بررسي اثر ويژگي‌هاي اقليمي و سطح زمين بر كيفيت آب زيرزميني با استفاده از داده‌هاي گوگل ارت انجين (GEE) (مطالعه موردي: دشت كهورستان، هرمزگان)

مقدمه آب زيرزميني به عنوان يكي از منابع حياتي براي تأمين آب شرب و كشاورزي، به شدت تحت تأثير تغييرات اقليمي و فعاليت‌هاي انساني قرار دارد. افزايش دما، تغيير الگوهاي بارش، تغييرات پوشش گياهي و ... منجر به تغيير در تركيب شيميايي آب مي‌شود و اين موضوع مي‌تواند عواقب جدي براي تأمين آب شرب و كشاورزي داشته باشد. كيفيت آب هاي زيرزميني مانند آب هاي سطحي دائم در حال تغيير كردن است و در دشت‌هاي خشك و نيمه‌خشك، شناسايي و تحليل عوامل مؤثر بر كيفيت آب زيرزميني جهت مديريت پهنه هاي كيفي مختلف، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. محققين در اين زمينه اذعان داشته اند كه،  ويژگي هاي خاك و سطح زمين مي تواند مستقيماً بر كيفيت آب زيرزميني تأثير بگذارد و مديريت صحيح خاك مي تواند به بهبود كيفيت آب كمك كند. از اين رو، پژوهش حاضر به بررسي تأثير متغيرهاي اقليمي و ويژگي‌هاي سطح زمين بر كيفيت آب زيرزميني در دشت كهورستان استان هرمزگان پرداخته و به دنبال شناسايي تغييرات كيفي آب در فصول آبياري و غيرآبياري است. شايان ذكر است، در تحقيقات پيشين بيشتر با الگوريتم هاي درون يابي، ميزان WQI در سامانه اطلاعات جغرافيايي برآورد و سطوح طبقات مختلف كيفيت آب زيرزميني تبيين شده است. در پژوهش حاضر علاوه بر بررسي ارتباط معنادار ميان متغيرهاي اقليمي و ويژگي هاي سطح زمين با كيفيت آب زيرزميني، به بررسي توزيع فضايي اين متغير در محدوده مورد مطالعه و مدل سازي آن با روش هاي رگرسيون جغرافيايي وزن دار (GWR) و مجموع مربعات معمولي (OLS) بر اساس متغيرهاي مستقل تأثيرگذار پرداخته شده است. مواد و روش‌ها محدوده مورد مطالعه در پژوهش حاضر، دشت كهورستان با مساحت 273.09 كيلومترمربع از جمله دشت هاي نادر در غرب استان هرمزگان است. اين مطالعه بر اساس داده‌هاي شيميايي ۱۵ حلقه چاه نيمه‌عميق در دشت كهورستان و مقاطع زماني آبياري و غيرآبياري سال هاي 2009 و 2018 انجام شد. متغيرهاي مستقل تحقيق، شاخص شوري استاندارد شده (NDSI)، بارش تجمعي (Pr)، شاخص پوشش گياهي نرمال شده (NDVI)، كمبود آب در خاك (DEF)، تبخير و تعرق پتانسيل (PET)، دماي سطح زمين (LST)، شاخص شدت خشكسالي پالمر (PDSI)، تبخير و تعرق واقعي (AET) بودند كه از سامانه گوگل ارت انجين (GEE) به شكل تصاوير ماهواره اي رستري در مقياس ماهانه استخراج شدند. همچنين متغير وابسته تحقيق، شاخص كيفيت آب زيرزميني (WQI) بود كه در سامانه اطلاعات جغرافيايي مدل شد. براي بررسي معناداري ارتباط بين اين متغيرها در مقاطع زماني مختلف از آزمون كاي‌اسكوئر استفاده شد و سپس از روش‌هاي رگرسيون جغرافيايي وزن‌دار (GWR) و حداقل مربعات معمولي (OLS) براي مدل‌سازي تغييرات مكاني كيفيت آب زيرزميني بهره گرفته شد. براي مقايسه ميزان اعتبار يا كارايي مدل هاي رگرسيوني چند متغيره، از معيارهاي، ضريب تعيين، ريشه ميانگين مجذور خطاها و معيار آكائيكه استفاده شد. همچنين خاطرنشان مي شود، جهت بررسي توزيع فضايي پهنه‌هاي كيفي آب زيرزميني از آماره موران محلي در اين مقاطع زماني استفاده