شناسایی مناطق کارست و میزان گسترش آن با استفاده از سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در حوضه آبریز ظالم رود ساری در مازندران، ایران

پیشینه و هدف سیمای مرکبی از همه ناهمواری ها، اشکال، فضای خالی و پدیده هایی که در اثر خورندگی آب در سطح و در زیر سطح زمین در سازندهای زمین شناسی قابل حل مختلف ایجاد می شوند را کارست گفته که تقریبا ۱۵ درصد از سنگ های رخنمون یافته جهان را در برگرفته اند. علی رغم اهمیت مناطق کارستی در ادوار گذشته، امروزه، مطالعه، شناسایی، تحلیل مکانی و مدیریت این مناطق، موردتوجه جدی زمین شناسان، هیدرولوژیست ها، هیدروژئولوژیست ­ها، اکوتوریست ها، ژئوتوریست­ ها و زیست محیطی در مقیاس های گوناگون است. از طرفی با توجه به برخی از شرایط ویژه مانند بحران آب و یافتن نقاط دارای ذخایر آبی پایدار و یا مناطق مناسب جهت احداث سدها و سایر سازه های با ریسک کم و ضریب اطمینان بالا، شناسایی مناطق کارستی از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین پدیده کارست در ابعاد گوناگون، از دیدگاه زمین شناسی و ژئومورفولوژی نیز دارای جایگاه ویژه ای است، زیرا علل و چگونگی فرآیندها و اشکال انحلالی و گسترش آن ها بر سنگ ها و کانی ها دارای اهمیت بسیار بالایی است. شرق مازندران به ویژه در محدوده موردمطالعه، ازلحاظ زمین شناسی یکی از مناطق دارای پتانسیل فرآیند کارستی بوده و با توجه به شرایط محیطی به خصوص وضعیت پوشش گیاهی و راه های دسترسی، کمتر موردمطالعه قرارگرفته است. بر این اساس، این مطالعه، به منظور شناسایی مناطق کارستی و میزان گسترش آن ها با استفاده از روش سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در حوضه ظالم رود ساری در استان مازندران در شمال ایران متمرکز است.مواد و روش ها به منظور شناسایی مناطق کارستی و ویژگی های فیزیکوشیمیایی آبخوان های موجود، ابتدا لازم بود مناطق کارستی شناسایی و سپس وضعیت فیزیکوشیمیایی آن ارزیابی می گردید. در گام نخست، با استفاده از داده های ماهواره ای لندست Landsat، استر ASTER و SRTM، نقشه های زمین شناسی، اطلاعات آب وهوایی و بازدیدهای میدانی، عوامل موثر بر کارستی شدن که شامل نوع سنگ، خطواره ها نظیر گسل ها و شکستگی ها، پوشش گیاهی، آب وهوا، وضعیت آبراهه ها و شیب توپوگرافی هستند، استخراج شده اند. قابل ذکر است که در این گام، برای به دست آوردن نتیجه بهتر، از منطق فازی و تحلیل سلسله مراتبی (AHP) بهره گرفته شده است. در گام دوم، به منظور بررسی وضعیت فیزیکوشیمیایی آبخوان، پارامترهای شیمیایی برخی از چشمه ها، مورد تجزیه وتحلیل قرارگرفته و پارامترهای انحلالی، ضرایب اشباعی، منشا مواد شیمیایی محلول در آب و سیستم کلی جریان در آبخوان های موجود مشخص شده است. در این مطالعه، تعیین ترکیب و پراکندگی سنگی، بر اساس بازدیدهای میدانی و به کمک نقشه های زمین شناسی یک صد هزارم بهشهر و ساری که زمین مرجع شده اند، انجام شده است. برای استخراج خطواره های ناشی از شکستگی ها، از سه روش دستی، خودکار و نیمه اتوماتیک استفاده شده است. در روش دستی، با اعمال فیلترهای High Pass، PCA و ترکیب رنگی داده های ماهواره ای لندست-۸، خطواره ها بارزسازی و استخراج شده اند. در روش اتوماتیک، از الگوریتم Segment Tracing Algorithm (STA) در نرم افزار PCI، کمک گرفته شده است. در الگوریتم STA، پیکسل های خطی بر اساس اختلاف درجه خاکستری شناسایی و سپس بر اساس پارامترهای