آسیب پذیری لرزه ای منابع آب زیرزمینی بر اساس شکست خط لوله انتقال سوخت با استفاده از روش DRASTIC و شبکه عصبی مصنوعی (مطالعه موردی: دشت تهران)

آب های زیرزمینی یکی از منابع اصلی توسعه پایدار در جوامع بشری بوده که با توجه به تامین آب مورد نیاز بخش های شرب، کشاورزی و صنعت، آلودگی آن ها اثرات مخربی به همراه خواهد داشت. علاوه براین، شبکه انتقال سوخت به دلیل ذخیره سازی و انتقال فرآورده های نفتی از اهمیت بالایی برخوردار است. اهمیت این سیستم در هنگام وقوع حوادثی مانند زلزله از جنبه های مختلف افزایش می یابد. آلودگی منابع آب زیرزمینی براثر نشت از سیستم انتقال سوخت، یکی از اثرات ثانویه زلزله بوده و تاثیر نامطلوبی بر محیط زیست و سلامت انسان بر جای می گذارد. این تحقیق بر ارزیابی آسیب پذیری آب های زیرزمینی در اثر خرابی شبکه انتقال سوخت شهری در برابر وقوع زلزله متمرکز بوده که در قالب مطالعات موردی بر شبکه انتقال سوخت شهر تهران و آبخوان دشت تهران-کرج انجام شده است.

روش پژوهش: 

در این تحقیق مدلی تلفیقی برای تحلیل آسیب لرزه ای و ارزیابی ریسک در شرایط عدم قطعیت در شبکه انتقال سوخت شهر تهران تعریف و اجرا شده است. در این مدل پیامدهای آسیب شبکه انتقال سوخت تحت سه سناریو زلزله (با بزرگای 5، 6، 7 ریشتر) بر آلودگی آب های زیرزمینی شهر تهران مورد ارزیابی قرار گرفته است. علاوه براین استراتژی های راهبردی به منظور کاهش اثرات احتمالی آلودگی آب های زیرزمینی ناشی از زلزله ارائه شده است. مدل پیشنهادی جهت ارزیابی آسیب در خط لوله شبکه انتقال سوخت با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چند لایه (ANN) توسعه یافته است. همچنین برای ارزیابی آلودگی آب های زیرزمینی بر اساس نشت سوخت از شبکه انتقال سوخت آسیب دیده، از مدل DRASTIC استفاده شده است. در این مطالعات برنامه ریزی استراتژیک براساس استفاده از تکنیک های تصمیم گیری استوار و درجه استواری به منظور کاهش اثرات احتمالی آلودگی آب های زیرزمینی با بهره گیری از تئوری حداقل-حداکثر تاسف، انجام شده است.

نتایج این تحقیق نشان داد که مدل شبکه عصبی مصنوعی توسعه داده شده توانایی بالایی در ارزیابی آسیب (شکست و نشتی) در خط لوله شبکه انتقال سوخت داشته، به گونه ای که ریشه میانگین مربع خطا (RMSE) و ضریب همبستگی R به ترتیب برابر با 0.029 و 0.98 بود. براساس نتایج، میزان خسارت وارده به خط لوله در سناریوی اول (زمین لرزه با بزرگای 5 ریشتر) برابر با 15 نشتی و 2 خرابی، در سناریوی دوم (زمین لرزه با بزرگای 6 ریشتر) برابر با 25 نشتی و 7 خرابی و در سناریوی سوم (زمین لرزه با بزرگای 7 ریشتر) تعداد نشتی ها 27 و 9 شکست بوده است. با توجه به نتایج حاصل از آلودگی آبخوان تحت سه سناریوی زلزله، مشخص می شود که در سناریوی زمین لرزه با بزرگای 5 ریشتر، 30 درصد آبخوان دارای پتانسیل آلودگی متوسط و 55 درصد پتانسیل آلودگی کم، در سناریوی زمین لرزه با بزرگای 6 ریشتر، 45 درصد آبخوان دارای پتانسیل آلودگی متوسط و 18 درصد پتانسیل آلودگی کم و در سناریوی زمین لرزه با بزرگای 7 ریشتر، 55 درصد آبخوان دارای پتانسیل آلودگی متوسط و 22 درصد پتانسیل آلودگی پایینی دارد. در راستای برنامه ریزی استراتژیک کاهش آلودگی آبخوان، استراتژی های مختلف در مقابل سناریوهای مختلف با معیار حداقل-حداکثر تاسف مورد ارزیابی قرار گرفت و در نهایت سه استراتژی برای کاهش آلودگی منابع آب زیرزمینی ارائه شد. با توجه به نتایج، استفاده از استراتژی (عایق بندی محیط پیرامون خط لوله) منجر به کاهش 70 درصدی آلودگی آب های زیرزمینی و استفاده از استراتژی (پیاده سازی سیستم هوشمند لرزه ای برای قطع جریان سیال در وقوع زمین لرزه) که به عنوان استراتژی استوار شناخته شد منجر به کاهش 75 درصدی آلودگی آبخوان شده است.

براساس نتایج حاصل از ارزیابی عملکرد مدل توسعه داده شده در این پژوهش مشخص گردید که مدل ارائه شده دارای عملکرد قابل قبولی در پیش بینی آسیب پذیری لرزه ای خط لوله انتقال سوخت و ارزیابی آلودگی آبخوان بوده است. این مدل قابلیت پیاده سازی در مناطق مختلف شهری و ارزیابی عملکرد سیستم انتقال سوخت تحت سناریوهای مختلف زمین لرزه و نیز ارزیابی آلودگی آب های زیرزمینی را داشته و به عنوان یک مدل مرجع می تواند به صورت گسترده مورد استفاده فعالان و طراحان قرار گیرد. همچنین بر اساس نتایج حاصل از مدیریت استراتژیک کنترل آلودگی آب زیرزمینی، بهره گیری از استراتژی پیاده سازی سیستم هوشمند لرزه ای برای قطع جریان سیال در وقوع زمین لرزه می تواندبه عنوان یک راهکار فراگیر در راستای کاهش آسیب های زیست محیطی بر منابع آب زیرزمینی به ویژه در مناطق لرزه خیز مورد استفاده قرار گیرد.