ارزیابی تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک با استفاده از آمار مکانی (منطقه مورد مطالعه: دشت لاغر)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه شاهد

2 عضو هیات علمی دانشگاه شاهد

3 عضو هیات علمی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی فارس

4 استادیار موسسه خاک و آب کشور

چکیده

سابقه و هدف: هدایت آبی اشباع خاک یک پارامتر مهم برای جریان آب در خاک، کنترل نفوذ آب به خاک و رواناب سطحی، آبشویی سموم از اراضی کشاورزی و انتقال آلاینده‌ها از مکان‌های آلوده به سمت آب زیرزمینی است. توزیع مکانی خصوصیات فیزیکی و هیدرولیکی بر رفتارهای هیدرولوژیکی، انتقال آب و رسوب به آب‌های سطحی و زیرسطحی مؤثر است، از این رو شناخت تغییرات این ویژگی‌ها در مدیریت بهینه‌ی اراضی امری مهم و تاثیرگذار می‌باشد. در مطالعه‌ای که با هدف تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی خاک با استفاده از روش‌های زمین‌آماری کریجینگ ساده، کریجینگ معمولی و کریجینگ عمومی توسط بارانی و همکاران (2013) در منطقه زیدون خوزستان صورت گرفته است تعداد 200 نقطه با شبکه‌بندی منظم به فواصل 1×1 کیلومتر مربع هدایت هیدرولیکی را با روش‌های چاهک و چاهک معکوس اندازه‌گیری نمودند، نتایج این تحقیق نشان داد که از میان روش‌های مورد بررسی، کریجینگ ساده دقت برآورد بالاتری در منطقه‌ی مورد مطالعه داشته و از میان مدل‌های واریوگرام، مدل کروی انتخاب گردیده است (2). هدف از این تحقیق بررسی تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک و عوامل موثر بر آن با روش زمین‌آمار و انتخاب مناسب‌ترین روش میان‌یابی برای برآورد آن در دشت لاغر بود.
مواد و روش‌ها: دشت لاغر به مساحت تقریبی 12986 هکتار واقع در شهرستان خنج از توابع استان فارس می‌باشد که در محدوده جغرافیایی "28 '01 ֯ 28 تا "54 '12 ֯ 28 شمالی و "44 '04 ֯ 53 تا "50 '21 ֯ 53 شرقی واقع شده است. در این پژوهش تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک و برخی خصوصیات دیگر خاک شامل درصد ذرات خاک (شن، سیلت و رس)، درصد گچ (CaSO4)، درصد کربنات کلسیم (CaCO3) با استفاده از آمار مکانی مورد بررسی قرار گرفت. اندازه‌گیری هدایت هیدرولیکی اشباع در صحرا و به روش چاهک و چاهک وارونه انجام گردید. درون‌یابی و پهنه‌بندی مقادیر این خصوصیات با استفاده از روش‌های وزن دادن عکس فاصله (IDW)، کریجینگ و کوکریجینگ انجام شد و دقت این تخمین‌گرها با یکدیگر مقایسه گردید.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که پارامترهای درصد شن، درصد گچ (CaSO4) و درصد کربنات کلسیم (CaCO3) با داشتن نسب واریانس قطعه‌ای به آستانه‌ به ترتیب 001/0، 246/0، 217/0 دارای ساختار مکانی قوی و خصوصیات هدایت هیدرولیکی اشباع، درصد سیلت و درصد رس با داشتن نسبت واریانس قطعه‌ای به آستانه 499/0 از ساختار مکانی متوسطی برخوردار بودند. برازش مدل تئوری بر تغییرنمای تجربی نشان داد که مدل گوسی برای ویژگی‌های درصد شن، سیلت و رس، درصد گچ و مدل کروی برای پارامتر هدایت هیدرولیکی اشباع و درصد کلسیم کربنات با داشتن بالاترین مقدار R2 و کمترین مقدار RSS بهترین برازش را بر تغییرنمای تجربی نشان داد. پارامترهای مورد مطالعه از الگوی پراکنش و ساختاردار مناسبی برخوردار بودند.
نتیجه‌گیری: تخمین‌گر کریجینگ برای درون‌یابی پارامترهای هدایت هیدرولیکی اشباع، درصد گچ و درصد کربنات کلسیم نتایج بهتر و خطای کمتری نسبت به روش وزن دادن عکس فاصله داشت اما برای درون‌یابی پارامترهای درصد شن، سیلت و رس روش وزن دادن عکس فاصله نتیجه بهتری نشان داد. روش درون‌یابی کوکریجینگ به علت عدم همبستگی بین متغیّر اصلی (هدایت هیدرولیکی اشباع) و دیگر پارامترها (به عنوان متغیّر کمکی) برای درون‌یابی خصوصیات، مورد استفاده قرار نگرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of spatial variation of soil saturated hydraulicconductivity using spatial statistic (Case study: Laghar plain)

