امکان‌سنجی احداث سد زیرزمینی در زیرحوضه‌های غرب استان سمنان با استفاده از تحلیل‌های سلسله‌مراتبی و سامانه اطلاعات جغرافیایی

Abstract

مقدمه جمع‌آوری و ذخیره‌سازی آب با کمترین تلفات ازجمله اقدامات مؤثر برای توسعه‌ منابع آب در نواحی با اقلیم خشک و نیمه‌خشک است. فناوری سد زیرزمینی، راهکاری مناسب برای توسعه منابع آب، در این‌گونه نواحی است. بندهای زیرزمینی سازه‌های زیرزمینی هستند که با اثرگذاری بر هیدرولیک جریان در محیط متخلخل، به‌منظور انسداد، انحراف یا کاهش جریان زیرزمینی، احداث می‌شوند. سد زیرزمینی با اهداف مختلف ازجمله، کنترل، مدیریت، حفاظت و توسعه منابع آب احداث می‌شوند. مهم‌ترین عامل در موفقیت استفاده از این فناوری و پایداری این سازه، انتخاب مناسب‌ترین مکان برای احداث آن با توجه به هدف، نحوه عملکرد و بهره‌برداری از آن است. دلیل عدم موفقیت و یا شکست در پروژه‌های سدسازی، اکثراً ناشی از مطالعات ناکافی در زمینه انتخاب مکان مناسب است.

مواد و روش‌ها محدوده مطالعاتی از زیرحوضه‌های غرب استان سمنان و از لحاظ موقعیت جغرافیایی، بین 53 درجه و 15 دقیقه تا 54 درجه و 20 دقیقه طول شرقی و 35 درجه و 20 دقیقه تا 36 درجه عرض شمالی قرار دارد. این منطقه ازنظر ساختاری و موقعیت زمین‌شناسی در زون‌های البرز و ایران مرکزی واقع شده است. مساحت حوضه 104.91 کیلومترمربع است. حداکثر و حداقل ارتفاع حوضه 1643 و 1413 متر است. ازنظر ویژگی‌های هواشناسی، اقلیم منطقه، مدیترانه‌ای نیمه‌خشک است. میانگین بارندگی سالانه منطقه حدود 100 میلی‌متر است. این بخش از استان به سه زیرحوزه آبخیز قابل تفکیک است. هندسه و توپوگرافی کنونی حوضه متأثر از وضعیت ساختارهای زمین‌شناسی، جنس و فرسایش‌پذیری سازندهای منطقه است. در سطح حوضه به‌علت کوهستانی بودن، فاقد سفره آب زیرزمینی آبرفتی بوده و منابع آب زیرزمینی محدود به آب زیرسطحی در آبرفت بستر آبراهه‌ها و یا آب سازند سخت است. بنابراین، سد زیرزمینی یکی از راهکارهای تأمین آب در چنین شرایطی است. در این پژوهش، امکان‌سنجی احداث سد زیرزمینی در زیرحوضه‌های غرب استان سمنان، با استفاده از تحلیل‌های سلسله‌مراتبی و سامانه اطلاعات جغرافیایی، ارائه می‌شود. با توجه به ماهیت، عملکرد و اهداف سدهای زیرزمینی و براساس مرور منابع انجام شده، شرایط، مشخصه‌ها و معیارهای لازم در زمینه انتخاب مکان مناسب برای احداث این نوع سازه‌های هیدرولیکی زیرزمینی، مشخص شد. در این پژوهش، استخراج برخی معیارها و همچنین، تولید لایه‌های اطلااعاتی و تلفیق لایه‌ها و اعمال شروط انتخاب محل به‌صورت سلسله‌مراتبی، در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) انجام شده است.

نتایج و بحث کنترل و انسداد جریانات زیرسطحی در آبرفت‌های بستر آبراهه‌ها در سطح حوضه توسط سدزیرزمینی و ایجاد مخزن آب در محیط متخلخل و توسعه منابع آب، از راهکارهای توصیه شده برای تأمین آب در نواحی خشک و نیمه‌خشک نظیر زیرحوضه‌های شمال غرب و غرب استان سمنان است. در این پژوهش، به‌منظور شناسایی نواحی دارای پتانسیل برای احداث این سازه زیرزمینی، از مشخصه‌ها و معیارهای لازم، ازجمله، شرایط زمین‌شناسی، هیدرولوژی، منابع آب، توپوگرافی و هندسه آبراهه، به‌عنوان مشخصه و معیارهای مکان‌یابی، برای منطقه مورد مطالعه استفاده شده است. با استناد به این شرایط و معیارها، نواحی که فاقد معیارهای مناسب هستند، به‌عنوان نواحی فاقد پتانسیل برای احداث سد زیرزمینی، محسوب و حذف می‌شوند. بیشتر این مشخصه‌ها و معیارها، خروجی‌هایی هستند که از تصاویر ماهواره‌ای و نقشه‌های پایه نظیر، توپوگرافی، زمین‌شناسی و منابع آب و با دانش موجود در این زمینه و همچنین، تجربه کارشناسان خبره، به‌دست می‌آید. در این پژوهش، پس از انتخاب معیارهای مکان‌یابی، آنها به دو گروه معیارهای مطلق و معیارهای تصمیم‌گیر، تفکیک شدند. معیارهای مطلق، برای شناسایی نواحی پتانسیل‌دار حکم مساعد و نامساعد (صفر و یک) و حذفی را دارد. در گام بعد، معیارهای تصمیم‌گیر که در انتخاب محل، در یک بازه با درجه و ارزش خیلی مناسب تا نسبتاً مناسب دخالت دارند، در اولویت‌بندی مکان و انتخاب گزینه‌های برتر با استفاده از متدولوژی سلسله‌مراتبی و گام به گام، در بستر GIS شرکت داده می‌شوند. در این مسیر، استفاده از توانایی‌های سیستم اطلاعات جغرافیایی در روی‌هم‌ گذاری لایه‌ها، کار با توابع و جمع جبری وزن‌ها و امتیازات، سبب افزایش سرعت، سهولت و دقت کار خواهد شد.

نتیجه گیری نتایج پژوهش مشخص نمود، استفاده از متدولوژی سلسله‌مراتبی و گام به گام، در بستر تکنیک‌های نوین، نظیر GIS، می‌تواند سرعت و دقت در مطالعات مکان‌یابی که مطالعات در مقیاس منطقه‌ای است را افزایش دهد. در این روش، دقت در تعیین معیارها و نحوه وزن‌دهی و امتیازدهی آنها، ضریب اطمینان را در رسیدن به مناسب‌ترین محل‌هایی که نسبتاً شامل تمامی شرایط باشند، بالا می‌برد. نتایج کار نشان داد که در متدولوژی سلسله ‌مراتبی، با اعمال گام به گام معیارهای مطلق، به‌ترتیب اولویت و با حذف نواحی نامناسب، سبب کاهش سطح منطقه مورد مطالعه و افزایش تمرکز، به‌صورت مرحله‌ای خواهد شد. نتایج نشان داد که حدود 20 درصد از آبراهه‌های سطح حوضه‌های غرب استان سمنان، دارای پتانسیل احداث سد زیرزمینی و ذخیره‌سازی و کنترل آب با کیفیت قابل قبول، هستند. در این حوضه بیشتر نواحی مستعد در آبراهه‌های رده 4 و 5 و بر روی سازندهای ماسه‌سنگی، آهکی و مارنی، جانمایی شده‌اند.