مکان‌یابی واحدهای فرآوری در محیط Arc GIS

چکیده

در انتخاب ساختگاه واحدهای فرآوری و لیچینگ در معادن مس معیارهای متعددی دخیل هستند، از یک طرف زیرساخت‌ها، زمین‌شناسی منطقه، عوامل اجتماعی و اقتصادی، دسترسی‌ها، شرایط جوی محدودیت‌هایی را برای احداث کارخانه فرآوری ایجاد می‌کند و از طرف دیگر با توجه به فرآیند کارخانه و استفاده از مواد شیمیایی مسائل زیست‌محیطی منطقه بیش از پیش اهمیت می‌یابند. در این مقاله روش تصمیم‌گیری‌ چندمعیاره مکانی در انتخاب محل احداث واحدهای فرآوری در محیط نرم‌افزار Arc GIS معرفی می‌شود، به‌طور کلی مراحل کار به ترتیب عبارتند از جمع‌آوری اطلاعات، رستر ساختن از هر یک از لایه‌های وکتور موجود در کل محدوده مطالعاتی (شامل: درون‌یابی، ایجاد حریم و بررسی پراکندگی تراکم هر عارضه)، طراحی الگوریتم سلسله مراتب کار، به‌روزرسانی اطلاعات با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، تلفیق لایه‌های نرمال شده و بهینه‌سازی اوزان آنها، اعمال هرگونه محدودیتی مانند حذف مناطق ممنوعه از لایه تلفیق شده، انتخاب چند گزینه بعنوان پیشنهاد اولیه، وزن‌دهی مجدد به هر یک از لایه‌ها (در صورت نیاز) و انتخاب گزینه برتر.

کلمات کلیدی: مکان‌یابی، سیستم اطلاعات مکانی، تصمیم‌گیری‌های چند معیاره مکانی، سلسله مراتب


مقدمه

همزمان با توسعه صنایع و پیامدهای اقتصادی و اجتماعی آن، نظریه‌های مکان‌یابی به منظور بهره‌وری بهینه از فعالیت‌های صنعتی و کم کردن آثار منفی زیست‌محیطی، کاهش هزینه‌های ایجاد و راه‌اندازی فعالیت‌های مختلف، ارایه شد. در دنیای امروز همواره با تعدد معیارها در تصمیم‌گیری‌ و از طرفی با کمبود زمان مواجه هستیم.

قابلیت‌های بالای سیستم‌های اطلاعات مکانی GIS در مدیریت و تجزیه و تحلیل داده‌های مکانی و فرآیند تحلیل سلسله مراتبی منجر به ارایه محیط بسیار کارآمدی برای اجرای مراحل مختلف تحلیل‌هایی از قبیل مکان‌یابی شده و از مزیت‌های این روش (نسبت به سایر روش‌ها) این است که در هر مرحله از تصمیم‌گیری ‌با تغییر دادن ارزش (وزن) هر یک از داده‌های ورودی، مطابق با نظر کارشناسی، در کمترین زمان ممکن تحلیل‌ها به روز شده و نتیجه بصورت نقشه گرافیکی قابل مشاهده است.

این امر در درک بهتر کارشناسان از تغییراتی که در محیط مورد مطالعه ایجاد می‌شود تاثیر بسزایی دارد.


1. جمع‌آوری و ساماندهی اطلاعات در محیط Arc GIS

به‌‌منظور جمع‌آوری اطلاعات ابتدا باید مجموعه متغیرهای دخیل در مکان‌یابی مشخص شود.


1ـ1ـ معیارهای موثر در انتخاب محل کارخانه‌های تغلیظ و لیچینگ

انتخاب معیارهای موثر در انتخاب مکان کارخانه‌های فرآوری براساس «ضوابط مکان‌یابی واحدهای کانه‌آرایی و فرآوری، نشریه شماره 515 معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رئیس‌جمهور، 1388» انجام شده است.
مکان‌یابی بخش اساسی برنامه‌ریزی اقتصادی و آمایش سرزمین را تشکیل می‌دهد. عوامل عمومی که در مکان‌یابی واحدهای فرآوری نقش اساسی بازی می‌کنند، بشرح زیر است:

الف) وجود زمین مناسب با وسعت کافی ب) شرایط اقلیمی مناسب پ) شاخص‌های مالی و اقتصادی مطلوب ت) امکانات و تاسیسات زیربنایی موجود ث) منابع مواد خام معدنی ج) بازار مصرف و خصوصیات محصولات رقیب چ) نیروی کار ماهر و امکان تامین و جذب نیروی انسانی متخصص ح) سطح خدمات بلحاظ آموزش، بهداشت، مسکن و سایر امکانات رفاهی خ) سیاست‌ها، راهبردهای توسعه و توجه به عمران منطقه از بعد اولویت‌های برنامه عمرانی کشور د) سیاست‌های اعتباری، مالیاتی و گمرکی ذ) اثرات زیست‌محیطی ر) دوری و نزدیکی به منابع قرضه و مصالح ز) وضعیت ثبات و امنیت منطقه ژ) لرزه‌خیزی و اثرات عوامل طبیعی مخرب نظیر سیل، بهمن و توفان س) وضعیت و موقعیت اجتماعی و فرهنگی جوامع پیرامونی.

