امید رجا
-
مدل SWAT، به عنوان یک مدل جامع شبیه سازی آب سطحی در برآورد مولفه های بیلان آب با قابلیت امکان بررسی سناریوهای مختلف مدیریتی بر منابع آب پذیرفته شده است. در اغلب مطالعات، مدل SWAT بر اساس دقت در برآورد رواناب سطحی و مقایسه آن با اندازهگیری های میدانی در ایستگاه های هیدرومتری واسنجی می شود. هدف از انجام این مطالعه، استفاده از مدل واسنجی شده SWAT در برآورد برخی مولفه های بیلان آب شامل نفوذ عمقی، نشت جانبی، جریان برگشتی از آبخوان به رودخانه در دشت مهاباد است. ارزیابی مولفه های بیلان آب در منطقه غیراشباع و اثربخشی آن در بیلان آب آبخوان در مدیریت بهره برداری از منابع آب تلفیقی، مهم است. بررسی ها نشان داد، مدل واسنجی شده SWAT قادر به برآورد تفاوت میزان نفوذ عمقی در سال تر نسبت به سال نرمال و تفاوت نفوذ در سال تر نسبت به سال خشک تحت تاثیر افزایش سطح بارندگی بوده است، به طوری که نتایج نشان داد مقدار نفوذ عمقی در سال تر نسبت به سال های نرمال و خشک به ترتیب حدود 23 و 43 درصد افزایش یافته است. به طور متوسط میزان نفوذ عمقی برابر با 157.86 میلی متر (17.1درصد) برآورد شده است. در عین حال، مدل قادر به برآورد تفاوت میزان نفوذ در پهنه های مختلف دشت و در فصول مختلف سال با توجه به نوع کاربری و الگوی مدیریتی اراضی بوده است. میزان جریان جانبی نیز در سال تر نسبت به سال خشک افزایش یافته است، به طوری که میزان این مولفه دو برابر شده است. در این مطالعه، میزان متوسط جریان برگشتی از آبخوان به رودخانه نیز به میزان 14.1درصد (129.6میلی متر) برآورد شد. بررسی ها نشان داد، وجود سطح آب زیرزمینی کم عمق، سهم قابل توجهی در ایجاد جریانات سطحی برگشتی از آبخوان به رودخانه دارد. به طورکلی، نتایج نشان داد تغذیه ناشی از بارندگی و آب آبیاری از منطقه غیراشباع به عنوان یکی از مهم ترین مولفه های ورودی مدل های آب زیرزمینی مانند MODFLOW در مناطق خشک و نیمه خشک است. میزان تغذیه در برآورد دقیق تر نوسانات سطح ایستابی حایز اهمیت است. با توجه به این که مدل MODFLOW به خوبی قابلیت برآورد فرایندهای تغذیه و جریان جانبی در منطقه غیراشباع را ندارد، لذا استفاده هم زمان از مدل های شبیه سازی SWAT و MODFLOW در برآورد مولفه های بیلان آب منطقه غیراشباع و تلفیق آن با مدل زیرزمینی در مطالعات و مدیریت بهره برداری از منابع آب تلفیقی اهمیت دارد.
کلید واژگان: تبخیر و تعرق, تغذیه, جریان برگشتی, رواناب, MODFLOWThe SWAT Model has been accepted as a comprehensive surface water simulation model in estimating water balance components with the ability to study different management scenarios on water resources. In most studies, the SWAT Model is calibrated based on the accuracy of surface runoff estimation, and its comparison with field measurements in hydrometric stations. In a previous study, the performance of the SWAT Model in estimating runoff, evapotranspiration, and yield of wheat, barley, corn, sugar beet, alfalfa, apple, and grape crops in the Mahabad Plain was satisfactory and acceptable. The purpose of the present study was to use the SWAT calibrated model in estimating other components of water balance including deep percolation, lateral flow, return flow from the aquifer to the river in the same area. Assessing the components of water balance in the unsaturated zone, and its effectiveness in aquifer balance is important in managing the utilization of integrated water resources. The results showed that the calibrated model was able to estimate the difference between the deep percolation in the wetted year compared to normal years, and the difference in the infiltration in the wet year compared to the dry year under the influence of increasing rainfall. The results showed that the amount of deep percolation in the wetted year compared to normal and dry years has increased by about 23% and 43%, respectively. The average depth percolation is estimated 157.86 mm (17.1%). At the same time, the model has been able to estimate the difference in the amount of infiltration in different areas of the plain, and in different seasons of the year according to the type of land use and land management patterns. The amount of lateral flow has also increased in the wetted year compared to the dry year, so that the amount of this component has doubled. In this study, the average return flow from the aquifer to the river was estimated to be 20.9% (129.6 mm). Surveys have shown that the presence of shallow groundwater level has a significant role in creating surface return flow from the aquifer to the river. In general, the results showed that recharge due to rainfall and irrigation water from unsaturated zone is one of the most important input components of groundwater models such as MODFLOW in arid and semi-arid regions. The amount of recharge is important in more accurately estimating water level fluctuations. Given that the MODFLOW Model is not well able to estimate the recharge processes and lateral flow in the unsaturated zone. Therefore, the simultaneous use of SWAT and MODFLOW models in estimating the water balance components of the unsaturated zone and combining it with the groundwater model is important in studies and management of operation of integrated water resources.
