مکان یابی محل دفن پسماند با استفاده از منطق فازی در GIS و مدل تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP) (ناحیه مورد مطالعه : شهرستان مینودشت)
الموضوعات :محمدجواد امیری 1 , وحید نیک زاد 2 , یاسر معرب 3 , نگار فروغی 4
1 - استادیار گروه مدیریت و برنامه ریزی محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد برنامه ریزی محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران *(مسئول مکاتبات).
3 - دانشجوی کارشناسی ارشد برنامه ریزی محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران
4 - دانشجوی کارشناسی ارشد مدیریت محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران
الکلمات المفتاحية: مکانیابی, GIS, FAHP, مینودشت, محل دفن پسماند,
ملخص المقالة :
زمینه و هدف: مکان یابی مناسب پسماند های شهری از به وجود آمدن معضلات زیست محیطی در شهرها جلوگیری می کند. این تحقیق با هدف شناسایی مکان بهینه جهت دفن پسماند در شهرستان مینودشت با استفاده از روش منطق فازی در GIS و مدل تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP) است که براساس میزان جمعیت تخمینی در 20 سال آینده و مساحت مورد نیاز برای دفع پسماند آن ها صورت می گیرد. روش بررسی: انتخاب مکان مناسب برای دفن پسماند نیازمند در نظر گرفتن عوامل متعددی است که با توجه به گستردگی و پیچدگی عوامل موثر در مکان یابی، ضرورت استفاده از فناوری های اطلاعات مکانی و تلفیق آن با سایر امور مدیریتی و برنامه ریزی مطرح می شود. به این منظور، به کارگیری سیستمی یکپارچه متشکل از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و روش های تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) ابزار مناسبی برای مکان یابی دفن پسماند می باشند. یافته ها: در این تحقیق برای تعیین مکان های مناسب دفن پسماند شهرستان مینودشت از معیارهای فاصله از جاده، شیب، ارتفاع، کاربری، میزان بارش، فاصله از گسل، فاصله ازآب های سطحی، فاصله از مناطق حفاظت شده، زمین شناسی، فاصله از شهر و فاصله از روستا استفاده شد. نقشه های مربوط به هر یک از لایه ها در محیطIdrisi استانداری سازی و به صورت فازی تهیه شد در ادامه برای وزن دهی و تلفیق لایه ها از فرایند تحلیل سلسه مراتب فازی (FAHP) و GIS استفاده شد نتایج: در نهایت نقشه های نهایی به پنچ روشgamma ، And ،Or،Sum و Productتهیه شد. سپس نقشه های مناسب مکان یابی دفن پسماند انتخاب شدند و هر کدام از آن ها به چهار طبقه مناسب، متوسط، ضعیف و خیلی ضعیف طبقه بندی شد و طبقه مناسب روش های انتخابی لکه بندی شدند. روش های که میزان مساحت لکه های آن ها از میزان مساحت لازم برای دفن پسماند برای جمعیت تخمینی 20 سال آینده شهرستان مینودشت کمتر بود، حذف شدند. در نهایت روش های And و gamma با عدد 9/0 مکان مناسب دفن پسماند برای یک دور زمانی 20 ساله را مشخص کردند.
علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره شانزدهم، شماره ویژه 93
مکان یابیمحل دفن پسماند با استفاده از منطق فازی در GIS و مدل تحلیل سلسله مراتبیفازی (FAHP)(ناحیه مورد مطالعه : شهرستان مینودشت)
وحید نیک زاد[1]*
یاسرمعرب[2]
محمدجواد امیری[3]
نگارفروغی[4]
تاریخ دریافت:12/7/93 |
تاریخ پذیرش:8/11/93 |
چکیده
زمینه و هدف: مکانیابی مناسب پسماندهای شهری از به وجود آمدن معضلات زیست محیطی در شهرها جلوگیری میکند. این تحقیق با هدف شناسایی مکان بهینه جهت دفن پسماند در شهرستان مینودشت با استفاده از روش منطق فازی در GIS و مدل تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP) است که براساس میزان جمعیت تخمینی در 20 سال آینده و مساحت مورد نیاز برای دفع پسماند آنها صورت میگیرد.
روش بررسی: انتخاب مکان مناسب برای دفن پسماند نیازمند در نظر گرفتن عوامل متعددی است که با توجه به گستردگی و پیچدگی عوامل موثر در مکانیابی، ضرورت استفاده از فناوریهای اطلاعات مکانی و تلفیق آن با سایر امور مدیریتی و برنامهریزی مطرح میشود. به این منظور، به کارگیری سیستمی یکپارچه متشکل از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و روشهای تصمیمگیری چند معیاره (MCDM) ابزار مناسبی برای مکانیابی دفن پسماند میباشند.
یافتهها: در این تحقیق برای تعیین مکانهای مناسب دفن پسماند شهرستان مینودشت از معیارهای فاصله از جاده، شیب، ارتفاع، کاربری، میزان بارش، فاصله از گسل، فاصله ازآبهای سطحی، فاصله از مناطق حفاظت شده، زمینشناسی، فاصله از شهر و فاصله از روستا استفاده شد. نقشههای مربوط به هر یک از لایهها در محیطIdrisi استانداری سازی و به صورت فازی تهیه شد در ادامه برای وزندهی و تلفیق لایهها از فرایند تحلیل سلسه مراتب فازی (FAHP) و GIS استفاده شد
نتایج: در نهایت نقشههای نهایی به پنچ روشgamma ، And ،Or،Sum و Productتهیه شد. سپس نقشههای مناسب مکانیابی دفن پسماند انتخاب شدند و هر کدام از آنها به چهار طبقه مناسب، متوسط، ضعیف و خیلی ضعیف طبقه بندی شد و طبقه مناسب روشهای انتخابی لکه بندی شدند. روشهای که میزان مساحت لکههای آنها از میزان مساحت لازم برای دفن پسماند برای جمعیت تخمینی 20 سال آینده شهرستان مینودشت کمتر بود، حذف شدند. در نهایت روشهای And و gamma با عدد 9/0 مکان مناسب دفن پسماند برای یک دور زمانی 20 ساله را مشخص کردند.
