Zoning of Karst Evolution in Kermanshah Province Using Fuzzy Logic

Subject Areas : Geomorphology

mohadeseh imani ^{1 *} , اعظم Hidari ²

1 - Master's degree in Geomorphology, Faculty of Literature and Humanities, Razi University of Kermanshah, Kermanshah, Iran
2 - PhD student in Geomorphology, Faculty of Literature and Humanities, Razi University of Kermanshah, Kermanshah, Iran

Received: 2025-04-13 Accepted : 2025-07-26 Published : 2025-04-26

Keywords: Kermanshah Province, Zoning, Karst, Fuzzy Logic,

Abstract :

More than 25% of the world's population lives in karst areas or draws its water from karst sources. These areas play a vital role in supplying and recharging aquifers. In Iran, especially in the western regions, karst areas are of particular importance in water resources. Kermanshah province, with an area of ​​about 24,953 square kilometers, is located in the west of the country and in the Zagros region, and a large part of it is composed of carbonate formations. The aim of this research is to zoning karst and evaluate its evolution in this province. Karst zones have a great impact on the recharge of aquifers, and understanding the factors affecting their evolution is of particular importance in the study of karst water resources. In this study, a fuzzy method was used for karst zoning. First, various geological, climatic, natural and topographic data were collected and processed in a GIS environment. Then, using membership functions and data normalization, a fuzzy model was applied to analyze karst changes. The results show that karst changes in Kermanshah province are divided into three categories: low, medium, and high. In this classification, 33% of the province has low development, 31% has medium development, and 36% has high development. This research can be used as an information basis for karst water resources planning in Kermanshah province and other similar areas.

References:

- باقری سید شکری سجاد؛ یمانی مجتبی جعفر بیگلو منصور؛ کریمی، حاجی؛ مقیمی ابراهیم (1393)ارزیابی ویژگیهای هیدرودینامیکی آبخوانهای کارستی با استفاده از آنالیز سریهای زمانی مطالعه موردی آبخوانهای کارستی گیلانغرب و خورین در استان کرمانشاه پژوهشهای ژئومورفولوژی ،کمی دوره ۲، شماره ۳.
- جعفری ، ت ، ارجمند زاده ،ر.،۱۴۰۰، شناسایی و تحلیل سیستماتیک غارها (مطالعه موردی :۱۶ غار در استان خراسان شمالی.
-خانلری، غلامرضاومؤمنی، علی اکبر(1391) (. ژئومورفولوژی، هیدروژئولوژی و مطالعه فاکتورهای مؤثر برتوسعه کارست در منطقه گرین، غرب ایران، جغرافیا و آمایش شهری منطقهای، شماره 3،صص74-61. - جعفری ، ت ، ارجمند زاده ،ر.،۱۴۰۰، شناسایی و تحلیل سیستماتیک غارها (مطالعه موردی :۱۶ غار در استان خراسان شمالی.
-خدری، اکبر؛ رضایی، محسن؛ اشجاری، جواد ، (1392) بررسی پتانسیل توسعه کارست درتاقدیس پیون با استفاده از تلفیق اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور همراه با تحلیل سلسله مراتب زوجی تحقیقات منابع آب ایران ،9(3)46-37.
- دسترنج ،ع، نوحه گر ،ا.،رفیع شریف آباد ، ج، ۱۳۹۸، پهنه بندی توسعه کارست سطحی در توده آهکی بیستون با استفاده از مدل منطق فازی ، مجله آمایش جغرافیایی فضا ، سال ۹، شماره مسلسل ۳۲،صص :۱۰۶-۸۹.
-رضایی عارفی ، م .، زنگنه اسدی ، م. ، بهنیا فر ،ا.، جوانبخت م.، ۱۳۹۹.شناسایی درجه کارستی شدن حوضه کوهستانی کلات در شمال شرق ایران ، فصلنامه فضای جغرافیایی ،پیاپی ۷۱صص:۷۴-۴۹.
-زروش، ناهید، واعظی، عبدالرضا،. کریمی، حاج ( (1393، ارزیابی پتانسیل توسعه کارست در تاقدیس کبیرکوه استان ایلام با استفاده از تلفیق فازی و روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) و سنجش از دورو جی ای اس، پژوهش های کمی،3(3)144-157.
-کوره پزان دزفولی، امین (۱۳۸۴)، اصول تئوری مجموعه های فازی و کاربردهای آن در مدل سازی مسائل مهندسی آب چاپ دوم تهران انتشارات جهاد دانشگاهی.
-قاسمی ، اصغر ،بررسی نقش زمین ساخت در ژئومورفولوژی حوضه آبخیز یرابله با تاکید بر اشکال کارستی (پایان نامه کارشناسی ارشد) گروه جغرافیا،دانشگاه رازی ،1382.
-قبادی ، محمد حسین ،کرمی ،رامین(1386)،لزوم توجه به ویژگی های فیزیکی و شیمیایی سنگ های کربناته در مطالعات زمین شناسی مهندسی کارست (مطالعات موردی)،چهارمین کنفرانس زمین شناسی مهندسی و محیط زیست.
-مددی، ع.، همتی، ط.، 1394 ، پهنه بندی قابلیت کارست زایی با استفاده از مدل منطق فازی )مطالعه موردی: منطقه نمك آبرود شهرستان چالوس(،دو فصلنامه ی ژئومورفولوژی کاربردی ایران سال 3،شماره5 ،صص 102-89.
- مزیدی، احمد، کرم، امیرو کوراوند، مژگان(1395). پتانسیل یابی توسعه کارست با استفاده از منطق فازی )مطالعه موردی : حوضه دشت سوسن و دشت ایذه(، مجله پژوهشهای ژئومورفولوژی کمی، سال پنجم، شماره 2 ، صص 141-130 .
-معتمدی راد، م،. گلی مختاری، ل،. بهرامی، ش،. زنگنه اسدی، م،. ،1400 ارزیابی کیفیت منابع آبی از نظر شرب، کشاورزی و صنعت در آبخوان کارستی روئین اسفراین استان خراسان شمالی، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال21 ،شماره 62،صص93-73.
- ملکي، ا. و شوهاني، د.، 1386 – پهنه بندی و تحول کارست استان کرمانشاه با استفاده ازGis ، مجموعه مقالات کنفرانس بررسي منابع آب استان کرمانشاه، انتشارات چشمه هنر و دانش، ص60-41.
-مومنی ،م ، شریفی سلیم ،ع (1390)،مدل ها و نرم افزار های تصمیم گیری چند شاخصه ،ناشر مولفین.
-ناجی دومیرانی، صادق؛ فخرابادي پور، فرزانه ؛ ساسان پور .1397. تحلیل پهنه هاي مناسب توسعه اکوتوریسم با استفاده از تلفیق مدل FUZZY-AHPمطالعه موردي: بخش ماهان. مجله آمایش جغرافیایی فضا .8(29):91-106.
-نصیري، بهروز، یارمرادي، زهرا، عیاسنژاد، جواد. 1396 مکانیابی دفن زباله در شهر ماکو به روش فازي و بولین مجله آمایش جغرافیایی فضا. 7(24)،98-78.
-هاشم زاده، ن.، ولیزاده کامران، خ.، 1401 ، پهنه بندی خطر ناپایداری دامنهای در شهرستان گرمی به روش( ANP) ، کاربرد سنجش از دور و (GIS)در علوم محیطی ، شماره 6 ، سال 1،صص:22-1.
-یمانی،مجتبی، شمسی پور، علی اکبر؛ جعفری اقدم، مریم؛ باقری سیدشکری، سجاد(1390). بررسی عوامل موثر در توسعه یافتگی و پهنه بندی کارست حوضه چله با استفاده از منطق فازی و AHP ، علوم زمین ،22(88)68-57.
-Ashjari, J& Raeisi, E. (2006). Influencees of anticlinal structure on regional flow,Zagros, Iran. Cave and karst science,
68(3).145-159. -Bakalowicz, M. (2018). Coastal Karst Groundwater in the Mediterranean: A Resource to Be Preferably Exploited Onshore, Not from Karst Submarine Springs. Geosciences, 8(7), 258.
-Eskandari E., https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821139-7.00056-8Mohammadzadeh H., Nassery H.,Vadiati M., Mohammadzadeh A., Kisi O.,2022. Delineation of isotopic and hydrochemical evolution of karstic aquifers with different cluster-based (HCA, KM, FCM and GKM) methods, Journal of Hydrology, vol 609, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127706.
- Kukurić, N., Stevanovic, Z., & Kresic, N. (2014). Karst without Boundaries. Conference and Field Seminar “Karst Without Boundaries.” https://doi.org/10.1111/gwat.12487. - VanBeynen, P.E. (Ed.). 2011. Karst management. Springer Science & Business Medi.
- Hartman A Goldscheider , N.wagener , T.Lange , J. Weiler , M.2014 , karst water resources in a changing World:review of hydrological modelling approaches, Americam geophysical union (AGU) reviews of geophysics,10. 1002/2013RG000443.
-Nadun, S. N. E. M., Maarof, I., Ghazali, R., Samad, A. M., Adnan, R. (2010) Sustainable groundwater potential zone using remote sensing and GIS, Signal Processing and its Applications (CSPA), 6 th International Colloquium on, 1(6), 21-23.
- Ozyurt, N. N., Lutz, H. O., Hunjak, T., Mance, D. & Roller-Lutz, Z., 2014.
-Parise, M., 2016, Management of water resources in Karst environments, and negative effects of landuse Changes in the Murge area (Apulia, Italy), Karst Development: Orginal Papers, Volume 2., Issue 1:16-20.
- Waele, J., Gutierrez, F., Audra, P., 2015, Karst geomorphology: from hydrological functioning to palaeoenvironmental reconstructions. Geomorphology, Vol. 229, pp. 1-2.
- Waele, j., Plan, L., Audra, P., (2011), recent developments in surface and subsurface karst geomorphology: An introduction. Geomorphology, 106 (1-2), 1-8.

