ارزیابی و برآورد تغییرات مکانی سطح آب زیرزمینی در دشت سراب با استفاده از روش‌های مختلف درون‌یابی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار جغرافیا طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد هیدروژئومورفولوژی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

دشت سراب یکی از دشت‌های حاصلخیز استان آذربایجان شرقی است که اقتصاد جوامع ساکن در آن به کشاورزی و دامداری وابسته می‌باشد. در این دشت به دلیل شرایط خشک حاکم بر منطقه و بارش دریافتی کم، کشاورزان علاوه بر آب‌های سطحی از آب‌های زیرزمینی به عنوان مکمل جهت آبیاری مزارع و باغات استفاده می‌نمایند. پژوهش حاضر بر آن بود تا با آزمون و مقایسه روش‌های مختلف درون‌یابی به روش مناسب جهت برآورد تغییرات مکانی سطح آب زیرزمینی در دشت مزبور دست یابد. داده‌های مورد استفاده شامل داده‌های نمونه 50 چاه مشاهده‌ای در سال 1391 و روش‌های درون‌یابی شامل سه روش عکس فاصله وزنی (IDW)، توابع شعاعی پایه (RBF) و کریجینگ بود. مقایسه دقت و کارایی مدل‌ها بر اساس روش اعتبارسنجی متقاطع و از طریق معیارهای خطای میانگین اریب (MBE)، ریشه دوم میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب تعیین (R2) صورت گرفت. نتایج نهایی نشان داد که روش کریجینگ (مدل Rational Quadratic) با خطای RMSE و MBE به ترتیب برابر با 79/9 و 76/0- و R2 برابر با 31/0 ، در مقایسه با سایر مدل‌های مورد آزمون از بیشترین دقت و کارایی در برآورد مکانی سطح آب زیرزمینی برخوردار می‌باشد. بنابراین روش کریجینگ به عنوان روش بهینه جهت پهنه‌بندی سطح آب زیرزمینی محدوده مورد مطالعه توصیه گردید. این واقعیت را می‌توان به درنظرگرفتن توزیع فضایی و تغییرات ساختار فضایی داده‌ها توسط مدل کریجینگ نسبت داد. با توجه به نقشه‌های پهنه‌بندی مشخص گردید که سطح آب‌های زیرزمینی در قسمت جنوبی محدوده مورد مطالعه نسبت به بخش‌های دیگر بالاتر بوده و بنابراین از لحاظ مدیریت بهینه منابع آب زیرزمینی در خور توجه اساسی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment and estimation the spatial variation of groundwater level by various interpolation methods in Sarab plain

نویسندگان [English]

  • Fariba Esfandyary 1
  • Mortaza Gharachorlu 2
  • Elahmeh Ebadi 3
چکیده [English]

Sarab plain is one of the fertile plains of East Azarbayjan, NW Iran, where inhabitant’s economy is based on agriculture and ranch. Here, farmers exploit groundwater as supplement of surface water to irrigate their fields due to dominance of arid conditions and low precipitation. This study aimed to achieve the accurate method for estimating the spatial variations of groundwater level by comparison the different interpolation methods over the plain. Data include the sample data collected from 50 wells and interpolation methods include Inverse Distance Weighted (IDW), Radial Basis Functions (RBF) and Kriging. The methods were compared in terms of accuracy and efficiency by cross validation method, mean bias error (MBE), root mean square error (RMSE) and square of correlation coefficient (R2) between estimate and observed rates. Finally, the results showed that Kriging method (Rational Quadratic model) was the most efficient and accurate model among tested models for estimation of the groundwater level in the study area, having lowest estimation error (RMSE= 9/79) and highest square of the correlation coefficient between estimate and observed rates (R2= 0/31). So, Kriging method was proposed as optimal method for zoning the groundwater level over the area. This fact can related to considering the spatial distribution and structure of data by Kriging method. According to the zoning maps, the groundwater level in southern section is higher than other sections over the plain. So, it must be more attention to the southern section regarding the optimal management of the groundwater resources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Grounwater Level
  • interpolation
  • Algebraic Models
  • Geo-statistical Models
  • Sarab plain

احمدپور، حوری؛ محمدرضا خالدیان؛ افشین اشرف‌زاده؛ مجتبی رضایی (1393). پهنه‌بندی مکانی و زمانی هدایت الکتریکی و کل جامدات محلول آب‌های زیرزمینی دشت گیلان، پژوهش آب در کشاورزی. جلد 28. شمارۀ 3. صفحات 676- 667.

