند که از ویژگی های قدرتمند شی گرایی هستند. کپسوله سازی مکانیزمی برای بهبود انعطاف پذیری و قابل فهم بودن یک سیستم است که امکان صرفه جویی در زمان توسعه، یکپارچگی داده های تحلیل شده و نوشتن صحیح سرویس ها را فراهم می کند [ 21 ] [ 24 ]. چند شکلی به نمونه های مختلفی از اشیاء اجازه می دهد که هر کدام را می توان به روشی مناسب با توجه به موارد دیگر ارائه کرد که امکان گسترش سیستم را فراهم می کند [ 25 ]. وراثت مکانیزمی است که به وسیله آن یک کلاس (زیر کلاس) رفتار و ویژگی های یک کلاس دیگر را اصلاح می کند [ 21 ].

همه این مفاهیم را می توان با استفاده از زبان مدل سازی یکپارچه (UML) انجام داد. در واقع، محققان UML را به عنوان نماد گرافیکی برای پشتیبانی از مدل‌سازی شی‌گرا و توسعه برنامه‌ها اتخاذ کرده‌اند [ 25 ]. UML می تواند برای توسعه مدل های مفهومی فرآیندها و تسهیل اجرای پایگاه های داده و سیستم ها بسته به محیط محاسباتی استفاده شود [ 25 ]. UML یک زبان مدل سازی با استفاده از متن و نمادهای گرافیکی است که مشخصات، تجزیه و تحلیل، طراحی و اجرای فرآیند توسعه سیستم شی گرا را تضمین می کند. می توان آن را با تمام فرآیندها در طول چرخه عمر توسعه و در سراسر فناوری های مختلف پیاده سازی استفاده کرد [ 21]. هر شی با استفاده از یک مقدار منحصر به فرد شناخته شده به عنوان شناسه شی (OID) شناسایی می شود. این شناسه منحصر به فرد یک شی را قادر می سازد تا زمانی که چنین رفتاری مشخص شده است، خود را از سایر اشیاء متمایز کند [ 23 ]. اشیاء مشابه در کلاس ها گروه بندی می شوند. یک کلاس را می توان به عنوان مجموعه ای از چیزهای فیزیکی یا منطقی تعریف کرد که به طور یکنواخت با استفاده از ویژگی ها، عملیات، روابط و معناشناسی یکسان توصیف شده است [ 26 ]. کلاس ها واحد سازمانی اولیه سیستم های شی گرا هستند که وسیله ای را برای توصیف ساختار و رفتار اشیاء منفرد سیستم فراهم می کنند [ 25 ]. کلاس ها ویژگی ها و رفتار مجموعه ای از اشیاء را تعریف می کنند. یک ویژگی نشان دهنده برخی از ویژگی های کلاس [ 21]. رفتار اشیا از طریق عملیات تحقق می یابد. عملیات تابع یا تبدیلی است که ممکن است روی اشیاء یک کلاس اعمال شود. اجرای یک متد ممکن است وضعیت یک شی را تغییر دهد [ 21 ]. روش انتزاعی از چیزی است که یک شی می تواند انجام دهد، یا برای آن انجام داده است [ 27 ]. روابط مسیری را برای ارتباط بین اشیاء فراهم می کند [ 28 ]. ارتباط بین چیزها وجود دارد و در نمودارهای کلاس UML به عنوان خطوط اتصال کلاس ها ظاهر می شود [ 22 ]. تعمیم و تداعی ها رایج ترین نوع رابطه هستند. استفاده از تعمیم، توصیف سیستم ها و فرآیندها را با استفاده از سلسله مراتبی از کلاس ها امکان پذیر می کند [ 29]. انجمن ها نشان دهنده روابط ایستا بین کلاس ها هستند.

3. رویکرد روش شناختی

یک روش عملی در این مطالعه به صورت فلوچارت در شکل 1 [ 30 ] ارائه شده است. مرحله اول شامل جستجو، بازیابی و جمع آوری داده های مربوط به منطقه مورد مطالعه است. این طولانی ترین و گران ترین فاز است [ 31 ]. در دومی

داده های جمع آوری شده باید مدل سازی و به صورت دیجیتال معرفی شوند. DSS در Visual Basic (VB.net) با استفاده از Visual Studio Integrated Development Environment (IDE) با کتابخانه سیستم اطلاعات جغرافیایی “DotSpatial” توسعه یافته است. تکنیک‌های گزارش‌دهی به‌عنوان لایه‌های برداری، تجزیه و تحلیل متقاطع و پرس‌و‌جوها برای توسعه نقشه‌های موضوعی و معرف جدید به منظور معرفی یک مدل مفهومی از عملکرد آب‌های زیرزمینی و مطالعه آسیب‌پذیری‌های آنها در برابر آلودگی، مورد بهره‌برداری قرار گرفتند.

