ارزیابی تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر کیفیت منابع آب زیرزمینی دشت زرند با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و زمین آمار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری بیابانزدایی، دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه احیای مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

3 دانشجوی دکتری مدیریت و کنترل بیابان، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

چکیده

اافزایش جمعیت و در نتیجه‌ آن افزایش تغییرات کاربری اراضی و بهره‌برداری بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی نه تنها باعث کاهش کمیت بلکه سبب تخریب کیفیت این منابع ارزشمند شده ‌‌است. مطالعه و بررسی اثرات تغییر کاربری اراضی بر کیفیت منابع آب زیرزمینی می‌تواند به مدیریت صحیح استفاده از این منابع آبی کمک نماید. لذا هدف از این مطالعه بررسی روند تغییرات کاربری اراضی بر کیفیت منابع آب زیرزمینی و همچنین مقایسه روش‌های مختلف زمین‌‌آمار در پهنه‌بندی کیفیت آب از لحاظ پارامتر‌های کیفی EC و SAR برای کشاورزی و آبیاری به کمک روش ویلکاکس می‌باشد. به‌منظور بررسی روند تغییرات کاربری اراضی از تصاویر ماهواره‌ای لندست سنجنده‌های 2000 TM و 2015 OLI با استفاده از روش حداکثر احتمال، استفاده گردید. همچنین به‌منظور مقایسه تناسب مدل‌های برازش داده شده بر داده‌ها نیز از دو معیار خطای ریشه میانگین مربعات (RMSE) و ضریب همبستگی (R) استفاده گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که روش کریجینگ ساده با مدل واریوگرامی دایره‌ای با مقادیر RMSE معادل 19/1782 و R معادل 81232/0 برای پارامتر EC و روش کریجینگ معمولی با مدل واریوگرامی گوسی با مقادیر RMSE معادل 29534/3 و R معادل 79791/0 برای پارامتر SAR مناسب‌ترین روش‌ها در جهت پهنه‌بندی کیفیت منابع آب بودند. همچنین نتایج این تحقیق نشان داد که طی سال‌های مطالعاتی در منطقه مورد نظر، افزایش وسعت کاربری‌های شهری و کشاورزی و نیز افزایش 13 درصدی تخریب آب زیرزمینی رخ داده است که از جمله عمده‌ترین دلایل آن می‌توان به برداشت بی‌رویه جهت مصارف شهری و کشاورزی اشاره نمود. به‌طور‌کلی در پی افزایش وسعت کاربری‌های شهری و کشاورزی در منطقه طی سال‌های مطالعاتی، افزایش 2 درصدی آلودگی از لحاظ پارامتر EC و نیز افزایش 5/5 درصدی آلودگی از لحاظ پارامتر SAR در منابع آب زیرزمینی رخ داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessing the Effect of Land use Changes on Groundwater Quality of Zarand Plain using Satellite Images and Geostatistical

نویسندگان [English]

  • Hamed Skndari Dameneh 1
  • Hassan Khosravi 2
  • Azam Abolhasani 3
1 PhD student of De-Desertification Faculty of Natural Resource, University of Tehran
2 Associate professor, Department of Arid and Mountainous Regions Reclamation, Faculty of Natural Resources, University of Tehran
3 PhD student of Desert Controlling and Management, Faculty of Natural Resource, University of Tehran
چکیده [English]

Population enhancement and consequently increasing of land use changes and excessive exploitation of ground water resources, not only has reduced the quantity of groundwater resources but also has degraded the quality of these resources. The study and investigation of groundwater resources quality can lead to the correct management of these resources. So the purpose of this study was investigation of the effect of land use changes process on groundwater resources quality and also comparison of different Geostatistical methods for water quality zoning in terms of EC and SAR parameters for agriculture and irrigation using Wilcox method. For this aim Landsat satellite images of the TM 2000 and OLI 2014 sensors using Maximum Likelihood Method was used. Wilcox method was used for determining the quality of groundwater resources in terms of EC and SAR parameters. Also, RMSE and R criteria were used in order to compare symmetry of fitted models to data. The results showed that Simple Kriging method with Circular Variogram Model and the amount of RMSE equal to 1782.19 and R equal to 0.81232 was the best method for EC and Ordinary Kriging Method with Gaussian Variogram Model and the amount of RMSE equal to 3.29534 and R equal to 0.79791 was the best method for SAR in terms of groundwater quality zoning. The conclusion showed that an increase of the area of urban and agricultural uses and also 13% increase in groundwater destruction have happened in study area which the most important causes were excessive exploitation and using organic fertilizer. Generally, due to the increasing of the area of urban and agricultural uses, an increase of 2% of pollution in terms of EC and an increase of 5.5% of pollution in terms of SAR has occurred in groundwater resources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geostatistical
  • Satellite Images
  • Water Quality
  • SAR
  • EC
  • Zarand Plain

