بخشی از مقاله
چکیده
به علت آب و هوای خشک و بیابانی، استان قم دارای محدودیتهای منابع آبی میباشد. همچنین وجود دریاچه نمک و سازندهای مارنی و نمکی در دشت، کیفیت منابع آب را تحت تاثیر قرار داده است.به علت دورههای خشکسالی و کاهش تغذیه آبخوان در این دشت، سطح آب زیرزمینی به طور مداوم کاسته شده است. این امر باعث هجوم آبهای شور به آبخوان شده و کیفیت بخشهایی از دشت را کاهش داده است. در فرآیند توسعه پایدار، حفاظت کمی و کیفی از منابع آب زیرزمینی، کاهش یا رفع آلودگی و در نهایت مدیریت مطلوب این منابع بدون شناخت رفتار این منابع عملی نیست.
هدف این تحقیق بررسی تغییرات مکانی و زمانی شوری آب زیرزمینی در دوره چهار ساله میباشد. لذا برای نیل به این هدف با استفاده از روش کریجینگ در محیط نرم افزار ArcGIS نقشههای شوری آب زیرزمینی در سالهای 1390 و 1394ترسیم شد. تفاضل نقشههای تولیدی در بازه زمانی مذکور، تغییرات زمانی و مکانی شوری را نشان داده که نتایج حاکی از گسترش شوری به سمت مرکز استان که شامل بخشهایی از محدودههای شریف آباد و ساوه میباشد.
مقدمه
بررسی منابع آب کشور نشان میدهد که حدود 30 درصد آن را منابع آب زیرزمینی تشکیل میدهد، در حالی که در شرایط موجود، سهم آبهای زیرزمینی از کل مصارف آب متجاوز از 50 درصد است.[1] علی رغم چنین اهمیتی که منابع آب زیرزمینی در تامین آب کشور دارد، بهره برداری بیرویه از این منابع طی چند دههء اخیر، صرف نظر از محدودیتهای کمی، موجبات بروز محدودیتهای کیفی نیز شده است.
در فرآیند توسعه پایدار، حفاظت کمی و کیفی از منابع آب زیرزمینی، کاهش یا رفع آلودگی و در نهایت مدیریت مطلوب این منابع بدون شناخت رفتار این منابع در ارتباط با نحوه بهرهبرداری ها، آلودگیها و تغییرات زمانی کمی و کیفی آن عملی نیست. لازمه این امر جمع آوری داده، در مکانها و زمانهای مختلفی است که نیاز به صرف هزینه و امکانات زیادی دارد. در چنین مواردی استفاده از روشهای زمین آماری به دلیل ارائه ساختار فضایی و مکانی بین دادهها میتواند مفید واقع شود. امروزه روشهای زمین آماری علی رغم پیچیدگی آنها به دلیل کاربرد نرمافزارهای کامپیوتری قوی نظیر-GS + و GIS در شاخههای مختلف علوم خصوصا علوم محیطی و منابع طبیعی کاربرد فراوانی دارند.[2]
در اواخر قرن 20، پیشترفت علوم محاسباتی و تئوری احتمال، منجر به توسعه روشهای زمین آماری برای توصیف پدیدههای ناهمگن گردید. این روشها سیستمهای طبیعی را به عنوان مفاهیم ریاضی از فرآیندهای تصادفی بررسی میکنند.[3] در سال 1990 میلادی نتایج حاصل از تخمین سطح ایستابی به روش زمینآمار که برای بهینه کردن شبکههای پایش در کشور مراکش انجام شده بود، ارائه گردید. این نتایج حاکی از برتری روشهای زمینآماری بر روشهای مبتنی بر آمار کلاسیک بود.[4]
نیمتغییرنمای تجمعی که از تکنیک کریجینگ برای تهیه نقشه تغییرات، استفاده میکند، برای ترسیم تغییرات ذخیره، قابلیت نفوذپذیری، سطح آب، کل جامدات محلول و سرعت جریان آب زیرزمینی به کار گرفته شده است. نتایج نشان داده است که نیمتغییرنمای کلاسیک توانایی محاسبه تغییرات مکانی را در آبخوان Wasia را نداشته است. نیمتغییرنمای تجمعی در بررسی تغییرات مکانی بیشتر موثر بوده است.[5]
تکنیک زمین آمار ابزار مفیدی برای طراحی شبکه نمونهبرداری در آب زیرزمینی میباشد. این روش دارای فرآیندی برای انتخاب بهترین نقطه نمونهبرداری میباشد. مانند آنالیز کاهش واریانس، ردهبندی میانه و ردهبندی ریسک. آنالیز کاهش واریانس مقدار دقت را تخمین میزند در حالی که ردهبندی میانه تخمین مقدار و ردهبندی ریسک، مقایسه دو فرآیند مذکور را بر عهده دارد. این فرآیند برای طراحی شبکه پایش کیفیت آب زیرزمینی کمعمق در ناحیه Georgia استفاده گردید.[6]
در سال 2002 در ایالت کلرادوی آمریکا برای بالا بردن دقت در تخمین و شبیهسازی دادههای موثر بر جریان آب زیرزمینی از روشهای زمینآماری استفاده شده است. نتایج حاکی از این است که با استفاده از روشهای زمینآماری مانند - Sample Kriging - SK و - Ordinary Kriging - OK معمولا علاوه بر بالا رفتن دقت در تخمین دادهها میتوان از تعداد کمتر نمونهبرداری نیز استفاده کرد و نمونهبرداریها معمولا مختصر ولی دقیق هستند. در این دو روش نیز روش SK توانسته است نتایج موثرتری را در شبیهسازی دادهها ارائه دهد.[7] سکوتی و همکاران [8] - 1386 - برای برآورد شوری خاک و تهیه نقشه پراکنش شوری خاک، از روشهای کریجینگ، کوکریجینک و میانگین متحرک وزندار در محیط GIS استفاده نمود. نتایج به دست آمده نشان داد که روش کریجینگ با ضریب همبستگی 0/98 و نیم تغییرنمای مدل گوسی از دقت بالایی برای برآورد مقادیر شوری در نقاط فاقد اطلاعات برخودار است.