3.1. کاوش و پردازش متا داده

هدف از توسعه پایگاه داده های هیدروژئولوژی ذخیره داده های اصلی و یکپارچه سازی اطلاعات مفید توسط هیدروژئولوژیست بود. داده ها از پایگاه داده ها و نقشه های موجود و همچنین از طریق اندازه گیری های میدانی جدید جمع آوری می شوند. منابع اطلاعاتی می توانند منشأهای مختلفی داشته باشند. داده های لازم (توپوگرافی، هیدروگرافی، زمین شناسی، خاک، پیزومتریک …) از سه منبع مختلف جمع آوری شده است:

· بررسی های میدانی برای موجودی و اکتشاف منطقه.

· بررسی داده های تحقیقاتی و تاریخی قدیمی در مورد منطقه.

· برداری از نقشه های مختلف موجود.

انواع داده های موجود و مورد نیاز به منظور طراحی طرح پایگاه داده مورد بررسی قرار گرفت. پارامترها و اطلاعات چندین بار طبقه بندی و دوباره گروه بندی شدند. بسیاری از پارامترها و روابط هیدروژئولوژیکی به منظور ذخیره در پایگاه داده تجزیه و تحلیل شدند. حداکثر اطلاعات، حداقل افزونگی داده ها، کاهش ظرفیت ذخیره سازی و قابلیت بازیابی بهینه داده ها برای تجزیه و تحلیل، محدودیت هایی بودند که طرح نهایی را تعریف کردند [ 2 ]. این ابزار مدیریت داده ها امکان به روز رسانی و بررسی داده ها را در زمان واقعی، خودکارسازی ذخیره سازی داده ها، رویه های مدیریت و همچنین تجزیه و تحلیل سری های زمانی و تولید نقشه های هیدروژئولوژیکی دقیق را فراهم می کند [ 28 ].

3.2. مدل سازی داده ها

طراحی مفهومی پایگاه داده فرآیندی برای انتزاع نیازهای کاربر به مدل اطلاعاتی است [ 32 ]. مدل سازی کارتوگرافی اولین گام در تحقق سیستم اطلاعات جغرافیایی است. این تابع برای مدل سازی داده های واقعی با توجه به نیازها و اهداف مورد نظر استفاده می شود. جدول 1 مدل نگاشت اشیاء برای DSS را نشان می دهد. توپوگرافی با خطوط کانتور نشان داده می شود. اطلاعات نقطه ای لایه های آب زیرزمینی و بارندگی را توصیف می کند. لایه‌های اندازه‌گیری سطح آب زیرزمینی، هیدروشیمی و نفوذپذیری به دست آمده از داده‌های ویژگی‌های پردازش‌شده.

طراحی سیستم یک مرحله خلاقانه و ضروری در فرآیند توسعه است. استفاده از مدل‌سازی مفهومی با هدف در نظر گرفتن الزامات مناسب‌تر در توسعه سیستم‌های اطلاعاتی با توجه به محیط‌های عملیاتی آن‌ها است.

برای مدل سازی مفهومی DSS، UML را انتخاب کردیم. در واقع، راه استانداردی برای تجسم یک طرح با استفاده از نمودارها فراهم می کند. UML شامل مجموعه‌ای از تکنیک‌های نشانه‌گذاری گرافیکی برای ایجاد مدل‌های بصری سیستم‌های نرم‌افزار فشرده است [ 26 ]. دو نوع عمده از نمودار UML وجود دارد: نمودارهای استاتیک و پویا. برای نمودارهای استاتیک، نمودارهای مورد استفاده و کلاس ها را ارائه می کنیم. برای نمودارهای پویا، نمودارهای دنباله ای را ارائه می کنیم.

3.2.1. نمودار مورد استفاده

نمودار مورد استفاده مجموعه ای از اقداماتی را توصیف می کند که DSS باید با همکاری کاربران (بازیگران) سیستم انجام دهد تا نتایج ارزشمندی ارائه دهد. شکل 2 نمودار مورد استفاده را نشان می دهد که یک عنصر اساسی مدل سازی شی گرا است. عملکرد سیستم با بررسی نیازهای هر بازیگری که به عنوان یک خانواده تعامل بیان می شود، تعیین می شود. علاوه بر این، کاربر برنامه داده ها (چاه آب، نمونه، تجزیه و تحلیل، ایستگاه های بارندگی، جداول آب و نقشه ها) را پیاده سازی می کند، پارامتر مناسب را انتخاب می کند.

پارامتر انتخاب شده را به روز کنید (افزودن، اصلاح، حذف) و گزارش ها (پایش کیفیت، پایش پیزومتریک، جداول آب و بارندگی) را ویرایش کنید. سیستم پارامتر انتخاب شده را نمایش می دهد و اطلاعات را ذخیره می کند.

3.2.2. نمودار کلاس

نمودار کلاس یکی از پرکاربردترین نمودارها از مشخصات UML است [ 22 ] توصیف نمای ایستا یک سیستم با استفاده از UML فرآیندی است که بر نمودارهای کلاس [ 25 ] متکی است.

