پهنه بندی توسعه کارست در حوضه آبریز بقمچ کشف رود با مدل منطق فازیANP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی گروه آب و هواشناسی و ژئومورفولوژی، دانشگاه حکیم سبزواری.

2 دانشیار گروه آب و هواشناسی و ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری.

3 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد.

4 استادیار گروه آب و هواشناسی و ژئومورفولوژی، دانشگاه حکیم سبزواری.

10.22034/gmpj.2023.346563.1362

چکیده

هدف از این پژوهش شناسایی و پهنه بندی توسعه کارست در حوضه آبخیز بقمچ در استان خراسان رضوی با استفاده از مدل فازی و (ANP) می باشد. در این تحقیق لایه های اطلاعاتی لیتولوژی، فاصله از گسل، همباران، همدما، فاصله از آبراهه، شیب، ارتفاع، پوشش گیاهی و کاربری اراضی به عنوان نقشه های عامل در نظرگرفته شدند. این لایه ها در محیط (GIS ) تهیه و براساس نظر کارشناسان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. با مدل (ANP) وزن دهی و استانداردسازی و در پایان با تلفیق مدل منطق فازی، نقشه ی نهایی پهنه بندی توسعه کارست با گامای 0.9 تهیه گردید. نتایج نشان داد که 16.3 درصد از مساحت منطقه در پهنه با پتانسیل توسعه بسیار زیاد، 33.7 درصد با توسعه زیاد، 6.6 درصد با توسعه متوسط ، 3.6 درصد با توسعه کم و 39.8 درصد فاقد کارست می باشد. عامل لیتولوژی منطقه با ارزش 0.233 بیشترین وزن و مهمترین عامل کنترل کننده پتانسیل توسعه کارست در منطقه مورد مطالعه بوده است و عامل فاصله از آبراهه و کاربری اراضی کمترین وزن را به خود اختصاص داده و کمترین تأثیر را در کارست زایی کنونی حوضه به خود اختصاص داده است. نتایج نشانگر آن است که به ترتیب عوامل لیتولوژی، بارش، دما و ارتفاع مهمترین نقش را در توسعه کنونی کارست در این منطقه داشته اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Zoning Karst Development By Using Fuzzy Logic Model_ANP in Baqamch basin of Kashaf Rod

نویسندگان [English]

  • azam nakhaie 1
  • Mohamad Ali Zangane Asadi 2
  • Abolfazl behniafar 3
  • Leila Mokhtari 4
1 Hakim Sabzevari University,Sabzevar.Iran
2 Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
3 Islamic Azad university. Mashhad. Iran
4 Hakim Sabzevari University. Sabzevar. Iran
چکیده [English]

Karst geomorphic landscapes, which are formed as a result of dissolution of rock ,s ingrediets by natural waters, play an important role in geological diversity and are considered as one of the management priorities. These studies should make a significant contribution to the qualitative and quantitative management and protection of these resources against pollution from human activities. What is important is that the identification and zoning of karst areas has an important impact on the management and planning of these areas. The connection between surface water and groundwater is achieved through precipitation. The denser the joints and fractures and the more rainfall, the better the groundwater resources. Groundwater flow in geological formations depends on porosity and permeability. Tectonic factors and karstic landforms play an important role in permeability and groundwater recharge. Therefore, it is necessary to identify and determine the boundaries of karst areas.

Baqmach ,s basin is located 30 km from Chenaran city and 80 km northwest of Mashhad. This area is 96.5 square kilometers. This basin is located in the geological zone of Hezar Masjed-Kopeh Dagh. This basin has spring-winter rainfall and the annual average of rainfall is 250 mm. Water resource in this region include the groundwater and surface water (springs, wells and aqueducts). Due to its carbonate structure and tectonic lines, it has a high potential for karst.

The purpose of this study is to identify and zoning karst development by using Fuzzy logic model in the Baqmach ,s basin.For this purpose, information layers including lithology, tectonics, precipitation, temperature, slope, altitude, vegetation and land use were prepared. Information layers were prepared using ARC GIS software. These layers were defined as fuzzy functions based on experts' opinions and knowledge of relationships, criteria and field investigation and have been compared.

According to the type of relationship of each parameter with the karst formation phenomenon, the membership function of vector layers is determined. In increasingly uniform, their numerical value is greater than one. In uniform reductions, regions with smaller numerical values have a greater impact on karst development. In this study, only the slope and reducing tectonic layers are uniform. That is, karst development is greater in areas with lower slopes and areas that are less distant from faults and fractures.

Then these layers were standardized using ANP model. The structure of the network was adjusted through questionnaires and expert opinions. Fuzzy logic model was used to zoning areas with karst development potential. The information layers obtained are combined using the fuzzy logic method. Fuzzy operator multiplication was used to adjust the very high sensitivity. The sum operator is also used for very low fuzzy sensitivity. The gamma operator has a moderating role. The gamma operator is closer to reality and the final map of areas with karst development potential was obtained and the area of each class was determined. The zoning map of surface karst development was prepared with a gamma coefficient of 0.9 .

The studied basin was classified into 5 classes in terms of karst development. These classes include karst with high development, karst with relatively high development, karst with medium development, karst with low development and no karst development. The results showed that 16.3% of the region's area is in the karst region with high development potential and 33.7% is karst with high development. This area corresponds to the formations of Mozdoran and Tirgan with limestone and dolomite lithology. 6.6% of the region's area is in the karst class with medium development and 3.6% is karst with low development, and 39.8% is without karst. The central part of the basin has very little potential for karst formation. The area of this floor is about 43.4 %. This section is located in the karst region, which is less developed and without karst.

The lithological coefficient of the area has the highest weight with a value of 0.233.The lithology parameter has been the most important factor controlling the karst development potential in the studied area And the factors of drainage density and land use have the lowest weight. They have the least influence on the current karst formation of the basin. The results show that the factors of lithology, precipitation, temperature and altitude have played the most important role in the current karst development in this region. The investigation of the geological units of the region and their lithology shows that only Mazderan and Tirgan formations are effective in the formation of karst resources. According to the results of using the ANP-fuzzy model, it can significantly help in identifying and zoning karst areas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Baghmach Basin
  • zoning .Karst development
  • .Fuzzy model_ANP
بهنیافر، ا.، قنبرزاده، ه.، 1395. ژئومورفولوژی کارست: فرآیندها و فرم‌های کارستی فیکاسیون با رویکرد مدیریت کاربری قلمروهای کارستی، انتشارات نگاران سبز، 603 صفحه.
پایگاه ملی داده های علوم زمین کشور، نقشه‏ زمین شناسی 1:100000 شهرستان چناران  شیت 7863
جعفری، ت.، ارجندزاده، ر.، 1400. شناسایی و تحلیل سیستماتیک غارها (مطالعه موردی: 16 غار در استان خراسان شمالی)، پژوهش های جغرافیای طبیعی، دوره 53، شماره 4، صص 555-531.
حاجی زاده وادقانی، ب.، بالیست، ج.، کریمی، س.، 1397. مکان یابی توسع هی شهری با منطق فازی و ترکیب خطی وزنی و تکنیک تصمیم گیری فرایند تحلیل شبکه ای مطالعه ی موردی: شهرستان کاشان، فصلنامه علمی - پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، دوره 27 ، شماره 1، صص: 232-119.
حجازی، م.، حیدری، ز.، 1401. ارزیابی و پهنه بندی مناطق توسعه یافته و مستعد آلودگی کارستیک (مطالعه موردی حوضه آبریز روانسر)، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، دوره 23، شماره 68، صص: 326-313.
حیدری، ز.، قدیمی، م.، رضایی عارفی، م.، حیدری، ز.، 1399. شناخت عوامل مؤثر بر پراکندگی و وقوع فروچاله ها با استفاده از شاخص های کمی مورفومتریک (مطالعه موردی :دشت کرمانشاه)، پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی، سال نهم، شماره 2، صص: 226-215.
خدمت زاده، ع.، حسنی، م.،  1399. پهنه بندی سیلاب حوضه آبریز شهر چایی ارومیه با استفاده از مدلFuzzy_ANP ، مهندسی جغرافیایی سرزمین، دوره چهار م، شماره 7، صص: 83-70.
خضری، س.، شهابی، ه.، محمدی، س.، 1396، ارزیابی و پهنه بندی تحول کارست حوضه آبریز غار سهولان مهاباد با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی، پژوهشهای ژئومورفولوژی کمی، سال 6، شماره 1، صص: 39-21.
خوشرفتار، ر.، جعفری، غ.، فیض اله پور، م.، آرین تبار، ح.، مرادی، پ.، 1398، ارزیابی ارتباط گسلها با چشمههای کارستی در توده کوهستانی پراو بیستون-کرمانشاه، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال نوزدهم، شماره 45 ، صص: 22-1.
دسترنج، ع.، نوحه گر، ا.، رفیع شریق آباد، ج.، 1398، پهنه بندی توسعۀ کارست سطحی در توده آهکی بیستون با استفاده از مدل منطق فازی، مجله آمایش جغرافیایی فضا، سال 9، شماره مسلسل 32، صص: 106-89.
