پایش تغییرات سطح آب زیرزمینی با استفاده از ماهوارهGRACE و GLDAS در استان کرمانشاه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

چکیده

پایش آبهای زیرزمینی از دیرباز به عنوان یکی از منابع اصلی تامین آب کشاورزی مورد توجه بوده‌است. در این راستا برداشت بی رویه از این منبع خدادادی و نیز احداث چاه‌های غیرمجاز و کمبود بارشها سبب افت سطح آب در بسیاری از آبخوان‌های کشور شده‌است. دشت‌های استان کرمانشاه با داشتن شرایط آب و هوایی خوب و خاک حاصلخیز از قطبهای کشاورزی و باغداری ایران است. از اینرو در این پژوهش داده‌های چاه‌های پیزومتری  در دوره 1360-1397و داده‌های ماهواره GRACE با رزولوشن یک درجه در دوره 2002 تا 2020 با روش‌های JPL,GFZ و CSRبرای بررسی تغییرات سطح آب زیرزمینی آبخوان‌های استان کرمانشاه‌ استفاده‌گردید. مقدار رطوبت خاک، آب حاصل از پوشش گیاهی و آب حاصل از ذوب برف با استفاده از ماهوارهGLDAS با وضوح یک درجه از محیط محاسبات ابری گوگل ارث اینجین استخراج گردید. نقشه‌های پهنه‌بندی کلیه آبخوان‌های استان برای سالهای 1395 و 1397 با روش کریجینگ در نرم‌افزار ARC GIS رسم‌گردید که نتایج نشان داد تعدادی از آبخوان‌ها از جمله حسن آباد- شیان و سنجابی و دینه‌ور در شرایط بحرانی هستند. داده‌های درازمدت ماهانه و سالانه تراز آب آبخوان‌ها برای دشتهای مختلف با توجه به مساحت‌های موثر آنها نیز به روش تیسن محاسبه و نمایش داده شده‌است. نقشه تغییرات رطوبت خاک، تبخیر-تعرق واقعی، بارش تجمعی استان کرمانشاه توسط ماهوارهTERRA که دارای رزولوشن 04/0 معادل تقریبا 4 کیلومتر در 4 کیلومتر است استخراج گردید که تغییرات این پارامترها را در دسامبر 2019 نشان می‌دهد. مقادیر تغییرات سطح آب‌زیرزمینی TWS با کسر مقادیر رطوبت خاک، آب حاصل از پوشش گیاهی و آب حاصل از ذوب برف در مقابل داده‌های مشاهداتی آبخوان رسم‌گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Monitoring of Groundwater Level Changes Using GRACE and GLDAS Satellites in Kermanshah Province

نویسنده [English]

  • Maryam Hafezparast
Assistant professor of water engineering department, Faculty of science and agricultural engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Groundwater monitoring has long been considered as one of the main sources of agricultural water supply. . In this regard, indiscriminate harvesting of this God-given resource, as well as the construction of unauthorized wells and lack of rainfall have caused the water level to drop in many aquifers of the country. The plains of Kermanshah province with its good climate and fertile soil are the agricultural and horticultural hubs of Iran. Therefore, in this study, piezometric well data in the period 1360-1397 and GRACE satellite data with a resolution of one degree in the period 2002 to 2020 with JPL, GFZ and CSR methods were used to study the changes in groundwater levels of aquifers in Kermanshah province. The amount of soil moisture was extracted from Google Earth Engine cloud computing environment using GLDAS model with a resolution of one degree. Zoning maps of all aquifers in the province for the years 1395 and 1397 were drawn by kriging method in ARC GIS software. The results showed that a number of aquifers, including Hassanabad-Shian, Sanjabi and Dinehvar are in critical condition. Long-term monthly and annual water level data of aquifers for different plains according to their effective areas have also been calculated and displayed by Thissen method. The map of changes in soil moisture, actual evapotranspiration, and cumulative precipitation in Kermanshah province was extracted by TERRA satellite with a resolution of 0.04 degrees equivalent to 4 km by 4 km, which shows the changes in these parameters in December 2019. The values ​​of TWS groundwater level changes were plotted by subtracting soil moisture values ​​against the aquifer observational data and the changes in groundwater level decreasing trend in Kermanshah province indicate a decrease of -1.5 cm and -3.8 cm in the period 2002 to 2016 by GRACE satellite and observational values respectively While from 2016 to 2020, groundwater level changes have been increasing.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • changes in groundwater level
  • GRACE Satellite
  • GLDAS model
  • Google Earth Engine
  • Zoning
اشرف زاده افشار، عجودکی، غ., شریفی، م.1395. ارزیابی منابع آب‌های زیرزمینی ایران با استفاده از داده‌های ماهواره ثقل سنجی GRACE، مجله علوم و فنون نقشه برداری، دوره چهارم، شماره 5، صفحه 73 - 84.
افتخاری، م.، مددی، ک.، اکبری، م. 1398. پایش نوسان آبخوان دشت بیرجند با تصویرهای ماهواره ِیی گریس و تحلیلهای مکانی gis . دوره 32، شماره 4، شماره پیاپی 125، پژوهش‌های آبخیزداری، صفحات65-51
 
انتظاری، س و رحیم‌زادگان، م.1396. بررسی تغییرات آب های زیرزمینی با استفاده از داده های ماهواره GRACE،چهارمین کنفرانس بین المللی فناوری های نوین در مهندسی عمران،معماری و شهرسازی،تهران
 