شد. نتايج و بحث آزمون كاي‌اسكوئرنشان از ارتباط معني‌دار بين متغيرهاي اقليمي و ويژگي‌هاي سطح زمين با كيفيت آب زيرزميني داشت و تحليل خودهمبستگي فضايي نشان داد كه توزيع فضايي كيفيت آب زيرزميني در دشت كهورستان به صورت تصادفي بوده است. از بين دو روش GWR و OLS، روش رگرسيون وزن دار جغرافيايي با ريشه ميانگين مربعات خطا معادل 0.14، مجموع مربعات باقيمانده 11.3، ضريب تعيين 0.82 و ضريب آكائيكه 570.19- نتايج بهتري را نسبت به روش OLS ارائه كرد. همچنين NDVI و NDSI با ضريب تبيين (R2) معادل 0.47 در بازه زماني نخست (2009.4)، متغير NDSI با ضريب تبيين معادل 0.63 در بازه زماني دوم (2009.11)، در مقطع زماني سوم (2018.5)، دو متغير NDVI و NDSI با ضريب تبيين معادل 0.65 و مقطع زماني چهارم (2018.12) نيز صرفاً دو متغير NDVI و NDSI با ضريب تبيين معادل 0.55 بيشترين تأثيرگذاري را از بين متغيرهاي اقليمي و ويژگي هاي سطح زمين بر ميزان كيفيت آب زيرزميني نشان دادند. طبقات كيفيت آب زيرزميني دشت كهورستان فقط دو طبقه بسيار ضعيف و نامناسب براي مصارف كشاورزي بودند. در مقطع زماني نخست ، كلاس كيفي «بسيار ضعيف» از كيفيت آب زيرزميني دشت كهورستان مساحت 2.44 كيلومترمربعي را به خود اختصاص داده است. در مقطع زماني دوم ، تنها كلاس كيفيت آب زيرزميني دشت كهورستان در اين فصل آبياري، طبقه «نامناسب براي مصارف كشاورزي» با مساحت 275.2 كيلومترمربع بود. در مقطع زماني سوم، كلاس «بسيار ضعيف» كيفيت آب زيرزميني سطحي معادل 14.91 كيلومترمربع از مساحت دشت و در مقطع زماني چهارم، مساحت كلاس كيفي «بسيار ضعيف» 8.51 كيلومترمربع برآورد شد. نتيجه‌گيري همانگونه كه نتايج نشان داد، كيفيت آب زيرزميني در فصول آبياري ( ماه هاي 11 و 12 سال هاي 2009 و 2018) نسبت به فصول غيرآبياري (ماه هاي 4 و 5 سال هاي 2009 و 2018) كاسته مي شود و همچنين سطوح كيفي آب زيرزميني نيز در فصول آبياري نسبت به فصول غيرآبياري كاهشي مي شود. نتايج نشان داد كه افزايش پوشش گياهي و كاهش شوري خاك از عوامل كليدي در بهبود كيفيت آب زيرزميني در اين منطقه هستند و با كاهش پوشش گياهي و افزايش شوري خاك در فصول آبياري از وسعت و كيفيت پهنه هاي كيفي خوب و متوسط كاسته مي‌شود. با توجه به برتري مدل GWR نسبت به OLS، اين مدل مي‌تواند به عنوان ابزاري مفيد در مديريت پهنه هاي كيفي منابع آب زيرزميني و تحليل تغييرات كيفيت آب به كار رود. در نهايت، پژوهش حاضر تأكيد مي‌كند كه توجه به متغيرهاي اقليمي و ويژگي‌هاي سطح زمين براي مديريت بهينه منابع آب زيرزميني ضروري است. اين پژوهش صرفاً به استفاده از روش‌هاي مختلف درون يابي شاخص WQI بر اساس داده هاي شيميايي چاه هاي مشاهداتي در سامانه اطلاعات جغرافيايي نپرداخته است و در اين بين با توجه به اثرگذاري متغيرهاي مختلف اقليمي و ويژگي هاي سطح زمين به پيش بيني پهنه هاي مختلف كيفيت آب زيرزميني با روش‌هاي رگرسيون جغرافيايي وزن دار و مجموع مربعات معمولي تأكيد داشته است. اخذ متغيرهاي مستقل در مقياس ماهانه و در بازه هاي زماني مختلف فصول آبياري و غيرآبياري در سامانه آنلاين گوگل ارت انجين (GEE) از ديگر توجهات پژوهش حاضر در بحث بررسي تغييرات كيفيت آب زيرزميني بود.