بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به نقش مهم آبهای زیرزمینی و به دلیل افت شدید سطح آن، پیشبینی تغییرات سطح آب زیرزمینی امری مهم در مدیریت منابع آب موجود به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد.
در این مقاله برای پیشبینی سطح آب زیرزمینی دشت کرمان در مرحلهی اول سعی شد با استفاده از روشهای آماری از بین مدل های استوکستیک بهترین روش جهت پیشبینی دادهها انتخاب شود و بعد از انتخاب مدل ARIMA - 2,1,0 - به عنوان بهترین روش در مرحلهی بعد پیشبینی تراز سطح آب تا شهریورماه سال 1391 و محاسبهی حجم آبخوان دشت کرمان با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی - ARC GIS - و مقایسه نمودارها نشان داد که سطح آب زیرزمینی دراکثر نقاط دشت به خصوص در قسمتهای غرب، مرکز و شمال غربی در حال کاهش می باشد.
میانگین تراز سطح آب در 57 پیزومتر موجود در مهر ماه 1381 برابر 1697,41 و میانگین تراز پیشبینی شده سطح آب در شهریور 1391 برابر 1686,24شد که با این وجود سرعت متوسط افت سطح آب در این مدت حدود 1,12 متر در سال می باشد.
مقدمه
آبهای زیرزمینی همواره به عنوان یکی از منابع مهم و عمده تامین آب شرب و کشاورزی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک مطرح بوده است. برداشت بی رویه از آب های زیرزمینی در بسیاری از نقاط جهان سبب افت شدید سطح آب زیرزمینی شده است. آمار ارایه شده در منابع جهانی وضع دشوار روند افت سالانه آب های زیرزمینی را نشان می دهد. پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی دشت می تواند کمک شایانی به مدیریت منابع آب زیرزمینی و برنامه ریزی و تصمیم گیری های بعدی، جهت تامین دراز مدت آب شرب، کشاورزی و صنعت نماید.
مدلسازی ریاضی به عنوان یکی از اساسیترین روش ها برای شبیهسازی زمانمند پدیده ها در علوم کاربردی و مدلسازی سریهای زمانمند استوکستیک را میتوان یکی از مهم ترین و اساسیترین فعالیتها در حوزه شبیهسازی و پیش بینی پدیده های هیدرولوژیکی نام برد. گرچه واژه استوکستیکدر آمار و ریاضی با مفهوم کاملاً تصادفی مترادف است اما در هیدرولوژی تعریف دیگری برای آن وجود دارد. این تعریف به واسطه وجود همبستگی زمانی در متغیرهای هیدرولوژیک به سریهای زمانی معروف است.
میرزایی و همکاران - - 1385 در پیشبینی وضعیت آبهای زیرزمینی دشت شهرکرد با استفاده از مدلهای سریهای زمانی و بررسی راهکارهای بهبود از مدل ARIMA برای پیشبینی نوسانات پیزومتری استفاده نمودند نشان دادند که با ادامهی این روند آبخوان شهرکرد به طور متوسط در طی سالهای آینده در هر سال 69 میلیون متر مکعب از حجم خود را از دست خواهد داد.
راماکریشنا و همکاران - 2000 - در تحقیقی تحت عنوان مدیریت و توسعه منابع آبی در منطقه کاداپای هند، کاهش ممتد سطح آب زیرزمینی، خشک شدن چاه ها و مسائل کیفیتی آب را نتیجه بهره برداری بی رویه منابع آب زیرزمینی در زمینه های کشاورزی، صنعت و تامین آب دام می دانند. نیریزی و جان پرور - 2004 - براساس مطالعاتی در دشت مشهد اعلام نمودند میزان بهره برداری از آب های زیرزمینی از سال 1350-1384 به میزان 4/6 میلیارد مترمکعب افزایش یافته و پیش بینی می شود تا سال 1399 میلادی به میزان 2/5 میلیارد مترمکعب دیگر نیز افزایش یابد.
ایزدی و همکاران - 1387 - برای پیش بینی رفتار سطح آب زیرزمینی در دشت نیشابور از مدل داده های ترکیبی به سه صورت اثرات مشترک، ثابت و تصادفی استفاده نمودند و نشان دادند که مدل داده های ترکیبی اثرات مشترک بهترین نتیجه را برای پیش بینی سطح آب زیرزمینی دارد.
