Spatial analysis of groundwater level monitoring network in the Danube-Tisza Interfluve using semivariograms
Abstract
Over the last thirty years in the Danube-Tisza Ridge the main factor restraining agricultural activity and in general the size of the nature reserve areas of the Kiskunság National Park has been the lack of water. The fluctuation of the water resources affecting the plain areas in general is indicated by the decrease of the groundwater level. This decrease summarizes the effects of all the influencing phenomena. After the decreasing trend of groundwater-level has been realized, studies aiming to determine the causes and the extent of the phenomenon have been carried out. Unlike previous approaches found in literature, the present study does not analyze the different groundwater levels as time series. Instead, it deals with the spatial relationship of the measurements at certain moments of time using spatial semivariogram analysis on hydrographs of shallow groundwater data, in order to (i) analyse the spatial structure of the groundwater level monitoring well system and (ii) to recalibrate it, based on the results of the study. The results indicated, that the correlation between groundwater level and elevation is periodically changing, but very strong. Furthermore it was shown that the spatial variability of groundwater-level variations can be observed with half as many stations as the existing one, if they were arranged in a more optimal way.
References
Biró, M., Lelleiné Kovács, E., Kröel-Dulay, Gy. and Horváth, F. 2009. A Kiskunsági homokvidék tájökológiai térképe (Landscape ecologycal map of the Kiskunság sand region, Hungary). In Válogatás az MTA Ökológiai és Botanikai Kutatóintézete kutatási eredményeiből. Eds: Török, K., Kiss, K.T. and Kertész, M. Vácrátót, MTA Ökológiai Kutatóközpont Ökológiai és Botanikai Intézet, 29-35.
Biró, M., Czúcz, B., Horváth, F., Révész, A., Csatári, B. and Molnár, Zs. 2013a. Drivers of grassland loss in Hungary during the post-socialist transformation (1987-1999). Landscape Ecology 28. (5): 789-803. https://doi.org/10.1007/s10980-012-9818-0
Biró, M., Szitár, K., Horváth, F., Bagi, I. and Molnár, Zs. 2013b. Detection of long-term landscape changes and trajectories in a Pannonian sand region: comparing land-cover and habitat-based approaches at two spatial scales. Community Ecology 14. (2): 219-230. https://doi.org/10.1556/ComEc.14.2013.2.12
Deutsch, C.V. and Journal, A.G. 1992. GSLIB Geostatistical Soft ware Library and User's Guide. New York-Oxford, Oxford University Press, 363 p.
Füst, A. 1984. Adalékok az instacionárius paramétermezők kutatási optimumának meghatározásához (Improvemements for non-stationary parameterization in deteremining the exploration optimum). BKL-Bányászat 32. (1-4): 93-112.
Füst, A. 1997. Geostatisztika (Geostatistics). Egyetemi jegyzet. Budapest, Eötvös Kiadó, 427 p.
Füst, A. 2011. A természeti folyamatok monitoring hálózatainak tervezése és működtetése (Planning and operating monitoring systems of natural processes). BKL-Bányászat 144. (2): 19-25.
Füst, A. and Geiger, J. 2010. Monitorigtervezés és -értékelés geostatisztikai módszerekkel I. Szakértői véleményen alapuló, "igazoló" mintázás geostatisztikai támogatása (Monitoring planning and evaluation using geostatistics, I. Geostatistical support for verification sampling based on professional opinion). Földtani Közlöny 140. (3): 303-213.
Hajdú-Moharos, J. and Hevesi, A. 1999. The land that is Hungary - geology, geography and cartography of Hungary and its surroundings. In Pannon Encyclopaedia. Ed. Karátson, D., Budapest, Kertek 2000 Publishing House, 274-284.
Hatvani, I.G., Kovács, J., Barcza, M., Kovácsné Székely, I., Jakusch, P. and Bernáth, Gy. 2011. Adatelemző módszerek alkalmazásának feltételei és lehetőségei a felszíni és felszín
alatti víz védelmében (The requirements and possibilities of applying data analysis methods in surface- and sub-surface water protection). In A fenntartható fejlődés, valamint a környezet- és természetvédelem összefüggései a Kárpát-medencében. Eds. Bunyevácz, J., Csonka, P., Fodor, I. and Gálosi-Kovács, B., Pécs, MTA Pécsi Akadémiai Bizottság.