خبازی، م و صفایی، ا.1395. بررسی روند تغییرات سطح آب های زیرزمینی در دشت سنجابی استان کرمانشاه با استفاده از روش زمین آمار،ششمین همایش سراسری کشاورزی و منابع طبیعی پایدار، تهران
 
فرجی، ز.، کاویانی، ع.، اشرف زاده، ا. 1396. ارزیابی داده‌های ماهواره GRACE در برآورد تغییرات روش‌های سطح آب زیرزمینی در استان قزوین، اکوهیدرولوژی،دوره چهارم شماره (2)،
476-463
ملکی، ا,. رحمتی خورشیدی م. 1396. ارزیابی اثرات طبیعی و انسانی انتقال آب سد گاوشان بر دشت میان دربند در استان کرمانشاه. جغرافیای طبیعی، دوره سوم ، شماره(10). 31-44
 
نبوی، س.، علیزاده، ا.، فرید حسینی، ع. 1399. 'ارزیابی منابع آب زیرزمینی با استفاده از داده‌های ثقل سنجی ماهواره‌ای GRACE (مطالعه موردی: خراسان رضوی)، نشریه آبیاری و زهکشی ایران، دوره چهاردهم، شماره (3). 866-855.
 
نیکزاد، م.، مرادی، ح.، جلیلی، خ. 1397. 'برآورد تغییرات زمانی و مکانی سطح ایستابی آبخوان‌ دشت بیستون استان کرمانشاه با روش‌های زمین‌آماری', نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران ، دوره هشتم، شماره(4)، صفحات 79-92
 
Aldaya, M. Eating ourselves dry. Nature 543, 633–634 (2017). https://doi.org/10.1038/543633a.
 
Abou Zaki, N.; Torabi Haghighi, A.; M. Rossi, P.; J. Tourian, M.; Kløve, B. Monitoring Groundwater Storage Depletion Using Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) Data in Bakhtegan Catchment, Iran. Water 2019, 11, 1456.
 
Arast M, A Ranjbar, S. H Mousavi, Kh Abdollahi, and A Honarbakhsh .2020. Relationship between groundwater level variations using Grace satellite data and rainfall. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Water Management. 173:4, 189-198
 
Banerjee D C and Kumar N .2018. Assessment of Surface Water Storage trends for increasing groundwater areas in India. Journal of Hydrology, 562:780-788, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.05.052
 
Bhanja S.N and Mukherjee, A. Validation of GRACE based groundwater storage anomaly using in-situ groundwater level measurements in India. J. Hydrol. 2016. 543, 729–738.
Bhanja, S.N., Mukherjee, A., Saha, D., Velicogna, I. and Famiglietti, J.S. 2016. Validation of GRACE based groundwater storage anomaly using in-situ groundwater level measurements in India. Journal of Hydrology. 543. Part B:729-738
 
Castellazzi P. Longuevergne L. Martel R. Rivera A. Chaussard E .2018. Quantitative mapping of groundwater depletion at the water management scale using a combined GRACE/InSAR approach. Remote Sensing of Environment, 205:408-418, https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.11.025
 
Chinnasamy P and Sunde MG.2015. Improving spatiotemporal groundwater estimates after natural disasters using remotely sensed data—A case study of the Indian Ocean Tsunami. Earth Science Informatics, 9(1):101-111, https://doi.org/10.1007/s12145-015-0238-y.
 
Khaki M. Awange J. Forootan E. Kuhn M .2018. Understanding the association between climate variability and the Nile's water level fluctuations and water storage changes during 1992–2016. Science of The Total Environment, 645(15):1509-1521, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.212
 
Moghim, S. Assessment of Water Storage Changes Using GRACE and GLDAS. Water Resources Management 34, 685–697 (2020). https://doi.org/10.1007/s11269-019-02468-5
 
Nie N, ZhangW, Chen H et al (2018) A global hydrological drought index dataset based on gravity recovery and climate experiment (GRACE) data. Water Resources Management 32:1275–1290
 
Singh. A.K., Tripathi. J.N., Kotlia. B.S., Singh. K.K., Kumar.A.2019. Monitoring groundwater fluctuations over India during Indian Summer Monsoon (ISM) and Northeast monsoon using GRACE satellite: Impact on agriculture. Quaterenary International, 507:342-351.https://doi.org/10.1016/j.quaint.2018.10.036
 
Scanlon, B. R., L. Longuevergne, and D. Long .2012. Ground referencing GRACE satellite estimates of groundwater storage changes in the California Central Valley, USA, Water Resources Research., 48, W04520, doi: 10.1029/2011WR011312.
 
Skaskevych, A .2014. A Comparison Study of Grace-Based Groundwater Modeling for Data-Rich and Data-Scarce Regions, Ms.C Thesis. Department of Geosciences. University of Missouri--Kansas City
 
Sun Z .Zhu X .Pan Y .Zhang J .Liu J .2018. Drought evaluation using the GRACE terrestrial water storage deficit over the Yangtze River Basin, China. Science of the Total Environment, 634(1):727-738, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.292
 
Zaki, N.A., Haghighi, A.T., Rossi, P.M., Tourian, M.J. and Kløve, B. 2018. Monitoring groundwater storage depletion using gravity recovery and climate experiment (GRACE) data in the semi-arid catchments. 11.1456
 
Zhou J .Sun H .Xu J .Zhang W .2016. Estimation of local water storage changes by space- and ground-based gravimetric. Journal of Applied Geophysics, 131:23-28, https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2016.05.007