Using of GIScience in the protection of ecosystems with an emphasis on the Rehabilitation and balancing of groundwater resources (Case study: Arak Plain)

Mehdi Mardian^1* | Mahmood Ghadbeygi² | Mitra Joodaki² | Hosein Akbari²

1. Corresponding Author, Researcher of Environmental Hydrology and Ph.D. of Watershed Management and …Engineering, Sari University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Sari, Iran. E-mail: …mehdimardian@gmail.com
2. Markazi regional water company, Arak, Iran.

کاربرد GIScience در حفاظت از زیست‌بوم‌ها با تأکید بر احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت اراک)

مهدی مردیان^1*| محمود قدبیگی²| میترا جودکی²| حسین اکبری²

¹ نویسنده مسئول، پژوهشگر هیدرولوژیِ محیط‌زیست و دانش‌آموخته دکتری آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران. رایانامه: mehdimardian@gmail.com

²  شرکت سهامی آب منطقه‌ای مرکزی، اراک، ایران.

مقدمه

بهره‌برداری ناپایدار از منابع آب زیرزمینی یکی از معضلات اصلی مرتبط با ساختار حکمرانی آب زیرزمینی به شمار می‌رود که حفاظت از زیست‌بوم‌ها را به خطر انداخته است (Makanda et al., 2022)؛ تا جایی که روند روزافزون افت سطح ایستابی و تعداد دشت‌های ممنوعه با وجود سابقه طولانی سیاست‌گذاری، برنامه‌ریزی، قانون‌گذاری و تلاش ساختار اجرایی کشور در زمینه حل این مشکل، به عنوان یکی از چالش‌های مهم محیط زیستی مطرح می‌باشد (Farzaneh et al., 2015). از طرف دیگر، فشار ناشی از نیازهای روزافزون آب و محدودیت منابع موجود، مدیران را وادار به اعمال مدیریت علمی و عملی در منابع آب زیرزمینی کرده است تا بتوانند سلامت محیط‌زیست انسان، جانوران  و گیاهان را تأمین کنند (Gude, 2017). اجرای طرح احیاء و تعادل‌بخشی دشت‌ها که یکی از مصوبات شورای عالی آب است، به عنوان راهکار برون‌رفت از بحران به تمامی شرکت‌های آب منطقه‌ای کشور اعلام شده است؛ اما این طرح با چالش‌ها و مشکلاتی رو به رو است که موجب عدم رسیدن به هدف فوق خواهد شد (Alipour et al., 2015). یکی از مهم‌ترین این چالش‌ها، تصمیم‌گیری درست در تشکیل پایگاه داده‌های مکان‌محور و مدیریت آن، نحوه نمایش اجرای پروژه‌ها و زیرپروژه‌های طرح و انعکاس عملکرد به صورت مطلوب با هدف حفاظت از زیست‌بوم‌ها است (Kolli et al., 2022).

ضرورت مطالعه احیاء و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی به دلایلی مهم ازجمله حفظ و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی و مقابله با تغییرات اقلیمی از اهمیت بالایی برخوردار است. مطالعه احیاء و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی می‌تواند به مدیران صنعت آب کمک کند تا منابع آب زیرزمینی را به صورت پایدار مدیریت و از آن‌ها بهره‌برداری کنند. همچنین تأثیرات منفی محتمل روی محیط‌زیست و زیست‌بوم‌ها را به حداقل برسانند. اما ضرورت مهم‌تر اینکه در راستای دستیابی به این هدف، از چه فن‌آوری‌ها و ابزارهایی می‌توان استفاده کرد؟ با توجه به توسعه روز افزون علم داده‌کاوی، این فرضیه مورد توجه است که علوم وابسته به رایانه می‌توانند به سؤالات و چالش‌های پیرامون حفاظت از زیست‌بوم‌‌ها به خصوص در بخش مدیریت آب، به تصمیم‌گیرندگان کمک کنند. در این خصوص مطالعات متعددی انجام شده است. به عنوان نمونه، Najafi Biameh et al. (2015) در پژوهش خود به وجود ابهامات و ایراداتی در رابطه با اعداد و ارقام مورد نیاز به منظور اجرایی نمودن دستورالعمل اجرای توأمان آئین‌نامه مصرف بهینه آب کشاورزی و قانون تعیین تکلیف چاه‌های آب فاقد پروانه بهره‌برداری اشاره داشته‌اند. این در حالی است که Hosseini and Karachian (2015) یکی از جنبه‌های مهم حفاظت از زیست‌بوم‌ها در طرح ملی احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی را تکمیل بانک‌های اطلاعاتی مربوط به وضعیت کمیت و کیفیت آبخوان‌های کشور و ارزیابی اثربخشی طرح عنوان کرده‌اند. Kayhomayoon et al. (2022) با بررسی اثربخشی اجرای طرح احیاء و تعادل‏‌بخشی و آسیب‏‌شناسی پروژه‌‏های آن در دشت اردستان- اصفهان، تأثیر تولید داده‌‏ها، نظارت و کنترل بهره‌‏برداری و ذخیره‌‏سازی مستقیم آب در آبخوان را از اقدامات مفید در بهبود نسبی مدیریت آب منطقه بیان کردند. Alijani et al. (2022) با بررسی اثرات طرح احیاء و تعادل‌بخشی بر آب‌های زیرزمینی دشت قلعه‌تل خوزستان بر مبنای عملیات داده‌کاوی دریافتند اثرات مثبت اجرای طرح‌های احیاء و تعادل‌بخشی آبخوان در این دشت به صورت نسبی شکل گرفته است. Khodadadi Benis et al. (2022) با ارزیابی طرح احیاء و تعادل‏‌بخشی آب‏‌های زیرزمینی دشت شهریار با تأکید بر کنتورهای هوشمند نتیجه گرفتند به کارگیری کنتور هوشمند بدون محدود کردن میزان اضافه برداشت کارایی مثبتی بر احیاء و تعادل‌بخشی آبخوان ندارد و لازم است یک برنامه همه‌جانبه برای مدیریت منابع آب زیرزمینی اجرا کرد. کما اینکه Mardian et al. (2017) به منظور اولویت‌بندی دشت‌های استان مرکزی برای نصب کنتور هوشمند نتیجه گرفتند، اضافه برداشت چاه‌های مجاز، بیشترین اهمیت را در پروژه نصب کنتور دارد. در پژوهشی دیگر نیز Mardian et al. (2023) اهمیت اولویت‌بندی پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی را به عنوان یک رویکرد تسهیل‌گر برای حفاظت از زیست‌بوم‌ها و مدیریت بهتر منابع آب و هزینه‌کردها بیان کردند.

