بخشی از مقاله
چکیده:
منابع آب زیرزمینی به عنوان ذخایر ارزشمند و زیربنایی توسعه کشورها، همواره مد نظر بوده و در این راستا تلاش شده است تا ضمن شناخت توانایی های این منابع به بهبود وضعیت کنونی این منابع کمک کرد. افزون بر آن نقشه های تغییرات ویژگی‌های شیمیایی آبهای زیرزمینی، نقشی ارزنده را در فرایند تصمیمگیری و مدیریت استفاده و بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی ایفا میکند. هدف از انجام این مطالعه تعیین مناسبترین روش زمین آمار جهت تهیه نقشه تغییرات EC و TDS منابع آب زیرزمینی در دشت کاشان با توجه به دو پارامتر R و RMSE میباشد.
بدین منظور با بررسی روشهای زمین آمار کریجینگ ساده - SK - ، کریجینگ معمولی - OK - و روشهای معین مانند روش عکس فاصله - IDW - تابع شعاعی - RBF - ، درونیاب موضعی - LPI - و درونیاب عام - GPI - مناسبترین روش جهت ترسیم نقشههای پارامترهای مورد نظر انتخاب گردید. با توجه به نتایج بدست آمده بهترین روش جهت ترسیم نقشه EC منطقه، روش - LPI - به ترتیب با R و RMSE برابر با ./56 و1559 انتخاب گردید و روش کریجینگ معمولی - OK - به ترتیب با R و RMSE برابر با 0/56 و 1071 جهت ترسیم نقشه TDS انتخاب شدند. با توجه به نقشههای بدست آمده حاصل از روشهای انتخابی، هر چه از غرب به سمت شرق حوضه نزدیکتر میشویم، کیفیت آب زیرزمینی کاسته میشود.
مقدمه :
منابع آب زیرزمینی به دلیل خطر آلودگی کمتر نسبت به دیگر روش های استحصال آب،از جمله مهمترین منابع آب مورد استفاده دربخش شرب محسوب می شود؛ بطوریکه باعث گشته حتی در مناطقی که کمبودی از لحاظ آب سطحی احساس نمی شود، نیز استفاده از این منابع رونق داشته باشد. اگرچه به نظر می رسد تاثیرپذیری آبهای زیرزمینی از محیط اطراف کمتر از منابع آبهای سطحی باشد؛ اما طبق پژوهش های انجام شده با استحصال بی رویه و آلوده شدن منابع آب زیرزمینی کمیت وکیفیت آبهای زیرزمینی نیز همچون آب سطحی از عوامل محیطی تأثیر می پذیرد و حتی در پاره ای از موارد این تاثیرات شدید تر و ماندگار تر می باشد - رضایی و همکاران،. - 1389از اینرو بررسی وضعیت کیفیت آب در منطقه گامی مهم در جهت مدیریت و تصمیم گیری در خصوص استفاده بهینه و مناسب از منابع آب منطقه می باشد.
مدیریت بهینه منابع آبی و حفظ و ارتقای کیفیت آنها نیازمند وجود اطلاعات در زمینه موقعیت، مقدار و پراکنش فاکتورهای شیمیایی آب در یک منطقه جغرافیایی معین می باشد. زمین آمار1 به عنوان یکی از شاخه های آمار عملی امکان بررسی توأم مقدار متغییر و آرایش مکانی و زمانی مشاهدات را در تحلیل داده ها فراهم می نماید - گووارت2، . - 1999 با استفاده از تکنیک زمین آمار می توان سطحی پیوسته از خصوصیات آماری نقاط معلوم را به وجود آورد - دویچ3، . - 2002 در سالهای اخیر مطالعات فراوانی برای بررسی و پهنه بندی خواص کمی وکیفی آبهای زیرزمینی انجام شده است.
از جمله مطالعات انجام شده در این زمینه می توان به مطالعه شعبانی که به بررسی تغییرات کیفی دشت ارسنجان و تقسیم بندی آن جهت مصارف شرب و کشاورزی پرداخته اشاره کرد - شعبانی،. - 1388 احمد - - 2002 روش درونیابی کریجینگ را برای پهنه بندی و برآورد مقدار TDS در آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار داد و دقت این روش را در برآورد مقادیر غلظت املاح مناسب تشخیص داد.
گاوس و همکاران - - 2003 آلودگی آب های زیرزمینی بنگلادش را از نظر عناصر سنگین مورد بررسی قرار دادند و برای برآورد غلظت آرسنیک و تهیه نقشه ریسک خطر از روش کریجینگ استفاده کردند. در مطالعه دیگری به پهنه بندی کیفیت آب زیرزمینی حوضه گرگان- قره سو جهت اختصاص به مصارف کشاورزی با کمک زمین آمار پرداخته شده است - صفاری و مفتاح،. - 1390 همچنین تغییرات مکانی شاخص های کیفی آبهای زیرزمینی در استان گیلان با استفاده از زمین آمار مورد بررسی قرار گرفته است - رضایی و همکاران، . - 1389 تقی زاده مهجردی و همکاران - - 1387 نیز برای پیش بینی پراکنش مکانی برخی ویژگی های کیفی نظیر کل املاح محلول، غلظت یون سدیم، غلظت یون کلر، شوری، نسبت جذب سدیم و غلظت یون سولفات در دشت رفسنجان به ارزیابی دقت روش های زمین آمار پرداختند. نتایج نشان داد که با استفاده از روش های ارزیابی خطا، روش کریجینگ و کوکریجینگ بر روش تابع معکوس فاصله وزن دار ارجحیت دارد.
