نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 کارشناس ارشد هیدروژئومورفولوژی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

4 استادیار گروه منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

رشد جمعیت و افزایش استفاده از منابع آب برای استفاده‌های کشاورزی، صنعتی و شرب از عوامل اصلی کاهش کیفیت و آلودگی آب‌های زیرزمینی است. به‌سبب بهره برداری بی‌رویه منابع آب زیرزمینی در دشت حاصلخیز بروجن طی سالیان اخیر، این منطقه به‌عنوان دشت ممنوعه بحرانی شناخته شده است. هدف اصلی پژوهش حاضر، بررسی کیفیت آب زیرزمینی در آبخوان دشت بروجن با استفاده از روش‌های تحلیل مکانی جبری و زمین‌آماری می‌باشد. بدین منظور از داده‌های 19 چاه نمونه‌برداری در دوره‌ی زمانی 1392-1368، جهت بررسی کیفیت آب زیرزمینی دشت بروجن استفاده شد. تغییرات مکانی پارامترهای کیفیت آب با روش‌های جبری IDW، RBF و زمین‌آماری کریجینگ مورد ارزیابی قرار گرفت. با استفاده از روش ارزیابی متقابل شامل شاخص‌های میانگین خطا و ریشه‌ دوم مربع میانگین خطا، نتایج روش‌های درون‌یابی مورد آزمون قرار گرفتند و روش مناسب جهت پهنه‌بندی پارامتر‌های کیفی مختلف انتخاب شد. بر اساس نتایج تخمین مکانی پارامتر‌های کیفی آب زیرزمینی دشت بروجن، برای پارامتر سختی کل (TH) روش کریجینگ (72/30RMSE= و 09/0ME=)، به‌عنوان روش مناسب انتخاب شد. هم‌چنین برای پارامترهای‌ pH و SAR، غلظت یون کلر و غلظت یون سولفات روش RBF با مقادیر ریشه‌ دوم مربع میانگین خطا برابر 05/0، 33/0، 27/0 و 4/0 برای تخمین مکانی مناسب می‌باشد. در حالی‌که پارامترهای EC و TDS با روش وزن‌دهی عکس فاصله و مقادیر RMSE به‌ترتیب (62/84 و 36/56) بهتر تخمین شده‌اند. در مجموع، با مقایسه نقشه‌های تهیه شده برای پارامترهای سختی کل، هدایت الکتریکی، غلظت یون کلر، غلظت یون سولفات و نسبت جذبی سدیم مشاهده می‌شود که پهنه‌های مشخص شده برای این پارامترها تقریبأ از یک الگوی خاص پیروی کرده و میزان حداقل و حداکثر تمامی پارامترها در نواحی مشترکی از دشت واقع شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessing the accuracy of algebraic and geostatistical techniques to determine the spatial variations of groundwater quality in Boroojen Plain

نویسندگان [English]

  • Fariba Esfandiari 1
  • Razie Ghorbani Filabadi 2
  • Ali Nasiri Khiavi 3
  • Raoof Mostafazadeh 4

1 Associate Professor, Department of Natural Geography, Faculty of Humanities, University of Mohaghegh Ardabili

2 Master of Hydrogeomorphology, University of Mohaghegh Ardabili

3 M.Sc. Student of Watershed Management Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili

4 Assist. Prof., Natural Resources Dept., Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili

چکیده [English]

Population growth and increasing use of water resources for agriculture, industry, and sanitary sectors are the main causes of water degradation and groundwater pollution. Due to over-extraction of groundwater resources in the fertile plain of Borujen in recent years, this region has been recognized as a prohibitive plain. The main objective of this study is investigation of groundwater quality in Borujen plain aquifer using Algebraic analysis and Geostatistical methods. In this regard, the data from 19 sampling wells were used to study the groundwater quality of Borujen Plain during the period of 1989-2013. Spatial variations of water quality parameters were evaluated using algebraic methods (IDW and RBF) and Kriging. The ME and RMSE statistical measures were used to evaluate the spatial interpolation results using cross validation method, and the appropriate method was selected for zoning the different ground water quality parameters. The results of spatial interpolation of groundwater quality parameters showed that the Kriging method was the appropriate approach (RMSE = 30.72 and ME = 0.09) to estimate the Total Hardness parameter (TH) in the Borujen Plain. Also, the pH, SAR, Cl and SO4 parameters are well estimated using the RBF method with RMSE, ME of 0.05, 0.33, 0.27 and 0.4. While the IDW recognized as the best interpolation method for EC and TDS parameter with 84.62 and 56.36 RMSE values. In conclusion, the comparison of prepared maps of TH, EC, Chlorine ion concentration, Sulfate ion concentration and SAR, parameters showed a similar pattern and the minimum and maximum values of all parameters is located in in the common areas of the area under study.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • Quality changes
  • Geostatistical methods
  • Algebriac methods
  • Spatial changes pattern

