بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي کيفي آب زيرزميني براساس طبقه بندي ويلکوکس ١ با استفاده از GIS
(منطقه مورد مطالعه : شهرستان شيراز)
چکيده
با توجه به اينکه آب زيرزميني يکي از مهمترين منابع آب کشاورزي در کشور ما بوده ، تهيه نقشه هاي کيفي آب زيرزميني مي تواند گام مهمي در بهره برداري صحيح از منابع آب باشد، در اين مطالعه با بهره گرفتن از روش هاي زمين آمار، اطلاعات بيش از ١٣٠ حلقه چاه واقع در شهرستان شيراز که در سال آبي ٨٩-١٣٨٨ نمونه برداري شده بود، مورد بررسي قرار گرفت . که ابتدا نيم تغييرنماي تجربي هر يک از پارامترهاي EC و SAR مربوط به آب هاي زيرزميني با استفاده از نرم افزار +GS محاسبه و مدل هاي مختلف برازش داده شد، نتايج نشان داد که داده هاي کيفي آب زيرزميني در اين منطقه داراي همبستگي قوي مي باشد و ساختار مکاني آن ها از مدل گوسي و کروي تبعيت مي کند، سپس به کمک نرم افزار GIS ميان يابي به روش کريجينگ صورت گرفت ، درنهايت با درنظر گرفتن نمودار ويلکوکس نقشه پهنه بندي منطقه مورد مطالعه تهيه گرديد که نتايج نشان داد
٤٨ درصد از منطقه مورد مطالعه در گروه CS٣١، ٤٢ درصد در گروه CS٤١، ٦ درصد در گروه CS٢١ و ٤ درصد در گروه CS٤٢ قرار گرفت ، که مي توان گفت آب هاي زيرزميني قسمت شرق و جنوب شرقي منطقه مورد مطالعه داراي کيفيت مناسبي نبوده ، که علت آن مي تواند وجود درياچه نمک در اين مناطق دانست .
١- مقدمه
يکي ديگر از موضوعات بسيار مهم در هيدرولوژي کاربردي ، کيفيت آب است ؛ زيرا عمده فعاليت هاي علم آب در جهت تأمين آب براي مصارف کشاورزي و يا شرب و صنعت مي باشد که هر کدام به لحاظ کيفي مي بايست داراي ويژگي هاي کيفي و معيارهاي مشخصي باشند و اگر تأمين چنان آبي مقدور نباشد، اين فعاليت ها بلااثر مي باشد. امروزه بررسي هاي کيفي آب دامنه گسترده تري پيدا کرده و مسائل مربوط به آلودگي آبهاي سطحي و زيرزميني را نيز شامل مي گردد. موضوع آلودگي نه تنها در کشورهاي صنعتي بلکه در کشورهاي در حال توسعه نيز مطرح مي باشد. بنابراين در مطالعات هيدرولوژي بخصوص در مواردي که آب داراي مصارف شرب و کشاورزي مي باشد، مطالعات کيفيت و بررسي معيارههاي کيفي نيز مطرح مي شود.
فيزيوا و همکاران ، ٢٠٠٨، کيفيت آب رودخانه زرافشان را با استفاده از GIS مورد ارزيابي قرار دادند و بيان کردند که توسط GIS مي توان مطالعات گسترده اي که نياز به بررسي و تحيلي گسترده اي دارند، انجام داد. يادانا و همکاران ، ٢٠٠٨، کيفيت آب زيرزميني دشت افرام در کشور غنا را از لحاظ فلورايد، EC و SAR براي ١٤٣ حلقه چاه با استفاده از GIS مورد ارزيابي قرار دادند و به اين نتيجه رسيدند که بخش جنوب غربي منطقه مورد مطالعه مقادير فلورايد، EC و SAR بالايي دارد و بخش - هاي شمالي داراي فلورايد کمتر از حدمجاز براي شرب دارند و آب اين مناطق براي شرب مناسب نيست . موسوي و همکاران ،١٣٨٨، کيفيت آب نکاء، تجن و سفيد رود را بر اساس استانداردهاي موجود و نيز توسط برخي روش هاي گرافيکي ، از قبيل نمودارهاي پايپر، شولر، استيو و ويلکوکس مورد بررسي قرار دادند و به اين نتيجه رسدند که نمونه ها در ايستگاههاي مختلف ازنظر کيفي مشابه هستند. تقي زاده مهرجردي و همکاران ، ١٣٨٧، روش هاي درون يابي مکاني را براي تعيين تغييرات مکاني ويژگيهايي آب زيرزميني دشت رفسنجان مورد مطالعه قرار دادند و به اين نتيجه رسدند که استفاده از روش هاي کريجينگ و کوکريجينگ بر روش IDW ارجعيت دارد. داور پناه ، ١٣٨٧، کيفيت آب زيرزميني دشت ابهر را با استفاده از طبقه بندي ويلکوکس مورد بررسي قرار داد و نتايج نشان داد که اين دشت در گروه CS٢١ قرار دارد و از کيفيت خوبي براي مصارف کشاورزي برخوردار مي باشد. عبدي ، ١٣٨٦، با استفاده از اطلاعات فيزيکو-شيمياي آب زيرزميني حوضه زنجان رود به پهنه بندي کيفي با روش کريجينگ در محيط GIS بر اساس طبقه بندي شولر و طبقه بندي ويلکوس پرداخت ، ايشان نتيجه گرفتن که با توجه به نقشه هاي به دست آمده مي توان به راحتي وضعيت کيفي آب زيرزميني را از لحاظ شرب و کشاورزي مورد بررسي قرار داد.
