مکانیابی بهینه ایستگاه‌های پایش کیفی آب زیرزمینی با استفاده از اصل حداکثر شاخص اختلال شانون در حوزه آبریز سد دز (محدوده استان لرستان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری، گروه مهندسی مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، لرستان، ایران.

2 دانشیار گروه مهندسی مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، لرستان، ایران.

چکیده

مکان‌یابی بهینه تحلیل مکانی است که به دلیل کم کردن هزینه‌های پایش نقش مهمی در راه‌اندازی پروژه‌های اجرایی دارد. به دلیل ملاحظات اقتصادی و کم‌کردن هزینه‌های پایش، رویکرد بهینه‌سازی در این پژوهش کاهش ایستگاه‌های پایش کیفی آب زیرزمینی و توزیع مکانی مناسب آنها در حوضه آبریز دز در محدوده استان لرستان است. در این رابطه، با استفاده از الگوریتمی بر اساس اصل حداکثر شاخص اختلال شانون و بر مبنای شاخص آلودگی متغیرهای Mg، Ca، Na، K، HCO3، Cl، SO4، EC، SAR، TH، TDS و pH نسبت به بهینه‌سازی شبکه پایش موجود با 63 ایستگاه در دوره آماری 1387 تا 1396 اقدام شد. نخست برای هر ایستگاه در دوره 10 سال آماری، میانگین رتبه محاسبه شد. سپس با توجه به تعداد ایستگاه و زمان مربوطه برای شاخص اختلال شانون شبکه مدل‌هایی متناسب ارائه شد. پس از برازش بهترین مدل برای هر پارامتر، نتایج نشان داد که بر اساس پارامترهای SO4، Cl، HCO3، K، Na، Ca، Mg، pH، TH، TDS، SAR و EC از میان 63 ایستگاه به ترتیب تعداد 33، 34، 41، 24، 40، 34، 30، 43، 33، 33، 41 و 28 ایستگاه برای پایش آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه کافی است. همچنین، برای اعتبارسنجی نتایج از میانگین مربعات خطا و میانگین قدر مطلق خطا استفاده شد. در نهایت، در میان 12 شاخص کیفی ارزیابی شده، بیشترین مقدار شاخص اختلال شانون برای آب زیرزمینی برای پارامتر پتاسیم (K) بدست آمد. بنابراین شاخص پتاسیم دارای حداکثر شاخص اختلال شانون در منطقه بوده و به عنوان شاخص برتر انتخاب شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimal Location of Groundwater Quality Monitoring Stations Using the Shannon Disorder Index in Dez Basin (Lorestan Province)

نویسندگان [English]

  • Marzieh Derikvandi 1
  • Hossein Zeinivand 2
  • Nasser Tahmasebipour 2
  • Ali Haghizadeh 2
1 M.Sc. Graduate in Watershed Management, Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Lorestan University, Lorestan, Iran.
2 Associate Professor, Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Lorestan University, Lorestan, Iran.
چکیده [English]

Site location is one of the spatial analyzes that has a great impact on reducing the monitoring costs and is one of the most important and effective steps in executive projects. For the economic considerations and reduction of monitoring costs, optimization approaches in this study are to reduce the number of the groundwater quality monitoring stations in Dez watershed in Lorestan province. In this regard, using an algorithm based on the principle of maximum Shannon disorder index and based on the pollution index of TH, SAR, EC, SO4, Cl, HCO3, K, Na, Ca, Mg, TDS and pH parameters, optimization was done for the available 63 monitoring stations in the statistical period of 1387 to 1396 (2008-2017). First, the average rank of each station in the 10 years data was obtained. Then, appropriates models were proposed for the network Shannon disorder index regarding the number of stations and time. After fitting the best model, the results showed that based on SO4, Cl, HCO3, K, Na, Ca, Mg, pH, TH SAR, TDS and EC parameters, respectively 33, 34, 41, 24, 40, 34, 30, 43, 33, 33, 41 and 28 stations are sufficient for groundwater in the study area. Also, among the 12 quality indicators evaluated for groundwater, potassium (K) had the highest value of Shannon disorder index and therefore, it was selected as the superior index. The mean squared error and the mean absolute error value were used to validate the results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Optimization
  • Algorithm
  • Shannon Disorder

مراجع

Ahmadi F, Radmanesh F, Parham Gh, and Mirabasi Najafabadi R (2017) Application of Archimedean joint functions in flood frequency analysis of Dez catchment. Iranian 48(3):1031-1045 (Persian)
Akbarzadeh M and Ghahraman B (2013) A combined strategy of Entropy and spatio-temporal Kriging in determining optimal network for ground water quality monitoring of Mashhad basin. Journal of Water and Soil 27(3):613-629 (Persian)
  Akbarzadeh M, Ghahraman B, And Davari K (2015( Optimization of Mashhad aquifer groundwater quality monitoring network using spatio- temporal modeling. Iran-Water Resources Research 12(1):133-144
Changhyoun L, Kyungrock P, Do Guen Y, Joong Hoon K (2014) Efficient method for optimal placing of water quality monitoring stations for an ungauged basin. Journal of Environmental Management 132(4):24-31
Djebou D C S, Singh VP, Frauenfeld OW (2014) Analysis of watershed topography effects on summer precipitation variability in the southwestern United States. Journal of Hydrology 511:838–849
Derikvandi M, Zeinivand H, Tahmasebipour N, and Haghizadeh A (2021) Application of principle of maximum entropy in determining the optimum number of surface water quality monitoring stations. Iran Water and Soil Research 52(3):783-794 (In Persian)
Ghorbani Mooselu1 M, Liltved H, Nikoo M R, Hindar A, Meland S (2021) Assessing optimal water quality monitoring network in road construction using integrated information-theoretic techniques. Journal of Hydrology 589(2020):125-366
Rajai T, Masoumi F, Ahmadi Siavashani F S (2022) Optimal location of river system water quality monitoring stations using discrete information transfer entropy. Iran Irrigation and Drainage Journal 15(2):295-306 (In Persian)
Shannon C E (1948) A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal 27(4):623-656
Tobutt D (1982) Monte Carlo simulation methods for slope stability. Computers & Geosciences 8(2):199-208
Salmana R, Nikoob MR, Shojaeezadehc Sh, Hatami P, Beigloud B, Sadeghe M, Adamowskif JF, Alamdari N )2021( A novel Bayesian maximum entropy-based approach for optimal design of water quality monitoring networks in rivers. Journal of Hydrology 603(2021):126-822
Singh KR, Ajays RD, Kumar KB (2019) An investigation on water quality variability and identification of ideal monitoring locations by using entropy based disorder indices. Science of the Total of Environment 647(2019):1444-1455
Wu JP, Li H, Qian M (2011) Groundwater quality in Jingyuan County, a semi-humid area in Northwest China. E-Journal of Chemistry 8(2):787-793
Yeh HC, Chen YC, Wei C, and Chen RH (2011) Entropy kriging approach to rain fall network design. Journal of Paddy and Water Environment 9(3):343-355
تحقیقات منابع آب ایران
دوره 19، شماره 3 - شماره پیاپی 66
ویژه نامه آب زیرزمینی
مهر 1402
صفحه 79-91

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 اسفند 1401
  • تاریخ بازنگری: 07 اردیبهشت 1402
  • تاریخ پذیرش: 27 اردیبهشت 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار