بخشی از مقاله
چکیده
از اساسی ترین موارد در مدیریت منابع آب زیرزمینی تخمین سطح آب با استفاده از داده های برداشتشده از شبکه چاههای مشاهدهای میباشد. ازآنجاکه خصوصیات آبهای زیرزمینی در مقیاس مکانی و زمانی عمل کرده، نمی توان این خواص را در طول زمان و مکان ثابت فرض کرد. بنابراین، تحقیق حاضر به منظور بررسی تغییرات مکانی سطح آب زیرزمینی دشت تبریز در یک دوره 14 ساله - 1380-1393 - به کمک بهترین روش تخمینگر زمینآماری انجام شد.
در این راستا، ابتدا منابع آماری موجود سطح آب زیرزمینی دشت - شامل 80 حلقه چاه مشاهدهای - ، جمعآوری و بانک اطلاعاتی تهیه شد. پس از کنترل کیفیت و صحت دادهها، از دو روش میانیابی شامل کریجینگ و عکس فاصله وزنی با توانهای 1 تا 5 استفاده شد. آنگاه مناسب ترین روش میانیابی با استفاده از سه معیار RMSE، MAE و R انتخاب گردید. سپس نقشههای پهنهبندی مکانی سطح آب زیرزمینی ترسیم شد. نتایج نشان داد که واریوگرام مدل ثابت به عنوان بهترین مدل برازش دادهشده به ساختار فضایی دادهها و روش عکس فاصله وزنی با توان 1/4 مناسبترین روش میانیابی عامل سطح آب زیرزمینی میباشد.
مقدمه
پیشبینی نوسانهای سطح آب زیرزمینی برای مدیریت علمی تأمین و بهره برداری از آبها امری لازم است. نوسانهای آب زیرزمینی، متاثر از عوامل زیادی است که قطعی نبودن آنها، به دلیل تعدد متغیرهای مؤثر بر بیلان آبخوان و ماهیت نامتجانس محیطی، سبب پیچیدگی پیشبینی [ن می شود
در چند سال اخیر، در اکثر دشت های ایران شاهد افت کمی و کیفی و به هم خوردن تعادل طبیعی منابع آب زیرزمینی هستیم و در اکثر آبخوان ها بیلان آب منفی و کیفیت نیز شداًی افت کرده است
یکی از عوامل مهم در مدیریت، داشتن یک دید و نگرش مناسب از اتفاقات آینده است. در مدیریت منابع آب نیز این امر مستثنا نیست و آگاهی از وضعیت منابع آب یک منطقه نقش تعیینکننده در برنامهریزیهای آینده دارد. بویژه اگر بتوان با استفاده از تحلیلهای آماری و مدلهای ریاضی شرایط منابع آب در آینده را نیز پیش بینی کرد. از آنجا که آمار کلاسیک قادر به در نظر گرفتن توزیع مکانی عاملهای کیفیت و کمیت آبهای زیرزمینی نبوده، بنابراین، از زمینآمار و روشهای میانیابی به عنوان روش نوین برای رسیدن این هدف استفاده میشود. مطالعات متعددی به منظور بررسی تغییرات کمی آب زیرزمینی توسط این روش انجامشده است که به چند مورد اشاره میشود.
سالاری جزی و همکاران - 1388 - روشهای کوکریجینگ1 و کریجینگ را برای محاسبه تراز سطح آب زیرزمینی دشت میان آب بکار بردند. نتایج حاصل نشان داد،که هر دو روش تراز سطح آب زیرزمینی را در حالت نقطهای بیشتر از اندازه واقعی برآورد میکند و روش کوکریجینگ دارای دقت بالاتری نسبت به روش کریجینگ می باشد، اما این تفاوت معنی دار نمیباشد.
محمدی و همکاران - 1391 - به بررسی تغییرات مکانیزمانی سطح آب زیرزمینی دشت کرمان با استفاده از روش های کریجینگ، لوگ کریجینگ، کوکریجینگ و وزن دهی عکس فاصله پرداختند. در پژوهش دیگری احمدی و صدقآمیز - 2007 - از دو روش کریجینگ معمولی1 و کوکریجینگ برای تخمین عمق آب زیرزمینی در دشت داراب استان فارس استفاده کردند.
