Assessment of Aquifer Vulnerability to Contamination in Khanyounis Governorate, Gaza Strip - Palestine, Using the DRASTIC Model within GIS Environment
Date
2011
Authors
Akram Al Hallaq
Basheer Abu Elaish
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
This study aims to:
1) assess the vulnerability of the aquifer to contamination in Khanyounis governorate,
2) find out the groundwater vulnerable zones to contamination in the aquifer of the study area, and
3) provide a spatial analysis of the parameters and conditions under which groundwater may become contaminated by applying the DRASTIC model within GIS environment. The model uses seven environmental parameters: Depth of water table, net Recharge, Aquifer media, Soil media, Topography, Impact of vadose zone, and hydraulic Conductivity to evaluate aquifer vulnerability. Based on this model and by using ArcGIS 9.3 software, an attempt was made to create vulnerability maps for the study area. According to the DRASTIC model index and pesticide DRASTIC index, the study has shown that in the western part of the study area the vulnerability to contamination ranges between high and very high due to the shallowness of water table with moderate to high recharge potential, and permeable soils. To the east of the previous part and in the south-eastern part, vulnerability to contamination is moderate. In the central and the eastern part, vulnerability to contamination is low due to depth of water table. Vulnerability Analysis of the DRASTIC Model indicates that the highest risk of contamination of groundwater in the study area originates from the soil media. The impact of vadose zone, depth to water level, and hydraulic conductivity imply moderate risks of contamination, while net recharge, aquifer media, and topography impose a low risk of aquifer contamination. The coefficient of variation (CV) indicates that a high contribution to the variation of vulnerability index is made by the topography. Moderate contribution is made by the depth to water level, and net recharge, while impact of vadose zone, hydraulic conductivity, soil media, and Aquifer media are the least variable parameters. The low variability of the parameters implies a smaller contribution to the variation of the vulnerability index across the study area. Moreover, the "effective" weights of the DRASTIC parameters obtained in this study exhibited some deviation from that of the "theoretical" weights. Soil media and the impact of vadose zone were the most effective parameters in the vulnerability assessment because their mean "effective" weight was higher than their respective "theoretical" weight.. This explains the importance of soil media and vadose layers in the DRASTIC model. However, it is advised to get the accurate and detailed information on these two specific parameters. The GIS technique has provided efficient environment for analyses and high capabilities of handling large spatial data. Given these results, this model highlights as a tool can be used by national authorities, and decision makers especially in the agricultural areas that use chemicals and pesticides which are most likely to contaminate groundwater resources.
تهدف هذه الدراسة إلى: 1) تقييم حساسية الخزان الجوفي للتلوث بمحافظة خان يونس (منطقة الدراسة)، 2) تحديد المناطق الأكثر عرضة للتلوث، 3) تقدم تحليلاً مكانياً للعوامل، والظروف التي يمكن بموجبها أن تصبح المياه الجوفية ملوثة من خلال تطبيق نموذج "دراستيك DRASTIC" ضمن بيئة نظم المعلومات الجغرافية. ويستخدم هذا النموذج سبعة عوامل هيدروجيولوجية بيئية هي: عمق مستوى الماء الجوفي، التغذية الصافية، بيئة الخزان الجوفي (جيولوجية الخزان الجوفي)، بيئة التربة، طبوغرافية المنطقة (انحدار السطح)، تأثير المنطقة غير المشبعة بالمياه، ومعامل التوصيل الهيدروليكي، وذلك لتقييم مدى تعرض الخزان الجوفي للتلوث. على أساس هذا النموذج، وباستخدام برنامج ArcGIS 9.3، جرت محاولة لخلق خرائط تبين مواطن حساسية الخزان الجوفي للتلوث بمنطقة الدراسة، ووفقاُ لقيم مؤشر نموذج "دراستيك"، أظهرت الدراسة أنه في الجزء الغربي من منطقة الدراسة يتراوح التعرض للتلوث بين المرتفع والمرتفع جداً نظراً لضحالة عمق المياه الجوفية، ومسامية التربة، وإمكانية التغذية العالية نسبياً. أما إلى الشرق من الجزء السابق، وفي الجزء الجنوبي الشرقي، يكون التعرض للتلوث متوسطاً، ومنخفضاً في المنطقة الوسطى، والشرقية نظراً لعمق مستوى المياه الجوفية. ويتبين من تحليل الحساسية لنموذج دراستيك بمنطقة الدراسة، ومن خلال فحص متوسطات تصنيفات العوامل، أن الخطر الأعلى لتلوث المياه الجوفية في منطقة الدراسة ينشأ من عامل بيئة التربة، ويتضمن كل من عامل المنطقة غير المشبعة بالمياه، وعمق مستوى المياه، ومعامل التوصيل الهيدروليكي مخاطر تلوث متوسطة، بينما يفرض كل من عامل التغذية الصافية، وبيئة الخزان الجوفي، والطبوغرافيا خطورة منخفضة على تلوث المياه الجوفية. ويُشير معامل الاختلاف إلى أن المساهمة العالية في تباين مؤشر الحساسية بمنطقة الدراسة كانت من قبل عامل الطبوغرافيا، وكانت المساهمة المعتدلة، أو المتوسطة من قِبل عامل عمق مستوى المياه، والتغذية الصافية، بينما كانت المساهمة الأقل من جانب عامل المنطقة غير المشبعة بالمياه، ومعامل التوصيل الهيدروليكي، وبيئة التربة، وبيئة الخزان الجوفي. وقد أظهرت الأوزان الفعلية لنموذج دراستيك بعض الاختلافات أو الانحرافات عن الأوزان النظرية، فقد كانت بيئة التربة، والمنطقة غير المشبعة بالمياه من أكثر العوامل تأثيراً في تقييم الحساسية لأن متوسط أوزانها الفعلية أعلى من أوزانها النظرية، وهذا يفسر مدى أهمية هاتين الطبقتين في نموذج دراستيك، ولكن يُنصح بالحصول على المعلومات المفصلة والدقيقة لهذين العاملين. لقد وفرت تقنية نظم المعلومات الجغرافية بيئة فعالة للتحليل، والقدرات العالية في التعامل مع الكم الكبير من البيانات المكانية، وبالنظر إلى هذه النتائج، يبرز هذا النموذج كأداة يمكن استخدامها من قبل السلطات الوطنية، وصانعي القرار خاصة في المناطق الزراعية التي تستخدم المواد الكيميائية التي تمثل الاحتمال الأكثر لتلوث موارد المياه الجوفية.
