بررسی و پایش زمانی شاخص GRI بر نوسانات سطح آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت زنجان)

محورهای موضوعی : مدیریت منابع آب

ابراهیم یوسفی مبرهن ¹ , سمیرا زندی فر ²

1 - استادیار پژوهشی، بخش حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشــاورزی و منابع طبیعی استان سمنان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، سمنان، ایران.
2 - استادیار پژوهشی، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1401/12/14 تاریخ پذیرش : 1402/02/11 تاریخ انتشار : 1402/05/01

کلید واژه: شاخص GRI, حجم مخزن, آبنمود معرف, سطح آب زیرزمینی, خشکسالی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: با توجه به وقوع دوره های خشکسالی و افزایش بهره برداری از آبخوان، گسترش کشاورزی و افزایش برداشت آب های زیرزمینی، تراز سطح آب زیرزمینی در دشت زنجان کاهش یافته است که این امر بر پایین رفتن تراز سطح آب زیرزمینی و کاهش راندمان چاه ها گردیده است. هدف از این پژوهش بررسی و پهنه بندی مکانی-زمانی عمق، تراز و تغییرات سطح آب زیرزمینی دشت زنجان، برآورد روند افت و تغییرات سالانه آب زیرزمینی و پایش زمانی خشکسالی (GRI) منابع آب زیرزمینی دشت زنجان بر اساس هیدروگراف معرف می باشد.روش پژوهش: به منظور انجام این پژوهش، آمار 69 حلقه چاه مشاهده ای در طی 3 دوره زمانی (87-80، 92-87 و 97-92) مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا داده های آماری جمع آوری و پس از ورود داده ها به سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) با روش درون یابی، نقشه های خطوط هم عمق، هم تراز و پهنه بندی تغییرات افت سطح آب زیرزمینی تهیه گردید. آبنمود معرف آبخوان به منظور بررسی تغییرات درازمدت و نوسـانات سطح آب زیرزمینی و نیز تشخیص دوره هـای افزایش و کاهش سـطح آب، در طول دوره آماری برای دشت زنجان تهیه شده است. تغییرات درازمدت و نوسـانات سطح آب زیرزمینی نیز در محیط نرم افزاری Excel ترسیم شدند. پدیده خشکسالی در درازمدت موجب کاهش منابع آب، از طریق خشکیدگی جریان های سطحی و زیرزمینی می گردد. بدین منظور از شاخص خشکسالی GRI جهت پایش زمانی خشکسالی منابع آب زیرزمینی دشت زنجان استفاده شده است.یافته‌ها: نتایج به دست آمده از نقشه های پهنه بندی افت، نشان داد در دوره زمانی اول (1387-1380) در بخش های شمال غربی به اندازه 5/14 متر، در دوره زمانی دوم (1392-1387) در بخش جنوبی و شرقی دشت به اندازه 4/9 متر و بیشترین افت سطح آب زیرزمینی در دوره زمانی سوم (1392-1397) در بخش شمالی دشت به اندازه 4/12 متر بوده است. هیدروگراف های تراز آب زیرزمینی نشان می دهند که در طول مدت زمان 20 سال، افت سطح آب در دشت زنجان 9/12 متر می باشد که به طور متوسط هر سال 65/0 متر سطح آب افت کرده است این در واقع نشان دهنده منفی بودن تغییرات سطح آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه است. نتایج حاصل از تغییرات حجم مخزن دشت زنجان نشان داد کل کسری حجم مخزن معادل 8/705 میلیون مترمکعب می‌باشد همچنین پایش زمانی خشکسالی منابع آب زیرزمینی دشت زنجان با شاخص GRI در طول بازه بیست ساله روندی بسیار نزولی به سمت خشکسالی دارد.نتایج: آب زیرزمینی منبع اصلی تأمین نیازهای کشاورزی بخصوص در مناطق خشک و نیمه خشک محسوب می شود؛ بنابراین داشتن یک کشاورزی پایدار نیازمند مدیریت و برنامه ریزی دقیق در مورد نحوه استفاده از این منابع است که این خود مستلزم داشتن شناخت کافی در مورد تغییرات مکانی سطح آب زیرزمینی در یک دوره زمانی مشخص است. در تحقیق حاضر، بررسی نوسانات سطح آب زیرزمینی خصوصا در پیزومترهای بخش های شمالی و کناری دشت زنجان نشان داد که این فاجعه آبی (افت حدود 13 متری سطح ایستابی) عمدتا در اثر مدیریت نامناسب منابع آبی و افزایش صدور مجوز حفر چاه های عمیق و نیمه عمیق با رشد 61 درصدی در دو دهه گذشته بوده است . بیلان منفی دشت به حدی شدید است که حتی بارش های مناسب چند سال اخیر نیز نتوانسته است از روند افت تراز سفره آب زیرزمینی ممانعت کند. توصیه می گردد جهت جلوگیری از ادامه روند کاهش حجم مخزن دشت زنجان، بهره بردای و برداشت ها از چاه ها مدیریت و کنترل و از هرگونه اضافه برداشت از سفره جلوگیری گردد همچنین از طریق اجرا و توسعه طرح های آبخوان داری جهت تامین کمبود منابع آب و تغذیه دشت استفاده شود.

