مدیریت آب و آبیاری

مدیریت آب و آبیاری

ارزیابی پویای آسیب‌پذیری آبخوان دشت قزوین با بهره‌گیری از عملگرهای فضایی غیرجبرانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علیرضا تجسسی
نیما مقدم
افشین اشرف‌زاده
گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران.
10.22059/jwim.2026.413293.1300
چکیده
مدیریت پایدار منابع آب زیرزمینی در مناطق خشک و نیمه‌خشک، به‌ویژه در قطب‌های کشاورزی نظیر دشت قزوین، با چالش اثرات هم‌افزای برداشت‌های بی‌رویه و تخریب هیدروشیمیایی روبروست. مدل‌های سنتی ارزیابی آسیب‌پذیری که عمدتاً بر عملگرهای جبرانی (مانند ترکیب وزنی خطی) استوارند، به دلیل میانگین‌گیری شرایط نامناسب در یک متغیر و شرایط مطلوب در متغیر دیگر، تمایل به پنهان‌سازی نقاط بحرانی دارند. این پژوهش با ارائه یک چارچوب تحلیلی جدید و غیرجبرانی، ریسک تجمعی آبخوان دشت قزوین را در یک بازه زمانی ۲۱ ساله (۱۳۸۰ تا ۱۴۰۱) ارزیابی کرده است. در این رویکرد، با تلفیق داده‌های بلندمدت پیزومتری و پارامترهای هیدروشیمیایی و استفاده از عملگرهای فضایی غیرجبرانی (به‌ویژه عملگر حاصل‌ضرب فضایی)، اطمینان حاصل شد که مناطقی که همزمان از افت شدید کمیت و کیفیت آب رنج می‌برند، به عنوان کانون‌های بحرانی مطلق شناسایی شوند.

نتایج تحلیل‌های مکانی-زمانی نشان‌دهنده یک تغییر رژیم قابل توجه در رفتار هیدرودینامیکی و هیدروشیمیایی آبخوان است که طی آن، آبخوان از پایداری نسبی به تنش مزمن دچار شده است. پیشروی تهاجمی زون‌های پرخطر از حاشیه‌های شرقی و جنوب‌شرقی به سمت مرکز و غرب دشت مشاهده شد و یک نقطه عطف بحرانی در سال‌های ۱۳۸۹ تا ۱۳۹۱ شناسایی گردید که در آن مساحت مناطق پرخطر از حدود ۳۰ درصد به بیش از ۵۰ درصد کل ناحیه رسید. تا سال ۱۴۰۱، بیش از ۶۵ درصد از آبخوان تحت تنش بحرانی و حدود ۵/۴۲ درصد در وضعیت پرخطر قرار داشت. مدل غیرجبرانی توانست هسته‌های بحرانی پنهانی را در مرکز دشت آشکار کند که روش‌های سنتی به اشتباه آن‌ها را
کلیدواژه‌ها
آسیب‌پذیری آبخوان
تحلیل مکانی-زمانی
دشت قزوین
ریسک هم‌افزا
عملگرهای غیرجبرانی
GIS
موضوعات

عنوان مقاله English

Dynamic Assessment of the Qazvin Plain Aquifer Vulnerability Using Non-Compensatory Spatial Operators

نویسندگان English

Alireza Tajasosi
Nima Moghaddam
Afshin Ashrafzadeh
Department Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

This study presents a novel non-compensatory analytical framework based on spatial multiplication operators to evaluate the cumulative risk of Qazvin Plain aquifer over a 21-year period (2001–2022). Unlike traditional compensatory models that mask critical hotspots through averaging, this approach integrates piezometric and hydrochemical data to identify absolute critical zones suffering simultaneously from quantitative and qualitative degradation. Results reveal a significant regime shift from relative stability to chronic stress, with a critical tipping point in 2010–2012 when high-risk areas expanded from ~30% to over 50% of the plain. By 2022, more than 65% of the aquifer was under critical stress, with 42.5% in high-risk condition. The non-compensatory model unveiled hidden critical cores in the central plain that conventional methods misclassified as moderate risk. Findings indicate a nonlinear self-reinforcing process driven by a positive feedback loop between saturated thickness decline and salinity increase. These results underscore the necessity of shifting from generalized management to place-based management and prioritizing immediate interventions (demand management in the critical eastern zones and artificial recharge in western areas).