Full-Text:



فصل­نامه جغرافیای طبیعی، سال هجدهم، شماره 67، بهار 1404                                                                                       95

 

صص 96-77

 

 

پهنه‌بندی تحول کارست در استان کرمانشاه با استفاده از منطق فازی

 

 

محدثه ایمانی¹

دانش‌آموخته کارشناسی ارشد ژئومورفولوژی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

اعظم حیدری

دکتری ژئومورفولوژی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

 

تاریخ دریافت: 24/1/1404                                       تاریخ پذیرش:4/5/1404

 

چکیده

بیش از ۲۵ درصد از جمعیت جهان در مناطق کارستی زندگی می‌کنند یا آب مورد نیاز خود را از منابع کارستی تأمین می‌نمایند. این مناطق نقشی حیاتی در تأمین و تغذیه آبخوان‌ها ایفا می‌کنند. در ایران، به‌ویژه در نواحی غربی کشور، مناطق کارستی از اهمیت ویژه‌ای در مدیریت منابع آب برخوردارند. استان کرمانشاه با مساحت حدود ۲۴٬۹۵۳ کیلومتر مربع در غرب کشور و در گستره زاگرس واقع شده است و بخش قابل‌توجهی از آن از سازندهای کربناته تشکیل شده است. هدف این پژوهش، پهنه‌بندی کارست و ارزیابی میزان تحول آن در این استان است. پهنه‌های کارستی تأثیر قابل‌توجهی در تغذیه آبخوان‌ها دارند و شناخت عوامل مؤثر بر تحول آن‌ها، از اهمیت بالایی در مطالعات منابع آب کارستی برخوردار است. در این پژوهش، از روش منطق فازی به‌منظور پهنه‌بندی تحول کارست استفاده شده است. بدین منظور، داده‌های مختلف زمین‌شناسی، اقلیمی، ویژگی‌های طبیعی و توپوگرافی گردآوری و در محیط GIS پردازش شدند. سپس با به‌کارگیری توابع عضویت و انجام فرآیند نرمال‌سازی داده‌ها، مدل فازی برای تحلیل تغییرات کارستی اعمال گردید. نتایج حاصل نشان می‌دهد که تحول کارستی در استان کرمانشاه در سه رده «کم»، «متوسط» و «زیاد» طبقه‌بندی می‌شود؛ به‌گونه‌ای که ۳۳ درصد از مساحت استان دارای تحول کم، ۳۱ درصد دارای تحول متوسط و ۳۶ درصد دارای تحول زیاد است. یافته‌های این پژوهش می‌تواند به‌عنوان مبنایی کاربردی برای برنامه‌ریزی و مدیریت پایدار منابع آب کارستی در استان کرمانشاه و سایر مناطق مشابه کشور مورد استفاده قرار گیرد.

 

واژگان کلیدی: استان کرمانشاه، پهنه‌بندی، کارست، منطق فازی

 

مقدمه

کارست به مجموعه‌ای از فرایندهای زمین‌شناسی و پدیده‌های ناشی از آن‌ها در پوسته و سطح زمین گفته می‌شود که عمدتاً به‌واسطه‌ی انحلال سنگ‌ها شکل می‌گیرند. این پدیده‌ها با تشکیل بازشدگی‌ها، تخریب و تجزیۀ ساختمان سنگ‌ها، ایجاد نوع خاصی از رژیم گردش آب، توپوگرافی ویژگی منطقه و در نهایت، شکل‌گیری شبکۀ زهکشی منحصربه‌فرد، نمایان می‌شوند (میلانویچ، ۱۹۸۱). اصطلاح «کارست» برای توصیف چشم‌اندازهایی به کار می‌رود که دارای اشکال سطحی، غارها و سیستم‌های آب زیرزمینی خاص هستند. این چشم‌اندازها در سنگ‌های قابل‌حل مانند سنگ‌آهک، دولومیت، مرمر، ژیپس و نمک شکل می‌گیرند (فورد و ویلیامز، ۲۰۰۷). کارست، ناحیه‌ای با هیدرولوژی و مورفولوژی ویژه است که علت اصلی این ویژگی‌ها، حلالیت بالا، توسعۀ تخلخل ثانویه و تأثیر عوامل تکتونیکی در گسترش آن است (وال و همکاران، ۲۰۱۵). پهنه‌های کارستی به دلیل ویژگی‌های خاصی مانند انحلال‌پذیری بالا و واکنش متفاوت در برابر عوامل مورفودینامیک و مورفوتکتونیک، در پروژه‌های عمرانی نیازمند مطالعات دقیق و ویژه هستند (باکالوویچ، ۲۰۱۸). تحول کارست منجر به شکل‌گیری ناهمواری‌ها و اشکالی چون کارن (لاپیه)، دولین، چاله‌ها (جاماها)، غارها، پانورها (حفره‌های بلعنده)، مغاره‌ها، چشمه‌های متناوب، رودخانه‌های گمشده و دشت‌های کارستی می‌شود. توپوگرافی ویژۀ مناطق کارستی ارتباط نزدیکی با زهکشی زیرزمینی و همچنین با ژئومورفولوژی و هیدرولوژی دارد (ویل و همکاران، ۲۰۱۱). عوامل و فرایندهای گوناگونی در تحول کارست نقش دارند؛ توپوگرافی، لیتولوژی و ویژگی‌های زمین‌شناسی به‌عنوان عوامل منفعل عمل می‌کنند و فرایندهای دیگری مانند زمین‌شناسی فعال، فرایندهای هیدرولوژیکی وابسته به اقلیم، انحلال زیستی مرتبط با محیط‌زیست و نیز فرایندهای ژئومورفولوژیکی مانند هوازدگی، شیب، آبراهه‌ها و یخبندان به‌طور فعال در توسعۀ اشکال کارستی مؤثرند (کالیک، ۲۰۱۱). از دیدگاه ژئومورفولوژیست‌ها، مناطق شگفت‌انگیزی که در سنگ‌های کربناته، دولومیتی و تبخیری شکل می‌گیرند، پدیده‌های کارستی یا مجموعه‌های زمین‌شناسی کارست حقیقی نامیده می‌شوند (لامورکس، ۲۰۰۷). حدود ۲۴ درصد از مساحت خشکی‌های جهان توسط سنگ‌های کارستی پوشیده شده است و هرگونه توسعه بر روی این اراضی مستلزم شناخت دقیق ژئومورفولوژی کارست است (بهنیافر و قنبر زاده، ۱۳۹۵). پهنه‌های کارستی از جنبه‌های مختلف حائز اهمیت‌اند؛ این مناطق نقش مهمی در تأمین و تغذیۀ آبخوان‌ها دارند. با توجه به اینکه منابع آب کارستی از مهم‌ترین منابع آب به شمار می‌روند، شناخت صحیح این پهنه‌ها می‌تواند در توسعۀ پایدار فعالیت‌های اجتماعی و اقتصادی یک منطقه، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک، تأثیر بسزایی داشته باشد (معتمدی و همکاران، ۱۴۰۰). در سال ۲۰۱۳ میلادی، حدود ۲۵ درصد از جمعیت جهان از منابع آب کارستی بهره‌برداری می‌کردند (فورد و ویلیامز، ۲۰07). سرزمین ایران به دلیل وجود نهشته‌های کربناته در دوره‌های مختلف زمین‌شناسی، از پهنه‌های کارستی شگفت‌انگیزی برخوردار است. در ایران، علاوه بر غارها، توسعه‌یافته‌ترین اشکال کارستی مانند پولیه‌ها و اشکال مینیاتوری کارستی در حوضه‌ها (مانند لاپیه‌ها) نیز مشهود است. سرزمین‌های کارستی از جنبه‌های گوناگون مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. این موضوع برای کشوری مانند ایران که به‌ویژه به دلیل شرایط اقلیمی با کمبود منابع آب مواجه است، اهمیتی دوچندان دارد. در ایران حدود ۳۱ درصد از مساحت کشور را سازندهای کربناته تشکیل می‌دهند که ۵۴ درصد آن در ارتفاعات زاگرس واقع شده و نقش بسیار مهمی در تأمین آب شرب کشور ایفا می‌کنند (بهنیافر و قنبر زاده، ۱۳۹۵).