Keywords: Evapotranpiration, MODFLOW, recharge, Return Flow, Run off -
هدف اصلی از انجام این مطالعه بررسی مکانیابی مناطق نشت و زهکشی بین آبخوان و رودخانه در دشت مهاباد واقع در حوضه آبریز دریاچه ارومیه با استفاده از مدل ترکیبی SWAT-MODFLOW-NWT بود. مدل برای دوره ده ساله اجرا شد. بررسیهای اندرکنش بین منابع آب سطحی و زیرزمینی نشان داد در نواحی مرکزی و شمالی دشت عمدتا منجر به زهکشی آب از آبخوان به رودخانه به میزان 25/30 تا 15/40 میلیون مترمکعب بهترتیب در سالهای خشک و تر نسبت به تغذیه آب زیرزمینی توسط رودخانهها میشود؛ اما به دلیل شرایط هیدرولیکی متفاوت در نواحی جنوبی و غربی، نشت از رودخانهها منجر به تغذیه آبخوان به میزان 35/5 تا 70/9 میلیون متر مکعب در سال میگردد. نتایج نشان داد بهطور متوسط در طول سه سال آبی موردنظر میزان تبخیر روزانه از آب زیرزمینی بین 01/0 تا 51/0 میلیمتر در روز متغیر بود. بررسیها نشان میدهد گستره تبخیر از آب زیرزمینی عمدتا در نواحی مرکزی و شمالی دشت و در امتداد رودخانه اصلی مهاباد چای متمرکز شده و در نواحی شرقی و جنوبی دشت کاهش مییابد. این الگو تا حدود زیادی با وضعیت تراز و عمق سطح آب زیرزمینی نیز مطابقت دارد. بهطورکلی بررسیهای نشان میدهد مدل بهخوبی توانست الگوی زمانی و مکانی اندرکنش بین آبخوان و رودخانه و نیز تبخیر از سطح آب زیرزمینی در منطقه را شبیهسازی کند.
کلید واژگان: تغذیه, تراز آب زیرزمینی, فعل و انفعالات, تبخیر, پایداری, دریاچه ارومیهSurface and groundwater dynamically interact at different spatial or temporal scales within a plain. Accurate estimation of water balance components is an important simulation of such interactions. Despite the rapid expansion of numerical models over the past two decades, there is still room for improvement for comprehensive and integrated assessment as well as management of surface and groundwater resources. In particular, the use of coupled surface and groundwater models is important to connect both surface and groundwater, and for proper representation of the water balance in the unsaturated root zone. The results of various studies suggest that the combination of SWAT and MODFLOW models can satisfactorily simulate the interaction between surface and groundwater at different spatial and temporal dimensions (Sophocleous and Perkins, 2000; Sun and Cornish, 2005; Bejranonda et al., 2007). Indeed, if both models are used simultaneously, not only the limitations of the two individual models can be improved, but also the temporal-spatial properties of the target area can be adequately reflected (Kim et al., 2008; Park and Bailey, 2017; Wei et al., 2018). Specifically in the Urmia Lake Basin, which has been severely affected by indiscriminate exploitation of water resources, these models can be used to maximize the supply of Urmia Lake based on the pattern of supplying irrigation needs from integrated water sources. This requires the interaction of surface and groundwater resources in different locations of plains and aquifers to be simulated and predicted based on different shares of agricultural water supply from integrated water sources.The main purpose of this study was to evaluate the interaction between ground and surface water in Mahabad plain using the coupled SWAT-MODFLOW-NWT model as a comprehensive and integrated model. The main challenge in this study is the interaction and monitoring of water table adjacent to the surface water bodies.
Keywords: Recharge, Water Table, Interactions, Evaporation, sustainability, Lake Urmia -
آبهای سطحی و زیرزمینی در مقیاسهای مختلف مکانی یا زمانی باهم در ارتباط میباشند. از طرفی منابع آب سطحی و زیرزمینی به صورت تلفیقی در کشاورزی استفاده میشود؛ بنابراین مولفههای بیلان آب زیرزمینی و سطحی باید با دقت مناسبی تعیین گردند. در این مطالعه، تاثیر مقادیر تغذیه حاصل از مدل SWAT بهعنوان یکی از مهمترین مولفههای ورودی مدلهای آب زیرزمینی در شبیهسازی تراز سطح ایستابی و مولفه های بیلان آب زیرزمینی با استفاده از مدل MODFLOW-NWT بهعنوان یک مدل جامع و یکپارچه منابع آب سطحی و زیرزمینی در دشت مهاباد بررسی شد. با استفاده از مقادیر یکنواخت تغذیه و بهصورت درصدی از بارندگی و کل آب آبیاری در سطح آبخوان بدون توجه به تاثیر تفاوت برداشت و نفوذ عمقی در سطح کاربری اراضی در موقعیتهای مختلف نمیتوان بهدرستی نوسانات سطح آب زیرزمینی در سطح آبخوان را شبیهسازی کرد؛ لذا یکی از مراحل مهم، تعیین مقادیر آبیاری با توجه به تفاوت کاربری اراضی و تغذیه ناشی از نفوذ عمقی بارندگی و آب آبیاری از منابع آب سطحی و زیرزمینی بود. این مهم توسط مدل SWAT انجام و بهعنوان شرایط مرزی به مدل MODFLOW-NWT تعریف شد. واسنجی و اعتبارسنجی مدل