نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

بهینه‌سازی شبکه پایش کیفیت آب زیرزمینی آبخوان رفسنجان با استفاده از الگوریتم زمین‌آماری کریجینگ و نقشه آسیب‌پذیری

نویسندگان
1 شرکت مهندسین مشاور ساحل امید ایرانیان
2 دانشگاه شهید چمران اهواز
3 دانشگاه خوارزمی
چکیده
توزیع مکانی داده‌های کیفیت آب زیرزمینی و شبکه پایش منطقی که معمولاً از چاه‌های پایش جمع‌آوری می‌شود، برای مدیریت منابع آب زیرزمینی مورد نیاز است. با این حال، از آنجایی که هزینه نگهداری شبکه‌های پایش آب زیرزمینی بسیار زیاد است، طراحی بهینه آن‌ها ضروری است. این مطالعه با هدف یافتن یک شبکه پایش بهینه کیفی با حداقل تعداد چاه در آبخوان رفسنجان انجام شد تا بتواند توزیع فضایی کافی را از نظر کیفیت آب زیرزمینی فراهم کند. برای این منظور، هدایت الکتریکی به عنوان پارامتر کیفی در طراحی شبکه پایش در این مطالعه انتخاب شد. در مرحله اول، برای شناسایی ریسک و ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان از روش DRASTIC استفاده شد. سپس میانگین انحراف معیار کریجینگ به عنوان معیاری برای تعیین چگالی شبکه مورد استفاده قرار گرفت و رویکرد مبتنی بر GIS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در این مرحله، نیم‌تغییرنما‌ها برای تعیین بهترین معیارهای دقت مدل، میانگین خطای استاندارد (ASE)، خطای ریشه میانگین مربعات (RMSE) و خطای ریشه میانگین مربعات استاندارد شده (RMSSE) مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مدل کروی به دلیل RMSSE نزدیک به یک، ASE نزدیک به RMSE و RMSE کمتر، از سایر مدل‌ها قابل اعتمادتر است. همچنین بر اساس اعتبارسنجی متقاطع داده‌ها و نقشه پایش کیفی حاصل از همپوشانی نقشه‌های پیش‌بینی و خطای استاندارد با نقشه دراستیک، 60 حلقه چاه به‌عنوان ایستگاه پایش کیفیت آب زیرزمینی برای سفره آب رفسنجان کافی بود. حذف 10 حلقه چاه در بخش‌های مختلف آبخوان و افزودن 6 حلقه چاه در شمال غرب آبخوان به تکمیل شبکه پایش کیفی کمک می‌کند.
کلیدواژه‌ها

