نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

• علیرضا مجیدی

استادیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

مقدمه
جمع‌آوری و ذخیره‌سازی آب با کمترین تلفات ازجمله اقدامات مؤثر برای توسعه‌ منابع آب در نواحی با اقلیم خشک و نیمه‌خشک است. فناوری سد زیرزمینی، راهکاری مناسب برای توسعه منابع آب، در این‌گونه نواحی است. بندهای زیرزمینی سازه‌های زیرزمینی هستند که با اثرگذاری بر هیدرولیک جریان در محیط متخلخل، به‌منظور انسداد، انحراف یا کاهش جریان زیرزمینی، احداث می‌شوند. سد زیرزمینی با اهداف مختلف ازجمله، کنترل، مدیریت، حفاظت و توسعه منابع آب احداث می‌شوند. مهم‌ترین عامل در موفقیت استفاده از این فناوری و پایداری این سازه، انتخاب مناسب‌ترین مکان برای احداث آن با توجه به هدف، نحوه عملکرد و بهره‌برداری از آن است. دلیل عدم موفقیت و یا شکست در پروژه‌های سدسازی، اکثراً ناشی از مطالعات ناکافی در زمینه انتخاب مکان مناسب است.
 
مواد و روش‌ها
محدوده مطالعاتی از زیرحوضه‌های غرب استان سمنان و از لحاظ موقعیت جغرافیایی، بین 53 درجه و 15 دقیقه تا 54 درجه و 20 دقیقه طول شرقی و 35 درجه و 20 دقیقه تا 36 درجه عرض شمالی قرار دارد. این منطقه ازنظر ساختاری و موقعیت زمین‌شناسی در زون‌های البرز و ایران مرکزی واقع شده است. مساحت حوضه 104.91 کیلومترمربع است. حداکثر و حداقل ارتفاع حوضه 1643 و 1413 متر است. ازنظر ویژگی‌های هواشناسی، اقلیم منطقه، مدیترانه‌ای نیمه‌خشک است. میانگین بارندگی سالانه منطقه حدود 100 میلی‌متر است. این بخش از استان به سه زیرحوزه آبخیز قابل تفکیک است. هندسه و توپوگرافی کنونی حوضه متأثر از وضعیت ساختارهای زمین‌شناسی، جنس و فرسایش‌پذیری سازندهای منطقه است. در سطح حوضه به‌علت کوهستانی بودن، فاقد سفره آب زیرزمینی آبرفتی بوده و منابع آب زیرزمینی محدود به آب زیرسطحی در آبرفت بستر آبراهه‌ها و یا آب سازند سخت است. بنابراین، سد زیرزمینی یکی از راهکارهای تأمین آب در چنین شرایطی است. در این پژوهش، امکان‌سنجی احداث سد زیرزمینی در زیرحوضه‌های غرب استان سمنان، با استفاده از تحلیل‌های سلسله‌مراتبی و سامانه اطلاعات جغرافیایی، ارائه می‌شود. با توجه به ماهیت، عملکرد و اهداف سدهای زیرزمینی و براساس مرور منابع انجام شده، شرایط، مشخصه‌ها و معیارهای لازم در زمینه انتخاب مکان مناسب برای احداث این نوع سازه‌های هیدرولیکی زیرزمینی، مشخص شد. در این پژوهش، استخراج برخی معیارها و همچنین، تولید لایه‌های اطلااعاتی و تلفیق لایه‌ها و اعمال شروط انتخاب محل به‌صورت سلسله‌مراتبی، در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) انجام شده است.
 
نتایج و بحث
کنترل و انسداد جریانات زیرسطحی در آبرفت‌های بستر آبراهه‌ها در سطح حوضه توسط سدزیرزمینی و ایجاد مخزن آب در محیط متخلخل و توسعه منابع آب، از راهکارهای توصیه شده برای تأمین آب در نواحی خشک و نیمه‌خشک نظیر زیرحوضه‌های شمال غرب و غرب استان سمنان است. در این پژوهش، به‌منظور شناسایی نواحی دارای پتانسیل برای احداث این سازه زیرزمینی، از مشخصه‌ها و معیارهای لازم، ازجمله، شرایط زمین‌شناسی، هیدرولوژی، منابع آب، توپوگرافی و هندسه آبراهه، به‌عنوان مشخصه و معیارهای مکان‌یابی، برای منطقه مورد مطالعه استفاده شده است. با استناد به این شرایط و معیارها، نواحی که فاقد معیارهای مناسب هستند، به‌عنوان نواحی فاقد پتانسیل برای احداث سد زیرزمینی، محسوب و حذف می‌شوند. بیشتر این مشخصه‌ها و معیارها، خروجی‌هایی هستند که از تصاویر ماهواره‌ای و نقشه‌های پایه نظیر، توپوگرافی، زمین‌شناسی و منابع آب و با دانش موجود در این زمینه و همچنین، تجربه کارشناسان خبره، به‌دست می‌آید. در این پژوهش، پس از انتخاب معیارهای مکان‌یابی، آنها به دو گروه معیارهای مطلق و معیارهای تصمیم‌گیر، تفکیک شدند. معیارهای مطلق، برای شناسایی نواحی پتانسیل‌دار حکم مساعد و نامساعد (صفر و یک) و حذفی را دارد. در گام بعد، معیارهای تصمیم‌گیر که در انتخاب محل، در یک بازه با درجه و ارزش خیلی مناسب تا نسبتاً مناسب دخالت دارند، در اولویت‌بندی مکان و انتخاب گزینه‌های برتر با استفاده از متدولوژی سلسله‌مراتبی و گام به گام، در بستر GIS شرکت داده می‌شوند. در این مسیر، استفاده از توانایی‌های سیستم اطلاعات جغرافیایی در روی‌هم‌ گذاری لایه‌ها، کار با توابع و جمع جبری وزن‌ها و امتیازات، سبب افزایش سرعت، سهولت و دقت کار خواهد شد.
 