نمودار کلاس جزئیات مربوط به موجودیت های سیستم و روابط ایستا بین آنها را نشان می دهد. شکل 3 ساختار نمودار کلاس DSS ما را شرح می دهد. در واقع امکان تعریف اجزای سیستم نهایی را فراهم می کند. در این مرحله، هر کلاس دارای یک نام منحصر به فرد، ویژگی ها (برچسب، اندازه، نوع …) و تمام عملیات های قابل اجرا برای این کلاس است. فرهنگ لغت داده ها کلاس های زیر را ارائه می دهد: چاه آب، نمونه، نوع تجزیه و تحلیل، تجزیه و تحلیل، طبیعت، سنگ شناسی، نوع اندازه گیری، ایستگاه های بارندگی، بارندگی، جدول آب، جدول آب تاریخی، نقشه، فرمانداری، نمایندگی، منابع آلودگی و عوامل.

3.2.3. نمودار توالی

نمودار توالی نحوه عملکرد فرآیندها (نظم و تعاملات) را شرح می دهد. همچنین فعل و انفعالات شی را که در ترتیب زمانی مرتب شده اند نشان می دهد. برای هر وظیفه سیستم، نمودار توالی سناریوی اشیاء و کلاس ها و دنباله پیام های مبادله شده بین اشیا را طراحی می کند. شکل 4 نمودار توالی شکل فایل را نشان می دهد.

3.3. اکتساب داده (DAQ)

این مؤلفه توصیفی شامل داده‌های کمی و کیفی چاه‌های آب است که توسط دفتر منطقه‌ای توسعه کشاورزی فهرست‌بندی شده است.

صومعه. این شامل بررسی های میدانی انجام شده در این چارچوب و همچنین داده های اقلیمی، پیزومتریک، ژئوشیمیایی و منابع آلودگی است. مولفه فضایی یک پایگاه داده نقشه برداری است که داده هایی را ذخیره می کند که در آن اشیاء با موجودیت های هندسی (نقطه، قوس و چندضلعی) مانند خاک شناسی، کاربری زمین، داده های توپوگرافی و زمین شناسی نشان داده می شوند. اکتساب این موارد بعداً عمدتاً بر اساس سه فرآیند است: اسکن، ارجاع جغرافیایی و دیجیتالی کردن نقشه‌های توپوگرافی و زمین‌شناسی.

3.4. پیاده سازی و توسعه نرم افزار

به منظور دستیابی به این فرآیند، ما استفاده از هر دو رویکرد توسعه شی گرا و مدل های جغرافیایی متصل به پایگاه داده های GIS را پیشنهاد می کنیم. DSS در Visual Basic (VB.net) با استفاده از Visual Studio Integrated Development Environment (IDE) که کتابخانه سیستم اطلاعات جغرافیایی “DotSpatial” را پیاده سازی می کند، توسعه یافته است. ما مدل مفهومی را در سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) اعمال کردیم. این دومی بر اساس طرح رابطه ای است که روابط مختلف بین جداول داده را توصیف می کند. مدل جغرافیایی شامل پیوند دادن یک پایگاه داده رابطه‌ای به ویژگی‌های هندسی است. موجودیت‌های مدل‌سازی شده در دسته‌هایی با ویژگی‌های مشترک سازمان‌دهی می‌شوند. یک جدول نشان دهنده هر دسته است. ویژگی های مختلف به عنوان ستون های جدول رخ می دهند و ردیف ها ثبت داده ها را تضمین می کنند.33 ].

طراحی داده های معنایی ابتدا با ایجاد یک پایگاه داده SQL (MS Access) با استفاده از فرم های ورود داده ها آغاز می شود. Application Menu منوی اصلی برنامه توسعه یافته را نشان می دهد که چارچوب Windows Ribbon را پیاده سازی می کند ( شکل 5 ). این توسط سه رابط اصلی تشکیل شده است: “سیستم اطلاعات هیدروژئولوژیک موناستیر (HISM)”، “گزارش ها” و “داده های GIS”. این دومی به کاربر اجازه می دهد تا داده های چاه آب، نمونه، بارندگی، جداول آب و نقشه ها را مشاهده، اضافه، اصلاح و حذف کند. شکل 6 و شکل 7 فرم ورودی را برای رکوردهای بارندگی و واردات و/یا صادرات لایه های دیجیتالی شده را تشریح می کند. تبدیل نقاط آب و ایستگاه های بارش از جغرافیایی به مختصات متریک در DSS انجام می شود.شکل 8 ). برای هر پیزومتر و حفاری آب، چینه شناسی و سنگ شناسی برای محاسبه عمودی نفوذپذیری معادل برای منطقه vadose و نفوذپذیری افقی معادل برای آبخوان استخراج می شود ( شکل 9 ).