روشهاي زمين آماري براي پهنه بندي و مدل کردن بسياري از متغيرهاي ناحيه اي از جمله عمق آب زيرزميني (دلهومه ، ١٩٧٨، سوفوکلوس و همکاران ، ١٩٨٢، ويردي و کاتيگادا، ١٩٨٤، ديزبارتاس و همکاران ، ٢٠٠٢، تاني و همکاران ، ٢٠٠٩) و ويژگيهاي شيميايي خاک و کيفيت آب زيرزميني (روحاني و هال ، ١٩٨٨، ايستاک و همکاران ، ١٩٩٣، ليو و همکاران ، ٢٠٠٤، ديمن و همکاران ، ٢٠٠٩) مورد استفاده قرار گرفت .
٢- مواد و روش کار
٢-١-منطقه مورد مطالعه
استان فارس در جنوب ايران بين مدارهاي ٢٧ و ٣١ درجه عرض شمالي و نصف النهارهاي ٥٠ و ٥٥ درجه طول شرقي واقع شده است . استان فارس با مساحت ١٢٢،٦٠٨ کيلومتر مربع پنجمين استان بزرگ کشورايران بوده و تقريبا ٨.١درصد مساحت کشور را تشکيل مي دهد. مطالعه حاضر در شهرستان شيراز، مرکز استان فارس انجام گرفته است . مختصات جغرافيايي شهرستان شيراز بين ٢٩ درجه و ٣٦ دقيقه شمالي و ٥٢ درجه و ٣٢ دقيقه قرار دارد. اين شهرستان به شش بخش و هفت شهر خرامه ، داريون ، زرقان ، سروستان ، شيراز، کوار و لپويي و ٢٢ دهستان و ٨١١ آبادي تقسيم شده است . وسعت اين شهرستان
١٠٤٧٩ کيلومتر مربع است (شکل ١).
شکل ١- موقعيت شهرستان شيراز در ايران و استان فارس
٢-٢- زمين آمار
تئوري زمين آمار توسط افراد زيادي از جمله گوارترز،١٩٩٧ و ايساک و سرويستاوا، ١٩٨٩ به تفصيل بيان شده است . تغييرنما يکي از مهم ترين ابزارها براي شناسايي ساختار مکاني و همبستگي فضايي بين داده ها است . تغيير نما در واقع واريانس مقدار يک کميت در دو نقطه به فاصله ي h از همديگر است ، اما در عمل براي بررسي تغييرات مکاني از نيم تغييرنما استفاده مي شود(فرمول ١).
که در آن نيم تغييرنماي تجربي ، تعداد جفت نقاطي است که در فاصله ي h از يکديگر قرار دارند. و به ترتيب مقادير مشاهده شده متغير Z در نقاط xi و ١+xi مي باشند.
پس از محاسبه ي نيم تغيير نماي تجربي ، بهترين مدل نظري بايد به آن برازش داده شود. پرکاربردترين مدل هاي نيم تغييرنما عبارتند از مدل نمايي ، کروي و گوسي که به ترتيب فرمول رياضي آن ها در زير آمده است .