با توجه به اهمیت این موضوع، پژوهش‌های مختلفی در سطح ایران و جهان انجام شده است که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:

نخعی و همکاران در سال ۱۴۰۲ در مقاله‌ای با عنوان ) پهنه‌بندی توسعۀ کارست در حوضۀ آبریز بقمچ کشف‌رود با مدل ANP ( به این نتیجه رسیدند که در حوضۀ بقمچ کشف‌رود حدود ۵۰ درصد منطقه دارای پتانسیل زیاد یا بسیار زیاد برای توسعه کارست است. مهم‌ترین عامل مؤثر، لیتولوژی با بیشترین وزن (۰.۲۳۳) بوده و عوامل فاصله از آبراهه و کاربری اراضی کمترین تأثیر را داشته‌اند. به‌طور کلی، لیتولوژی، بارش، دما و ارتفاع مهم‌ترین عوامل کنترل‌کنندۀ کارست زایی در این منطقه‌اند.

رضایی عارفی و همکاران در سال ۱۳۹۹ در پژوهشی با عنوان ) پهنه‌بندی تحول کارست با استفاده از مدل تحلیل سلسله‌مراتبی: مطالعۀ موردی حوضۀ کوهستانی کلات در خراسان رضوی(نشان دادند که در این حوضه، حدود ۱۹ درصد منطقه توسعه‌یافته، ۲۵ درصد متوسط، ۴۲ درصد کمتر توسعه‌یافته و ۱۴ درصد توسعه‌نیافته از نظر کارست است. لیتولوژی با وزن ۰.۵۳ مهم‌ترین عامل و کاربری اراضی با وزن ۰.۰۱ کمترین تأثیر را داشته است. به ترتیب، زمین‌شناسی، ارتفاع، توپوگرافی و فاصله از آبراهه اصلی‌ترین عوامل مؤثر در توسعۀ کارست منطقه بوده‌اند.

مکرم و نگهبان در سال ۱۳۹۸ در مقاله‌ای با عنوان ) بررسی و شناسایی مناطق دارای پتانسیل کارستی شدن با استفاده از روش فازی و مدل تحلیل سلسله‌مراتبی در بخش‌هایی از غرب استان فارس( به این نتیجه رسیدند که شمال غربی و جنوب شرقی منطقه دارای پتانسیل صددرصدی برای کارست هستند، در حالی‌که مناطق مرکزی کارست کمتری دارند و بخش‌هایی از شرق و غرب فاقد کارست‌اند. بررسی میدانی نشان داد که مدل از دقت بالایی برخوردار است و روش فازی روشی مؤثر و دقیق برای شناسایی مناطق با پتانسیل کارستی است.

ویلیام و فورد در سال 2007 به بررسی فرایندهای هیدروژئولوژیکی و ژئومورفولوژیکی در مناطق کارستی پرداختند و نتایج مهمی در خصوص تأثیر این فرایندها بر منابع آب زیرزمینی در سراسر جهان ارائه کردند. این پژوهش‌ها نشان دادند که فرایندهای کارستی تأثیری قابل‌توجه بر پایداری منابع آب زیرزمینی دارند.

تریلا و ویجولی در سال ۲۰۱۳ در مطالعه‌ای به بررسی آهک‌های رفیعی ژوراسیک بالایی متعلق به سازند مونت پیاترا پرداختند و نتیجه گرفتند که شکستگی‌های کششی عامل مهمی در توسعۀ کارست هستند.

این پژوهش، با توجه به اهمیت پهنه‌های کارستی و نقش آن‌ها در پهنه‌بندی تحول کارست در استان کرمانشاه، دو هدف اصلی را دنبال می‌کند: نخست، شناسایی عوامل مؤثر بر ایجاد اشکال کارستی و دوم، پهنه‌بندی کارست در استان کرمانشاه. برای بررسی این عوامل که در تشکیل و تحول پهنه‌های کارستی نقش دارند، فرضیات اصلی پژوهش به این ترتیب مطرح شده است که بخش عمدۀ پهنه‌های کارستی استان کرمانشاه در نواحی مرکزی گسترش یافته‌اند و زمین‌شناسی، به‌ویژه ترکیب سنگ‌شناسی، عامل کلیدی در توسعۀ کارست این منطقه به شمار می‌آید.

 

 

 

