ارزيابي روش كريجينگ بيزين تجربي در پهنه‌بندي تراز آب زيرزميني

Evaluation of the Empirical Bayesian Kriging method in ground water level zoning

سابقه و هدف: آب‌هاي زيرزميني از منابع ارزشمندي است كه همواره مورد توجه پژوهشگران قرار داشته است. از موارد مطالعاتي در اين زمينه، تهيه نقشه‌هاي پهنه‌بندي شده تراز سطح آب زيرزميني است كه با انتخاب مناسب‌ترين روش از بين روش‌هاي مختلف درون‌يابي انجام مي‌شود. روش درون‌يابي كريجينگ كه بر پايه نيم‌تغيير نما است، يكي از روش‌هاي درون‌يابي موسوم به روش‌هاي زمين‌آماري است. دقت درون‌يابي به انتخاب مناسب تغييرنما بستگي دارد. بر اين اساس روش درون‌يابي كريجينگ بيزين تجربي توسعه يافته است تا بصورت خودكار، پارامترهاي مربوط به نيم‌تغيير نما را طي فرآيند شبيه‌سازي برآورد كند. هدف از انجام اين پژوهش بررسي قابليت روش كريجينگ بيزين تجربي در افزايش دقت درون‌يابي جهت پهنه‌بندي تراز سطح آب زيرزميني است كه براي اين منظور، نتايج آن با نتايج ديگر روش‌هاي درون‌يابي قطعي شامل فاصله معكوس وزني‌ها، توابع پايه شعاعي و چندجمله‌اي هاي سراسري و محلي نيز مقايسه مي‌شود. مواد و روش‌ها: اين پژوهش براساس ميانگين سالانه تراز سطح آب زيرزميني در 57 ايستگاه چاه عميق واقع در آبخوان قره‌سوي استان گلستان طي دوره آماري 1384 تا 1395 انجام شده است. به منظور پهنه‌بندي تراز سطح آب زيرزميني، روش‌هاي مختلف درون‌يابي قطعي و زمين‌آماري با استفاده از فن اعتبارسنجي تقاطعي مورد آزمون قرار گرفتند. در روش‌هاي كربجبنگ و كريجينگ بيزين تجربي بهترين نيم‌تغييرنما انتخاب شد و در نهايت از بين آنها مدلي كه كمترين ميزان خطا را به همراه داشت تعيين و نقشه آن ترسيم شد. يافته‌ها: نتايج درون‌يابي حاصل از اعتبارسنجي تقاطعي در منطقه مطالعاتي نشان داد كه در بين روش‌هاي قطعي، روش چند جمله‌اي محلي با درجه دو از دقت بالاتري نسبت به ساير روش‌ها برخوردار بود، به طوري كه حتي در مقايسه با روش زمين آماري كريجينگ نيز از خطاي كمتري برخوردار است. در روش‌هاي زمين‌آماري نيز روش كريجينگ بيزين تجربي با شبيه‌سازي برازش تغيير‌نما مناسب بر داده‌هاي تراز سطح آب زيرزميني ميزان خطاي درون‌يابي به روش كريجنگ را از حدود 23 متر به حدود 16 متركاهش داد و در مقايسه با روش چند جمله‌اي محلي نيز دقتي نزديك بهم را نشان داد. نتيجه‌گيري: با وجود اينكه نقشه ترسيم شده با دو روش بيزين كريجينگ تجربي و چند جمله‌اي موضعي، از لحاظ مقدار خطا تفاوت قابل ملاحظه‌اي را نشان نمي‌دهند، اما اختلافات محسوسي در اين دو نقشه ديده مي‌شود. روش كريجينگ بيزين تجربي طيف هموارتري را از تغييرات تراز سطح آب زيرزميني نشان مي‌دهد و الگوي ترسيم شده تراز سطح آب زيرزميني با اين روش نيز متناسب با جهت شيب عمومي منطقه است.

Background and Objectives: Groundwater as one of the valuable water resources that has always been of interest to researchers. Preparing an interpolated water level zoning map is one of fields that can be acquired via best interpolation methods among different available methods. The Kriging method, based on semi variogram analysis, is one of traditional geostatistical methods. Interpolation precision is depended on the suitable selection of variogram. Empirical Bayesian Kriging (EBK) method is developed to estimated semi variogram parameters during simulation process. The objective of this study is investigation of EBK to increase the precision of groundwater level interpolation zoning. For this purpose, the results of this study were compared with the results of other other deterministic interpolation method including inverse distance weighted, radial basis function and local and global polynomial functions. Materials and Methods: This study was carried out based on the annual mean groundwater level of 57 deep well in Ghareh-Sou aquifer located in Golestan province during 2005-2016 period. In order to groundwater level zoning, different deterministic and geostatistical interpolation methods were evaluated using cross validation technique. The best semi variogram selected for Kriging and EBK methods and finally the model with minimum error was determined and mapped. Results: The results of cross validation in study area showed that among deterministic method, degree two local polynomial method has higher accuracy and even less error in comparison with Kriging method. The EBK methods, with simulation of fitness of suitable variogram on groundwater level data, led to decrease in Kriging error (23 to 16 meter) and had close precision to local polynomial method. Conclusion: Although the error of the maps prepared based on EBK and local polynomial methods have no significant differences, there are considerable discrepancies between these maps. The EBK basis map shows smoother spectrum of groundwater level changes and the drawn pattern with this method is also proportional to general slope of study area.