مكان‌يابي ميكروكچمنت هاي مستعد استحصال آب در سطح حوضه با استفاده از روش هاي تلفيق در سامانه اطلاعات جغرافيايي (مطالعه موردي حوضه آبخيز نازلو چاي آذربايجان غربي)

Site selection of Micro-catchment water harvesting systems at basin scale, with intersecting methods in GIS (a case study; NazlouChay Basin, Western Azerbaijan)

سابقه و هدف: كشور ايران و به‌تبع آن حوضه مورد مطالعه به علت قرار داشتن بر روي كمربند مناطق خشك جهان همواره با پديده خشكي و كمبود بارش در مناطق وسيعي از خود مواجه است. بر اين اساس استفاده بهينه از آب و مديريت آ ن جزء ضرورت‌هاي لاينفك اين مناطق است. اصولا الگوي بارش در مناطق خشك به‌گونه‌اي است كه درزماني كوتاه رگبارها با شدت زياد مي‌بارد و اين موضوع باعث ايجاد رواناب در سطح حوضه شده كه علاوه بر حمل خاك سطحي با ارزش، فرصت نفوذ آب در خاك نيز از دست مي‌رود. تكنيك‌هاي مختلف برداشت آب در جمع‌آوري آب باران از زمين‌هاي طبيعي يا زمين‌هاي اصلاح شده در مكان‌هاي كوچك‌تر يا عرصه‌هاي زراعي به‌منظور زراعت اقتصادي مطمئن‌تر استفاده‌شده و رواناب جمع‌آوري‌شده در خاك، پشت سدها، تراس‌ها، حوضچه‌هاي آرامش، خندق‌ها و آب‌بندان‌ها ذخيره مي‌شود. حوضه مورد مطالعه با بارش 470 ميلي‌متر و ضريب جريان 26/0 داراي پتانسيل بالاي استحصال آب در سطح حوضه است. مطالعات گذشته نشان مي‌دهد كه در مكان‌يابي مناطق مستعد استحصال آب در سامانه‌هاي ماكروكچمنت، مقادير گاماهاي پايين‌تر فازي به‌عنوان مناطق مستعد انتخاب مي‌گردند. ولي در زمينه سامانه‌هاي ميكروكچمنت سابقه مطالعاتي با روش عملگرهاي فازي مشاهده نگرديد. مواد و روش‌ها: در اين تحقيق مكان‌يابي مناطق مستعد سه روش استحصال آب شامل بانكت هلالي، كنتور فارو و تراس نيمكتي در حوضه آبخيز نازلوچاي با مساحت 1508 كيلومترمربع استفاده از ابزار تلفيق GIS موردبررسي قرار گرفت. از بين عوامل اقليمي، هيدرولوژيك و محيطي مؤثر حوضه، شش عامل بارش، شيب، كاربري اراضي، گروه‌هاي هيدرولوژيكي خاك، زهكشي و عمق خاك براي شناسايي مناطق مناسب مورد استفاده قرار گرفت. جهت بي‌بعدسازي و وزن‌دهي متغيرهاي كمي، از توابع منطق فازي با تابع عضويت ذوزنقه‌اي و براي متغيرهاي توصيفي، منطق فازي با تحليل سلسله مراتبي (AHP) مورداستفاده قرار گرفت. روش‌هاي تلفيق لايه‌ها شامل منطق بولين و منطق فازي و با كمك عملگرهاي بولين and و بولين or و همچنين حاصلضرب، حاصلجمع، گاماي فازي از 1/0 تا 9/0 مورد آزمون قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج حاصل از مقايسه داده‌هاي مشاهده‌اي و خروجي هر يك از روش‌هاي تلفيق، با"شاخص تشابه" نشان داد كه مقدار شاخص گاما 9/0 فازي در سيستم بانكت هلالي برابر 824/0 و در سيستم كنتور فارو 906/0 بوده كه بيان كننده ميزان تشابه بيشتر مدل گاماي 9/0 فازي نسبت به ساير روش‌ها مي‌باشد و همچنين مشخص شد كه مدل منطق بولين فاقد نتايج مناسب مي‌باشد. در منطق فازي با افزايش گاما تا مقدار گاماي 9/0 تطابق نتايج مدل با داده‌هاي مشاهده‌اي افزايش مي‌يابد و از مقادير بيشتر از 9/0 كاهش مي‌يابد و اين نشان مي‌دهد كه گاماهاي بالاتر جهت مكانيابي سيستم‌هاي ميكروكچمنت استحصال آب مناسب مي‌باشد. 30 درصد حوضه مستعد توسعه روش بانكت هلالي، 5/11 درصد مستعد كنتور فارو و 3/6 درصد حوضه مستعد تراس نيمكتي هست. نتيجه گيري: براساس نتايج حاصل از مطالعه نتيجه‌گيري مي‌شود كه در سيستم‌هاي ميكروكچمنت استحصال آب از روش‌هاي بولين بخاطر دقت پايين اين روش‌ها كمتر استفاده گردد و از روش‌هاي جديدتر مكانيابي از قبيل مكانيابي فازي با گاماهاي بالاتر بهره گرفته شود.

Background and objectives: Iran and accordingly the study area due to placing on the dry belt region of the world are always faced with the drought phenomenon and shortage of rainfall. Accordingly, the efficient use of water and the management of these areas are integral component requirements of such areas. Precipitation pattern in arid areas occurs as storms with the high intensity usually in short time and causing huge runoff in the basin that will carry valuable surface soil and decreasing water infiltration opportunity in the soil. Different techniques of rainwater harvesting from natural lands, improved micro-catchments or agricultural micro-basins will lead to developing sustainable economical agriculture and store runoff into soils, dams, terraces, ponds, ditches, and reservoirs. The study area with 470 mm rainfall and runoff coefficient of 0.26 has the high potential of water harvesting at the basin scale. Previous studies show that lower gammas fuzzy logic values target macro-catchment systems of water harvesting well, but in micro-catchment systems with using fuzzy operators are less researched. Materials and Methods: In this research for finding suitable areas for water harvesting, 3 systems including semi-circular bunds, contour furrow, and bench terrace with using GIS in Nazlu basin with 1507 km2 area, of west Azarbijan were investigated. Watershed factors such as climate, physiographic and hydrological factors, six important layers of precipitation, slope, land use, hydrologic soil groups, and drainage and soil depth were selected. For intersecting and making layers dimensionless, Fuzzy logic with trapezoidal membership function and Fuzzy logic with the analytical hierarchical process (AHP) were used for the quantitative and qualitative variables respectively. and for combining of layers Boolean AND, Boolean OR, Fuzzy algebraic Product, Fuzzy algebraic sum, Fuzzy gamma of 0.1 to 0.9 methods were examined. Results: The “measure of similarity” is used for comparisons of filed observed and combination outputs. The results show for the crescent bankette and the Gamma-0.9 Fuzzy, this figure equals 0.824 and for counter furrow, equals 0.906. These figures indicate that fuzzy gamma 0.9 has better suitability than other method and also Boolean logic model do not show suitable results. Similarity index in fuzzy logic increases up to 0.9 gamma and returns below 0.9. High Gamma for site selection of Micro-catchment water harvesting systems shows better results. The 30% of the basin is suitable for semi-circular bunds, the 11.5% for contour furrow and 6.3% for bench terrace. Conclusion: The results show that for determining the locations suitable to micro-catchment water harvesting methods, Boolean methods are less useful due to low precision and the usage of newer methods of gamma fuzzy logic should be considered, instead.