مولفه “گزارش ها” امکان مشاهده و به روز رسانی اندازه گیری سطح آب زیرزمینی، کیفیت و بارندگی را در طول زمان فراهم می کند. شکل 10 گزارش تغییرات شوری را به عنوان تابعی از زمان نشان می دهد. رابط برای “جدول آب” نفوذپذیری معادل چاه آب منطقه vadose و آبخوان را در حفاری آب با شناسه شی “19536/4” نشان می دهد ( شکل 11 ).

شکل 12 ساختار رابط دینامیکی سیستم اطلاعات هیدروژئولوژیکی (HISM) موناستیر را که از چهار جزء تشکیل شده است، تشریح می کند. نوار منو امکان افزودن و حذف تم ها، تغییر طرح و چاپ را می دهد. یک نوار ابزار برای انجام تجزیه و تحلیل فضایی مانند شناسایی، بزرگنمایی، حرکت،

انتخاب، حذف انتخاب، جدول ویژگی و اندازه گیری فاصله. فهرست مطالب به اضافه کردن لایه‌های جغرافیایی کمک می‌کند، منطقه مضامین را با مختصات پلانیمتری آنها مشاهده می‌کنید.

4. کاربرد DSS: مورد آبخوان سطحی ساحلی موکنین

سه کاربرد اصلی متمایز HISM شناخته شده است: 1) مدیریت داده های هیدروژئولوژیکی، 2) توسعه نقشه های هیدروژئولوژیکی، 3) ارزیابی آسیب پذیری بر اساس روش های همپوشانی و شاخص.

این DSS برای سیستم آبخوان سطحی ساحلی موکنین اعمال شد. این منطقه در شمال شرقی تونس، بین عرض‌های جغرافیایی 3936 و 3951 شمالی و طول‌های جغرافیایی 663 و 685 شرقی واقع شده است ( شکل 13 ). منطقه موکنینه از جنوب تحت تأثیر آب و هوای خشک و گرم و از شمال آب و هوای مرطوب و معتدل مدیترانه ای است. میانگین دمای سالانه حدود 19 درجه سانتیگراد است. بارندگی با میانگین سالانه 350 میلی متر، عامل اصلی هیدرولوژیکی در منطقه را تشکیل می دهد [ 34 ].

4.1. مدل عملکرد هیدرودینامیکی

سیستم آبخوان ساحلی سطحی موکنین از سطوح شنی، ماسه‌سنگ‌ها و لایه‌های آهکی تشکیل شده است که توسط سطوح شنی-رسی از هم جدا شده‌اند. تنوع قابل توجهی در ویژگی های هیدرودینامیکی آن در منطقه تبولبا وجود دارد

دارای شیب هیدرولیکی بالا نقشه برداری پیزومتری وجود آب های زیرزمینی نشسته را در سیستم آب زیرزمینی منطقه موکنینه نشان داد. در سطح بكالتا از يك طرف گنبد پيزومتري به سمت سبخا و از طرف ديگر به دريا جريان دارد. نظارت بر تاریخچه پیزومتری در منطقه تبولبا تأثیر تغذیه مصنوعی و رفتار آب‌های زیرزمینی نشسته در سیستم فریاتیک را برجسته کرد.

تجزیه و تحلیل پیشرفته آب های زیرزمینی در منطقه موکنینه نشان داده است که آنها عمدتاً شور هستند. آبهای شور منطقه ساحلی بکلتا و شمال غربی سبخای موکنینه را مشخص می کند. آب شیرین (6/0 تا 2 گرم در لیتر) در منطقه تبولبه و شرق سبخا مکنینه شناسایی شد. در قسمت بالادست، و جنوب موکنین، اساساً انحلال/بارش مواد معدنی غالب است. کانی سازی آب در مناطق Ksibet elMediouni-Lamta-Buhjar-KsarHellal-Moknine و جنوب شهر تبولبه ناشی از اختلاط است که عمدتاً توسط فاضلاب خانگی و نفوذ آب دریا حاصل می شود. فرآیند اختلاط و تبادل یونی مسئول کانی سازی آب های لبه غربی موکنین سبخا است. در شمال و شرق بکلتا، مخلوطی با آب های دریایی وجود دارد.

شکل 14 مدل عملکرد هیدرودینامیکی سیستم آبخوان سطحی ساحلی موکنین را نشان می دهد. این مدل سه محفظه با ویژگی های مختلف را نشان می دهد. در بخش های Ksibet ElMediouni-Lamta-Bouhjar-Sayada و Fadhlin-Al Bhira، مخزن دارای ضخامت کاهش یافته و رخساره های کلرید سدیم است. در شمال غربی، تغذیه محلی منجر به رقیق شدن آب می شود که در آن شوری از 1.6 تا 3 گرم در لیتر متغیر است. در شرق، در منطقه Alfadlin-Al Bhira، شوری بالا (6 گرم در لیتر) است. در منطقه تبولبا، مدل وجود سفره‌های زیرزمینی با کیفیت خوب و ضخیم شدن مخزن با رخساره‌های Na-Ca-Cl و Na-HCO3 را _نشان می‌دهد.

