شناسایی مناطق همگن از نظر کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از تحلیل عاملی و خوشه‌ای؛ مطالعه موردی دشت قیر استان فارس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

3 دانشجوی دکتری، گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

چکیده

به دلیل کمبود بارندگی در مناطق خشک و نیمه خشک و در نتیجه محدود بودن منابع آب‌های سطحی در این مناطق، مصرف آب در بخش کشاورزی، صنعت و شرب بشدت به آب زیرزمینی متکی است. لذا مطالعه و ارزیابی کیفیت این منابع بیش از پیش اهمیت پیدا می‌کند. از این رو تحقیق حاضر با هدف طبقه‌بندی کیفیت آب زیرزمینی دشت قیر واقع در استان فارس با استفاده از تکنیک‌های آماری شامل تحلیل عاملی (FA) و تحلیل خوشه­بندی سلسله مراتبی (HCA) (بر اساس روش ­چند میانگینی/ میانه‌ای (KCA))، بر روی داده‌های کیفی (14پارامتر) در یک دوره 10 ساله (1391-1381) و نرم‌افزارهای SYSTAT13، SPSS 18 و PcOrd انجام شد. نتایج تحلیل عاملی نشان داد متغیرهای SAR، Cl، Na، PH، SO4 و HCO3 به ترتیب با بالاترین بارعاملی مهم‌ترین پارامترها جهت انجام آنالیزهای خوشه‌ای می‌باشند. به منظور تعیین تعداد خوشه­های بهینه از شاخص دیویس- بولدین استفاده شد و با توجه به این شاخص تعداد 5 خوشه جهت طبقه­بندی نهایی چاه‌ها تعیین گردید. نتایج نشان داد که روش­های KCA و HCA به منظور انجام طبقه­بندی دارای هم‌پوشانی 100% می­باشند، باتوجه نتایج طبقه‌بندی، مقدار پارامترهای مورد مطالعه در آب زیرزمینی از گروه اول به سمت گروه پنجم افزایش می‌یابد. بطوری‌که که چاه‌هایی که در گروه 1 قرار می‌گیرند از نظر کیفیت مناسب‌ترین آب را دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Identification of Homogeneous Groundwater Quality Regions Using Factor and Cluster Analysis;A case study Ghir Plain of Fars Province

نویسندگان [English]

  • Hassan Khosravi 1
  • Ehsan Moradi 2
  • Hamid Darabi 3
1 - Assistant Professor, Faculty of Natural Resources, University of Tehran
2 - Ph.D. Student of Combating Desertification, University of Tehran
3 -Ph.D. Student of Watershed Management, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
چکیده [English]

