برآورد تغییرات زمانی و مکانی سطح ایستابی آبخوان‌ دشت بیستون استان کرمانشاه با روش‌های زمین‌آماری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور

2 علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران.

3 گروه هیدرولیک و منابع آب، جهاد دانشگاهی استان کرمانشاه

چکیده

 
امروزه استفاده از روش‌های زمین‌آماری به‌سبب لحاظ ارتباط مکانی در موضوعات مختلف اکولوژیکی مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در همین راستا، تحقیق حاضر با هدف بررسی تغییرات زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی دشت بیستون واقع در استان کرمانشاه طی دوره زمانی 1370- 1394 و به‌طور ویژه با استفاده از روش‌های تخمین‌گر درون‌یابی انجام شد. بدین‌منظور، ابتدا داده‌های سطح آب زیرزمینی دشت مطالعاتی شامل 21 حلقه چاه مشاهده‌ای، جمع‌آوری و بانک اطلاعاتی آن‌ها در محیط نرم افزار Excel تهیه شد. سپس روش‌های مختلف درون‌یابی شامل کریجینگ معمولی (OK)، وزن‌دهی عکس فاصله (IDW) با توان‌های یک تا پنج و کوکریجینگ (COK) با متغیر کمکی برای تخمین سطح ایستابی مورد استفاده قرار گرفتند. در ادامه، برای ارزیابی دقّت روش‌های مزبور در تخمین تراز سطح ایستابی از روش اعتبارسنجی متقابل با معیار‌های آماری ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین انحراف خطا (MBE) استفاده شد. سپس نقشه‌های پهنه‌بندی مکانی در ابتدا و انتهای دوره مورد مطالعه تهیه و نهایتاً نقشه هم‌افت سطح آب زیرزمینی در محیط نرم‌افزاری Arc GIS 10.4.1 ترسیم شد. نتایج نشان داد که واریوگرام مدل گوسی بهترین مدل برازش شده به ساختار فضایی داده‌ها و روش کریجینگ به‌عنوان مناسب‌ترین روش برای تخمین سطح ایستابی در منطقه به‌دست آمد. نتایج تحقیق نیز حکایت از افت سطح آب زیرزمینی در بیشتر نقاط دشت داشت. به‌طوری که حداکثر این افت معادل 22 متر در قسمت جنوب غربی دشت (دامنه موثر چاه‌های 9 و 17) و حداقل افت معادل پنج متر در قسمت مرکزی دشت طی دوره 25 ساله مطالعاتی برآورد شد. دور بودن از جریان رودخانه، رشد روز افزون صنایع پر مصرف آب از دلایل اصلی کاهش سطح آب زیرزمینی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of Temporal and Spatial variations of the Level of the Aquifers in Bisotun Plain of Kermanshah Province with Geostatistical Methods

نویسندگان [English]

  • Mina Nilzad 1
  • Hmaidreza Moradi 2
  • Khalil Jalili 3
2 Associated Professor, Department Watershed Management Engineering, Faculty of Natural Resource and Marine Science, Tarbiat Modares University.
3 Academic Center for Education, culture and Research (ACECR) of Kermanshah province.
چکیده [English]

The use of geospatial methods has been considered due to the spatial relationship in various ecological issues. In order to, the present research was done with the aim of investigating the spatial variations of groundwater level in Bistoun plain located in Kermanshah province during the period of 1991-2015 and especially using interpolation estimation methods. In order to, data of groundwater level of the plain including 21 observation wells, collection and database were prepared in Excel software. Then, Different interpolation methods such as Ordinary Kriging, Inverse Distance Weighing with power of 1 to 5 and co Kriging are used to estimate the groundwater level. To evaluate the methods, we are performed the cross validation technique using Root Mean Square Error (RMSE) and Mean Bias Error (MBE). Then, we are prepared spatial zoning maps at the beginning and end of the study period, and finally we were drawn a map of groundwater level isodrop in ArcGIS 10.4.1 software Results of our analysis showed that the Gaussian semivariogram provides the best explanation for the spatial structure of the data. In addition, Kriging is shown as the most suitable method for estimating the groundwater level. The results obtained indicate a decline in groundwater levels in most of the plain. So that the maximum of this decrease is 22 meters in the southwest of the plain (the effective range of wells 9 and 17) and the minimum decrease is 5 meters in the central part of the plain at the 25 years’ period. The main reasons for reducing groundwater levels is being away from the flow of the river and the increasing growth of water-consuming industries in the region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Bisotun Plain
  • groundwater level
  • Kriging method
  • Spherical Model
  • Variogram Zoning

 

پیری، ح.، ا. بامری. 1393. بررسی روند تغییرات کمی سطح ایستابی منابع آب زیرزمینی با استفاده از زمین‌آمار و سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: دشت سیرجان). نشریه‌ی سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال پنجم، شماره 1، ص 44-29.

جلیلی، خ.، ح.ر. مرادی و ا. بزرگ‌حداد. 1393. تحلیل وضعیت افت سطح ایستابی آبخوان دشت اسلام‌آباد غرب با توجه به چگونگی تخصیص منابع آب زیرزمینی، دهمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری (آبخیزداری سازگار)، دانشگاه بیرجند، ایران.

جهانی، س.، م. دلبری. 1388. ارزیابی و برآورد بیشترین بارش 24 ساعته در استان گلستان. مجله مهندسی آب، سال دوم، شماره 4، ص 22-13.

حبشی، ه.، س.م. حسینی، ج. محمدی و ر. رحمانی. 1386. کاربرد تکنیک زمین‌آمار در مطالعات خاک‌های مناطق جنگلی. فصلنامه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ، سال چهاردهم، شماره 1، ص 28-18.

حسنی پاک، ع. ا. 1377. زمین آمار (ژئواستاتیستیک)، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ اول، صفحه 314.

دلبری، م.، پ. افراسیاب و س.ر. میرعمادی. 1389. تجزیه و تحلیل مکانی- زمانی شوری و عمق آب زیرزمینی (مطالعه موردی: استان مازندران). نشریه آبیاری و زهکشی ایران، سال چهارم، شماره 3، ص 374-359.

دلبری، م.، م. بوستانیان، و پ افراسیاب. 1394. بررسی تغییرات مکانی-زمانی و پهنه‌بندی سطح آب زیرزمینی آبخوان کوهپایه- سگزی (استان اصفحان) با استفاده از روش‌های زمین‌آماری. فصلنامه علمی-پژوهشی فضای جغرافیایی، سال پانزدهم، شماره 52، ص 34-305.

رحمتی، م.، ح.ر. مرادی، ح. کریمی و خ. جلیلی. 1394. بررسی اثر توسعه یافتگی کارست بر رفتار هیدروژئولوژیکی چشمه های کارستی استان کرمانشاه. مجله اکوهیدرولوژی، سال دوم، شماره 2 ، 163-173.

صفری، م. 1381. تعیین شبکه بهینه اندازه گیری سطح آب زیرزمینی با کمک روش‌های زمین آماری. مطالعه موردی: دشت چمچمال. پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته آبیاری و زهکشی دانشگاه تربیت مدرس.

عباس‌علی، آ.، ا. حلبیان و م. بهارلو. 1395. اثر نوسانات اقلیمی و برداشت آب بر تغییرات تراز آب زیرزمینی دشت دامنه. مجله مخاطرات محیط طبیعی، سال پنجم، شماره 7، 47-67.

محمدی، ص.، ع. سلاجقه، م. مهدوی و ر. باقری. 1391. بررسی تغییرات مکانی و زمانی سطح آب زیرزمینی دشت کرمان با استفاده از روش زمین آماری مناسب (طی یک دوره آماری 10 ساله، 1375-1385). فصلنامه‌ی تحقیقات مرتع و بیابان ایران، سال نوزدهم، شماره 1، ص 71-60.

مشعل، م.، ا. درویشی و ح. قلیچ ثابت. 1386. ارزیابی شبکه چاه های مشاهده ای سطح آب زیرزمینی با استفاده از روشهای زمین آماری در دشت اراک. سومین کنفرانس سراسری آبخیزداری و مدیریت منابع آب و خاک کرمان، ص 884- 888.

 

مهدوی، م. 1378. هیدرولوژی کاربردی. جلددوم، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه تهران، 401 صفحه.

میثاقی، ف.، ک. محمدی. 1381. برآورد سطح آب زیرزمینی با استفاده از روش‌های متداول درون‌یابی و مقایسه آن با تکنیک زمین آمار. چکیده مقالات بیست و یکمین گردهمایی علوم زمین، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، ص 588 تا 590.

نیکبخت، ص.، م. دلبری، 1393. برآورد سطح ایستابی آب‌های زیرزمینی با استفاده از روش‌های زمین‌آماری (مطالعه موردی: دشت زاهدان). مجله آب و توسعه پایدار سال اول، شماره یکم، 49-56.

هاشمی‌نژاد، ه.، ا. کریمی. 1385. بررسی افت کیفیت آب‌های زیرزمینی در واحدهای هیدرولوژیکی نجف آباد و اصفهان-برخوار در طی سال‌های 86-73. اولین همایش منطقه‌ای بهره‌برداری بهینه از منابع آب حرزهای کارون و زایند رود.

Al-Omran, A. M., A.A. Aly, M. I. Al-Wabel, M. S. Al-Shayaa, A. S. Sallam and M. E. Nadeem. 2017. Geostatistical methods in evaluating spatial variability of groundwater quality in Al-Kharj Region, Saudi Arabia. Journal of Applied Water Science, 7(7):4013-4023.‏

Chai, H., W.Cheng, C. Zhou, X. Chen, X. Ma and S. Zhao. 2011. Analysis and comparison of spatial interpolation methods for temperature data in Xinjiang Uygur Autonomous Region, China. Nat Sci, 3(12): 999-1010.

Dash, J., A. Sarangi, and D. Singh. 2010. Spatial variability of groundwater depth and quality parameters in the national capital territory of Delhi. Environmental Management, 45(3): 640-650.

Delbari, M., M.B. Motlagh, M. Kiani and M. Amiri. 2013. Investigating spatio-temporal variability of groundwater quality parameters using geostatistics and GIS. International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 4 (12):3623-3632.

Goovaerts, P. 2000. Geostatistical approaches for incorporating elevation into the spatial interpolation of rainfall. Journal of Hydrology, 228(2000): 113-129.

Issak, E.H., R.M. Srivastava. 1989. An introduction to applied geostatistics. Oxford University Press, 561 pp.

Khashei-Siuki, A., M. Sarbazi. 2015. Evaluation of ANFIS, ANN, and geostatistical models to spatial distribution of groundwater quality (case study: Mashhad plain in Iran). Arab J Geosci, 8(2): 903-912.

Kresic, N. 1997. Hydrogeology and groundwater modeling. Lewis Publishers. 35 pp.

Losser, T., L. Li, R.A. Piltner. 2014. Spatiotemporal interpolation method using radial basis functions for geospatiotemporal big data. In: IEEE fifth international conference on computing for geospatial research and application (COM. Geo), 17-24.

Machiwal, D., M.K. Jha. 2015. Identifying sources of groundwater contamination in a hard-rock aquifer system using multivariate statistical analyses and GIS-based geostatistical modeling techniques. Journal of Hydrology: Regional Studies, 4(1):80-110.

Mardikis, M.G., D.P. Kalivas and V.J. Kollias. 2005. Comparison of interpolation methods for the prediction of reference evapotranspiration-an application in Greece, Water Resour Management, 19(3):251-278.

Nikroo, L., M. Kompani-Zare, A.R. Sepaskhah and S.R. Fallah Shamsi. 2010. Groundwater depth and elevation interpolation by kriging methods in Mohr Basin of Fars province in Iran. Environ Monit Assess, 166(1-4):387-407.

Rajaee, T., V. Nourani and F. Pouraslan. 2016. Groundwater Level Forecasting Using Wavelet and Kriging. Journal of Hydraulic Structures, 2(2): 1-21.

Ta’any, R.A., A.B. Tahboub and G.A. Saffarini. 2009. Geostatistical analysis of spatiotemporal variability of groundwater level fluctuations in Amman-Zarqa basin, Jordan: a case study. Environ Geol, 57(3): 525-535.

Tiwari, A.K., P.K. Singh and M.K. Mahato. 2016. Environmental geochemistry and a quality assessment of mine water of the West Bokaro coalfield, India. Mine Water Environ, 35(4): 525-535.

Vijay, K., H. Remadevi. 2006. Kriging of Groundwater Levels (a case study). Journal of Spatial Hydrology, 1:81-92.

Xiao, Y., X. Gu, S. Yin, J. Shao, Y. Cui, Q. Zhang, and Y. Niu. 2016. Geostatistical interpolation model selection based on ArcGIS and spatio-temporal variability analysis of groundwater level in piedmont plains, northwest China. SpringerPlus, 5(1): 425.‏

Yang, G.G., J. Zhang, Y.Z. Yang and Z. You. 2011. Comparison of interpolation methods for typical meteorological factors based on GIS-a case study in JiTai basin, China. In: Proceedings of the 19th international conference on geoinformatics, 1-5.