با توجه به مکان‌محور بودن بیشتر پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی، به‌‌کارگیری علم اطلاعات جغرافیایی (GIScience)[1] می‌تواند مدیران اجرایی پروژه‌های طرح را در حفاظت از زیست‌بوم‌ها یاری نماید. علم اطلاعات جغرافیایی به مسائل اساسی تحقیقاتی تکنولوژی‌های سامانه موقعیت‌یاب جهانی (GPS)[2]، سنجش از دور (RS)[3] و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)[4] در حفاظت از زیست‌بوم‌ها می‌پردازد که چهار بخش اساسی را شامل می‌شود: تعیین موقعیت، جمع‌آوری داده‌ها، انتشار داده‌ها و تحلیل داده‌ها (Goodchild, 2009). علم اطلاعات جغرافیایی در پی درک ماهیت پدیده‌های جغرافیایی و اطلاعات جغرافیایی است. در این علم دو هدف اصلی دنبال می‌شود: 1- درک بهتر از چگونگی کارکرد طبیعت؛ 2- سازماندهی بهتر از فعالیت‌های انسانی در سطح زمین (Blaschke et al., 2011). با توجه به اینکه پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی در حفاظت از زیست‌بوم‌ها مکان‌محور هستند، علم اطلاعات جغرافیایی می‌تواند عملکرد طرح را با توجه به اهداف تعریف شده فوق به خوبی سازماندهی و نمایش دهد. بنابراین مطالعه حاضر نیز با توجه به ضرورت و فرضیه پیشگفت، در دستیابی به دو هدف مهم انجام شده است: 1- معرفی شفاف‌تر و دقیق‌تر طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی با دیدگاه حفاظت از زیست‌بوم‌ها؛ 2- معرفی توانایی‌های GIScience در چگونگی تقویت کردن مطالعات کاربردی طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی در دشت اراک. 

مواد و روش‌ها

معرفی منطقه مطالعاتی

محدوده مطالعاتی اراک با کد 4124 طبق تقسیم‌‌‌بندی وزارت نیرو که همان حوضه آبخیز کویر میقان است، با مساحت تقریبی 5500 کیلومترمربع به شکل بسته بوده که تمام جریان­های سطحی آن به دریاچه میقان (با مساحت 106 کیلومتر مربع) منتهی می­شود (شکل 1). ارتفاع بیشینه این حوضه 3118 متر، ارتفاع کمینه 1660 متر، ارتفاع متوسط 1926 متر و شیب متوسط سطح 97/1 درصد می‌باشد. تغییرات بارندگی سالانه از حدود 210 تا 430 میلی­متر در تغییر است و میانگین دمای سالانه تقریباً 2/12 سانتی­گراد می‌باشد.

شکل 1. موقعیت محدوده مطالعاتی دشت اراک

تغییرات تراز آب زیرزمینی در دشت اراک علاوه بر تغییرات اقلیم، مرتبط با فعالیت‌های انسانی بوده است. در این زمینه افزایش سطح زیر کشت محصولات آبی همگام با اضافه برداشت چاه‌های مجاز به همراه حفر و برداشت آب از چاه‌های غیرمجاز، منجر به افت چشمگیر سطح آب زیرزمینی شده است. لذا ادامه این روند و تشدید بحران آب در دشت اراک که در حاشیه غربی کویر مرکزی ایران است، می‌تواند در سال‌های آینده منجر به کاهش قابل‌توجه مساحت اراضی آبی و حتی نابودی این اراضی در منطقه شود. همچنین مخاطراتی ازجمله فرونشست زمین، مهاجرت، پدیده گرد و غبار و سایر مشکلات محیط زیستی می‌تواند در این منطقه شکل گیرد و زیست‌بوم‌ منطقه را بیش از این به خطر بیندازد. با توجه به این‌که دشت اراک به‌عنوان یکی از مهم‌ترین دشت‌های اجرای طرح احیاء و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی استان مرکزی قلمداد می‌شود، لازم است اجرای پروژه‌های این طرح با توجه و حمایت بیشتر به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌‌ها به اجرا درآیند.

روش تحقیق

با توجه به نقش تعیین‌کننده آب زیرزمینی در تأمین آب مورد نیاز برای مصارف مختلف ازجمله شرب، صنعت و کشاورزی در مناطق مختلف کشور، حفاظت از زیست‌بوم‌های مرتبط با مدیریت آب از ارزش و اهمیت بالایی برخوردار است (Loomisa et al., 2018). آب زیرزمینی حیاتی‌ترین منبع تأمین آب در ایران به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌ها است که بهره‌برداری پایدار از آن، از ضروریات اجتناب‌ناپذیر محسوب می‌شود. متأسفانه در چندین دهه گذشته، منابع آبی کشور از نظر کمیت و کیفیت در وضعیت بحرانی است و تشدید افت سطح آب زیرزمینی در آبخوان‌ها، ممنوعیت بیش از 403 محدوده از 609 محدوده مطالعاتی و کسری مخزن تجمعی 135 میلیارد مترمکعب را به دنبال داشته است (Rostamizad and Khanbabai, 2018 Samani, 2020;).  روش تحقیق حاضر به صورت مروری و توصیفی است که ضمن معرفی طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی، چگونگی کاربرد GIScience را در حفاظت از زیست‌بوم‌ها بیان می‌کند و می‌تواند به مدیران و کارشناسان پروژه‌های محیط زیستی، آب، کشاورزی و... در مدیریت پیاده‌سازی برنامه‌ها و تحلیل عملکرد اقدامات اجرایی کمک کند. بنابراین روش تحقیق پژوهش حاضر به صورت توصیفی- تحلیلی منطبق با اهداف پژوهش بیان شده است. در بخش اول روش تحقیق با استفاده از مطالعات کتابخانه‌ای، جستجو در پایگاه‌های اطلاعاتی تحت وب و مصاحبه با کارشناسان خبره، ضمن معرفی طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی با دیدگاه حفاظت از زیست‌بوم‌ها، توانایی‌های GIScience در چگونگی تقویت کردن مطالعات کاربردی طرح احیاء و تعادل‌بخشی جزء به جزء تحلیل شده است. در بخش دوم روش تحقیق نیز، خلاصه چند مطالعه موردی پیرامون اجرای طرح احیاء و تعادل‌بخشی با به‌کارگیری توانایی‌های GIScience در دشت اراک ارائه شده است که در این بخش نیز، از مطالعات کتابخانه‌ای و جستجو در پایگاه‌های اطلاعاتی تحت وب استفاده شد. 

نتایج و بحث

طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی

در راستای چاره‌اندیشی برای حفاظت از زیست‌بوم‌ها با رویکرد کنترل افت و کسری مخزن حادث شده در آبخوان‌ها، وزارت نیرو با تعریف طرح تعادل‌بخشی، تغذیه مصنوعی و پخش سیلاب در سال 1384، برنامه‌های خود در زمینه بهبود وضعیت منابع آب زیرزمینی را آغاز کرد. ولی با توجه به عدم حمایت دستگاه‌های دیگر که همکاری آن‌ها در این زمینه الزامی است و همچنین نبود عزم جدی میان مقامات عالی کشور در سال‌های قبل و عدم تأمین اعتبار کافی، نتایج مطلوبی از طرح حاصل نشد. مجدداً با فعال شدن شورای عالی آب در دولت یازدهم، وزارت نیرو برنامه‌های خود را در جلسه هشتم شورای عالی آب در سال 1392 ارائه نمود و ابتدا مصوبه‌ای تحت عنوان برخورد قانونی با برداشت‌های غیرمجاز و نهایتاً تبدیل به طرحی شد تحت عنوان "طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی" مشتمل بر 15 پروژه که در جلسه پانزدهم شورای عالی آب کشور در تاریخ 25 شهریور 93 تصویب شد و در کنار این طرح، تکالیفی نیز برای وزارتخانه‌های نیرو، جهاد کشاورزی، صنعت، معدن، تجارت و کشور مشخص گردید (Habibi, 2014).

