مدلی برای ارزیابی و شمارش اهمیت آسیب‌پذیری در برابر نفوذ آب دریا به دلیل برداشت بیش از حد آب زیرزمینی و برخی فعالیت‌های انسانی در سفره‌های آبهای ساحلی ردیابی شده است. بنابراین با در نظر گرفتن این مسائل، تعداد کمی از نقشه‌های موضوعی مؤثر بر نفوذ آب شور تهیه و با استفاده از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) پوشش داده شد. بر اساس روش GALDIT، کارتوگرافی آسیب پذیری آب زیرزمینی ارزیابی شده است. برای محاسبه شاخص GALDIT به شش پارامتر مانند نوع آبخوان، هدایت هیدرولیکی آبخوان، عمق تا سطح آب زیرزمینی (AMSL)، فاصله از ساحل، تاثیر وضعیت موجود نفوذ آب دریا و ضخامت آبخوان نیاز دارد. این GALDIT نمرات شاخص و جمع آنها و تقسیم بر وزن کل برای تعیین نقش نسبی هر یک است.نسبت 3 + CO 3 ) و نسبت Na/Cl. مناطق آسیب پذیر با مساحت 147.31 متر مربع به عنوان متوسط طبقه بندی می شوند . کیلومتر و کم با مساحت 168.72 متر مربع . کیلومتر بر اساس نقشه های موضوعی. نقشه موضوعی نهایی می تواند برای مدیریت منابع آب زیرزمینی ساحلی مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژه ها
نفوذ آب شور , شاخص GALDIT , آبخوان ساحلي , ارزيابي آسيب پذيري , GIS
1. مقدمه
در طول دهه‌های اخیر، سیستم‌های آبخوان ساحلی به دلیل شهرنشینی و کشاورزی فشرده تحت فشارهای متعددی قرار گرفته‌اند. تقریباً 70 درصد جمعیت زمین در نواحی ساحلی هستند و اکثریت این افراد برای آب شیرین به سفره های ساحلی وابسته هستند. مدیریت نادرست منابع آب در یک منطقه اثرات منفی از جمله تخلیه آبخوان، کاهش سطح آب زیرزمینی و نفوذ آب دریا در مناطق ساحلی، فرونشست زمین، وخامت کیفیت و مشکلات زیست‌محیطی در سایر آب‌ها را به دنبال دارد. از آنجایی که این سفره های ساحلی منبع مهم تامین آب شیرین هستند اما اغلب با مشکل نفوذ آب دریا مواجه هستند. در دشت های ساحلی، به دلیل ذخیره سازی نامناسب، بیشتر آب باران به صورت رواناب به سمت دریا سرازیر می شود. رشد جمعیت، کشاورزی، نیازهای صنعتی و خانگی از آب های زیرزمینی موجود با کاهش مناطق تغذیه بهره برداری می کنند. تنظیم استخراج آب زیرزمینی برای بهینه سازی اضافه برداشت، کاهش خطر نفوذ آب دریا ضروری است. کل پدیده نفوذ آب دریا توسط رابطه گیبن هرزبرگ اداره می شود.1 ] . آب شیرین سبک تر روی آب دریا قرار دارد و سطح مرزی بین آنها به عنوان رابط آب شیرین و آب دریا شناخته می شود. این توزیع به یک تعادل هیدرواستاتیکی بین دو سیال با چگالی های مختلف نسبت داده شد. به ازای هر متر آب زیرزمینی شیرین موجود در بالای سطح دریا، 40 متر آب شیرین زیر سطح دریا در آن نقطه وجود دارد. هنگامی که تخلیه رخ می دهد، پایه عدسی آب شیرین با سرعت 40 متر برای هر متر تخلیه در چاه از طریق اثر آینده تنظیم می شود.
بارندگی نقش مهمی در تغذیه یک جزیره اقیانوسی دارد. زمانی که این بارندگی کافی باشد، نیاز کافی به آب شیرین را فراهم می کند و این آب شیرین به دلیل تغییر در چگالی، به صورت عدسی بالای آب دریا وجود دارد. لنزهای آب شیرین به عنوان برخی از آسیب پذیرترین سیستم های آبخوان در جهان توصیف شده اند، با نفوذ آب دریا (SWI) (یعنی تجاوز آب دریا به سفره های آب شیرین ساحلی) یک مسئله مدیریت بحرانی است [ 2 ]. این لایه رابط توسط عوامل مختلفی مانند توپوگرافی کم جزیره اقیانوسی، در دسترس بودن کمتر آب شیرین و پمپاژ سنگین، وابستگی شدید جوامع محلی با منابع آب جایگزین کمی تضعیف می شود [ 3 ] و [ 2 ].
