Nombre del Artículo: An integrated DRASTIC model using frequency ratio and two new hybrid methods for groundwater vulnerability assessment.
Autores: Aminreza Neshat • Biswajeet Pradhan
El objetivo de este estudio fue desarrollar un modelo DRASTIC integrado con una relación de frecuencia (FR) como un nuevo aporte. También se aplicaron dos nuevos métodos híbridos: el análisis de sensibilidad por parámetro (SPSA) y un proceso de jerarquía analítica (AHP), para el ajuste de los pesos de los parámetros a las condiciones locales.
El FR se utilizó para las calificaciones del modelo DRASTIC, mientras que el SPSA y AHP se utilizaron para los pesos DRASTIC.
Las 27 muestras de Nitrato que se utilizaron para el análisis y correlación fueron tomadas en el mismo mes y en distintos años (mayo de 2010 y mayo de 2012). Las muestras de Nitratos del año 2010 se interpolaron, utilizando el método de interpolación de Kriging ordinario para obtener la concentración de Nitratos en cada rango de los parámetros.
Relación de Frecuencia (FR)
El calculó de FR consiste en relacionar las muestras de Nitrato con cada uno de los siete parámetros DRASTIC. La ecuación del cálculo realizado es el siguiente:
donde A es el área de una clase o rango para cada parámetros DRASTIC; B es el área total de cada parámetro; C es el número total de Nitratos en la clase de cada parámetro; D es el número de los Nitratos totales en el área de estudio; E es el porcentaje de Nitratos en la clase de cada parámetro; F es el porcentaje de área en la clase para cada parámetro.
La probabilidad para cada rango de parámetro se calcula dividiendo la relación de la concentración de Nitrato por la relación de área (E/F); un valorde 1 es una relación promedio. Si la relación es >1, indica una alta relación entre el rango del parámetro y la concentración de Nitrato. Por otra parte, si la relación es <1, indica una menor relación.
En la tabla 1 se muestran las calificaciones originales y modificadas con FR para cada uno de los parámetros DRASTIC. Al valor más alto FR se le asingnó la mayor calificación de DRASTIC original de ese rango y los demás rangos de calificaciones se calcularon a través de la proporción.
Tabla 1. Calificaciones originales y modificadas para cada parámetro DRASTIC.
Análisis de sensibilidad por parámetro (SPSA)
La sensibilidad por parámetro es introducido por Napolitano y Fabbri (1996).
Los parámetros más eficaces se definen mediante la comparación de los pesos teóricos con el SPSA. El peso efectivo se calcula como:
donde W es el peso efectivo de cada parámetro y V es el índice general de vulnerabilidad. Pr y Pw son la calificación y el peso de cada parámetro respectivamente.
La tabla 2 muestra los pesos modificados, aplicando la ec. de peso efectivo. A la mayor media se le asignó un mayor peso modificado.
Tabla 2. Estadísticas del Análisis de Sensibilidad por Parámetro (SPSA)
Proceso Analítico Jerárquico (AHP)
- Índice de Consistencia
donde λmáx es el vector de máxima consistencia y n es el número de criterios.
- Relación de Consistencia
donde CR es la relación entre el índice de consistencia (CI) y el índice de azar (RI).
Como regla general, si CR <= 0.1 debe preservarse la matriz. Si el CR es >0.1, los modelos serán descartados automáticamente.
Este proceso se aplica para calcular los pesos de todos los parámetros DRASTIC, modificando los pesos iniciales de los parámetros para la determinación de la vulnerabilidad.
Tabla 3 obtenida a partir de los cálculos de AHP.
Tabla 3. Valores obtenidos a partir de los cálculos de AHP.
Pasos seguidos para realizar los mapas de vulnerabilidad son:
- Se creo el Mapa de vulnerabilidad intrínseca, utilizando el método DRASTIC original.
- Se correlacionó (coeficiente de Pearson) el mapa de vulnerabilidad intrínseca con las 27 concentraciones tomadas en el 2011 (R = 0,44 ) y 2012 (R = 0,37 ). Esta reducción de la correlación se debe al incremento en el uso de fertilizantes para la actividad agrícola .
- Se calculó FR-DRASTIC
- Se calculó FR-SPSA
- Se calculó FR-AHP
- Validación y selección del método adecuado. Los mapas de vulnerabilidad resultantes se validaron utilizando el factor de correlación de Pearson para seleccionar el mejor mapa de vulnerabilidad con respecto a las condiciones del área de estudio.
Tabla 4. Resultados de las correlaciones de los 27 valores de Nitratos del 2012 y los mapas de vulnerabilidad calculados.
La tabla 4 muestra los resultados de la validación, el uso de enfoque FR mejoró la correlación entre el índice de vulnerabilidad y las concentraciones de Nitratos en comparación con la correlación de la vulnerabilidad DRASTIC original, que fue de 0,37. Los resultados indicaron que los nuevos métodos híbridos mostraron mayor correlación 0,75 en el modelo FR-DRASTIC. Las correlaciones de los enfoques FR-SPSA y FR-AHP fueron 0,77 y 0,80 respectivamente. Estos valores sugieren que el mapa de vulnerabilidad derivado del método FR-AHP es el más preciso.