به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌ها، پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

• دسته اول: پروژه‌هایی که منجر به تولید و تدقیق داده‌ها و اطلاعات در خصوص منابع و مصارف وضعیت آبخوان‌ها می‌شوند که عبارت‌اند از:

1- حفر چاه‌های پیزومتری و اکتشافی

2- تجهیز چاه‌های پیزومتری به ابزارهای سنجش

3- تهیة بیلان و بهنگام‌سازی بانک اطلاعاتی محدوده‌های مطالعاتی کشور

• دسته دوم: پروژه‌هایی که نقش کنترل، نظارت و بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی را بر عهده دارند و عبارت‌اند از:

1- تقویت و استقرار گروه‌های گشت و بازرسی

2- ساماندهی شرکت‌های حفاری

3- مطالعه ایجاد و استقرار بازار آب

4- ایجاد تشکل‌های آب‌بران و انجام حمایت‌های فنی و مالی از آن‌ها (وزارت جهاد کشاورزی)

5- به‌روز نمودن سند ملی آب (وزارت جهاد کشاورزی)

6- مطالعات فرونشست در دشت‌های کشور (سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور)

7- اطلاع‌رسانی و آگاه‌سازی افکار عمومی

• دسته سوم:‌ پروژه‌هایی هستند که مستقیماً منجر به ذخیره‌سازی آب در آبخوان‌ها می‌شود و عبارت‌اند از:

1- خرید و انسداد چاه‌های کشاورزی

2- جایگزینی پساب با چاه‌های کشاورزی در دشت‌های ممنوعه

3- تهیه و نصب کنتورهای حجمی و هوشمند روی چاه‌ها

4- اجرای پروژه‌های تغذیه مصنوعی و پخش سیلاب

5- مطالعه و اجرای طرح‌های آبخیزداری (وزارت جهاد کشاورزی)

کاربرد GIS در پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی

مطابق با شکل 2، GIScience از طریق سه فرآیند اساسی می‌تواند در حفاظت از زیست‌بوم‌ها برای پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی نقش داشته باشد.

شکل 2. سه فرآیند اساسی GIScience در پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی

الف- تولید و تدقیق داده‌ها و اطلاعات

تولید و تدقیق داده‌ها و اطلاعات به عنوان بستر و مبنای تصمیم‌گیری‌ها در حفاظت از زیست‌بوم‌ها با رویکرد احیاء و تعادل‌بخشی محسوب می‌شوند. علم اطلاعات جغرافیایی می‌تواند در سه پروژه ذیل، منجر به افزایش دقت و صحت داده‌های پایه گردد.

1-         حفر چاه‌های پیزومتری و اکتشافی

با توجه به پیچیدگی‌های محیط‌زیست به خصوص آب زیرزمینی و هزینه‌های قابل‌توجه روش‌های مرسوم پایش، ابداع فن‌آوری‌های نو و بهره‌گیری از روش‌های پیشرفته در این انتخاب تعداد چاه‌های پیزومتری و اکتشافی دشت‌ها کمک شایانی در بهبود سامانه‌های آب زیرزمینی خواهد نمود. تا آنجایی که شبکه حاصل به طور کافی مبین شرایط هیدرولوژیکی در منطقه موردنظر باشد. با استفاده از علم اطلاعات جغرافیایی می‌توان شبکه‌ای را ارائه داد تا به اندازه قابـل‌تـوجهی میزان وقت و هزینه صرف شده در اندازه‌گیری سطح آب چاه‌های مشاهده‌ای را کاهش و دقت داده‌های تولیدی را افزایش دهد (Kheyri et al., 2014). بدین منظور، الحاقیه زمین‌آمار Geostatistical Analyst در نرم‌افزار ArcGIS می‌تواند با عمل درون‌یابی و با استفاده از روش‌های مختلف ازجمله کریجینگ و نیز ارزیابی متقاطع، شبکه بهینه پایش را ارائه دهد (Kaur and Rishi, 2018).

2- تجهیز چاه‌های پیزومتری به ابزارهای سنجش

یکی از مناسب‌ترین ابزار به منظور اندازه‌گیری و سنجش تغییرات کمی و کیفی منابع آب زیرزمینی، استفاده از GIS Online است. در علم اطلاعات جغرافیایی با تلفیق ArcGIS و GPS و بانک اطلاعاتی، نرم‌افزارهای متعددی تهیه شده‌اند که با استفاده از آن‌ها ضمن اطمینان از صحت اطلاعات و بازدید از محل مورد نظر، شناسایی و برداشت موقعیت منابع به صورت اتوماتیک انجام می‌پذیرد (Esmaili and Rajabpour, 2014).