نویسندگان [English]

  • changiz saadipour 1
  • Mohsen Roodpeyma 2
  • Alidad Karami 3
  • Naser Davatgar 4
  • Maryam Salahedin 1
1 Student of Master of shahed university
2 Faculty member of Shahed University
3 Faculty member of Agriculture and Natural Resources Research Institut of Fars
4 Assistant professor, Soil and Water Research Institute of Iran
چکیده [English]

Background and Objectives :Soil saturated hydraulic conductivity is an important parameter for all activities related to water flow in soil, controlling soil water infiltration and superficial runoff, pesticide leaching from farms and transferring pollutants from polluted area to underground water. The spatial distribution of physical and hydraulic properties is effective on the behavior of hydrological, water transfer and sediment to surface and subsurface water therefore the variations of these characteristics is effective on land management. In a study with the aim of analysis of the spatial variability of soil hydraulic conductivity using Geostatistics methods of simple kriging, ordinary kriging and public kriging by Barani et al (2013) in Zydon plain of Khuzestan has been done, the number of 200 Regular grid point with 1 × 1 kilometers Distance the hydraulic conductivity measured by methods well and inverse well, the results showed that between the studied methods, simple kriging had higher estimation accuracy in the study plain and between the variogram models, spherical model is selected (2). This research aims were to study spatial variation of soil hydrauic conductivity and effective factors on it with geostatistic method and selecting the most appropriate on method in the Laaghar plain.
Materials and Methods: Laaghar plain with approximately area of 12986 hectares is located in Khonj city the functions of Fars province that located in geographic range of 28˚ 1ʹ 2ʺ to 28˚ 12ʹ 54ʺ Northern and 53˚ 4ʹ 44ʺ to 53˚ 21ʹ 50ʺ Eastern. For this purpose spatial variation of soil saturated hydraulic conductivity and some other soil parameters like soil particle size percentage (sand, silt and clay), gypsum (CaSo4) and calcium carbonate (CaCo3) percentage were studied using spatial statistics. Interpolating and zoning of these properties were done with IDW, kriging and co-kriging methods, and these estimators accuracy were compared with each other.
Results: Results showed that the parameters of sand, gypsum (CaSO4) and calcium carbonate (CaCO3) percentage with a Nugget variance ratio to threshold by 0.001, 0.246, 0.217 have strong spatial structure, and saturated hydraulic conductivity, silt and clay percentage having Nugget variance ratio to threshold by 0.499 had a moderate spatial structure. Fitnessing theory model on experimental variograms show that the Gaussian model for the sand, silt and clay, gypsum percentage properties, and spherical model for saturated hydraulic conductivity parameter and calcium carbonate percentage having the highest R2 and lowest RSS are best fitness on experimental variograms. Hydraulic conductivity was measured in the field with well and inverse well method. The results showed that the studied parameters had suitable spatial structure, and each one of them had specific spatial pattern.
Conclusion: Kriging estimator had better results and less error for interpolating saturated hydraulic conductivity, gypsum and calcium carbonate percentage parameters compare to IDW method, but the IDW method showed better results in interpolating sand, silt and clay percentage parameters. The cokriging interpolating method were not used to interpolate properties because of the lack correlation between major variable (saturated hydraulic conductivity) and other parameters (as the accessory variable) to interpolate the properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • geostatistic
  • Laghar plain
  • Saturated hydraulic conductivity
  • Spatial variability