چکیده انگلیسی:

Background and Aim: Due to the occurrence of drought periods and increased exploitation of the plain, alongside of the agriculture expansion and the rise in groundwater extraction, the level of the groundwater table in the Zanjan plain has decreased, which has resulted in a fall in the level of the groundwater table and a decrease in the efficiency of the wells. The purpose of this research is to investigate and Zoning of Temporal and Spatial of the depth, level and changes of the level of groundwater table of Zanjan plain, trends of depletion and annual changes and temporal monitoring of the drought (GRI) of groundwater resource of Zanjan plain based on the representative hydrograph.Method: In order to carry out this research, the statistics of 69 observation wells are analyzed during 3 time periods (2001-2008, 2008-2013 and 2013-2018). At first, statistical data is collected and after importing the data into the Geographical Information System (GIS), maps of iso-depth, iso-level and zoning changes of the groundwater table are prepared with the interpolation method. The plain hydrograph has been prepared to investigate the long-term changes and fluctuations of groundwater table, as well as to detect the periods of rise and fall of the water level, during the statistical period for the Zanjan plain. Long-term changes and fluctuations of groundwater table are also drawn in the Excel. The phenomenon of drought in the long term causes the reduction of water resources through the drying up of surface and underground streams. For this purpose, the GRI index has been used to temporal monitoring of drought of groundwater resources in Zanjan plain.Results: The results obtain from the maps of the iso-loss show that the highest level of groundwater in the first time period (2013-2018) in the northern part of the plain is 12.4 m, in the second time period (2008-2013) in the southern part and the eastern part of the plain has dropped by 9.4 m and in the third period (2001-2008) in the northwestern parts, it has dropped by 14.5 m. The hydrographs of the groundwater table illustrate that during the period of 20 years, the depletion of the Zanjan plain table is 12.9 m, which means that the water level has depleted by 0.65 m annually on average. This actually indicates the negative changes in the groundwater level in the studied area. The results of the changes in the volume of the Zanjan plain demonstrate that the volume deficit of the Zanjan plain is 705.8 MCM. Also, temporal monitoring of the drought in groundwater resources of the Zanjan plain with the GRI index shows a very descending trend towards drought during the twenty-year period.Conclusion: Groundwater is the main source of agricultural needs, especially in arid and semi-arid areas; therefore, having a sustainable agriculture requires careful management and planning on how to use these resources, which itself requires sufficient knowledge about the spatial changes of the groundwater level in a certain period. In the present research, the investigation of the depletion of the groundwater table, especially in the piezometers of the northern and side parts of the Zanjan plain, shows that this water disaster (groundwater level depletion of about 13 m) is mainly due to the improper management of water resources and the increase in the issuance of permits for deep and semi-deep wells with 61% growth in the last two decades. The negative balance of the plain is so severe that even the good rains of the last few years have not been able to stop the process of lowering the groundwater table. It is recommended to prevent the continuation of the Zanjan plain volume decrease, to manage and control the exploitation of the wells and to prevent any over-exploitation, as well as to use the implementation and development of plain projects to supply the shortage of water resources and feed the plain.

منابع و مأخذ:

Abbasi, F., Farzadmehr, J., Chapi, K., Bashiri, M., Azarakhshi, M. (2016). Spatial and Temporal Variations of Groundwater Quality Parameters in Qorveh- Dehgolan Plain and Its Relationship with Drought. Hydrogeology, 1(2), 11-23. [in Persian]

Afzali, A., and Shahidi, K. (2013). Investigation on Trend of Groundwater Quantity-Quality Variation in Amol-Babol Plain. jwmr; 5 (10) :144-156. [in Persian]

Ahrari Rm. (2018). Assessment the Effects of Drought on Groundwater Quantity and Quality of Sistan and Baluchistan Province. New Findings in Applied Geology.