تهدف هذه الدراسة إلى: 1) تقييم حساسية الخزان الجوفي للتلوث بمحافظة خان يونس (منطقة الدراسة)، 2) تحديد المناطق الأكثر عرضة للتلوث، 3) تقدم تحليلاً مكانياً للعوامل، والظروف التي يمكن بموجبها أن تصبح المياه الجوفية ملوثة من خلال تطبيق نموذج "دراستيك DRASTIC" ضمن بيئة نظم المعلومات الجغرافية. ويستخدم هذا النموذج سبعة عوامل هيدروجيولوجية بيئية هي: عمق مستوى الماء الجوفي، التغذية الصافية، بيئة الخزان الجوفي (جيولوجية الخزان الجوفي)، بيئة التربة، طبوغرافية المنطقة (انحدار السطح)، تأثير المنطقة غير المشبعة بالمياه، ومعامل التوصيل الهيدروليكي، وذلك لتقييم مدى تعرض الخزان الجوفي للتلوث. على أساس هذا النموذج، وباستخدام برنامج ArcGIS 9.3، جرت محاولة لخلق خرائط تبين مواطن حساسية الخزان الجوفي للتلوث بمنطقة الدراسة، ووفقاُ لقيم مؤشر نموذج "دراستيك"، أظهرت الدراسة أنه في الجزء الغربي من منطقة الدراسة يتراوح التعرض للتلوث بين المرتفع والمرتفع جداً نظراً لضحالة عمق المياه الجوفية، ومسامية التربة، وإمكانية التغذية العالية نسبياً. أما إلى الشرق من الجزء السابق، وفي الجزء الجنوبي الشرقي، يكون التعرض للتلوث متوسطاً، ومنخفضاً في المنطقة الوسطى، والشرقية نظراً لعمق مستوى المياه الجوفية. ويتبين من تحليل الحساسية لنموذج دراستيك بمنطقة الدراسة، ومن خلال فحص متوسطات تصنيفات العوامل، أن الخطر الأعلى لتلوث المياه الجوفية في منطقة الدراسة ينشأ من عامل بيئة التربة، ويتضمن كل من عامل المنطقة غير المشبعة بالمياه، وعمق مستوى المياه، ومعامل التوصيل الهيدروليكي مخاطر تلوث متوسطة، بينما يفرض كل من عامل التغذية الصافية، وبيئة الخزان الجوفي، والطبوغرافيا خطورة منخفضة على تلوث المياه الجوفية. ويُشير معامل الاختلاف إلى أن المساهمة العالية في تباين مؤشر الحساسية بمنطقة الدراسة كانت من قبل عامل الطبوغرافيا، وكانت المساهمة المعتدلة، أو المتوسطة من قِبل عامل عمق مستوى المياه، والتغذية الصافية، بينما كانت المساهمة الأقل من جانب عامل المنطقة غير المشبعة بالمياه، ومعامل التوصيل الهيدروليكي، وبيئة التربة، وبيئة الخزان الجوفي. وقد أظهرت الأوزان الفعلية لنموذج دراستيك بعض الاختلافات أو الانحرافات عن الأوزان النظرية، فقد كانت بيئة التربة، والمنطقة غير المشبعة بالمياه من أكثر العوامل تأثيراً في تقييم الحساسية لأن متوسط أوزانها الفعلية أعلى من أوزانها النظرية، وهذا يفسر مدى أهمية هاتين الطبقتين في نموذج دراستيك، ولكن يُنصح بالحصول على المعلومات المفصلة والدقيقة لهذين العاملين. لقد وفرت تقنية نظم المعلومات الجغرافية بيئة فعالة للتحليل، والقدرات العالية في التعامل مع الكم الكبير من البيانات المكانية، وبالنظر إلى هذه النتائج، يبرز هذا النموذج كأداة يمكن استخدامها من قبل السلطات الوطنية، وصانعي القرار خاصة في المناطق الزراعية التي تستخدم المواد الكيميائية التي تمثل الاحتمال الأكثر لتلوث موارد المياه الجوفية.