بررسی روند تغییرات کمی سطح ایستابی منابع آب زیرزمینی با استفاده از زمین آمار و سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعة موردی: دشت سیرجان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مربی دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل

چکیده

هدف از این مطالعه بررسی تغییرات مکانی و زمانی سطح آب زیرزمینی دشت سیرجان با استفاده از روش‌های زمین­آماری در دوره آماری 1375 تا 1385 است. داده‌های سطح ایستابی مربوط به 30 حلقه چاه منطقه جمع­آوری گردید. پس از کنترل کیفیت، صحت و بررسی نرمال بودن داده­ها، سطح ایستابی با استفاده از روش‌های قطعی توان­دهی عکس فاصله، روش چندجمله‌ای محلی، روش چندجمله‌ای جهانی با توان‌های 1، 2 و 3، روش توابع پایه شعاعی (اسپلاین کاملاً منظم، اسپلاین با کشش، مولتی کوادریک، مولتی کوادریک معکوس، اسپلاین صفحه نازک) و روش‌های کریجینگ معمولی، کریجینگ ساده و کریجینگ گسسته میانیابی گردید. انتخاب بهترین روش میانیابی با استفاده از معیارهای میانگین خطا، مجذور میانگین مربعات خطا و ضریب تبیین انجام و نقشه‌های پهنه­بندی مکانی در دوره مطالعه ترسیم شد. نتایج نشان داد که واریوگرام مدل گوسین با ضریب تبیین 7/0 به عنوان بهترین مدل برازش شده به ساختار فضایی داده‌ها و روش چندجمله‌ای محلی و روش کریجینگ معمولی به ترتیب با داشتن مجذور میانگین مربعات خطا 6/43 و 85/23، بهترین روش میانیابی می‌باشند. نتایج همچنین نشان داد که روش کریجینگ معمولی با تغییرنما گوسی در مقایسه با سایر روش‌های بکار رفته، برای برآورد عمق سطح ایستابی آب زیرزمینی در هر دو دوره آماری دقت بیشتری دارد. پهنه­بندی با روش کریجینگ معمولی نشان داد که سطح آب زیرزمینی در بیشتر نقاط دشت در دوره مطالعه افت داشته است. حداکثر این افت معادل 40 متر و به طور متوسط 15 متر می­باشد. در نقاط غربی دشت سطح آب افزایش پیدا کرده که باعث تغییر جهت آب از سمت سفره آب شور غرب به سمت سفره آب شیرین و کاهش کیفیت سفره آب زیرزمینی دشت سیرجان شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the quantity variation trend of ground water table using geostatistics and GIS (Case study: Sirjan Plain)

نویسندگان [English]

  • Halimeh Piri
  • Abolfazl Bameri
Lecturer. College of Water and Soil, University of Zabol
چکیده [English]

The purpose of this research was to determine the temporal and spatial variation of groundwater levels of Sirjan Plain using geostatistical methods in the statistical period (1997-2007). The water level data of 30 wells were collected. The quality, accuracy and normality of data were controlled and the water table was interpolated by different interpolation methods including inverse distance weighted (IDW), local polynomial interpolation (LPI), radial basis function (RBF) completely regularized spline, spline with tension, multiquadric, inverse multiquadric, thin plate spline, ordinary kriging (OK), simple kriging (SK), disjunctive kriging (DK). The best interpolation method was determined based on mean error (ME), root mean square error (RMSE) and coefficient of determination. The zoning map was also traced during investigation. The results showed that the Gaussian variogram model with 0.7 coefficient of determination was the best fitted model for the spatial data and local polynomial interpolation method and ordinary kriging method with root mean square error of 43.6 and 23.85 were the best method of interpolation respectively. The results also showed that the ordinary kriging with Gaussian variogram was statistically more accurate in comparison to other methods for estimating the depth of the groundwater table in the two periods. Zoning with ordinary kriging showed that groundwater level has dropped in most parts of the plains during the study period. The groundwater level drop ranged to 40 meters with an average of 15 meters. The water level has increased in the western parts of the plain which causing a shift of water from the western salty water aquifer into sweet water aquifer; and decreasing of Sirjan Plain Aquifer quality accordingly.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ground water level
  • interpolation
  • Geostatistical
  • Sirjan Plain

1. ابراهیمی، ن.، ف. قدیمی عروس محله و م. وفاخواه. 1378. بررسی بحران منابع آب دشت زرند ساوه. مجموعه مقالات اولین کنفرانس زمین­شناسی مهندسی و محیط زیست ایران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، جلد دوم. 701-707.

2. امیری، و.، م. نخعی، ف. موسایی و س. سوری. 1389. افت سطح آب زیرزمینی در آبخوان دشت کوهدشت با استفاده از GIS. مجموعه مقالات همایش ملی آب با رویکرد آب پاک، دانشگاه صنعت آب و برق، تهران. 1084 صفحه.