رضایی عارفی، م.، زنگنه اسدی، م.، بهنیافر، ا.، جوانبخت، م.، 1399. شناسایی درجه کارستی شدن حوضه کوهستانی کلات در شمال شرق ایران ، فصلنامه فضای جغرافیایی، پیاپی 71 صص: 74-49.
رضایی عارفی، م.، زنگنه اسدی، م.، بهنیافر، ا.، جوانبخت، م.، 1399. پهنه بندی تحول کارست با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (مطالعه موردی :حوضه کوهستانی کلات ، خراسان رضوی)، جغرافیا (فصلنامه علمی  پژوهشی و بین المللی انجمن جغرافیایی ایران(، سال 18، شماره 64 ، صص: 94-79.
زاهدی، ا.، جهانبخشی، ف.، طالبی، ع.، 1395، مکانیابی مناطق مستعد پخش سیلاب با استفاده از منطق فازی و فرآیند تحلیل شبکه ای (ANP) (مطالعه موردی: دشت مشهد)، نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال 20، شماره 76، صص: 196-185.
زروش، ن.، واعظی، ع.، کریمی، ح.، 1393، ارزیابی پتانسیل توسعه کارست در تاقدیس کبیرکوه استان ایلام با استفاده از تلفیق فازی و روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) و و سنجش از دور و (GIS )، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال سوم، شماره3، صص: 157-144.
سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، نقشه های توپوگرافی 50000 : 1 گاه 7863 I و رادکان  7863 IV سری K 753
صفاری، ا.، قنواتی، ع.، علیجانی، ف.، محمدی، ز.، 1395، مروری بر خصوصیات لندفرم های کارستی در لایه های گچی، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال 4، شماره 4، صص: 39-17.
صفاری، ا.، گنجائیان، ح.، حیدری، ز.، فریدونی کردستانی، م.، 1397، تعیین مناطق کارست توسعه یافته با استفاده از مدل های منطق فازی و OWA در حوضه قره سو، هیدروژئومورفولوژی، شماره 15، صص: 114-95.
صفاری, ا.، کیانی، ط.، زنگنه تبار، س.، 1398، بررسی عوامل موثر در توسعه یافتگی و پهنه بندی کارست کوهستان خورین با استفاده از منطق فازی، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 19، شماره 5، صص:36-23.
صفاری، ا.،  پی سوزی، ت.، احمدآبادی، ع.، 1400، ارزیابی و تحلیل مناطق کارستیک توسعه یافته و آسیب پذیر (مطالعه موردی: توده کارستیک خورین در استان کرمانشاه) پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، شماره 39 ، صص: 200-189.
فرزین کیا، ر.، امیراحمدی، ا.، زنگنه اسدی، م.، زندی، ر.، 1400 پهنه بندی خطر فرونشست زمین در دشت جوین با استفاده از مدل تحلیل شبکه ای_ فازی، فصلنامه علمی فضای جغرافیایی، سال بیست و یکم، شماره 74، صص: 71-51.
قدیمی، م.، زنگنه تبار، س.، 1398، ارزیابی مناطق مناسب تغذیه آبخوان کارستی پرآو-بیستون با استفاده از مدل KARSTLOP  ، پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی،  سال8 ، شماره 1 ، صص: 15-1.
قربانی، ز.، شهیدی، ع.، احمدی، م.، صیادی، ع.، 1400. پهنه بندی کیفی آب شرب با استفاده از روشهای ANP و FANP (مطالعه موردی: دشت بیرجند( ، علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیست و سوم، شماره 1 ، صص: 170-162.
قربان نیا خیبری، و.، لیاقتی، ه.، میرسنجری، م.، آرمین، م.، 1398، کاربرد فرآ ند تحلیل شبکهای و منطق فازی (ANP-FUZZY) در شناسایی منطقه های توسعه گردشگری طبیعت در شهرستان دنا، فصلنامه علوم محیطی، دوره هفدهم، شماره 3، صص: 44-29.
مددی، ع.، همتی، ط.، 1394، پهنه بندی قابلیت کارست زایی با استفاده از مدل منطق فازی (مطالعه موردی: منطقه نمک آبرود شهرستان چالوس)، دو فصلنامه ی ژئومورفولوژی کاربردی ایران سال 3، شماره 5، صص: 102-89.
مزیدی، ا.، کرم، ا.، کوراوند بردپاره، م.، 1395، پتانسیل یابی توسعه کارست با استفاده از منطق فازی (مطالعه موردی: دشت سوسن و دشت ایذه)، پژوهشهای ژئومورفولوژی کمی، سال 5، شماره 2 صص: 141-130.
معتمدی راد، م.، گلی مختاری، ل.، بهرامی، ش.، زنگنه اسدی، م.، 1400، ارزیابی کیفیت منابع آبی از نظر شرب، کشاورزی و صنعت در آبخوان کارستی روئین اسفراین استان خراسان شمالی، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 21، شماره 62، صص: 93-73.
مکرم، م.، نگهبان، س.، 1397، بررسی و شناسایی مناطق دارای پتانسیل کارستی‌شدن با استفاده از روش فازی و مدل تحلیل سلسله‌مراتبی، جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، دوره 30، شماره 2 ،صص: 134-121.
ولایتی، س.، 1394، کارست ژئومورفولوژی، صحرا شرق کیمیا، 202 صفحه.
هاشم زاده، ن.، ولیزاده کامران، خ.، 1401، پهنه بندی خطر ناپایداری دامنهای در شهرستان گرمی به روش (ANP)، کاربرد سنجش از دور و (GIS ) در علوم محیطی، شماره 6، سال 1، صص: 22-1.
