استفاده از شاخص‌های مورفومتریک برای شناسایی سرچشمه نمکزایی در پلایا (مطالعۀ موردی: پلایای ایزدخواست، استان فارس)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژئوموروفوژی، گروه جغرافیا، دانشکدۀ ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه رازی، کرمانشاه.

2 دانشیار ژئومورفولوژی، گروه جغرافیا، دانشکدۀ ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه رازی، کرمانشاه.

3 استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه.

10.22034/gmpj.2021.296568.1288

چکیده

در کشور ما شرایط اقلیمی به‌گونه‌ای است‌که در 65 درصد آن متوسط بارندگی سالیانه کمتر از 130 میلی‌متر است.. بنابراین شناخت عوامل تأثیرگذار بر کیفیت منابع آبی این مناطق برای حفاظت در جهت کاهش آسیب‌پذیری این منابع، از اهمیت شایانی برخوردار است. در این تحقیق جهت بررسی عوارض ژئومورفولوژیکی در شناسایی سرچشمه‌های شوری منابع آب زیرزمینی در پلایای ایزدخواست و ارائه شاخصی مطمئن جهت مدل‌سازی مکانی از مدل رگرسیون وزنی جغرافیایی (GWR) استفاده شده است. نتایج نشان داد که از بین 5 شاخص انتخاب شده ، شاخص بافت زهکشی نسبت به شاخص-های دیگر کارایی بهتر و مناسب تری داشت بطوری که نتایج مدل GWR با لندفرمهای منطقه رابطۀ مستقیی را نشان داد. در اغلب پارامترهای کیفی بیشترین میزان همبستگی مربوط به غرب حوضه می‌باشد که نشان‌دهندۀ تأثیر بالای دیاپیر نمکی موجود در غرب حوضه بر منابع آبی می‌باشد همچنین مقاومت کم و فرسایش رسوبات تبخیری نیز بر این موضوع دامن زده است. علاوه بر این در این تحقیق سازندهای مخرب در مرکز، شمال، شمال‌شرق و شمال‌غرب منطقه به‌‌صورت تپه‌ماهور و بدلند رخنمون دارند. علاوه بر این با استفاده از شاخص بافت زهکشی به‌طور کامل مقاومت لیتولوژی‌های مختلف در زیرحوضه‌ها مشخص شد. که نتایج نشان می‌دهد در نبود نقشه‌های زمین‌شناسی با مقیاس قابل قبول می‌توان جهت تشخیص نوع مقاومت سنگ‌ها از نقشه‌های توپوگرافی با مقیاس‌های موجود و حتی برای تعیین جنس لیتولوژی‌ها با استفاده از نقشه‌های توپوگرافی بزرگ مقیاس‌تر با استخراج شبکه زهکشی به عنوان لندفرم از شاخص بافت زهکشی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Use of Morphometric Indicators to Identify the Source of Salinity in Playa (Case Study Izadkhast Playa Fars Province)

نویسندگان [English]

  • Maryam Ansari 1
  • Iraj Jabbari 2
  • Farhang Sargordi 3
1 Geomorphologic hazards, Geography, Razi university
2 Associate Professor in Geography Department of Razi University-, Kermanshah, Iran
3 Assistant Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture Science and Engineering, Razi University, Kermanshah
چکیده [English]

Extended Abstract
Introduction
In our country, the climatic conditions are such that in 65% of it, the average annual rainfall is less than 130 mm. Therefore, it has been facing water deficit for a long time. Therefore, recognizing the factors affecting the quality of water resources in these areas is important for protection in order to reduce the vulnerability of these resources. Among the various factors, material and type of rocks are more important in changing the quality of groundwater. On the other hand, due to the involvement of different processes and factors on different lithologies, special landforms appear on the surface of the earth, which, after identification, are useful for showing sensitive areas of the landscape and can be further examined.
Therefore, in this research, we try to select Izadkhast basin as a sample of inland Zagros basins that have good but saline water resources. Efficiency of morphometric indices using GWR model to determine the sources of pollution of these waters, or In other words, determine the areas that receive the most impact from a particular formation, and investigation the effects of geology on the salinity spatial distributions of groundwater resources.