Ahmadi, F., and Ranjbar, H (2012) Studying the drop of underground water level in Dehgolan plain using GIS, 31st Earth Science Conference, Tehran. [in Persian]

Akbari, M., Jorgeh, M.R & Madanisadat, H. (2009). Assessment of decreasing of groundwater-table using Geographic Information System (GIS) (Case study: Mashhad Plain Aquifer). Journal of Water and Soil Conservation, 16(4), 63-78. [in Persian]

Amiri, V., Nakhai, M., Mousai, F., and Suri, S. (2010). Groundwater level drop in Kohdasht plain aquifer using GIS. Proceedings of the National Water Conference with a clean water approach. University of Water and Power Industry, Tehran. Page 1084. [in Persian]

Asadi, A., & Bayat, F. (2019). Evaluation of the quality of groundwater resources in Zanjan plain using EWQI and TOPSIS methods. Environmental Sciences, 17(1), 41-56. [in Persian]

Behmanesh, J. (2015). Investigation of groundwater level changes trend (Case Study: Urmia plain). Journal of Water and Soil Conservation, 22(4), 67-84. [in Persian]

BGR (Federal Institute for Geosciences and Natural Resources) and UNESCO (2011). “World-wide Hydrogeological Mapping and Assessment Programme (WHYMAP)” http://www.whymap.org.

Einlo, F., Moafi Rabori, A., Malekian, A., Ghazavi, R., & Mohseni Saravi, M. (2016). Investigating the Groundwater Quality of Zanjan Plain Based on Drinking Standard with Geostatistics Methods. Geography and Environmental Planning, 27(2), 1-16. [in Persian]

Delbari, M., Bostanian, M., and Afrasiab, P. (2012). Investigating spatial-temporal changes and zoning of underground water level of Kohpayeh-Segzi aquifer, using geo-statistical methods. Geographical Space Scientific Research Quarterly. (52)15: 324-305. [in Persian]

Ekrami, M., Sharifi, Z., Melkinjad, H., and Ekhsati, M. R. (2011). Investigating the process of quantitative and qualitative changes in Yazd-Ardakan plain. Bi-monthly scientific research magazine Health Yazd. (2) 10: 91-82. [in Persian]

Fatahi, M. M. (2010). Study of trend of desertification trend in Qom province base on remote sensing with emphasis on Landuse changes and water quality and quantity resources. 16(2), 234-253. [in Persian].

Fathi hafshjani, E., Beygi harchgani, H., davoudian, A., & Tabatabaee, H. (2014). Comparison of spatial interpolation methods and selecting the appropriate method for mapping of nitrate and phosphate in the Shahrekord Aquifer. Irrigation and Water Engineering, 4(3), 51-63. [in Persian]

Jalalian A, Samiee H, Shokri-Khoubestani M, Karimi MR. (2020). Investigation of the Effects of Drought and Salinity on the Chemical Quality of the Water Resources in the Zanjans' Plain Aquifers. Journal of Safety Promotion and Injury Prevention. 8(2):119-29.

Kai, Z., Faramarzi, M., Karimi, H. and Mehdizadeh, H. (2016). Investigating the effect of land use change on quantitative and qualitative parameters of underground water in Mehran plain of Ilam. Wetland Ecobiology Scientific Research Journal. (3) 9:28-15.

Keneth, H. F. (2003). Climate Variation Drought and Desertification, W. M. Annual Report. Jevenva.

Khosravi Fard A, Vahabzadeh G, Gholami L. (2017). The Study and Classification of Water Quality of Ghorbaghestan and Doab Merk Stations in Gharasoo River Basin. Journal of Research in Environmental Health. 2(4):299-310. [in Persian]

Kokbeinjad Qazvini, A. H., Mohammadnejad Arouq, V., and Soleimani, M. b. (2018). Assessment of qualitative changes in Urmia quaternary plain groundwater. Quantitative Geomorphological Research, 5(3), 93-110. [in Persian]

Lee, JY., Yi, MJ, Moon, SH, Cho, M., Won, JH., Ahn KH. and Lee, JM. (2007). Causes of the changes in groundwater levels at Daegu, Korea: the effect of subway excavations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 66 (3): 251-258.