واحدهای فرآوری بدلیل مشکلات فنی، هزینه زیاد حمل مواد معدنی استخراجی از معدن و ترافیک ناشی از تردد کامیون‌های حمل مواد، عموما در کنار معدن (چنانچه یک معدن تامین‌کننده خوراک کارخانه باشد)، احداث می‌شوند. در این صورت انتخاب ساختگاه کارخانه با توجه به معیارهای زیر با استفاده از روش‌های تلفیقی وزن‌دهی تعیین می‌شود. در صورت تامین مواد معدنی از چند معدن می‌توان با استفاده از همین روش‌ها محل احداث کارخانه را جانمایی کرد.

الف) وضعیت توپوگرافی ب) شرایط زمین‌شناسی پ) لرزه‌خیزی و عوامل تکتونیکی تـاثرات زیست‌محیطی ث) دوری و نزدیکی به شهر ج) مطالعات ژئوتکنیک چ) امکانات دفع باطله، هدایت و محل انباشت آن ح) دسترسی به منابع آب خ) دسترسی به منابع انرژی «برق و سوخت»، د) شرایط جوی (جهت باد و سرعت آن و نظایر آنها) ذ) دسترسی به راه‌های ارتباطی (جاده آسفالته و راه‌آهن)، ر) امکان تامین منابع قرضه و مصالح ساختمانی


1ـ2ـ ساختن فلوچارت سلسله مراتب کار

به‌طور کلی مجموعه عوامل دخیل در مکان‌یابی این روش در سه دسته‌بندی کلی وجود دارد: 1) عواملی که در مقیاس محدوده مطالعاتی ثابت بوده یا تغییرات بسیار جزیی نشان می‌دهند، (مانند دما، جهت باد، لرزه‌خیزی و غیره در این مطالعه). 2) عواملی که در مرحله نخست مکان‌یابی با فاصله یا تراکم عوارض موجود در منطقه توجیه‌پذیر هستند (مانند تراکم یا فاصله از تاسیسات زیربنایی، شهر و روستا، معادن، گسل، آبراهه، مسیل، مناطق حفاظت شده، شیب، جاده‌های دسترسی و غیره در این مطالعه). 3) عواملی که در تنها با مشخص شدن چند مکان اولیه کارخانه قابل محاسبه و مقاسیه هستند (مانند قیمت تمام شده).

روش کلی کار مطابق فلوچارت نمودار یک تعریف شده که بسته به شرایط می‌تواند تغییر کند. در این مطالعه دو گروه کلی تاسیسات زیربنایی شامل، ساختمان‌ها، جاده‌های دسترسی موجود، خطوط انتقال آب ـ نیرو ـ گاز، چاه‌ها و قنات‌ها و گروه زمین‌شناسی ـ توپوگرافی شامل، توپوگرافی، آبراهه، گسل، پوشش گیاهی و شن‌زارها، مورد بررسی قرار گرفتند. لایه‌های اطلاعاتی بدست آمده از هر یک از این گروه‌ها به‌ترتیب بررسی شدند، نتایج تلفیق شده و در نهایت محدودیت‌های گروه زیست‌محیطی از نقشه اولویت‌بندی منطقه حذف شده است. با انتخاب چند مکان بعنوان مکان‌های برتر شرایط اقتصادی هر یک را به روش AHP (Analytic Hierarchy Process) یا سایر روش‌های تصمیم‌گیری‌ بررسی کرده و مکان برتر گزینش می‌شود.


1ـ3ـ محدودیت‌های زیست‌محیطی

احداث کارخانه‌ها و کارگاه‌های جدید مستلزم رعایت ضوابط و معیارهای سازمان حفاظت محیط‌زیست است، لذا رعایت حریم مشخص شده از مراکز حساس زیست‌محیطی از اهمیت خاصی برخوردار است. براساس طبقه‌بندی انجام شده بر پایه فرآیند تولید، کارخانه تغلیظ و لیچینگ می‌تواند در زمره صنایع شیمیایی رده‌بندی ‌شود. مطابق با ضوابط زیست‌محیطی فعالیت‌های معدنی، صنایع براساس شدت و ضعف آلودگی و دیگر مسائل زیست‌محیطی در گروه‌هایی از رده «الف تا هـ» قرار می‌گیرند (جدول1). لازم به ذکر است که بررسی آثار زیست‌محیطی احداث کارخانه‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد که در مطالعات تکمیلی باید به‌طور مستقل انجام شود.