آب زیرزمینی نیز به روشهای سعی و خطا و روش خودکار PEST انجام شد. دوره شبیهسازی به مدت 10 سال از سال آبی 89-1388 تا 98-1397 انجام شد که به ترتیب 6 و 4 سال آبی از 89-1388 تا 94-1393 و 95-1394 تا 98-1397 بهعنوان دوره واسنجی و اعتبارسنجی در نظر گرفته شدند. با توجه به این که الگوی تشکیل مولفه های بیلان آب زیرزمینی برای سالهای آبی مختلف متفاوت است؛ لذا مولفه های بیلان آب زیرزمینی برای سه سال معرف خشک سالی، ترسالی و نرمال نیز بررسی شد. هدایت هیدرولیکی و ضریب ذخیره آبخوان پارامترهای ورودی و واسنجی در مدل MODFLOW-NWT بودند. نتایج واسنجی نشان داد بیشترین میزان هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه در نواحی جنوبی، مرکزی و شمال شرقی دشت است و در حاشیه شمالی و در نزدیکی خروجی دشت به کمترین میزان خود میرسد. پس از فرآیند واسنجی، نتایج نشان داد به طور متوسط حدود 9 درصد از آب بارندگی و 36 درصد از مصارف آب در بخش کشاورزی به آبخوان نفوذ میکند. نتایج حاکی از برآورد رضایتبخش و قابل قبول تراز سطح ایستابی مدل برای هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی بود. به طوری که نتایج معیار RMSE برای تراز سطح ایستابی در دورههای واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب مقدار خطای 35/0 و 34/0 متر به دست آمد. همچنین، نتایج معیارهای R2 و NSE نیز برای دوره واسنجی 94/0 و 91/0 و برای دوره اعتبارسنجی 93/0 و 89/0 برآورد شد که موید آن است که مدل به خوبی واسنجی شده و قادر بوده نوسانات سطح آب زیرزمینی را با دقت مناسبی شبیهسازی کند. بررسی نتایج اجزای اصلی بیلان آب زیرزمینی برای سه سال آبی 96-1395 (سال خشک)، 97-1396 (سال نرمال) و 98-1397 (سال تر) نشان داد میزان تغذیه ناشی از نفوذ آب بارندگی و جریانات برگشتی آب کشاورزی در هر سه سال متفاوت است. همچنین، فعل وانفعالات بین منابع آب سطحی و زیرزمینی بین سالهای آبی از حدود 30 تا 50 میلیون متر مکعب متغیر است که نشاندهنده اندرکنش قابل توجه بین این منابع است. به طور کلی نتایج این مطالعه نشان میدهد اعمال تغذیه تخمینی مدل SWAT همراه با واسنجی هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه میتواند در بهبود برآورد نوسانات سطح آب زیرزمینی توسط MODFLOW-NWT کمک شایانی نماید. نهایتا از مدل تلفیقی میتوان بهعنوان یک ابزار کاربردی در تبیین الگوی بهره برداری مناسب از منابع آب تلفیقی سطحی و زیرزمینی تحت تاثیر سناریوهای مختلف مدیریتی استفاده کرد.
کلید واژگان: تراز سطح ایستابی, دشت مهاباد, مولفه تغذیه, SWAT, MODFLOW-NWTIntroductionSurface and groundwater conjunctively interact at different spatial or temporal scales within a plain. In many plain, surface and groundwater resources are used in combination in agriculture. Therefore, it is important to accurately predict the components of groundwater and surface water balance. Despite the rapid expansion of numerical models over the past two decades, there is still a need for comprehensive and integrated assessment of surface and groundwater components. In particular, the interconnection of both surface and groundwater models is important to connect both surface and groundwater, especially the water balance in the unsaturated root zone. In this study the effect of water recharge due to deep percolation from simultaneous supply of irrigation water from surface and groundwater sources, and rainfall from the SWAT model were used to simulate groundwater balance using the combined MDOFLOW-NWT model.
Materials and MethodsIn this study, the effect of recharge values obtained from the SWAT model was analyzed to simulate the fluctuation of water table, and groundwater balance components using the integrated model of MODFLOW-NWT model in the Mahabad plain. One of the important steps in quantifying the impact of irrigation management, and the change in land-use on the surface and groundwater balance was the simulated recharge due to the deep percolation of rainfall and irrigation water. This was done by the SWAT model, and was used as the boundary condition to the MODFLOW-NWT model. Calibration and validation of groundwater model were also done by trial-and-error and automatic PEST methods. The simulation period was performed for 10 years from the hydrological year of 2009-2010 to 2018-2019, from which 6 and 4 years were used as the period for calibration and validation were from 2009-2010 to 2014-2015 and 2015-2016 to 2018-2019, respectively. Groundwater balance components are naturally different for different years. Therefore, the study was conducted for dry, wet, and normal years. Hydraulic conductivity and specific yield were the used as initial calibration parameters in the MODFLOW-NWT model.