کلیدواژه‌ها English

Aquifer Vulnerability
Spatiotemporal Analysis
Qazvin Plain
Synergistic Risk
Non-compensatory Operators
GIS
  1. AfradIrani, P., Kosari, S., Parsinejad, M., et al. (2025). Predicted feasibility of sustainable irrigation best management practices for reducing water consumption and enhancing water productivity. Sustainable Water Resources Management, 11, 83. https://doi.org/10.1007/s40899-025-01255-y
  2. Alfarrah, N., & Walraevens, K. (2018). Groundwater overexploitation and seawater intrusion. Water, 10(2), 143.
  3. Bierkens, M. F. P., & Wada, Y. (2019). Non-renewable groundwater use and groundwater depletion: a review. Hydrogeology Journal, 27(2), 363-382.
  4. Cuthbert, M. O., Gleeson, T., Moosdorf, N., Befus, K. M., Schneider, A., Hartmann, J., & Lehner, B. (2019). Global patterns and dynamics of climate–groundwater interactions. Nature Climate Change, 9(2), 137-141.
  5. Cuthbert, M. O., Taylor, R. G., Favreau, G., Todd, M. C., Shamsudduha, M., Villholth, K. G., & Kukuric, N. (2019). Observed controls on resilience of groundwater to climate variability in sub-Saharan Africa. Nature, 572(7768), 230-234.
  6. Custodio, E. (2010). Aquifer overexploitation: What does it mean? Hydrogeology Journal, 18, 269-292.
  7. Dalin, C., Wada, Y., Kastner, T., & Puma, M. J. (2017). Groundwater depletion embedded in international food trade. Nature, 543(7647), 700-704.
  8. Dong, Y., et al. (2016). Continental-scale assessment of groundwater storage and depletion in the central Atlantic coastal plain. Water Resources Research, 52(11), 8623-8642.
  9. Famiglietti, J. S. (2014). The global groundwater crisis. Nature Climate Change, 4(11), 945-948.
  10. Foster, S., & Perry, C. (2010). Improving groundwater resource accounting in irrigated areas: a prerequisite for promoting sustainable use. Hydrogeology Journal, 18(2), 291-294.
  11. Gleeson, T., Wada, Y., Bierkens, M. F. P., & van Beek, L. P. H. (2012). Water balance of global aquifers revealed by groundwater footprint. Nature, 488(7410), 197-200.
  12. Jalali, M. (2007). Salinization of groundwater in arid zones: A case study. Environmental Geology, 52(6), 1133-1149.
  13. Karandish, F., & Šimůnek, J. (2021). Quantitative and qualitative assessment of groundwater under climate change and anthropogenic pressures. Journal of Hydrology, 597, 126-141.
  14. Khaki, M., et al. (2020). Data-driven methods for groundwater modeling: a review. Hydrological Sciences Journal, 65(8), 1345-1360.
  15. Konikow, L. F., & Kendy, E. (2005). Groundwater depletion: A global problem. Hydrogeology Journal, 13(1), 317-320.
  16. Machiwal, D., et al. (2018). Assessment of groundwater vulnerability using GIS-based multi-criteria decision analysis. Water Resources Management, 32(5), 1713-1732.
  17. Minderhoud, P. S. J., et al. (2018). Subsidence and salinization in Mekong Delta. Science of the Total Environment, 645, 1348-1361.
  18. Moghaddam, N. (2024). Managing water resources to mitigate drought impacts due to climate change in the United States with a focus on the state of California. Iran-Water Resources Research, 20(2), 194-217. (In Persian). https://doi.org/10.22034/iwrr.2024.448106.2748
  19. Moghaddam, N., & Kholghi, M. (2025). Analysis of Groundwater Table Decline and Salinity Intensification in the Qazvin Plain: Implications from a Water Resources Governance Perspective. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 19(3), 469-487.( In Persian).
