نگرشی نو در ارزیابی کیفیت آبهای زیرزمینی با روشهای آماری-فضایی (تحلیل لکه داغ): مطالعه موردی دشت کرمان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اکولوژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان

2 دکتری آبیاری و زهکشی، دانش آموخته دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، ایران

چکیده

در این مقاله کارایی روش‌های درون‌یابی و روش تحلیل لکه داغ در ارزیابی کیفی آب‌های زیرزمینی در محدوده دشت کرمان موردبررسی قرار گرفته است. جهت انجام این امر اطلاعات مربوط به مقادیر هدایت الکتریکی (EC)، کل نمک‌های محلول (TDS) و نسبت جذب سدیم (SAR) 60 نقطه چاه در حال بهره‌برداری در دشت کرمان گردآوری و پس از اطمینان از موقعیت مکانی و صحت داده‌ها با استفاده از روش‌های معکوس فاصله وزن‌دار و کریجینگ نقشه پراکنش این پارامترها با استفاده از داده‌های اولیه و همچنین نتایج حاصل از تحلیل لکه داغ (Z-Score) برای هر پارامتر ترسیم گردید. نتایج حاصل حاکی از ارجحیت کارایی روش کریجینگ نسبت به روش معکوس فاصله وزن‌دار با استفاده از نتایج تحلیل لکه داغ نسبت به استفاده از داده‌های اولیه می‌باشد. زیرا نقشه‌های حاصل بدون دخالت کاربر در تعیین تعداد و حد طبقات بر اساس اصول زمین آماری ترسیم می‌گردند. نقشه‌های حاصله با استفاده از نتایج حاصل از لکه داغ نشان‌دهنده مرز و مساحت مشخص مقادیر بسیار بالا و مقادیر بسیار پایینEC (1411 و 1063)، TDS ( 1874و 1470) و SAR ( 321 و 396 کیلومترمربع) در منطقه می‌باشد. به‌طوری‌که مساحت‌های محاسبه شده با واقعیت سازگار و نشان‌دهنده تاثیر ناحیه‌ای گسترش یک پارامتر در محدوده مورد مطالعه می‌باشد. بنابراین استفاده از نتایج تحلیل لکه داغ در ترکیب با سایر روش‌های درون‌یابی می‌تواند محققین را در ارزیابی میزان گسترش مقادیر بسیار بالا و پایین یک پارامتر و مساحت تحت تاثیر آلودگی در منطقه یاری رساند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

New Approach in Assessing Groundwater Quality Using Geo-statistical methods (Hotspot Analysis): Case Study of Kerman Plain

نویسندگان [English]

  • Reza Hassanzadeh 1
  • Mohadeseh Hosseininia 2
1 Ecology Group, KGUT
2 PhD. of Irrigation and Drainage, Faculty of Water and Soil Sciences, University of Zabol.
چکیده [English]

