پیش‌‌بینی شبکه پایش آب زیرزمینی با استفاده از مدل‌‌های هیبریدی سری زمانی( مطالعه موردی ناو چای)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه بیرجند

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند

3 هیأت علمی گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه بیرجند

4 دانشجوی دکتری منابع اب منابع آب دانشگاه بیرجند

10.22069/jwsc.2020.17149.3264

چکیده

سابقه و هدف: طراحی سامانه های پایش کیفی و کمی منابع آب همواره به عنوان یکی از موضوعات پیچیده در زمینه منابع آب و محیط زیست مطرح بوده است. کیفیت مناسب اطلاعات سطح آب زیرزمینی ثبت شده در شبکه‌‌های آب زیرزمینی در طراحی پایدار پروژه‌‌های آبی نقش مهمی ایفا می‌کند. از این نظر جهت ایجاد شبکه‌‌ای بهینه و کارآمد، شبکه‌‌های آب زیرزمینی بایستی به‌‌صورت دوره‌‌ای با توجه به نیاز و طرح‌‌های توسعه منابع آب پیش روی، مورد ارزیابی قرار گیرند. هدف از تحقیق حاضر پیش‌‌بینی شبکه پایش آب زیرزمینی زیر حوضه نازلوچای ارومیه با استفاده از مدل‌‌های هیبریدی سری زمانی از نظر توزیع زمانی و مکانی می‌‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق از تئوری آنتروپی جهت پایش شبکه کمی آب زبرزمینی در دو دوره آماری تاریخی (95-1380) و به روز شده (1400-1380) استفاده شده است. دوره آماری به روز شده با استفاده از مدل‌های هیبریدی سری زمانی (CARMA-ARCH) به وجود آمده است. پس از بررسی اولیه داده‌ها و تغییرات روند سری زمانی داده‌های مورد بررسی، اقدام به شبیه‌سازی داده‌ها جهت به وجود آوردن اثر متقابل پیزومترها با استفاده از رگرسیون چند متغیره شد. پس از تایید دقت مدل رگرسیون چند متغیره، شاخص‌های آنتروپی در سطح دشت نازلوچای محاسبه و پهنه‌بندی شد. بعد از ارزیابی شبکه کمی آب زیرزمینی در دوره آماری 95-1380، شبکه کمی آی زیرزمینی دشت نازلوچای برای دوره آماری 1400-1380 بروزرسانی شد.
یافته‌ها: نتایج بررسی دقت مدل هیبریدی CARMA-ARCH بیانگر توانایی بالای مدل هیبریدی در شبیه‌سازی و پیش‌بینی مقادیر سالانه سطح آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه می‌باشد (97/0RMSE=). ضریب کارایی مدل (96/0) نیز این موضوع را تایید کرد. نتایج ارزیابی شبکه پایش کمی آب زیرزمینی در دشت نازلوچای نشان داد که بیش از 99 درصد مساحت منطقه مورد مطالعه از نظر تعداد پیزومترهای موجود در وضعیت مازاد و نسبتا مازاد قرار دارد. وضعیت دشت مورد مطالعه در دوره آماری 59-1380 خوب بوده و انتقال اطلاعات بین پیزومترها کامل می‌باشد. در دوره آماری 1400-1380 تغییرات سطح آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه کاهشی بوده که پایش شبکه کمی آب زیرزمینی منطقه را تحت تاثیر قرار داده است. به طوری که از سهم مناطق دارای چاه مازاد کاسته شده و به مناطق پایش متوسط افزروده شده است.‌‌
نتیجه‌گیری: به‌طور کلی نتایج نشان داد که با کاهش سطح آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه انتقال اطلاعات بین چاه‌ها نیز کاسته می‌شود. به‌طوری که نتایج نشان دهنده عدم وجود انتقال اطلاعات کامل در بین پیزومترهای موجود در منطقه مورد مطالعه در دوره آماری 1400-1380 است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Forecasting the groundwater monitoring network using hybrid time series models(Case study:Nalochay)

نویسندگان [English]

  • Abbas Khashei-Siuki 1
  • Ali Shahidi 2
  • Yousef Ramezani 3
  • Mohammad Nazeri Tahrudi 4
2 Associate Professor of water engineering Deot.
3 Assistant Professor of Water engineering Dept.
4 Ph.D. student. water engineering Dept. University of Birjand
چکیده [English]

Background and objectives: Designing of water quantity and quality monitoring system has been raised as one of the most complex issues in the field of water resources and the environment. The siutable quality of groundwatertable information recorded in the groundwater networks plays an important role in the sustainable design of water projects. In order to create an efficient and efficient network, groundwater networks should be periodically evaluated according to the needs and plans of the forward water resources The study area is the Nazlouchai catchment area located in west of Urmia Lake.
Materials and Methods: In this research, entropy theory was used to monitoring the quantity water level in the two historical statistical periods (2001-2016) and updated (2016-2021). The updated statistical period was developed using hybrid time series models (CARMA-ARCH). After initial data analysis and changes in the time series, the data were simulated to create the interaction of piezometers with multivariate regression. After confirming the accuracy of the multivariate regression model, entropy indicators were calculated and zoned on the Nazlouchai plain. After evaluating the groundwater network monitoring during the statistical period of 2001-2016, the Nazlochai plain groundwater network monitoring was updated for the statistical period of 2016-2021.
Results: The results of evaluation of the CARMA-ARCH hybrid model accuracy indicate the ability of the hybrid model to simulate and predict the annual values of groundwater level in the study area. The performance factor of the model also confirmed this. The results of the evaluation of the groundwater network monitoring in Nazlouchai plain showed that more than 99% of the studied area is located in the surplus and relatively surplus situation in terms of the number of piezometers. The status of the plain in the statistical period of 2011-2016 is good and the transmission of information between the piezometers is complete. During the statistical period of 2016-2021, groundwater level changes in the study area have been reduced, which has affected the network's groundwater monitoring. So that the areas with excess wells has been reduced to moderate monitoring areas. In general, the results of the research indicate the necessity of using the groundwater monitoring network and it is recommended that this monitoring be carried out annually for different plains of Iran. Also, the results showed that with decreasing groundwater level in the studied area, information transfer between wells is also reduced.
Conclusion: The results show that there is no complete transfer of information between the piezometers in the study area during the statistical period of 2016-2021.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Irregularities
  • Modeling
  • Shannon Entropy
  • Transfoinformation
  • Urmia Lake