نادریان فر و همکاران - 1389 - برای پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی در دشت نیشابور از مدلهای سری زمانی استفاده نمودند و برای مدل سازی، اطلاعات سطح آب زیرزمینی در طی سالهای 1376-1385 را مورداستفاده قرار دادند، سپس با استفاده از مدلهای باکس - جنکینز، هالت -وینترز و برون یابی منحنی روند، از داده های ارائه شده برای پیش بینی سطح آب زیرزمینی در 5 سال آینده استفاده کردند. در این تحقیق نتایج مدل SARIMA - 0,1,0 - * - 0,1,1 - 12 نشان داد که سطح آب زیرزمینی دشت در 5 سال آینده 3/98 متر افت خواهد داشت و نتایج حاصل از روش برون یابی منحنی روند نشان دهنده افت 4/29 متری شد.
هدف اصلی این مقاله بررسی عملکرد مدلهای ریاضی مبتنی بر مدلهای سری زمانی استوکستیک - خودبازگشتی، میانگین متحرک، میانگین متحرک خود بازگشتی و میانگین متحرک خود بازگشتی انباشته - میباشد. در این شیوه ارزیابی نتایج با عنایت به تحلیل مانده های بین مقدار مشاهداتی وشبیهسازی و آزمون همبستگی خطای ماندهها صورت میپذیرد.
مواد و روشها مشخصات منطقه
در این مقاله از آمار ماهیانه پیزومتر های دشت کرمان، از مهرماه سال 1381 تا شهریور ماه 1389 استفاده شده است. آمار مربوطه از اداره کل آب منطقه ای کرمان اخذ شد. تعداد پیزومترهای مورد استفاده 57 پیزومتر بوده که موقعیت آنها در شکل1 آورده شده است.
دشت کرمان- باغین که بخشی از حوضه آبگیر باتلاق بافق است، در جنوب شرقی ایران در مختصات جغرافیایی 56 30 تا 30 57 طول شرقی و29 50 تا 30 30 عرض شمالی واقع شده است. این دشت یک چاله ی تکتونیکی از نوع گرابن فشاری است، به گونه ای که تحت تاثیرحرکت گسل های معکوس موجود در کوه و دشت و بالا رفتن کوهستان ایجاد شده است و از شمال به رشته کوه های کلیسکی، کوه باغ بالا، کوه بندر، ابتدای دشت زرند، کوه چنار و کوه شاه مزار، کوه ریگ، از سمت چپ به کوه جوپار، کوه کله گاو و از ناحیه شرق به ارتفاعات کوه پلوار، کوه سیرچ، کوه سدو، کافر کوه، کوه بادام دره و کوه داوران و در نهایت از قسمت غرب به دشت رفسنجان محدود می شود. در جدول 1 ویژگی های کلی محدوده حوضه آبگیر دشت کرمان نشان داده شده است
جدول : - 1 - ویژگی کلی محدوده ی حوضه آبگیر دشت کرمان
شکل - : - 1 نقشه ی موقعیت پیزومترها نسبت به شهرکرمان وآبخوان دشت کرمان
شکل 2 نقشه توپوگرافی دشت مورد نظر می باشد که با استفاده از منحنی های تراز توپوگرافی منطقه رسم گردیده است. ارتفاع دشت در مرکز آن حدود 1700 متر و در حاشیه ی کوه های اطراف حدود 1950 متر می باشد. شیب دشت از جنوب به سمت شمال غرب است
معرفی روشهای مدلسازی
به منظور شناخت مدلهای ریاضی مورد استفاده در تحقیق حاضر، ذیلا به معرفی مدلهای سری زمانی استوکستیک پرداخته میشود.
مدلهای سری زمانی استوکستیک را میتوان به دودسته مدلهای ایستا و غیر ایستا تقسیم نمود. در مدلهای ایستا، مدل ترکیبی میانگین متحرک خود بازگشتی برای ARMA شناخته میشود. فراسنجهای به عنوان فراسنجهای خود بازگشتی و فراسنجهای به عنوان فراسنجهای میانگین متحرک خوانده میشوند.
در پاره ای از موارد، برخی از سریهای زمانی دارای میانگین های ایستا نمیباشند. در این حالت فرض بر آنست که برخی از خصوصیات تفاضلی این سریها ایستا باشند. مدلهای میانگین متحرک خود بازگشتی انباشته - ARIMA - از جملهاین مدلها معرفی میشوند. فراسنج P مبین میزان تفاضل خصوصیت مورد مطالعه است. قالب کلی مدلهای مورد استفاده پژوهش پیش رو برای مدلسازی رفتار جریان در جدول 2 آورده شده است. جایی که Qk معرف تراز سطح آب شبیهسازی شده پیزومتر، k زمان و N تعداد داده آماری مدل میباشد.