Methodology
First, to identify the sources of salinity, the most sensitive areas to erosion had to be identified, so to achieve the goal, the drainage network of the basin as a landform was extracted from the topographic map of 1:50000 areas. Then, in order to study the differences of landforms in different formations of the region, the hydrographic and physiographic characteristics of the basin were studied that to better study these indicators using the DEM of 12.5 meters in the environment of IDRISI TerrSet 2020 software, the region was divided into 522 sub-basins. After that, the sub-basins layer was placed on the geological layer of the region and cut based on the formations in the region, and for each polygon, area, environment, compaction coefficient, drainage density and drainage texture were evaluated.
In the next step, to select the best index, in consideration for the strength of the formations, each of them was selected as the best index using the cluster diagram, classification and using Bakhtiari formation as the validation index. Which has a cluster diagram, field visits and Google Earth image, the drainage texture index was selected as the best indicators for landform analysis.
In the next step, multivariate regression methods of OLS and GWR were used to investigate the effects of formations on salinity expansion and their spatial changes to identify sensitive points, relationships between water quality parameters and the desired index in each formation. So that the water quality data related to 14 observation wells in 2010 (due to more complete data) which among the 16 quality parameter data, after examining the relationship between the parameters, the ones that had the most significant correlation and relationship with the EC parameter, as a variable Dependencies and values of drainage tissue index in the formations in each of the polygons were used as an independent variable for statistical analysis.
Finally, according to the significant relationships of water quality parameters with the formations determined in the OLS model and according to the degree of correlation of water quality parameters with drainage tissue index in each polygon in the GWR model, water quality degradation points and salinity producing areas for management, were identified.

Discussion and Results
Drainage Texture index has completely determined the resistance of different lithologies in the sub-basins in some formations, such as Lahbari, which consists of two types of conglomerate and marl lithology, It is easy to determine the type of rock and even in nonexistence of geological maps with acceptable scale can be used to distinguish the type of rock resistance from topographic maps with existing scales and even to identify lithologies using larger scale topographic maps by extracting drainage network as landform Used drainage tissue index.
According to the maps, the highest correlation was related to the sodium, potassium and electrical conductivity parameters and the lowest value was related to the sulfate parameter, while the other parameters also showed a very high correlation with independent variables. In most qualitative parameters such as sodium, potassium, chlorine and electrical conductivity, the highest correlation is related to the west of the basin, which indicates the high impact of the salt diapir in the west of the basin on water resources, and wells that are close to these points have lower quality than wells in higher and farther points.
Also, the results of GWR model are directly related to landforms in the region, so that Aghajari Formation and Mol, Champeh and Gori sections that have a significant share in changing the groundwater quality of the region are exposed in the center, north, northeast and northwest of the region as rough country and badland. These landforms, which are the most important forms of erosion in the region, occupy a relatively large part of the basin, which due to erosion, are one of the most important points in changing the quality of groundwater resources in the region.

Conclusion
The results show that the use of drainage tissue index as a characteristic of landforms in the region has easily identified sensitive and key points according to the degree of erosion and laxity and the use of this index in the GWR model shows that Hormoz, Champe, Gori, Mol, Aghajari and Razak are the most important destructive formations of water quality. Therefore, using drainage tissue index to investigate the factors affecting changes in water resources quality along with GWR model and its high power to model the location helps managers and planners helps to identify sensitive points of water resources destruction using surface landforms and to better manage to operate

کلیدواژه‌ها [English]