3- تهیة بیلان و بهنگام‌سازی بانک اطلاعاتی محدوده‌های مطالعاتی کشور

در تهیه بیلان محدوده‌های مطالعاتی، متغیرهای هیدرولوژیکی و خصوصیات حوضه‌های آبخیز نقش اصلی را دارند. به منظور محاسبه بیلان، مدل‌هایی ارائه یافته‌اند که قادرند رفتار و خصوصیات حوضه را تقلید نموده و مقادیر رواناب و سایر مؤلفه‌های بیلان حوضه را برآورد و یا شبیه‌سازی نمایند. یکی از مدل‌های هیدرولوژیکی مهم، مدل ارزیابی آب و خاک ArcSWAT است که یکی از الحاقیه‌های نصب شده بر روی نرم‌افزار ArcGIS می‌باشد (Gholami et al., 2014). این مدل در تلفیق با علم اطلاعات جغرافیایی می‌تواند به خوبی بیلان جریان را در حوضه‌های آبخیز محاسبه کند. همچنین رفع نواقص و معایب داده‌ها و یکپارچه شدن اطلاعات، جلوگیری از دوباره‌کاری در تولید داده، فراهم‌سازی زمینه لازم به منظور بررسی و ارزیابی عملکرد واحدها و مراکز مختلف، افزایش سطح خدمات از طریق دستیابی به اطلاعات جامع و بهنگام از دیگر ویژگی‌های GIS است. با تهیه بانک اطلاعاتی بهنگام با استفاده از GIS می‌توان به‌صورت پویا چگونگی پراکنش و پایش منابع بهره‌برداری آب ازجمله چاه‌ها، چشمه‌ها و قنوات را از لحاظ کمی و کیفی بررسی کرد. قابلیت‌هایی ازجمله زون‌بندی تراز آب زیرزمینی، زون‌بندی داده‌های کیفی منابع آب، بررسی توانایی آبدهی چاه‌ها از اهم این موارد است.

ب- کنترل، نظارت و بهره‌برداری

کنترل، نظارت و بهره‌برداری صحیح از منابع آب زیرزمینی به عنوان یکی از ارکان مهم حفاظت از زیست‌بوم‌ها در طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی است (Tzanakakis, 2020). علم اطلاعات جغرافیایی می‌تواند در شش پروژه ذیل کاربرد مفیدی داشته باشد.

1-         تقویت و استقرار گروه‌های گشت و بازرسی

یکی از ابعاد مدیریت حفاظت از زیست‌بوم‌ها، وجود نظم و امنیت به خصوص در شرایط وقوع تخلفات منابع آب است که از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. گروه‌های گشت و بازرسی که وظیفه جلوگیری و ثبت تخلفات منابع آب (ازجمله حفر چاه‌های غیرمجاز و تردد دستگاه‌های حفاری غیرمجاز) را بر عهده دارند، بایستی بتوانند در مواقع بروز تخلف، به خوبی از عهده کار خود برآیند. لذا در گشت‌زنی‌های شبانه‌روزی باید در مناطقی استقرار یابند که بتوانند در اسرع وقت خود را به محل‌های وقوع تخلف برسانند. این امر نیازمند مکان‌یابی بهینه مراکز استقرار اکیپ‌های گشت و بازرسی بر اساس معیارها و زیرمعیارهای مختلف است. در این زمینه تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره در تلفیق با GIS می‌توانند در مکانیابی بهینه استقرار کمک شایانی نمایند که الحاقیه AHP در نرم‌افزار ArcGIS یکی از ابزارهای مفید در این تصمیم‌گیری است.

2- ساماندهی شرکت‌های حفاری

در خصوص ساماندهی شرکت‌های حفاری، تشکیل یک پایگاه اطلاعاتی ضروری است. با توجه به موقعیت و آدرس شرکت‌های حفاری، ثبت و بهنگام‌سازی مشخصات عمومی شرکت‌های حفاری، وضعیت رتبه‌بندی، مشخصات دستگاه‌های حفاری، دستگاه‌های حفاری نقل و انتقال داده شده طی ماه، مشخصات مسئولین فنی شرکت‌های حفاری، سوابق تخلفات و... می‌تواند در نرم‌افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی ثبت و مدیریت شوند. با توجه به نصب دستگاه‌های GPS بر روی دستگاه‌های حفاری، با اتصال آن از طریق GIS-WEB به مرکز مدیریت داده‌ها (دفاتر گروه‌های گشت و بازرسی امور منابع آب) می‌توان تردد دستگاه‌های حفاری را کنترل کرد.

3- مطالعه ایجاد و استقرار بازار آب

در مورد مناطق مستعد بازار آب و طراحی شبکه‌ها، علم اطلاعات جغرافیایی کاربرد مؤثری دارد. همانگونه که قبلاً توضیح داده شد، تکنیک AHP در تلفیق با GIS می‌توانند در مکانیابی بهینه استقرارها ازجمله بازار آب مفید باشد. در طراحی شبکه‌ها نیز می‌توان از GIScience بهره گرفت. محاسبه پارامترهای متعددی از قبیل: شیب زمین، جـنس خـاک، مسـیرهای دسترسی، کاربری اراضی، قیمت زمین، میزان فاصله تا تأسیسات دیگر، همسایگی‌ها، کوتاه‌ترین مسیر، کمترین عمق لوله‌ها، میزان آسیب‌پذیری با استفاده از آن امکان پذیر است.

