مدل‌‌‌سازي كمّي توزيع نيترات در آبخوان دشت اردبيل با استفاده از منطق فازي

Quantitative modeling of nitrate distribution in the Ardabil Plain aquifer using fuzzy logic

در دهه‌هاي اخير آلودگي آب‌هاي زيرزميني با نيترات در اثر افزايش استفاده از كودهاي نيتراته، منابع آب شرب را با يك مشكل رو به رشد مواجه كرده است. دشت اردبيل داراي وسعتي حدود 900 كيلومتر مربع است كه بيشترين بهره‌برداري آب در اين دشت، از منابع آب زيرزميني و از طريق چاه‌ها صورت مي‌گيرد. در بررسي‌هاي كيفي مشخص شد‌‌‌ كه آبخوان دشت اردبيل در برخي از نقاط داراي مقادير زيادي نيترات است. هدف از اين پژوهش، مدل‌سازي توزيع غلظت نيترات در محدوده آبخوان دشت اردبيل است. براي اين منظور اقدام به نمونه‌برداري از 61 حلقه چاه بهره‌برداري با توزيع مناسب منطقه‌اي شد‌‌‌ كه 45 نمونه‌ براي مدل‌سازي و 16 نمونه براي اعتبارسنجي مدل به كار برده شد. براي مدل‌سازي با استفاده از منطق فازي، از مدل ساجنو استفاده شد‌‌‌ كه شامل سه مرحله بود: 1. تعيين ساختار داده‌ها از طريق خوشه‌بندي؛ 2. ارتباط داده‌هاي ورودي به خروجي‌هاي مدل از طريق تعريف قوانين يا رول‌ها و 3. تخمين پارامترهاي مدل از طريق بهينه‌سازي حداقل مربعات خطا. براي اعتبار‌دهي به روش استفاده‌شده، نتايج مدل منطق فازي با نتايج كريجينگ مقايسه شده است. نتايج نشان داد كه استفاده از منطق فازي براي مدل‌سازي توزيع مكاني روشي كارا و به خصوص در مناطق با وسعت زياد كه فاصله بين نقاط نمونه‌برداري زياد است داراي عملكرد بهتري است. خروجي نهايي مدل توزيع غلظت نيترات نشان مي‌دهد كه غلظت نيترات در بخش‌هايي از حاشيه شمالي و جنوب‌غربي دشت، بالاي 10 ميلي‌گرم بوده و حدود 17 درصد آبخوان را به خود اختصاص مي‌دهد. از اين نقشه مي‌توان در مديريت كاربري آب براي مصارف شرب استفاده كرد و براي بهبود كيفيت آب در اين مناطق تمهيدات مناسب را در آينده در نظر گرفت.

In recent decades, nitrate pollution of groundwater due to increased using of nitrate fertilizers, has encountered drinking water resources with a growing problem. Ardabil Plain has an area about 900 square kilometers that maximum exploitation of water in this Plain, comes from groundwater through wells. During qualitative studies, it was determined that the aquifer in some parts have high levels of nitrate. The aim of this study is modeling of nitrate concentration in Ardabil plain aquifer. For this purpose, 61 samples were collected from exploitation wells with appropriate spatial distribution which 45 and 16 samples have been used for modeling and model verification respectively. In this type of modeling process, the Sugeno model has been used which consists of three stages: 1- Determination of data structures via fuzzy clustering 2- Relating the inputs and output of the model by defining the fuzzy rules 3-, parameter estimation of model using optimization of least squares errors . To validate the used method, the results of fuzzy logic model were compared with the results of the kriging. The results showed that the use of fuzzy logic to spatial distribution modeling is an efficient manner, especially in vast areas where distance between sampling points is much, it has a better performance. The final output of model indicate that nitrate concentrations in some parts of the southwest and north of the plain is more than 10 ppm which are accounted for 17 percent of the aquifer volume. This map can be used to groundwater supply management and to improve water quality in these areas for future.