  • Morphometric indicators
  • Drainage Texture
  • GWR
  • Izadkhast playa
تیموری، م.، اسدی نلیوان، ا.، 1399، تاثیر کاربری اراضی و زمین‌شناسی بر کیفیت آب‌های زیرزمینی با استفاده از تکنیک­های آماری چند متغیره و زمین‌آمار (مطالعه موردی: بخشی از حوضه آبریز حبله­رود)، هیدروژئومورفولوژی، دوره 7، شماره 25، صص 97-121.
اسدیان، ف.، خلفی، ج.، 1389، تأثیر پدیده‌های ژئومورفولوژی بر منابع آب زیرزمینی، مطالعۀ موردی: دشت سهرین زنجان، فصلنامه جغرافیا، دوره 4، شماره 15، صص 64-86.
انصاری، م.، جباری، ا.، سرگردی، ف.، 1400، مدل­سازی مکانی پارامترهای کیفی آب بر اساس سازندهای زمین­شناسی، هیدروژئومورفولوژی، دوره 8، شماره 26، صص 117-137.
بهرامی، ش.، زنگنه­اسدی، م. ع.،  رهبر، ح.، 1392، بررسی نقش ژئومورفولوژی در ویژگی­های هیدرولوژیکی و شیمیایی چشمه­های حوضة آبخیز کنگیر، جغرافیا و آمایش شهری- منطقه­ای، دوره 3، شماره 7، صص 71-84.
جعفری، م.، طویلی، ع.، 1392، احیای مناطق خشک و بیابانی، چاپ چهارم،انتشارات دانشگاه تهران، تهران.
جوانی، و.، جباری، ا.، 1388، شاخص­های زمین­ریخت­شناسی در شناسایی آب زیرزمینی (مطالعۀ موردی: دشت اهر)، مجله علمی- پژوهشی فضای جغرافیایی، سال 9، شماره 25، صص 51-71.
جهبذ، ا.، 1373، بررسی ویژگی­های هیدروشیمیایی حوضه آبخیز سروستان با تأکید بر نقش سازندهای زمین­شناسی، پایان نامه کارشناسی ارشد، رشته زمین­شناسی- آب­شناسی، دانشگاه شیراز، شیراز، 436 ص.
خجسته، پ.، 1390، تفکیک بخش­های سازندهای گچساران و آسماری از روی خرده­های حفاری با رویکرد پردازش تصویر، پایان نامه کارشناسی ارشد، رشتۀ برق - الکترونیک ، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، 129 ص.
رحمتی، ا.، محمودی، ن.، مساعدی، ا.، حیدری، ف.، 1393،  بررسی اثر کاربری اراضی و سنگ شناسی بر کیفیت آب چشمه های حوزه آبخیز پیرانشهر، مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، شمارۀ 27،صص 19-26.
رنجبر، غ.، پیرسته انوشه، ه.، 1394، نگاهی به تحقیقات شوری در ایران با تاکید بر بهبود تولید گیاهان زراعی، مجله علوم زراعی ایران، جلد 17، شماره 2، صص 165-178.
زنگنه­اسدی، م. ع.، بهرامی، ش.، اکبری، ا.، پوراسکندر، ب.، 1391، بررسی میزان ارتباط نوسان آب زیرزمینی با عوارض ژئومورفولوژی، مطالعۀ موردی: دشت پار­س­آباد، اولین همایش ملی انجمن ایرانی ژئومورفولوژی، ژئومورفولوژی و زیستگاه انسان (فرصت­ها و محدودیت­ها)، صص 172-174.
عرفانیان، م.، حسین خواه، م.، علیجانپور، ا.، 1392، مقدمه­ای بر روش­های رگرسیونی چند متغیره OLS و GWR در مدل­سازی مکانی اثرات کاربری اراضی بر کیفیت آب، ترویج و توسعه آبخیزداری، شمارۀ 1، صص 33-39.
لاوری­نیا، ع.، اصغری­مقدم، م. ر.، 1387، بررسی ژئومورفولوژی تاقدیس گزه و تأثیر آن بر منابع آبی منطقه مغرب هرمزگان و جنوب­شرق فارس، فصلنامه جغرافیایی سرزمین، سال 5، شماره 20، صص 117-130.
 
Almada, H. K. S., Silvério, D. V., Macedo, M. N., Santos. L. M., Zaratim, E. C. P., Zaratim, K. P., Maccari, A., Nascimento, M. R., Umetsu, R. K., 2019. Effects of geomorphology and land use on stream water quality in southeastern Amazonia, Hydrological Sciences Journal, 64(5), pp. 1-13
Andersson, J., Nyberg L., 2009. Using official map data on topography, wetlands and vegetation cover for prediction of stream water chemistry in boreal headwater catchments, Hydrology and Earth System Sciences, 13(4), pp. 537−549.
Chang, H., 2008. Spatial analysis of water quality trends in the Han River basin, South Korea, Water Research, 42(13), pp. 3285-3304.
Chopra, R., Sharma, P.K., 1993. Landform analysis and ground water potential in the Bist Doab area, International Journal of Remote sensing, 14(17), pp.3221-3229.
Drever, J. L., 1988. The geochemistry of natural waters, the University of Michigan, Prentice-Hall, 2, 437 p.
Elewa, H. H., 2006.  Water resources and geomorphological characteristics of Tushka and west of Lake Nasser, Egypt, Hydrogeology Journal, 14( 6), pp. 942–954
Ferdowsian, R., Ryder, A., George, R., Bee, G., Smart, R., 2002. Groundwater level reduction under Lucerne depend on the landform and groundwater flow systems (local or intermediate), Australian Journal of Soil Research, 40(3), pp. 381-396.
Haldar, D., Sehgal, V.K., Kumar, G., Sundara Sarma, K.S., 2011. Evaluation of ground water and land resources in relation to landforms in Alwar District (Rajasthan): A remote sensing based approach, Archives of Environmental Science, 5, pp. 37-45.
Kamarudin, M. K. A., Nalado, A. M., Toriman, M. E., Juahir, H., Umar, R., Ismail, A., Wahab, N. A., Saad, M. H. M., Maulud, K. N., Hanafiah, M. M., Saudi, A., Harith, H., 2019. Evolution of river geomorphology to water quality impact using remote sensing and GIS technique, Desalination and Water Treatment, 149, pp. 258-273.
Lecomte, K. L., García, M. G., Fórmica, S. M., Depetris, P. J., 2009. Influence of geomorphological variables on mountainous stream chemistry (Sierras Pampeanas, Córdoba, Argentina), Geomorphology, 110(3-4), pp. 195−202.
Mainali, J., Chang, H., Chun, Y., 2019. A review of spatial statistical approaches to modeling water quality, Progress in physical geography, earth and environment, 43(6), pp. 1-26.
Mulyadi, A., Dede, M., Widiawaty, M. A., 2020.  Spatial interaction of groundwater and surface topographic using geographically weighted regression in built-up area, Sustainable Urban Water International Seminar, Series: Earth and Environmental Science 477, pp. 1-8.
Nagarale, V. R., 2017. Groundwater Zonation by using Landform Characteristics in Karha River Basin, Pune, major research project, department of geography, women’s university,  Pune campus, Pune, 98 p.
Nayyeri, H., Zandi, S., 2018. Evaluation of the effect of river style framework on water quality, Environmental Earth Sciences, 77(9), pp. 1-12.
Nazeer, M., Bilal, M., 2018. Evaluation of Ordinary Least Square (OLS) and Geographically Weighted Regression (GWR) for water quality monitoring a case study for the estimation of salinity, Oceanic and coastal sea research, 17(2), pp. 305-310.
Okkonen, J., Klove, B., 2012. Assessment of temporal and spatial variation in chemical composition of groundwater in an unconfined esker aquifer in the cold temperate climate of Northern Finland, Cold Regions Science and Technology, 71, pp. 118-128.
Pratt, B., Changa, H., 2012. Effects of land cover, topography, and built structure on seasonal water quality at multiple spatial scales, Journal of Hazardous Materials, 209– 210, pp. 48-58.
Rai, P. K., Singhi, P., Mishra, V. N., Singh, A., Sajan, B., Shahi, A., 2019. Geospatial approach for quantitative drainage morphometric analysis of varuna river basin, India, Journal of Landscape Ecology, 12(2), pp. 1-25.
Rajaveni, S. P., Brindha, K., Elango, L., 2016. Geological and geomorphological controls on groundwater occurrence in a hard rock region, Applied Water Science, 7(2017), pp. 1377–1389.
Salinity management handbook, 2019, Second edition, National landcare program press, Department of Environment and Resource Management, 172 p. https://www.publications.qld.gov.au/dataset/salinity-management-handbook
Shajari, J., Raeisi, E.T., 2006. Influences of anticlinal structures on regional flow. Zagros, Iran, Journal of Cave and Karst studies, 68(3), pp. 118-129.
Shi, W., Xia, J., Zhang, X., 2016. Influences of anthropogenic activities and topography on water quality in the highly regulated Huai River basin, China. Environmental Science and Pollution Research, 23(21), pp. 21460-21474.
Shrestha, A., Luo, W., 2017. Analysis of groundwater Nitrate contamination in the central valley: comparison of the geodetector method, principal component analysis and Geographically Weighted Regression, International Journal of Geo-Information, 6(10), pp.1-25.
Sliva, L., Williams, D.D., 2001. Buffer zone versus whole catchment approaches to studying land use impact on river water quality, Water Research, 35(14), pp. 3462−3472.
Smith, K.G., 1950, Standards for grading texture of erosional topography, American Journal of Science, 248 (9), pp. 655-668.
Sun, Y., Guo, Q., Liu, J., Wang, R., 2014. Scale effects on spatially varying relationships between urban landscape patterns and water quality, Environmental Management, 54(2), pp. 272–287.
Thapa, R., Ravindra, K., Sood, R.K., 2008. Study of morphotectonics and hydrogeology for groundwater prospecting using remote sensing and GIS in the north west Himalaya, district Sirmour, Himachal, Pradesh, India, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Part B4. Beijing, pp. 227-232.
Tucker, G.E., Catani, F., Rinaldo, A., Bras, R.L., 2001. Statistical analysis of drainage density from digital terrain data. Geomorphology, 36(3-4), pp.187–202.
Varanka, S., Luoto, M., 2012. Environmental determinants of water quality in boreal rivers based on partitioning methods, River Research and Applications, 28(7), pp. 1034-1046.
Varanka, S., Hjort, J., Luoto, M., 2015. Geomorphological factors predict water quality in boreal rivers, Earth Surface Processes and Landforms, 40(15), pp. 1989–1999.
Verma, S., Mukherjee, A., 2016. Geomorphological Influence on Groundwater Quality and Arsenic Distribution in Parts of Brahmaputra River Basin Adjoining Eastern Himalayas. In: Raju N. (Eds) Geostatistical and Geospatial Approaches for the Characterization of Natural Resources in the Environment. Springer, Cham, pp. 207-211, https://doi.org/10.1007/978-3-319-18663-4_33
Young, R.G., Quarterman, A.J., Eyles, R.F., Smith, R.A., Bowden, W.B., 2005. Water quality and thermal regime of the Motueka River: influences of land cover, geology and position in the catchment. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research, 39(4), pp. 803−825.
Zhou, T., Wu, J., Peng, S., 2012. Assessing the effects of landscape pattern on river water quality at multiple scales: A case study of the Dongjiang River watershed, China, Ecological Indicators,  23(2012), pp. 166-175.