شکل (۴-۱۷) نقشه منحنی‌های هم‌نیترات آب‌های زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در مرحله دوم (بهمن ماه ۱۳۷۹)
نقشه منحنی‌های هم‌نیترات آبهای زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در مرحله سوم (اسفندماه ۱۳۷۹) در شکل (۴-۱۸) نشان داده شده است. در بخش‌های قبل دیده شد که بیشترین میانگین غلظت نیترات در مناطق مختلف اکثراً مربوط به مراحل سوم و چهارم (اسفندماه ۱۳۷۹ و فروردین‌ماه ۱۳۸۰) بود. این مطلب در شکل نیز مشهود است. همان طور که در این شکل دیده شده است، در این مرحله منطقه وسیعی از جنوب تا مرکز، غرب و شمال منطقه مورد مطالعه که مناطق شهرضا، اصفهان، نجف آباد و کاشان را در بر گرفته است دارای آب‌های زیرزمینی با غلظت نیترات بیش از حد استاندارد (۱۰ میلی‌گرم بر لیتر نیتروژن نیتراتی) بوده‌اند. همچنین در مناطق دیگر مانند شمال غرب میمه و شرق و جنوب شرق کاشان تا شمال غرب نطنز نیز آلودگی نیترات در آب‌های زیرزمینی در این مرحله نسبت به مرحله قبل (مرحله دوم- بهمن ماه ۱۳۷۹) افزایش زیادی داشته است.
شکل (۴-۱۸) نقشه منحنی‌های هم‌نیترات آب‌های زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در مرحله سوم (اسفند ماه ۱۳۷۹)
شکل (۴-۱۹)، نقشه منحنی‌های هم نیترات آب‌های زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در مرحله چهارم (فروردین‌ماه ۱۳۸۰) بوده است. همان طور که در این نقشه دیده شده است، از نظر پراکندگی و وسعت مناطق دارای آب‌های زیرزمینی آلوده به نیترات بیشتر از نقشه مربوط به مرحله قبل (شکل ۴-۱۸) بوده است. قبلاً هم به این مطلب اشاره شد که بیشترین غلظت‌های نیترات در آب‌های زیرزمینی در مناطق مختلف در طول دوره مطالعه، مربوط به اسفندماه ۱۳۷۹ و فروردین‌ماه ۱۳۸۰ (اواخر زمستان و اوایل بهار) بوده است. در این مرحله مشاهده می‌شود که وسعت مناطق دارای آب‌های زیرزمینی با غلظت بیش از ۳۰ میلی‌گرم بر لیتر نیتروژن نیتراتی افزایش یافته و آلوده‌ترین مناطق از نظر آب‌های زیرزمینی با غلظت بیش از ۳۰ میلی‌گرم بر لیتر نیتروژن نیتراتی در این مرحله شامل منطقه جنوب شرق نجف آباد بوده است. این مناطق، مناطق کشاورزی بوده و منشأ آلودگی در این مناطق به احتمال زیاد، فعالیت‌های کشاورزی (کودهای شیمیایی نیتروژن‌دار) بوده است. البته در مورد منطقه بین اصفهان و مورچه خورت که تقریباً نزدیک به شاهین شهر بوده، وجود تصفیه خانه فاضلاب هم در این منطقه همان طور که باقری [۸] به آن اشاره کرده است، می‌تواند نقش مهمی در آلودگی نیترات در آب‌های زیرزمینی این منطقه باشد. باقری در مطالعه خود در سال ۱۳۷۸ در دشت برخوار واقع در بین اصفهان و مورچه خورت، بیشترین مقدار نیتروژن نیتراتی در آب‌های زیرزمینی این منطقه را، ۲۰ میلی‌گرم بر لیتر مربوط به محدوده تصفیه خانه شاهین شهر گزارش کرد. که با نتیجه مشاهده شده در شکل (۴-۱۹) هم‌خوانی دارد.