  20. Moghaddam, N., & Ashrafzadeh, A. (2026). Groundwater Salinity Modeling and Prediction in Qazvin Plain Using a Data-Driven and Artificial Intelligence Approach. Iran-Water Resources Research, 21(4), 158-175. (In Persian). https://doi.org/10.22034/iwrr.2025.533006.2912
  21. Moghaddam, N., Hadizadeh, H., & Ashrafzadeh, A. (2025). Data-driven analysis for estimating and predicting well salinity using artificial intelligence algorithms. Discoveries & Applications, 10. https://doi.org/10.1007/s42452-025-08021-x
  22. Ramillien, G., et al. (2008). Interannual groundwater variations in the Amazon basin from GRACE and in-situ data. Geophysical Research Letters, 35(12), L12402.
  23. Rengasamy, P. (2006). World salinization with emphasis on Australia. Journal of Experimental Botany, 57(5), 1017-1023.
  24. Rezaei, M., et al. (2021). Monitoring land use changes and their impact on groundwater resources using Landsat imagery. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 24, 100631.
  25. Rossman, N. R., Zlotnik, V. A., & Rowe, C. M. (2014). Vadose zone lag time and potential 21st century climate change effects on spatially distributed groundwater recharge in the semi-arid Nebraska Sand Hills. Journal of Hydrology, 519, 656-668.
  26. Scanlon, B. R., Healy, R. W., & Cook, P. G. (2002). Techniques for quantifying groundwater recharge. Hydrogeology Journal, 10(1), 18-39.
  27. Scanlon, B. R., Keese, K. E., Flint, A. L., Flint, L. E., Gaye, C. B., Edmunds, W. M., & Simmers, I. (2006). Global synthesis of groundwater recharge in semiarid and arid regions. Hydrological Processes: An International Journal, 20(15), 3335-3370.
  28. Scanlon, B. R., Jolly, I., Sophocleous, M., & Zhang, L. (2007). Global impacts of conversions from natural to agricultural ecosystems on water resources: Quantity versus quality. Water resources research, 43(3).
  29. Scanlon, B. R., et al. (2018). Enhancing drought resilience in California and Arizona. Environmental Research Letters, 13(9), 094010.
  30. Shirazi, S. M., et al. (2012). A comparative study of AHP and fuzzy AHP for water resources management. Journal of Water and Climate Change, 3(4), 305-317.
  31. Suciu, G., et al. (2020). Groundwater contamination from agricultural activities in Italy. Water, 12(3), 841.
  32. Tam, V. T., et al. (2018). Numerical assessment of groundwater recharge under different land covers using SWAT model. Hydrology and Earth System Sciences, 22(10), 5051-5070.
  33. Valipour, M., et al. (2014). Investigation of quantitative and qualitative changes of groundwater in Najaf Abad plain. Journal of Water Research, 45(2), 123-138.
  34. Wada, Y., van Beek, L. P. H., van Kempen, C. M., Reckman, J. W. T. M., Vasak, S., & Bierkens, M. F. P. (2010). Global depletion of groundwater resources. Geophysical Research Letters, 37(20), L20402.
  35. Wang, Y., et al. (2019). Groundwater sustainability assessment in northeastern China using GRACE data. Science of the Total Environment, 676, 514-526.
  36. Yari, A., & Kouchakzadeh, M. (2008). Comparison of geostatistical methods for predicting groundwater salinity distribution. Iranian Journal of Science and Technology, 32(B2), 189-202. (In Persian).
  37. Yeh, H. F., et al. (2009). Seawater intrusion model: Yun-Lin coast, Taiwan. Hydrogeology Journal, 17(6), 1641-1656.
  38. Zalidis, G., et al. (2002). Impacts of agricultural activities on groundwater quality in Mediterranean regions. Agricultural Water Management, 54(3), 249-268.
  39. Zeinali, M., et al. (2015). Quality decline of groundwater under agricultural and residential land use. Journal of Environmental Hydrology, 23, 1-12.
مدیریت آب و آبیاری
دوره 16، شماره 2
تابستان 1405
صفحه 303-323