موقعیت منطقه مورد مطالعه

محدودۀ مورد مطالعه استان کرمانشاه است که با وسعت تقریبی ۲۴, ۶۲۲ کیلومتر مربع در میانۀ ضلع غربی کشور ایران قرار دارد. استان کرمانشاه از نظر موقعیت جغرافیایی در محدودۀ ۳۲ درجه و ۳۶ دقیقه تا ۳۵ درجه و ۱۵ دقیقه عرض شمالی و ۴۵ درجه و ۲۴ دقیقه تا ۴۸ درجه و ۳۰ دقیقه طول شرقی واقع شده است. این استان از شمال به استان کردستان، از جنوب به لرستان و ایلام، از شرق به همدان و از غرب به کشور عراق محدود می‌شود. کرمانشاه در مسیر شمالی-جنوبی رشته‌کوه زاگرس و بر روی یال غربی آن واقع است. (شکل 1) سلسله جبال زاگرس در این منطقه به شکل مجموعه‌ای از رشته‌کوه‌های موازی و دشت‌های مرتفع کوهستانی دیده می‌شود که بین دشت تاریخی بین‌النهرین و اراضی داخلی فلات ایران قرار دارند. به همین دلیل، عمده‌ترین گذرگاه‌های زاگرس در این استان قرار دارند. از نظر زمین‌ریخت‌شناسی، استان کرمانشاه به دو بخش تقسیم می‌شود: بخش اول شامل منطقه کوهستانی و مرتفع با ارتفاعات طاقدیسی و دشت‌های ناودیسی است که عمده سطح استان را تشکیل می‌دهد. بخش دوم شامل مناطق قصر شیرین، نفت شهر و سومار می‌باشد که از کوه‌های فرسایش یافته و اراضی نسبتاً مسطح بین کوه‌ها تشکیل شده است. بلندترین نقطه استان، کوه شاهو با ارتفاع ۳۳۹۰ متر و پایین‌ترین نقطه آن با ارتفاع ۱۸۰ متر در منطقه سومار واقع شده است. بخش اعظم زاگرس از سازندهای کربناته تشکیل شده که با توجه به متغیرهای مؤثر در توسعه کارست، انواع کارست از اشکال ریز سطحی (میکروکارن‌ها) تا توسعه‌یافته‌ترین آن‌ها (پولیه‌ها، دولین‌ها و غارها) در زاگرس یافت می‌شود (باقری و همکاران، ۱۳۹۳). استان کرمانشاه به دلیل قرارگیری در زون زاگرس و رخنمون سازندهای کربناته، شرایط مساعدی برای فرآیندهای کارستی دارد و به همین علت، دارای ژئومورفولوژی کارستی توسعه‌یافته‌ای است. این ویژگی‌ها موجب شکل‌گیری سیستم‌های کارستی و فراوانی سراب‌ها و چشمه‌های کارستی در این منطقه شده‌اند. همچنین، پهنه‌های کارستی استان نقش مهمی در تأمین و تغذیۀ آبخوان‌ها ایفا می‌کنند (ملکی و همکاران، ۱۳۸۷). ناهمواری‌های استان کرمانشاه بخشی از رشته‌کوه زاگرس هستند که در طی دوران‌های مختلف زمین‌شناسی، به‌واسطه حرکت صفحه آفریقا-عربستان به سمت صفحه ایران و وقوع چین‌خوردگی در رسوبات دوران دوم و اوایل دوران سوم شکل گرفته‌اند. پس از تشکیل این ارتفاعات و چاله‌ها، عوامل فرسایشی مدام بر روی آن‌ها تأثیر گذاشته‌اند. چاله‌ها یا ناودیس‌ها از مواد آبرفتی ناشی از فرسایش انباشته شده و دشت‌های امروزی استان را به وجود آورده‌اند. جنس مواد تشکیل‌دهنده ناهمواری‌ها به‌طور عمده از نوع رسوبی و آهکی است که نمونه‌های بارز آن شامل کوه‌های بیستون و پرآو می‌باشد. در جنوب غربی استان، طبقات گچ به‌صورت گسترده‌ای مشاهده می‌شوند که از جمله در کوه‌های پیرامون گیلان غرب و قصر شیرین قابل مشاهده است. ناهمواری‌های اطراف شهرستان سنقر از نظر ویژگی‌های تشکیل و جنس سنگ‌ها با کوه‌های زاگرس تفاوت دارند. این ناهمواری‌ها به‌خودی‌خود قدیمی‌تر از رشته‌کوه‌های زاگرس هستند و در زمان چین خوردن و شکل‌گیری تحت تأثیر فعالیت‌های آتش‌فشانی و ماگمائی قرار گرفته‌اند. آب و هوای استان کرمانشاه به‌طور کلی بر اساس بررسی‌های هواشناسان، آمارهای سالانه و تجربیات محلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود:

الف) ناحیه‌های کوهستانی مرتفع که دارای آب و هوای معتدل و کوهستانی هستند. این مناطق تحت تأثیر ارتفاعات زاگرس قرار گرفته و معمولاً با دماهای مطبوع و بارش‌های مناسب همراه هستند؛

ب) ناحیه‌های پست و کم ارتفاع که عمدتاً در مناطق مرزی از گله تا قصر شیرین، سرپل ذهاب، گیلان غرب، نفت شهر و سومار واقع شده‌اند و آب و هوای گرم و نیمه‌خشک را تجربه می‌کنند. این نواحی به دلیل موقعیت جغرافیایی و ویژگی‌های زمین‌شناسی خود، شرایط گرم و خشک‌تری نسبت به نواحی مرتفع دارند.

 

 

شکل 1. موقعیت استان در تقسیمات سیاسی کشور

 

داده‌ها و روش‌ها

این پژوهش با بهره‌گیری از روش‌های کتابخانه‌ای و اسنادی انجام گرفته است. در گام نخست، با استفاده از مدل ارتفاعی رقومی (DEM) با دقت ۳۰ متر و نقشۀ سیاسی استان، محدودۀ مورد مطالعه تعیین شد. همچنین با بهره‌گیری از همان مدل ارتفاعی، لایۀ شیب منطقه تهیه گردید. از نقشه‌های زمین‌شناسی و نقشۀ اشکال کارستی نیز به‌منظور شناسایی عوارض و سازندها استفاده شد. علاوه ‌بر این، لایۀ رقومی گسل‌ها و نقشه‌های اقلیمی استان، شامل بارش و دما، به‌صورت دیجیتال گردآوری شدند. در این پژوهش، با استناد به منابع معتبر (از جمله تصاویر رقومی سازمان نقشه‌برداری کشور) و با توجه به درجۀ اهمیت عوامل مؤثر در توسعۀ کارست در استان کرمانشاه، معیارهای اصلی انتخاب شدند. با توجه به نقش عوامل مختلف در توسعۀ کارست در گذشتۀ منطقه، همچنین با در نظر گرفتن تفاوت پالئوکلیماتیک گذشته با وضعیت کنونی، هفت لایۀ اطلاعاتی به‌عنوان لایه‌های کلیدی برگزیده شدند. بر اساس مطالعات صورت گرفته و نظر کارشناسان و مشاوران، عامل زمین‌شناسی به‌عنوان مهم‌ترین پارامتر در توسعۀ کارست استان کرمانشاه انتخاب شد. طبق منابع مطالعاتی موجود، از میان عوامل مؤثر بر تحول کارست، در این پژوهش لایه‌های اطلاعاتی شامل فاصله از گسل، اقلیم (بارش و دما)، ارتفاع، شیب و اشکال کارستی به‌عنوان نقشه‌های عامل در نظر گرفته شدند. به‌منظور پهنه‌بندی تحول کارست، لایه‌های مذکور در محیط GIS فراخوانی شد. این لایه‌های اطلاعاتی با اعمال‌نظر کارشناسی و اختصاص وزن مناسب به هر لایه، به‌صورت نقشه‌های معیار طبقه‌بندی شدند و در نهایت، نقشۀ پهنه‌بندی تحول کارست منطقۀ مورد مطالعه تهیه گردید. برای تهیۀ این نقشه، لایه‌های اطلاعاتی در نرم‌افزار ArcGIS 10.8.2 معرفی شدند. سپس این لایه‌ها به‌عنوان نقشه‌های معیار طبقه‌بندی گردیدند. با توجه به درجۀ اهمیت هر پارامتر، بر اساس روش توماس آل. ساعتی (۱۹۸۱)، رتبه‌ای از ۱ تا ۹ به آن‌ها اختصاص یافت. انتخاب این ارزش‌ها بر اساس نظر کارشناسی و شناخت دقیق منطقه صورت گرفت. پس از ارزش‌گذاری هر لایه با استفاده از روش AHP، وزن مناسب هر عامل که نشان‌دهندۀ میزان تأثیر آن در پهنه‌بندی تحول کارست است، مشخص شد. لازم به ذکر است که جمع وزن‌ها برابر با عدد ۱ در نظر گرفته شد. در ادامه، برای وزن دهی دقیق پارامترها، از نرم‌افزار EXPERT CHOICE که بر پایۀ روش تحلیل سلسله‌مراتبی طراحی شده است، بهره گرفته شد. پس از آن، نقشه‌های رستری هفت پارامتر مذکور در محیط GIS تولید و هر یک از آن‌ها به‌صورت طبقه‌بندی‌شده آماده گردیدند.