به طور کلی، اصطلاح آسیب پذیری به درجه بالقوه آسیبی اشاره دارد که بسته به ویژگی های یک عنصر در معرض خطر با توجه به یک خطر خاص می توان انتظار داشت [ 4 ] [ 5 ]. در رابطه با آب های زیرزمینی، آسیب پذیری توسط [ 6 ] به عنوان “حساسیت کیفیت آب زیرزمینی به بار آلاینده تحمیلی، که توسط ویژگی های ذاتی آبخوان تعیین می شود” تعریف می شود. بنابراین آسیب پذیری آب های زیرزمینی در برابر آلاینده های مختلف یا نفوذ آب دریا موضوع تجزیه و تحلیل در چندین مطالعه را تشکیل می دهد [ 7 ] – [ 9 ]. همچنین آسیب پذیری خاک در برابر شور شدن در بسیاری از مطالعات نشان داده شده است [ 10 ] – [ 14 ].
در این مطالعه سعی شده است تا با تهیه نقشه آسیب‌پذیری منطقه ساحلی سیرکالی، محدوده نفوذ آب شور مشخص شود. این مطالعه برای مدیریت آب زیرزمینی و برنامه ریزی برای حفظ آب شیرین مفید خواهد بود.
2. منطقه مطالعه
منطقه مورد مطالعه بین طول جغرافیایی: 79˚05’00” تا 11˚15’30” شمالی با مساحت 316.2 کیلومتر مربع قرار دارد ( شکل 1). سیرکاژی در حوضه رودخانه اوپانار با مساحت 168.8 کیلومتر مربع و Mannampandal در حوضه رودخانه Cauvery با مساحت 147.4 کیلومتر مربع واقع شده است. از نظر توپوگرافی، این منطقه مسطح است، به جز پشته های ساحلی که به سمت خلیج بنگال می روند. ارتفاع حوضه رودخانه Uppanar که قسمت بالایی منطقه مورد مطالعه است از 0 تا 14.33 متر از سطح متوسط دریا (amsl) متغیر است و در مناطق کم ارتفاع کمتر از 3 متر (amsl) است. در پس‌آب حوضه رودخانه Uppanar، به فاصله بیش از 20 کیلومتر به سمت داخل بروید. در حوضه رودخانه Cauvery که قسمت پایینی منطقه مورد مطالعه است، نقش برجسته از 0.0 تا 17.3 متر (در ثانیه) متغیر است و طغیان آب پس‌آب در 5 کیلومتری ساحل است که توپوگرافی در حدود 3 متر در ثانیه است. میانگین بارندگی سالانه بین 1200 – 1500 میلی متر در سال با سهم عمده موسمی شمال شرقی در ماه های اکتبر تا دسامبر متغیر است.
از نظر زمین شناسی منطقه ای که به عنوان نهشته های جوان تر (چهارتاری) شناخته می شود [ 15] ؛ رسوبات طبقه بندی شده به عنوان نهشته های دشت آبرفتی (تشکیل Cauvery) رودخانه کووری و توزیع کنندگان آن، نهشته های دشت دلتایی فلویومارین (سازند Nagapattinam)، نهشته های دشت ساحلی دریایی (سازند ساحل شرقی). کانال های پالئو با ترکیبی از ماسه، خاک رس سیلت و شن مورد توجه قرار گرفتند. دشت دلتایی شامل دشت های جزر و مدی سرخپوشان با خاک رس و ماسه، پشته های شنی ماسه قهوه ای خاکستری است. دشت های ساحلی دریایی شامل دشت های جزر و مدی، رسوبات ماسه، رس و رس های جزر و مدی است. منطقه مورد مطالعه با تشكل‌هاي رسوبي و از نظر ژئومورفولوژيكي به سه واحد اصلي (آب رودخانه‌اي، فلويومارين و دريايي) تقسيم مي‌شود. آب های زیرزمینی در زیر محصور نشده، نیمه محصور و توسط ماسه ها، شن ها، رس های شنی و رس های رنگارنگ و ضخامت آن نشان داده می شوند.محدوده بین 10 – 35 متر [ 16 ] است. آب زیرزمینی از طریق چاه های لوله کم عمق و چاه های حفر شده استخراج می شود. در مناطق ساحلی، آب شیرین فقط در پشته های ساحلی و در تپه های ماسه ای موجود است.
