مقایسه چند روش درون یابی مکانی و انتخاب مناسب ترین روش برای پهنه بندی نیترات و فسفات در آب زیرزمینی شهرکرد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علوم خاک، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه شهرکرد

2 گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی،دانشگاه شهرکرد، ایران،

3 دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، ایران

4 دانشیار گروه مهندسی آب ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد

چکیده

انتخاب و به کارگیری روش درون­یابی مناسب می­تواند منجر به تولید نقشه­هایی دقیق­تر و صحیح­تر گردد.  هدف از انجام این پژوهش تعیین مناسب­ترین روش درون­یابی از بین انواع کریجینگ،  وزن دهی معکوس فاصله (با توان­ 1 تا ۴) و انواع کوکریجینگ جهت پهنه­بندی و نقشه­کشی مولفه­های نیترات و فسفات در آب­ زیرزمینی دشت شهرکرد بود.  برای این منظور از داده‏های غلظت نیترات و فسفات 97 حلقه چاه کشاورزی دشت شهرکرد استفاده شد.  در  روش­ کریجینگ معمولی نیترات، مقدار R2حداقل99/0، mg/L  1 RMSE< و  mg/L  1/0ME<  و در پهنه­بندی فسفات به روش کریجینگ معمولی مقدار R2 نزدیک به واحد،01/0 RMSE= و ME نزدیک به صفر به دست آمد. کارآیی روش وزن دهی معکوس فاصله در پهنه­بندی نیترات و فسفات ضعیف­تر از کریجینگ بود و با افزایش توان روش معکوس فاصله مقدار R2 کاهش و مقدار RMSE افزایش یافت. با این حال توان 1 معکوس فاصله را در شرایطی می‏توان جایگزین کریجینگ کرد. در پهنه بندی نیترات یا فسفات روش کوکریجینگ با استفاده از یکدیگر به عنوان متغیر کمکی ارزش هزینه آن را ندارد.نقشه­های حاصل از ویژگی­های تغییر نمای منتخب و روش کریجینگ معمولی برای  نیترات و فسفر نشان داد میزان آلودگی آب زیرزمینی شهرکرد به این دو آلاینده از شمال به جنوب دشت روبه افزایش است. همخوانی خلاصه­ی آماری مشاهدات با خلاصه­ی آماری نقشه­ها که به روش کریجینگ تولی شده بودند دقت خوب این روش را نشان داد.  در مجموع استفاده از روش کریجینگ معمولی به دلیل دقت بیشتر، محاسبات کمتر و نیاز به داده کمتر در بین روش­های مقایسه شده، برای پهنه­بندی نیترات و فسفات آب زیرزمینی شهرکرد توصیه می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of spatial interpolation methods and selecting the appropriate method for mapping of nitrate and phosphate in the Shahrekord Aquifer

نویسندگان [English]

  • Elham Fathi hafshjani 1
  • Habib Beygi harchgani 2
  • Alireza davoudian 3
  • Hassan Tabatabaee 4
چکیده [English]

Selecting appropriate interpolation method can lead to the production of more accurate maps. The aim of this study was to determine the appropriate method of interpolation and mapping for nitrate and phosphate in the Shahrekord Aquifer from the methods: kriging, co-kriging and inverse distance weighting. For this purpose, the concentrations of nitrate and phosphate were measured in 97 agricultural wells. For both nitrate and phosphate, the ordinary kriging was appropriate and enough. For nitrate, ordinary kriging resulted in R2 =0.99, RMSE 2 close to the unity, RMSE =0.01 and ME close to zero for phosphate. Efficiency of the inverse distance weighting method was weaker than kriging and its efficiency statistic further deteriorated by increasing its exponent from 1 to 5. However, this method is a good alternative for kriging. Co-kriging did not improve the interpolation over kriging and therefore, is not worth the costs and efforts involved. Maps showed that the concentrations of both pollutants increased from the northwestern to the southwestern part of the aquifer. Examination of conformity of observations statistical summary to maps further indicated the applied kriging was appropriate. In general, using ordinary kriging is recommended for mapping of nitrate and phosphate in the Shahrekord Aquifer, due to higher accuracy, less calculation and less required data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Simple and ordinary Kriging
  • Inverse distance weighting
  • Variogram

اربطانی، و.،  ع. احمدی و م.م. فتاحی. 1388. مدل­سازی تغییرات مکانی برخی از ویژگی­های شیمیایی آب­های زیرزمینی به کمک روش­های زمین­آماری. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری، 3 (7) : صفحات 23-45.

۲. استواری، ی. 1390. ارزیابی کیفیت آب آبخوان­های منطقه لردگان و تاثیر سازندهای زمین شناسی بر کیفیت این آبخوان­ها. پایان­نامه­ی کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشکده­ی کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، 110 ص.

۳.  اوسطی، خ. و ع. سلاجقه. ۱۳۸۹. بررسی تغییرات مکانی نیترات در آب زیرزمینی با استفاده ازGIS  (مطالعه موردی: دشت کردان). ششمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران،۸ و ۹ اردیبهشت، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی پردیس بین الملل دانشگاه تربیت مدرّس، مازندران، نور، ۸ صفحه.

۴.  تقی­زاده­مهرجردی، ر.، م. زارعیان­­جهرمی، ش. محمودی، ا. حیدری و ف. سرمدیان. 1387. بررسی روش­های درون­یابی مکانی جهت تعیین تغییرات مکانی ویژگی­های کیفی آب­های زیرزمینی دشت رفسنجان. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری، 2 :(5)، صفحات 64-72.

