تحلیل بلند مدت همبستگی بین تغییرات سطح آب چاه های مشاهداتی و تغییرات ذخایر آب زیرزمینی تخمین زده شده با استفاده از مشاهدات ماهواره گریس در تهران

ذخایر آب زیرزمینی (gws) در آبخوان‌ها از مهمترین منابع تامین آب شرب و آب مورد نیاز کشاورزی در ایران است. جمعیت استان تهران بیش از 9 میلیون نفر بوده و نیمه جنوبی شهر تهران دارای اقلیم نیمه‌خشک و بارش کم است؛ همچنین در اقلیم نیمه‌مرطوب شمالی و کوهپایه‌ای هم میانگین بارندگی خیلی چشمگیر نیست، لذا جبران آب زیرزمینی تخلیه شده بسیار سخت است. ازاین‌رو، پایش دقیق تغییرات gws استان حائز اهمیت است. امروزه ماهواره‌های دوقلوی گریس(grace)  یک ابزار مناسب هستند که با کمک مدل‌های هیدرولوژی می‌توانند به تخمین و ارزیابی تغییرات ماهیانه gws کمک نمایند. علاوه براین، مشاهدات چاه های پیزومتری نیز برای اینگونه مطالعات بسیار ضروری است. ماهواره‌های گریس تغییرات شتاب ثقل زمین در یک منطقه را در اثر تغییرات ذخایر آبی زمین (tws)، بلافاصله حس می‌کنند ولی اینگونه تغییرات در مشاهدات چاه‌ها با یک تاخیر زمانی دریافت می‌گردد. در این تحقیق از سه نوع داده با نرخ ماهیانه در بازه زمانی ژانویه 2004 (دی‌ماه 1382) تا دسامبر 2016 (آذرماه 1395) جهت بررسی تغییرات بلندمدت gws در تهران استفاده شده است. ابتدا از داده‌های ماهواره گریس به روش ماسکون که به‌صورت نقاط شبکه‌ای با قدرت تفکیک مکانی 0.25 درجه منتشر شده‌اند، تغییرات tws استخراج شده و سپس با استفاده از داده‌های مدل داده‌گواری شده جهانی زمین (gldas) که دارای قدرت تفکیک مکانی مشابه می‌باشد، پارامترهایی که مربوط به تغییرات سایر منابع آب به جز آب‌های زیرزمینی هستند تخمین زده می‌شود. درنهایت تغییرات gws از کم‌کردن این دودسته داده محاسبه می‌گردد. همچنین از داده‌های چاه‌های مشاهداتی که به‌صورت ماهیانه ثبت شده‌اند نیز برای ارزیابی همبستگی تغییرات به‌دست‌آمده استفاده شده است. جهت انجام آنالیز همبستگی، تاخیر زمانی بین سری زمانی تغییرات آب چاه‌ها و سری زمانی تغییرات gws به‌دست‌آمده از مشاهدات گریس با روش میان-همبستگی به دست آمد. بیشترین ضریب همبستگی سری زمانی چاه‌ها0.72 و میانگین ضرایب همبستگی 0.21 است.  

long-term analysis of the correlation between the changes in the water level of the wells and the changes in the estimated groundwater storage using grace satellite observations in tehran

groundwater storage (gws) of the aquifers is one of the most important sources of the drinking water supply and the required water for agriculture in iran. the population of tehran province is more than 9 million and the southern half of tehran has a semi-arid climate with little rainfall. besides, in the semi-humid northern part of tehran and the foothills, the average rainfall is not very significant, so it is very difficult to compensate for the discharged groundwater. therefore, it is important to closely monitor the changes in gws of the province. today, grace  twin satellites are suitable tools that can help us to estimate and evaluate the monthly changes of gws with the help of hydrological models. in addition, observations of piezometric wells are also very necessary for such studies. grace satellites immediately sense the changes in the gravity of a region due to the changes in the terrestrial water storage (tws), but in the observations of the wells such changes are received with a delay. in this research, in order to investigate the long_term changes of gws in tehran, three types of data with a monthly rate have been used from january 2004 to december 2016. first, tws changes were obtained using grace-mascon data, which were published in the form of grid points with a spatial resolution of 0.25 degrees, and then global land data assimilation system  (gldas),  with similar spatial resolution, was used to estimate the other parameters which were not relevant to groundwater. finally, gws changes were calculated by subtracting these two sets of data. furthermore, monthly well water level observations were used to evaluate the correlation. in order to evaluate the correlation, the time delay between the time series of well water changes  and those of gws ones was obtained by cross-correlation. the highest correlation coefficient of the time series of wells is 0.72 and the average correlation coefficient is 0.21.