Mendicino, G., A. Senatore and P. Versace, (2008). A Groundwater Resource Index (GRI) for drought monitoring and forecasting in a Mediterranean climate. Hydrology Journal, 357: 282-302.

Mirzaei, M., Morshidi, J., and Azimi, F. (2013). The effect of Karkheh Dam on increasing the underground water level of Sorkheh plain using Kriging geostatistics method. The first national conference on the application of advanced models of spatial analysis (remote sensing and GIS). In Amish Sarmeen, Islamic Azad University, Yazd branch. [in Persian]

Mohammady, M., Dustmohammadian, A. H., Amiri, M., & Kianian, M. K. (2020). Investigating Quantitative Changes of Groundwater in the Semnan Plain. Water Resources Engineering, 13(47), 61-70. [in Persian]

Nadiri, A., Sadeghi Aghdam, F., Aghari Moghaddam, A., Naderi, K. (2015). The Assessment of Salinity and Arsenic as the Destructive Factors Affecting on Surface and Ground Water Quality of Sahand Dam water Basin. Hydrogeomorphology, 2(4), 79-99.

Nasrollhi, M., Mambini, M., and Valizadeh, S. (2014). Investigating the effect of land use changes on the status of groundwater resources using satellite images (case study of the West Gilan Plain). Scientific-Research Quarterly of Geographical Information. (91) 23: 97-89. [in Persian]

Naderianfar, M., Faryabi, A., Kouhestani, S., & Safavi Gardini, M. (2021). Investigating the Groundwater Fluctuations Level in Basin of Halil River, Jiroft. Irrigation and Water Engineering, 11(4), 141-159. [in Persian]

Naderianfar, M., Ansari, H., Ziaie, A., & davary, K. (2011). Evaluating the groundwater level fluctuations under different climatic conditions in the basin Neyshabour. Irrigation and Water Engineering, 1(3), 22-37. [in Persian]

Osati, Kh. (2016) Fluctuations of the underground water level in the aquifers of Garoveh-Dehgolan plain: evidences of inappropriate management of water resources in drought conditions, 6th National Conference on Water Resources Management of Iran, Sanandaj. [in Persian]

Panahi, M., Misagi, F., & Asgari, P. (2018). Simulation and estimate groundwater level fluctuations using GMS (Zanjan plain). Environmental Sciences, 16(1), 1-14. [in Persian]

Paimozd S, Rezaei M R, Rezaei M J, Rezaei J. (2019). Modeling Groundwater Changes Using Four Different Techniques of Evolutionary Neural Network and climatic data (Case Study of Dasht-Abbas Plain, Ilam Province). DEEJ; 8 (22) :43-58. [in Persian]

Rabiee, M., & karami, H. (2022). Estimation of Temporal and Spatial Variations of Groundwater Level by Combining Intelligent Models and Geostatistical Methods) Semnan Plain). Irrigation and Water Engineering, 12(3), 220-242. [in Persian]

Rahimi M, solaimani K. (2017). Remote Sensing and GIS Based Assessment Groundwater Potential Zones Mapping Using Multi-Criteria Decision-Making Technique. jwmseir; 10 (35) :27-38. [in Persian]

Shahidi, A., Khadempour, F. (2020). Investigating the Qualitative Satus of Groundwater in the Plain of Khorasan Razavi Province Using GWQI and AWQI Indexes and Its Zoning with Geographic Information System (GIS. Hydrogeomorphology, 7(22), 1-20. [in Persian]

Yazdanpanahi, A., Akbari, M., & Behrangmanesh, M. (2018). Spatio-temporal Variable of groundwater parameters Using Geo-statistical methods in Mashhad Plain. Extension and Development of Watershed Management, 6(20), 25-34. [in Persian]

Yousefi Mobarhan, E and E. Karimi Sangchini. (2021). Continuous Rainfall-Runoff Modeling Using HMS-SMA with Emphasis on the Different Calibration Scale. Journal of Chinese Soil and Water Conservation, 52 (2): 112-119.

Yousefi Mobarhan, E., & Peyrowan, H. (2022). Investigating the Sustainability and Interactive Effects of Physical-chemical Properties of Erosion-sensitive Marl and Rangeland Vegetation in Arid and Semiarid Areas (Case Study: Shahrood Town). Geography and Environmental Sustainability, 12(1), 57-74. [in Persian]