بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به مشکلات کنونی دریاچه ارومیه و نقش آن بر اکوسیستم منطقه، تحلیل کیفی آبهای ورودی به آن امری ضروری است. این تحلیل، امکان مدیریت مناسب کیفیت آب دریاچه را در سالهای آتی فراهم خواهد نمود. هدف از این تحقیق، تحلیل کیفی آبهای سطحی ورودی به دریاچه ارومیه با استفاده از روش آنالیز خوشهای میباشد. بدین منظور، دادههای مربوط به کیفیت در 9 ایستگاه معرف رودخانههای غرب دریاچه ارومیه که در فاصله نزدیکتری به این دریاچه قرار دارند، طی بازه زمانی 1372-1389 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. کاربرد تحلیل خوشهای به روش وارد، دو گروه اصلی، یکی شامل شش رودخانه و دیگری شامل سه رودخانه را نتیجه داد. تحلیل نمودار احتمال تجربی نشاندهنده غیرنرمال بودن برخی پارامترها بود. نتایج آزمون روند بر اساس آزمون منکندال نیز روند افزایشی اکثر پارامترهای کیفی و روند کاهشی دبی را در دو گروه مورد مطالعه نشان داد. طبقهبندی آبها بر اساس مصارف مختلف، مناسب بودن آنها برای مصارف کشاورزی و شرب و نامناسب بودن آنها برای مصارف صنعتی را نتیجه داد.
-1 مقدمه
تحلیل خوشهای یک عنوان کلی برای گروهی از روشهای ریاضی است که برای پیدا کردن شباهت بین افراد در یک مجموعه به کار میرود. خوشه با مفهوم شباهت درونی و انزوای بیرونی تعریف میشود. در تحلیل خوشهای معمولا p صفت بر روی N ماده اندازهگیری شده، سپس یک ماتریس N×P از دادههای خام تشکیل میشود. آن گاه ماتریس دادههای خام به ماتریس شباهتها یا فاصلهها تبدیل شده و با استفاده از یکی از روشهای طبقه بندی، مواد را بر پایه شباهت بین آنها گروه بندی می کند. هدف از تحلیل خوشه ای پیدا کردن دسته های واقعی افراد و کاهش تعداد دادهها است .[1]
قره محمودلو و همکاران [2]، با استفاده از تحلیل خوشهای منابع آب شهر گرگان را مورد بررسی قرار دادند. نتایج ایشان نشان داد که بر اساس ماتریس همبستگی، در فصل های بهار و تابستان بجز فسفات، بیکربنات و پتاسیم بیشتر یونهای آب زیرزمینی همبستگی نسبتا بالایی با هدایت الکتریکی دارند. نمودارهای خوشه ای فصل بهار نشان داد که بین یونهای کلر و منیزیم آب زیرزمینی شباهتی بیش از 88 درصد و بین یونهای سولفات و کلسیم شباهتی بیش از 80 درصد وجود دارد، درحالی که بیشترین شباهت در فصل زمستان بین یونهای سولفات و کلسیم - بیش از 88 درصد - و سپس کلر و منیزیم - بیش از 80 درصد - ، وجود دارد. بر این اساس و با توجه به ماتریس همبستگی، تیپ غالب آب زیرزمینی در فصل بهار کلرید منیزیک و در زمستان سولفات کلسیک نتیجه شد.
کامجو و همکاران [3]، پارامترهای هیدروشیمیایی آبخوان دشت سمنان را با استفاده از تحلیل خوشهای مورد بررسی قرار دادند. هدف از انجام تحقیق ایشان، بررسی تقسیم بندی نمونه ها به گروههای متمایزی که از لحاظ زمین شناسی و آماری معنی دار هستند، بود. آنها برای تجزیه خوشه ای از توان دوم فاصله اقلیدوسی به عنوان سنجش تشابه نمونه ها با یکدیگر طبق روش تکرار وارد استفاده کردند که به دو صورت تحلیل خوشه ای متغیرها - R-Mode - و تحلیل خوشه ای مشاهدات - Q-Mode - انجام گرفت. در نتیجه این آنالیز ارتباط متغیرها با یکدیگر تعیین شد و نمونه ها به سه گروه که از لحاظ کیفی به یکدیگر نزدیکتر بودند، تقسیم شدند.سلیمانی ساردو و همکاران [4]، کیفیت آب و روند تغییرات پارامترهای کیفی را در رودخانه چم انجیر خرم آباد طی سال های 1347 تا 1389 مورد بررسی قرار دادند. نتایج روندیابی پارامترهای کیفی آب با استفاده از آزمون منکندال در مطالعه ایشان نشان داد که علی رغم روند نزولی در مقدار اسیدیته و دبی جریان، سایر پارامترها از قبیل هدایت الکتریکی، بی کربنات، کلر، کلسیم، منیزیم، باقی مانده املاح، کل کاتیون ها، سختی موقت و سختی کل دارای روند صعودی و معنی دار در سطح اطمینان 99 درصد می باشند. ایشان در بررسی کیفیت آب سطحی رودخانه مورد مطالعه نیز نتیجه گرفتند که آب منطقه از نوع کلسیم-منیزیمی بوده و کاربرد آن جهت مصارف شرب و کشاورزی مانعی ندارد.