RADI، GTHR، LTHR، FTHR، ATHR و DTHR به بردار تبدیل گردیده اند. جهت تشخیص و استخراج وضعیت پوشش گیاهی، از شاخص Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) بر روی داده های سنجنده OLI از ماهواره لندست-۸، کمک گرفته شده است. آبراهه ها، با کمک اکستنشن ArcHydro در GIS شناسایی گردیدند. برای تولید DEM موردنیاز، از تکنیک های فتوگرامتری بر روی تصاویر زوج استریو سنجنده ASTER در نرم افزار Idrisi و بر اساس متغیرهای پارامتری توجیه های داخلی و خارجی (External and Internal Orientation) سنجنده و نقاط کنترلی زمینی (Ground Control Points, GCPs) انجام شده است. شیب توپوگرافی منطقه به کمک DEM و بر اساس درجه در محیط نرم افزاری GIS محاسبه و نقشه آن تهیه شده است. بر اساس داده های آب هوایی اداره کل هواشناسی استان مازندران، وضعیت آب وهوایی به صورت منحنی های هم دما، هم بارش و هم تبخیر مشخص و نوع آب وهوا نیز، از روش De Marton تعیین شده است.نتایج و بحث حاصل فعالیت های فوق، تولید نقشه های سنگ شناسی، تراکم و فاصله از خطواره های حاصل از شکستگی، تراکم و فاصله از آبراهه ها، شیب توپوگرافی، هم بارش و پوشش گیاهی بوده است. با توجه به معیارهای متفاوت بکار رفته در نقشه های تولیدشده و وجود نیاز به معیاری واحد و قابل مقایسه و متناسب برای تلفیق لایه های اطلاعاتی، از منطق فازی کمک گرفته شده است. در این حالت، کلیه لایه ها با مرز غیرقطعی به جز لیتولوژی که دارای مرز قطعی بوده و تابع منطق بولین است، فازی سازی شده اند و در ادامه در GIS، به صورت لایه های فازی سازی شده استخراج گردیده اند. از طرفی، چون وزن و ضریب اثربخشی عوامل هشت گانه موثر در وقوع پدیده کارست یکسان نیستند، برای تعیین ارجحیت و اولویت بندی این عوامل، از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) استفاده شده است و میزان مشارکت و به عبارتی وزن هر یک از معیارها با ضریب ناسازگاری کمتر از یک درصد در نرم افزار Expert Choice ۱۲ محاسبه شده است. درنهایت، با روش ترکیب خطی وزن دار (WLC)، لایه های رستری فازی شده بر اساس وزن موثر آن ها، با عملگر تجمعی توافقی (Compromise Operator) یا گاما تلفیق شده و نقشه پراکندگی پدیده کارست با ضریب احتمال متفاوت در محدوده موردمطالعه استخراج گردید. در گام بعدی، به منظور بررسی وضعیت فیزیکوشیمیایی آبخوان ها و ارزیابی پدیده کارست، تعداد ۱۸ چشمه با دبی مساوی و بیشتر از سه لیتر بر ثانیه انتخاب و به کمک نرم افزارهای SPPS، RockWorks۲۰۱۶ و PHREEQC۲.۶ مورد ارزیابی قرارگرفته اند و ضمن استخراج جداول و نمودارهای هیدروژئوشیمیایی، شاخص اشباعی کانی های متعدد نیز، محاسبه گردیده اند.نتیجه­ گیری نتایج این تحقیق نشان می دهد که پدیده کارست، در بخش مرکزی دارای بیشترین گسترش بوده و خطواره های حاصل از شکستگی ها، بیشترین نقش را در تشکیل این پدیده داشته اند. تیپ آب این چشمه ها، بی کربنات کلسیک- منیزیک بوده و بر اساس نمودار گیپس، نقش سنگ های تشکیل دهنده آبخوان در تعیین ترکیب شیمیایی آب، بسیار واضح است. همچنین، با توجه به شاخص های اشباعی کانی ها، نوع جریان در مخازن آب های زیرزمینی، به صورت افشان و افشان- مجرایی است. بر اساس این تحقیق، بهره گیری از فن آوری نوین سنجش ازدور و GIS، موجب افزایش دقت و سرعت و کاهش هزینه در مطالعات کارستی به همراه دارد.

Keywords:

کارست , هیدروژئوشیمی , سنجش از دور و GIS , منطق فازی , حوزه آبریز ظالم رود , مازندران