4.2. نقشه برداری آسیب پذیری آب های زیرزمینی

4.2.1. روش GALDIT

روش نمایه سازی GALDIT توسط Chachadi و Lobo-Ferreira (2001) [ 35 ] برای ارزیابی آسیب پذیری در برابر نفوذ آب دریا توسعه داده شد. این روش از مجموعه ای از شش پارامتر مؤثر بر نفوذ آب دریا در سفره استفاده می کند: وقوع آب زیرزمینی، هدایت هیدرولیکی آبخوان، ارتفاع سطح آب زیرزمینی از سطح دریا، فاصله از ساحل، تأثیر وضعیت موجود نفوذ آب دریا و ضخامت آبخوان در حال نقشه برداری. در این مدل، مجموعه داده‌های فضایی در عمق آب زیرزمینی، ضخامت آبخوان، نوع آبخوان، آنالیز هیدروشیمیایی و هدایت هیدرولیکی آبخوان با یکدیگر ترکیب شده‌اند.

مدل GALDIT برای ارزیابی آسیب‌پذیری آب زیرزمینی سیستم آبخوان فریاتیک موکنین استفاده شد. محاسبه شاخص GALDIT و می تواند به صورت زیر بیان شود [ 36 ]:

منg=∑i = 16(آرمندبلیومن) /∑i = 16(Wi)Ig=∑i=16(RiWi)/∑i=16(Wi)

زیرمجموعه های R _i و W _i به ترتیب امتیاز و وزن هر پارامتر را نشان می دهند.

4.2.2. توسعه نقشه های موضوعی

مشخصات آبخوان منطقه مورد مطالعه با بررسی داده های اکتشافی 9 حلقه چاه انجام شد. آبخوان عمدتاً محصور نشده است و درجه بندی نوع آبخوان برابر با 7.5 است.

برآورد هدایت هیدرولیکی آبخوان با استفاده از محاسبات نفوذپذیری معادل [ 37 ] انجام شده است. بر اساس ضرایب نفوذپذیری مرجع اختصاص داده شده برای هر سنگ شناسی [ 38 ] و فرمول ارائه شده توسط Castany (1967)، نفوذپذیری معادل افقی برای هر پیزومتر محاسبه می شود. هدایت هیدرولیکی به سه کلاس طبقه بندی شد و 7.5 – 10 رتبه بندی شد ( جدول 2 ).

ارتفاع آب زیرزمینی بالاتر از سطح متوسط ​​دریا (L) از اندازه‌گیری چاه‌های آب زیرزمینی در سال 2005 محاسبه می‌شود. مقادیر از -12 متر تا 23 متر متغیر بودند.

تکنیک‌های اکتشاف ژئوشیمی و آنالیز هیدروژئوشیمیایی برای تعیین تأثیر وضعیت موجود نفوذ آب دریا مورد نیاز است که می‌تواند با استفاده از نسبت (Cl/HCO + CO) محاسبه شود. سه کلاس برای این شاخص نفوذ آب دریا ثبت شده است ( جدول 2 ).

سپس تمام لایه‌های پارامتر در محیط HISM قرار گرفتند تا نقشه GALDIT تولید شود که مناطقی را که بیشتر مستعد نفوذ آب دریا هستند شناسایی می‌کند.

نقشه آسیب پذیری GALDIT از آبخوان سطحی ساحلی موکنین ( شکل 15 ) سه درجه آسیب پذیری را نشان می دهد. کم، متوسط ​​و زیاد به ترتیب با 9/39 درصد، 8/43 درصد و 3/16 درصد از مساحت منطقه. به جز منطقه لامتا- صیادا-بوهجار، منطقه ساحلی حساس ترین و بیشترین در معرض نفوذ آب دریا است. این آسیب پذیری بالا را می توان با فاصله محدود از ساحل و سطوح پیزومتریک پایین توضیح داد.

5. نتیجه گیری ها

تحقیق حاضر بر اهمیت توسعه یک سیستم پشتیبانی تصمیم (DSS) به عنوان یک ابزار تصمیم‌گیری مفید و عالی برای مدیریت آب‌های زیرزمینی تاکید می‌کند.

طراحی و پیاده سازی این DSS به نام سیستم اطلاعات هیدروژئولوژیک برای منطقه موناستیر (HISM) یک مفهوم جدید مبتنی بر رویکرد شی گرا (OO) است که:

· زبان مدلسازی، زبان مدلسازی واحد (UML) است.

· زبان برنامه نویسی ویژوال بیسیک (VB.net) در محیط توسعه یکپارچه ویژوال استودیو است.