مرادی فرح آبادی و شاهدی [5]، تغییرات کیفی آبخوان دشت ساری - نکا را با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و آنالیز خوشه ای مورد مطالعه قرار داده و آلودگی آن را از لحاظ شرب در مقایسه با استانداردهای موجود بررسی نمودند. پارامترهای مورد نظر در مطالعات ایشان شامل سولفات، کلر، بی کربنات، نیترات، پتاسیم، سدیم، منیزیم، کلسیم و هدایت الکتریکی بود. نتایج تحقیق نشان داد که از نظر آلودگی، در مقایسه با حداکثر مقدار مجاز آب آشامیدنی، میزان همه یونها به جز یون کلسیم در سال اول کمتر از حد مجاز در آب آشامیدنی است در حالیکه در سال90-91 یون نیترات در بخش های شرقی و جنوبی، یون منیزیم در شمال شرق و یون کلسیم درتمام محدوده دشت بیشتر از حد مجاز در آب آشامیدنی است.
روش تحلیل خوشهای، روش آماری چند متغیرهای است که هدف آن شناخت ساز و کارهای موثر، یا ساده کردن مجموعههای پیچیده و مختلفی است که بین متغیرهای مشاهدهای وجود دارد. روش تحلیل خوشهای شامل چندین الگوریتم طبقهبندی شده متفاوت است که هدف آن اتصال متغیرها در داخل خوشههای بزرگتر است. هدف از این تحقیق بررسی و تحلیل پارامترهای کیفی آب سطحی رودخانههای ورودی به دریاچه ارومیه جهت طبقهبندی بر اساس مصارف شرب، کشاورزی و صنعت است.
-2 مواد و روشها
دریاچه ارومیه در شرق استان آذربایجان غربی واقع شده و توسط 9 رودخانه جاری در این استان تغذیه می شود. شکل 1، موقعیت این رودخانه ها را در استان آذربایجان غربی نشان می دهد. جهت پایش کیفی آب هاب سطحی ورودی از این رودخانه ها به دریاچه، پارامترهای کیفی این رودخانه ها در نزدیک ترین ایستگاه به دریاچه طی دوره آماری -1389 1372 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. پارامترهای EC، TDS، PH، Ca، Mg، Na، K، Hco3، Co3، Cl و So4، SAR سختی و دبی، پارامترهای مورد مطالعه در این تحقیق هستند. شکل 1 منطقه مورد مطالعه و جدول 1 مشخصات ایستگاه های مورد مطالعه معرف هر رودخانه را نشان می دهد.
جهت گروه بندی رودخانه های مورد مطالعه و کاهش تعداد آنها جهت تحلیل بهتر، از روش آماری تحلیل خوشه ای وارد 1به همراه متوسط فاصله اقلیدسی در نرم افزار SPSS استفاده شد. پس از گروه بندی رودخانه ها و قرار دادن رودخانه های مشابه از نظر کیفی در یک گروه، میانگین پارامترهای کیفی برای هر گروه محاسبه شده و اعداد حاصله مورد تحلیل کیفی قرار گرفتند. به منظور بررسی کیفیت آب های سطحی ورودی به دریاچه ارومیه از سمت استان آذربایجان غربی که توسط روش تحلیل خوشه ای گروه بندی شد، آزمون نرمال بودن توسط روش گرافیکی صورت گرفت. روند تغییرات پارامترهای کیفی نیز توسط آزمون ناپارامتری من کندال که به نرمال بودن داده ها حساس نمی باشد،