شکل (۴-۱۹) نقشه منحنی‌های هم‌نیترات آب‌های زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در مرحله چهارم (فروردین‌ماه ۱۳۸۰)
شکل (۴-۲۰)، نقشه منحنی‌های هم‌نیترات آب‌های زیرزمینی مربوط به مرحله پنجم (اردیبهشت‌ماه ۱۳۸۰) را در منطقه مورد مطالعه نشان داده شده است. همان طور که مشاهده شده، در این مرحله وسعت مناطق دارای آب‌های زیرزمینی با غلظت مجاز نیتروژن نیتراتی (کمتر از ۱۰ میلی‌گرم بر لیتر) نسبت به مرحله قبل کاهش یافته است. همانطور که در این نقشه دیده شده، در بخش عمده‌ای از منطقه مورد مطالعه شامل منطقه شهرضا، نجف آباد، کاشان، اصفهان و اطراف زاینده رود (از زرین شهر تا ورزنه) غلظت نیترات در آبهای زیرزمینی بیشتر از حد مجاز و در مناطق اطراف شهر نجف اباد، تیران، بین اصفهان و مورچه خورت و در کنار زاینده رود در مناطق جنوب غرب اصفهان (زمین‌های کشاورزی اطراف فلاورجان) و جنوب شرق اصفهان, غلظت نیتروژن نیتراتی در آبهای زیرزمینی بیشتر از ۱۰ میلی‌گرم بر لیتر بوده است.
شکل (۴-۲۰) نقشه منحنی‌های هم‌نیترات آب‌های زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در مرحله پنجم (اردیبهشت ماه ۱۳۸۰)
شکل (۴-۲۱) منحنی‌های هم‌میزان میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی آبهای زیرزمینی در تمام منطقه مورد مطالعه را در سال ۱۳۷۹ و ۱۳۸۰ نشان داده شده است. مشاهده شده، که از نظر میانگین غلظت نیترات در ۵ مرحله، تقریباً در نیمی از منطقه مورد مطالعه، آبهای زیرزمینی با غلظت نیترات بیش از حد مجاز (۱۰ میلی‌گرم بر لیتر نیتروژن نیتراتی) بوده‌اند. این ناحیه شامل مناطق شهرضا، اصفهان، نجف آباد، منطقه بین نطنز و کاشان و اطراف میمه بوده است. بیشترین مقدار میانگین آلودگی نیترات مربوط به منطقه جنوب غرب شهر نجف آباد و منطقه بین اصفهان و مورچه خورت بوده است. با توجه به نقشه‌های هم‌نیترات منطقه مورد مطالعه در استان اصفهان می‌توان مناطق آلوده را شناسایی و با مطالعات تکمیلی به منشأ اصلی و عوامل موثر بر این آلودگی پی برد و با جلوگیری از را‌ههای آلوده شدن، در حفظ منابع آب زیرزمینی کوشید. همچنین این نقشه‌ها میتوانند در بهره برداری از منابع آب زیرزمینی برای استفاده‌های مختلف و برنامه ریزی در این زمینه مفید باشند.

شکل (۴-۲۲) نقشه منحنی‌های هم‌میزان میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی آبهای زیرزمینی در تمام استان اصفهان را در سال ۱۳۸۶ نشان داده شده و شکل (۴-۲۳) نقشه منحنی‌های هم‌میزان میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی آبهای زیرزمینی در تمام استان اصفهان را در سال ۱۳۸۷ نشان داده شده است.
همانطور که در شکل‌های (۴-۲۲) و (۴-۲۳) مشاهده شده که مقدار نیترات در استان اصفهان نسبت به سالهای ۱۳۷۹ و ۱۳۸۰ افزایش قابل ملاحظه‌ای یافته است.
شکل (۴-۲۱) نقشه منحنی‌های هم‌میزان میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی آبهای زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در سال ۱۳۷۹ و۱۳۸۰
شکل (۴-۲۲) نقشه منحنی‌های هم‌میزان میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی آبهای زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در سال ۱۳۸۶
شکل (۴-۲۳) نقشه منحنی‌های هم‌میزان میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی آبهای زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در سال ۱۳۸۷
نتیجه‌گیری و پیشنهادها
خلاصه نتایج
۱- آلودگی نیترات در آبهای زیرزمینی مناطق مورد مطالعه در استان اصفهان، مورد توجه بوده و با توجه به خشکسالی و بحران آب، باید در شمار جدی­ترین مسائل کشاورزی پایدار و بهره ­برداری از منابع آب زیرزمینی قرار گیرد.