Hatvani, I.G., Kovács, J. and Korponai, J. 2012a. Mintavételezési gyakoriság optimalizálása variogram függvénnyel a Kis-Balaton Vízvédelmi Rendszer példáján (Optimization of sampling frequency using variograms on the example of the Kis-Balaton Water Protection System). Természetvédelmi Közlemények 18. 202-210.
Hatvani, I.G., Reskóné, N. M., Kovácsné Székely, I., Tanos, P., Korponai, J. and Kovács, J. 2012b. Determining the temporal sampling frequency of Kis-Balaton and the spatial sampling frequency of Lake Velence (W Hungary) using variograms. In CMA4CH: Use of Multivariate Analysis and Chemometrics in Cultural Heritage and Environment. Ed. Visco, G., Rome, Marco Valerio Editore. 62-63.
Hatvani, I.G., Magyar, N., Zessner, M., Kovács, J. and Blaschke, A.P. 2014. The Water Framework Directive: Can more information be extracted from groundwater data? A case study of Seewinkel, Burgenland, Eastern Austria. Hydrogeology Journal 22. (4): 779-794. https://doi.org/10.1007/s10040-013-1093-x
Kiss, T. and Tornyánszki, É. 2006. Futóhomok területek geomorfológiai vizsgálata a Duna-Tisza közén (The geomorphological analysis of the quicksand regions in the Danube-Tisza Interfl uve). In III. Magyar Földrajzi Konferencia Tudományos Közleményei. Budapest, MTA Földrajztudományi kutatóintézet, CD-ROM.
Kovács, J. and Kovácsné Székely, I. 2006a. A minta értelmezési problémái: elmélet és gyakorlat (Problems in interpreting the sample: theory and practice.). Földtani Közlöny 136. 139-146.
Kovács, J. and Kovácsné Székely, I. 2006b. A földtani adatok adatelemzésének nehézségei (Difficulties in data geologycal analysis). In Karsztfejlődés XI. Konferencia. Ed. Veress, M., Szombathely, Berzsenyi Dániel Főiskola Természetföldrajzi Tanszék, 25-35.
Kovács, J., Hatvani, I.G., Korponai, J. and Kovácsné Székely, I. 2010. Morlet wavelet and autocorrelation analysis of long-term data series of the Kis-Balaton water protection system (KBWPS). Ecological Engineering 36. 1469-1477. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2010.06.028
Kovács, J., Kiszely-Peres, B., Szalai, J. and Kovácsné Székely, I. 2011a. Periodicity in shallow groundwater level fluctuation time series on the Trans-Tisza Region, Hungary. Acta Geogarphica Geologica et Meteorologica Debrecina 4-5. 65-70.
Kovács, J., Hatvani, I.G., Kovácsné Székely, I., Jakusch, P., Tanos, P. and Korponai, J. 2011b. Key question of sampling frequency estimation during system calibration, on the example of the Kis-Balaton Water Protection System's data series, Georgicon for Agriculture. A Multidisciplinary Journal in Agricultural Sciences 14. (1): 53-68.
Kovács, J., Korponai, J., Kovácsné, Sz.I. and Hatvani, I.G. 2012. Introducing sampling frequency estimation using variograms in water research with the example of nutrient loads in the Kis-Balaton Water Protection System (W Hungary). Ecological Engineering 42. 237-243. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2012.02.004
Kovács, J., Reskóné Nagy, M. and Kovácsné Székely, I. 2005. Mintavételezés gyakoriságának vizsgálata tér-statisztikai függvénnyel a Velencei-tó példáján (Estimation of sampling frequency in Lake Velencei by spatial statistics). Hidrológiai Közlöny 85. (6): 68-71.
Kovács, J., Szabó, P. and Szalai, J. 2004. Talajvízállás adatok idősoros vizsgálatai a Duna-Tisza közén (Time series analysis of shallow groundwater level In the Danube-Tisza Interfluve). Vízügyi Közlemények 86. (3-4): 607-624.
Kovács-Székely, I. and Szalai, J. 2009. The impact of climate change on production conditions of Hungarian agriculture, especially on shallow groundwater supply. In Proceedings of Budapest Business School. Eds: Majoros, P. and Zimler, T., Budapest, Budapesti Gazdasági Főiskola, 79-96.