Results and DiscussionThe results showed a higher hydraulic conductivity and specific yield values for the aquifer was in the southern, central, and northeastern areas of the plain, and the lowest values were in the northern and near the outlet of the plain. After the calibration process, the results showed that an average, 9% of rainfall, and 36% of irrigated water percolate to the aquifer. These observations were confirmed based on a satisfactory and acceptable estimate of the water table level of the model for both calibration and validation periods. The statistical RMSE criteria for calibration and validation periods were 0.35 and 0.34 m, respectively. Also, the results of R2 and NSE criteria were estimated as 0.94 and 0.91 for the calibration period, and 0.93 and 0.89 for the validation period, which indicates that the model was properly calibrated and was well able to simulate groundwater level. The groundwater hydrographs developed from piezometers’ readings, show that the recharge values estimated by the SWAT model, considering the change in land use and irrigation management across the plain, were able to properly simulate groundwater level across the aquifer. Specifically, the studies showed a continuous drop in groundwater level created in the southern and southwestern regions of the aquifer (piezometers of Fakhrighah, Gorg tapeh, and Serah Haji Khosh) due to the presence of high-consumption crops such as apple and alfalfa, and the higher number of operation wells.
ConclusionThe results of this study showed that the recharge values obtained from the calibrated SWAT model was crucial parameters for proper simulation of groundwater, and can significantly improve the model results. The results of the main components of the groundwater balance for different years showed that the amount of recharge due to the infiltration of rainfall, and irrigation were different for each year. Also, interactions between surface and groundwater resources vary from about 30 to 50 million cubic meters between years, indicating a significant interaction between the water resources. In general, the SWAT-MODFLOW-NWT model can be used as a practical tool for proper management of surface and groundwater resources under different management scenarios.
Keywords: Mahabad plain, MODFLOW-NWT, Recharge Component, SWAT, Water table -
واسنجی چندمنظوره مدل SWAT در برآورد رواناب، تبخیر و تعرق و عملکرد محصولات (مطالعه موردی: دشت مهاباد)
مدل SWAT به طور گسترده در مطالعات هیدرولوژیک بزرگ مقیاس با توجه به کاربری زمین و شیوه های مدیریت کشاورزی استفاده می شود. در اغلب مطالعات عملکرد این مدل براساس داده های میدانی رواناب سطحی واسنجی می گردد و به دیگر مولفه های بیلان آب از جمله تبخیروتعرق کمتر پرداخته شده است. هدف از این مطالعه واسنجی چندمنظوره مدل SWAT با شاخص های تکمیلی از جمله تبخیروتعرق و عملکرد محصولات غالب در دشت مهاباد در استان آذربایجان غربی بود. واسنجی و اعتبارسنجی مدل براساس داده های ایستگاه هیدرومتری گردیعقوب واقع در خروجی محدوده مطالعه و داده های تبخیروتعرق و عملکرد محصولات غالب منطقه شامل گندم، جو، ذرت، چغندرقند، یونجه، سیب و انگور انجام شد. دوره های واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب 6 و 4 سال بود. با توجه به دقت داده ها در فرآیند واسنجی چندمنظوره، ضرایب 1، 0/9 و 0/8 به ترتیب برای داده های هیدرومتری، عملکرد و تبخیروتعرق در تابع هدف نرم افزار SWAT-CUP و روش SUFI2 درنظر گرفته شد. به طور کلی تحلیل حساسیت مدل منجر به انتخاب 43 مورد از حساس ترین پارامترها با توجه به حساسیت آنها به دبی رودخانه، تبخیروتعرق و عملکرد گیاه شد به طوری که پتانسیل واحد گرمایی لازم برای رشد گیاه و شاخص LAI از مهمترین پارامترها برای شبیه سازی عملکرد و تبخیروتعرق محصولات در فرآیند واسنجی مدل بهدست آمد. نتایج نشان داد مدل SWAT به خوبی توانسته است جریان سطحی را در دوره های واسنجی (0/85=NSE؛ 0/87 =R2) و اعتبارسنجی (0/92=NSE؛ 0/89 =R2) شبیه سازی کند. برآورد جریان سطحی دارای عدم قطعیت بالایی به خصوص در جریان کم در دوره واسنجی بود که منجر به بیش برآورد (%4/5 =PBIAS) جریان سطحی شده است. در ارزیابی عملکرد مدل SWAT در برآورد تبخیروتعرق واقعی، این مقادیر با خروجی مدل سنجش از دور WaPOR مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد معیار RMSE در دوره واسنجی بین 13/8 تا 66/4 میلیمتر و در دوره اعتبارسنجی بین 23/9 تا 53/2 میلیمتر متغیر است. در عین حال، مقادیر تبخیروتعرق واقعی برآورد شده مدل SWAT با برآورد نیاز آبی (پتانسیل) مدل CROPWAT مورد مقایسه قرار گرفت. در این بررسی معیار RMSE در دوره واسنجی بین 24/4 (%3/6) تا 49/4 (%6/5) میلیمتر و در دوره اعتبارسنجی بین 21/7 (%6/2) تا 53/4 (%7/2) میلیمتر برای محصولات مختلف به دست آمد. مقادیر معیار PBIAS نشان داد برآورد تبخیروتعرق مدل SWAT در هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی کمتر از برآورد نیاز آبی CROPWAT بوده است. به طور کلی برای اکثر محصولات، مقادیر تبخیروتعرق حاصل از مدل SWAT و WAPOR به مراتب کمتر از مقادیر تبخیروتعرق برآورد شده توسط مدل CROPWAT است که می تواند نشان دهنده کم آبیاری باشد. برآورد عملکرد محصولات توسط مدل SWAT با مقادیر عملکرد محصولات گزارش شده در منطقه مقایسه شد. نتایج حاکی از برآورد نسبی مدل برای عملکرد محصول بود، در عین این که مدل SWAT تا حدی عملکرد محصولات را بیش برآورد کرده است. بررسی حاضر نشان داد واسنجی چندمنظوره مدل هیدرولوژیکی بزرگ مقیاس SWAT در یک منطقه تحت آبیاری علاوه بر استفاده از شاخص متداول جریان رودخانه، با درنظر گرفتن پارامترهای تکمیلی از قبیل تبخیروتعرق و عملکرد محصولات می تواند منجر به افزایش دقت نتایج مدل شود.
