پایش کیفی آب شرب با استفاده از شاخص‌های آنتروپی (مطالعه موردی: آبخوان مرکزی دشت بیرجند)

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند

2 دانشجوی دکتری منابع آب دانشگاه بیرجند

چکیده

در این پژوهش با نگرشی نو بر پایه تئوری آنتروپی، ارزش منطقه‌ای چاه­های نمونه­برداری آبخوان مرکزی دشت بیرجند و کیفیت آب زیرزمینی از نظر شرب مورد بررسی قرارگرفت. با توجه به سازندهای دشت و هم­چنین مشکل کروم و نیترات آب زیرزمینی منطقه، پایش کیفی مقادیر نیترات و کروم با استفاده از تئوری آنتروپی بررسی شد تا تعداد چاه­های بهینه در آبخوان جهت پایش دقیق این دو پارامتر مشخص گردد. نتایج بررسی روند تغییرات پارامترهای کروم و نیترات در سطح منطقه نشان دهنده روند افزایشی مقادیر نیترات و کروم در دوره آماری 1393-1384 در بیش­تر چاه­های مورد بررسی بود. بیش­ترین نرخ افزایشی در مقادیر نیترات مربوط به چاه شماره 11 رکات و در مورد مقادیر کروم مربوط به چاه­های شماره 4 رکات و مدرس بود. نتایج به‌دست ‌آمده از پایش کیفی این دو پارامتر نشان داد که از 19 چاه نمونه­برداری مورد بررسی در دشت، چاه شماره 3 رکات و شماره 4 مدرس از نظر انتقال اطلاعات کروم و چاه­های شماره 5 رکات و 13 علی‌آباد از نظر انتقال اطلاعات نیترات در وضعیت بحرانی (کم­ترین رتبه‌ها و ضعیف‌ترین وضعیت) قرار داشت و استفاده از داده­های برداشتی آن­ها اطلاعات آبخوان را به درستی بیان نمی­کند. از دیگر نتایج مهم به دست آمده در این پژوهش قرار گرفتن تمامی چاه­های مورد بررسی در وضعیت نامطلوب کیفی و متوسط در مصارف شرب از دیدگاه آنتروپی وزن­دار است. بر اساس آنتروپی شاخص کیفیت آب، 63 درصد از کل نمونه‌های آب زیرزمینی مورد بررسی دارای رتبه سه و 37 درصد دارای رتبه چهار از نظر کیفیت آب برای مصرف شرب است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Qualitative Monitoring of Drinking Water Using Entropy Indices (Case Study: Central Aquifer of Birjand Plain)

نویسندگان [English]

  • Yousof Ramezani 1
  • Mohsen Pourreza-Bilondi 1
  • Mostafa Yaghoobzadeh 1
  • Mohammad Nazeri Tahrudi 2
1 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Iran
2 Ph.D. Student of Water Resources, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Iran
چکیده [English]

In this research, with a new approach based on entropy theory, the regional value of sampling wells in central aquifer of Birjand Plain and the groundwater quality in terms of drinking is studied. Regarding the formation of the plain, as well as the chromium and nitrate problems of groundwater in the region, the qualitative monitoring of nitrate and chromium amounts using entropy theory has been investigated to determine the number of wells in the aquifer to accurately monitor these two parameters. The results of the trend of chromium and nitrate in the region showed an increase in the amount of nitrate and chromium in the statistical period of 2005-2014 in most of the wells studied. The highest rate of nitrate was related to well No. Rakat 11, and on the chromium values related to the wells Nos. 4 Rakat Modares. The results of the qualitative monitoring of these two parameters showed that of 19 wells in the plain, well Nos. 3 of Rakat and 4 of Modares regarding the transmission of chromium data and wells Nos. 5 Rakat and 13 of Ali Abad in terms of transfer of nitrate information in The critical situation (the lowest rank and the weakest position) and the use of their data are not accurately describing the aquifer information. Other important results obtained in this study are the location of all wells in poor and qualitative conditions in drinking water based on weighted entropy. Based on entropy of the water quality index, 63% of the total groundwater samples were rated three and 37% ranked four in terms of water quality for drinking.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Entropy theory
  • Groundwater
  • Information transfer model
  • monitoring
اکبرزاده،م.، قهرمان،ب. 1392. استفاده هم‌زمان از آنتروپی و کریجینگ فضایی - زمانی برای تعیین شبکه بهینه پایش کیفی منابع آب زیرزمینی دشت مشهد. نشریه آب و خاک. 27. 3: 629-613.

طاهری،ش.، معاشری،ب.ن.، شریف­زاده.،غ. 1389. غلظت کروم و مس در آب‌های زیرزمینی و شبکه توزیع آب آشامیدنی شهر بیرجند در سال 1389-1388. مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی بیرجند. 18. 1: 67-62.

