بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به کاهش بارندگی در سالهای اخیر، آبهای زیرزمینی همواره به عنوان یکی از منابع مهم تأمین آب شرب و کشاورزی مطرح بوده است. بنابراین کیفیت این منابع از مواردی است که باید مورد بررسی قرار گیرد. کاتیونها و آنیونهای مختلف مخصوصاً نیترات، از جمله آلودهکنندههای منابع آب زیرزمینی است که عمدتاً در ارتباط با مناطق کشاورزی و محدودههای دفع فاضلاب میباشد از این رو لازمه هرگونه اقدام جهت کنترل و کاهش آلودگی آبهای زیرزمینی و تأثیرات آنها، آگاهی کامل از نحوه توزیع و پراکندگی آلودگیهای موجود بوده، که در اختیار داشتن چنین اطلاعاتی صرفاً از طریق نمونه برداری از چاههای بهرهبرداری منطقه مورد مطالعه و درونیابی نقاط نمونه برداری شده و انجام آنالیزهای مختلف امکانپذیر میباشد.
با توجه به افزایش حجم دادهها، ماهیت رقومی آنها، روشهای تحلیل دادههای مکانی از قبیل روشهای آماری، نمی توانند از سرعت، دقت و کارایی کافی برخوردار باشند. استفاده از علم کاوش دادهها، راه حل مناسبی برای تحلیل و استخراج اطلاعات مفید از دادههای مکانی موجود می باشد. استفاده از فناوریهای نوین از روشهایی است که میتواند تجزیه و تحلیل و دسترسی به اطلاعات زیاد و متنوع را آسانتر کند و
به این ترتیب به مدیران جهت تصمیم گیری بهینه کمک میکند. در این مطالعه زمینآمار و روشهای مختلف آن و همچنین مزیتها و محدودیتهای این روش در بررسی کیفیت آبهای زیرزمینی بیان شده است. نتایج این مطالعه نشان میدهد رویکردهای زمین آماری اگرچه ممکن پیشبینی دقیقی را در نقاط غیر نمونه فراهم نکنند، اما آنها می توانند استراتژی مناسبی برای مدیریت آب آلوده را است ترسیم نمایند، در صورتی که درست به کار گرفته شوند.
مقدمه
با توجه به کاهش بارندگی در سالهای اخیر آبهای زیرزمینی همواره به عنوان یکی از منابع مهم تأمین آب شرب و کشاورزی مطرح بوده است. بنابراین کیفیت این منابع از مواردی است که باید مورد بررسی قرار گیرد.
آبهای زیرزمینی به عنوان بخش مهمی از آبهای تجدیدپذیر جهان به حساب می آیند و در قیاس با آبهای سطحی دارای مزیتهای مختلفی مانند کیفیت بالاتر و آلودگی کمتر هستند.امروزه تأمین آب مصرفی مورد نیاز با کیفیت مناسب و عاری از هر گونه آلودگی به یکی از مهمترین چالشهای بشرتبدیل شده است، و پیرو آن اطمینان از عدم آلودگی آبخوانها که یکی از مهمترین منابع تأمین کنندهی آب شرب و کشاورزی به شمار میآیند، باید مورد توجه قرار گیرد
در دهههای اخیر رشد جمعیت و فعالیتهای صنعتی و اجتماعی، علاوه بر ایجاد مسائل زیستمحیطی دیگر، در آلودهسازی آبهای زیرزمینی نیز نقش مهمی داشته است[12] و در بسیاری از شهرهای بزرگ به دلیل استفاده روزافزون از مواد شیمیایی محلول و همچنین نشت فاضلابهای خانگی و صنعتی به داخل سفرههای آب زیرزمینی کیفیت آبهای زیرزمینی به شدت کاهش یافته است همچنین استفاده بیش از اندازه از منابع آب زیرزمینی از یک طرف و افزایش فاضلابهای کشاورزی و خانگی و نفوذ آنها به سفرههای آب زیرزمینی از طرفی دیگر، محیط زیست این منابع آبی را با خطرات زیادی از جمله شوری و نیتراته شدن آبهای زیرزمینی و افت سطح ایستابی روبرو کرده است. بنابراین ورود عناصر شیمیایی مصرفی در کشاورزی به آبهای زیرزمینی نگران کننده میباشد .