۲- از نظر توزیع مکانی آلودگی نیترات, آب‌های زیرزمینی منطقه نجف آباد دارای بیشترین آلودگی بوده و مناطق اصفهان، شهرضا، حاشیه رودخانه زاینده رود، نطنز و کاشان به ترتیب در رده‌های بعدی قرار دارند.
۳- توزیع آلودگی نیترات در مناطق مورد مطالعه، رابطه بسیار نزدیکی با وسعت و شدت فعالیت‌های کشاورزی داشته است. بطوری که بیشترین غلظت نیترات مربوط به دشت‌های وسیع کشاورزی نجف آباد، اصفهان و شهرضا و کمترین غلظت نیترات مربوط به منطقه نطنز و کاشان بود. در منطقه نطنز به علت کوهستانی بودن منطقه, دشت‌های وسیع کشاورزی وجود نداشته و در کاشان نیز بدلیل آب و هوای بسیار خشک و کویری فعالیت‌های کشاورزی در وسعت زیاد انجام نگردیده است.
۴- از لحاظ کاربری اراضی محدوده چاه، به کشاورزی، شهری و صنعتی در منطقه مورد مطالعه با عنایت به این موضوع که مناطق کاملاً از هم جدا و تفکیک نشده‌اند و بیشتر مناطق شهری و صنعتی در داخل یا مجاورت زمین‌های کشاورزی قرار دارند، مشاهده گردید که متوسط مقدار نیتروژن نیتراتی در مناطق صنعتی بیشتر از مناطق کشاورزی و مناطق کشاورزی بیشتر از مناطق شهری بوده است.
۵- از نظر تغییرات زمانی غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی استان اصفهان حدفاصل دی‌ماه ۱۳۷۹ تا اردیبهشت‌ماه ۱۳۸۰, در اکثر مناطق روند افزایشی در طول زمستان و روند کاهشی با شتاب کمتر در بهار مشاهده شد. بیشترین غلظت نیترات معمولاً مربوط به اواخر زمستان و اوایل بهار بوده است که دلیل آن می‌تواند شستشوی نیترات در اثر بارندگی زمستان و نیز شروع فصل کاشت باشد.
۶- از نظر تغییرات زمانی بلند مدت غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی استان، در اکثر مناطق روند افزایشی بوده و محدوده ‌اراضی که مقدار نیترات بیش از حد مجاز دارند به شدت افزایش یافته است.
۷- در تعدادی از چاه‌های شرب مورد مطالعه، مقدار نیترات بیشتر از حد مجاز بوده که لازم است بهره‌برداری از آنها تا بر طرف شدن آلودگی متوقف گردیده و برنامه‌های مدیریتی برای کاهش نیترات و جلوگیری از آلوده شدن دیگر چاه‌ها به کار بسته شود.
۸- با بهره گرفتن از شبکه عصبی مصنوعی طراحی شده می­توان مقدار نیترات را با دقت مناسب بر اساس پارامترهای کیفی آب در زمان­های مختلف پیش‌بینی کرده و اقدامات لازم را از پیش تعیین نمود.
۹- با بهره­ گیری از شبکه پرسپترون سه لایه (یک لایه ورودی با ۱۱ نرون, یک لایه پنهان با تعداد نرون ۱ تا ۲۳ و یک لایه خروجی با ۱ نرون که همان مقادیر نیترات است) قاعده آموزشی انتشار به عقب (BP) و تابع فعالیت سیگموئید برای فرایند آموزش, برای دستیابی به بهترین مدل با خطای حداقل, چندین بار برنامه اجرا شده است که در نهایت شبکه­ ای با یک لایه پنهان و ۱۹ نرون در این لایه، کمترین مقدار خطا را در روند آموزش شبکه، ارزیابی و اعتبارسنجی ایجاد نموده است.