خلقی و حسینی - 2009 - ، قابلیت کریجینگ معمولی و شبکه استنتاج عصبیفازی را در درونیابی سطح آبهای زیرزمینی در یک سفره آزاد در شمال ایران بررسی نمودند. نتایج نشان داد که مدل استنتاج عصبیفازی در برآورد سطح آب زیرزمینی از کریجینگ معمولی کارآمدتر است. سان و همکاران - 2009 - به مقایسه سه روش میان یابی عکس فاصله، توابع پایه شعاعی و کریجینگ برای پیشبینی تغییرات زمانی و مکانی عمق آب زیرزمینی در کویر مینکین در شمال چین پرداختند.
مقایسه مقادیر مشاهده شده با مقادیر میانیابی شده نشان داد که روش کریجینگ معمولی بهعنوان روش بهینه برای میان یابی عمق آب زیرزمینی است. بات و همکاران - 2012 - با استفاده از روش کریجینگ معمولی به طراحی شبکه پایش آبهای زیرزمینی در ایالت فلوریدای آمریکا پرداختند. نتایج نشان داد برای کاهش خطای تخمین باید تعداد چاه های مشاهدهای در منطقه افزایش یابد. بررسیهای فوق نشان داد که روش مناسب برای میانیابی و برآورد یک متغیر، به نوع روش و عوامل منطقه ای مؤثر بر آن بستگی دارد و نمیتوان روش منتخب در یک منطقه را به سایر مناطق تعمیم داد.
استفاده از روش نامناسب درونیابی و ناآگاهی از مدل واریوگرامی مناسب میتواند برآوردهای ناصحیحی در نقشههای پهنهبندی عامل های مورد بررسی به کمک روشهای زمینآماری به دنبال داشته باشد، که این امر موجب خسارتهای جبران ناپذیری در مدیریت، سیاست گذاریها و برنامهریزیها خواهد شد. هدف از این پژوهش بررسی کارایی دو روش میانیابی عکس فاصله وزنی و کریجینگ جهت پهنهبندی سطح آب زیرزمینی دشت تبریز در استان آذربایجان شرقی و در نهایت، انتخاب مدلی بهینه برای توجیه مکانی سطح آب زیرزمینی در این دشت میباشد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه
دشت تبریز با مساحت حدود 880 کیلومترمربع در استان آذربایجان شرقی در شمال غربی ایران و در حد فاصل طولهای جغرافیایی 45 ° 48 ' 43" تا 46 ° 22' 41" شرقی و عرض 37 ° 50' 10" تا 38 ° 13' 7" شمالی و در حوضه آبریز دریاچه ارومیه قرارگرفته است. اقلیم محدوده مطالعاتی تبریز در سیستم طبقهبندی دومارتن از نوع نیمه خشک و در سیستم طبقهبندی آمبرژه خشکسرد میباشد. بارندگی سالانه دشت تبریز طبق آمارهای موجود از 148/3 میلیمتر تا 413 میلیمتر در سال متغیر است. نقاط مورد استفاده در این تحقیق مربوط به 80 حلقه چاه عمیق نمونهبرداری شده در طول آماری سال 1380 تا 1393 می باشد که به-صورت میانگین بلندمدت استفاده شد. منطقه مورد مطالعه و موقعیت مکانی نقاط نمونهبرداری در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل - : - 1 منطقه مورد مطالعه و موقعیت مکانی نقاط نمونهبرداری
روشهای میانیابی کریجینگ ساده
تخمین گر کریجینگ ساده بهشکل ترکیب خطی وزندار است؛ لیکن میانگین که بایستی حتماً دارای ویژگی ایستایی مرتبهی دوم باشد، در فرآیند تخمین مورد توجه و استفاده قرار میگیرد . به دیگر سخن، جهت استفاده از تخمینگر کریجینگ ساده، واریوگرام های دارای حد آستانه، مورد نیاز هستند - محمدی . - 1385 تخمینگر کریجینگ ساده - بهصورت تخمین نقطهای - را میتوان بهصورت زیر نوشت:
روش عکس فاصله وزنی - IDW2 -
این روش بر این فرض استوار است که تأثیر پدیده مورد نظر با افزایش فاصله کاهش مییابد. ازاینرو برای تخمین نقاط مجهول، نمونههای نزدیک باید مشارکت بیشتری نسبت به آنهایی که در فاصله دورتر قرارگرفتهاند، داشته باشند، به اینترتیب، هرچه فواصل نقطه مجهول از نقاط معلوم کاهش یابد وزن ارزش آن نقاط افزایش مییابد و نقاطی که ارزش آنها معلوم است با استفاده از نقاط اطراف تا شعاع مشخص برآورد می شوند که رابطه آن به صورت زیر است