علاوه بر مسائل و مشکلات زیست محیطی، از دیدگاه زراعی و اقتصادی فرار مواد مغذی باعث کاهش کارایی در مجموعه تولید محصول می گردد .درنتیجه بیشترین خطری که آینده بهره برداری از منابع را تهدید میکند، آلودگی این منابع توسط مواد زیان آوری است که انسان به طور عمد یا غیر عمد، در نتیجه سهل انگاری و ناآگاهی وارد محیطهای طبیعی و آبهای زیرزمینی میسازد. از اینرو ایجاد یک پایگاه داده کامل شامل اطلاعاتی از چاههای موجود و موقعیت مکانی آنها و نیز اطلاعات کاملی از کیفیت آب چاههای مورد مطالعه، ضمن ایجاد مدیریت بهینه در راستای بهره برداری درست از منابع آبزیرزمینی، در حفظ محیط زیست نیز می تواند کمک شایانی برقرار نماید
استفاده از فناوریهای نوین از بهترین روشهایی است که میتواند تجزیه و تحلیل و دسترسی به اطلاعات زیاد و متنوع را آسانتر کند و به این ترتیب به مدیران جهت تصمیمگیری بهینه کمک میکند.سامانه اطلاعات جغرافیایی - GIS - به عنوان یک فناوری جدید و پویا در راستای مطالعات پایش، مدلسازیهای کمی و کیفی اهمیت زیادی پیدا نموده است.
از اینرو در این بررسی به مطالعات انجام گرفته در زمینه بررسی کیفیت آب زیرزمینی - عناصر کیفی شامل کاتیونها و آنیونهای مختلف مانند نیترات و .. - با روشهای زمین آماری می پردازیم.
آلودگی آب زیرزمینی
آلودگی آب زمانی رخ می دهد که مواد موجود در آب از مقادیر مشخص تجاوز کند. این امر می تواند بر اثر نفوذ مستقیم آلوده کنندهها به داخل آب و یا مواد آلوده کننده مانند کودهای شیمیایی به توده آبهای زیرزمینی باشد. آب های زیرزمینی مناطق شهری در معرض خطرات آلودگی ناشی از فعالیتهای انسانی قرار دارند
در چند دهه اخیر مصرف کودهای نیتروژندار بدون توجه به تأثیر آنها بر خصوصیات خاک و محیط زیست گسترش غیر قابل انکاری داشته است. با توجه به افزایش میزان تقاضا برای مصارف مختلف، مدیریت این منابع بسیار مهم میباشد. ابزارهای مدیریتی متفاوتی نیاز است تا بتوان تغییرات زمانی و مکانی آب زیرزمینی را شناسایی کرد
زمین آمار
دادههای نقطهای دادههایی هستند که در مکان یا مکانهای معینی مانند چاههای آب اندازه گیری می شوند. به منظور تهیه نقشههای توزیع مکانی و مطالعه الگوهای مکانی، داده های نقطهای طی فرآیند درونیابی به سطح تعمیم مییابند. زمین آمار فرآیندی است که در آن با استفاده از مقادیر اندازه گیری شده در نقاط معلوم، مقادیر نقاط مجهول برآورد میشود. امروزه از قابلیتهای سیستم اطلاعات جغرافیایی در درونیابی به منظور استخراج توزیع مکانی متغیرهای هواشناسی و هیدرولوژیکی در قالب شبکه های سلولی و یا مدلهای برداری استفاده می گردد.