 

مدل منطق فازی

الگوریتم‌های منطق فازی، نخستین بار توسط پروفسور لطفی زاده در سال ۱۹۶۵ معرفی شد و در دهه‌های بعد توسعه یافت. این الگوریتم‌ها که یکی از مدل‌های شبکه‌های عصبی به شمار می‌آیند، برای اقدام در شرایط عدم قطعیت طراحی شده‌اند. اساس تئوری فازی بر این است که داده‌های ورودی، با استفاده از توابع عضویت به درجاتی از عضویت در یک مجموعه فازی تبدیل می‌شوند؛ این درجات عددی بین صفر (عدم عضویت کامل) تا یک (عضویت کامل) دارند. در منطق کلاسیک، هر پدیده یا درست است یا غلط؛ اما در منطق فازی، طیفی از درستی نسبی بین این دو حالت در نظر گرفته می‌شود. برای مثال، اگر سیاه عدد صفر و سفید عدد یک باشد، رنگ خاکستری عددی میان این دو خواهد بود. این ویژگی منطق فازی را به ابزاری کارآمد برای تصمیم‌گیری در شرایط مبهم و پر ابهام تبدیل کرده است؛ جایی که روش‌های کلاسیک و احتمالاتی پاسخ‌گوی پیچیدگی‌ها نیستند.

 

سیستم‌های فازی عموماً سه مرحله دارند:

1- فازی سازی داده‌ها با تعریف توابع عضویت؛

2- تدوین قواعد اگر-آنگاه برای ایجاد ارتباط میان ورودی‌ها و خروجی‌ها؛

3- تجمیع نتایج و غیرفازی‌سازی با استفاده از عملگرهایی مانند AND، OR و NOT.

مدل‌های فازی برای تحلیل مسائل دارای عدم قطعیت ذاتی، مانند پهنه‌بندی تحول کارست، بسیار کارآمدند؛ زیرا در چنین پدیده‌هایی اثر عوامل کاملاً قطعی نیست و باید داده‌های کیفی و مبهم به‌صورت کمی بیان شوند. روش فازی ابزاری معتبر برای وزن دهی به لایه‌های اطلاعاتی و انجام مکان‌یابی است و نتایجی با دقت بالا و ریسک پایین ارائه می‌دهد (نصیری و همکاران، ۱۳۹۶). این روش در ژئومورفولوژی و علوم محیطی، به‌ویژه برای مدل‌سازی فرآیندهایی مانند فرسایش خاک، وقوع سیلاب و حرکات توده‌ای، کاربرد گسترده‌ای دارد و می‌تواند داده‌های نادقیق مانند بارش، شیب و جنس خاک را ترکیب کرده و نتایج را با درجات مختلف اطمینان ارائه دهد. همچنین منطق فازی در فناوری‌های نوین، از کنترل موتور خودروها و روباتیک گرفته تا لوازم هوشمند، سامانه‌های نظامی و مخابراتی، کاربردهای فراوانی دارد. در مدل‌های فازی، هر پیکسل نقشه مقداری بین صفر تا یک می‌گیرد که نشان‌دهنده میزان مطلوبیت آن مکان برای هدف موردنظر است. این مقادیر با توابع عضویت تعیین می‌شوند و مفاهیم کیفی مانند «زیاد»، «متوسط» و «کم» به کمک اعداد فازی مثلثی یا ذوزنقه‌ای مدل‌سازی می‌شوند که این امر، تحلیل و تصمیم‌گیری چندمعیاره را دقیق‌تر و کارآمدتر می‌کند. از آنجا که اهمیت نقشه‌های معیار یکسان نیست، باید به هرکدام وزن اختصاص داد تا ارزش نسبی آن‌ها در پهنه‌بندی مشخص شود. این وزن دهی دقت کار را بالا می‌برد و معمولاً بر اساس نظر کارشناسان و با در نظر گرفتن شرایط منطقه و پارامترهای مکانی انجام می‌شود. روش‌های وزن دهی به‌طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند: دانش‌مبنا (تعیین وزن توسط کارشناس) و داده مبنا (استخراج وزن از داده‌ها). در ادامه، نقشه‌های معیار با درجات عضویت بین صفر تا یک ساخته شده و با عملگرهای فازی مانند اجتماع، اشتراک، ضرب، جمع و گاما، که متناسب با ویژگی‌های منطقه انتخاب می‌شوند، ترکیب می‌گردند (ناجی، ۱۳۹۷).

در این مطالعه، از توابع عضویت متنوعی که در محیط ArcGIS قابل پیاده‌سازی هستند، استفاده شده است. این توابع عبارت‌اند از:

 

توابع Membership Function

این توابع بر اساس تئوری Crisp set و fuzzy set بنا شده‌اند. در تئوری Crisp set عضویت μà(x) از یک مجموعه بر روی دامنه‌ای از اعداد حقیقی عمل می‌کند و معمولاً اعداد صفر و یک را به‌عنوان خروجی ارائه می‌دهد. تئوریFuzzy  set تابع عضویت μà(x) از یک مجموعه بر روی یک دامنه از اعداد حقیقی عمل کرده و عموماً مقیاسی بین فواصل 0 تا 1 می‌دهد. توابع Membership Function شامل توابعی از قبل تعریف شده می‌باشند. این توابع به همراه شکل و نحوه عملکردشان در جدول 1 نمایش داده شده‌اند.

 

 

جدول 1. توابع Membership Function

نام	کاربرد	شکل	نام	کاربرد	شکل
Fuzzy gaussian	داده‌های ورودی را بر روی یک منحنی نرمال توزیع می‌نماید.		Fuzzy large	داده‌های ورودی با مقداربیشتر، ارجحیت بیشتری دارند.
Fuzzy linear	داده‌های ورودی را بر روی یک خط توزیع می‌نماید.		Fuzzy MS Large	مانند Fuzzy Large است. با این تفاوت که دارای میانگین و انحراف معیار است.
Fuzzy near	داده‌های ورودی که به یک داده مشخص نزدیک باشند دارای ارجحیت بیشتری می‌باشند		Fuzzy Small	داده‌های ورودی با مقدار کمتر، ارجحیت بیشتری دارند..

 

تحلیل مدل منطق فازی

برای انجام تحلیل‌های مربوط به روش مدل منطق فازی، از نرم‌افزار Expert Choice استفاده شد. مراحل مختلف این روش به شرح زیر است:

مقایسه زوجی

اولین قدم در این روش، تعیین معیارها برای انجام تحلیل است. پس از انتخاب معیارها، مرحله بعدی مقایسه زوجی آن‌ها می‌باشد که این کار با استفاده از نظرات متخصصان و کارشناسان و با توجه به جدول ارائه‌شده توسط ساعتی انجام گردید. در این مرحله، از متخصصان خواسته شد تا ارجحیت معیارها را با استفاده از مقیاس ساعتی، از عدد ۱ (کم‌اهمیت) تا عدد ۹ (بیشترین اهمیت) مشخص کنند. پس از تعیین ارجحیت معیارها، برای اطمینان از صحت تحلیل‌ها، نرخ سازگاری مقایسات محاسبه شد (جدول 2).

 

جدول 2. مقایسات زوجی در فرآیند تحلیل سلسله مراتبی به روش ساعتی (1980)

مقیاس	قضاوت
1	برابر
2	بین برابر تا متوسط
3	متوسط
4	بین متوسط تا زیاد
5	زیاد
6	بین زیاد تا خیلی زیاد
7	خیلی زیاد
8	بین خیلی زیاد تا فوق‌العاده زیاد
9	فوق‌العاده زیاد

 

 

 

 

 

 

 

بررسی نرخ سازگاری

سازگاری قضاوت ذهنی را می‌توان با تخمین نسبت سازگاری، که مقایسه‌ای بین شاخص ثبات و شاخص سازگاری تصادفی است، بررسی کرد (جیسوال و همکاران، ۲۰۱۵). برای محاسبه نرخ سازگاری، از رابطه زیر استفاده شد.