یمانی، م.، داورزنی، ز.، دادرسی، ا.، 1391. ارزیابی مدل منطق فازی در مقایسه با سایر مدلهای مفهومی در پهنه بندی سیل خیزی با تاکید بر ویژگی های ژئومورفولوژیک، موردشناسی: حوضه داورزن، جغرافیا و آمایش شهری_منطقه ای سال2 ، شماره 5، صص 134-121.
Abusaada M., Sauter M., 2017. Recharge Estimation in Karst Aquifers by Applying Water Level Fluctuation Approach. International Journal of Earth Science and Geophysics, Vol 3:013.
Cahalan M., Milewski D., Adam M., 2018. Sinkhole formation mechanisms and geostatistical based prediction analysis in a mantled karst terrain, Catena 165  333–344, https://doi.org/10.1016/j.catena. 2018.02.010.
Chen Y.F., Liao Z., Zhou J.Q., Hu R., Yang Z., Zhao X.J., Wu X.L., Yang X.L.,2020. Non-Darcian flow effect on discharge into a tunnel in karst aquifers, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,Vol 130, https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104319
Das S., Chakraborty S., 2011. Selection of non-traditional machining processes using analytic network process. Journal of Manufacturing Systems, Vol.30 No.1, pp: 41-53.
Elshall A.S., Castilla-Rho J.,  El-Kadi A.I., Holley C., Mutongwizo T., Sinclair D., Ye M., 2022. Sustainability of Groundwater, Imperiled: The Encyclopedia of Conservation, pp: 157-166. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821139-7.00056-8
Eskandari E., https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821139-7.00056-8Mohammadzadeh H., Nassery H.,Vadiati M., Mohammadzadeh A., Kisi O.,2022. Delineation of isotopic and hydrochemical evolution of karstic aquifers with different cluster-based (HCA, KM, FCM and GKM) methods, Journal of Hydrology, vol 609, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127706
Ford D, C., Williams, P., 2007. Karst Geomorphology and Hydrology, Unwin Hyman, London, UK.
Jun-ying R., Tao X., Yuan-ming L., 2016. Fuzzy Evaluation Model for In-service Karst Highway Tunnel Structural Safety, KSCE Journal of Civil Engineering 20(4):1242-1249.
Hartmann A. Goldscheider, N .Wagener, T .Lange, J. Weiler, M. 2014, Karst water resources in a changing world: Review of hydrological modeling approaches, American Geophysical Union (AGU) Reviews of Geophysics, 10.1002/2013RG000443.
Lvarez I., del V., Miren G., Maidagan D., Legarrea J.,2017. Geological risk assessment for rock art protection in karstic caves (Alkerdi Caves, Navarre, Spain), Journal of Cultural Heritage, https://doi.org/10.1016/j.culher.2018.01.017.
Milanovic,P.T. 2004, Environmental Geology. Volume 47, Issue 8, pp: 1177-1178.
Mizanur Rahaman M., Varis O., Kajander T., 2004. EU Water Framework Directive vs. Integrated Water Resources Management: The Seven Mismatches, Water Resources Development, Vol. 20, No. 4: 565±575.
Parise, M.,  2016, Management of water resources in Karst environments, and negative effects of landuse  Changes in the Murge area (Apulia, Italy), Karst Development: Orginal Papers, Volume 2., Issue 1:16-20.
Oikonomidis D., Dimogianni S., Kazakis N., Voudouris K., 2015. A (GIS )/Remote Sensing-based methodology for groundwater potentiality assessment in Tirnavos area, Greece. Journal of Hydrology, 525, 197-208. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.03.056.
Quiroz L.O.M., Romanelli A., Lima M. L., Massone H.E., Martínez D.E., 2016, Fuzzy logic-based assessment for mapping potential infiltration areas in low-gradient watersheds. Journal of Environmental Management, vol 176, 101-111. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j. jenvman.2016.03.038.
Ruggieri R., Davtyan S., Shaihinyan S., 2022, Armenian karst project. Carbonates Evaporites 37, 14. https://doi.org/10.1007/s13146-021-00755-0
Romanov D., Gabrovsˇek F., Dreybrodt W., 2003. Dam sites in soluble rocks: a model of increasing leakage by dissolutional widening of fractures beneath a dam. Engineering Geology 70 :17–35.