توزیع مکانی و زمانی شوری آبهای زیرزمینی طی سالهای 2010-2004 با استفاده ArcGIS و کریجینگ معمولی برای هر سال پهنهبندی شد و با روش کریجینگ شاخص مناطق آسیبپذیر مشخص گردید .[9] همچنین از این تکنیک برای شناسایی مناطق آلوده در مازندران استفاده شد .[10] امروزه علاوه بر دقیق نبودن اطلاعات موجود برای استفاده در مدلها، کمبود دادهها در بعضی از مناطق نیز مزید بر علت شده است. لذا برای تخمین درستتر پارامترها و در نتیجه، کارایی بیشتر مدلها میتوان از روشهای زمینآمار استفاده نمود. هدف از این مقاله بررسی روند شوری در سالهای اخیر در استان قم میباشد.
مواد و روشها منطقه مورد مطالعه
مساحت استان قم 11238کیلومتر مربع و معادل 0/68درصد از مساحت کل کشور است که61درصد ازمساحت آندشت و بقیه ارتفاعات است. استان قم بخشی از حوضه آبریز اصلی دریاچه نمک است که دارایسه حوضه آبریز درجه یک به نام های قمرود ، قره چای و کهک - کبار و هفت محدوده مطالعاتی به نامهای قم -کهک، سلفچگان - نیزار، شریف آباد، مسیله، دریاچه نمک، علی آباد- ساوه و کاشان میباشد شکل شماره . - 1 - میانگین سالانه نزولات جوی استان 157 میلیمتر میباشد. همچنین استان در اقلیم خشک و نیمه خشک واقع شده است - بی نام، .[11] - 1395
دریاچه نمک
دادههای مورد استفاده در این تحقیق که حاصل نمونهبرداری از 62 حلقه چاه عمیق، 31 حلقه چاه نیمه عمیق،2رشته چشمه و 20 رشته قنات برای سالهای 1390 و 1394 می باشد که طبق استانداردهای صنعت آب کشور و توسط شرکت آب منطقه ای استان قم تهیه شده است. طول و عرض جغرافیایی و شوری - EC - به عنوان متغیر اولیه در نظر گرفته شده است .در این تحقیق برای رسم نقشه شوری از روش کریجینگ استفاده شد. بدین منظور با استفاده Geostatistical wizard در نرم افزار ArcGIS دادهها نرمال شده و مدل واریوگرام مناسب به ساختار فضایی، برازش شد. برای مثال، هیستوگرام دادههای شوری در سال 1390 و همچنین هیستوگرام دادههای نرمال شده در شکل - 2 - ارائه شده است. در مرحله بعد با استفاده از مدل واریوگرام و پارامترهای آن - اثر قطعهای، آستانه، شعاع تاثیر، تعداد نقاط مورد استفاده - نسبت به عملیات میانیابی اقدام گردید.
برازش مدل واریوگرام
برای تشریح ساختار مکانی یک متغیر ناحیهای از نیمتغییرنما استفاده میشود و یکی از اساسیترین ابزارها در زمین آمار میباشدو نشانگر همبستگی مکانی بین داده های اندازه گیری شده بر حسب فاصله دو نقطه است. برای یک متغیر مکانی با ساختار فضایی معین، توزیع طوری است که تشابه برای نقاط نزدیک به هم نسبت به نقاط دور از هم بیشتر است. لذا با افزایش فاصله زمانی یا مکانی بین نمونهها به حدی میرسد که از آن بعد متغیر ناحیهای در نقاط اطراف یکدیگر بر هم تاثیر چندانی ندارد و با افزایش فاصله مقدار واریوگرام افزایش یافته و بعد از فراز و نشیبهایی ممکن است به یک حد ثابت میل کند که به آن سقف واریوگرام گفته میشود.[12]
با توجه با آنکه نرمافزار ArcGIS مجموعهای از چند برنامه میباشد، در این تحقیق از برنامههای ArcCatalog وArcMap استفاده گردید. پس از اینکه اطلاعات به محیط ArcMap وارد گردید، با استفاده از برنامه Geostatisticalwizard نقشه شوری استان قم برای سالهای 1390 و 1394 ترسیم گردید.برای بررسی تغییرات شوری در دوره مذکور، لازم است نقشهی تفاضل شوری از نقشههای تولید شده، برای سالهای 1390 و 1394 به دست آید. بدین منظور نقشه شوری در هر سال به عنوان یک لایه مجزا تعریف شد، سپس در محیط ArcMap تفاضل لایههای مذکور به دست آمد.
