رابطه بین خشکسالی هواشناسی و کیفیت آب زیرزمینی در اقلیم‌های خشک و نیمه خشک (مطالعه موردی: استان اصفهان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه احیای مناطق خشک و کوهستانی دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

10.22125/iwe.2020.114970

چکیده

در پژوهش حاضر جهت بررسی تاثیر تغییرات بارش بر کیفیت آب زیرزمینی در اقلیم خشک و نیمه­خشک استان اصفهان، 6 حوضه و ایستگاه‌های هواشناسی انتخاب گردید و از داده­های 72 ایستگاه هواشناسی استان اصفهان در دوره آماری 1392-1382 و  داده های 350 حلقه چاه مشترک برای بررسی تغییرات کیفیت آب زیرزمینی استفاده شد. سپس با بررسی داده‌های کیفی، پایین‌ترین داده‌های پارامترهای EC، Ca،  Mg، pH،  Na، Cl، در نرم افزار Excel ثبت و در محیط نرم‌افزار ArcGIS فراخوانی و پهنه‌بندی تغییرات صورت گرفت. در بررسی خشکسالی هواشناسی نیز از بارندگی ماه شهریور به عنوان نماینده خشک­ترین ماه استان اصفهان، به کمک نرم افزارDIP، آنالیز سری زمانی 6، 12، 18 و 24 ماهه انجام شده و سری زمانی دارای بیشترین همبستگی در پهنه­بندی­ها مورد استفاده قرار گرفت. سپس سری زمانی دارای همبستگی در شش زیر حوضه مطالعاتی در نرم‌افزار ArcMap پهنه­بندی گردید. نتایج مطالعه در ارزیابی همبستگی بین خشکسالی هواشناسی و کیفیت آب زیرزمینی، با روش آماری پیرسون، در سری زمانی 18 ماه همبستگی مثبت نشان داد. در حوضه­های مورد مطالعه روند منفی بارش، روند مثبت شوری، کلسیم، منیزیم، اسیدیته، کلر و سدیم در آب زیرزمینی از حوضه­های غربی به سمت حوضه­های شرقی­تر مشاهده می­شود. نتایج نشان می­دهد که حداقل تغییرات میلی­متری در بارندگی از یک حوضه به حوضه دیگر در استان اصفهان، کیفیت آب زیرزمینی را در هر یک از شش حوضه  تحت تاثیر قرار می­دهد و در پی رخداد خشکسالی کیفیت آب زیرزمینی روند نزولی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Relation between Meteorological Drought and Groundwater Quality in Arid and Semi-arid Climate (Case Study: Isfahan Province)

نویسندگان [English]