در این رابطه، CR نرخ سازگاری، CI شاخص ثبات و RI شاخص سازگاری تصادفی است. شاخص سازگاری، معیاری برای سنجش میزان سازگاری بوده که می‌توان آن را با استفاده از معادله زیر تخمین زد.

 

در این رابطه ʎmax مقدار ویژه اصلی به دست آمده از ماتریس اولویت است و n اندازه ماتریس مقایسه است.

 

یافته‌های پژوهش

نتایج مدل منطق فازی

 در ابتدا، پرسش‌نامه مقایسه زوجی پارامترهای مؤثر در پهنه‌بندی تحول کارست در استان کرمانشاه در اختیار متخصصان این حوزه قرار گرفت. پس از انجام مقایسه زوجی و مقایسه دوبه‌دوی معیارها با یکدیگر، وزن‌های مربوطه در نرم‌افزار Expert Choice وارد شد و وزن هر یک از معیارها مشخص گردید. نمودار ضرایب حاصل از مقایسه زوجی معیارهای اصلی مؤثر در پهنه‌بندی تحول کارست نیز با استفاده از مدل منطق فازی در همین نرم‌افزار محاسبه شد. در نهایت، پس از تعیین وزن هر معیار، با استفاده از نرم‌افزار ArcGIS 10.8.2، لایه‌های مربوط به هر معیار با یکدیگر ادغام شده و نقشه پهنه‌بندی تحول کارست در استان کرمانشاه بر اساس مدل منطق فازی تهیه و ارائه گردید. (جدول 3 و شکل 2)

 

 جدول 3. وزن دهی عوامل مؤثر بر پهنه‌بندی تحول کارست در استان کرمانشاه

دما	بارش	اشکال کارستی	جنس زمین شناسی	گسل	ارتفاع	شیب	عوامل
2	4	3	4	2	2	1	شیب
2	2	2	4	2	1	1.2	ارتفاع
2	2	3	3	1	1.2	1.2	گسل
4	2	2	1	1.3	1.4	1.4	جنس زمین‌شناسی
3	2	1	1.2	1.3	1.2	1.3	اشکال کارستی
3	2	1.2	1.2	1.3	1.2	104	بارش
1	1.3	1.3	1.4	1.3	1.2	1.2	دما

 

 

 

 

 

 

 

جدول 4. وزن لایه‌های اطلاعاتی به روش AHP و اعمال‌نظر کارشناسی در استان کرمانشاه

وزن نهایی	نام لایه
0.20206	شیب
0.15911	ارتفاع
0.14947	گسل
0.14934	جنس زمین‌شناسی
0.12689	اشکال کارستی
0.11023	بارش
0.1029	دما

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2. نمودار ضرایب حاصل از مقایسه زوجی معیارهای اصلی مؤثر در پهنه‌بندی تحول کارست در استان کرمانشاه طبق فرایند مدل منطق فازی

 

یافته‌های پژوهش

پارامترهای مؤثر در پهنه‌بندی تحول کارست

عامل شیب

شیب یکی از عوامل مهم در فرآیندهای کارستی است، زیرا بر حرکت آب‌های سطحی و زیرزمینی، انحلال و فرسایش تأثیر می‌گذارد. در مناطقی با شیب کم، آب‌ها به‌طور کندتری حرکت می‌کنند و ویژگی‌هایی مانند چاه‌ها و شکاف‌ها شکل می‌گیرند. در شیب‌های متوسط، فرسایش و انحلال سریع‌تر رخ می‌دهد و در شیب‌های زیاد، حرکت سریع آب باعث شکل‌گیری ویژگی‌های کارستی بزرگ‌تری همچون غارها و دره‌ها می‌شود. بنابراین، شیب به‌عنوان یک عامل کلیدی در پهنه‌بندی تحول کارست انتخاب شده است. برای فازی سازی داده‌های شیب، از تابع عضویت گوسین استفاده شد. این تابع به‌طور خاص برای داده‌هایی با تغییرات تدریجی، مانند شیب زمین، مناسب است و می‌تواند مقادیر شیب را به درجات عضویت فازی بین ۰ و ۱ تبدیل کند. به این ترتیب، مقادیر شیب در مناطق مختلف به‌طور دقیق‌تر فازی سازی شدند و به‌جای مقادیر قطعی، مقادیر فازی که بیانگر احتمال تأثیر شیب در فرآیندهای کارستی هستند، به دست آمد. (شکل 3)

 

 

شکل 3. نقشه فازی شده شیب منطقه مورد مطالعه

 

عامل ارتفاع

ارتفاع به‌عنوان یکی دیگر از عوامل مؤثر در پهنه‌بندی تحول کارست در استان کرمانشاه مورد استفاده قرار گرفت. ارتفاع به‌طور مستقیم بر فرآیندهای کارستی تأثیر می‌گذارد و می‌تواند الگوهای هیدرولوژیکی، تغییرات شرایط آب‌وهوایی و فرآیندهای فرسایشی را تحت تأثیر قرار دهد. نتایج این تحلیل نشان داد که ارتفاع در کنار شیب، به‌ویژه در فرآیندهایی مانند فرسایش و تشکیل غارها، نقشی کلیدی ایفا می‌کند. ارتفاعات پایین‌تر، با توجه به شرایط هیدرولوژیکی و اکوسیستم‌های متنوع، معمولاً مناطقی با پتانسیل بالاتر برای تحول کارستی به شمار می‌آیند؛ در حالی‌که در ارتفاعات بالاتر، این پدیده‌ها با شدت کمتری رخ می‌دهند. (شکل 4)

 

شکل 4. نقشه فازی شده ارتفاع منطقه مورد مطالعه

 

عامل گسل

علت اصلی نفوذپذیری سنگ‌های کربناته، وجود درزه‌هایی است که امکان ورود و جریان یافتن آب را در داخل توده سنگ فراهم می‌کنند. طی فرآیندهای تکتونیکی، با ایجاد درزه‌ها در توده سنگی، کارستی شدن در جهات عمودی، افقی یا مایل گسترش می‌یابد و شکل‌گیری ساختارهای زیرزمینی مانند مجاری به‌هم‌پیوسته و تشکیل آبخوان‌های کارستی به سیستم درزه‌های موجود وابسته است (قبادی، ۱۳۸۸: ۴۶). گسل‌ها نیز به‌عنوان یکی از عوامل مهم در شکل‌گیری ویژگی‌های کارستی، نقش بسزایی در فرآیندهای زمین‌شناسی و هیدرولوژیکی ایفا می‌کنند. این ساختارهای تکتونیکی می‌توانند تغییرات قابل‌توجهی در ویژگی‌های زمین‌شناسی و هیدرولوژیکی منطقه ایجاد کنند و به‌ویژه در فرآیندهای تحول کارست مؤثر باشند. گسل‌ها نقشی چشمگیر در ایجاد و توسعه ساختارهای کارستی دارند؛ به‌ویژه در مناطقی که فعالیت تکتونیکی شدیدتر است. در این مناطق، شکاف‌ها و ترک‌های ناشی از گسل‌ها به‌طور مستقیم فرآیندهای انحلال و شکل‌گیری اشکال کارستی را تسهیل کرده و شرایط مناسبی برای گسترش ویژگی‌هایی مانند حفره‌ها و غارها فراهم می‌آورند. (شکل 5)

 

 

شکل 5. نقشه فازی شده گسل منطقه مورد مطالعه

 