Abdollahi Mansourkhani, M., Mohammadzade, H., Amini, M., Azizi, F., 2019. Assessment of Groundwater Quality Spatial Distribution and Appointment Optimize Network of Shahrkord Plain Aquifer Using Geostatistical Methods. Watershed Management Research Journal 32(2), 60 -78. doi: 10.22092/wmej.2019.123678.1159
Aller, L., Bennett, T., Lehr, J., Petty, R. J., Hackett, G., 1987. DRASTIC: A Standardized System for Evaluating Ground Water Pollution Potential Using Hydrogeologic Settings. US Environmental Protection Agency. Washington, DC, 455.
Al -Zubari, W. , Al -Shaabani, A. , Abdulhameid, N., 2023. Spatial Optimization of the Groundwater Quality Monitoring Network in the Kingdom of Bahrain. Water, 15, 2169. https://doi.org/10.3390/w15122169 .
Antunes, I.M.H.R., Albuquerque, M.T.D., 2023. Using indicator kriging for the evaluation of arsenic potential contamination in an abandoned mining area (Portugal). Science of the Total Environment 442, 545 –552.
Baalousha, H., 2010. Assessment of a groundwater quality monitoring network using vulnerability mapping and geostatistics: A case study from Heretaunga Plains, New Zealand . Agricultural Water Management, 97, 240 -246.
Babiker, I.S., Mohamed, M.A.A., Hiyama, T. , Kato, K., 2005. A GIS based DRASTIC model for assessing aquifer vulnerability in Kakamigahara Heights, Gifu Prefecture, Central Japan. Science of the Total Environment 345 (1 -3), 127 –140.
Desbarats, A. J., Logan, C. E., Hinton, M. J., Sharpe, D. R., 2002. On the kriging of water table elevations using collateral information from a digital elevation model. Journal of Hydrology, 255(1 -4), 25 -38.
Deutsch, C.V., Journel, A.G., 1998. GSLIB, Geostatistical Software Library and User’s Guide; Oxford University Press: New York, NY, USA, 1998.
Diodato, N., Ceccarelli, M., 2004. Multivariate indicator Kriging approach using a GIS to classify soil degradation for Mediterranean agricultural lands. Ecological Indicators, 4(3), 177 -187.
Fetouani, S., Sbaa, M., Vanclooster, M., Bendra, B., 2008. Assessing ground water quality in the irrigated plain of Triffa (north -east Morocco). Agricultural water management, 95(2), 133 - 142.
Gharbia, A., Gharbia, S., Abushbak, T., Wafi, H., Aish, A., Zelenakova, M., Pilla, F., 2016. Groundwater Quality Evaluation Using GIS Based Geostatistical Algorithms. Journal of Geoscience and Environment Protection, 4, 89 - 103. doi: 10.4236/gep.2016.42011 .
Gladish, DW., Pagendam, D .E., Janardhanan, S., Gonzalez, D., 2023. Geostatistical based optimization of groundwater monitoring well network design. Frontiers in Earth Science 11 , 2296 -6463. doi: 10.3389/feart.2023.1188316.
Isaaks, E.H., Srivastava, R.M. 1989. An Introduction to Applied Geostatistics; Oxford University Press: New York, NY, USA, 1989.
Jabbari, M., 2012. Optimization of groundwater quality monitoring network in Birjand plain using combined geostatistics -Fuzzy methods. MSc Thesis, Kharazmi University. (in Persian)
Jørgensen, L. F., Stockmarr, J., 2009. Groundwater monitoring in Denmark: characteristics, perspectives and comparison with other countries. Hydrogeology journal 17(4), 827.
Journel, A., 1983. Non -parametric estimation of spatial distribution. Mathematical Geology 15, 445 –468.
Journel, A., Huijbregts, C.J. , 1978. Mining Geostatistics; Academic Press: New York, NY, USA.
Karami, S., Madani, H., Katibeh, H., Marj, AF., 2018. Assessment and modeling of the groundwater hydrogeochemical quality parameters via geostatistical approaches. Applied Water Science 8(1 ) , 23 -36.
KRRW , 2018. Ministry of energy. Iranian water resource manegment. Regional Water Company of Kerman. www.krrw.ir/
Leach, J. M., Coulibaly, P., Guo, Y., 2016. Entropy based groundwater monitoring network design considering spatial distribution of annual recharge. Advances in water resources, 96, 108 - 119.
Loaiciga, H. A., 1989. An optimization approach for groundwater quality monitoring network design. Water Resources Research, 25(8), 1771 -1782.
Loaiciga, H.A., Charbeneau, R., Everett, L., Fogg, G., Hobbs, B., Rouhani, S., 1992. Review of ground -water quality monitoring network design . Journal of Hydraulic Engineering, 118, 11 -37.
Matheron, G., 1970. Les variables régionalisées et leur estimation; Masson: Paris, France.
Mogheir, Y., De Lima, J . L . M .P., Singh, VP., 2009. Entropy and Multi -Objective based approach for groundwater quality monitoring network assessment and redesign. Journal of Water Resources Management 23(8) ,1603 -1620.
Morgenstern, U., Daughney, C. J., 2012. Groundwater age for identification of baseline groundwater quality and impacts of land -use intensification –The National Groundwater Monitoring Programme of New Zealand. Journal of Hydrology 456, 79 -93.
Nielsen, D.M., 2006. Practical handbook of environmental site characterization and groundwater monitoring, 2nd ed. USA: Taylor and Francis group; CRC Press.
Piscopo, G., Please, P., Sinclair, P., 2001. Macquarie Catchment Groundwater Vulnerability Map Explanatory Notes, Department of Land and Water Conservation, New South Wales.
Qi, S., Hou, D., Luo, J., 2017. Optimization of groundwater sampling approach under various hydrogeological conditions using a numerical simulation model. Journal of Hydrology, 552, 505 -515.
Reed, P.M., Kollat, J.B., 2013. Visual analytics clarify the scalability and effectiveness of massively parallel many -objective optimization: a groundwater monitoring design example . Advances in Water Resources, 56, 1 - 13.
Sheikhy Narany, T., Ramli, M.F., Aris, A.Z., Sulaiman, W.N.A., Fakharian, K., 2014. Spatial Assessment of Groundwater Quality Monitoring Wells Using Indicator Kriging and Risk Mapping, Amol -Babol Plain, Iran. Water 6, 68 -85. https://doi.org/10.3390/w6010068
Uyan, M. , Cay, T., 2010. Geostatistical methods for mapping groundwater nitrate concentration. In Proceedings of the 3rd international conference on cartography and GIS, Nessebar, Bulgaria, 15 –20 June 2010.
Yeh, M. S., Lin, Y. P., Chang, L. C., 2006. Designing an optimal multivariate geostatistical groundwater quality monitoring network using factorial kriging and genetic algorithms. Environmental Geology 50, 101 – 121. https://doi.org/10.1007/s00254 -006 -0190 - 8 .