4- ایجاد تشکل‌های آب بران و مدیریت مشارکتی

Mirabolghasemi (2022) عدم توجه به استقرار تشکل‌های بهره‌برداران و پیاده‌سازی مدیریت مشارکتی منابع آب زیرزمینی را یکی از دلایل کارایی پایین طرح معرفی کرده است. تشکل‌های آب بران به‌عنوان یکی از روش‌های مدیریت مشارکتی حفاظت از زیست‌بوم‌ها، ساز و کاری سازمانی برای جلب مشارکت سازمان‌یافته آب بران در مدیریت، بهره‌برداری و نگهداری از شبکه‌های فرعی آبیاری و زهکشی است (Zarei, 2014). یکی از چالش‌های اساسی در این بخش، نحوه پیوند خوردن اطلاعات اراضی کشاورزی وزارت جهاد کشاورزی با اطلاعات منابع آب وزارت نیرو می‌باشد که در نهایت بتوان موفقیت پروژه را تضمین کرد. علم اطلاعات جغرافیایی از طریق ارتباط دادن اطلاعات توصیفی اراضی کشاورزی با منابع آب می‌تواند کمک شگرفی به اجرایی کردن برنامه‌های حفاظت از منابع آب زیرزمینی کند. در این خصوص تهیه بانک داده رقومی توسط شرکت‌های مشاور که با هدف امکان‌سنجی این پروژه فعالیت می‌کنند ضروری است.

5- به‌روز نمودن سند ملی آب

در حفاظت از زیست‌بوم‌ها، تخصیص آب برای دشت‌های کشاورزی کشور، بر اساس سطح کشت و ارقام سند ملی آب صورت می‌گیرد. برای تهیه این سند از داده‌های آب و هوایی ایستگاه‌های سینوپتیک کشور در دوره آماری 25 ساله از سال 1970 تا 1995 و روش توصیه شده توسط سازمان فائو استفاده شده است. از آنجا که حداقل 15 سال به طول دوره آماری ثبت داده‌های هواشناسی کشور افزوده شده است، به نظر می‌رسد به‌روز کردن این سند، به ویژه در مناطقی که با کمبود آب مواجه شده‌اند، از ضروریات کشاورزی کشور باشد (Faqih and Behmanesh, 2015). تجزیه و تحلیل داده‌های اقلیمی برای محدوده‌های مطالعاتی حوضه‌های آبریز درجه 1 و 2 و تهیه نقشه‌های مربوطه از قبیل خطوط هم‌باران و هم‌دما، می‌تواند در تصمیم‌گیری‌ها به کمک مدیران آید. در این زمینه استفاده از الحاقیه زمین‌آمار Geostatistical Analyst در نرم‌افزار ArcGIS می‌تواند نقشه‌های پهنه‌بندی از تغییرات زمانی و مکانی پارامترهای اقلیمی را ارائه دهد. همچنین برنامه‌ریزی برای ارائه الگوی کشت مناسب و نیز کشت گلخانه‌ای و سیستم‌های آبیاری تحت فشار بر اساس سند ملی به‌روز شده ضروری است. با رقومی و همپوشانی کردن عوامل فیزیوگرافی، اقلیمی، هیدرولوژیکی، خاکشناسی، زمین‌شناسی، اجتماعی و اقتصادی، مکان‌یابی مناطق مستعد را برای کشت‌های گلخانه‌ای و سیستم‌های آبیاری تحت فشار ارائه داد و الگوی کشت بهینه را ارائه داد.

6- مطالعات فرونشست در دشت‌های کشور

رشد جمعیت و تکنولوژی زراعی، استفاده بیش از گنجایش منابع آب زیرزمینی برخی از نقاط ایران را به دنبال داشته است که پی آمد این پدیده، فرونشست زمین در برخی از مناطق کشور و تهدید محیط‌زیست گیاهی و جانوری بوده است (Yamani et al., 2009). به منظور بررسی تغییرات به وجود آمده تراز ارتفاعی سطح زمین و نیز احتمال فرونشست، از اشل چاه‌های مشاهده‌ای استفاده می‌شود که می‌توان با بهره‌گیری از تکنیک‌های RS و GIS، نقشه فرونشست دشت را تهیه کرد. همچنین می‌توان با تلفیق لایه‌های میزان بارش، شیب، هیدرولوژی، لیتولوژی، ژئومورفولوژی، خاک، پوشش گیاهی و عوامل انسانی در محیط GIS، نقشه پیش‌بینی مناطق افت آب‌های زیرزمینی در آینده و پتانسیل فرونشست را تهیه کرد (Amirahmadi et al., 2014).

7- اطلاع‌رسانی و آگاه‌سازی افکار عمومی

پروژه اطلاع‌رسانی طرح احیاء و تعادل‌بخشی شامل 13 زیرپروژه می‌باشد که دربرگیرنده برگزاری نشست‌ها و جلسات، تشکیل کارگروه‌ها، اخبار رسانه‌ای و انتشار بروشور و بنر و ... می‌باشد. مهم‌ترین کاربرد علم اطلاعات جغرافیایی در این بخش به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌ها می‌تواند در تهیه بروشورها و کاتالوگ‌ها باشد. به‌طوری که انواع خروجی از GIS به شکل نقشه و عکس، نمودار و گراف به منظور چاپ در بروشورها و پوسترها تهیه گردد. استفاده از اطلاعات خروجی GIS در بروشورها و پوسترها به خوبی دانش و هنر کارتوگرافی را بازگو می‌کند.