استواری، یاسر؛ بیگی هرچگانی، حبیب‌اله و داودیان، علی‌رضا (1391). بررسی تغییرات مکانی نیترات در آب زیرزمینی دشت لردگان، مدیریت آب و آبیاری، صص 67-55.

اسفندیاری، فریبا؛ عالی‌جهان، مهدی؛ و رحیمی، مسعود (1393). ارزیابی مدل‌های جبری و زمین‌آماری در تخمین توزیع مکانی سطح ایستابی دشت اردبیل، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، صص 62-46.

حبیبی اربطانی، وحید؛ احمدی، عباس؛ و فتاحی، محمد مهدی (1388). مدل‌سازی تغییرات مکانی برخی از ویژگی‌های شیمیایی آب‌های زیرزمینی به کمک روش‌های زمین‌آماری، علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، سال 3، شماره 7، صص 34-23.

خسروی، یونس و عباسی، اسماعیل (1395). تحلیل فضایی داده‌های محیطی با زمین‌آمار، چاپ اول، نشر آذرکلک. ص 282.

دره‌رودی، محمود؛ مرادی گوزلکی، مسلم؛ سیفی، یونس و قوام، منصوره (1393). تحلیل زمین‌شناسی و سازندهای زمین شناسی استان چهارمحال و بختیاری، اولین کنفرانس بین‌المللی محیط زیست، تهران، مرکز راهکارهای دستیابی به توسعه پایدار، صص 6-1.

رادفر، مهدی و معاونی، بهنام (1395). ارزیابی سناریوهای مختلف مدیریت سفره آب زیرزمینی دشت بروجن - فرادنبه با استفاده از مدل WEAP، پژوهش آب ایران، دوره 10، شماره 2، صص 174-167.

روستایی، فاطمه و صدقی‌اصل، محمد (1395). ارزیابی دقت روش‌های زمین‌آماری در تخمین خصوصیات کیفی آب زیرزمینی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز فامور کازرون)، یازدهمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، دانشگاه یاسوج، صص 9-1.

زارع ابیانه، حمید (1392). تحلیل مکانی پارامتر‌های کیفی منابع آب زیرزمینی دشت همدان- بهار، جغرافیا و مخاطرات محیطی، شماره 8، صص 86-65.

سلمان ماهینی، عبدالرسول و کامیاب، حمیدرضا (1388). سنجش از دور و سامانه های اطلاعات جغرافیایی کاربردی با نرم افزار ایدریسی، انشارات مهر مهدیس تهران، چاپ اول، ص 610.

صابری، نفیسه؛ سلمان ماهینی، عبدالرسول و عبدی، امید (1389). بررسی تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی شهر گرگان جهت مصرف آب شرب با استفاده از زمین‌آمار، سیزدهمین همایش ملی بهداشت محیط ایران، کرمان، صص 10-1.

صداقت، محمود (1387). زمین و منابع آب (آب‌های زیرزمینی)، انتشارات دانشگاه پیام نور، ص 376.

علیزاده، امین (1389)، اصول هیدرولوژی کاربردی، چاپ بیست و نهم، ویرایش پنجم، انتشارات آستان قدس رضوی، ص 946.

محمدی، صدیقه؛ سلاجقه، علی؛ مهدوی، محمد و باقری، رضا (1391). تغییرات مکانی و زمانی سطح آب زیرزمینی دشت کرمان با استفاده از روش زمین آماری مناسب (طی یک دوره آماری ده ساله، 1385-1375)، تحقیقات مرتع و بیابان ایران، دوره 19، شماره 1، صص 71-60.

