ارائه یک روش جدید برای ارزیابی ریسک آلودگی منابع آب زیرزمینی بر پایه‌ی سامانه اطلاعات جغرافیایی و مدل‌سازی عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه هیدروانفورماتیک، مرکز پژوهشی آب و محیط زیست شرق، مشهد، ایران

2 استادیار، مرکز تحقیقات عمران، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان­ها از مهم­ترین ابزارهای مدیریت و حفاظت از منابع ارزشمند آب‎‌زیرزمینی به­شمار می‌رود. یک از کاستی‌های روش­های معمول ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان، عدم توانایی آن­ها برای پیش‌بینی اثر پخش آلاینده‌ها در مناطق آسیب‌پذیر آبخوان بر آلودگی چاه‌های آب شرب می‌باشد. در این تحقیق، روشی جدید برای تعیین مناطقی از ناحیه گیرش چاه‌ها که در برابر آلودگی آسیب‌پذیری بیشتری دارند ارائه شده است. در این روش از مدل دراستیک برای ارزیابی آسیب‌پذیری ذاتی آبخوان و از مدل­سازی عددی جریان آب زیرزمینی توسط کدMODFLOW  و ردیابی حرکت ذرات در آبخوان توسط کد MODPATH برای تعیین ناحیه گیرش چاه‌ها استفاده شده است. با تلفیق نتایج هر دو مدل در محیط GIS، نقشه ریسک آلودگی آب‎‌زیرزمینی در محدوده شهرستان فیروزه در استان خراسان رضوی به­صورت ناحیه‌ای و در محدوده ناحیه گیرش چاه‌های آب شرب تعیین شد. نتایج این مطالعه می‌تواند برای طراحی شبکه پایش کیفی آب زیرزمینی و همچنین مطالعات آمایش سرزمین به­کار رود.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A New Method for Groundwater Vulnerability and Risk Mapping Using GIS and Numerical Modeling

نویسندگان [English]

  • Ataolahe Joodavi 1
  • Safa Khazaei 2
1 Assistant Professor, Department of Hydroinformatics, East Water and Environmental Research Institute, Mashhad., Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Imam Hussein University, Tehran., Iran
چکیده [English]

The assessment of groundwater vulnerability to pollution has become an important element for proper water resource management and land use planning. The available methods do not evaluate the regional risk within the perspective of the well capture zone and hence fail to predict the implications that high vulnerability areas have on the water quality of abstraction wells. This study presents a methodology to search for areas within the well capture zones with the highest risk indices. This includes the use of DRASTIC methodology for vulnerability mapping and numerical modeling, using MODFLOW and MODPATH, for capture zone delineation. The integration of these elements, performed in a GIS environment, provided the mechanism to assess risk mapping and identify areas within the capture zone in Firouze county in Razavi Khorasan Province in Iran that must be prioritized in terms of groundwater monitoring and use restriction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater vulnerability
  • Capture zone delineation
  • DRASTIC
  • GIS
  • MODFLOW
  • MODPATH
ایزدی،ع. 1392. کاربرد و ارزیابی یک مدل توسعه یافته تلفیقی آب زیرزمینی-آب سطحی در حوضه آبریز نیشابور. پایان­نامه دوره دکتری، دانشگاه فروسی مشهد.

جودوی،ع. 1394. مدل­های ریاضی آب زیرزمینی، فرصت­ها و چالش­ها. نخستین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران، مشهد، صفحه 165.

خدایی،ک.، شهسواری،ع.ا.، اعتباری،ب. 1385. ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان دشت جوین به روش‌های DRASTIC و GODS. فصلنامه زمین شناسی ایران.2. 4: 73-87.

دستورالعمل تعیین حریم کیفی آب‌های زیرزمینی. 1392. معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور، نشـریه شماره 621.

دلخواهی،ب.، اسدیان،ف. ۱۳۸۸. تعیین حریم حفاظتی چاه با استفاده از مدل ریاضی عددی؛ مطالعه موردی چاه‌های شرب منطقه یافت آباد تهران، نخستین کنفرانس سراسری آب­های زیرزمینی، بهبهان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بهبهان.

مهندسین مشاور هیدروتک توس. 1394. مطالعات توسعه کمی و کیفی منابع آب شهرستان فیروزه، گزارش هیدروژئولوژی.