Because the lack of precipitation in arid and semi-arid regions and therefore limitation of surface water resources in theirs, water usage in agriculture, industry and drinking heavily dependent on groundwater. For this reason, the study and evaluation of the quality of these resources is more important. The present study was done in order to classify groundwater quality of Ghir plain using statistical techniques, including factor analysis (FA) and Hierarchical clustering techniques (HCA) (Based on K-means/K-medians cluster analysis (KCA) method), on qualitative data (14 parameters) in a 10-years period (1391-1381) and SYSTAT13, SPSS 18 and PcOrd softwares. Factor analysis results showed that the variables of SAR, Cl, Na, PH, SO4 and HCO3 with the highest factor loading respectively are the most important parameters to performing clustering analysis. In order to determine the optimum number of clusters used from Davis- Boldin index and according to this index, five clusters were determined for classification of wells. The Results revealed that the KCA and HCA methods have jointed 100% in order to classification. According to the classification results, amount of the parameters of groundwater samples increasing from first to fifth groups. However the wells are placed in Group 1, have the best water quality.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Factor analysis
  • Ghir Plain
  • Groundwater quality
پورمقدس، ح. 1381. بررسی کیفیت آب‌های زیرزمینی منطقه لنجانات اصفهان. مجله دانشکده بهداشت و انستیتو تحقیقات بهداشتی، شماره 4،  ص 40-31.
جعفرزاده حقیقی فرد، ن.، حسنی. ا. زین الدینی میمند و ع، حسیبی. 1384. بررسی اثرات بهره‌برداری بی رویه از منابع آب زیر زمینی انار کرمان بر کیفیت آب منطقه با استفاده از نمودارهای تشخیص کیفیت. علوم و تکنولوژی محیط زیست، شماره 24، ص 77- 86.
رضایی، م و و. امیری. 1392. ارزیابی تغییرات کیفی آب زیرزمینی دشت لنجانات با استفاده از تحلیل عاملی ترکیب شده با نظریه انتروپی اطلاعات. مجله محیط شناسی، شماره دوم، ص 33-44.
رضایی، ع. 1390. تحلیل منطقه­ای آب­دهی سالانه با دوره­های بازگشت­ مختلف در زیرحوضه­های سد سفیدرود. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 18، شماره 1، ص146 -241. 
زارع­چاهوکی م. ع. 1389. تجزیه و تحلیل داده­ها در پژوهش­های منابع طبیعی با نرم افزار SPSS. انتشارات جهاد دانشگاهی. دانشگاه تهران، 178 صفحه.
زهرایی ب. 1388. تدوین مدل خوشه­بندی اطلاعات و سیگنال‌های هواشناسی با هدف پیش بینی دوره‌های کم بارش. گزارش نهایی شرکت سهامی مدیریت منابع آب ایران. وزارت نیرو، تهران. 216 صفحه.
عطایی، ه و م. شیران. 1390. شناسایی زیرحوضه­های هیدرولوژیکی همگن از نظر عوامل ژئومورفولوژیک موثر بر سیلاب با استفاده از تحلیل خوشه­ای (مطالعه موردی: دشت کرون). مجله جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، جلد 42، شماره 2، ص 79- 98.
غیاثی.، ن، م، عرب خدری. و ع. غفاری. 1383. بررسی تاثیر برخی ویژگی‌های هندسی آبخیزها در سیلاب­های حداکثر لحظه­ای با دوره برگشت­های مختلف. مجله پزوهش و سازندگی، شماره 61، ص 10-2.
فاضلیِ رستمپور  م. 1385. تجزیه و تحلیل با استفاده از SAS . انتشارات سپهر، تهران. 267 صفحه.
کلانتری.، ن.،  م. ح. رحیمی و ع. چرچی. 1385. استفاده از دیاگرام‌های ترکیبی، تحلیل عاملی و نمایه‌های اشباع در ارزیابی کیفی آب زیرزمینی دشت‌های زویرچری و خران. مجله زمین‌شناسی مهندسی، شماره دوم، ص 114-95.
لطفی.، ا. ک. شاهدی و ح. دارابی. 1393. ارزیابی پارامترهای کیفیت آب­های زیرزمینی با استفاده از روش‌های آماری (مطالعه ی موردی دشت ساری- نکا ). اولین همایش ملی مباحث نوین در کشاورزی، همدان، 8 صفحه.
نوری قیداری، م. ح. 1392. تعیین چاه های موثر در تعیین تراز سطح آب زیرزمینی با آنالیز مولفه‌های اصلی. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال هفدهم، شماره 64، ص 158-149.
Adams, S., et al. 2001. Hydrochemical characteristics of aquifers near Sutherland in the Western Karoo, South Africa. J. Hydrol. 241, 91-103.
Anbazhagan, S. and A. Nair. 2004. Geographic information system and groundwater quality mapping in Panvel basin, Maharashtra, India. J. Environ. Geol. 45, 753–761.
Davis, J. E. 1986. Statistical and Data Analysis in Geology. John Wiely Pub, American, New York.
Edet, A., et al. 2011. Groundwater chemistry and quality of Nigeria: A status review. African Journal of Environmental Science and Technology Vol. 5(13), pp. 1152-1169.
Farnham, I. K. Stetzenbach., A. Singh and k. Johannesson. 2000. Deciphering groundwater flow systems in Oasis Valley, Nevada, using trace element geochemistry, multivariate statistics, and geographical information system, Mathematical Geology, 32: 943- 968.
Ghasemi Ziarani, E. Sh. Faryadi and S.Sheikh Kazemi. 2006. Zoning the contamination in Sad- e- Karaj catchment using GIS software, first professional symposium of Environmental engineering, Tehran.
Guler, C, G. D. Thyne., J. E. McCray and A. K. Turner. 2002. Evaluation of graphical and multivariate ststistical metheods for classification of water chemistry data, Hydrogeology journal, 10: 455- 474.
Guler, G. M. Kurt., A. Alpaslan and C. Akbulut. 2012. Journal of hydrology. 414-415: 435-451.
Hajalilou, B. and F. Khaleghi. 2009. Investigation of hydrogeochemical factors and groundwater quality assessment in Marand Municipality, northwest of Iran: A multivariate statistical approach. Journal of Food, Agriculture & Environment Vol.7: 3 and 4: 930-937.
Hallberg, G. R and D. R. Keeney. 1993. Nitrate. Regional Ground-Water Quality. Van Nostrand Reinhold, New York. PP 297-322.
James, C. S. 1999. Analytical chemistry of foods. New York, Springer; pp 136-40.
Jingyi, Z. and M.J. Hall. 2004. Regional flood frequency analysis for the GanMing river basin in China. Hydrology, 296:  98 -117.
Kampbell, D. H., et al .2003. Groundwater quality surrounding Lake Texoma during short-term drought condition. Journal of Environmental Pollution, 125: 183-191.
Kannel, P. R. S. Lee and Y .S. Lee. 2008. Assessment of spatial–temporal patterns of surface and ground water qualities and factors influencing management strategy of groundwater system in an urban river corridor of Nepal. Journal of Environonment Management, 86: 595-604.
Kathy, P. 2005. Water Recreation and Disease Acute plausibility of Associated Infections: Effects, Sequelae and Mortality, World Health Organization.
Makkasap, T and T. Satapanajaru. 2010. Spatial Distribution of Cd, Zn and Hg in Groundwater at Rayong Province, Thailand. World Academy of Science. Engineering and Technology 72 pp.
Singh, P. K., V. Kumar., R. C. Purohit., M. Kothari and P. K. Dashora. 2009. Application of principal component analysis in grouping geomorphic parameters for hydrologic modeling. Water Resoure Management, 23: 325- 339.
Spearman, C. 1940. General intelligence, objectively determined and measured. Am. J. Psychol, 15: 201-293.
Srinivasa, K and D. Nagesh Kumar. 2011. Classification of microwatersheds based on morphological characteristics. Hydro-environment Research, 5: 101-109.
Williiams, R. 1982. Statistical identification of hydraulic connections between the surface of a mountain and internal mineral mimeralized zones. Ground Water, 20: 466-478.