ج- ذخیره‌سازی آب در آبخوان‌ها

یکی از ارکان مهم مربوط به عملکرد طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌ها، ذخیره‌سازی آب در آبخوان‌ها می‌شود. کاربرد علم اطلاعات جغرافیایی در پروژه‌های پنج‌گانه این بخش به صورت ذیل تشریح می‌گردد:

1-         خرید و انسداد چاه‌های کشاورزی

پروژه خرید و انسداد چاه‌های کشاورزی بیشتر شامل چاه‌های کم بازده می‌باشد که هدف نیز، انسداد این چاه‌ها با توجه به عملکرد معادل آن‌هاست. تهیه بانک داده‌ای این چاه‌ها شامل مشخصات منبع و نیز نوع مصرف و عملکرد، لازمه تصمیم‌گیری صحیح است تا با اولویت‌بندی این نوع از منابع، هدف پروژه را تأمین کرد. لذا GIS می‌تواند با مدیریت داده‌ها در این بخش، به مدیران کمک کند تا با شناسایی و موقعیت‌یابی صحیح، اقدام به خرید چاه‌های کم‌بازده کشاورزی به منظور تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی نمایند.

2-         جایگزینی پساب با چاه‌های کشاورزی در دشت‌های ممنوعه

استفاده از پساب یکی از پتانسیل‌ها برای مصارف کشاورزی در گونه‌های گیاهی غیر مثمر و بعضاً مثمر به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌ها است. در این پروژه، پساب قابل‌استفاده در مصارف غیرشرب به عنوان منبع جایگزین از برداشت آب‌های زیرزمینی معرفی می‌شود. به‌طوری که در دشت‌های بحرانی و ممنوعه که احتمال فرونشست زمین و تبعات اقتصادی و اجتماعی بیشتر است، تخلیه از چاه‌ها متوقف گردیده و پساب جایگزین آن گردد. راه دیگر نیز استفاده ترکیبی و تلفیقی از آبدهی چاه و پساب می‌باشد که درجه آسیب‌پذیری دشت را کاهش دهد. با این حال امکان‌سنجی این پروژه و شناسایی مکانی چاه‌های الویت‌دار و نیز طراحی‌ها و محاسبات شبکه جمع‌آوری، انتقال و توزیع در دشت با استفاده از علم اطلاعات جغرافیایی سهل‌الوصول خواهد شد.

3-         تهیه و نصب کنتورهای حجمی و هوشمند روی چاه‌ها

یکی از مهم‌ترین پروژه‌ها در طرح احیاء و تعادل‌بخشی، کنترل اضافه برداشت از چاه‌های پروانه دار است. بدین منظور نصب کنتورهای حجمی و هوشمند در حال اجرا می‌باشد. با این حال اولویت‌بندی دشت‌های یک حوضه‌ آبخیز وسیع یا محدوده سیاسی استان می‌تواند در مدیریت منابع نقش بسزایی داشته باشد. این اولویت‌بندی می‌تواند با استفاده از الحاقیه AHP در نرم‌افزار ArcGIS بر اساس لایه‌های اضافه برداشت، کسری مخزن سالانه، سطح اراضی زیرکشت و... انجام گیرد. به عنوان مطالعه موردی، Mardian et al. (2017) با اولویت‌بندی دشت‌های استان مرکزی برای نصب کنتور هوشمند با هدف مدیریت اضافه برداشت منابع آب زیرزمینی نتیجه گرفتند دشت‌های ساوه، کمیجان و نوبران در اولویت اول برای نصب کنتور هوشمند قرار دارند.

4-         اجرای پروژه‌های تغذیه مصنوعی و پخش سیلاب

پروژه‌های تغذیه مصنوعی و پخش سیلاب با هدف جلوگیری از هدر رفتن جریان‌های سیلابی منطقه، نفوذ سیلاب به درون زمین، بهبود کیفیت آب زیرزمینی در محدوده اجرایی از طریق رقیق نمودن این آب‌ها و بالا بردن توان آبخوان پایین‌دست به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌ها انجام می‌شوند. لازمه اجرای این پروژه‌ها، مطالعه دقیق از وضعیت هیدرولوژیکی آبخیز بالادست می‌باشد. تهیه نقشه پتانسیل تولید رواناب حوضه‌ آبخیز و الویت‌بندی زیرحوضه‌ها بر اساس لایه‌های بارش، پوشش گیاهی، زمین‌شناسی، شیب و... بر اساس داده‌های GPS، GIS و RS در این مطالعه ضروری است.