Ladányi, Zs., Deák, J.Á. and Rakonczai, J. 2010. The effect of aridification on dry and wet habitats of Illancs microregion, SW Great Hungarian Plain, Hungary. AGD Landscape & Environment 4. (1): 11-22.
Ladányi, Zs., Rakonczai, J., Kovács, F., Geiger, J. and Deák, J.Á. 2009. The effect of recent climatic change on the Great Hungarian Plain. Cereal Research Communications 37. (4): 477-480.
Liebe, P. 1994. A rétegvízkészletek és a nyomásszintek változása a Duna-Tisza közi hátságon és azok kihatása a talajvízszintekre (The alteration of the aquiferic water supplies and the pressure levels and their impact on the groundwater level in the Danube-Tisza Interfluve). A Nagyalföld Alapítvány Kötetei 3. Békéscsaba, Nagyalföld Alapítvány, 25-30.
Lóki, J. 1999. A tiszai Alföld (The area beyond the Tisza). In Pannon Encyclopaedia Magyarország földje. Ed. Karátson, D., Budapest, Kertek 2000 Publishing House, 300-301.
Mádlné Szőnyi, J. and Tóth, J. 2007. "A Duna-Tisza köze vízföldtani típusszelvény" és a szikesedés összefüggései (The relationship between the hydrogeologic segment of the Danube-Tisza Interfluve and the aridification). Földrajzi Közlemények 131. (55.) (4): 343-360.
Mádlné Szőnyi, J., Simon, Sz., Tóth, J. and Pogácsás, Gy. 2005. Felszíni és felszín alatti vizek kapcsolata a Duna-Tisza közi Kelemen-szék és Kolon-tó esetében (The relationship between the surface water and the groundwater in the case of the Kelemen-szék and Kolon Lake in the Danube-Tisza Interfluve). Általános Földtani Szemle 30. 93-110.
Major, P. 1993. A Nagyalföld talajvízháztartása (The groundwater resources of the Great Hungarian Plain). Hidrológiai Közlöny 1. 40-44.
Major, P. 1994. Talajvízszint-süllyedések a Duna-Tisza közén (The depletion of the groundwater level in the Danube-Tisza Interfluve). A Nagyalföld Alapítvány Kötetei 3. Békéscsaba, Nagyalföld Alapítvány, 17-24.
Major, P. and Neppel, F. 1988. A Duna-Tisza közi talajvízszint süllyedések (Groundwater level depletions in the Danube-Tisza Interfluve). Vízügyi Közlemények 70. (4): 605-626.
Matheron, G. 1965. Les Variables Regionaliées et leur Estimation (Regional variables and their distribution). Masson et Cie. Paris, 305 p.
Mezősi, G. 2011a. Az Alföld természeti képének kialakulása (The development of the landscape of the Great Hungarian Plain). In Környezeti változások és az Alföld. Ed. Rakonczai, J. A Nagyalföld Alapítvány Kötetei 7. Békéscsaba, Nagyalföld Alapítvány, 15-24.
Mezősi, G. 2011b. Magyarország természeti földrajza (The physical geography of Hungary). Budapest, Akadémiai Kiadó, 393 p.
Molnár, S. and Füst, A. 2002. Környezetinformatikai modellek I. (Models in enviromental informatics I.). Gödöllő, Szent István Egyetem Kiadó, 103 p.
Molnár, S., Füst, A., Szidarovszky, F. and Molnár, M. 2010. Környezetinformatikai modellek. (Models in enviromental informatics). Gödöllő, Szent István Egyetem Kiadó, 191 p.
Pálfai, I. 1994. A Duna-Tisza közi hátság vízgazdálkodási problémái (The water management problems of the Danube-Tisza Interfluve). In A Duna-Tisza közi hátság vízgazdálkodási
problémái. A Nagyalföld Alapítvány kötetei 3. Ed. Pálfai, I., Békéscsaba, Nagyalföld Alapítvány, 111-126.
Pálfai, I. 1996. A talajnedvesség és a talajvízállás változásai az Alföldön (The alterations in soil moisture and groundwater level in the Great Hungarian Plain). Vízügyi Közlemények 2. 207-218.