۵. دلبری، م.، پ. افراسیاب و س.­ر. میرعمادی. 1389. تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی – زمانی شوری و عمق آب زیرزمینی (مطالعه  موردی : استان مازندران).  نشریه­ی آبیاری و زهکشی ایران،  4 (3): 359-374. 

 ۶.  رضایی، م.، ن. دواتگر، خ. تاجداری و ب. ابولپور. 1389. بررسی تغییرات مکانی برخی شاخص­های کیفی آب­های زیرزمینی استان گیلان با استفاده از زمین آمار. آب و خاک، 24(5): 932-941.

 ۷. رضائی، ع. و ع.ل. میرمحمدمیبدی. 1384. آمار و احتمالات (کاربرد در کشاورزی). انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان چاپ اول، 586 صفحه.

۸. فتحی، ا. و ح. بیگی هرچگانی. 1391. بررسی تغییرات مکانی و پهنه­بندی نیترات و فسفر آب زیرزمینی شهرکرد طی یک دوره  پنج ساله. مجله علوم آب و خاک، دانشگاه صنعتی اصفهان، پذیرفته شده، 16ص.  

۹. لاله­زاری، ر. و س.­ح. طباطبائی. 1389.  خصوصیات شیمیایی آب زیرزمینی دشت شهرکرد.  محیط شناسی، سال سی و  ششم، شماره 53، بهار 1389. 8 صفحه.

10. میرزایی، س. 1388. ارزیابی آسیب پذیری و تهیه نقشه­های خطر آلودگی آبخوان دشت شهرکرد با استفاده از GIS  و مدل­های DRASTIC و.SINTACS  پایان­نامه­ی کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشکده­ی کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، 170 ص.

 11. نجاتی­جهرمی، ز.، م. چیت­سازان و ی. میرزایی. 1388. بررسی زمین آماری توزیع نیترات در آبخوان آبرفتی دشت عقیلی (شمال شهرستان شوشتر در استان خوزستان)  در محیط GIS. مجموعه مقالات شانزدهمین همایش ژئوماتیک  تهران ، سازمان نقشه برداری کشور. 23 - 20 اردیبهشت. 9 ص.

۱2. نظری­زاده، ف.، ب. ارشادیان  و ک. زندوکیلی. 1385. بررسی تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی دشت بالارود در استان خوزستان. مجموعه مقالات اولین همایش منطقه­ای بهره برداری از منابع آب حوضه­های کارون و زاینده رود (فرصتها و چالشها). دانشگاه شهرکرد، صفحات 1236-1240. 14 و 15 شهریور.

13. APHA. 1998.   Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 20th Edition.    American  Public Health Association Inc. Washington, USA.

14.  Barca, E. and G. Passarella,. 2007. Spatial evaluation of the risk of groundwater quality degradation. A comparison between disjunctive kriging and geostatistical simulation, Environ Monit Assess, (in press).

15. Cambardella C.A., T.B. Moorman., J.M. Novak., T.B. Parkin., D.L. Karlen., R.F. Turco and A. E. Koropaka. 1994. Field–scale  variability of soil properties in central Iowa soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 58: 1501-1511.

16. Data  P.S. Deb D.L. and S.K. Tygi 1997. Assesssment of groundwater contamination from fertilizers in the Delhi area based on O18 , NO3 and K composition. Journal of Contaminant  Hydrology, 27: 249-262.

17. Dagostino, V., E.A. Greene, B. Passarella and, G. Vurro. 1998. Spatial and temporal study of nitrate concentration in groundwater by means of coregionalization. Environmental geology. 36:285-295.

18. ESRI Inc. 2008. Arc GIS TM. Version 9.3. www.esri.com.

19. Fetouani, S., M. Sbaa, M. Vanclooster and B. Bendra. 2008. Assessing groundwater quality in the  irrigated plain of Triffa (Nnorth-east Morocco). Journal of Agricultural Water Management

95: 133-142.

20.  Flipo N., N. Jeanneeb, M. Poulin, S. Evena, and E. Ledoux. 2007.   Assessment of nitrate pollution in the Grand Morin aquifers (France), combined use of geostatistics and physically based modeling. Environmental Pollution, 146: 241-256.

21. Handa B.K. 1990. Contamination of groundwater by phosphates. Bhujal News, 5: 24-36.

22. Hemilton P.A. and D.R. Helsel. 1995. Effect  of agriculture on groundwater quality in five regions of the United States. Groundwater Journal, 33:217-226.

23. Hengel T., G.B.M. Huvelink and  A. Stein .2004. A generic framework for spatial prediction of soil variabls based on regression–kriging. Geoderma , 120:75-93.

24. Mehrjerdi R., M. Zareian, Sh. Mahmodi and A. Heidari. 2008. Spatial distribution of groundwater ‎quality with geostatistics (Case study: Yazd-Ardakan plain). World Applied Science ‎Journal.  4(1): ‎‎9-17.

25. StatSoft Inc. 2008. STATISTICA (data analysis software system).Version 8.         www.statsoft.com.

26. Pannatier, Y. 1998. Variowin: software for data analysis in 2D.Version 2.21. Springer  Verlag. 93   pages. 

27. Scott, D.H. 2000. Soil physics, Agricultural and environmental applications. IowaStateUniversity Press. Ames, Iowa. 410 pages.

 28. Smith, P.C. and G. Schrale. 1982. Proposed rehabilitation of an aquifer contaminated with cheese factory wastes. AWAA Water, 9(1):21-24.

29. U.S. EPA. 1995. Quality criteria for water. EPA 440/5-86-001. USEPA, Washington.

30. Uyan, M. and T. Cay. 2010. Geostatistical methods for mapping groundwater nitrate concentrations. 3rd  International  conference  on cartography and GIS, 12-20 June, 2010, Nessebar, Bulgaria