· کتابخانه “Dotspatial” برای مدیریت لایه های اطلاعات جغرافیایی استفاده می شود.

· سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) رابطه ای است: Microsoft Access.

یک پایگاه داده ارتباطی هیدروژئولوژیکی همراه با یک سیستم اطلاعات هیدروژئولوژیکی (HISM) امکان پردازش سریع و کارآمد حجم زیادی از

داده های مکانی از چندین منبع رابط تعاملی (HISM) پیوند بین دو مؤلفه پشتیبانی شده توسط برنامه است. تجسم لایه های مختلف جغرافیایی، ذخیره و به روز رسانی داده ها، تغییر مقیاس و بازگرداندن نقشه های موضوعی را تضمین می کند.

از طریق درخواست‌های مکانی و ویژگی‌ها، DSS اجازه نمایش و تجزیه و تحلیل لایه‌های اطلاعات جغرافیایی را برای تعریف مدل عملکرد هیدرودینامیکی سیستم‌های آبخوان و ترسیم آسیب‌پذیری آنها در برابر نفوذ آب دریا می‌دهد.

در واقع، گردآوری و سنتز داده‌های زمین‌شناسی، توپوگرافی، ساختاری و پیزومتریک امکان ساخت مدل مفهومی هیدرودینامیکی سیستم آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه را فراهم کرد. با یک هندسه عدسی شکل مشخص می شود که در آن سطوح نفوذپذیر در یک توده نیمه تراوا با نهادهای هیدروژئولوژیکی به صورت محلی قرار می گیرند. رویکرد هیدروشیمیایی امکان توسعه نقشه های موضوعی و همچنین منشاء و فرآیندهای مسئول کیفیت آب زیرزمینی را فراهم کرد. کانی سازی سیستم آب زیرزمینی با انحلال مواد معدنی در حال تبخیر و کربناته، واکنش های اختلاط، تبادل یونی و نفوذ آب دریا کنترل می شود. سهم آب های دریایی در کیفیت آب های زیرزمینی در شمال شرقی بکلتا که شوری آن بیش از 6 گرم در لیتر است آشکار می شود.

آسیب پذیری آب زیرزمینی موکنین با استفاده از مدل تجربی GALDIT ارزیابی شده است. این روش شش پارامتر هیدروژئولوژیکی را به دست می دهد که عبارتند از وقوع آب زیرزمینی، هدایت هیدرولیکی آبخوان، ارتفاع سطح آب زیرزمینی از سطح دریا، فاصله از ساحل، تأثیر وضعیت موجود نفوذ آب دریا و ضخامت آبخوان در حال نقشه برداری. قسمت شمال شرقی منطقه مورد مطالعه آسیب پذیرترین منطقه است.

به منظور حفاظت از منابع آب منطقه مورد مطالعه می توان توصیه هایی را ارائه کرد:

· یک فهرست سیستماتیک در امتداد منطقه ساحلی شمالی و شرقی برای نظارت بر تکامل شوری فضایی و عمودی.

· راه اندازی یک سیستم نظارت و هشدار در مناطق آسیب پذیر قوی و در معرض خطر بالای آلودگی، به ویژه منطقه بکلتا.