۱۰- بهترین اعتبار سنجی مدل ارائه شده در شبکه عصبی مصنوعی در گام ۳ آموزش و MSE (میانگین مربعات خطا) در حالت استفاده از داده ­های نرمال شده برابر مقدار ۰۲۰۹۷۹/۰ حاصل گردیده است. مقدار ضریب همبستگی مدل ®، ۸۹/۰ بدست آمده است
۱۱- درصد خطای اندازه گیری با بهره گرفتن از مدل ارائه شده در محدوده ۸/۵۸ تا ۹/۵۷- با متوسط ۷۴۳/۰ درصد متغیر بوده و ۸۰ درصد خروجی­های مدل دارای خطای کمتر از حدود ۱۸± درصد بوده ­اند که در حد قابل قبولی بوده و نشان داده که مدل ارائه شده قادر است به خوبی هدف تحقیق را برآورده سازد.
۱۲- در این تحقیق برای انجام آنالیز حساسیت مدل از روش Statsoft استفاده گردیده است. محدوده تغییرات ضریب حساسیت بین ۷۶/۰ تا ۲/۱ بدست آمده که نشان داده بیشترین تأثیر بر مدل توسط پارامترهای هدایت الکتریکی (۲۰/۱) و PH (19/1) و کمترین تأثیر توسط سدیم (۷۶/۰) اعمال گردیده است.
۱۳- با بهره گرفتن از ابزار الگوریتم ژنتیک در Matlab با نام GAtool، فرایند بهینه­سازی انتخاب شده است. تعداد متغیرهای ورودی، ۱۱ عدد (پارامترهای کیفی آب)، تعداد جمعیت ۵۰ و تعداد نسل­ها ۱۰۰ در نظر گرفته شده و مدل با بهره گرفتن از آن بهینه گردیده است.
۱۴- در کل مناطق صنعتی مورد مطالعه در استان اصفهان، میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی ۸/۱۴ میلی‌گرم بر لیتر بوده است که این مقدار بیشتر از حد استاندارد (۱۰ میلی‌گرم بر لیتر) بوده است. در مدت مطالعه و طی مراحل ۱ تا ۵، غلظت نیتروژن نیتراتی در آبهای زیرزمینی این مناطق به ترتیب ۱/۱۲, ۷/۱۱، ۵/۱۷، ۷/۱۷ و ۱/۱۵ میلی‌گرم بر لیتر بوده و در اکثر چا‌ه‌ها بیش از حد استاندارد بوده است.
۱۵- در کل مناطق کشاورزی مورد مطالعه در استان اصفهان، میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی ۱۰/۱۱ میلی‌گرم بر لیتر بوده که بیش از حد استاندارد (۱۰ میلی‌گرم بر لیتر) بوده است. مقدار میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی در طی مراحل ۱ تا ۵ به ترتیب ۴/۸، ۲/۹، ۳/۱۳، ۹/۱۲، ۷/۱۱ میلی‌گرم بر لیتر بوده است
۱۶- میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی در کل مناطق شهری استان ۲۶/۷ میلی‌گرم بر لیتر و در طی مراحل مختلف ۱ تا ۵ به ترتیب ۹۴/۴، ۸۷/۵، ۹۱/۸، ۴/۸ و ۱۷/۸ میلی‌گرم بر لیتر بوده است.
پیشنهادها
۱- با توجه به اهمیت آلودگی نیترات به عنوان مهمترین مسأله در محیط زیست و کشاورزی پایدار و نیز ارزش منابع آب زیرزمینی, به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک استان اصفهان, و جلوگیری از آلودگی آنها به نیترات, پیشنهاد می‌شود غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی این مناطق بطور مداوم و در تمام طول سال (حداقل به طور فصلی) اندازه‌گیری و بررسی شود.