واژه های کلیدی: مکانیابی، GIS، FAHP، مینودشت، محل دفن پسماند.
مقدمه
افزایش جمعیت جهان و شهرنشینی، مقامات شهری را برای مدیریت پسماندهای جامد شهری به چالش کشیده است. این افزایش جمعیت و شهرنشینی، بهبود خدمات مدیریت پسماند را میطلبد. همچنین رشد سریع جمعیت و شهرنشینی از یکسو منجر به افزایش استفاده از منابع غیر قابل تجدید و از سوی دیگر منجر به تخلیه نامناسب پسماندهای سمی و فاضلاب که بشر به عنوان یکی از عوامل اصلی چالشهای زیست محیطی با آن روبه رو میباشد، شده است. روش نامناسب دفن پسماند منجر به آلودگی آب، خاک و هوا میشود که خطرات بهداشتی عمومی را به همراه دارد(1، 2). در سالهای اخیر مفهوم مدیریت یکپارچه پسماند و استراتژیهای کاهش ضایعات رو به رشد است. یکی از مؤلفههای تشکیل دهندة مدیریت پسماند، جمع آوری پسماند است. جمع آوری و حمل پسماند بنا بر ضرورت و امکانات به شیوههای متفاوتی انجام میگیرد که شیوة استفاده از ایستگاه انتقال پسماند از رایج ترین روشها درکشور ما است(3، 4). مواد زائد در ابتدا برای استفاده مجدد و بازیافت در نظر گرفته میشوند و مابقی در مکانهای دفن پسماند ریخته میشوند(5). بنابراین باید بهترین مکانهای دفن پسماند با روشهای ترکیبی و جدید شناسایی شود تا کمترین آسیب و تخریب را در محیط زیست شهرهایمان داشته باشیم.
مبانی نظری
پسماند جزء جدایی ناپذیر زندگی بشر میباشد. افزایش بیرویه استفاده از مواد تجزیه ناپذیر و سایر مصنوعات زندگی ماشینی یکی از مهمترین دغدغههای فکری مدیریت محیط زیست از جهت دفع پسماندها را ایجاد کرده است(6). بنابراین شناسایی بهترین مکان دفن پسماند نیاز به یک فرآیند ارزیابی گسترده دارد. این مکان باید با الزامات قانونی و مقررات دولتی مطابقت داشته باشد و همچنین هزینههای اقتصادی، زیست محیطی، بهداشتی و اجتماعی را به حداقل برساند. حداکثر اطلاعات موجود در روش انتخاب سایت باید شناسایی شود و اطمینان حاصل شود که نتیجه این فرآیند توسط اکثر ذینفعان قابل قبول است، بنابراین مکان دفن پسماند نیاز به پردازش انواع دادههای مکانی دارد و باید معیارها و عوامل بسیاری به دقت سازماندهی و تحلیل شوند. مکانیابی پسماند شهری به دلیل تاثیر بسزایی که در اقتصاد، اکولوژی و بهداشت محیط منطقه دارد یک مسئله حیاتی در فرآیند برنامه ریزی شهری است و ارزیابی آن یک فرآیند پیچیدهای است که نیاز به متخصصان مختلف در زمینههای اجتماعی و زیست محیطی از جمله علوم خاک، مهندسی، هیدروژئولوژی، توپوگرافی، جامعه شناسی و اقتصاد دارد(7، 8). به طور کلی مکانیابی محل دفن پسماند یک فرآیند دشوار و طولانی است که به دو مرحلهی اساسی تقسیم میشود: مرحله اول شناسایی سایتهای بالقوه از طریق غربالگری مقدماتی و مرحله دوم ارزیابی توان آنها براساس ارزیابی اثرات زیست محیطی، امکانسنجی اقتصادی و طراحی مهندسی و محاسبهی هزینهها میباشد (9). در حال حاضر از تکنیکهای مختلفی در فرآیند مکانیابی دفن پسماند استفاده میشود (10). در واقع امروزه فرآیند مکانیابی دفن پسماند به تجزیه و تحلیلهای پیچیده فضایی بستگی دارد که با توسعه سیستمهای اطلاعات جغرافیایی (GIS) همراه است. پیشرفتهای اخیر در زمینه تصمیم گیری، باعث بهبود چشمگیر در تواناییهای GIS در تجزیه تحلیل مکانی شده است. سیستم های اطلاعات جغرافیایی(GIS)، ابزار قدرتمندی برای تحلیلهای فضایی هستند که قابلیت ضبط، ذخیره، پرس و جو، آنالیز، نمایش و خروجی اطلاعات جغرافیایی را دارند. به این ترتیب آنها تاثیر شگرفی در فرآیند تصمیمگیری فضایی دارند(11، 12). همچنین روشهای تصمیم گیری چند معیاره (MCDA) توانایی ترکیب نظر کارشناسان با اطلاعات واقعی را دارند . این روشها معیارهای مختلف را ارزیابی کرده و همه نتایج ممکن و اهداف متناقض ناشی از تجزیه و تحلیل را شامل میشوند (13) و AHP یکی از این روشها میباشد. تحلیل سلسله مراتبی یک رویکرد سیتماتیک تصمیمگیری است که اولین بار توسط ساعتی در 1980 مطرح شد(14). این روش فرآیندی ساده ، قوی و منعطف است و برای تصمیمگیری در شرایطی که معیارهای مختلف وجود دارد و در انتخاب بین گزینهها با مشکل مواجه هستند، مورد استفاده قرار میگیرد(15). در واقع یک مسئله به سلسله مراتبی از مسائل فرعی که قابل درک و بررسی باشد، تجزیه میشود. بنابراین GIS به همراه AHP ابزارهای قدرتمند برای حل مشکل مکانیابی دفن پسماند هستند(16).