نظری،ر.، جودوی،ع. 1393. مدل‌سازی کاربردی جریان و انتقال آلاینده در آبخوان. چاپ اول، نشر آفتاب عالم­تاب، مشهد. 240 صفحه.

Aller,L., Bennett,T., Lehr,J.H., Pretty,R.J., Hackett,G. 1987. DRASTIC: A Standardized System for Evaluating Ground Water Pollution Potential Using Hydrogeologic Settings. US Environmental Protection Agency, Ada, Oklahoma (EPA-600/2-87-035).

Almasri,M.N. 2008. Assessment of Intrinsic Vulnerability to Contamination for Gaza Coastal Aquifer. Palestine. Journal of Environmental Management. 88: 577–93.

Babiker,I.S., Mohamed,M.A.A., Hiyama,T., Kato,K. 2005. A GISbased DRASTIC model for assessing aquifer vulnerability in Kakamigahara Heights, Gifu Prefecture, central Japan. Science of the Total Environment. 345: 127–140.

Fadlelmawla,A.A., Fayad,M., El-Gamily,H., Rashid,T., Mukhopadhyay,A., Kotwicki,V. 2011. A land surface zoning approach based on three-component risk criteria for groundwater quality protection. Water resources management. 25: 1677-1697.

Fijani,E., Nadiri,A., Asghari,A. 2013. Optimization of DRASTIC method by supervised committee machine artificial intelligence to assess groundwater vulnerability for Maragheh–Bonab plain aquifer, Iran. Journal of Hydrology. 503: 89–100.

Foster,S.S.D. 1987. Fundamental concepts in aquifer vulnerability, pollution risk and protection strategy. Proceedings and informations / TNO Committee on Hydrological Research, 38: 36–86.

Kazakis,N and Voudouris,K. 2015. Groundwater Vulnerability and Pollution Risk Assessment of Porous Aquifers to Nitrate: Modifying the DRASTIC Method Using Quantitative Parameters. Journal of Hydrology 525: 13–25.

Lathamani,R., Janardhana,M.R., Mahalingam,B and Suresha,S. 2015. Evaluation of Aquifer Vulnerability Using Drastic Model and GIS: A Case Study of Mysore City, Karnataka, India. Aquatic Procedia. 4:1031–38.

Mcdonald,M.C., Harbaugh,A.W. 1996. User's Documentation for MODFLOW-96. An Update to the U.S. Geological Survey Modular Three-dimensional Finite Difference Groundwater Flow Model. Open-File Report: 96–485.

Muhammad,A.M., Zhonghua,T., Dawood,A.S and Earl,B. 2015. Evaluation of Local Groundwater Vulnerability Based on DRASTIC Index Method in Lahore, Pakistan. Geofísica Internacional. 54.1: 67–81.

Neh,A.V., Ako Ako,A., Ayuk,R.A 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. 102:180–90.

Neshat,A., Pradhan,B and Dadras,M. 2014. Groundwater Vulnerability Assessment Using an Improved DRASTIC Method in GIS. Resources, Conservation and Recycling 86: 74–86.

Nobre,R.C.M., Filho,R., Mansur,W.J., Nobre,M.M.M, Cosenza,C.A.N. 2007. Groundwater Vulnerability and Risk Mapping Using GIS, Modeling and a Fuzzy Logic Tool. Journal of Contaminant Hydrology. 94.3-4: 277–92.

Palmer,R.C., Lewis,M.A. 1998. Assessment of groundwater vulnerability in England and Wales. In: Robins, N.S. (Ed.), Groundwater Pollution, Aquifer Recharge and Vulnerability. Geological Society, Special Publications. 130: 191–198.

Pollock,D.W. 1989. MODPATH—a computer program to complete and display pathlines using results from MODFLOW. Open-File Report. U.S. Geological Survey, Reston, VA, 89–381.

Pollock,D.W. 2012. User guide for MODPATH version 6-A particle-tracking model for MODFLOW: U.S. Geological Survey Techniques and Methods, book 6.

Van Stempvoort,D., Ewert,L., Wassenaar,L. 1992. AVI: A Method for Groundwater Protection Mapping in the Prairie Provinces of Canada. PPWD Groundwater and Contaminants Project, National Hydrology Research Institute.

Wang,J., He,J., Chen,H. 2012. Assessment of groundwater contamination risk using hazard quantification, a modified DRASTIC model and groundwater value, Beijing Plain, China. Science of  the Total Environment. 432: 216-226.