پيش بيني تاثير تغيير كاربري اراضي بر كيفيت آب هاي زيرزميني در حوزه آبخيز قره سو با استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي و شبكه عصبي مصنوعي

Predicting land-use change and its impact on the groundwater system of the Ghara-Su catchment, using GIS and artificial neural network

در اين تحقيق، از سامانه اطلاعات جغرافيايي و شبكه عصبي مصنوعي براي تعيين رابطه بين كيفيت آب زيرزميني و كاربري اراضي/ پوشش، و پيش بيني وضعيت آينده استفاده گرديد. نقشه هاي فاصله از جاده، مناطق مسكوني و صنعتي، تراكم سطح زيركشت محصولات كشاورزي، مدل رقومي ارتفاع، تراكم جمعيت، خاك شناسي و زمين شناسي در محيط GIS تهيه گرديد. در مورد داده هاي آب، براي سولفات و منفي لگاريتم يون هيدروژن (pH)، اطلاعات مربوط به سال هاي 1374 (1995) و 1387 (2008) مورد استفاده قرار گرفت و پيش بيني براي سال 1401 (2021) انجام شد. مبناي تهيه نقشه ها در اين مطالعه، تصاوير (2008) IRS و (2005) TM بود. با توجه به اينكه داده هاي كيفي آب براي يون هاي نيترات و آهن براي 6 سال وجود داشت، لذا زمان تصوير بر تهيه نقشه هاي پايه براي زمان حال تاثير نداشت و از تصوير (2008) IRS جهت تهيه نقشه هاي پايه استفاده گرديد. در مورد زمان گذشته اطلاعات و تصوير (2002) ETM+ مبنا مطالعه قرار گرفت و پيش بيني براي 6 سال آينده (سال 1393) بر اين اساس انجام شد. نتايج نشان مي دهد بارز ترين منابع آلودگي، توسعه شهري، رشد جمعيت و مواد شيميايي كشاورزي هستند كه در اثر آبياري مزارع شسته مي شوند و به منابع آبي وارد مي گردند. با استفاده از نتايج اين پژوهش و درك روند تغييرات پارامترهاي كيفيت آب، مي توان به مديريت كيفيت آب هاي زيرزميني در شرايط كنوني و برنامه هاي توسعه آينده با استفاده از سناريوسازي پرداخت.

Geographic information system (GIS) and artificial neural network (ANN) modeling were used to investigate the effects of land cover change on groundwater quality and to predict their condition for future. Input parameters for running ANN model included seven maps: distance from roads and built-up areas, density of population and cultivated land in the years 1995, 2002 and 2008, digital elevation model (DEM), soil and geology. The output parameter was the observed groundwater quality in the sampled wells that included pH, SO4, NO3- and Fe. For NO3- and Fe the model was run with data from 2002, 2008 and their condition was predicted for 6 years of the future. About pH and SO4, the model was run with 1995 and 2008 data, and their condition was forecasted for 14 years of the future. This study reveals that the significant changes in the land cover due to the rapid growth of population have resulted in an extensive downgrading of groundwater quality in Ghara-su basin. Due to the intensive agricultural activities within the study area, ground water quality in the aquifer has been continuously degrading. Spatial distribution maps of various pollution parameters were prepared that demarcate the geographic distribution of water pollutants in a comprehensive manner and help in suggesting groundwater pollution control and remedial measures in a holistic way.