در زمینه مکانیابی دفن پسماند با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و سیستمهای تصمیمگیری چند معیاره تاکنون تحقیقات متعددی صورت گرفته لذا از این میان در سطح جهان میتوان به، Jahn Bennet در سال 2004 اشاره کرد که گزارشی حاکی از پیشرفت سیستم اطلاعات جغرافیایی و کاربرد آن در شهر رم، برای مدیریت و دفن مواد زائد جامد ارائه داد. این گزارش نشان میدهد ابتدای شروع این روند از دهه 1990 میلادی بوده و پیشرفت کندی داشته است، اما پس از چند سال و به خصوص در سال 2003 و با کمک نقشههای پشتیبانی اینترنتی، اطلاعات موجود برای سیستم اطلاعات جغرافیایی به موضوع مهمی برای کارکنان واحد خدماتی شهرداری و عموم شهروندان رمی تبدیل شد(17). همچنین در زمینه مکانیابی بهینه دفن مواد زائد جامد شهری، موسوی و همکاران در 1392 با استفاده از مدل تحلیل سلسله مراتبی AHP به مکانیابی دفن پسماند در شهرستان زنجان پرداختند که چند معیار و زیر معیار را ارزیابی کرده و سپس مناسبترین مکان را در بین گزینههای پیشنهادی انتخاب کردند(18). زامورانو و همکارانش نیز در اسپانیا با استفاده ازGIS نقاط بهینه جمعآوری پسماند و مسیرهای بهینهی خودروهای انتقال پسماند را به منظور کاهش مصرف سوخت ارائه دادند (19). همچنین شکرریزفرد و همکاران در شیراز به محاسبة همزمان بهترین مسیر حمل پسماند شهری و مکانیابی بهینهی ایستگاههای انتقال پسماند پرداختند . برای این منظور برنامة غیرخطی باینری تهیه کردند که تابع هدف مدل مربوطه نیز حداقل کردن مجموع هزینههای حمل پسماند به محل ایستگاههای انتقال است (20).
مهمترین هدف از انجام این مطالعه، شناسایی مکان بهینه جهت دفن پسماند در شهرستان مینودشت با استفاده از روش منطق فازی در GIS و مدل تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP) است که براساس میزان جمعیت تخمینی در 20 سال آینده و مساحت مورد نیاز برای دفع پسماند آنها صورت میگیرد. تا کمکی برای برنامه ریزان و تصمیمگیران شهرستان مینودشت استان گلستان باشد.
منطقه مورد مطالعه
شهرستان مینودشت در شمال ایران و استان گلستان واقع شده است. این شهرستان در عرض جغرافیای 37 درجه و 0 دقیقه تا 37 درجه و 29 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 55 درجه و 14 دقیقه تا 56 درجه و 1 دقیقه شرقی قرار گرفته و براساس نتایج سرشماری عمومی نفوس و مسکن سال 1390، دارای جمعیت 75659 نفر میباشد(21).
شکل 1- موقعیت شهرستان مینودشت
روش پژوهش
پژوهش حاضر از نظر هدف کاربردی بوده و از لحاظ انجام آن تحلیلی- توصیفی است. در این پژوهش، براساس تحقیقات انجام شده 11 لایه اطلاعاتی؛ کاربری، میزان بارش، فاصله از گسل، فاصله از آبهای سطحی، فاصله از مناطق حفاظت شده، زمین شناسی، فاصله از جاده، شیب، ارتفاع، فاصله از روستا و فاصله از شهر به عنوان لایههای اطلاعاتی در سه شاخص زیست محیطی ، اقتصادی و اجتماعی برای مکانیابی دفن پسماند مورد استفاده قرار گرفت. ساختار سلسله مراتبی شاخصها و مولفهها در نمودار 1 آورده شده است. سپس براساس اعداد فازی مندرج در جدول 1 و با استفاده از تکنیک FAHPمقایسات زوجی بین شاخصها و مولفهها توسط کارشناسان صورت گرفت. همچنین برخی دادهها همانطور که در جدول 2 نشان داده شده در نرم افزار Idrisi استاندارد سازی شدند و نقشههای فازی آنها تهیه شد. همچنین دو لایه کاربری زمین و زمین شناسی بر اساس نظر کارشناسان وزندهی شدند(در جدول 4 وزن طبقات کاربری و در جدول 5 وزن طبقات زمین شناسی آورده شده است). در ادامه با هم پوشانی لایههای اطلاعاتی در محیط GIS و اعمال وزن شاخصها و مولفهها در لایهها، نقشهها به پنچ روش 1- gamma2- And 3- Or 4- Sum 5- Product جهت انجام عملیات مکانیابی و رسیدن به مناطق مناسب جهت دفن پسماند رویهم گذاری شد. سپس نقشههای مناسب مکانیابی دفن پسماند انتخاب شدند و هر کدام از آنها به چهار طبقه مناسب، متوسط، ضعیف و خیلی ضعیف طبقه بندی شد و طبقه مناسب روشهای انتخابی لکه بندی شدند. روشهای که میزان مساحت لکههای آنها از میزان مساحت لازم برای دفن پسماند برای جمعیت تخمینی 20 سال آینده شهرستان مینودشت کمتر بود، حذف شدند. در نهایت روشهای And و gamma با عدد 9/0 مکان مناسب دفن پسماند برای یک دور زمانی 20 ساله را مشخص کردند.