۲- پیش‌بینی مناطق آلوده به نیترات و بررسی نرخ رشد آلودگی برای اعمال مدیریت صحیح ضروری بوده، پیشنهاد می‌گردد با بهره گرفتن از مدل ارائه شده در این تحقیق به همراه تغییرات کیفی آب، مناطق مستعد آلودگی شناسایی شود.
۳- از نمونه‌های بیشتری برای طراحی شبکه عصبی مصنوعی استفاده شود و از تأثیر پارامترهای دیگری نظیر کاربری اراضی، نوع و مقدار کود شیمیایی مصرفی نیز در شبیه‌سازی استفاده گردد.
۴- الگوهای دیگر نیز جهت ساخت شبکه­ ای مطلوب­تر آزمایش شوند.
۵- انجام مطالعات تکمیلی در زمینه شناسایی علل و عوامل مؤثر در آلودگی نیترات و نیز شناسایی دقیق منابع آلودگی, مخصوصاً در مناطق دارای آب‌های زیرزمینی با غلظت بیش از حد استاندارد, الزامی است. در این زمینه, مناطق شناسایی شده در این تحقیق با بیشترین غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی باید در اولویت قرار گیرند.
۶- در مناطق کشاورزی با اطلاع رسانی به کشاورزان در زمینه عواقب آلودگی آب‌های زیرزمینی و اعمال مدیریت صحیح کوددهی با جایگزین کردن کودهای دیر حل شونده یا غیر نیتراتی, از آلوده شدن بیش از حد این منابع جلوگیری شود.
۷- در مناطق شهری و صنعتی ایجاد و توسعه شبکه‌های دفع فاضلاب و دفن زباله به همراه تصفیه‌خانه‌های مجهز و کارآمد و کنترل مداوم و جلوگیری از رهاسازی پساب آلوده آنها برای جلوگیری از آلودگی منابع آب زیرزمینی ضروری است.
۸- به دلیل مشکلاتی که غلظت بیش از حد نیترات برای سلامتی انسان ایجاد می کند, کنترل کیفیت آب آشامیدنی شهرها و روستاها از نظر مقدار نیترات امری ضروری بوده و در زمان‌هایی که غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی تأمین کننده آب آشامیدنی بیش از حد مجاز است باید در صورت امکان از ورود آن به شبکه آبرسانی جلوگیری و یا از طریق اختلاط نمودن با آب‌های سالم یا تصفیه‌, غلظت نیترات را کاهش داد.
۹- با توجه به نقش آب آبیاری به عنوان مهمترین عامل در آبشویی نیترات, افزایش راندمان آبیاری (کاهش نفوذ عمقی آب) به روش‌های مختلف مخصوصاً در نواحی دارای بیشترین آلودگی نیترات در آب‌های زیرزمینی ضروری می‌باشد.
۱۰- در مناطقی که آب زیرزمینی حاوی مقدار زیاد نیترات برای آبیاری استفاده شده است‌ از آنجا که نیترات می‌تواند توسط گیاه جذب و ذخیره شود لذا پیشنهاد می‌شود مقدار نیترات در محصولات کشاورزی نیز اندازه‌گیری و بررسی شده تا در صورت فراتر بودن از حد مجاز از مصرف آن جلوگیری شود.
۱۱- از آنجا که آب‌های زیرزمینی در سطح استان اصفهان سهم قابل توجهی در تأمین آب شرب مصرفی را دارند و با عنایت به استعداد آلودگی آبهای زیرزمینی پیشنهاد می‌شود که آلودگی آبهای زیرزمینی به آفت کش‌ها مخصوصاً در مناطق کشاورزی مورد بررسی قرار گیرد.
۱۲- داده های مربوط به مناطق و استان­های دیگر نیز در مدل ارائه شده این تحقیق وارد شده و میزان دقت مدل ارزیابی گردیده و ضرایب فاکتورهای اصلاحی برای کاهش تأثیر عامل منطقه­ای محاسبه گردد.
۱۳- مدل روندیابی مکانی آلودگی نیترات در مناطق صنعتی استان ارزیابی گردیده و با بهره گیری از نتایج آن, مدل ارائه شده فعلی به شرایط واقعی و طبیعی نزدیکتر گردد.