Spatial-Temporal Modeling of Groundwater Level Variations of Urban and Rural Areas in Kashan Aquifer Using GIS Techniques

Subject Areas : environmental management

Javad Samadi ¹ , Javad Samadi ²

1 - M.Sc. in Environmental pollutant Department of Environmental Pollutants, Researches Institute of Environmental Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran & Member of Young Researchers and Elite Club of Islamic Azad University, Naragh Branch *(Corresponding Author).
2 - Kashan Municipality, Urban Services Assistance and Environment, Office of Urban Environment.

Received: 2013-11-26 Accepted : 2016-01-10 Published : 2017-03-21

Keywords: Interpolation, Geostatistic and Deterministic, Cross validation, Groundwater level, Kashan Aquifer,

Abstract :

Background and Objective: The hydrograph and maps of groundwater level variations in Kashan aquifer demonstrate that during 2002-2011 the level of groundwater with depth moderate of 72.06 meter has decreased about 5.5 meter. When dealing with the quality of water resources for defferent uses, collecting samples from all parts of a study area is not economically possible, In this regard zoning methods are powerful tools in the providing the data based on spatial-temporal variations. This research aimed, modeling of level, depth and spatial-temporal variations Kashan aquifer groundwater table based on Cross validation technique of different methods of deterministic and geostatistic interpolation in GIS environment. Method: water level data of 67 observational wells in the region have been surveyed and compared to mapping of Kashan groundwater level during 2002-2011. Cross validation techniques have been employed and some criteria such as mean biased error (MBE), mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE) and R2 have been used to assess the performance of different methods and choosing the best one. Findings:  The results indicated that the local polynomials method with MBE = 0.444, MAE = 13.19, RMSE = 20.29 and R2 = 0.999 possessed the highest accuracy. Discussion and Counclusion: As well as the results of this study showed that residential areas with high population due to the high aggravation of net recharge and forest areas increased groundwater level and activities in the industrial, agricultural and water extraction have caused a drastic reduction in groundwater level.

References:

1. حسینعلی‌زاده م.، یعقوبی ع.، (1389). تغییرات زمانی و مکانی سطح سفرۀ آب زیرزمینی با استفاده از زمین آمار، مجلۀ علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، سال چهارم، شماره 10، بهار، صفحات 63 تا 67.


2. اکبری، اکبر.، کلانتری، نصرالله.، رحیمی، محمد حسین 1385. بررسی و ارزیابی کیفیت آب زیرزمینی دشت میاناب شوشتر با استفاده از GIS. اولین همایش منطقه­ای بهره برداری از منابع آب حوضه­های کارون و زاینده­رود (فرصت­ها و چالش­ها)، شهرکرد، 9ص.


3. حسنی پاک، ع.ا.، 1377. زمین آمار (ژئواستاتیستیک)، چاپ اول. انتشارات دانشگاه تهران، 314 صفحه.
   
   
   1. Nairizi, S., Janparvar, M. 2006. Mashhad Plain Groundwater Management under Drought Condition. 22p. Proceedings of the International Workshop, Tehran, 29-31 October 2006. Groundwater for emergency situations, IHP-VI, Series on groundwater No.15.
   
   


4. رنگزن، کاظم.، مختاری، مهدی.، شایگان، مهران 1384. ارزیابی دقت مدلهای IDW و Kriging جهت درونیابی داده های سطح آب زیرزمینی دشت میان آب شوشتر. همایش ژئوماتیک، سازمان نقشه برداری تهران، 10ص.


5. میثاقی، فرهاد.، محمدی، کورش 1387. بررسی سطح آب زیرزمینی با استفاده از روش‌های متداول درونیابی و مقایسه آن با تکنیک زمین آمار. سومین گرد همایی علوم زمین. سازمان زمین شناسی ایران. 5ص


6. اکبری، مرتضی، جرگه، محمد رضا، مدنی سادات، حمید 1388. بررسی افت آب های زیرزمینی با استفاده از سیستم اطلاعاتی جغرافیایی  (GIS) (مطالعه موردی: آبخوان دشت مشهد). پژوهش های حفاظت آب و خاک.جلد 16، شماره 4، 79 – 63ص.


7. انصاری، حسین.، نادریان‌فر، محمد.، مرادی، حوریه. پایش و تحلیل اثر تغییرات مکانی خشکسالی‌ها بر تغییرات سطح آب زیرزمینی با استفاده از GIS (مطالعه موردی: دشت نیشابور). هفتمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری، 1390، 7ص.


8. رهنما، هادی. قنبرپور، محمد رضا. حبیب نژاد روشن، محمود. دادرسی سبزوار، ابوالقاسم 1391. بررسی وضعیت کمی و کیفی منابع آب زیرزمینی (مورد شناسی: دشت جوین، استان خراسان رضوی). جغرافیا و آمایش شهری - منطقه ای، دوره 2، شماره 3، 46 – 31ص.

10. محمدی، صدیقه.، سلاجقه، علی.، مهدوی، محمد.، باقری، رضا 1391. بررسی تغییرات مکانی و زمانی سطح آب زیرزمینی دشت کرمان با استفاده از روش زمین آماری مناسب (طی یک دوره آماری 10 ساله 1375-1385). فصلنامة علمی - پژوهشی تحقیقات مرتع و بیابان ایران، جلد 19، شماره 1، 71 – 60ص.

11. صادقیان، آزاده.، واقعی، یدالله.، محمدزاده، محسن 1392. پیش‌بینی تغییرات مکانی – زمانی سطح آب زیرزمینی در دشت بیرجند به روش کریجینگ. مجله آب و فاضلاب، دوره 24، شماره 85، 100 – 93ص.

12. صمدی، جواد 1394. ارزیابی تأثیر کاربری اراضی و آسیب‌پذیری آبخوان کاشان بر آلودگی آب های زیرزمینی با استفاده از روش DRASTIC و مدل تخریب. تحقیقات منابع آب ایران، سال یازدهم، شماره 1، 20 – 13ص.

1. سازمان آب کاشان 1390. سطح آب زیرزمینی کاشان.
   
   
   1. Augustijn, E. W., 2002. Interpolations. International Institute for Geo-information Science and Earth Observation, Spatial Information Theory and Applied Computer Science Division
   
   
   2. Johnston, K., Ver Hoef, J., Krivoruchko, K., Lucas, N., 2001. Using ArcGIS Geostatistical Analyst. Environmental Systems Research Institute, Inc., Redlands, CA, USA
   
   
   3. Siska, P. P., Hung, I. K., 2005. Assessment of kriging accuracy in the GIS environment [on-line] http://gis.esri.com/library/userconf/proc01/professional/papers/pap280/p280.htm.
   
   

17. حیدری، محمد مهدی.، موسوی، روح‌الله.، رستگاردباغی، مسعود 1390. بررسی مشخصات هیدروژئولوژی دشت کاشان – اصفهان. اولین کنفرانس ملی عمران و توسعه، زیباکنار، 8ص.

18. حیدری، محمد مهدی.، موسوی، روح‌الله.، رستگاردباغی، مسعود 1390. بررسی روند تغییرات سطح آب زیرزمینی در دشت کاشان - اصفهان. اولین کنفرانس ملی عمران و توسعه، زیباکنار، 8ص.

19. ناصری، حمیدرضا.، شکیبا، علیرضا.، میرباقری، بابک.، باقری‌نژاد اسماعیل 1390. مدلسازی تغییرات مکانی - زمانی سطح آب زیرزمینی با استفاده از تکنیکهای GIS مطالعه موردی: آبخوان دشت نورآباد ممسنی، استان فارس. دومین همایش علوم زمین، 12ص.