که در آن ها:
C٠ اثر قطعه اي ، C+C٠، حد آستانه و a فاصله تأثير نيم تعييرنما مي باشد. پس از برازش مدل ، مشخصات نيم تغييرنما در سيستم معادلات کريجينگ براي ميان يابي متغير مورد نظر وارد مي گردد. کريجينگ معمولي ، متداول ترين روش کريجينگ مي باشد.
تخمين گر کريجينگ معمولي که به آن بهترين تخمين گر خطي نااريب (BLUE) نيز گفته مي شود، به صورت زير تعريف مي شود (١٩٧٨ ,Journel and Huijbregts).
که در آن مقدار تخمين زده شده متغير در نقطه مقدار مشاهده شده متغير در نقطه وزن آماري است که به متغير در نقطه xi نسبت داده مي شود. اين پارامتر نشان دهنده ي مقدار اهميت و تأثير نقطه ي i ام بر مقدار
تخمين زده شده متغير در نقطه است و از حل معادلات زير به دست مي آيد:
٢-٣ طبقه بندي کيفي آب از نظر کشاورزي
مهم ترين معيارهاي کيفي در طبقه بندي آب از نظر کشاورزي ، شوري و مقدار سديم موجود در آن مي باشد. زيرا اين دو نه تنها بر رشد گياه مؤثرند، بلکه درجه تناسب آب را از نظر آبياري و تأثير آن بر نفوذپذيري خاک مشخص مي سازند.
شوري با معيار هدايت الکتريکي (EC) و سديم با يکي از معيارهاي نسبت جذبي سديم (SAR) يا درصد سديم محلول (SSP) يا درصد سديم قابل تبادل (ESP) سنجيده مي شود که با داشتن غلظت عناصر در آب مقادير آن ها از معادله هاي زير محاسبه مي شود(فرمول ٧و٨).(حسين مهدي خاني ، اصول مباني تصفيه آب و فاضلاب ، فصل چهارم – بررسي کمي و کيفي منابع آب ).
SAR = نسبت جذب سديم
rNa = غلظت سديم بر حسب ميلي اکي والان در ليتر
rCa = غلظت کلسيم بر حسب ميلي اکي والان در ليتر
rMg = غلظت منيزيم بر حسب ميلي اکي والان در ليتر
کليه مقادير کاتيون ها در معادله هاي فوق بر حسب ميلي اکي والانت در ليتر مي باشند. آب ها از نظر سديم محلول در ٥ گروه زير قرار مي گيرند(جدول (١)).
طبقه بندي با مقادير فاکتور SSP کامل نمي باشد زيرا سديم به تنهايي نمي تواند معيار کيفي آب به لحاظ کشاورزي قرار گيرد و بهتر آن است که تأثير آن در ارتباط با شوري کل آب در نظر گرفته شود. روش طبقه بندي ويلکوکس (Wilcox) و استفاده از نمودار آن کاربردي ترين روش براي طبقه بندي آب از نظر کشاورزي و مطالعات هيدرولوژي است . در نمودار ويلکوکس محور افقي به شوري آب (بر حسب ميکروموس بر سانتي متر،(١٦٠ EC) و محور عمودي به نسبت جذبي سديم (SAR)
اختصاص دارد. مختصات مربوط به هر آب در منطقه اي قرار مي گيرد که با حروف C از نظر شوري و S از نظر سديم مشخص مي گردد. مقادير ١، ٢، ٣ و ٤ به ترتيب نشان دهنده کم ، متوسط ، زياد و خيلي زياد مي باشد. مثلاً اگر آبي در منطقه CS٣٢ قرار گيرد بدان معني است که شوري اين آب زياد و سديم آن متوسط است و يا آب CS١٢ آبي است با شوري کم و سديم متوسط بر اساس طبقه بندي ويلکوکس آب هاي خيلي خوب همگي داراي EC کمتر از ٢٥٠ ميکروموس بر سانتي متر بوده و در گروه
CS١١ قرار مي گيرند، آب هاي خوب در گروه CS١٢، CS٢١، CS٢٢، آب هاي متوسط در کلاس CS٣٣ ، CS١٣، CS٣٢، CS٣١، قرار گرفته و بقيه آب ها نامناسبند. در شکل (٢) طبقه بندي آب از نظر کشاورزي به روش ويلکوکس نشان داده شده است .
جدول ٢ طبقه بندي آب آبياري بر اساس هدايت الکتريکي