در این تحقیق از روش های زمین آمار کریجینگ ساده - SK - 4، کریجینگ معمولی - OK - 5 و روش های معین مانند روش عکس فاصله - IDW - 6، تابع شعاعی - RBF - 7، درون یاب موضعی - LPI - 8و درون یاب عام - GPI - 9 استفاده شده است. هدف از این پژوهش ارزیابی روش های انتخابی زمین آمار در پهنه بندی کیفی منابع آب زیر زمینی و پهنه بندی آن از نظر پارامتر های Ec و TDSدر شهرستان کاشان می باشد.
مواد و روشها - منطقه مورد مطالعه:
منطقه مورد مطالعه در شمال استان اصفهان با مساحت تقریبی 3378,69کیلومتر مربع می باشد، این منطقه در محدوده ی جغرافیایی 50˚ ,57' ,40" تا 51 ˚ ,38' , 37" طول شرقی و " 33˚ ,31 ,37 تا " 22 و 34˚ ,08' عرض شمالی می باشد شکل 1 موقعیت منطقه مورد مطالعه را در استان اصفهان نشان می دهد. منطقه مورد مطالعه یکی از زیر حوضه های حوضه آبریز دریاچه نمک می باشد.
شکل -1 موقعیت جوزه مورد مطالعه
حداکثر ارتفاع حوضه مورد مطالعه 3591متر و حداقل ارتفاع آن 817 متر ارتفاع از سطح دریا می باشد. دمای متوسط سالیانه در ارتفاعات و دشت به ترتیب برابر با 14,4 و 18,6 درجه سانتیگراد و متوسط بارندگی منطقه در ارتفاعات و دشت به ترتیب برابر با 233,9و 138,1 میلیمتر بوده و میزان تبخیر و تعرق پتانسیل حوضه کاشان نیز در منطقه دشتی و کوهستان به ترتیب برابر با 2623 و 2239,5 میلیمتر برآورد شده است - مهندسین مشاور آب و توسعه پایدار، . - 1389
- جمع آوری آمار و تجزیه و تحلیل آنها:
در این مطالعه با توجه به اهداف پژوهش 42 حلقه چاه در محدوده مورد مطالعه و با پراکنش مناسب انتخاب گردید. و مقادیر عناصر کیفی آب زیر زمینی در هر چاه برای دوره آماری 1380تا1388 مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت، علت انتخاب این دوره آماری کامل بودن داده ای کیفی پارامتر های انتخابی می باشد. در مرحله بعد تمامی داده های موجود به عوامل کیفی انتخابی از نظر نرمال بودن با توجه به آزمون آماری کلموگراف - اسمیرنوف بررسی شدند و پس از بررسی نرمالیته داده ها در نهایت پارامتر های Ca,Na,SAR,HCO3 جهت ارزیابی کیفی منابع آب زیر زمینی در این مطالعه انتخاب شدند.
علت بررسی نرمالیته داده ها بالابودن دقت روش های زمین آمار در کار با داده های نرمال است. مقادیر متوسط هر کدام از پارامترها برای دوره آماری ذکر شده به کمک نرم افزار EXCELE بدست آمد.خلاصه آماری پارامترهای کیفی انتخابی مطابق با جدول آورده شده است. پس از بررسی نرمالیته داده واریوگرام ترسیم شد، در این تحقیق از مدل کروی به دلیل استحکام ساختار فضایی قوی جهت برازش واریوگرام بر روی پارامتر های کیفی استفاده شد.
- ارزیابی صحت:
به منظور مقایسه روش های استفاده شده در این پژوهش و انتخاب مناسب ترین روش زمین آمار، از تکنیک اعتبارسنجی متقابل10 استفاده شد .در این روش، در هر مرحله یک نقطه مشاهده ای حذف شده و با استفاده از بقیه نقاط، آن نقطه برآورد می شود .این کار برای همه نقاط مشاهده ای تکرار می شود، به طوری که در آخر به تعداد نقاط مشاهد های، برآورد وجود خواهد داشت. همچنین با استفاده از مدل های به دست آمده، در تعدادی از نقاطی که اندازه گیری وجود داشت، مقادیر تخمینی محاسبه گردید. معیارهای مختلفی نیز برای ارزیابی کارایی روش های میان یابی وجود دارد، در این مطالعه با استفاده از دو روش ریشه دوم میانگین مربع خطا - RMSE - و ضریب همبستگی مقادیر مشاهده ای و برآوردی - R - ، مناسبترین روش ها جهت ترسیم پهنه های مورد نظر انتخاب گردیدند.نحوه محاسبه آن به صورت زیر است - شعبانی، - 1390