  • Marjan Talebiniya
  • Hassan Khosravi
Department of Arid and Mountainous Regions Reclamation, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, for study the effect of rainfall changes on groundwater quality in dry and semi-arid climate of Isfahan province, six basins with high concentration of wells and meteorological stations were selected. Data from 72 meteorological stations of Isfahan province during the statistical period of 2003-2013 and data from 350 wells were used to study the changes in groundwater quality. Subsequently, data with the lowest quality of EC, Ca, Mg, pH, Na, Cl parameters were recorded in Excel software, and ArcGIS software and the changes were zoned. In studying the meteorological drought, rainfall of September as the representative of the driest months of Isfahan, DIP software, analysis of time series 6, 12, 18 and 24-month and the time series with the highest correlation in the zonation were used. Then a correlation time series was zoned in different sections of the six study basins in ArcMap software. The results of Pearson statistical method showed a positive correlation between the drought of meteorology and groundwater quality in the 18-month time series. In summary, with the negative trend of precipitation, the positive trend of salinity, calcium, magnesium, acidity, chlorine and sodium in groundwater was observed from the western areas to the eastern regions. The results show that the minimum variation of millimeters in rainfall from a basin to another basin in Isfahan province affects groundwater quality in each of the six basins and leads to a downward trend in groundwater quality following drought events.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • zonation
  • Rainfall changes
  • Pearson Method
  • time series
  • Correlation
آذره، ع.، ن. رفیعی سارودی، ع. نظری سامانی، ر. مسعودی و ح. خسروی. 1394. مطالعه تغییرات فضایی و زمانی آب­های زیرزمینی در دشت گرمسار. مجله مدیریت بیابان، شماره 3، ص 20-11.
آل بوعلی، ع.، ر. قضاوی و ج. ساداتی نژاد. 1395. بررسی اثرات خشکسالی بر منابع آب زیرزمینی با استفاده از شاخص SPI (مطالعه موردی، دشت کاشان). مجله علمی پژوهشی مهندسی اکوسیستم بیابان، سال پنجم، شماره 10، ص 13-22.
احمدی، س. ح. و الف. صدق آمیز. 1386. تجزیه و تحلیل زمین شناسی تغییرات آب زیرزمینی. نظارت و ارزیابی محیط زیست، شماره 129، جدل 1-3، ص 294-277.
اژدری، ک.، غ و الف. کاظمی. 1393. تغییرات کیفیت و کمیت آب زیرزمینی در شاهرود، شمال شرق ایران. مجله هیدروژئولوژی، شماره 22، جلد 2، ص 480-469.
اکبری، م.، م. اونق، ح. عسگری، الف. سعدالدین و ح. خسروی. 1395. نظارت بر خشکسالی تحت تاثیر تغییرات آب و هوایی به کم شاخص های SPI و RDI (مطالعه موردی: مناطق نیمه خشک در غرب استان گلستان). شماره 4، جلد 4، ص 1585- 1602.
خسروشاهی، م. 1386. شاخص های مهم بیابانزایی و معرفی پایگاه های تحقیقاتی مرتبط. مجله فصلی جنگل و مرتع، سازمان جنگل ها، مدیریت مرتع و آبخیزداری، شماره 74، ص 22-18
زینالی، ب.، م. فریدپور و ص. اصغری سراسکانرود. 1395. بررسی تاثیر خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی بر ویژگی های کمی و کیفی آب های زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت مرند). پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، سال 7، شماره 14، ص 177-187.
شمسایی، الف. 1381. هیدرولیک جریان آب در محیط متخلخل، بخش هیدروگراف واحد سفره های آب زیرزمینی. (جلد دوم) مهندسی آب­های زیرزمینی، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، ص560.
قضاوی، ر. و م. رمضانی سربندی. 1396. بررسی تاثیرات تغییرات میزان بارش و برداشت از آب­های زیرزمینی بر تغییرات کمی و کیفی آب آبخوان (مطالعه موردی: دشت رفسنجان). هیدروژئومورفولوژی، دوره 3،‌ شماره 12، ص 111-129.
طالبی نیا، م.، غ. زهتابیان، آ.  ملکیان و ح.  خسروی. 1395. بررسی کیفیت آب زیرزمینی دشت سگزی برای مصارف شرب. مجله تحقیقات بین المللی علوم کاربردی و علوم پایه، شماره 5، جلد 10، ص 544-538.
ظهرابی، ص.، م. طالبی نیا و خ.  آبخیزی. 1396. مقایسه کیفیت آب زیرزمینی استان اصفهان برای آبیاری بارانی و تحت فشار. کنفرانس بین المللی مدیریت منابع طبیعی در کشور های درحال توسعه، دانشگاه تهران.