کلید واژگان: ارزیابی, جریان سطحی, مصرف واقعی, ترکیب کشت, WaPORIn most studies, the SWAT model is calibrated based on surface runoff in hydrometric stations, and the evapotranspiration component, which has a great impact on the estimation of balance components, is not considered or less considered in the calibration process. Therefore, the aim of this study was to estimate the yield and evapotranspiration values of major crops in Mahabad plain in West Azerbaijan province, through multivariate calibration of SWAT model. Calibration and validation of the model based on the data of a hydrometric station (Gerdyaghoub station located at the exit of the plain), and crop yield and evapotranspiration of the major crops of the region including wheat, barley, corn, sugar beet, alfalfa, apple, and grape. A six year calibration period followed by a four-year validation period was used. In the multi-purpose calibration process, the coefficients of 1, 0.9, and 0.8, respectively, for hydrometric data, yield, and evapotranspiration were considered in the objective function of SWAT-CUP software and SUFI2 method. In general, the sensitivity analysis of the model led to the selection of 43 of the most sensitive parameters according to their sensitivity to river discharge, crop yield and evapotranspiration. Also, the heat unit potential required for full plant growth and Leaf area index (LAI) were the most important parameters to simulate the yield and evapotranspiration crops in the model calibration process. The results showed that the SWAT model was able to simulate the surface flow in the periods of calibration (NSE = 0.85; R2 = 0.87), and validation (NSE = 0.92; R2 = 0.89), as well. The model has high uncertainty in surface flow simulation, especially over-estimation in low flow during calibration period (PBIAS = 4.5%). In evaluating the performance of the SWAT model in estimating actual evapotranspiration, these values were compared with the output of the WaPOR remote sensing model. The results showed that the RMSE criteria varies between 13.8 to 66.4 mm in the calibration period, and between 23.9 to 53.2 mm in the validation period. At the same time, the estimated actual evapotranspiration values of the SWAT model were compared with the estimated crop evapotranspiration of the CROPWAT model. In this study, RMSE criteria in the calibration period between 24.4 (3.6%) to 49.4 (6.5%) mm, and in the validation period between 21.7 (6.2%) to 4.4 53 (7.2%) mm were obtained for different crops. PBIAS values showed that the estimate of SWAT model evapotranspiration in both calibration and validation periods was lower than the estimate of CROPWAT crop evapotranspiration. In general, for most crops, the evapotranspiration values obtained from the SWAT and WAPOR models are far less than the evapotranspiration values estimated by the CROPWAT model that can indicate deficit-irrigation. Crops yield performance estimates were compared by SWAT model with crop yield performance values reported in the region. The results showed a relative estimate of the model for crop performance, while the SWAT model somewhat over-estimated crop performance. The present study showed that multifunctional calibration of large-scale hydrological model SWAT in an irrigated area in addition to using the usual river flow index, taking into account additional parameters such as evapotranspiration and crop yield can increase the accuracy of model results.
Keywords: evaluation, Surface flow, actual water-use, Cultivation, WaPOR -
تصادفی بودن زهکشی اراضی دیم (به دلیل وابستگی آن به بارندگی) سبب شده تا بتوان از مفاهیم متغیرهای تصادفی و سریهای زمانی در مدلسازی و پیشبینی عملکرد آنها استفاده شود. هدف از این مطالعه بررسی قابلیت مدلهای سری زمانی در پیش بینی شوری زهاب و خاک در اراضی دیم شبکه زهکشی زیرزمینی ران بهشهر بود. در ابتدا، مدل Drainmod-S با استفاده از داده های اندازه گیری شده واسنجی شد. سپس شوری خاک و زهاب توسط مدل واسنجی شده شبیه سازی شد. خروجیهای شبیه سازی شده مدل برای ارزیابی و مقایسه نتایج مدلهای مختلف سری زمانی از جمله AR، ARX، ARMA و ARMAX مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل ARMAX با متغیرهای برونزای ارزش روزانه، بارش روزهای قبل و متوسط متغیر مورد نظر در دو روز قبل در برآورد شوری خاک و شوری زهاب کارآمدتر است به طوری که درصد میانگین مطلق خطای مدلسازی برای شوری لایه سطحی خاک (50-0 سانتیمتر) 4 درصد، برای شوری لایه زیرین خاک (100-50 سانتیمتر) 0/4 درصد و برای شوری زهاب 5 درصد بود. مقایسه نتایج پیش بینی مدلهای برگزیده سری زمانی با نتایج شبیه سازی مدل واسنجی شده Drainmod-S نشان داد کاربرد مدلهای سری زمانی در پیشبینی عملکرد سامانه زهکشی مطلوب و ضریب تعیین برای شوری لایه سطحی و زیرین خاک و شوری زهاب به ترتیب 0/75، 0/63 و 0/57 و ریشه میانگین مربعات خطا نیز برای این متغیرها به ترتیب 2412/6، 331/8 و 1724/6 میلی گرم بر لیتر بود. با توجه به شاخص های ارزیابی، مدل های سری زمانی در پیش بینی شوری خاک و شوری زهاب کارآمد بود.