محمدی، جهانگرد (1380). مروری بر مبانی ژئواستاتیستیک و کاربرد آن در خاکشناسی، خاک و آب، دوره 15، شماره 1، صص 1-23.

محمدی، مسعود؛ محمدی قلعه نی، مهدی و ابراهیمی، کیومرث (1391). تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب زیرزمینی دشت قزوین، پژوهش آب ایران، دوره 5، شماره 8، صص 52-41.

ملکیان، آرش؛ رزندی، یوسف؛ خیلیقی سیگارودی، شهرام و فرخ‌زاده، بهنوش (1391). بررسی تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از رویکرد ترکیبی منطق بول، فازی و زمین آمار (مطالعه موردی: دشت ورامین)، نشریه زراعت (پژوهش و سازندگی)، شماره 110، صص 10-1.

مومنی دمنه، جواد؛ جولایی، فاطمه؛ علیدادی، حسین و پیروی، رویا (1394). ارزیابی روش های درون یابی جهت تعیین تغییرات مکانی پارامترهای کیفی آب زیرزمینی (مطالعه موردی دشت گناباد)، پژوهش در بهداشت محیط، دوره 1، شماره 3، صص 12-1.

مهدوی، محمد (1384). هیدرولوژی کاربردی، جلد دوم، چاپ چهارم، انتشارات دانشگاه تهران، ص 360.

مهدی‌زاده، مهیار؛ مهدیان، محمد حسین و حجام، سهراب (1385). کارایی روش‌های زمین‌آماری در پهنه‌بندی اقلیمی حوضه آبریز دریاچه ارومیه، فیزیک زمین و فضا، دوره 32، شماره 1، صص 116-103.

نصیری، الهام و صدقی‌اصل، محمد (1395). پهنه بندی مکانی خصوصیات کمی- کیفی جریان آب زیرزمینی در دشت فیروزآباد استان فارس، هشتمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران، انجمن مهندسی محیط زیست ایران، صص 11-1.

هاشمی نژاد، هستی و کریمی، ایوب (1385). بررسی افت کیفیت آب‌های زیرزمینی در واحدهای هیدرولوژیکی نجف‌آباد و اصفهان-برخوار در طی سال‌های 83-76، اولین همایش منطقه‌ای بهره‌برداری بهینه از منابع آب حوزه‌های کارون و زاینده‌رود، دانشگاه شهرکرد، صص 1839-1829.

Aghazadeh, N., Asghari Mogaddam, A., (2010), Assessment of groundwater quality and its suitability for drinking and agricultural uses in the Oshnavieh area, northwest of Iran. Journal of Environmental Protection, 1, 30-40.

Charkhkarzadeh, R., Derakhshan, Z., Miri, M., Ehrampoush, M.H., Lotfi, M.H., Jafari Nodoshan, V., (2015), Examining Changes Trend of Fluoride Concentration in Groundwater Using Geo-Statistical Technique Case Study: Drinking Water wells in Yazd-Ardakan Plain. Journal of Community Health Research, 4(3), 220-233

Marsily, G.d., (1986), Quantitative Hydrogeology. Academic Press, 440p.

Huang, J., Xu, J., Liu, X., (2012), Geospatial Based Assessment of Spatial Variation of Groundwater Nitrate Nitrogen in Shandong Intensive Farming Regions of China. Journal of Sensor Letters, 10 (1-2), 491-500.

Journel, A.G., (1989), Fundamentals of Geostatistics in Five Lessons, Short Course in Geology, American Geophysical Union, 8, 1-10.

Machiwal, D., Madan, K.J., (2015), Identifying sources of groundwater contamination in a hard-rock aquifer system using multivariate statistical analyses and GIS-based geostatistical modeling techniques, Journal of Hydrology, Regional Studies, 1-31.

Samin, M., Soltani, J., Zeraatcar, Z., Moasheri, S.A., Sarani, N., (2012), Spatial estimation of groundwater quality parameters based on water salinity data using kriging and cokriging methods, International Conference on Transport, Environment and Civil Engineering. 25-26 August, Kuala Lumpur, Malaysia, 1-5.

Todd, D.K., (2005), Groundwater Hydrology. Third Edition, John Wiley & Sons, 652p.

Yamamoto, J.K., (2000), An alternative measure of the reliability of ordinary kriging estimates. Mathematical Geology, 32, 489-497.