منابع

[ 1 ]	پروفایل محیط زیست تونس (2012) کنسرسیوم EURONET. گزارش.
[ 2 ]	Gogu, RC, Carabin, G., Hallet, V., Peters, V. and Dassargues, A. (2001) پایگاه های داده های هیدروژئولوژیکی مبتنی بر GIS و مدل سازی آب های زیرزمینی. مجله هیدروژئولوژی، 9، 555-569. https://doi.org/10.1007/s10040-001-0167-3
[ 3 ]	Foucher, S. (2000) Elaboration d’un system d’Information Géographique: Application au system hydrologique de la vallée du Rio Zongo (بولیوی). ارتباط با مرحله Institut de recherche pour le developpement. دانشگاه مونپلیه II-CNAM. 33 ص.
[ 4 ]	Rayed, CA (2012) با استفاده از GIS برای مدلسازی DSS فضایی برای آلودگی صنعتی در مصر. مجله آمریکایی سیستم اطلاعات جغرافیایی، 1، 100-104. https://doi.org/10.5923/j.ajgis.20120104.01
[ 5 ]	Alharbi, R. (2015) یک سیستم پشتیبانی تصمیم مبتنی بر GIS برای کاهش زمان پاسخ آمبولانس هوایی: مطالعه موردی در مدارس دولتی در شهر جده. مجله نظام اطلاعات جغرافیایی، 7، 384-391. https://doi.org/10.4236/jgis.2015.74030
[ 6 ]	Li، YP، Huang، GH و Nie، SL (2006) یک مدل برنامه ریزی تصادفی چند مرحله ای فاصله-پارامتر برای مدیریت منابع آب تحت عدم قطعیت. پیشرفت در منابع آب، 29، 776-789. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2005.07.008
[ 7 ]	Chen, YM (1997) مدیریت منابع آب با استفاده از الگوریتم های ژنتیک بهبود یافته. کامپیوتر و الکترونیک در کشاورزی، 18، 117-127. https://doi.org/10.1016/S0168-1699(97)00024-0
[ 8 ]	Ge, Y., Li, X., Huang, C. and Nan, Z. (2013) یک سیستم پشتیبانی تصمیم برای تخصیص آب آبیاری در امتداد دامنه های میانی حوضه رودخانه هیهه در شمال غربی چین. مدلسازی و نرم افزار محیطی، 47، 182-192. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2013.05.010
[ 9 ]	Assaf, H. and Saadeh, M. (2008) ارزیابی گزینه های مدیریت کیفیت آب در حوضه لیتانی بالا، لبنان، با استفاده از یک سیستم پشتیبانی تصمیم گیری مبتنی بر GIS یکپارچه. مدلسازی و نرم افزار محیطی، 23، 1327-1337. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2008.03.006
[ 10 ]	Xiang, S. and Zhou, W. (2009) توسعه سیستم مدیریت منابع آب زیرزمینی بر اساس GIS در حوضه آبریز دریاچه پویانگ. کنفرانس بین المللی علوم محیطی و فناوری کاربرد اطلاعات، ووهان، 4-5 جولای 2009، 410-413. https://doi.org/10.1109/ESIAT.2009.108
[ 11 ]	Guo, L., Xiao, L., Tang, X. and Hu, Z. (2010) کاربرد تکنیک های GIS و سنجش از دور برای مدیریت منابع آب. دومین کنفرانس علوم محیطی و فناوری کاربرد اطلاعات، ووهان، 17-18 جولای 2010، 738-741. https://doi.org/10.1109/ESIAT.2010.5568931
[ 12 ]	Mathiyalagan, V., Grunwald, S., Reddy, KR and Bloom, SA (2005) Web-GIS و پایگاه جغرافیایی برای تالاب های فلوریدا. کامپیوتر و الکترونیک در کشاورزی، 47، 69-75. https://doi.org/10.1016/j.compag.2004.08.003
[ 13 ]	Konan Waidhet, AB, Kouadio, KE, Dibi, B., Savane, I. and Lazar, G. (2013) مشارکت GIS در مدیریت پروژه برنج در شمال غربی ساحل عاج: مورد منطقه دنگوئل. مجله بین المللی نوآوری و مطالعات کاربردی، 2، 436-444.
[ 14 ]	خمیری، س.، منصوری، س.، خنیسی، ع. و زرگونی، ف. (1392) پیاده سازی نمونه اولیه GIS و RDBMS جغرافیایی برای مدیریت منابع آب. حوضه زئوس-کوتین (جنوب تونس). مجله نظام اطلاعات جغرافیایی، 5، 429-445. https://doi.org/10.4236/jgis.2013.55041
[ 15 ]	Riahi, I., Bouaziz, S. and Ben Dhia, H. (2015) Problèmes d’Intégration de données hydrogéologiques dans un System d’Information Geographique dédié à la gestion intégrée de ressources en eau souterraine. مجله انجمن علمی سیستم های اطلاعات آب، 1، 40-45.
[ 16 ]	Srivastava، SK (2013) مفاهیم آستانه در سیستم های اطلاعات جغرافیایی: گامی به سوی درک مفهومی. مجله جغرافیا در آموزش عالی، 37، 367-384. https://doi.org/10.1080/03098265.2013.775569
[ 17 ]	Goodchild، MF (1996) کاربرد فناوری اطلاعات پیشرفته در ارزیابی اثرات زیست محیطی. در: Corwin, DL and Loague, K., Eds., Applications of GIS to the Modeling of Non Point Source of Pollutants in Vadose Zone, SSSA Special Publication 48, Soil Science Society of America, Inc., Madison, 1- 17.