مکان یابی دفن پسماند محدوده مطالعاتی
|
زیست محیطی
|
اقتصادی
|
اجتماعی
|
نمودار1- ساختار سلسله مراتبی مکان یابی دفن پسماند شهرستان مینودشت
جدول1-عبارات فازی و طیف اعداد فازی
عبارات کلامی |
اعداد فازی |
ترجیح زیاد |
(3،4،5/4) |
ترجیح برابر |
)1،1،1) |
ترجیح زیاد تا خیلی زیاد |
(3،5/4،5) |
ترجیح کم تا متوسط |
(1،5/1،5/1) |
ترجیح خیلی زیاد |
(5،5/5،6) |
ترجیح متوسط |
(1،2،2) |
ترجیح خیلی زیاد تا کاملا زیاد |
(5،6،7) |
ترجیح متوسط تا زیاد |
(3،5/3،4) |
ترجیح کاملا زیاد |
)5،7،9) |
جدول 2 - نقاط کنترل و نوع تابع فازی جهت استاندارد سازی نقشه های معیار در منطق فازی
نقاط کنترل |
نوع تابع |
مولفهها |
شاخص |
|||
a |
b |
c |
d |
|||
500 |
2000 |
|
|
S شکل افزایشی |
فاصله از روستاها (m) |
اجتماعی |
2000 |
5000 |
7000 |
30000 |
S شکل متقارن |
فاصله از شهرها (m) |
|
500 |
1000 |
2000 |
10000 |
S شکل متقارن |
فاصله از جاده ها (m) |
اقتصادی |
|
|
0 |
3700 |
خطی کاهشی |
ارتفاع (m) |
|
|
|
6 |
30 |
خطی کاهشی |
شیب (D) |
|
|
|
350 |
500 |
خطی کاهشی |
میزان بارش (mm) |
زیست محیطی |
1000 |
5000 |
|
|
S شکل افزایشی |
فاصله از گسل (m) |
|
1000 |
5000 |
|
|
S شکل افزایشی |
فاصله از آب های سطحی (m) |
|
1000 |
5000 |
|
|
S شکل افزایشی |
فاصله از مناطق حفاظت شده (m) |
جدول 3 - شکل و فرمول توابع فازی
فرمول تابع فازی |
شکل تابع فازی |
نوع تابع |
14خ¼=cos"> 2 α 14خ±=(1-(x-point a)/(point b-point a))*pi/2"> When 14x>point b , خ¼=1"> |
S شکل افزایشی |
|
14خ¼=cos"> 2 α 14خ±=(1-(x-point a)/(point b-point a))*pi/2"> 14خ±=x-point c/(point d-pointc)*pi/2"> When 14point b<x |
S شکل متقارن |
|
14خ¼=(1-x-point c*(1/(point d-point c)))"> When 14x When 14 x>point d , خ¼=0">
|
خطی کاهشی |
منبع:(22)
جدول 4- وزن طبقات کاربری زمین
ارزش |
کاربری |
25/0 |
جنگل |
5/0 |
زمین زراعی |
75/0 |
مرتع |
1 |
بایر |
جدول5– وزن طبقات زمین شناسی
نوع |
Js |
Jsc |
K1l |
K2l1 |
K2l2 |
Kab-ad |
Kat |
Kig |
Ksh |
Ksn |
ارزش |
41/0 |
4/0 |
31/0 |
14/0 |
21/0 |
55/0 |
37/0 |
39/0 |
6/0 |
41/0 |
Ktr |
Pd |
Pech |
Pep |
Pr |
Qal |
Qcf |
Ql |
Qm |
Sn |
TRe |
34/0 |
17/0 |
41/0 |
92/0 |
33/0 |
11/0 |
12/0 |
07/0 |
09/0 |
26/0 |
34/0 |
Ur1c |
Cm |
Cs |
Dcg |
Deg |
Dkh |
Dkn |
E1m |
E2s |
Ek |
Ekh |
59/0 |
38/0 |
35/0 |
42/0 |
42/0 |
42/0 |
42/0 |
37/0 |
15/0 |
49/0 |
41/0 |
Jd |
Qs |
Jcb |
Urm |
Kuig |
lmet |
PZ1vib |
Jmz |
Jl |
TRe1 |
Ksr |
3/0 |
67/0 |
36/0 |
48/0 |
42/0 |
41/0 |
35/0 |
39/0 |
29/0 |
36/0 |
29/0 |
بحث و یافتهها
گام اول: مقایسات زوجی شاخصها و مولفهها
در این پژوهش برای انجام مقایسه دوتایی از روش شناخته شدهای FAHP استفاده شده است. درAHP مقایسههای دوتایی توسط اعداد قطعی بیان میشود (23). حال بسته به شرایط، نظرات کارشناسان همیشه نمیتواند قطعی و دقیق باشد که این عدم قطعیت را میتوان با منطق فازی نشان داد(24). به همین دلیل نویسندگان در این پژوهش از روش FAHP که محدودهای از ارزشها را، برای بیان عدم قطعیت در نظر میگیرد (25) و تصمیم ساز را قادر میسازد تا نظر خود را در قالب کلی به صورت خوشبینانه، بدبینانه، متوسط، کاملا مربوط و نظیر آن بیان کند(26) استفاده کردهاند. باید گفت کارشناسان با توجه به تجربیات و مطالعات خود مقایسات زوجی بین شاخصها و مولفهها را با استفاده از روش FAHP انجام دادند تا وزن نهایی آنها بدست آید. در جدولهای 6 تا 9 مقایسات زوجی شاخصها و مولفهها نشان داده شده است.