3. روش شناسی
در این مطالعه به کارگیری روش GALDIT در آبخوان منطقه ساحلی سیرکالی می پردازیم. این
شکل 1 . نقشه کلیدی منطقه مورد مطالعه که واحدهای ژئومورفولوژیکی مختلف را نشان می دهد.
این روش برای تشخیص آسیب پذیری سفره های ساحلی بر اساس شش پارامتر موجود عمل می کند ( جدول 1 ). پارامترهای نفوذ آب دریا توسط [ 17 ] توصیف شد.
یک سیستم درجه عددی با استفاده از پارامترها برای ارزیابی میزان نفوذ آب شور قاب شده است. این سیستم شامل سه بخش مهم است: وزن، محدوده و رتبه بندی. هر پارامتر با توجه به پارامتر دیگر ارزیابی شده است تا رابطه هر عامل با اختصاص وزن نسبی مشخص شود. پارامتر دیگر با استفاده از روش GALDIT نشان دهنده شناسایی منطقه نفوذی آب شور با استفاده از جیره ای مانند Cl/(HCO 3 + CO 3 ) است. پارامترهایی که معمولاً برای آنالیز نفوذ آب دریا استفاده می‌شوند عبارتند از: کلسیم/منیزیم، قلیائیت کل/سختی کل، نسبت‌های Cl/(CO 3 + HCO 3 )، محتوای کلرید، هدایت الکتریکی (EC) و غیره. در این مطالعه، کلر/(CO) 3 + HCO 3) نسبت برای ترسیم رابط استفاده می شود ( جدول 2 ). کلرید بیشترین مقدار را در آب اقیانوس ها دارد و به طور معمول به مقدار کم در آب های زیرزمینی وجود دارد، در حالی که HCO 3 معمولاً فراوان ترین یون منفی در آب های زیرزمینی است اما در مقادیر جزئی در آب دریا وجود دارد. نسبت Cl/(CO 3 + HCO 3 ) برای همه چاه ها محاسبه می شود و این مقادیر نقطه ای برای تهیه نقشه تغییرات مکانی با استفاده از تکنیک کریجینگ و درون یابی IDW گرفته می شود. به همین ترتیب، سایر عوامل ارزیابی و مورد استفاده قرار می گیرند. از اینها، شاخص GALDIT (ترکیب حروف اول عوامل مهم بالا) به صورت زیر محاسبه می شود:
که در آن، W 1 تا W 6 وزن های نسبی اختصاص داده شده به شش عامل هستند. رتبه‌بندی برای همه عوامل با طبقه‌بندی مجدد عوامل تأثیرگذار با دامنه‌های مختلف به روش آزمون و خطا تعیین شد. در این مطالعه، محدوده ها و سنین وزن متناسب با منطقه مورد مطالعه اصلاح شد [ 18 ] [ 19 ].
3.1. نقشه برداری از شاخص GALDIT
نقشه برداری از شاخص GALDIT تنوع آن را در منطقه مورد مطالعه نشان می دهد که توسط نرم افزار Arc GIS 10.3 انجام شده است. برای
نگاشت این شاخص GALDIT مستلزم مکان تمام سایت های نمونه برداری و داده های پارامترهای آن است. گام‌های مهمی که برای نگاشت‌ها درگیر است، ارجاع جغرافیایی، دیجیتالی کردن و درونیابی فضایی است. ارجاع جغرافیایی مکان یک مجموعه داده را با استفاده از مختصات نقشه شناخته شده تعریف می کند و به آن یک سیستم مختصات اختصاص می دهد. این اجازه می دهد تا مجموعه داده با سایر داده های جغرافیایی مشاهده، پرس و جو و تجزیه و تحلیل شود. Digitzing فرآیند ساخت ویژگی هایی است که قابل ویرایش هستند و این ویژگی ها دارای ویژگی های فضایی و غیر مکانی اضافی هستند که می توان آنها را تخصیص داد. با دیجیتالی کردن این ویژگی‌ها، پس از افزودن داده‌های جدولی به جدول ویژگی، آنها را برای نقشه‌برداری در دسترس قرار می‌دهید. تفسیر فضایی فرآیند استفاده از نقاط با مقادیر شناخته شده برای تخمین مقادیر در نقاط دیگر است.
3.2. نتایج و بحث
3.2.1. وقوع آب های زیرزمینی، G
پارامتر G (نوع آبخوان) بر میزان پیشروی آب دریا به داخل آب های زیرزمینی تأثیر می گذارد. از داده‌های آزمایش پمپ و خطوط TDS مشهود است که آبخوان دارای نشتی و نامحدود بودن با پتانسیل غنی آب زیرزمینی است و از این رو رتبه‌بندی 5.5 تا 7.5 مطابق با مشخصات اتخاذ شده است. همچنین از مشاهدات میدانی مشخص می شود که آبخوان کم عمق و ماهیت محدودی دارد. یک آبخوان محصور نشده، در شرایط طبیعی، بیشتر از یک سفره محدود تحت تأثیر نفوذ آب دریایی است. در منطقه مورد مطالعه، آبخوان نامحدود است و مطابق با کلاس 7.5 مطابق شکل 2 است.
3.2.2. هدایت هیدرولیک آبخوان، A
رسانایی هیدرولیکی یا نفوذپذیری استعداد یک خاک یا سنگ برای عبور از آب تحت اثر یک گرادیان هیدرولیکی است. یک لایه مهار یک واحد زمین شناسی با هدایت هیدرولیکی کم یا بسیار کم (< تا 7-10 متر بر ثانیه) است در حالی که سازندها به عنوان آبخوان در نظر گرفته می شوند. از موادی تشکیل شده است که رسانایی هیدرولیکی آنها بیش از 4-10 متر بر ثانیه است. در نهایت از تمام مطالعات انجام شده برای ارزیابی هدایت هیدرولیکی در منطقه مورد مطالعه، می‌توان نتیجه گرفت که هدایت هیدرولیکی تا 5 متر بر ثانیه متغیر است و از این رو می‌توان رتبه مشترک GALDIT 2.5 را برای کل منطقه مورد مطالعه و مانند شکل اختصاص داد. 3 .
شکل 2 . پارامتر G (نوع آبخوان).
شکل 3 . پارامتر A (رسانایی هیدرولیکی آبخوان).
3.2.3. ارتفاع آب از سطح دریا، L
سطح آب زیرزمینی نسبت به میانگین ارتفاع دریا عامل بسیار مهمی در ارزیابی نفوذ آب دریا در هر منطقه است. با این کار امکان فشار آب برای حرکت به سمت جلوی دریا را تعیین می کند [ 7 ]. به طور کلی حداقل مقادیر سطح آب زیرزمینی زیر سطح دریا بسیار مهم است، زیرا آنها قوی‌ترین آسیب‌پذیری ممکن را در برابر این نفوذ آب دریایی فراهم می‌کنند. سطح آب زیرزمینی در چاه های نظارتی شناسایی شده اندازه گیری شد. پارامتر مورد نیاز برای مطالعه حاضر، “L” با کاهش سطح آب نسبت به میانگین سطح دریا به دست آمده و در شکل 4 نشان داده شده است .
3.2.4. فاصله از ساحل، D
تأثیر نفوذ آب دریا به طور کلی هنگام حرکت عمود بر ساحل به سمت داخل کاهش می یابد. این پارامتر با توجه به سه فاصله (500 متر، 750 متر و 1000 متر) عمود بر خط ساحل و رودخانه های رودخانه آپانار و کاور برآورد شد. حداکثر تخمین 10 برای مسافت کمتر از 500 متر از ساحل اتخاذ می شود، در حالی که حداقل یک (2.5) برای همه موارد بالاتر از 1000 متر اختصاص داده شده است. مقادیر 7.5 و 5 به ترتیب با فواصل 500 تا 750 متر و از 750 تا 1000 متر آورده شده است. توزیع پارامتر D GALDIT آبخوان ساحلی در شکل 5 نشان داده شده است.
3.2.5. تأثیر وضعیت موجود نفوذ آب شور، I
غلظت کلرید آب های زیرزمینی میزان نفوذ آب شور را مشخص می کند. غلظت کلرید در محدوده 120 تا 3260 میلی گرم در لیتر نشان دهنده نفوذ آب شور است [ 20 ]. نتایج حاضر چنین استنباط می‌کند که آب سفره با آب شور آلوده است، زیرا Cl- ، فراوان‌ترین یون در آب شور، در نسبت‌های بالاتری است. یونی که غالب‌ترین 
یون در آبهای زیرزمینی شیرین است، معمولاً در مقادیر کمی در آبهای شور وجود دارد. غلظت کلرید بیش از 250 میلی گرم در لیتر برای مصارف آشامیدنی نامناسب در نظر گرفته می شود. عدم تعادل موجود در فصل مشترک آب دریا-آب شیرین باید در حین ترسیم آسیب پذیری آبخوان در برابر نفوذ آب دریا در نظر گرفته شود [ 21] . کلرید یون غالب در آب دریا است و فقط در مقادیر کم در آب های زیرزمینی موجود است در حالی که بی کربنات که به مقدار زیاد در آب های زیرزمینی موجود است، فقط در مقادیر بسیار کم در آب های زیرزمینی وجود دارد.