پیری حلیمه؛ انصاری حسین؛ بامری ابوالفضل (1393). بررسی تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی دشت بجستان جهت مصارف شرب و کشاورزی با استفاده از روش‌های زمین آماری، علوم و مهندسی آبیاری، دوره 37، شماره 3، پاییز 93، صص 122- 107.

جعفری رضا؛ بخشنده مهر لیلا (1393). بررسی تغییرات مکانی شوری و قلیائیت آب‌های زیرزمینی استان اصفهان با استفاده از زمین آمار. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی – علوم آب و خاک، جلد 18، شماره 68، صص 195- 183.

جهانشاهی افشین؛ روحی مقدم عین‌اله؛ دهواری عبدالحمید (1393). ارزیابی پارامترهای کیفی آب زیرزمینی با استفاده از GIS و زمین‌آمار (مطالعه موردی: آبخوان دشت شهربابک)، دانش آب و خاک، جلد 24، شماره 2، صص 197- 183

چارمن، پیتر ا.و؛ مورفی، ب.و. (1390). خواص و مدیریت خاک‌ها، محمد جعفری؛ فاطمه پناهی، انتشارات دانشگاه تهران، 868 صفحه.

راحلی نمین بهناز؛ سلمان ماهینی عبدالرسول (1392). بررسی رابطه بین تغییرات کاربری اراضی و کیفیت منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز قره سو، استان گلستان)، پژوهش‌های محیط‌زیست، سال 4، شماره 8، صص 24-15.

رفیع شریف آباد جواد؛ زهتابیان غلامرضا؛ خسروی حسن؛ غلامی حمید (1395). بررسی روند تغییرات کاربری اراضی بر روی کیفیت آب زیرزمینی دشت یزد- اردکان، فصلنامه علمی پژوهشی جغرافیا، سال هفتم، شماره 1، صص 199-189

سلاجقه علی؛ رضوی‌زاده سمانه؛ خراسانی نعمت‌الله؛ حمیدی‌فر مینا؛ سلاجقه سوسن (1390). تغییرات کاربری اراضی و آثار آن بر کیفیت آب رودخانه (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کرخه)، مجله محیط‌شناسی، سال 37، شماره 58، تابستان 1390، صص 86-81.

شاهی‌دشت علیرضا؛ عباس‌نژاد احمد (1389). ارزیابی اثرات زیست‌محیطی افت سفره آب‌های زیر‌زمینی در دشت زرند و ارائه راهکار‌های مدیریتی، سال چهارم، شماره هفتم، پاییز و زمستان 1389، صص 124-119.

صادقی آزاد؛ زهتابیان غلامرضا؛ ملکیان آرش؛ خسروی حسن (1393). تأثیر تغییر کاربری اراضی بر کیفیت آب زیرزمینی حوضه آبخیز دریاچه زریبار، پژوهش‌های آبخیزداری، شماره 105، زمستان 93، صص 97-90

علوی پناه سید کاظم (1395). کاربرد سنجش از دور در علوم زمین، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ چهارم، 496 صفحه.

فاطمی سید باقر؛ رضایی یوسف (1393). مبانی سنجش از دور. انتشارات آزاده. چاپ چهارم. 296 صفحه.

فرامرزی مرزبان؛ یعقوبی ثریا؛ کریمی کاران (1393). اثر تغییرات کاربری اراضی بر روی افت تراز آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت دهلران استان ایلام)، فصلنامه مدیریت آب در مناطق خشک، جلد 1، شماره 2، صص 64- 55.

محمدی مسعود؛ محمدی قلعه‌نی مهدی؛ ابراهیمی کیومرث (1390). تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب زیرزمینی دشت قزوین. نشریه پژوهش آب ایران، دوره 5، شماره 8. صص 52-41

میرزایی مژگان؛ سلگی عیسی؛ سلمان‌ ماهینی عبدالرسول (1395). بررسی ارتباط بین پارامترهای کیفی آب و تغییرات کاربری اراضی، مدیریت آب و آبیاری، دوره 6، شماره 2، صص 192-175.

