بخشی از مقاله
چکیده
آبهای زیرزمینی از منابع مهم بهرهبرداری در مناطق خشک و نیمه خشک میباشد لذا به منظور حفظ کیفیت آبهای زیرزمینی اطلاع از پرکنش مکانی آنها حائز اهمیت میباشد. هدف از انجام این پژوهش تعیین مناسبترین روش میانیابی به منظور بررسی و تحلیل مکانی اندازه PH ، TDS و EC آبهای زیرزمینی دشت خاش واقع در استان سیستان و بلوچستان میباشد. به منظور تهیه نقشههای تغییرات، از آمار کیفی آب زیرزمینی مربوط به سال 1391-92 برای 18 نقطه برداشت شده استفاده گردید. از آنجا که آمار کلاسیک قادر به درنظر گرفتن توزیع مکانی پارامترهای کیفیت آب زیرزمینی نبوده، لذا از زمینآمار و نرمافزار GS+ به عنوان تکنیکی برای هدف استفاده گردید. روشهای زمینآماری مانند کریجینگ معمولی - - OK و کریجینگ ساده - - SK و روش- های معین مانند عکس فاصله - IDW - و تابع شعاعی - RBF - استفاده شد. نتایج نشان دادند که روش RBF به دلیل پایین بودن مقدار RMSE و بالا بودن R جهت تهیه نقشه تغییرات PH و روش SK با داشتن RMSE 1181.73 ، R 0.58 برای پارامتر EC و روش OK با داشتن RMSE 857.55 ، R 0. 43 بهترین روش جهت تهیه نقشه تغییرات پارامتر TDS میباشد. در نهایت از مقایسه روشهای گوناگون میانیابی نتیجهگیری شد که روش زمینآمار کریجینگ ساده و معمولی برای تخمین پارامترهای EC و TDS و تابع شعاعی برای تخمین پارامتر PH مناسبترین روشها میباشند.
واژههای کلیدی: کیفیت آب، روشهای زمینآمار، روشهای معین، آب زیرزمینی، دشت خاش
- 1 مقدمه
رشد سریع جمعیت در 20 سال اخیر، توسعه مناطق شهری و کشاورزی و محدودیت منابع آبهای سطحی و در نتیجه برداشت بیش از اندازه از از سفرههای آب زیرزمینی، باعث به بار آمدن خسارت جبرانناپذیری به منابع طبیعی کشور شده است. جهت جلوگیری از این وقایع، مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی بایستی مورد توجه قرار گیرد - جهانشاهی، . - 1391 مدیریت منابع آبهای زیرزمینی نیازمند شناخت وضعیت سفره در شرای طبیعی و سپس پیسبینی اثرات برداشت و یا تغذیه میباشد. شناخت رفتار یک منبع آب زیرزمینی، نیازمند حفر تعداد زیادی چاه اکتشافی و انجام عملیات پمپاژ میباشد. از طرف دیگر، با این وجود مسئله آلودگی آبهای زیرزمینی، بالاخص طی سالهای اخیر، مورد بحث فراوان بوده است. پس در کنار موضوع بحران آبی، بحث حفاظت آبخوانها در برابر آلودگیها پیش میآید. به این منظور می بایست از یکسری از چاهها به صورت ماهانه آزمایشات فیزیکی و بالاخص شیمیایی مربوطه انجام پذیرد تا سلامت آن تضمین گردد - کردوانی، . - 1386
آبهای زیرزمینی در مقایسه با آبهای سطحی دارای مزیتهای مختلفی مانند کیفیت مناسبتر و آلودگی کمتر هستند و در اغلب موارد آبهای زیرزمینی در مناطق خشک و نیمهخشک که آبهای سطحی به میزان خیلی کم دیده میشوند، قابل دسترس هستند؛ اما استفادههای نامناسب و بیرویه از آبهای زیرزمینی و همچنین آلوده شدن منابع آب زیرزمینی از جمله مشکلاتی است که این منابع را تحت تاثیر قرار میدهد. یکی از مهمترین نکات در کنترل و پیشگیری از آلودگی، شناسایی عوامل و منابع آلودگی، مناطق بحرانی آلوده شده و همچنین جهت حرکت آلودگی میباشد تا بتوان به کمک این اطلاعات گامهای موثرتری در جهت حفظ و بالا بردن کیفیت آب زیرزمینی انجام داد - امیرپور و همکاران، . - 1390 روشهای مختلفی برای مطالعه و پهنهبندی تغییرات ویژگیهای زیرزمینی وجود دارد که هر کدام از آنها بسته به شرای منطقه و وجود آمار و اطلاعات دارای دقتهای مختلفی میباشد - شعبانی، . - 1387 از جمله روشهای زمینآمار کریجینگ و کوکریجینگ و روشهای معین عکس فاصله، تابع شعاعی تخمینگر عام و تخمینگر موضعی اشاره کرد. انتخاب روش مناسب پهنهبندی و تهیه نقشه تغییرات ویژگیهای کیفی و کمی آب-های زیرزمینی گامی اساسی و مهم در مدیریت منابع آب منطقه به شمار میرود - شعبانی، . - 1387