نتیجه گیری
نتایج پژوهش مشخص نمود، استفاده از متدولوژی سلسله‌مراتبی و گام به گام، در بستر تکنیک‌های نوین، نظیر GIS، می‌تواند سرعت و دقت در مطالعات مکان‌یابی که مطالعات در مقیاس منطقه‌ای است را افزایش دهد. در این روش، دقت در تعیین معیارها و نحوه وزن‌دهی و امتیازدهی آنها، ضریب اطمینان را در رسیدن به مناسب‌ترین محل‌هایی که نسبتاً شامل تمامی شرایط باشند، بالا می‌برد. نتایج کار نشان داد که در متدولوژی سلسله ‌مراتبی، با اعمال گام به گام معیارهای مطلق، به‌ترتیب اولویت و با حذف نواحی نامناسب، سبب کاهش سطح منطقه مورد مطالعه و افزایش تمرکز، به‌صورت مرحله‌ای خواهد شد. نتایج نشان داد که حدود 20 درصد از آبراهه‌های سطح حوضه‌های غرب استان سمنان، دارای پتانسیل احداث سد زیرزمینی و ذخیره‌سازی و کنترل آب با کیفیت قابل قبول، هستند. در این حوضه بیشتر نواحی مستعد در آبراهه‌های رده 4 و 5 و بر روی سازندهای ماسه‌سنگی، آهکی و مارنی، جانمایی شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

• پهنه‌بندی
• تراوایی سازند
• زمین‌شناسی
• معیارهای حذفی
• مکان‌یابی
• منابع آب

عنوان مقاله [English]

Feasibility study of undergroud dam constructing in the sub-basins of Western Semnan Province using hierarchical analyses and geographic information systems

نویسنده [English]

• Alireza Majidi

Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran

چکیده [English]

Introduction
Water collection and storage with minimal losses are among the most effective measures for water resource development in dry and semi-arid regions. Underground dam technology is a suitable solution for managing water resources in such areas. These subterranean structures influence hydraulic flow in porous environments and are constructed to block, divert, or reduce groundwater movement. Underground dams serve various purposes, including water resource control, management, protection, and development. The success and sustainability of these structures largely depend on selecting the most appropriate location, considering project goals, operational efficiency, and intended use. One of the primary reasons for failure in dam projects is the lack of comprehensive studies on site selection.
 
Materials and methods
The study area is located in the western sub-basins of Semnan Province, geographically positioned between 53°15' to 54°20' East longitude and 35°20' to 36° North latitude. Geologically, it lies within the Alborz and Central Iran zones. The basin spans 104.91 square kilometers, with elevations ranging from 1,643 meters to 1,413 meters. The region has a semi-arid Mediterranean climate, receiving approximately 100 millimeters of annual rainfall. The current geomorphology and topography of the basin are shaped by geological structures, rock types, and erosion susceptibility. Due to the mountainous terrain, the area lacks significant alluvial groundwater aquifers, with water resources being limited to subsurface flow in alluvial deposits along streambeds or within hard rock formations. Consequently, underground dams present a viable solution for water supply in such conditions. This study assesses the feasibility of constructing underground dams in the western sub-basins of Semnan Province using a hierarchical analysis approach within a Geographic Information System (GIS). Relevant resources were reviewed to determine the essential criteria and conditions for selecting suitable locations for underground dam construction. Informational layers were generated and integrated in a GIS environment, employing a hierarchical approach to facilitate decision-making.
 
Results and discussion
Controlling and blocking subsurface flows in alluvial deposits of streambeds through underground dams can create reservoirs within the porous environment, enhancing water resource development. This strategy is particularly relevant for dry and semi-arid regions, including the northwestern and western sub-basins of Semnan Province. To identify suitable locations for these structures, key factors such as geology, hydrology, water resources, topography, and stream geometry were analyzed. Areas that failed to meet the required standards were deemed unsuitable and excluded from consideration. Most of the necessary criteria were derived from satellite imagery, topographic and geological maps, and expert knowledge. The site selection criteria were classified into two groups: absolute criteria and decision-making criteria. Absolute criteria provided a binary assessment (favorable/unfavorable), whereas decision-making criteria were prioritized within a suitability range, from highly suitable to relatively suitable. These factors were incorporated into the site selection process using a hierarchical methodology in GIS. The application of GIS tools for overlay analysis, function execution, and weighted scoring significantly improved the speed, accuracy, and efficiency of the process.
 
Conclusion
The findings indicate that using a step-by-step hierarchical methodology within modern techniques, such as GIS, enhances the accuracy and efficiency of regional-scale site selection studies. This approach improves reliability by refining criteria determination, weighting, and scoring. The hierarchical methodology systematically eliminates unsuitable areas, progressively narrowing the study region to the most viable locations. The results showed that approximately 20% of the streambeds in the western sub-basins of Semnan Province have the potential for underground dam construction, providing effective water storage and management solutions. The most suitable locations are found in streambeds of categories 4 and 5, particularly on sandstone, limestone, and marl formations.

کلیدواژه‌ها [English]

• Formation permeability
• Geology
• Site selection
• Water resources
• Zoning