3. بامری، ا.، ف. خرمالی، ف. کیانی و ا. ا. دهقانی. 1391. تغییرات مکانی کربن آلی خاک در موقعیت‌های مختلف شیب در اراضی شیبدار لسی منطقه توشن استان گلستان. پژوهش­های حفاظت آب و خاک، 19(2): 43-62.

4. حبشی، ه.، س. م. حسینی، ج. محمدی و ر. رحمانی. 1386. کاربرد تکنیک زمین­آمار در مطالعات خاک­های مناطق جنگلی. فصلنامه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، 14(1): 18-28.

5. حبیبی اربطانی، و.، ع. احمدی، و م. م. فتاحی. 1388.      مدل­سازی تغییرات مکانی برخی از ویژگی­های شیمیایی    آب­های زیرزمینی به کمک روش­های زمین­آماری. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 3(7): 23-34.

6. حسنی‌پاک، ع. ا. 1377. زمین‌آمار (ژئواستاتیستیک). انتشارات دانشگاه تهران. 306 صفحه.

7. حسینعلی­زاده، م. و ع. یعقوبی. 1389. تغییرات زمانی و مکانی سطح سفره آب زیرزمینی با استفاده از زمین­آمار. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 4(10): 63-67.

8. خلیلی­پور، ا. 1381. بررسی روند کمی و کیفی آب­های زیرزمینی دشت قم و تأثیر آن بر بیابانزایی منطقه. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران. 130 صفحه.

9. سالاری جزی، م.، ح. زارعی و م. تقیان. ١٣٨٨. کاربرد و ارزیابی روش­های کریجینگ و کوکریجینگ در محاسبه تراز سطح آب زیرزمینی در سطح دشت میان آب سال آبی. مجموعه مقالات دومین همایش ملی اثرات خشک­سالی و راهکارهای مدیریت آن، اصفهان. 580 صفحه.

10. سرمدیان، ف. و ر. تقی­­زاده مهرجردی. 1388. مقایسه روش‌های درون­یابی جهت تهیه نقشه‌ خصوصیات کیفی خاک مطالعه موردی (مزرعه دانشکده کشاورزی). مجله تحقیقات آب و خاک ایران، (2)40: 157-165.

11. شاهی­دشت، ع. ر. و ا. عباس­نژاد. 1389. مدیریت منابع آبی، چالش­ها و راهکارها (مطالعه موردی: استان کرمان). مجموعه مقالات چهارمین کنگره بین­المللی جغرافیدانان جهان اسلام، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، 1-13.

12. صادقی، س.، ک. سلیمانی، م. مهدوی و ف. قدیمی. 1386. بررسی روند شور شدن آب­های زیرزمینی دشت اراک. مجموعه مقالات سومین کنفرانس سراسری آبخیزداری و مدیریت منابع آب و خاک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، 362-365.

13. صداقت، م. 1392. زمین و منابع آب. انتشارات دانشگاه پیام نور. 300 صفحه.

14. صفری، م. 1381 .تعیین شبکه بهینه اندازه­گیری سطح آب زیرزمینی با کمک روش­های زمین­آماری، مطالعة موردی: دشت چمچمال. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس. 120 صفحه.

15. طباطبایی، ح. و م. غزالی. 1390. ارزیابی دقت روش‌های میان­یابی در تخمین سطح آب زیرزمینی (مطالعه موردی: آبخوان‌های فارسان- جونقان و سفید­دشت). علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 15(57): 11-22.

16. طباطبایی، س. ح.، س. توسلی، س. اسلامیان و ق. احمدزاده. ١٣٨٥ .مطالعه میزان آلاینده­های آب زیرزمینی شهر اصفهان و ارزیابی آن با تأکید بر جنبه آب شرب. مجله علمی کشاورزی، 29(2): 79-92.

17. عباس­پور، م. و ف. عنایی. 1380. بحران­های زیست­محیطی و برنامه­ریزی توسعه پایدار در ایران. مجموعه مقالات اولین همایش ملی بحران­های زیست­محیطی ایران و راهکارهای بهبود آن. دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات خوزستان، 202-215.

18. عباس­ژاد، ا. 1377. بررسی شرایط و مسائل محیط زیست دشت رفسنجان. مجموعه مقالات دومین همایش انجمن زمین­شناسی. مشهد، 303-310.

19. فتحی، ف. و م. زیبایی. 1389. عوامل مؤثر در مدیریت    بهره­برداری از آب­های زیرزمینی با استفاده از مدل برنامه­ریزی چندهدفه: مطالعه موردی دشت فیروزآباد. علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 14(53): 155-164.

20. قیومی، ح.، م. ح. رامشت، ی. مرادی و س. شفقی. 1384. بررسی فرآیند تأثیرگذار بر ویژگی­های مورفولوژیک نشست زمین. مجموعه مقالات کنفرانس بین­المللی مخاطرات زمین، بلایای طبیعی و راهکارهای مقابله با آن. دانشگاه تبریز، 1295-1299.