1ـ4ـ اولویت‌بندی هر یک از لایه‌ها و تلفیق آنها

در بررسی هر یک از پارامترهای ذکر شده در بند 2ـ1 ابتدا تبدیل آن پارامتر به یکی از ویژگی‌های گرافیکی مندرج نمودار یک بررسی شده است. به‌طور مثال تامین موارد اولیه در لایه‌ای بررسی می‌شود که برحسب فاصله از معادن کلاس‌بندی (رنگ‌بندی) شده و یا اثرات زیست‌محیطی در لایه‌هایی بررسی شده که براساس فاصله از چاه‌ها، قنات‌ها و مناطق پر خطر از لحاظ زیست‌محیطی کلاس‌بندی شده‌اند. هزینه تسطیح در لایه شیب توپوگرافی و هزینه خرید زمین در لایه انواع کاربری اراضی بررسی شده‌اند.

در پردازش اولیه، ابتدا هر یک از لایه‌ها به تنهایی اولویت‌بندی می‌شوند. این امتیازبندی (مثبت یا منفی)، براساس فاصله هر نقطه، از عوارض مختلف تاثیرگذار و بعضا میزان تراکم آن عارضه در منطقه، انجام می‌شود (شکل یک). در مرحله بعد نیاز به همسان‌سازی لایه‌ها است. هر یک از لایه‌ها بازه مکانی متفاوتی را شامل می‌شوند و بعضا بصورت کیفی رده‌بندی شده‌اند، لذا لازم است تمام مقادیر نرمالایز شود (شکل2). در نهایت، با تلفیق این امتیازها در هر نقطه از منطقه، یک امتیاز نهایی حاصل می‌شود که بر اساس آن اولویت‌بندی گزینه‌ها جهت احداث کارخانه انجام می‌شود (شکل3). در پردازش اولیه، کارشناس یک دید کلی از وضعیت منطقه پیدا کرده و با مقایسه نتیجه حاصل از تلفیق (شکل3) با هر یک از لایه‌های شکل یک می‌تواند با قضاوت بهتری به وزن‌دهی لایه‌ها و تصمیم‌گیری‌ در این مورد بپردازد.

شکل یک. نمونه‌ای از اولویت‌بندی لایه‌های اطلاعاتی تهیه شده در محیط Arc GIS شکل 2ـ نمونه‌ای از نرمال کردن لایه‌های اطلاعاتی تهیه شده در محیط Arc GIS شکل3ـ نتیجه حاصل از تلفیق لایه‌ها با وزن یکسان، حذف مناطق ممنوعه و انتخاب اولویت‌های اول بعنوان پیشنهادهای اولیه.

این نکته حائز اهمیت است که مکان‌های انتخاب شده بهترین مکان از نظر امتیاز کل هستند و بدیهی است که پاره‌ای از عوامل در آن مکان امتیاز منفی هم داشته باشند، اما امتیازهای مثبت آن تا حدی بوده که این مکان بالاترین امتیاز را دارد. در مطالعات فاز اجرایی باید پارامترهای با امتیاز منفی را در محل شناسایی کرده و تمهیدات لازم برای رفع آنها را در نظر گرفت.


1. به‌روزرسانی اطلاعات در سیستم GIS

از ویژگی‌های دیگر این روش، سهولت به‌روزرسانی داده‌ها است. در بسیاری از موارد در طول زمان پس از تهیه نقشه توپوگرافی 1:25,000 منطقه، فعالیت‌های عمرانی بسیاری در آن انجام می‌شود، بعنوان مثال ممکن است خط انتقال گاز و برق، جاده و راه‌آهن اجرا شده باشد که همگی جزو پارامترهای تاثیرگذار در مکان‌یابی هستند. در این مرحله با کمک گرفتن از تصاویر ماهواره‌ای (مثلا Google Earth) لایه‌های اطلاعاتی تکمیل و یا تصحیح می‌شوند. (شکل4)



مریم صحاف‌زاده، مهندس معدن و کارشناس ارشد GIS شرکت مهندسین مشاور کاوشگران msahafzadeh@kavoshgaranـmine.com
علیرضا شیوایی، مدیر بخش معدنی شرکت مهندسین مشاور کاوشگران ashivaie@kavoshgaranـmine.com