This paper investigates the effectiveness of Kriging and Inverse Desistance Weighting (IDW) methods and Hotspot analysis in evaluation of groundwater quality in Kerman Plain, Iran. In order to conduct this study the information regarding the concentration level of electrical conductivity (EC), total dissolved salts (TDS) and sodium adsorption ratio (SAR) of 60 exploiting wells in the study area were obtained. The positional accuracy and correctness of this information were confirmed. Then, interpolation maps were produced for EC, TDS and SAR parameters using the raw data and the output of hotspot analysis (Z-Score) with the application of IDW and Kriging methods. This result demonstrates preferability of Kriging in regard to IDW using the output of Hotspot analysis (Z-Score), as the experts don’t interfere with the range and number and produced maps are based on geostatistical analysis. Furthermore, the resulted maps indicated sharp boundaries of very high and very low concentration of each parameter and the calculated area for EC (1411, 1063 km2), TDS (1874, 1470 km2) and SAR (321, 396 km2) are very close to reality. Accordingly, applying the output of hotspot analysis in combination with other interpolation methods can assist researchers in determining the extent of very high and very low concentration of a parameter and in calculating the area of the affected region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Assessing Quality of Groundwater
  • IDW
  • Kriging
  • Hotspot Analysis
  • and Kerman Plain
احمدپور، ح.، خالدیان، م.، اشرف­زاده، ا و رضایی، م. 1393. پهنه‌بندی مکانی و زمانی هدایت الکتریکی و کل جامدات محلول آب‌های زیرزمینی دشت گیلان، نشریه پژوهش آب در کشاورزی.  28. 3: 667 – 676.
امینی فسخودی، م.، خادمی موغاری، ح.، فتحیان­پور، ن.  1381. مقایسه کریجینگ و کوکریجینگ در برآورد غلظت کلر محلول در خاک .مجله علوم کشاورزی ایران. 33. 4: 741 - 748.
جهانشاهی، ا.، روحی مقدم، ع.، دهواری، ع. 1393. ارزیابی پارامترهای کیفی آب زیرزمینی با استفاده ازGIS  و زمین‌آمار (مطالعه موردی: آبخوان دشت شهربابک). دانش آب و خاک. 24. 2: 183 – 197.
دلبری،م.، افراسیاب،پ و میرعمادی،س.ر. 1389. تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی- زمانی شوری و عمق آب زیرزمینی (مطالعه موردی: استان مازندران)  آبیاری و زهکشی ایران. 4. 3: 359 – 374.
رضایی، م.، دواتگر، ن.، تاجداری، خ و ابول­پور، ب. 1389. بررسی تغییرات برخی شاخص‌های کیفی آب‌های زیرزمینی استان گیلان با استفاده از زمین آمار. نشریه آب و خاک (دانشگاه فردوسی مشهد). 24. 5: 932 – 941.
زاهدی­فر، م.، موسوی، س.ع.ا.، رجبی، م. 1392. پهنه‌بندی ویژگی‌های شیمیایی کیفیت آب‌های زیرزمینی دشت فسا با استفاده از روش‌های زمین آماری.آب و خاک. 27. 4:  812 – 822.
سازمان برنامه و بودجه استان کرمان. 1374. مطالعات جامع اقتصادی - اجتماعی استان کرمان - آب‌های زیرزمینی، انتشارات سازمان برنامه و بودجه استان کرمان.
سلیمانی ساردو، ف.، برومند، ن.، آذره، ع. 1395. بررسی روند تغییرات مکانی و زمانی کیفیت آب‌ زیرزمینی در دشت جیرفت، مرتع و آبخیزداری.  69. 4: 921-932.
شعبانی، م. 1387. تعیین مناسب‌ترین روش زمین‌آمار در تهیه‌ی نقشه‌ی تغییرات pH و TDS آب‌های زیرزمینی دشت ارسنجان. مجله مهندسی آب. 1: 47-58.
شعبانی، م. 1390. ارزیابی روش‌های زمین آماری در تهیه نقشه‌های کیفی آب‌های زیرزمینی و پهنه‌بندی آن‌ها مطالعه موردی: دشت نی‌ریز، استان فارس، جغرافیای طبیعی. 4. 13: 83 - 96 .
صادقی،آ.، زهتابیان،غ.، ملکیان،آ و خسروی،ح. 1393. تاثیر تغییر کاربری اراضی بر کیفیت آب زیرزمینی حوزه آبخیز دریاچه زریبار‏. پژوهش‌های آبخیزداری (پژوهش و سازندگی). 27. 4:  90 - 97.
قضاوی، ر.، رمضانی‌سربندی، م. 1396. بررسی تاثیر تغییرات میزان بارش و برداشت از آب‌های زیرزمینی بر تغییرات کمی و کیفی آب آبخوان (مطالعه‌ی موردی: دشت رفسنجان). هیدروژئومورفولوژی. 3 .12: 111-129.
قمشیون، م.، ملکیان، آ.، حسینی، خ.، قره­چلو، س.، خاموشی، م. 1391. بررسی تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی دشت سمنان - سرخه با استفاده از روش‌های زمین آمار،  تحقیقات مرتع و بیابان ایران. 19. 3 (پیاپی 48): 535 - 545.
محمدیاری، ف.، اقدر، ح و بصیری، ر. ۱۳۹6. پهنه‌بندی کیفیت آب زیرزمینی ازلحاظ شرب با استفاده از روش­های زمین آمار مطالعه موردی: مناطق خشک مهران و دهلران،فصل­نامه اطلاعات جغرافیایی (سپهر). 26. 101: 199 - 208.
محمدی‌، م.، محمدی‌قلعه‌نی، م.، ابراهیمی، ک. 1390. تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب زیرزمینی دشت قزوین، مجله پژوهش آب ایران. 5. 8: 41 – 52.
ملکیان، آ.، زرندی، ی.، خلیقی سیگارودی، ش.، فرخ­زاده، ب. 1395. بررسی تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از رویکرد ترکیبی منطق بول، فازی و زمین آمار مطالعه موردی: دشت ورامین. پژوهش‌های آبخیزداری. 29. 2: 87-99.
