ارزیابی روش های درون یابی در برآورد تراز سطح آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت های خراسان رضوی)

در بیش تر پدیده های جغرافیایی و علومی نظیر هیدرولوژی و هواشناسی که نمونه گیری در آن بسیار هزینه بر است، مشاهدات به طور نقطه ای و با تراکم اندک انجام می پذیرد. انتخاب یک روش درون یابی مناسب برای مدیریت منابع آب مهم است زیرا بر دقت و کاهش هزینه تاثیر می گذارد. درون یابی که در علوم مختلف مورد استفاده قرار می گیرد، در درجه اول با هدف پیش بینی مقادیر ناشناخته از طریق طیف وسیعی از مدل های ریاضی و آماری است. اطمینان از روش درون یابی و صحت آن باعث صرفه جویی در هزینه و افزایش دقت تصمیم گیری می شود. به طور کلی روشی که در همه پدیده ها و مکان ها راه حل بهینه ارائه کند یافت نمی شود. با توجه به شرایط محیطی منطقه باید روش های مختلفی برای تعیین بهینه ترین رویکرد ارزیابی شود.  

محدوده مورد مطالعه گناباد به مساحت 6/1805 کیلومترمربع که 7/1048 کیلومترمربع آن دشت و بقیه ارتفاعات است. در پژوهش حاضر هدف اصلی، ارزیابی و مقایسه ی روش های رایج درون یابی در دشت هایی از استان خراسان رضوی می باشد. دشت های گناباد و سرخس به جهت شرایط هیدرولوژی و هیدروژئولوژی متفاوت از یکدیگر مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین در این پژوهش، روش های وزن دهی معکوس فاصله (IDW)، کریجینگ (ساده، معمولی)، کریجینگ کمکی، توابع پایه شعاعی و روش تیسن به عنوان درون یابی برای مطالعه انتخاب شدند و تمامی این روش ها با اعتبارسنجی تقاطعی مورد ارزیابی قرار گرفتند. 

 در پژوهش حاضر، دو روش درون یابی IDW و کریجینگ، تخمین های به مراتب مناسب تری نسبت به بقیه روش های موردمطالعه ارائه کردند. در مقایسه این دو روش، IDW به عنوان یک روش کلاسیک به علت این که پارامتر های کم تری نیاز دارد؛ کاملا ساده تر قابل اجراست. با این حال، ازآنجایی که ترتیب داده ها و همبستگی بین آن ها را در نظر نمی گیرد، از دقت کم تری در مقابل کریجینگ برخوردار است. از سوی دیگر، روش های زمین آماری همچون کریجینگ، ضمن ارائه دقت بهتر، به دلیل فرضیه هایی مانند نرمال بودن داده ها، نیازمند آزمون های آماری، انتقال داده ها، توزیع داده ها و تحلیل ساختار مکانی است که این خود باعث پیچیدگی و زمان بر شدن و ایجاد خطا گردید. در این مطالعه برای ارزیابی سطح آب زیرزمینی در شرایط مختلف، از اطلاعات دو ماه از سال در هر دوره زمانی به عنوان نماینده دوره های ترسالی (بهمن ماه) و خشک سالی (مردادماه) استفاده شد. برخلاف تصور قبلی، به دلیل خشکی آب و هوا و کم بارندگی در دشت های استان، تفاوتی بین این دو ماه مشاهده نشد.  

اعمال روش های درونیابی بر روی دو دوره زمانی مختلف به جهت بررسی افت بلند مدت انجام پذیرفت که در دشت گناباد با مقدار RMSE 96/11 متر، برای IDW 02/14و 49/14 متر برای کریجینگ ساده و معمولی، روش های برتر شناسایی شدند. در دشت سرخس روش های کریجینگ ساده و معمولی و همچنین وزن دهی معکوس فاصله با مقادیر RMSE 41/1، 58/1 و 83/11متر بهینه ترین روش ها معرفی شدند. در نمایش پهنه بندی سطوح آب زیرزمینی که در انتهای هر دشت به وسیله ی نقشه آبخوان و تغییرات تراز سطح آب زیرزمینی نشان داده شد؛ مشخص شد که نوسانات ارتفاعی با اطلاعات موجود در بررسی های هیدروژئولوژی هر محدوده تا حد زیادی مطابقت دارد. با تحلیل نتایج پیش بینی های انجام گرفته، در طی سال 1392 و 1396 افت تراز سطح آب زیرزمینی بر اساس بهترین و بهینه ترین روش های اعمال شده در دشت های مطالعاتی گناباد، سرخس مقداری ناچیز و قابل چشم پوشی در حدود 4، 7 و 5 متر است. در درون یابی دشت های استان، آبخوان دشت سرخس از دیگر محدوده مطالعاتی دقت بالاتری را از خود به نمایش گذاشت؛ علت این اتفاق چیدمان صحیح ایستگاه های نمونه برداری و چگالی مناسب نقاط در نمونه برداری از دشت مذکور بود.