کیفیت نمونه های آب 113 حلقه چاه مربوط به سه آبخوان کرج، هشتگرد و اشتهارد به بررسی و تهیه نقشههای توزیع مکانی پارامترهای مختلف کیفی آب مانند Ca، Na، Mg، K، Co3، Hco3 و EC با استفاده از روشهای آماری و زمین آماری مانند - IDW - و کریجینگ پرداختند. پس از برازش یک نیم تغییرنمای تجربی بر دادههای مورد نظر، با توجه به کمترین مقدار - - RMSE مشخص شد که مدل گوسین بهترین برازش را برای اغلب دادهها دارا بوده است. تقیزاده مهرجردی و همکاران - - 1387، در مطالعهای در دشت یزد-اردکان به تحلیل مکانی برخی از خصوصیات کیفی آبهای زیرزمینی مانند، CL، SAR، EC ، TH، TDS و SO42- با استفاده از روش IDW ، کریجینگ و کوکریجینگ پرداختند. نتایج نشان داد که روش کریجینگ بر دو روش دیگر برتری داشته و در نهایت به عنوان روش نهایی برای تهیه نقشه خصوصیات کیفی آبهای زیرزمینی در منطقه انتخاب گردید. سلیمانی و همکاران - - 1391،
در تحقیقی به بررسی ارزیابی کارایی روشهای زمینآماری در تهیه نقشه تغییرات TDS و PH چشمهها در حوضه آبخیز میرده، کردستان پرداختند. نتایج نشان داد که در تخمین غلظت املاح محلول روش چندجملهای عام درجه 3 و در تخمین PH روش کریجینگ ساده نسبت به سایر روشها نتایج بهتری در برآورد مشخصههای متناظر داشتهاند. جهانشاهی و روحی مقدم - - 1391، در تحقیقی با هدف انتخاب مناسبترین روش میانیابی به منظور بررسی و تحلیل مکانی اندازه چهار پارامتر کیفی مهم شامل PH، TDS، EC و TH با استفاده از روشهای مختلف زمینآماردر دشت دولتآباد واقع در جنوب استان کرمان پرداختند. نتایج نشان داد که روش کریجینگ معمولی جهت تهیه نقشههای تغییرات هر چهار پارامتر کیفی در منطقه مناسبترین است. هاکان و ارسلان - - 2012، مطالعهای در دشت بافرا برای تجزیه و تحلیل مکانی و زمانی شوری آبهای زیرزمینی در طی یک دوره 7 ساله انجام داد؛ که از روشهای کریجینگ معمولی و شاخص کریجینگ - - IK و نرمافزار ARCGIS تحلیلگر زمینآماری استفاده شد. نتایج نشاندهنده کاهش شوری در آبهای زیرزمینی از سال 2004 تا 2010 بود.هدف از انجام این پژوهش تعیین مناسبترین روش میانیابی به منظور بررسی و تحلیل مکانی اندازه سه پارامتر کیفی مهم PH، TDS و EC با استفاده از روشهای مختلف زمینآمار در دشت خاش در استان سیستان و بلوچستان میباشد.
- 2 مواد و روشها
شهرستان خاش در دامنه جنوبی قله تفتان بین طولهای 60 درجه و 5 دقیقه تا 62 درجه و 45 دقیقه شرقی و عرضهای جغرافیایی 27 درجه و 50 دقیقه تا 28 درجه و 45 دقیقه شمالی واقع گردیده است. این شهرستان از شمال به شهرستان زاهدان، از غرب و جنوب غرب به شهرستان ایرانشهر، از جنوب به شهرستان سراوان و از شرق به کشور پاکستان محدود میگردد - شرکت مهندسین مشاور سنگاب زاگرس، . - 1390 وسعت حوزه آبریز دشت خاش حدود 2400 کیلومترمربع که 1450 کیلومتر مربع آن را ارتفاعات و 9500 کیلومتر مابقی آن را پهنههای آبرفتی تشکیل میدهد. مساحت دشت خاش که شهر خاش در مرکز آن قرار گرفته است 600 کیلومتر مربع میباشد - بیابانگرد، . - 1388 در این مطالعه از آمار کیفی آب زیرزمینی مربوط به سال آبی 1391-92 دشت خاش که از آب منطقهای استان سیستان و بلوچستان تهیه گردید استفاده شد. سپس 18 حلقه چاه انتخاب گردید، در مرحله بعد کلیه دادههای مربوط به هر پارامتر از نظر نرمال بودن توس آزمون کولموگراف اسمیرنوف در محی SPSS بررسی شد. پس از انجام این مراحل برای تبدیل دادههای نقطهای مذکور با اطلاعات ناحیهای در محی نرمافزاری ARCGIS v10 از روشهای زمینآماری کریجینگ ساده و معمولی و روشهای معین مانند عکس فاصله ، تابع شعاعی و تخمینگر موضعی استفاده گردید. به منظور تشریح پیوستگی مکانی متغیرها، نیممتغیرنما - واریوگرام - دادهها بهطور جداگانه در محی نرمافزاری GS+ترسیم شد.