ملکیان،آ.و  میردشتوان،م. 1394. بررسی کیفیت آب زیرزمینی جهت مصارف کشاورزی بر اساس تحلیل های زمین آماری (مطالعه موردی: دشت هشتگرد استان البرز.  مرتع و آبخیزداری 64 .4 : 809 – 820.
نخعی نژاد، س.، زهتابیان، غ.، ملکیان، آ و خسروی، ح. 1396. بررسی تغییرات زمانی و مکانی کیفیت و کمیت آب‌های زیرزمینی دشت سرایان در خراسان­جنوبی. تحقیقات مرتع و بیابان ایران. 24. 2: 268-279.
نظری­زاده، ف.، ارشدیان، ب و زندوکیلی، ک. 1385. بررسی تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی دشت بالارود در استان خوزستان. اولین همایش منطقه‌ای بهره‌برداری بهینه از منابع آب حوزه‌های کارون و زاینده‌رود. دانشگاه شهرکرد.
یزدان­پناه،ن.، دژ همت،ع. 1394. توزیع مکانی برخی ویژگی‌های آب زیرزمینی دشت کرمان با استفاده از روش‌های زمین آماری. پژوهش‌های آبخیزداری (پژوهش و سازندگی). 28 .3: 14-25.
یزدان­پناهی، ع.، اکبری، م.، بهرنگ­منش، م. 1397. بررسی تغییرات زمانی- مکانی پارامترهای کمی و کیفی آب زیرزمینی با استفاده از روش‌های زمین آمار در دشت مشهد. نشریه ترویج و توسعه آبخیزداری. 6. 20: 25-34.
Achari,V.S., George,T.R., Ambili,M.S., Jayasree,S., Rajalakshmi,A.S and Lopez,R.M. 2017. Hydrogeochemistry of groundwater along a tsunami devastated coastal segment of Kerala: Arattupuzha Village, Alappuzha, India. Indian Journal of Marin Sciences. 46.9: 1765-1779.
Andik, H. and Eslami, H., 2015. Evaluate the spatial variability of EC and TDS in groundwater of Dez irrigation network. Journal of Scientific Research and Development, 2.5: 95-98.
Azareh,A., Saravi,M.M., Keshavarzi,A and Tirado-Corbala,R. 2013. Developing groundwater quality maps ssing geostatistical methods. International Journal of Agriculture. 3.3: 590-596.
Babakhani,M., Zehtabian,G.R., Keshtkar,A.R., Khosravi,H. 2016. Trend of groundwater quality changes, using geo statistics (Case Study: Ravar Plain). Pollution. 2.2: 115-129.
Cressie,N. 1990. The origins of kriging. Mathematical Geology. 22.3:239-252.
Cressman,G.P. 1959. An operational objective analysis system. Monthly Weather Review. 87.10:367-374.
Getis,A and Ord,J.K. 1992. The analysis of spatial association by use of distance statistics. Geographical Analysis 24.3: 189-206.
Jang,W., Engel,B., Harbor,J., Theller,L. 2017. Aquifer vulnerability assessment for sustainable groundwater management using DRASTIC. Water. 9.10.792: 1-20.
Jeihouni,M., Delirhasannia,R., Alavipanah,S.K., Shahabi,M., Samadianfard,S. 2015. Spatial analysis of groundwater electrical conductivity using ordinary kriging and artificial intelligence methods (case study: Tabriz plain, Iran). Geofizika, 32.2: 192-208.
Karami,S., Madani,H., Katibeh,H., Fatehi Marj,A. 2018. Assessment and modeling of the groundwater hydrogeochemical quality parameters via geostatistical approaches. Applied Water Science. 8.1.23: 1-13.
Kuttimani, R., Raviraj, A., Pandian, B.J. and Kar, G., 2017. An overview of groundwater quality in Tamil nadu. Environment Conservation Journal. 18.3:27-37.
Maroufpoor, S., Fakheri-Fard, A. and Shiri, J., 2019. Study of the spatial distribution of groundwater quality using soft computing and geostatistical models. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 25.2: 232-238.
Mahmoodifard, Z., Nazemi, A.H., Sadraddini, S.A. and Shahbazi, F. 2014. Assessment of spatial and temporal distribution of groundwater salinity and alkalinity using ordinary kriging; case study: Ardabil plain aquifer. Agriculture Science. Development. 3.7: 244-250.
Neshat,A.R., Pradhan,B. 2017. Evaluation of groundwater vulnerability to pollution using DRASTIC framework and GIS. Arabian Journal of Geosciences. 10.22.501: 2-8
Oliver,M.A. 1990. Kriging: a method of interpolation for geographical information systems. International Journal of Geographic Information Systems. 4: 313–332.
Ord,J.K and Getis,A. 1995. Local spatial autocorrelation statistics: distributional issues and an application. Geographical Analysis. 27.4: 286-306
Philip,G.M and Watson,D.F. 1982. A precise method for determining contoured surfaces. Australian Petroleum Exploration Association Journal. 22: 205–212.
Pourkhosravani,M. 2016. Qualitative analysis of orzooiyeh plain groundwater resources using GIS techniques. Environmental Health Engineering and Management Journal. 3.4: 209-215.
Watson,D.F., Philip,G.M. 1985. A refinement of inverse distance weighted interpolation. Geoprocessing. 2:315–327.
Zehtabian,G., Azareh,A., Samani,A.N., Rafei,J. 2013. Determining the most suitable geostatistical method to develop zoning map of parameters EC, TDS and TH groundwater (case study: Garmsar Plain, Iran). International Journal Of Agronomy And Plant Production. 4:1855–1862.