ارزیابی زمین آماری با شاخص کیفیت آب زیرزمینی به منظور آشامیدن (DGWQI) در آبخوان دشت بیرجند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی ، مشهد، ایران

2 کارشناس ارشد، گروه مهندسی نقشه‌برداری، دانشکده مهندسی نقشه‌برداری و اطلاعات مکانی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشجوی دکترای، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

10.22034/jewe.2021.256731.1464

چکیده

آب زیرزمینی منبع اصلی تأمین آب شرب در مناطق نیمه‌خشک ایران است؛ بنابراین، نظارت بر کیفیت این منبع ارزشمند، حیاتی است. از این­رو، هدف از این مطالعه بررسی و تهیه نقشه کیفیت آب زیرزمینی بیرجند واقع در منطقه نیمه‌خشک شرق ایران با استفاده از تحلیل زمین‌آماری مبتنی بر GIS و با شاخص کیفیت آب زیرزمینی به‌منظور آشامیدنی ‏‏DGWQI))‏ بود. برای این منظور از داده‌های جمع‌آوری‌شده کیفیت آب زیرزمینی 27 حلقه چاه کشاورزی در طی سال‌های 1398 - 1393 استفاده شد. نتایج تحلیل‌های مکانی بیانگر این بود که 63% مساحت آبخوان در رده کیفی مناسب، 18% مساحت در ‏رده ضعیف، 10% مساحت در رده خیلی ضعیف‏ و 9% مساحت آبخوان نیز در ‏رده غیرآشامیدنی قرار داشت. تحلیل حساسیت نشان داد که پارامترهای Mg2+، EC و TDS با بالاترین میانگین شاخص تغییر 98/18، 68/20 و 04/19 به­ترتیب حساس‌ترین پارامترها در محاسبه DGWQI بودند. ارزیابی خطا به روش R2 و RMSE، روی مدل‌های کریجینگ معمولی و تغییرنگار کروی عملکرد خوبی برای تحلیل فضایی تمام پارامترها از جمله DGWQI، Mg2+، EC و TDS را نشان داد. نقشه DGWQI نشان می‌دهد که بخش غربی و جنوب غربی آبخوان از شرایط کیفی مناسبی جهت استحصال آب شرب مناسب برخوردار نمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Geostatistical Evaluation with Drinking Groundwater Quality Index (DGWQI) in Birjand Plain Aquifer

نویسندگان [English]

  • Mobin Eftekhari 1
  • Seyed Ahmad Eslaminezhad 2
  • Ali Haji Elyasi 3
  • Mohammad Akbari 4
1 M.Sc. Alumni, Department of Civil Engineering, Water and Hydraulic, Faculty of Engineering, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
2 MSc. Alumni, Department of Surveying Engineering, Faculty of Surveying Engineering and Spatial Information, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Ph.D. Scholar, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, science and research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 Assist. Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