جدول6- مقایسات زوجی شاخص ها با استفاده از تلفیق فازی در مدل تحلیل سلسله مراتبی
شاخصها |
زیست محیطی |
اقتصادی |
اجتماعی |
میانگین هندسی |
زیست محیطی |
(1، 1، 1) |
(4، 5/3، 3) |
(2، 2، 1) |
(2، 913/1، 442/1) |
اقتصادی |
(333/0، 286/0، 25/0) |
(1، 1، 1) |
(/025،/0286،/0333) |
(481/0، 434/0، 397/0) |
اجتماعی |
(1، 5/0، 5/0) |
(4، 5/3، 3) |
(1، 1، 1) |
(587/1، 205/1، 145/1) |
CRm =055/0 CRg =037/0 سازگار |
جدول7- مقایسات زوجی مولفهها زیست محیطی با استفاده از تلفیق فازی در مدل تحلیل سلسله مراتبی
زیستمحیطی |
کاربری |
باران |
گسل |
آبسطحی |
منطقحفاظت شده |
زمینشناسی |
میانگینهندسی |
کاربری |
(1، 1، 1) |
(9، 7، 5) |
(6، 5/5، 5) |
(4، 5/3، 3) |
(7، 6، 5) |
(5/4، 4، 3) |
(353/4، 846/3، 225/3) |
باران |
(2/0، 143/0، 111/0) |
(1، 1، 1) |
(1، 5/0، 5/0) |
(333/0، 286/0، 25/0) |
(1، 5/0، 5/0)
|
(333/0، 286/0، 25/0) |
(/0347،/0378،/053) |
گسل |
(2/0، 182/0، 167/0) |
(2، 2، 1)
|
(1، 1، 1) |
(/05،/05،1) |
(1،2،2) |
(1،1،1) |
(/0661،/0845،/0963) |
آبسطحی |
(/025،/0286،/0333) |
(3،/35،4) |
(1،2،2) |
(1،1،1) |
(1،2،2) |
(1،2،2) |
(/0953،/1414،/1484) |
منطق حفاظت شده |
(/0143،/0167،/02) |
(1،2،2) |
(/05،/05،1) |
(/05،/05،1) |
(1، 1، 1) |
(/05،/05،1) |
(/0511،/0589،/0858) |
زمینشناسی |
(/0222،/025،/0333) |
(3،/35،4) |
(1، 1، 1) |
(/05،/05،1) |
(1،2،2) |
(1، 1، 1) |
(/0833،/0978،/1178) |
CRm =021/0 CRg =05/0 سازگار |
جدول8- مقایسات زوجی مولفهها اقتصادی با استفاده از تلفیق فازی در مدل تحلیل سلسله مراتبی
اقتصادی |
فاصله از جاده |
ارتفاع |
شیب |
میانگین هندسی |
فاصله از جاده |
(1،1،1) |
(3،/35،4) |
(3،4،/45) |
(/208،/241،/2621) |
ارتفاع |
(/025،/0286،/0333) |
(1،1،1) |
(1،/15،/15) |
(/063،/0754،/0794) |
شیب |
(/0222،/025،/0333) |
(/0667،/0667،1) |
(1،1،1) |
(/0529،/055،/0693) |
CRm =008/0 CRg =006/0 سازگار |
جدول9- مقایسات زوجی مولفهها اجتماعی با استفاده از تلفیق فازی در مدل تحلیل سلسله مراتبی
اجتماعی |
فاصله از روستا |
فاصله از شهر |
میانگین هندسی |
فاصله از روستا |
(1،1،1) |
(/05،/05،1) |
(/0707،/0707،1) |
فاصله از شهر |
(1،2،2) |
(1،1،1) |
(1،/1414،/1414) |
گام دوم : مراحل بهدست آوردن وزن شاخصها و مؤلفهها با تحلیلسلسله مراتبی فازی
با استناد به نظر کارشناسان و با استفاده از روش FAHP وزن شاخصها و مولفهها در جدولهای 10 و 11 طی 5 مرحله بدست آمد. این مراحل به شرح زیر میباشد(27 )
مرحله اول: جهت اجماع نظر کارشناسان، از مقایسات زوجی پاسخ دهندگان میانگین هندسی گرفته میشود.
مرحله دوم؛ محاسبه میانگین هندسی سطرها: در این مرحله از سطرهای هر جدول مقایسه زوجی با توجه به رابطه 1 میانگین هندسی گرفته میشود.
رابطه 1 |
14Z= j=1ntij1n ∀i"> |
مرحله سوم؛ نرمالایز کردن میانگینهای هندسی: در این مرحله مقادیر به دست آمده از مرحله دوم نرمالیزه میشود. مقادیر zi را برای هر ماتریس با مجموع zi طبق رابطه 2 نرمالایزه می شود.
رابطه 2 |
|
مرحله چهارم: ترکیب اوزان: با ترکیب وزن گزینهها (نسبت به معیارها) و وزن معیارها با توجه به رابطه 3، اوزان نهایی محاسبه می شود:
رابطه 3 |
مرحله پنجم: دیفازی کردن:دراین مرحله اوزان فازی بهدست آمده، طبق رابطه 4 دیفازی میشوند.