Rakonczai, J. 2011. Effects and consequences of global climate change in the Carpathian Basin. In Climate Change - Geophysical Foundations and Ecological Effects. Eds. Blanco, J. and Kheradmand, H., R?eka, InTech, 297-322. https://doi.org/10.5772/24679
Rakonczai, J. and Bódis, K. 2002. A környezeti változások következményei az Alföld felszín alatti vízkészleteiben (The eff ecs of environmental changes on the groundwater supplies
of the Great Hungarian Plain). In Jakucs László, a tudós, az ismerett erjesztő és a művész. Eds. Mészáros, R., Schweitzer, F. and Tóth, J., Pécs, Pécsi Tudományegyetem - MTA Földrajztudományi Kutatóintézet, 227-238.
Rétháti, L. 1974. Talajvíz-idősorok homogenitás vizsgálata (The homogeneity analysis of the groundwater time series). Hidrológiai Közlöny 54. (1): 1-48.
Rónai, A. 1985. Az Alföld negyedidőszaki földtana (The Quaternary geology of the Great Hungarian Plain). Geologica Hungarica, Series Geologica 21. 140-142.
Shannon, C.E. 1949. Communication in the presence of noise. Proceedings of the IRE, 37. 10-21.
https://doi.org/10.1109/JRPROC.1949.232969
Szabó, Gy. 1959. Pest belterületének hidrogeológiai viszonyairól (About the hydrogeologic situation of Pest). Hidrológiai Közlöny 59. (6): 416-424.
Szabó, Gy. 1960. A talajvízszint változása Pest belterületén (The changes in the groundwater level of Pest). Hidrológia Közlöny 60. (2): 106-115.
Szalai, J. 1996. A talajvízszintek változása a Duna-Tisza közén a későőszi-téli időszakban. (Changes in shallow groundwater level in the Danube-Tisza Interfluve during the late autumnwinter
period). Budapest, VITUKI Rt. 12 p.
Szalai, J. and Nagy, Gy. 2006. Az utóbbi évtized időjárási eseményeinek hatása a talajvízszintek alakulására a Duna-Tisza közén (The effects of the weather events of the last decade
on the shallow groundwater level in the Danube-Tisza Interfluve). Magyar Hidrogeológiai Társulat XXIV. Országos Vándorgyűlése Konferencia, Pécs, Magyar Hidrológiai Társaság, 729-745.
Szalai, J., Kovács, J. and Kovácsné Székely, I. 2011. A Duna-Tisza köze csapadék és talajvízszint-adatainak vizsgálata klaszteranalízissel (Clustering the precipitation and shallow groundwater level data series of the Danube-Tisza Interfluve). In Környezeti változások és az Alföld. A Nagyalföld Alapítvány Kötetei 7. Ed. Rakonczai, J., Békéscsaba, Nagyalföld Alapítvány, 111-118.
Szalai, J., Kovács, J., Kovácsné Székely, I., Lázár, M. and Molnár, M. 2008. A talajvízszint tér- és időbeli alakulása a Duna-Tisza közén a XX. század közepétől napjainkig, kilátások (Changes in shallow groundwater level in the Danube-Tisza Interfluve from the mid 20th century until today, expectations). In MHT XXVI. Országos Vándorgyűlés, Miskolc, 2008.07.2-4., Paper 26. Ed. Szlávik, L., Miskolc, Magyar Hidrológiai Társaság. CD-ROM
Szodfridt, I. 1993. Az erdő és a talajvizek kapcsolata a Duna-Tisza közi hátságon (The relationship between shallow groundwater and forests in the Danube-Tisza Interfluve). Hidrológia Közlöny 1. 44-45.
Ubell, K. 1953. Talajvíztározódás csapadékvíz hatására (The storage of shallow groundwater due to precipitation). Vízügyi Közlemények 35. (2): 448-469.
Ujházy, N. and Biró, M. 2013. A vizes élőhelyek változásai Szabadszállás határában (The alterations in wetlands near Szabadszállás ). Tájökológiai Lapok 11. (2): 291-310.
Wackernagel, H. 2003. Multivariate Geostatistics. Berlin, Springer Verlag, 381 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-05294-5
Webster, R. and Oliver, M.A. 2007. Geostatistics for Environmental Scientists. 2nd ed. Chichester, John Wiley and Sons, 330 p. https://doi.org/10.1002/9780470517277
Copyright (c) 2014 Balázs Kohán, József Szalai
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
