تحلیل تغییرات زمانی و مکانی کیفیت اب در حوزه ابخیز کارون با استفاده از روش های آماری چند متغییره

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، مازندران، نور

2 دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، مازندران، نور و عضو انجمن آبخیزداری ایران،

چکیده

ارزیابی تغییرات مکانی و زمانی و تفسیر مجموعه زیادی از داده‌های کیفی آب در حوزه آبخیز کارون با استفاده از روش‌های آماری چند متغیره مثل آنالیز خوشه‌ای، تحلیل مولفه‌های اصلی و عاملی برای 13 متغیر کیفی آب در 26 ایستگاه از سال 1373 تا 1385 صورت پذیرفت. با استفاده از روش آنالیز خوشه‌ای ایستگاه‌ها به چهار دسته با آلودگی کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد طبقه‌بندی شدند. نتایج تحلیل مولفه‌های اصلی و عاملی برای داده‌های سه دسته ایستگاه با آلودگی کم، متوسط و زیاد به‌کار برده شد. متغیرهای موثر به‌دست آمده از تحلیل مولفه‌های اصلی و عاملی در این تحقیق به‌طور کلی به درصد سدیم، نسبت جذب سدیمی، سدیم، کلر، هدایت الکتریکی و کل مواد جامد محلول در عامل اول کاهش یافت. درصد مشارکت عامل اول از کل تغییرات کیفی آب به‌ترتیب شامل 89/35، 18/45 و 43/36 در ایستگاه‌های با آلودگی کم در فصل تابستان و پاییز و ایستگاه‌های با آلودگی متوسط در فصل بهار می‌باشد و هم‌چنین درصد مشارکت عامل اول از کل تغییرات کیفی آب به‌ترتیب 77/41، 97/44، 24/52، 14/35، 87/46،26/38 و 38/48 در فصل بهار در ایستگاه‌های با آلودگی زیاد و در فصل تابستان، پاییز و زمستان در ایستگاه‌های با آلودگی متوسط و زیاد به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of Spatial and Temporal Variation in Water Quality in Karoon Basin using Multivariate Statistical Techniques

نویسندگان [English]

  • Mahbiibeh kiyani 1
  • Sajad kiyani 1
  • Hamidreza sadeghi 2
1 PhD , Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor
2 Modares University, Noor 46417-76489, Mazandaran, Iran and a member of Watershed Management Society of Iran
چکیده [English]

Multivariate statistical techniques, such as cluster analysis (CA), principal component analysis (PCA), factor analysis (FA), were applied for the evaluation of temporal/spatial variations and the interpretation of a large complex water quality data set of the Karoon river basin, generated during 13 years (1994-2006) monitoring of 13 parameters at 26 different sites. Hierarchical cluster analysis grouped 26 sampling sites into four clusters, i.e., relatively less polluted (LP), medium polluted (MP), highly polluted (HP) and extreme polluted (EP) sites, based on the similarity of water quality characteristics. PCA/FA, applied to the data sets of the three different groups (LP, MP and HP) obtained from CA, and Consequently effective variables reduction from PCA/FA in this case was found in VF1 and were included %Na, S.A.R, Na, Cl, Ec and T.D.S. VF1 explaining 35.89, 45.18 and 36.43% of the total variance in water quality data sets of LP areas respectively for the summer, autumn season and MP areas, for the spring season and also VF1 explaining 41.77, 44.97, 52.24, 35.14, 26.87, 38.46 and 48.38% of the total variance in water quality data sets of HP areas for the spring season and MP and HP areas, respectively for the summer, autumn and winter season.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Cluster analysis
  • Factor analysis
  • Karoon basin
  • Principal component analysis
  • Water Quality

اسلامیان، س. س. و ی. اسروش. 1382. بررسی تاثیر احداث سدها بر پارامترهای اقلیمی. سومین کنفرانس منطقه‌ای و اولین کنفرانس ملی تغیر اقلیم، اصفهان، 29مهر تا 1 آبان، 1382. 5 صفحه.

بایزیدی، ا.، ب. اولادی و ن. عباسی. 1388.تحلیل داده‌های پرسش‌نامه‌ای به کمک نرم‌افزار 18 (PASW) SPSS. انتشارات عابد، چاپ اول،250 ص.

سرمد، ز.، ع. بازرگان و ا. حجازی. 1389. روش‌های تحقیق در علوم رفتاری. انتشارات آگه، چاپ نوزدهم، 408 ص.

 

 

صادقی، س. ح. ر. و م. کیانی‌هرچگانی. 1389. بررسی روند تغییرات زمانی کمیّت و کیفیّت آب رودخانه کجور. دومین همایش شناخت معضلات آبخیزداری و ارائه راه حل‌های مناسب در حوزه‌های آبخیز کارون و زاینده‌رود، 18 و 19 اسفندماه 1389 – مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان چهارمحال و بختیاری. 5 صفحه.

صادقی، س. ح.، ر. ح. ر. مرادی، م. مزین و م. وفاخواه. 1384. کارآیی روش های مختلف تجزیه و تحلیل آماری در مدل‌سازی بارش-روانآب (مطالعه موردی: حوزه آبخیز کسیلیان). مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، 12(3):81-90.

صادقی، س. ح. ر.، ع. نجفی و م. وفاخواه. 1385. تحلیل منطقه­ای برآورد رسوب معلق درحوضه اصفهان و سیرجان. مجله تحقیقات منابع آب ایران، 2(3):51-65.

فیض‌نیا، س.، م. نصری، ع. نجفی و ح. نخکوب. 1387. نقش رسوب‌‌زایی سازندهای زمین ‌شناسی و تعیین سهم استانی حوزه آبخیز سد شهید عباسپور (حوزه آبخیز کارون 1). حقیقات مرتع و بیابان ایران،15(4): 423-435.

کلاین، پ. 1381. راهنمای آسان تحلیل عاملی. ترجمه علیئی م. و س. م. میرسندسی، انتشارات دانشگاه امام حسین (ع)، 70ص.

نجفی، ع. و م. نصری. 1388. عوامل موثر در سیلاب حوزه ابخیز اصفهان-سیرجان به روش تحلیل عاملی. مجله جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 36(4): 101-118.

نخعی، م. 1388. مقدمه‌ای بر آب‌های زیر زمینی. انتشارات آراد کتاب، چاپ اول، 198 ص.

نوری، ر.، ر. کراچیان، ا. خدادادی‌دربان و ا. شکیبایی‌نیا. 1386. ارزیابی اهمیت ایستگاه‌های پایش کیفی رودخانه‌ها با استفاده از آنالیز مولفه‌های اصلی و آنالیز فاکتور، مطالعه موردی: رودخانه کارون، آب و فاضلاب، 63: 60-69.

نوشادی، م.، ع. آذرپیکان و ا. نوحه گر. 1388. بررسی کیفیت آب شرب بندر عباس با استفاده از آنالیز خوشه‌ای و تحلیل عاملی. مجله پژوهش آب ایران، 3(5): 79-82.

Al-Badaii, F., M. Shuhaimi-Othman and M. B. Gasim. 2013. Water quality assessment of the Semenyih river, Selangor, Malaysia. Journal of Chemistry. 2013: 1-10.

Astel, A., S. Tsakovski, P. Barbieri and V. Simeonov. 2007. Comparison of self- organizing maps classification approach with cluster and principal components analysis for large environmental data sets. Water Research. 41: 4566 – 4578.

Bartram, J. and R. Balance. 1996. Water quality monitoring - a practical guide to the design and implementation of freshwater quality studies and monitoring programmer, Published on behalf of United Nations Environment Programme and the World Health Organization (UNEP/WHO). 380 p.

Bierman, P., M. Lewis, B. Ostendorf and J. Tanner. 2011. A review of methods for analysing spatial and temporal patterns in coastal water quality. Ecological Indicators. 11: 103–114.

Li, D., D. Huang, C. Guo and X. Guo. 2015. Multivariate statistical analysis of temporal–spatial variations in water quality of a constructed wetland purification system in a typical park in Beijing, China. Environmental monitoring and assessment. 187(1): 1-14.

Liu, C. W., K. H. Lin and Y. M. Kuo. 2003. Application of factor analysis in the assessment of groundwater quality in a Blackfoot disease area in Taiwan. Science in the Total Environment. 313: 77-89.

Melloul, M. and M. Collin. 1998. A proposed index for aquifer water quality assessment: the case of Israel’s Sharon region. J. Environmental Management. 54(2): 131–142.

Ouyang, Y. 2005. Application of principal component and factor analysis to evaluate surface water quality monitoring network. Water Research. 39: 2621–2635.

Ouyang Y., P. Nkedi-Kizza, Q. T. Wu, D. Shinde and C. H. Huang. 2006. Assessment of seasonal variations in surface water quality. Water Research. 40: 3800–3810.

Parinet, B., A. Lhote and B. Legube. 2004. Principal component analysis: an appropriate tool for water quality evaluation and management—application to a tropical lake system. Ecological Modeling. 178: 295–311.

Razmkhah, H., A. Abrishamchi and A. Torkian. 2010. Evaluation of spatial and temporal variation in water quality by pattern recognition techniques: A case study on Jajrood River (Tehran, Iran). J. Environmental Management. 91: 852–860.

Shrestha, S. and F. Kazama. 2007. Assessment of surface water quality using multivariate statistical techniques: A case study of the Fuji river basin, Japan. Environmental Modelling & Software. 22: 464-475.

Simeonov, V., J. A. Stratis, C. Samara, G. Zachariadis, D.Voutsa, A. Anthemidis, M. Sofoniou and T. H. Kouimtzis. 2003. Assessment of the surface water quality in Northern Greece. Water Research. 37: 4119- 4124.

Singh, K. P., A. Malik, D. Mohan and S. Sinha,. 2004. Multivariate statistical techniques for the evaluation of spatial and temporal variations in water quality of Gomti River (India) a case study. Water Research.38: 3980–3992.

Singh, K. P., A. Malik, and S. Sinha. 2005. Water quality assessment and apportionment of pollution sources of Gomti river (India) using multivariate statistical techniques—a case study. Analytica Chimica Acta. 538(1): 355-374.

Vega, M., R. Pardo, E. Barrado and L. Deban. 1998. Assessment of seasonal and polluting effects on the quality of river water by exploratory data analysis. Water Research. 32 (12): 3581–3592.

Walling, D. E., Ph. N. Owens, B. D. Waterfall, G. J. L. Leeks and P. D. Wass. 2000. The particle size characteristics of fluvial suspended sediment in the Humber and Tweed catchments, UK. Science in the Total Environment. 251/252: 205-222.

Woodward, J. C. and D. E. Walling. 2007. Composite suspended sediment particles in river systems: their incidence, dynamics and physical characteristics. Hydrological Processes. 21: 3601–3614.