رابطه 4 |
جدول10- وزن شاخصهای مورد استفاده در مکان یابی دفن پسماند
شاخصها |
وزن نهایی فازی |
وزن قطعی نهایی شاخصها |
زیست محیطی |
(/0355،/0539،/067) |
/0525 |
اقتصادی |
(/0098،/0122،/0161) |
/0126 |
اجتماعی |
(/0281،/0339،/0532) |
/0373 |
جدول11- وزن مولفههای مورد استفاده در مکان یابی دفن پسماند
زیرشاخصها |
وزن نهایی فازی |
وزن قطعی نهایی زیرشاخصها |
کاربری |
(/0122،/0257،/0447) |
/0271 |
باران |
(/0013،/0025،/0054) |
/003 |
گسل |
(/0025،/0057،/0099) |
/0059 |
آب سطحی |
(/0036،/0095،/0152) |
/0094 |
مناطق حفاظت شده |
(/0019،/0039،/0088) |
/0047 |
زمین شناسی |
(/0032،/0065،/0121) |
/0071 |
فاصله از جاده |
(/0049،/0079،/013) |
/0085 |
ارتفاع |
(/0015،0.025،/0039) |
/0026 |
شیب |
(/0013،/0018،/0034) |
/0021 |
فاصله از روستا |
(/0082،/0113،/0312) |
/0155 |
فاصله از شهر |
(/0117،/0226،/0441) |
/0252 |
گام سوم: محاسبه زمین مورد نیاز جهت دفن پسماند شهرستان مینودشت
جهت محاسبه مساحت زمین مورد نیاز برای دفن پسماند، عواملی همچون نرخ تولید زباله، جمعیت، دانسیته مواد فشرده شده در محل دفن مورد نیاز میباشند (28). زمین مورد نیاز برای دفن زباله، به علت تغییرات جمعیتی برای یک دورهی 20 ساله در نظر گرفته میشود، لذا جهت برآورد آن از فرمول محاسبهی جمعیت آتی به شرح زیر استفاده شد(29).
Pt = P0 (1+ r)t
Pt: میزان جمعیت سال مورد نظر
P0: جمعیت حال حاضر هنگام محاسبه
r: نرخ رشد جمعیت
t: دوره طرح یا تعداد سالهایی که قرار است طرح کاربرد داشته باشد.
همچنین طبق تحقیقات انجمن علمی آمریکا در مورد فضای مورد نیاز برای دفن بهداشتی فرمول تجربی زیر ارائه شده است (30) :
رابطه 2 |
V = (R/D)(1-P/100)+ CV |
V: فضای مورد نیاز در طول سال به ازای هر نفر (m3)
R: سرانه زباله تولیدی هر نفر در سال (kg/year)
CV: حجم خاک پوششی مورد نیاز (m3)
P: درصد کاهش حجم زباله در اثر فشردگی
D: دانسیته متوسط زباله (kg/m3)
ابتدا میزان جمعیت با در نظر گرفتن نرخ رشد 1.9 درصد براساس سرشماری جمعیت سال 1390(8) و با فرض ثابت بودن آن، برای سال جاری و سپس برای یک دوره 20 ساله، با استفاده از رابطه 1 برآورد گردید.
P1393 = P1390 (1+r)3
جمعیت سال 1393 شهرستان مینودشت
P1393 =75659 * (1+019/0)3 =80054
شهرستان مینودشت جمعیت 20 سال آینده
P1394 + P1395 + P1396+ … + P1413 = 1962430
در ادامه بر اساس رابطه 2 حجم مورد نیاز زباله تولید شده توسط هر نفر در طول سال محاسبه گردید. با در نظر گرفتن حجم خاک پوششی به زباله با نسبت 1 به 4 رابطه 2 به صورت زیر تغییر کرد.
V = (R/D)(1-P/100)+CV è V = 25/1 (R/D)(1-P/100)
R = 365 * 75/0 = 273.75 kg/year
جدول 12- جدول اطلاعاتی پسماند شهرستان مینودشت
سرانه زباله تولیدی هر نفر در سال (kg/year) |
75/273 |
درصد کاهش حجم زباله در اثر فشردگی |
40% |
دانسیته متوسط زباله (kg/m3) |
243 |
منبع: (31)
V = 25/1 (273.75/243) (1-40/100) = 845/0m3
فضای مورد نیاز برای زباله تولیدی در طول سال به ازای هر نفر
845/0 * 1962430 = 35/1658253 m3
فضای مورد نیاز برای زباله تولیدی در طول 20 سال (مینودشت)
جهت محاسبه سطح زمین مورد نیاز برای دفن پسماند تولیدی در طول 20 سال آینده، دفن پسماند به روش ترانشهای، با عمق 4 متر صورت میگیرد. همچنین فاصله بین ترانشهها برابر با عرض آنها در نظر گرفته شده است. با این مفروضات، سطح مفید، 50 درصد کل محدوده تعیین شده را تشکیل میدهد.
35/1658253 / 4 = 3375/414563 m2
سطح مفید مورد نیاز برای دفن زباله تولیدی در طول 20 سال (مینودشت)
3375/414563*2 =675/829126 m2
کل مساحت مورد نیاز برای دفن زباله تولیدی در طول 20 سال(مینودشت)
بنابراین شهرستان مینودشت با توجه به محاسبات انجام شده، نیاز به (829126.675) متر مربع زمین برای دفن زباله تولید شده در طول 20 سال خواهد داشت
گام چهارم: تهیه نقشه های لایههای اطلاعاتی
در این پژوهش تهیه نقشهها براساس منطق فازی صورت گرفته است. هر یک از لایههای اطلاعاتی تاثیرگذار در مکانیابی دفن پسماند در محیط Idrisi بر اساس نمودارهای جدول 3 استانداردسازی شدند. در ادامه نیز نقشههای فازی آنها در این برنامه تهیه شد در شکل 2 نقشه فازی لایههای اطلاعاتی آورده شده است. در رابطه با منطق فازی باید گفت که این منطق سالهاست رونق پیدا کرده و با برنامههای متنوع و متعددش در رشتههای علمی نفوذ کرده است( 32 ). این تئوری به تفسیر عدم قطعیت میپردازد و برای اندازهگیری پدیدههای نامشخص دنیای واقعی طراحی شده است. این عدم قطعیت از ویژگیهای غیر آماری طبیعت که به عدم وجود مرزهای شدید اطلاعات اشاره دارد سرچشمه میگیرد. با این حال منبع اصلی عدم اطمینان که شامل فرآیند پیچیدهی تصمیمگیری در مقیاس بزرگ است، از طریق توابع عضویت فازی توصیف شده است (7). در رابطه با منطق فازی باید گفت که این منطق شامل هر دو تابع عضویت فازی است که مقادیر صفتی را در لایههای موضوعی با توجه به اختصاص ارزش 0 تا 1 رتبه بندی میکند(33) و همچنین در این منطق اعتبار لایههای موضوعی با احتمال عضویت در یک مجموعه فازی، از طریق انواع مختلف توابع عضویت فازی ارائه میشود(34).