مرکز مطالعات منابع آب (تماب)، 1397.
سلطانی گردفرامرزی، م.، غ. مظفری و ش.، شفیعی، 1397. تحلیل اثرات خشکسالی های اقلیمی اخیر بر میزان شوری آب­های زیرزمینی با استفاده از روش های زمین آماری و GIS در دشت یزد- اردکان. فصلنامه علمی- پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، دوره 27. شماره 106، ص 179-200.
طباطبایی، م.، غ. زهتابیان، م. رحیمی، ح. خسروی و ش. نیکو. 1393. تجزیه و تحلیل کمی وکیفی آب های زیرزمینی و ناهنجاری های آب و هوایی موثر بر روند بیابان زایی در گرمسار. مجله مطالعات جغرافیایی مناطق خشک. دوره 3، شماره 3، ص 68-55.
فاریابی، م. و ج. مظفری زاده. 1396. تاثیر خشکسالی بر کمیت و کیفیت منابع آب زیرزمینی دشت بوشکان. چهاردهمین همایش ملی آبیاری و کاهش تبخیر. کرمان.
کارآموز، م و ش. عراقی‏نژاد. 1389. هیدرولوژی پیشرفته، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 460 ص.
کیانی، ع. و م. خوش روش. 1390. آب و امنیت غذایی. مجله علمی تخصصی کشاورزی، سال31، شماره 215.
مظفری، ع.، غ. خسروی، ی. عباسی و ف. توکلی. 1390. ارزیابی روش های زمین‌آماری برای شاخص های تحلیل فضایی SPI و  EDI. مجله جهانی علوم کاربردی، دوره 4، 482-474.      
Abramowitz, M., I. A. Stegun. 1965. Handbook of mathematical functions: with formulas, graphs, and mathematical tables (Vol. 55). Courier Corporation.‏  
Bahrami, M., Bazrkar, S. and Zarei, A.R. 2018. Modeling, prediction and trend assessment of drought in Iran using standardized precipitation index. Journal of Water and Climate Change, 10(1), 181-196.
Barker, L.J., J. Hannaford, A.  Chiverton, C.  Svensson. 2016. From meteorological to hydrological drought using standardised indicators. Hydrol. Earth Syst. Sci. 20 (6), 2483–2505.
Hayes, M.J., M.D. Svobada, D.A. Wilhite, O.V. vanyarkho. 1999. Monitoring the 1996 Drought using the standardized precipitation index. Balltin of the American Meteorological society, 80, 429- 438.
Huang, S., Q. Huang, J. Chang, G. Leng. 2016. Linkages between hydrological drought, climate indices and human activities: a case study in the Columbia River basin. International Journal of Climatology, 36(1), 280-290.
Khosravi, H., Sajedi Hosseini, F., Nasrollahi, M., & Gharechaee, H. R. (2017). Trend analysis and detection of precipitation fluctuations in arid and semi-arid regions. Desert, 22(1), 77-84.
Kundzewicz, Z. W. 2004. Searching for change in hydrological data. Hydrological Sciences Journal/Journal des Sciences Hydrologiques, 49(1), 3-6.
Kundzewicz, Z., A.J. Robson. 2004. Change detection in hydrological records-a review of the methodology. Journal of Hydrology Science, 49, 7–19.
Lorenzo-Lacruz, J., C. Garcia, E. Morán-Tejeda. 2017. Groundwater level responses to    precipitation variability in Mediterranean insular aquifers. Journal of Hydrology, 552, 516-531.                                
McKee, T.B., N.J. Doesken, J. Kleist. 1993. January. The relationship of drought frequency and duration to time scales. In Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology, 17(22), 179-183.
Pawar, S., B. Panaskard, V. M. Wagh. 2014. Characterization of groundwater using water quality index of solapur industrial, (case study: Maharashtra, INDIA). International journal of Research in Engineering &Technology, 2(4), 31_36.
Porter, T.M. 2010. Karl Pearson: The scientific life in a statistical age. Princeton University Press.
Ranjpisheh, M., Zehtabian, G.R. and Khosravi, H., 2018. Assessment of drought and landuse changes: Impacts on groundwater quality in Shabestar basin, North of Lake Urmia. Desert, 23(1), 9-19.
Shayan Nejad, M., Ebrahimzadr, Z., Javaheri, M., Zamani, N., Eslamian, S. 2017. Evaluation of Groundwater Quality for Industrial Using GIS in Mountainous Region of Isfahan Province, Koh-Payeh, Isfahan, Iran. International Journal of Constructive Research in Civil Engineering (IJCRCE). 3(3), 37-24.
Zengchao, H.., AghaKouchak, A. 2013. Multivariate Standardized Drought Index: A parametric multi-index model. Advances in Water Resources, 57, 12–18.