کلید واژگان: سری زمانی, سامانه زهکشی, شوری خاک, شوری زهاب, Drainmod-SStochastic drainage of rainfed lands (due to its dependence on rainfall) led to the application of random variables and time series modeling in predicting the performance of drainage systems. The aim of this study was to investigate the potential of time-series models in predicting drainage water and soil salinity in rainfed farms of subsurface drainage in Ran Behshahr, Iran. First, Drainmod-S model was calibrated using measured data. Then, drainage water and soil salinity were simulated via the calibrated Drainmod-S model. The simulated outputs were used for evaluation of the results of the time-series models including AR, ARX, ARMA and ARMAX. The results showed that the ARMAX model with exogenous variables including daily value, precipitation during the previous days and average desired variables in the last two days was efficient in predicting soil and drainage water salinity, so that the absolute mean modeling error for soil surface salinity (0-50cm), soil subsurface salinity (50-100cm) and drainage water salinity was 4%, 0.4% and 5%, respectively. Comparison between the selected times-series models and the calibrated Drainmod –S model results indicated that the application of time-series models in predicting the performance of the subsurface drainage system was satisfactory. The coefficients of determination were 0.75, 0.63 and 0.57 for for salinity of soil surface and subsurface layers and drainage water, respectively. The root mean squared errors for these variables were 2412.6, 331.8 and 1724.6 mg/ L, respectively. According to the evaluation indicies, time series models were efficient in predicting soil and drainage water salinity.
Keywords: Time-series, Rainfall, Soil salinity, Drainage Water, Drainmod-S model -
استفاده از سامانه های آبیاری قطرهای در کشاورزی با مزایای متعددی همراه است، انسداد فیلترها و قطره چکانها و در نتیجه کاهش یکنواختی پخش آب مسیلهای است که طرح و ساخت مناسب فیلتر میتواند یکی از این راهکارهای حل مناسب آن مسئله باشد. در این مطالعه از یک مدل فیزیکی شامل یک مخزن فیلتر به ارتفاع یک متر و قطر 60 سانتیمتر جهت جایگذاری شن و ماسه با دانهبندی مختلف و ضخامت لایه متفاوت بههمراه یک پمپ با توان 0.5 اسب بخار بهمنظور تامین فشار، دو عدد فشارسنج برای تعیین افت بار هیدرولیکی در فیلتر شنی، آب خام با کیفیت مشخص استفاده شد. از 9 تیمار دانهبندی و لایهبندی و دو تیمار کیفیت آب حاوی مقادیر مواد معلق در آن استفاده شد. دانه بندی این تیمارها به ترتیب 1.77، 0.89 و 0.45 میلیمتر بود. نتایج نشان داد تغییرات افت بار در بازه دانه بندی 1.77- 0.89 کمتر از بازه ی 0.89- 0.45 است و با ریزتر شدن اندازه ذرات شن افت بار افزایش یافت. نتایج نشان داد تغییرات درصد تصفیه در بازه ی دانه بندی 1.77- 0.89 کمتر از بازه ی 0.89- 0.45 می باشد و با افزایش ارتفاع لایه وسط درصد تصفیه فیلترها افزایش یافت. اما تغییرات درصد تصفیه به ازای تغییر ارتفاع از 12 تا 17 سانتیمتر بیشتر از تغییرات درصد تصفیه از 17 تا 22 سانتیمتر بود. ذرات رس، بقایای گیاهی، حشرات جزء مواد معلق در آب میباشند که بایستی برای آبیاری قطرهای توسط فیلترها تصفیه شوند.
کلید واژگان: آبیاری قطره ای, تصفیه آب, ضخامت, لایه شن فیلترThe use of drip irrigation systems in agriculture is associated with several problems. Clogging of filters and drippers and, thus reducing the uniformity of water distribution needs to be addressed. Proper design and construction of the filter can be one of these suitable solutions to the problem. In this study, a physical model including a filter tank with a height of one meter and a diameter of 60 cm for placing sand with different sand size and thickness of different layers along with a pump, a power of 0.5 horsepower to provide pressure, two pressure gauges were used to determine the hydraulic load losses in the sand filter and, raw water of specified quality. 9 treatments of granulation and layering and, two treatments of water quality containing the amount of suspended solids were used. The aggregation of these treatments was 1.77, 0.89, and 0.45 mm, respectively. The results showed that the load loss changes in the granulation range of 0.89 – 1.77 mm is less than the range of 0.45–0.89 mm. the load loss increased with the smaller particle size of sand. The results showed that the percentage change of filtration in the granulation range of 1.77 - 0.89 is less than the range of 0.45 - 0.89 mm and with increasing the height of the middle layer, the percentage of filtration of filters increased. The results showed that the percentage change of filtration in the granulation range of 0.89 – 1.77 mm is less than the range of 0.45 - 0.89 mm. The percentage of filtration increased with increasing the height of the middle layer. But, the changes in the percentage of filtration for changing the height from 12 to 17 cm were more than the changes in the percentage of filtration from 17 to 22 cm. Clay particles, plant debris, insects are water-soluble substances that must be refined by filters for drip irrigation.