الف
|
ب
|
پ
|
ت
|
ث
|
ج
|
چ
|
خ
|
د
|
ر
|
ذ
|
شکل2- نقشه لایههای فازی شده؛ الف) ف. ا. گسل ب) ف. ا.شهر پ) ف. ا. جاده ها ت) ف. ا. مناطق حفاظت شده ث) ف. ا. روستاها ج) ف. ا. آب های سطحی چ) زمین شناسی خ) ارتفاع د) میزان بارش ذ)کاربری ر) نقشه شیب
گام پنچم: روی همگذاری لایهها
نقشههای تهیه شده در محیط Idrisi در محیط Gis به پنچ روش 1- gamma2- And 3- Or 4- Sum 5- Product جهت انجام عملیات مکانیابی و رسیدن به مناطق مناسب جهت دفن پسماند رویهم گذاری شد و مناطق مسکونی شهری به عنوان لایه محدودیت از نقشههای نهایی حذف شد درشکل 3 این نقشهها نشان داده شدهاند. در جدول 13 نیز روابط و توابع عضویت فازی این عملگرها آورده شده است. در رابطه با عملگرها باید گفت که عملگرضرب فازی ( Fuzzy algebraic product ) اعضای فازی را از طریق ضرب ترکیب میکند. این مدل به دلیل آنکه ارزش خروجی همیشه کمتر یا مساوی کوچکترین عضو فازی است، کاهنده میباشد (35). عملگراجتماع فازی (OR Fuzzy ) نیز مشابه اجتماع در مجموعههای کلاسیک میباشد تاثیر این عملگر آن است که نقشههای خروجی توسط بزرگترین مقدار عضویت فازی که در هر موقعیت روی میدهد، کنترل میشود(36). همچنین عملگر جمعی فازی(Fuzzy algebraic sum) مکمل محصول جبری فازی است. برخلاف محصول جبری حاصل جمع جبری، همیشه بزرگتر یا مساوی بزرگترین مقدار عضو فازی است(34). عملگر اشتراک فازی (AND Fuzzy) که نیز مشابه اشتراک در مجموعههای کلاسیک میباشد. تاثیر این عملگرآن است که نقشه خروجی توسط کوچکترین مقدار عضویت فازی که در هر موقعیت روی میدهد کنترل میشود.(36) و در نهایت عملگر گامای فازی(Fuzzy gamma operation) از حاصل ترکیب جمع جبری و ضرب جبری است و از فرمول زیر بدست می آید:
μ combination =(FuzzySum) γ ×(FuzzyProduct) 1-γ
پارامتر γ در محدوده (1و0) انتخاب شده است. وقتی γ عدد 1 بگیرد، ترکیب همانند جمع جبری است در حالیکه وقتیγ ، 0 باشد ترکیب همان ضرب جبری است (37، 38 ) .
جدول 13 - توابع و روابط عضویت فازی
رابطه |
تابع |
μ combination =MIN (μA ،μB ،...) |
And |
μ combination =MAX(μA ،μB ،...) |
Or |
µ combination = 14(i=1)nخ¼"> i |
Product |
µ combination = 1 – ( 14(i=1)n(1-خ¼"> i) ) |
Sum |
μ combination =(FuzzySum) γ ×(FuzzyProduct) 1-γ γÎ[0،1] |
Gamma |
منبع: (39)
الف
|
ب
|
پ
|
ت
|
ث
|
ج
|
چ
|
شکل 3- تلفیق لایهها با استفاده از روش : الف) Sum ب) Or پ) Product ت) And ث) 3/0 gamma ج)5/0gamma چ) 9/0 gamma
نتیجه گیری
نتایج ارزیابیهای حاصل از این روشها نشان داد که عملگر Fuzzy Sum با در نظر گرفتن کمترین احتیاط مساحت بسیار زیادی را مناسب دفن پسماند میداند عملگر OR Fuzzy نیز مساحت زیادی را مناسب این نوع مکانییابی میداند. لذا دو عملگر ذکر شده به دلیل در نظر گرفتن احتیاط کم مناسب مکانیابی دفن پسماند نمیباشند. عملگر Fuzzy product نیز در بین مجموع عملگرها بیشترین احتیاط را در مکانیابی مد نظر دارد و فقط ایدهآلترین نقاط برای مکانیابی دفن پسماند را به ما میدهد بنابراین این عملگر مناسب این نوع مکانیابی است. همچنین عملگر Fuzzy gamma با عدد3/0 و 5/0 احتیاط بیشتری را نسبت به عملگر AND Fuzzy و مساحت کمتری را مناسب دفن پسماند میداند ولی عملگر Fuzzy gamma با عدد 9/0 مساحت بیشتر و احتیاط کمتر را به نسبت عملگر AND Fuzzy مناسب دفن پسماند میداند. در مجموع میتوان گفت این عملگرها مناسب مکانیابی دفن پسماند میباشند. در این میان از عملگرهای Fuzzy product، Fuzzy gamma با عدد3/0، 5/0و 9/0 و AND Fuzzy بر اساس روش Natural Breaks (Jenks) (40) نقشههای با چهار طبقه (جدول 14) مناسب، متوسط، ضعیف و خیلی ضعیف تهیه شد (در شکل 4 طبقه بندی برخی از این عملگرها آورده شده است). طبقه مناسب هر عملگر مورد انتخاب قرار گرفت و پهنهبندی در آن صورت گرفت از میان این عملگرها، آنهای که میزان مساحت پهنهبندی لکههای آنها از میزان مساحت مورد نیاز برای جمعیت تخمینی 20 سال آینده کمتر بود، حذف شدند. در نهایت عملگرهای And و Fuzzy gamma با عدد 9/0، (شکل 5) مکانی را کهمیزان مساحت لازم برای دفن پسماند در یک چشم انداز 20 ساله آینده، برای شهر مینودشت نیاز است مشخص کردهاند. در جدول 15 مشخصات مناطق مناسب دفن پسماند آورده شده است.