عامل اشکال کارستی

یکی از عوامل مهم در پهنه‌بندی تحول کارست، وجود اشکال کارستی در استان کرمانشاه است که تأثیر زیادی بر فرآیندهای کارستی دارد. نتایج این تحلیل نشان می‌دهد در مناطقی که اشکال کارستی، مانند غارها و حفره‌ها، فراوان‌تر هستند، فرآیندهای انحلال و سایر فرآیندهای کارستی به‌طور فعال‌تری جریان دارند. در این مناطق، به‌ویژه در مجاورت اشکال کارستی بزرگ‌تر و پیچیده‌تر، احتمال وقوع تحولات کارستی شدیدتر است. این فرآیندها می‌توانند منجر به شکل‌گیری ویژگی‌های کارستی جدیدی مانند حفره‌های عمیق‌تر، گسترش غارها و افزایش سرعت جریان آب‌های زیرزمینی شوند. (شکل 6)

 

 

 

 

 

شکل 6. نقشه فازی شده اشکال کارستی منطقۀ مورد مطالعه

 

عامل زمین‌شناسی

ویژگی‌ها نقش مهمی در شکل‌گیری و توسعۀ کارست دارند و با توجه به تفاوت‌های لیتولوژیکی موجود در مناطق مختلف، تأثیرات متفاوتی بر روند کارستی سازی خواهند داشت. بنابراین، بررسی دقیق این خصوصیات می‌تواند در شناخت بهتر شرایط و پتانسیل‌های کارستی منطقه مؤثر واقع شود. ویژگی‌های زمین‌شناسی به‌عنوان یکی از عوامل مهم در پهنه‌بندی تحول کارست مورد بررسی قرار گرفت. اثرات زمین‌شناسی بر تحول کارست در استان کرمانشاه به‌طور قابل‌توجهی فرآیندهای انحلال و تغییرات سطحی این منطقه را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به‌ویژه سنگ‌های کربناته، مانند سنگ‌های آهکی، دولومیتی و سایر سنگ‌های رسوبی با ظرفیت بالای انحلال، در ایجاد ویژگی‌های کارستی نظیر غارها، چاه‌ها و حفره‌ها بسیار مؤثر هستند. در این نواحی، مقادیر فازی بالاتر به مناطقی اختصاص می‌یابد که سنگ‌های کربناته و مستعد انحلال بیشتری دارند؛ از این‌رو، فرآیندهای کارستی در این مناطق با شدت بیشتری رخ خواهد داد. (شکل 7)

 

 

شکل 7. نقشه فازی شده زمین‌شناسی منطقۀ مورد مطالعه

 

عامل بارش

بارش یکی از مهم‌ترین عوامل توسعۀ کارست به شمار می‌آید و در رأس این عوامل، اقلیم و میزان بارندگی قرار دارد. بارش به‌عنوان یکی از عناصر محیطی مؤثر بر فرآیندهای کارستی در استان کرمانشاه مورد توجه قرار گرفت؛ زیرا آب باران می‌تواند موجب انحلال سنگ‌های کربناته و در نتیجه، تشکیل حفره‌ها، غارها و دیگر ویژگی‌های کارستی شود. در مناطقی که میزان بارش بالا است، آب‌های سطحی و زیرسطحی بیشتری به داخل زمین نفوذ می‌کنند و این نفوذ موجب تسریع فرآیند انحلال سنگ‌های کربناته می‌شود. بنابراین، در این مناطق با بارش بیشتر، فرآیندهای کارستی معمولاً فعال‌تر بوده و ویژگی‌هایی مانند غارها، چاه‌ها و حفره‌ها به‌طور قابل‌توجهی گسترش می‌یابند. در مقابل، مناطقی که میزان بارش کمتری دارند، معمولاً کمتر تحت تأثیر فرآیندهای انحلال و کارستی قرار می‌گیرند؛ زیرا کمبود آب باعث کاهش فعالیت‌های هیدرولوژیکی و کاهش سرعت فرآیند انحلال می‌شود. از این‌رو، در نواحی با بارش کم، توسعۀ ویژگی‌های کارستی به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. (شکل 8)

 

شکل 8. نقشه فازی شده بارش منطقه مورد مطالعه

 

عامل دما

یکی دیگر از عوامل مهم در توسعۀ کارست، دما محسوب می‌شود. هرچه دما پایین‌تر باشد، امتیاز بالاتری در توسعۀ کارست دریافت می‌کند. افزایش دما موجب افزایش فعالیت‌های شیمیایی شده و فرآیند انحلال سنگ‌های کربناته را تسریع می‌کند. در این مناطق، به‌ویژه در فصول گرم‌تر، دما می‌تواند فرآیندهای کارستی را سرعت بخشد؛ زیرا آب باران یا آب‌های سطحی بیشتری قادر به نفوذ به سنگ‌های کربناته هستند و این امر منجر به ایجاد حفره‌ها و ویژگی‌های کارستی بیشتری می‌گردد. در مقابل، در مناطق با دمای پایین، فرآیندهای کارستی معمولاً کندتر پیش می‌روند؛ زیرا کاهش دما فعالیت‌های شیمیایی را کاهش داده و نفوذ آب به سنگ‌ها را محدود می‌کند. این شرایط موجب کندی فرآیند انحلال و به‌طور کلی کاهش توسعه ویژگی‌های کارستی می‌شود. (شکل 9)

 

شکل 9. نقشه فازی شده دما منطقه مورد مطالعه

 

نقشه نهایی پهنه‌بندی تحول کارست استان کرمانشاه

نقشه نهایی پهنه‌بندی تحول کارست با استفاده از لایه‌های رستری شیب، ارتفاع، گسل، اشکال کارستی، زمین‌شناسی، دما و بارش، همراه با ترکیب وزن‌های به‌دست‌آمده از روش منطق فازی برای هر لایه و همپوشانی آن‌ها با استفاده از دستور Raster Calculator تهیه شد. بر اساس اصول مبانی کارست و تحلیل‌های انجام‌شده، نقشه نهایی پهنه‌بندی تحول کارست در محدوده مورد مطالعه به سه طبقه: تحول کم، متوسط و زیاد تقسیم‌بندی گردید. بر این اساس، پهنه با تحول کم حدود ۳۳ درصد، پهنه با تحول متوسط حدود ۳۱ درصد و پهنه با تحول زیاد حدود ۳۶ درصد از کل استان را شامل می‌شود (جدول 5). نتایج نشان می‌دهد که عامل زمین‌شناسی مهم‌ترین نقش را در پهنه‌بندی تحول کارست در محدوده مورد مطالعه ایفا کرده است. (شکل 10)

 

 

شکل 10. نقشۀ پهنه‌بندی تحول کارست در محدودۀ مورد مطالعه

 

جدول 5. مساحت و درصد طبقات توسعه کارست به روش منطق فازی

ردیف	طبقه	مساحت به کیلومتر مربع	درصد مساحت طبقات
1	تحول کم	8234/584	33
2	تحول متوسط	7735/518	31
3	تحول زیاد	8983/182	36

 