شکل 4 . پارامتر L (ارتفاع آب از سطح دریا).
شکل 5 . پارامتر D (فاصله از ساحل).
آب دریا نسبت Cl- / [ 
+ 
] معیاری برای شناسایی میزان نفوذ آب دریا به سفره های ساحلی [ 22 ] است و در صورت موجود بودن داده های آنالیز شیمیایی می توان از آن استفاده کرد. ارزیابی این پارامتر با شروع تجزیه و تحلیل یونی کروماتوگرافی در آزمایشگاه مرکز توسعه و مدیریت منابع آب (CWRDM) Calicut، کرالا انجام شد. توزیع این پارامتر GALDIT در شکل 6 (الف) ارائه شده است.
3.2.6. ضخامت آبخوان، Z
ضخامت آبخوان از بررسی مقاومت الکتریکی انجام شده در منطقه مورد مطالعه در 39 مکان به دست آمده است شکل 6 (ب). بررسی مقاومت نشان داد که این منطقه از آبخوان کم عمق نامحدود با ضخامت بین 2.6 متر تا 75.2 متر تشکیل شده است. از بررسی مقاومت می توانیم مشاهده کنیم که همه مقادیر از 2.6 متر تا 75.2 متر متغیر هستند و از این رو رتبه بندی GALDIT از 2.5 تا 10 در منطقه مورد مطالعه همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است اتخاذ شده است .
3.3. محاسبه شاخص GALDIT
محاسبه شاخص GALDIT و برهم نهی لایه های مختلف پارامترها در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) امکان شناسایی مناطق مهم و مستعدی را که می تواند تحت تأثیر نفوذ آب دریا قرار گیرد، می دهد. نقشه به دست آمده برای این منطقه مورد مطالعه در شکل 8 نشان داده شده است . شکل به وضوح بیان می کند که منطقه نزدیک به ساحل در آسیب پذیری متوسط و دور از ساحل در وضعیت آسیب پذیری کم قرار دارد و در قسمت بالای منطقه مورد مطالعه مشاهده می شود که بخش شمال غربی در وضعیت آسیب پذیر متوسط قرار دارد که به دلیل پدیده های سطحی مانند آبزی پروری و پساب ها همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود. این کلاس آسیب پذیری متوسط به خوبی با TDS آب های زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه مطابقت دارد شکل 9 .
4. نتیجه گیری
از نظر زمین شناسی منطقه ای که به عنوان نهشته های جوانتر (چهارتاری) شناخته می شود. رسوبات به عنوان نهشته های دشت آبرفتی طبقه بندی می شوند
(الف) (ب)
شکل 6 . (الف) پارامتر I (تأثیر وضعیت موجود نفوذ آب شور). (ب) نقشه مکان صدای الکتریکی عمودی.
شکل 7 . پارامتر Z (ضخامت آبخوان).
شکل 8 . مدل آسیب‌پذیری GALDID
شکل 9 . مقادیر کل جامدات محلول (TDS) در حوضه رودخانه Uppanar و Cauvery در طول مقطع مشاهده شد.
(سازند کاور) رودخانه کووری و توزیع کننده های آن، نهشته های دشت دلتایی فلویومارین (سازند ناگاپاتینام)، نهشته های دشت ساحلی دریایی (سازند ساحل شرقی). کانال های پالئو با ترکیبی از ماسه، خاک رس سیلت و شن مورد توجه قرار گرفتند.
استفاده از روش GALDIT در آب های زیرزمینی سواحل ناگاپاتینام امکان ارزیابی تاثیر افزایش سطح شور را فراهم کرد. مشخصه آبهای زیرزمینی آسیب پذیری کم در قسمت پایینی منطقه یعنی حوضه کووری و آسیب پذیری متوسط در قسمت بالایی یعنی حوضه اوپانار با آلودگی شدید نفوذ دریایی در منطقه ساحلی و در مجاورت رودخانه اوپنار است که تازه از آن دیده می شود. شکل 9 . طبق روش GALDIT، آبخوان با مساحت 147.31 کیلومتر مربع به عنوان آبخوان متوسط طبقه بندی می شود و در کل منطقه ساحلی در نظر گرفته شده به مساحت 168.72 کیلومتر مربع کم است.
بدون دیدگاه