جدول 14- ارزش طبقات نقشه های نهایی
طبقه بندی شده
شماره طبقه |
1 |
2 |
3 |
4 |
ارزش طبقه |
خیلی ضعیف |
ضعیف |
متوسط |
مناسب |
= =wi rij |
zi |
n∑ |
i =1 |
zi |
شکل4 - طبقه بندی عملگرهای مناسب
شکل 5- مناطق مناسب دفن پسماند برای یک دوره زمانی 20 ساله
جدول 15- مشخصات مناطق مناسب دفن پسماند برای یک دوره زمانی 20 ساله
معیارها |
Fuzzy And |
Fuzzy Operation Gamma 0.9 |
کاربری |
جنگل |
جنگل |
زمین شناسی |
شیل خاکستری تیره و ماسه سنگ(Js) |
شیل خاکستری تیره و ماسه سنگ(Js) |
کمترین و بیشترین فاصله از روستاها (متر) |
2672 – 1124 |
3453 - 1288 |
کمترین و بیشترین فاصله از راه ها (متر) |
2027 - 815 |
2027 - 591 |
کمترین و بیشترین فاصله از آب های سطحی (متر) |
3049 - 1789 |
3995 - 1369 |
کمترین و بیشترین فاصله از گسل ها(متر) |
3173 - 2013 |
3159 - 1145 |
کمترین و بیشترین فاصله از مناطق حفاظت شده (متر) |
14752 - 12404 |
15318 - 11834 |
کمترین و بیشترین فاصله از شهر ها(متر) |
20668 - 18710 |
20913 - 18242 |
کمترین و بیشترین شیب (درجه) |
21.152 - 0 |
29.3331 - 0 |
کمترین و بیشترین ارتفاع (متر) |
1500 - 1242.03 |
1615.7 - 1190.87 |
کمترین و بیشترین میزان بارش (میلی متر) |
431.014 - 399.135 |
440.983 - 391.791 |
تشکر و قدردانی
انجام این تحقیق بدون کمکهای جناب آقای دکتر امیری امکانپذیر نبود. بدین وسیله از مساعدتهای ایشان تشکر و قدردانی میشود.
منابع
Landfill sites site selection using fuzzy logic in GIS and Fuzzy Analytic Hierarchical Model (FAHP)(case study: minoodasht city)
Vahid Nikzad[5]
Yasser Moarab[6]
Mohamad Javad Amiri[7]
Negar Foroughi[8]
Abstract
Background and Aim: An appropriate urban landfill site selection prevents environmental issues in cities. The study aimed to identify suitable sites for landfill site selection based on an estimated population of 20 years and the area required for landfill sites in Minoodasht city by using Fuzzy logic model in GIS and Fuzzy Analytic Hierarchical (FAHP) .
Methods: Selecting a suitable site for landfill requires several factors which using spatial data and its integration with other planning and management activities is necessary according to the complexity of affecting factors in site selection. For this purpose deployment of the integrated Geographic Information Systems (GIS)and multi-criteria decision-making methods (MCDM) are the perfect tools for landfill site selection.
Findings: The present study focuses on using many data layers including ; Distance from roads، elevation، slope، land use، precipitation، distance from faults، distance from surface waters، distance from protected areas، geology and Distance from city and villages for an appropriate landfill sites site selection of minoodasht city. the maps of each data layer ، standardized in IDRISI software and were prepared in the form of Fuzzy Then، in order to integrate the layers، Fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) and GIS were applied.
Result: Ultimately the final maps performed by applying 5 operators of fuzzy Gamma، Fuzzy Product، Fuzzy AND ، Fuzzy OR and Fuzzy SUM. Then، suitable landfill site selection maps were chosen and each of them classified to four categories of: suitable، average، weak and very weak. And suitable category became dappling. Methods which their Spots area were less than required area of landfill were excluded. Finally (AND)، (GAMMA) methods with 0.9 number، determined a suitable landfill site for a period of 20-years.
Keywords: site selection، landfill sites، FAHP، GIS، Minoodasht
1- دانشجوی کارشناسی ارشد برنامه ریزی محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران *(مسئول مکاتبات).
2- دانشجوی کارشناسی ارشد برنامه ریزی محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران
3- استادیار گروه مدیریت و برنامه ریزی محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران
4- دانشجوی کارشناسی ارشد مدیریت محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران
1- MSc of Environmental planning, Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran.
2- MSc of Environmental planning, Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran.
3- Assistant Professor of environmental planning and management, Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran,Iran .
4- MSc of Environmental Management, Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran.