ارزیابی منابع آب زیر زمینی با استفاده از داده های ثقل سنجی ماهواره ای GRACE (مطالعه موردی: خراسان رضوی)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

تعیین تغییرات ذخیره آب زیرزمینی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک موضوعی حیاتی به منظور مدیریت و برنامه‌ریزی منابع آب زیرزمینی می‌باشد. ماهواره GRACE با بهره‌گیری از تغییرات میدان گرانش زمین، تغییرات ذخیره آب را با قدرت تفکیک مکانی 1 درجه تولید می‌نماید. در این پژوهش سعی شد تا در دو پیکسل یک درجه مربعی از استان خراسان رضوی که شامل کل مساحت و یا بخش‌هایی از 6 آبخوان می‌باشند، با استفاده از داده‌های چهار مرکز پردازش اطلاعات ماهواره GRACE به نام‌های CENS، CSR، GFZ و JPL ، تغییرات سطح آب زیرزمینی ماهانه در بازه زمانی آگوست 2002 تا ژوئن 2016 مورد ارزیابی قرار گیرد. بهره‌گیری از مقادیر موجودیت آب زمین (TWS) تولید شده از داده‎های ماهواره GRACE، به همراه داده‌های رطوبت خاک، آب معادل برف و آب ذخیره شده در تاج پوشش گیاهان مستخرج از مدل GLDAS، که با رزولوشن مکانی 1 درجه و به صورت ماهانه ارائه می‌گردند، تخمین تغییرات سطح آب زیرزمینی ماهانه را منتج می‌شوند. همچنین یک برآورد تغییرات ماهانه سطح آب زیرزمینی مدل GLDAS و در رزولوشن 0/25 درجه به منظور مقایسه با نتایج داده‌های ماهواره GRACE اخذ شد. داده‌های مشاهداتی که حاوی تغییرات سطح آب زیر زمینی ماهانه از چاه‌های پیزومتری منطقه مطالعاتی می‌باشند، جهت اعتبارسنجی نتایج مورد استفاده قرار گرفته شد. نتایج نشان می‌دهند که داده‌های GRACE(CENS) با 14/315 =RMSE و 645/ 12 = MAEدر واحد سانتی‌متر ضعیف‌ترین تخمین تغییرات سطح آب زیرزمینی را ارائه داده‌اند. در حالی که داده‌های GRACE(JPL)، با 5/708 RMSE = و 5/038 = MAE بهترین برآورد را نشان می‌دهند. لازم به بیان است که داده‌های مدل GLDAS با رزولوشن 25/0 درجه کهRMSE آن350 /2 سانتیمتر و MAE برابر 1/826 سانتیمتر می‌باشد، تخمین مناسب‌تری را نسبت به تمام انواع داده‌های GRACE ارائه نمودند. همچنین داده‌های GRACE(CSR) با ارائه یک روند 089 /0 – سانتیمتر در ماه، مطلوب‌ترین پیش‌بینی روند تغییرات ماهانه سطح آب زیرزمینی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of groundwater resources using GRACE Satellite Gravimetric Data (Case study: Khorasan Razavi)

نویسندگان [English]

  • Seyed Navid Nabavi 1
  • Amin Alizadeh 2
  • Alireza Faridhosseini 3
1 Department of Water Science and Engineering, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad (FUM)
2 Professor, Department of Water Engineering, Ferdowsi University of Mashhad., Mashhad., Iran
3 Department of water engineering, agriculture faculty, Ferdowsi university of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Determining groundwater storage changes, especially in arid and semiarid areas, is a vital issue for groundwater management and planning. GRACE satellite produces changes in water storage with 1 degree spatial resolution using Earth's gravity field changes. In this study, it is tried to evaluate monthly groundwater storage changes between August 2002 and June 2016 in two pixels of one square degree of Khorasan Razavi province, which cover the whole area or parts of 6 aquifers using data from four GRACE satellite information processing centers named CENS, CSR, GFZ and JPL. Utilizing amount of Terrestrial Water Storage (TWS) obtained from GRACE satellite data, with data of soil moisture, snow water equivalent and canopy water storage derived from the GLDAS model which are presented with 1 degree spatial resolution on a monthly basis lead to estimates of monthly groundwater level changes. An estimation of monthly changes in groundwater level of the GLDAS model was obtained at a 25 degrees resolution in order to compare with the results of the GRACE satellite data. Observational data containing monthly groundwater level changes from the piezometric wells of the study area were used to validate the results. The results show that data of GRACE (CENS) with (RMSE = 14.35 and MAE = 12.645) are the weakest estimation of groundwater level changes. While the GRACE (JPL) data with RMSE = 5.708 and MAE = 5.038 shows the best estimation. It should be noted that the GLDAS model data with a resolution of 0.25 degree with an RMSE of 2.350 cm and a MAE of 1.826 cm shows a more appropriate estimate than the GRACE data types. GRACE data (CSR) showed the most favorable prediction of the trend of monthly changes in groundwater level by presenting a trend of -0.089 cm / month.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • Terrestrial Water Storage
  • GRACE Satellite
  • GLADS model