Keywords: Drip Irrigation, Sand filter, Thickness, Water treatment -
در این تحقیق به ارزیابی پتانسیل توسعه سیستم آبیاری تحت فشار در شبکه آبیاری و زهکشی دشت قزوین با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) پرداخته شد. ساختار سلسله مراتبی با توجه به هدف مورد مطالعه، شامل پنج بعد فنی، اقتصادی، اجتماعی-سیاسی، زیست محیطی و مدیریتی بود که هرکدام از بعدها دارای چند زیرمعیار هستند. تعدادی پرسشنامه توسط کارشناسان خبره تکمیل شد و بعد از تکمیل پرسشنامه ها، با استفاده از نرم افزار Expert Choice وزن معیارها و زیرمعیارها تعیین شد. در ادامه نرخ ناسازگاری برابر 0/084 به دست آمد که از مقدار (0/1) کمتر بود. بررسی وزندهی نهایی هرکدام از زیرمعیارها نشان داد که اولا بعد فنی مهم ترین عامل تاثیرگذار در توسعه سیستمهای آبیاری تحت فشار بوده و ثانیا زیرمعیار تامین نیاز آبی گیاه با وزن 0/129، امکان تحویل آب با وزن 0/099 و الگوی کشت با وزن 0/088 همگی از بعد فنی از مهمترین عواملی هستند که مورد توجه ویژه کارشناسان و متخصصان بوده است. به عبارتی از شش زیرمعیار برتر، پنج مورد از بعد فنی و تنها یک مورد از بعد اقتصادی بود. نتایج آنالیز حساسیت نیز وزن کلی معیارهای فنی، اقتصادی، اجتماعی-سیاسی، مدیریتی و زیست محیطی را به ترتیب برابر با 0/43، 0/2، 0/18، 0/11 و 0/08 نشان داد که حاکی از تاثیرگذاری بیشتر معیار فنی و اتفاق نظر پژوهشگران مختلف است. همچنین تاثیر سناریوهای مختلف تامین آب شبکه بر الگوی کشت توسط الگوریتم های بهینه سازی کلونی مورچه ها (ACO)، نتایج AHP را تایید کرد.
کلید واژگان: آنالیز حساسیت, توسعه, سیستم آبیاری, نیاز آبی گیاه, expert choiceIn this study, the potential development of a pressurized irrigation system in the irrigation and drainage network of Qazvin plain investigated using the Analytic Hierarchy Process (AHP). The hierarchical analysis structure consisted of five technical, economic, socio-political, environmental, and managerial dimensions, each of which had several sub-criteria. Experts completed eighteen questionnaires. After completing the questionnaires, the results analyzed using Expert Choice software. The calculated incompatibility rate was 0.084, which was less than the maximum allowable (0.1). Examination of the final weighting of each of the sub-criteria showed that firstly, the technical dimension is the most critical factor influencing the development of pressurized irrigation systems. Secondly, the sub-criterion of the water supply of the plant with 0.129 weight, water delivery with 0.099 weight, and cultivation pattern with 0.088 weight, all of them from technical dimension; these most important factors have received special attention from experts and specialists. In other words, of the top six sub-criteria, five were the technical dimension, and only one was the economic dimension. Sensitivity analysis results also showed the overall weight of technical, economic, socio-political, managerial, and environmental criteria equal to 0.43, 0.2, 0.18, 0.11, and 0.08, respectively, indicating greater technical dimension effectiveness and consensus of different researchers. Also, the effect of different network water supply scenarios on cultivation pattern by ant colony optimization (ACO) algorithms confirmed the results of AHP.
Keywords: Crop water requirement, Development, expert choice, Irrigation system, Sensitivity analysis -
در این مطالعه پهنه بندی میزان تبخیرتعرق (ETC) محصولات گندم، جو، سیب زمینی، چغندرقند، پیاز و یونجه حاصل از مدل CROPWAT 8.0 با استفاده از نرم افزار ArcGIS 10.3 و داده های 21 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک در سطح حوضه آبریز دریاچه ارومیه در دو سال زراعی 93-1392 و 94-1393 انجام شده است. ابتدا با استفاده از داده های اقلیمی، طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع ایستگاه هواشناسی، خاک و محصول مقادیر تبخیرتعرق محصولات (ETC) در دو سال مذکور برآورد شد و سپس مقادیر ETC در دو سال زراعی در سطح کل حوضه پهنه بندی و کلاسه بندی شد. به طور کلی نتایج نشان داد میزان تبخیرتعرق در سطح حوضه متفاوت بوده که بیانگر تاثیر شرایط آب و هوایی در پهنه های مختلف حوضه بر میزان تبخیرتعرق است. همچنین بررسی ها نشان داد که تفاوت در نیاز آبی بدست آمده حاصل از داده های ایستگاه های هواشناسی در بین سال های مورد بررسی نیز قابل ملاحظه بوده و تعدد ایستگاه های هواشناسی در منطقه می تواند تنوع نیاز آبی کشت های غالب منطقه را بهتر نشان دهد. بررسی پارامترهای اقلیمی در ایستگاه های مورد مطالعه نشان داد در مناطقی که بیشترین میزان تبخیرتعرق حاصل شده اغلب دارای رطوبت نسبی پایین و دمای بالاتر بوده است. با توجه مساله کم آبی، برآورد نیاز آبی محصولات در پهنه های مختلف می تواند در خصوص مصرف آب در بخش کشاورزی تعیین کننده باشد. لذا در نظر گرفتن تفاوت های آب و هوایی در برآورد تبخیرتعرق و نیاز آبیاری محصولات کشاورزی در راستای مدیریت پایدار ضروری است.