نصراللهی محمد؛ ممبنی مریم؛ ولی‌زاده سارا؛ خسروی حسن (1393)، بررسی روند تغییرات کاربری اراضی/ پوشش زمین بر وضعیت منابع آب زیرزمینی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای (مطالعه موردی: دشت گیلانغرب)، فصلنامه علمی پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، دوره 23، شماره 91، صص 97-89.

Brindha, K. and Elango, L. (2012). Groundwater quality zonation in a shallow weathered rock aquifer using GIS. Geospatial  Information Science, 15(2), 95-104

El-Hames, A. S. Hannachi, A. Al-Ahmadi, M. and Al-Amri, N. (2013). Groundwater quality zonation assessment using GIS, EOFs, and hierarchical clustering. Water resources management, 27(7), 2465-2481.

Eslami, H. Dastorani, J. Reza Javadi, M. & Chamheidar, H. (2013). Geostatistical Evaluation of Ground Water Quality Distribution with GIS (Case Study: Mianab-Shoushtar Plain). Bull. Env. Pharmacol. Life Sci, 3(1), 78-82.

Haris H. Khan, Arina Khan, Shakeel Ahmed, Jerome Perrin. (2011). GIS-based impact assessment of land-use changes on groundwater quality: a study from a rapidly urbanizing region of South India, Environmental Earth Sciences, Volume 63, Issue 6, pages 1289–1302.

Hassan, J. (2014). A Geostatistical approach for mapping groundwater quality (Case Study: Tehsil Sheikhupura). International Journal of Science and Research (IJSR). Volume 3 Issue 4. ISSN (Online), 2319-7064

Malla, M. A. Rather, M. A. Teli, M. N. & Kuchhay, N. A. (2014). Comparison of Spatial Interpolation Techniques-A Case Study of Anantnag District J&K, India, International Journal of Modern Engineering Research, Volume 4, Issue 11, 59-67.

Marko, K. Al-Amri, N. S. & Elfeki, A. M. (2014). Geostatistical analysis using GIS for mapping groundwater quality: a case study in the recharge area of Wadi Usfan, western Saudi Arabia. Arabian Journal of Geosciences, 7(12), 5239-5252.

Richards John, A. & Xiuping, J. (2006). Remote Sensing Digital Image- Analysis: An introduction, 4th Edition, Springer. 439p.

Rogan, J. & Chen, D.M. (2004). Remote sensing technology for mapping and monitoring land- cover and land- use change. Journal of Progress in Planning. 61 (2004) 301-325.

Scanlon, B. Reedy, R. Tonestromw, D. Prudicz, D. Dennehy, K. (2005). Impact of land use and land cover change on groundwater recharge and quality in the southwestern US. Global Change Biology. 11, 1577-1593

Singh, S.K. Singh, Ch.K. Mukherjee, S. (2010). Impact of land use and land cover change on groundwater quality in the Lower Shiwalik hills, a remote sensing and GIS-based approach, Cent. Eur. J. Geosci. 124-131.

Thomas, A. & Tellam, J. (2005). Modeling of recharge and pollutant fluxes to urban groundwaters. Science of the Total Environment, 179-158, 360.

Wilcox, L.V. (1995). Classification and use of irrigation water, USDA Circular 969, 19p.

Yaun, F. Sawaya, K.E. Loeffelhoz, B.C. Bauer, M.E. (2005). Land cover classification and change analysis of the twin Cities (Minnesota) metropolitan area by multi temporal Landsat remote sensing, Remote Sens. Environ. 98 317- 328.

Yun, Pun. Huili, G. Demin, Z. Xioaojuan, L. Nobukazu, N. (2011), Impact of land use change on groundwater recharge in Guishui River Basin, China, Chin. Geogra. Sci. 2011, 21 (6) 734-743

Zehtabian, GH. Azareh, A. Samani, A. N. & Rafei, J. (2013). Determining the Most Suitable Geo-Statistical Method to Develop Zoning Map of Parameters EC، TDS and TH Groundwater (Case Study: Garmsar Plain, Iran). International Journal of Agronomy and Plant Production, 4(8), 1855-1862.