Groundwater is the main source of drinking water in the semi-arid regions of Iran. Therefore, monitoring the quality of this valuable resource is vital. Hence, the purpose of this study was to investigate and prepare a groundwater quality map of Birjand located in the semi-arid region of eastern Iran using GIS-based geostatistical analysis with Drinking Groundwater Quality Index (DGWQI). For this purpose, the collected groundwater quality data of 27 agricultural wells during the years 2014-2019 were used. The results of spatial analysis show that 63% of the aquifer area was in the appropriate quality category, 18% in the poor category, 10% in the very poor category and 9% of the aquifer area was in the non-drinking category. Sensitivity analysis indicated that Mg2+, EC, and TDS parameters with the highest mean change index of 18.98, 20.68 and 19.04 were the most sensitive parameters in calculating DGWQI, respectively. Error evaluation calculated by R2 and RMSE methods on conventional kriging and spherical variogram models showed good performance for spatial analysis of all parameters including DGWQI, Mg2+, EC, and TDS. The DGWQI map shows that the western and southwestern parts of the aquifer do not have good quality conditions for extracting drinking water.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Kriging
  • Variogram
  • Sensitivity analysis
  • Zoning
Aad, G., Abbott, B., Abdallah, J., Khalek, S.A., Aben, R., Abi, B., Abolins, M., AbouZeid, O.S., Abramowicz, H., Abreu, H. and Abreu, R. (2014). Measurements of spin correlation in top-antitop quark events from proton-proton collisions at s= 7 TeV using the ATLAS detector. Phys. Rev. D., 90(11), p.112016. Doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.90.112016
Baudron, P., Alonso-Sarría, F., García-Aróstegui, J. L., Cánovas-García, F., Martínez-Vicente, D. and Moreno-Brotóns, J. (2013). Identifying the origin of groundwater samples in a multi-layer aquifer system with Random Forest classification. J. Hydrol., 499, 303-315. Doi: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.07.009.
Bidhuri, S. and Khan M. A. (2020). Assessment of ground water quality of central and southeast districts of NCT of Delhi. J. Geol. Soc. India, 95, 95–103. Doi: https://doi.org/10.1007/s12594-020-1390-7.
Chandra, N. A. and Sahoo, S. N. (2020). Indicator kriging approach using a GIS to classify groundwater quality parameters of east Godavari District, Andhra Pradesh, India. Corpus ID: 214704178
Eftekhari, M. and Akbari, M. (2020). Development of DRASTIC method considering land use to analyze the potential of aquifer pollution in semi-arid regions. Environ. Water Eng., 6(4), 345–359, Doi: https://doi.org/10.22034/JEWE.2020.236463.1374. [In Persian].
Eftekhari, M., Madadi K. and Akbari M. (2019). Monitoring the fluctuations of the Birjand plain aquifer using the GRACE satellite images and the GIS spatial analyses. J. Watershed Manag. Res. 32(4), 51-65, Doi: https://doi.org/10.22092/WMEJ.2019.126204.1218. [In Persian].
Hassanpour, M. and Khozeymehnezhad, H. (2018). Placement of nutrient wells for artificial nutrition and improvement of aquifer quality in Birjand plain using treated wastewater. Iran. J. Res. Environ. Health, 4(3), 215-226 [In Persian].
Heshmati, S. (2011). Mapping of some ground water quality index in Shahrekord Plain for various uses. M.Sc. Dissertation, Shahrekord University, Shahrekord, Iran, 500p. [In Persian].
Hu, H., Lin, T., Wang, S. and Rodriguez, L. F. (2017). A cyberGIS approach to uncertainty and sensitivity analysis in biomass supply chain optimization. Appl. Energy, 203, 26-40. Doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.03.107
Keshavarz, A., Khashei-siuki, A. and Najafi, M. (2014). Locating of suitable area of pumping drinking water using FAHP method (Case Study: Birjand Aquifer). J. Water Wastewater, 25(3), 135-142 [In Persian].
Khaledi, B., Akbari, M. and Eftekhari, M. (2020). Database management in ArcGIS. Salehian [In Persian].
Khodapanah, L., Sulaiman, W. N. A. and Khodapanah, N. (2009). Groundwater quality assessment for different purposes in Eshtehard District, Tehran, Iran. Europ. J. Sci. Res., 36(4), 543–553.
Kumar, M., Shekhar, A. and Jenifer, M. (2020). Assessing groundwater quality for drinking water supply using hybrid fuzzy-GIS-based water quality index. Water Res., 179(15), 857-867. Doi: https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115867.
Machiwal, D., Madan, K. J. and Bimal, C. M. (2011). GIS-based assessment and characterization of groundwater quality in a hard-rock hilly terrain of Western India. Environ. Monit. Assess. 174, 645–663.  Doi: https://doi.org/10.1007/s10661-010-1485-5.
Mohebbi, M. R., Saeedi, R., Montazeri, A., Labbafi, S., Oktaie, S., Abtahi, M. and Mohagheghian, A. (2013). Assessment of water quality in groundwater resources of Iran using a modified drinking water quality index (DWQI), Ecol. Indicat., 30, 28-34. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2013.02.008.
Pirzadeh, B. and Asvar, T. (2020). Determining spatial and temporal variations of groundwater quality parameters using GIS and interpolation methods (case study: Sirjan Plain). Irrig. Water Eng., 11(2), 266-275. Doi: https://doi.org/10.22125/iwe.2020.120736
Ramakrishnaiah, C. R., Sadadhiv, C. and Rangnna, G. (2009). Assessment of water quality index for the groundwater in Tumkur Taluk, India. J. Chem., 6(2), 523–530. Doi: https://doi.org/10.1155/2009/757424.
Sandara, K., Sandara, K. P., Ratnakanth, B. and Hanumantha, R. (2010). Assessment and mapping of groundwater quality using geographical information systems, Int. Eng. Sci. Technol., 2(11), 6035–6046.
Seifi, A., Dehghani, M. and Singh, V. P. (2020). Uncertainty analysis of water quality index (WQI) for groundwater quality evaluation: application of Monte-Carlo method for weight allocation. Ecol. Indicat., 117, 106653. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106653.
Soleimani, H., Nasri, O., Ojaghi, B., Pasalarib, H., Hosseini, M., Hashemzadeh, B., Kavosi A., Masoumi, S., Radfard, M., Adibzadeh, A. and Kiani, F. G. (2018). Data on drinking Water quality using water quality index (WQI) and assessment of groundwater quality for Irrigation purposes in Qorveh&Dehgolan, Kurdistan, Iran, Data Brief, 20, 375-386. Doi: https://doi.org/10.1016/j.dib.2018.08.022.
WHO. (2011). Guidelines for Drinking-water Quality, 4th ed., Recommendations. World Health Organization (WHO), Geneva. Available from: www.who.int.
دوره 7، شماره 2
تابستان 1400
صفحه 268-279
  • تاریخ دریافت: 20 آبان 1399
  • تاریخ بازنگری: 05 فروردین 1400
  • تاریخ پذیرش: 10 فروردین 1400