اسفندیاری‌درآباد، فریبا؛ مهدی عالی‌جهان؛ مسعود رحیمی (1393). ارزیابی مدل‌های جبری و زمین‌آماری در تخمین توزیع‌ ‌مکانی سطح ایستابی دشت اردبیل،‌ پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. شمارۀ 2. صفحات 62-44.

حسینعلی‌زاده، محسن؛ علی یعقوبی (1389). تغییرات زمانی و مکانی سطح سفرۀ آب زیرزمینی با استفاده از زمین‌آمار، علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. جلد 4. شمارۀ 10. صفحات 67-63.

خاشعی سیوکی؛ محبوبه سربازی (1394). بررسی توزیع مکانی کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از مدل‌هایLS-SVM ،MLP و زمین‌آماری، آب‌ و فاضلاب، شمارۀ 3. صفحات 103-93.

زارع‌ابیانه، حمید (1392). تحلیل مکانی پارامترهای کیفی منابع آب زیرزمینی دشت همدان بهار، جغرافیا و مخاطرات محیطی. شمارۀ 8. صفحات 86-65.

دلبری، معصومه؛ پیمان افراسیاب؛ سید روح‌الله میرعمادی (1389). تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی- زمانی شوری و عمق آب زیرزمینی (مطالعۀ موردی استان مازندران)، آبیاری و زهکشی‌ایران.‌جلد4.شمارۀ 3.صفحات374-359.

سازمان جنگل‌ها و مراتع کشور. نقشۀ کاربری اراضی شهرستان سراب.

شیخ‌گودرزی، مهدی؛ سیدحسن موسوی؛  نعمت‌الله خراسانی (1391). شبیه‌سازی تغییرات مکانی در ویژگی‌های کیفی آب‌های زیرزمینی با روش‌های زمین­آمار (مطالعۀ موردی: دشت تهران- کرج)، محیط زیست طبیعی. دورۀ 65. شمارۀ 1. صفحات 93-83.

طباطبایی، سیدحسن؛ محبوبه غزالی (1390). ارزیابی دقت روش‌های میان‌یابی در تخمین سطح ایستابی آب زیرزمینی (مطالعۀ موردی: آبخوان‌های فارسان‌ جونقان و سفیددشت)، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، شمارۀ 57. صفحات 22-11.

محمدی، صدیقه؛ علی سلاجقه؛ محمد مهدوی؛ رضا باقری (1391). بررسی تغییرات مکانی و زمانی سطح آب زیرزمینی دشت کرمان با استفاده از روش زمین‌آماری مناسب (طی یک دورۀ آماری 10 ساله، 1375- 1385)، تحقیقات مرتع و بیابان ایران. شمارۀ 1. صفحات 71-60.

Chowdhury, A (2016). Assessment of spatial groundwater level variations using geostatistics and GIS in Haringhata Block, Nadia District, West Bengal. International Journal of Research in Engineering and Technology. V. 5, Issue 5: 276-280.

Di Piazza, F., Lo Conti, L.V., Noto, F., Viola, G., La Loggia (2011). Comparative analysis of different techniques for spatial interpolation of rainfall data to create a serially complete monthly time series of precipitation for Sicily, Italy, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation Vol. 13, PP. 396-408.

Jie, C., Hanting, Z., Hui, Q.,  Jianhua, W., and Xuedi, Z (2013). Selecting Proper Method for Groundwater Interpolation Based on Spatial Correlation. Digital Manufacturing and Automation (ICDMA), Fourth International Conference on Qingdao, PP.1192-1195.

Khazaz, L., Oulidi, H.J., El Moutaki, S., and Ghafiri, A (2015).Comparing and Evaluating Probabilistic and Deterministic Spatial Interpolation Methods for Groundwater Level of Haouz in Morocco. Geographic Information System,7:631-642.

Rahab, F.K.J., Ghabayen, S.M., and Salha, A.A (2011). Effect of GIS technigues on the accuracy of the spatial representation of groundwater monitoring data in Gaza Strip. Environmental Science and Technology 4(6): 579-589.

Saghafian, B., Danesh kar arasteh, P., Rahimi Bandarabadi, S., Fattahi, E,. Mohammadzadeh,  M (2010). Draft Guide climatic factors using methods of spatial distribution data point, Ministry of Energy and Water Affairs Office Bfa engineering and technical standards for water and Bfa, Bulletin No. 368- A.

Xiao, Y., Gu, X.,  Yin, s., Shao, J., Cui, Y., Zhang, Q, and Niu, Y (2016). Geostatistical interpolation model selection based on ArcGis and spatio-temporal variability analysis of groundwater level in piedmont plains, northwest China. SpringerPlus, 5(1): 1-15.