نتیجه‌گیری

در این پژوهش، هفت عامل مؤثر در پهنه‌بندی تحول کارست استان کرمانشاه شناسایی و مورد بررسی قرار گرفتند. این عوامل عبارتند از: سطوح ارتفاعی، شیب، گسل‌ها، اشکال کارستی، زمین‌شناسی، بارش و دما. با استفاده از روش منطق فازی، هر یک از این عوامل در تهیه نقشه پهنه‌بندی تحول کارست به کار گرفته شدند. برای محاسبه وزن نسبی معیارها و اعمال وزن دهی به عوامل دخیل در پهنه‌بندی، از روش‌های آماری بهره‌برداری گردید. این فرآیند با در نظر گرفتن نظرات کارشناسی و ارزیابی‌های تجربی انجام شد. ارزش‌گذاری و امتیازدهی به عوامل مختلف، بر اساس روش گذشته‌نگری و میزان حساسیت آن‌ها در طول سالیان گذشته صورت گرفت. همچنین، نظرات کارشناسی درباره مستعد بودن ذاتی عوامل، بدون توجه به شرایط گذشته، مدنظر قرار گرفت. در نتیجه، نقشه تحلیل سلسله‌مراتبی با استفاده از قضاوت کارشناسی و روش‌های قضاوت تجربی (شخصی)، به امتیازدهی و ارزش‌گذاری عوامل منجر شد. دقت نقشه‌ها و مدل فازی از طریق تحلیل داده‌ها و ارزیابی نتایج مدل به‌طور مؤثر تأیید گردید. بررسی‌های انجام‌شده نشان داد که در مناطقی با ویژگی‌های خاص مانند سنگ‌های کربناته (آهک و دولومیت)، شیب‌های بالا و بارش‌های بیشتر، توسعه کارست به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است. همچنین، مناطقی که دارای گسل‌ها و شکستگی‌های ژئومورفولوژیکی هستند، معمولاً تحول کارست بالاتری را نشان دادند. نتایج مدل فازی حاکی از آن بود که مهم‌ترین عامل مؤثر بر تحول کارست در استان، زمین‌شناسی و نوع سنگ‌ها است. سنگ‌های کربناته، به‌ویژه در مناطق مرکزی استان کرمانشاه، محیط مناسبی برای فرآیندهای کارستی فراهم کرده‌اند. در این مناطق، تأثیر سایر عوامل مانند ارتفاع و شیب نیز به‌وضوح مشاهده می‌شود؛ به‌گونه‌ای که ارتفاعات بالاتر و شیب‌های بیشتر شرایط بهتری برای توسعه کارست فراهم می‌کنند. علاوه بر این، بارش‌های فراوان در نواحی شمالی استان کرمانشاه نیز تأثیر چشمگیری بر گسترش فرآیندهای کارستی داشته است. دقت نقشه‌های فازی در شبیه‌سازی پهنه‌های تحول کارست در نواحی دارای سنگ‌های کربناته و شیب‌های زیاد، بسیار بالا ارزیابی شد. این دقت بالا به‌ویژه در مناطقی مشهود است که ویژگی‌های زمین‌شناسی و اقلیمی با فرآیندهای کارستی هم‌راستا باشند. با توجه به نتایج این پژوهش درباره پهنه‌بندی تحول کارست استان کرمانشاه با استفاده از منطق فازی، پیشنهاد می‌شود در مطالعات آینده، این مدل در سایر مناطق کشور با شرایط زمین‌شناسی و اقلیمی متفاوت نیز به کار گرفته شود تا دقت و قابلیت تعمیم نتایج افزایش یابد. همچنین، استفاده از داده‌های دقیق‌تر مانند تصاویر ماهواره‌ای با وضوح‌بالا و اطلاعات زمین‌شناسی جزئی‌تر می‌تواند موجب ارتقای دقت مدل شود. توجه به تأثیرات تغییرات اقلیمی بر فرآیندهای کارستی و شبیه‌سازی این تأثیرات با بهره‌گیری از مدل‌های فازی نیز توصیه می‌گردد. در نهایت، نتایج این پژوهش می‌تواند در مدیریت منابع آب زیرزمینی، حفاظت از اکوسیستم‌های کارستی و برنامه‌ریزی توسعه پایدار به کار گرفته شود و زمینه بهبود مدیریت منابع طبیعی را فراهم آورد.

 

 

 

 

 

منابع

1- باقری سید شکری سجاد؛ یمانی مجتبی جعفر بیگلو منصور؛ کریمی، حاجی؛ مقیمی ابراهیم (1393): ارزیابی ویژگی‌های هیدرودینامیکی آبخوان‌های کارستی با استفاده از آنالیز سری‌های زمانی مطالعه موردی آبخوان‌های کارستی گیلان غرب و خورین در استان کرمانشاه پژوهش‌های ژئومورفولوژی، کمی دوره ۲، شماره ۳.

2- بهنیافر، ابوالفضل، قنبر زاده، هادی (1394): کتاب ژئومورفولوژی کارست (فرآیند و فرم‌های کارستی فیکاسیون با رویکرد مدیریت کاربردی قلمروهای کارستی، معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد انتشارات نگاران سبز.

3- رضایی عارفی، م.، زنگنه اسدی، م.، بهنیا فر، ا.، جوانبختم.، ۱۳۹۹. شناسایی درجه کارستی شدن حوضه کوهستانی کلات در شمال شرق ایران، فصل­نامه فضای جغرافیایی، پیاپی ۷۱ صص: ۷۴-۴۹.

4- قبادی، محمدحسین، کرمی، رامین (1386): لزوم توجه به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سنگ‌های کربناته در مطالعات زمین‌شناسی مهندسی کارست (مطالعات موردی)، چهارمین کنفرانس زمین‌شناسی مهندسی و محیط‌زیست.

5- معتمدی راد، م،. گلی مختاری، ل،. بهرامی، ش،. زنگنه اسدی، م،. 1400، ارزیابی کیفیت منابع آبی از نظر شرب، کشاورزی و صنعت در آبخوان کارستی روئین اسفراین استان خراسان شمالی، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 21، شماره 62، صص 93-73.

6- مکرم، مرضیه و نگهبان، سعید (1398): بررسی و شناسایی مناطق دارای پتانسیل کارستی شدن با استفاده از روش فازی و مدل تحلیل سلسله‌مراتبی، مجله جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، دوره 30، شماره 2، 121-134.

7- ملکی، ا. و شوهانی، د.، (1386): پهنه‌بندی و تحول کارست استان کرمانشاه با استفاده از Gis، مجموعه مقالات کنفرانس بررسی منابع آب استان کرمانشاه، انتشارات چشمه هنر و دانش، صص 41-60.

8- ناجی دومیرانی، صادق؛ فخرآبادی پور، فرزانه؛ ساسان پور. (1397): تحلیل پهنه‌های مناسب توسعه اکو توریسم با استفاده از تلفیق مدل FUZZY-AHP مطالعه موردی: بخش ماهان. مجله آمایش جغرافیایی فضا.8 (29): صص 91-106.

9- اعظم، زنگنه اسدی، محمدعلی، بهنیافر، ابوالفضل و گلی مختاری، لیلا (1402) پهنه‌بندی توسعه کارست در حوضه آبریز بقمچ کشف رود با مدل منطق فازی Anp. مجله پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، سال 11، شماره 4، صص 233-255.

10- نصیری، بهروز، یارمرادی، زهرا، عباس نژاد، جواد. (1396): مکان‌یابی دفن زباله در شهر ماکو به روش فازی و بولین مجله آمایش جغرافیایی فضا. 7 (24)، صص 78-98.

 

11- Bakalowicz, M. (2018): Coastal Karst Groundwater In The Mediterranean: A Resource To Be Preferably Exploited Onshore, Not From Karst Submarine Springs. Geosciences, 8(7), 258.

12- Ford D. Williams, P., (2007): Karst Hydrology And Geomorphology. John &Sons, Ltd.

13- Jaiswal, R. K., Ghosh, N. C., Lohani, A. K., & Thomas, T. (2015): Fuzzy AHP Based Multi Criteria Decision Support For Watershed Prioritization. Water Resources Management, 29(12), Pp. 4205‑4227.

14- Lamoreaux, P.E., 2007, Karst: The Foundation For Concepts In Hydrogeology. Bull Eng Geol Environ, 51. Studies, Vol. 64, No.1, Pp. 23-33.

15- Milanović, T.P., 1981, Karst Hydrology. Translated By Aghasi, A.V. And Afrasiabian, A., Vol. 1.

16- Tirla, L., Vijulie, I., (2013): Structural–Tectonic Controls And Geomorphology Of The Karst Corridors In Alpine Limestone Ridges: Southern Carpathians, Romania. Geomorphology Journal, Vol.197, Pp. 123-136.

17- Saaty, Thomas L. (1980): The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation. Mcgraw ‑ Hill. ISBN 0‑07‑0543712.

18- Waele, J., Gutierrez, F., Audra, P., (2015): Karst Geomorphology: From Hydrological Functioning To Palaeo Environmental Reconstructions. Geomorphology, Vol. 229, Pp. 1-2.

 

---

[1] *نویسنده مسئول: Email:[e-mail]