معصومی،ف.، کراچیان،ر. 1385. ارزیابی کارآیی سیستم­های پایش کیفی منابع آب زیرزمینی با تئوری آنتروپی گسسته، مطالعه موردی: آبخوان تهران. دومین کنفرانس ملی منابع ایران، 3 و 4 بهمن، اصفهان.

میرعباسی،ر.، دین­پژوه.،ی. 1387. ارزیابی شبکه پایش کیفیت دشت اهر براساس تئوری آنتروپی، اولین همایش ملی مدیریت منابع آب اراضی ساحلی، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، ساری.

Ahmed,S.S., Mazumder,Q.H., Jahan,C.S., Ahmed,M., Islam,S. 2002. Hydrochemistry and classification of groundwater, Rajshahi City Corporation Area, Bangladesh. Journal of the Geological Society India. 60:411-418

Anbazhagan,S., Nair,A.M. 2007. Geographic information system and groundwater quality mapping in Panvel Basin, Maharashtra, India. Environmental Geology. 45.6: 753-761.

Chadalavada,S., Datta,B., Naidu,R. 2010. Uncertainty based optimal monitoring network design for a chlorinated hydrocarbon contaminated site, Environmental Monitoring and Assessment. 173:929-940.

Chapman,T.G. 1986. Entropy as a measure of hydrologic data uncertainty and model performance. Journal of Hydrology. 85: 111-126.

Davis,M.H., Scroggie,J.G. 1980. Theory and practice of direct chrome liquor recycling, Learning Disabilities Mortality Review (LeDeR). 31: 1-8

Fagbote,E.O., Olanipekun,E.O. Uyi,H.S. 2014.Water Quality index of the ground water of bitumen deposit impacted farm settlements using entropy weighted,International Journal of Enviromental Science and Technology. 11.1: 127- 138.

Harmancioglu,N.B., Alpaslan,N. 1992. Water quality monitoring network design: A problem of multiobjective decision making, Water resources bulletin. 28.1: 179-192.

Jaynes,E.T. 1957. Information theory and statistical mechanics, Physical review. 106: 620– 630.

Jessop,A. 1995. Informed Assessments, An Introduction to Information, Entropy and Statistics, New York: Ellis Horwoo.

Jian-Hua,W., Pei-Yue,L., Hui,Q. 2011. Groundwater Quality in Jingyuan County, a Semi-Humid Area in Northwest China, E-Journal of Chemistry. 8.2:787-793.

Khalili,K., Tahoudi,M.N., Mirabbasi,R., Ahmadi,F. 2016. Investigation of spatial and temporal variability of precipitation in Iran over the last half century, Stochastic environmental research and risk assessment. 30.4: 1205-1221.

Markus,M., Knapp,H.V., Tasker,G.D. 2003. Entropy and generalized least square methods in assessment of the regional value of stream gages, Journal of Hydrology. 283: 107-121.

Mogheir,Y., Lima,J.L.M.P., Singh,V.P. 2004. Characterizing the special  variability of groundwater quality using the entropy theory, hydrological process, .18:  2165-2179.

Mogheir,Y., Singh,V.P. 2003. Specification of information needs for groundwater management planning in developing country, Groundwater Hydrology, Balema Publisher. Tokyo. 2: 3-20.

Pei-Yue,L., Hui,Q. Jian-Hua,W. 2010. Groundwater Quality Assessment Based on Improved Water Quality Index in Pengyang County, Ningxia, North west China. E-Journal of Chemistry. 7(S1): S209-S216.

Sanchez,E., Colmenarejo,M., Vicente,J., Rubio,A., Garca,M., Travieso,L., Borja,R. 2007. Use of the water quality index and dissolved oxygen deficit as simple indicators of watersheds pollution, Journal of Ecological Indicators.7.2:315-28.

Sarlak,N., Sorman,A. 2006. Evaluation and selection of streamflow network stations using entropy methods, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences. 30: 91-100.

Shannon,C.E. 1948. A mathematical theory of communication, Bell System Technical Journal. 27:379-423.

WHO. 2008. Guidelines for drinking water quality recommendation, Vol. I، World Health Organization، Geneva.

Xiaolong,W., Jingyi,H., Ligang,X., Qi,Z. 2010. Spatial and seasonal variations of the contamination within water body of the Grand Canal, China. Environmental Pollution. 158.5: 1513-1520.

Zhu,Q., Shen,L., Liu,P., Zhao,Y., Yang,Y., Huang,D. 2015.Evolution of the Water Polish JResources and Entropy Theory, Polish Journal of Environmetal Studies. 24.6: 2727- 2738.