به طور کلی روشهای زمین آماری به دو منظور استفاده میشوند:
-1توصیف الگوهای مکانی و درونیابی کردن مقدار اولیه متغیر در مکان های بدون نمونه برداری
2 -مدل عدم قطعیت یا خطا از سطح برآورد شده
مزایای زمین آمار
این روش به ویژه زمانی که ویژگی مورد مطالعه مطابقت با آن چه در واقعیت زمینی دیده میشود ندارد، مفید می-باشد. نتایج به صورت منحنیهای هم ارزش نمایش داده می شود. در حقیقت این روش بر مبنای پیوسته بودن محیط و تغیرات تدریجی در آن استوار است، بر خلاف آن چه در نقشه برداری مرسوم دنبال می شود تا شرایط و ویژگیها را بر اساس فردیتشان تمایز دهند و به صورت مکانی از یکدیگر جدا کنند.
بعضی افراد بر این عقیده هستند که تنها زمین آمار یک روش آماری صحیح در نقشه برداری است. در این روش روابط مکانی بررسی و مطالعه می گردد. در حالی که در روش آماری مرسوم متغیرها به صورت مستقل در نظر گرفته میشوند و نمونهها یا نقاط به صورت تصادفی انتخاب می شوند. اما این بیانگر آن نیست که ارزشهای مختلف یک متغیر تصادفی هیچ ارتباط و اثری بر سایر متغیرها ندارد.
همچنین در این روشها امکان ارزیابی مدل وجود دارد و واریانس تخمین کم یا نزدیک به صفر است.
محدودیت های روش
- 1 زمین آمار نیز بدون ضعفهای تئوری نیست. این روش نیز مانند روشهای آماری فرضیههای مختلفی را در ارتباط با متغیر بیان میکند. به ویژه این روش بر مبنای مشابه بودن تغییر پذیری در بخشهای مختلف منطقه است که این تقریباً همواره نادرست است. برای حل این مسئله و جلوگیری از سادهسازی بیش از حد، نوع خاصی از کریجینگ استفاده میگردد.
- 2 هر جا پیوستگی وجود نداشته باشد، زمین آمار کاربرد پیدا نمیکند. زیرا این روش بر اساس پیوستگی بنا نهاده شده است.
- 3 اطلاعات زیادی لازم است، زیرا باید حداقل 150 تا 200 نقطه مشاهده ای در نظر گرفته شود.
روشهای میانیابی
روشهای درونیابی شامل توابع کلاسیک و توابع زمین آماری که در اینجا کاربردیترین روشهارا که معمولاً در بررسی کیفیت آبزیرزمینی از آنها استفاده میشود، را به اختصار توضیح میدهیم.
روشهای درونیابی شامل توابع کلاسیک شامل: تابع وزنی فاصله معکوس1، روشهای چند جملهای، spline، روش مثلث بندی نامنظم
روشهای زمین آماری: کریجینک، کوکریجینگ
روش :IDW در روش IDW برای هر یک از نقاط اندازهگیری، وزنی بر اساس فاصله بین آن نقطه تا موقعیت نقطه مجهول در نظر میگیرند. سپس این اوزان توسط توان وزندهی کنترل میشود، به طوری که توانهای بزرگتر اثر نقاط دورتر از نقطه مورد برآورد را کاهش داده و توانهای کوچکتر وزنها را به طور یکنواخت تری بین نقاط همجوار توزیع میکنند. البته باید توجه داشت که این روش بدون توجه به موقعیت و آرایش نقاط، فقط فاصله آنها را در نظر می گیرد، یعنی نقاطی که دارای فاصله یکسانی از نقطه برآورد هستند دارای وزن یکسانی میباشند ، توان وزندهی به گونهای است که تغیرات آن باعث قابلیت انعطاف روش IDW میشود به گونه ای که با نزدیک شدن این پارامتر به صفر تخمینگر IDW رفتاری شبیه میانگین حسابی و با افزایش بیش از حد آن رفتاری شبیه چند ضلعی تیسن از خود نشان میدهد.