21. کریمی، ح.، ف. نادری، ص. علیمرادی و ح. لطفی­زاده. 1388. بررسی سطح افت آب زیرزمینی در آبخوان دشت مهران در محیط GIS. مجموعه مقالات دومین کنفرانس سراسری آب. دانشگاه آزاد اسلامی واحد بهبهان، 803-809.

22. لشکری­پور، غ. ر.، ح. ر. رستمی بارانی، ا. کهندل و ح. ترشیزی. 1385. افت سطح آب زیرزمینی و نشست زمین در دشت کاشمر. مجموعه مقالات دهمین همایش انجمن      زمین­شناسی ایران. دانشگاه تربیت معلم، 2428-2438.

23. لشکری­پور، غ. ر.، م. غفوری و م. دم­شناس. 1387. تأثیر افت سطح آب زیرزمینی بر کیفیت آب­های زیرزمینی در دشت فریمان تربت جام. مجموعه مقالات دوازدهمین همایش انجمن زمین­شناسی ایران، 880-886.

24. محمدی، ج. 1385. پدومتری (آمار مکانی). جلد دوم، انتشارات پلک. 240 صفحه.

25. محمدی، ص.، ع. سلاجقه، م. مهدوی، و ر. باقری. 1391. بررسی تغییرات مکانی و زمانی سطح آب زیرزمینی دشت کرمان با استفاده از روش زمین­آماری مناسب (طی یک دوره آماری 10 ساله، 1375- 1385). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 19(1): 60-71.

26. مشعل، م.، ا. درویشی و ح. قلیچ ثابت. 1386. ارزیابی شبکه چاه­های مشاهده­ای سطح آب زیرزمینی با استفاده از روش­های زمین ­آماری در دشت اراک. مجموعه مقالات سومین کنفرانس سراسری آبخیزداری و مدیریت منابع آب و خاک کرمان، 884-888.

27. معروفی، ص.، ا. ترنجیان و ح. زارع آبیانه. 1388. ارزیابی روش‌های زمین­آمار جهت تخمین هدایت الکتریکی و pH زه‌آب‌های آبراهه‌های دشت همدان-بهار. مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 16(2): 169-187.

28. ملایی، م.، م. حسین­زاده و س. ح. فاطمی. 1386. بررسی وضعیت کمی آب­های زیرزمینی دشت ورامین در دوره آماری ساله آبی. مجموعه مقالات همایش آب­های زیرزمینی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد  بهبهان، 110-124.

29. میرعباس نجف آبادی، ر. و م. ب. رهنما. 1386. شبیه­سازی آبخوان دشت سیرجان  با استفاده از مدل Modflow و بررسی اثرات احداث سد تنگوئیه بر آن. مجله پژوهش آب ایران، 1(1): 1-9.

30. Alsaaran NA. 2000. Optimal Interpolation and Isarithmic Mapping of Groundwater Salinity in Tebrak Area, Central Saudi Arabia. Journal King Saudi University, 12(2): 49-58.

31. Dash J, Sarangi A, Singh D. 2010. Spatial variability of groundwater depth and quality parameters in the national capital territory of Delhi. Environmental Management, 45(3): 640-650.

32. Desbarats A, Logan C, Hinton M, Sharpe D. 2002. On the kriging of water table elevations using collateral information from a digital elevation model. Journal of Hydrology, 255(1): 25-38.

33. Kelin H, Huang Y, Li H, Li B, Chen D, White RE. 2005. Spatial variability of shallow groundwater level, electrical conductivity and nitrate concentration, and risk assessment of nitrate contamination in North China Plain. Environment International, 31(6): 896-903.

34. Kurtulus B, Razack M. 2010. Modeling daily discharge responses of a large karstic aquifer using soft computing methods: Artificial neural network and neuro-fuzzy. Journal of Hydrology, 381(1): 101-111.

35. Luo W, Taylor M, Parker S. 2008. A comparison of spatial interpolation methods to estimate continuous wind speed surfaces using irregularly distributed data from England and Wales. International Journal of Climatology, 28(7): 947-959.

36. Potop V, Možný M. 2011. The application a new drought index–Standardized precipitation evapotranspiration index in the Czech Republic. Mikroklima a mezoklima krajinných structur a antropogenních prostředí, 2(4): 1-12.

37. Theodossiou N, Latinopoulos P. 2006. Evaluation and optimisation of groundwater observation networks using the Kriging methodology. Environmental Modelling & Software, 21(7): 991-1000.

38. Vijay K, Remadevi H. 2006. Kriging of groundwater levels-a case study. Journal of Spatial Hydrology, 6(1): 81-92.

39. Yilmaz HM. 2007. The effect of interpolation methods in surface definition: an experimental study. Earth Surface Processes and Landforms, 32(9): 1346-1361.

40. Yue S, Kang S, Li F, Zhang L. 2009. Comparison of interpolation methods for depth to groundwater and its temporal and spatial variations in the Minqin oasis of northwest China. Environmental Modelling & Software, 24(10): 1163-1170.