5- مطالعه و اجرای طرح‌های آبخیزداری

طرح‌های آبخیزداری با هدف حفاظت از زیست‌بوم‌ها در حال اجرا می‌باشند و شامل اقدامات مکانیکی، بیولوژیکی، مدیریتی و نیز ترکیبی می‌باشند. انتخاب نوع طرح و اجرا و عملکرد موفق آن نیازمند مدیریت مشارکتی بر اساس منافع ذی‌مدخلان می‌باشد. لذا در پروژه‌های تفصیلی آبخیزداری، ترکیبی از فصول شامل مطالعات فیزیوگرافی، اقلیم، هیدرولوژی، خاک‌شناسی، زمین‌شناسی، فرسایش و رسوب، اقتصادی، اجتماعی و تلفیق مدنظر قرار می‌گیرد. در هر یک از این مطالعات، مبنای تهیه داده‌ها، از مشاهدات صحرایی و GPS، GIS و RS است که دقت مطالعه را افزایش می‌دهد.

طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی در دشت اراک

در این بخش خلاصه پنج مطالعه موردی پیرامون اجرای طرح احیاء و تعادل‌بخشی با به‌کارگیری توانایی‌های GIScience در دشت اراک ارائه شده است که نتایج در جدول 1 آمده است. با تحلیل مطالعه‌های انجام شده جدول 1 و انطباق آن با شکل 2 مشخص شد GIScience در پروژه‌های مختلف طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی کاربرد مؤثری داشته است. مطابق

جدول 1. نحوه کاربرد اجرای GIScience در طرح احیاء و تعادل‌بخشی دشت اراک

نتیجه‌گیری

به منظور حفاظت از زیست‌بوم‌ها، علم اطلاعات جغرافیایی که دربرگیرنده سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی، تکنولوژی‌ها، تجزیه و تحلیل‌های مکانی، تئوری‌ها و نظریه‌های مرتبط با آن است، با سرعت و دقت توانسته است به مدیریت منابع آب، خاک، گیاهان و جانوران کمک کند. این علم در رشته‌های مختلف اعم از علوم فیزیکی، علوم زیستی و علوم زمین و مهندسی علوم اجتماعی و... کاربرد روز افزون پیدا کرده است. در علوم زمین و مدیریت منابع و چشم‌اندازها، توجه به داده‌های مکانی برداشت شده که از دقت و صحت برخوردار باشند کمک شایانی به تصمیم‌گیری‌ها می‌کند. در این پژوهش نیز به طور اجمالی به کاربرد GIScience در طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی کشور پرداخته شد. این طرح مشتمل بر پانزده پروژه می‌باشد و زیرپروژه‌های متعدد مکان‌محور در آن‌ها تعریف شده است.

این پژوهش با تحلیلی بر لزوم به‌‌کارگیری GIScience در حفاظت از زیست‌بوم‌ها با تأکید بر احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی نشان داد فناوری‌های GPS، RS و GIS می‌تواند در فرآیند جمع‌آوری، تولید، مدیریت، تجزیه و تحلیل داده‌ها و نمایش اطلاعات این طرح ملی و حیاتی کشور به کار گرفته شود تا تصمیم‌گیری‌ها در خصوص نحوه مدیریت منابع آب زیرزمینی با درجه اطمینان بالاتری به مرحله اجرا درآیند و از طرفی عملکرد و خروجی طرح نیز بهتر نشان داده شود. از طرفی مشخص شد دو فرآیند اساسی GIScience در پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی شامل 1- کنترل، نظارت و بهره‌برداری و 2- تولید و تدقیق داده‌ها و اطلاعات در چند مطالعه موفق برای دشت اراک به اجرا درآمده‌اند که منطبق با اهداف GIScience توانسته‌اند به شفاف‌سازی چالش‌های پیش روی مدیریت منابع آب کمک کنند. نتیجه شفاف‌سازی چالش‌های بخش آب و حل مسائل، به خودی خود می‌تواند مطابق با شکل 2، اهداف فرآیند سوم GIScience در پروژه‌های طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی که همان ذخیره آب در آبخوان‌ها است را تأمین کند. بنابراین فرضیه پژوهش حاضر مبنی بر این که علوم وابسته رایانه می‌توانند به سؤالات و چالش‌های پیرامون حفاظت از زیست‌بوم‌‌ها به خصوص در بخش مدیریت آب، به تصمیم‌گیرندگان کمک کنند، مورد تأیید است. با این حال، با توجه به اینکه طرح احیاء و تعادل‌بخشی منابع آب زیرزمینی در ابتدای راه می‌باشد، لازم است در اجرای طرح به فناوری‌های علم اطلاعات جغرافیایی بیش از پیش توجه شود. به‌طوری که در دستورالعمل‌های تعریف شده برای پروژه‌های طرح، مدل‌ها و روش‌های اجرایی از بانک داده و اطلاعات مکانی مدیریت شوند تا نتایج و عملکردها به‌صورت پویا در محیط جغرافیایی یک محدوده مطالعاتی به خوبی دیده شوند.