[ 18 ]	Huang, GH, Liu, L., Chakma, A., Wu, SM, Wang, XH and Yin, YY (1999) یک سیستم مدلسازی حوضه آبخیز هیبریدی با پشتیبانی از GIS: کاربرد در حوضه دریاچه ارهای چین. مجله علوم هیدرولوژیکی، 44، 597-610. https://doi.org/10.1080/02626669909492255
[ 19 ]	Heuvelink، GBM (1998) انتشار خطا در مدلسازی محیطی با GIS. تیلور و فرانسیس، لندن.
[ 20 ]	کریولو، آر.، ولاسکو، وی.، ناردی، آ.، وریس، ال ام، ریرا، سی، شایبر، ال.، ژورادو، آ.، برویر، اس.، پوجادس، ای.، روستو، آر. و سونه , EV (2019) AkvaGIS: ابزار منبع باز برای مدیریت کمیت و کیفیت آب. کامپیوتر و علوم زمین، 127، 123-132. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2018.10.012
[ 21 ]	Cubuk, U. (2004) الگوی تحلیل Anliurfa Harran Plain در UML و پیاده سازی آن در Geodatabase. پایان نامه ارسالی به دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم طبیعی و کاربردی دانشگاه فنی خاورمیانه، 137 ص.
[ 22 ]	Booch, G., Rumbaugh, J. and Jacobson, I. (1999) راهنمای کاربر زبان مدلسازی متحد. انتشارات آدیسون-وسلی، بوستون.
[ 23 ]	Booch, G. (1994) تجزیه و تحلیل شی گرا و طراحی با کاربردها. ویرایش دوم، انتشارات آدیسون-وسلی، بوستون.
[ 24 ]	Yourdon, E. (1994) طراحی سیستم های شی گرا: یک رویکرد یکپارچه. پرنتیس هال، صخره های انگلوود.
[ 25 ]	Buliung، RN و Kanaroglou، PS (2004) در طراحی و پیاده سازی یک پایگاه داده فضایی شی-رابطه ای برای تحقیق رفتار/فعالیت سفر. مجله نظام های جغرافیایی، 6، 237-262. https://doi.org/10.1007/s10109-004-0139-y
[ 26 ]	Rumbaugh, J., Jacobson, I. and Booch, G. (1999) The Unified Modeling Language Reference Manual. ادیسون-وسلی، بوستون
[ 27 ]	Quatrani, T. (2003) مقدمه ای بر زبان مدل سازی یکپارچه. https://www-106.ibm.com/developerworks/rational/library/998.html
[ 28 ]	Rossetto, R., Baldi, B., Perna, M. and Carmignani, L. (2007) استفاده از پایگاه داده های هیدروژئولوژیکی GIS برای مدیریت یکپارچه آب. خلاصه مقالات پژوهش ژئوفیزیک، 9، شناسه مقاله: 09294.
[ 29 ]	Taylor, DA (1998) Object Technology: A Manager’s Guide. ویرایش دوم، ادیسون-وسلی لانگمن، بوستون.
[ 30 ]	Hentati، I. (2016) Gestion et vulnérabilité à la pollution des aquifères de la region de monastir par un System d’Information Hydrogéologique. دکترا، دانشگاه اسفاکس، تونس.
[ 31 ]	Rabia, MC (1998) Systèmes d’Informations Géo-Scientifiques et Télédétection multi-capteurs: Application à une étude multi-themes de la Jeffara orientale. دکترای زمین شناسی. چهره Sc. تونس، تونس
[ 32 ]	Xie, W., Zhang, H. and Gao, G. (2011) طراحی یک سیستم پایگاه داده مشاهده هیدرولوژیکی. در: Lin, S. and Huang, X., Eds., Advances in Computer Science, Environment, Ecoinformatics, and Education, Communications in Computer and Information Science, Vol. 216، اسپرینگر، برلین، هایدلبرگ، 124-128. https://doi.org/10.1007/978-3-642-23345-6_24
[ 33 ]	Levene, M. and Loizou, G. (1999) توری هدایت‌شده از پایگاه‌های داده رابطه‌ای و فراتر از آن. اسپرینگر، برلین، هایدلبرگ، نیویورک. https://doi.org/10.1007/978-0-85729-349-7
[ 34 ]	Hentati, I., Triki, I., Trabelsi, N. and Zairi, M. (2016) دقت نقشه برداری پیزومتری بر اساس ارتفاع استخراج شده از منابع مختلف داده های مکانی. Environmental Earth Sciences, 75, 802. https://doi.org/10.1007/s12665-016-5589-2
[ 35 ]	Chachadi, AG and Lobo-Ferreira, JP (2001) نگاشت آسیب پذیری نفوذ آب دریا از سفره های زیرزمینی با استفاده از روش GALDIT. در: مجموعه مقالات کارگاه مدلسازی در هیدروژئولوژی، دانشگاه آنا، چنای، 143-156.
[ 36 ]	Chachadi, AG and Ferreira, JPL (2005) ارزیابی آسیب پذیری آبخوان در برابر نفوذ آب دریا با استفاده از روش GALDIT: قسمت 2 شرح شاخص های GALDIT. چهارمین همایش بین سلتیک در هیدرولوژی و مدیریت منابع آب، گیماره، 11-14 جولای 2005، 1-12.
[ 37 ]	Hentati، I.، زائری، M. و بن ضیا، H. (2011) تجزیه و تحلیل سیستم اطلاعات آماری و جغرافیایی برای آسیب پذیری ذاتی آب های زیرزمینی: مطالعه موردی معتبر از Sfax-Agareb، تونس. مجله آب و محیط زیست، 25، 400-411. https://doi.org/10.1111/j.1747-6593.2010.00235.x
[ 38 ]	Castany, G. (1967) Traité Pratique des eaux Souterraines. چاپ دوم، دونود، پاریس، 657 ص.