- 3 ویزگیهای متغیرنمای
هدف اصلی از محاسبه متغیرنمای این است که بتوان تغییرپذیری متغیر را نسبت به فاصله مکانی یا زمانی شناخت. برای این کار لازم است مجموع مربع تفاضل زوجی نقاط که به فاصله معلوم h از یکدیگر قرار دارند، محاسبه و در مقابل h رسم گردد - حسنی پاک، . - 1377 شکل 1 نمایی از یک نیم تغییر نما را نشان میدهد. هر نیم تغییرنما دارای چند عامل مهم است که در زیر به آنها پرداخته شده است.
- 1- 3 دامنه تاثیر
فاصلهای که در آن متغیرنمای به حد ثابتی میرسد و به حالت خ افقی نزدیک میشود، دامنه یا شعاع تاثیر - - R نامیده میشود - حسنی پاک، - 1377، - شکل . - 1 این دامنه محدودهای را مشخص میکند که میتوان از دادههای موجود در آن، برای تخمین مقادیر مجهول استفاده کرد. بدیهی است که دامنه تاثیر بزرگتر دلالت بر پیوستگی مکانی گستردهتر دارد.
- 2- 3 سقف یا آستانه متغیرنمای
به مقدار ثابتی که متغیرنمای در دامنه تاثیر به آن میرسد، آستانه گفته میشود. مقدار آستانه برابر با واریانس کل تمام نمونههایی است که در محاسبه تغییرنما بکار رفتهاند - حسنی پاک، . - 1377 در روش کریجینگ متغیرنماهایی که به سقف مشخصی میرسند اهمیت بیشتری دارند - شکل . - 1 در مواردی متغیرنماهایی بدست میآید که در محدوده فواصل مورد نظر تمایلی به نزدیک شدن به حد ثابتی ندارند. این متغیرنمایها نشاندهنده وجود روند در دادهها و یا عدم ایستابی دادهها باشند.
-3-3 اثر قطعهای
مقدار متغیرنمای در مبدا مختصات به ازای h=0 را اثر قطعهای - C0 - مینامند - شکل . - 1 در حالت بهینه مقدار C0 باید صفر باشد، اما در بیشتر مواقع بزرگتر از صفر است. در این حالت جزء تصادفی یا غیرساختاری متغیر ظاهر میشود - حسنی پاک، . - 1377
- 4 روش ارزیابی صحت
برای بررسی دقت روشهای میانیابی و انتخاب بهترین آنها روشهای مختلفی وجود داردکه یکی از مهمترین این روشها تکنیک اعتبارسنجی حذفی میباشد. این تکنیک بر این اساس است که هر بار یک نقطه مشاهدهای به طور موقت حذف شده و برای آن از روی نقاط همجوار مقداری برآورد میگردد، سپس مقدار حذف شده به جای خود برگردانده شده و برای بقیه نقاط شبکه به به صورت مجزا این براورد صورت میگیرد. معیارهای گوناگونی برای این کار وجود دارد که میتوان به ریشه دوم میانگین مربع خطا - - RMSE ، میانگین خطا - - ME، میانگین استاندارد شده خطا MSE - - ، ریشه مربع میانگین خطای استاندارد شده - - RMSSE، ضریب تعیین مقادیر مشاهدهای و برآوردی - - R2 و ضریب همبستگی مقادیر مشاهدهای و برآوردی - R - اشاره کرد.
- 5 نتایج
-1-5 نتایج مربوط به نرمال بودن دادهها
برای بررسی نرمال بودن دادهها از آزمون کولموگراف اسمیرنوف استفاده شد. نتایج این آزمون نشان داد که تمامی پارامترها دارای توزیع نرمال میباشند. جدول 1 آنالیز آماری پارامترهای اندازهگیری شده را نشان میدهد.