کلید واژگان: تبخیرتعرق, حوضه آبریز دریاچه ارومیه, شرایط اقلیمی, CropWatIn this study, the water-use zoning (ETC) of wheat, barley, potato, sugar beet, onion and alfalfa crops obtained from CROPWAT 8.0 model using ArcGIS 10.3 software and data from 21 synoptic meteorological stations in the Urmia Lake basin has been at 2013-14 and 2014-15. At First, the average ETC values were estimated using climatic data, longitude and latitude, meteorological station height, soil and crop in the two years and then in the whole basin zoned and classified. Overall, the results showed that the rate of evapotranspiration was different across the basin, which indicates the effect of weather conditions in different areas of the basin on the value of evapotranspiration. Investigations also showed that the difference in water demand obtained from meteorological station data between the years under study is significant and the number of meteorological stations in the region can improve the diversity of water needs of the major crops in the region. Surveys of climatic parameters in the studied stations showed that in the areas where the highest rate of evapotranspiration was obtained, it was often with low relative humidity and higher temperature. Due to the problem of water scarcity, accurate estimation of water-use of crops in different areas can be decisive for water consumption in agriculture. Therefore, it is necessary to consider climatic differences in estimating evapotranspiration and irrigation requirement of agricultural crops for sustainable management.Keywords: evapotranspiration, Urmia Lake Basin, Climate condition, CropWat
-
با توجه به این که بخش کشاورزی بزرگترین مصرفکننده آب در ایران بهشمار میرود، افزایش بهره وری آب جزء ضرورت های این بخش محسوب می شود. استفاده از آبیاری قطرهای-نواری با توجه به راندمان بالا و بهطور مشخص کاهش تلفات نفوذ عمقی و تبخیر از سطح خاک، گزینه ای مناسب برای آبیاری است. همچنین، یکی دیگر از راهکار های افزایش بهره وری استفاده از هیبریدهای مختلف یک گیاه است که عملکرد بالاتری دارند. هدف از این مطالعه بررسی عملکرد و حجم آب آبیاری، محاسبه شاخص های بهره وری فیزیکی و اقتصادی آب هیبریدهای مختلف محصول ذرت در شرایط استفاده از آبیاری قطره ای-نواری است. این مطالعه در مزرعه پژوهشی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران واقع در کرج در سال 1396 انجام شد. تیمارهای مورد بررسی نه هیبرید ذرت (BK42، KSC400، KSC260، BK65، KSC600، BK50، BK74، Barekat3، KSC704) بودند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد نوع هیبرید اثر معنیداری بر عملکرد و بهره وری آب-دانه داشت. در میان هیبریدهای مورد بررسی، بهطور کلی هیبرید BK65 دارای بیشترین عملکرد بیولوژیکی (54/19 تن بر هکتار) و بهرهوری آب-بیولوژیکی (43/3 کیلوگرم بر مترمکعب) و کمترین عملکرد دانه (55/10 تن در هکتار) و بهرهوری آب-دانه (62/1 کیلوگرم بر مترمکعب) را داشت. علاوه بر این هیبرید KSC600 بیشترین عملکرد دانه (86/13 تن بر هکتار) و بهرهوری آب-دانه (12/2 کیلوگرم بر مترمکعب) را در میان سایر هیبریدها داشت. دلیل بالا بودن عملکرد بیولوژیکی هیبریدBK65 نسبت به دیگر هیبریدها رشد بیشتر قسمت رویشی نسبت به زایشی بود. هیبرید BK42 کمترین عملکرد و بهره وری را داشت و با هیبرید KSC260 در یک گروه آماری قرار گرفتند.کلید واژگان: بهره وری فیزیکی و اقتصادی, هیبریدهای ذرت, نیاز آبی, کرجIncreasing water productivity in agricultural sector is necessary, since this sector is the largest consumer of water in Iran. Because of higher irrigation efficiency, in particular, the reduction of losses of deep percolation and evaporation from the soil surface, drip-tape system is a good option for irrigation. Additionally, using varieties of a crop having high yield is another way to increase water productivity. The objective of this study is to investigate the crop yield and irrigation water volume and to estimate the physical and economical water productivity for different hybrids of maize by drip-tape irrigation. Field experiments were conducted at the research farm of the Agricultural and Natural Resources College of the University of Tehran, in Karaj in 2017. The treatments were nine hybrids of maize (BK42, KSC400, KSC260, BK65, KSC600, BK50, BK74, Barekat3 and KSC704). The results of this study showed that the type of hybrid had a significant effect on crop yield and water productivity. Generally, among the examined varieties, the BK65 hybrid had the highest biomass production (19.54 ton/ha) and biomass water productivity (3.43 kg/m3), and the lowest yield (10.55 ton/ha) and grain water productivity (1.62 kg/m3). Additionally, the KSC600 hybrid had the highest grain yield (13.86 ton/ha) and grain water productivity (2.12 kg/m3) compared to other hybrids. The reason for the high biological performance of BK65 hybrid compared to other hybrids was the higher growth of vegetative part related to reproductive part. The BK42 and KSC260 hybrids had the lowest yield and productivity.Keywords: Physical, economical water productivity, hybrids of maize, Water requirement, Karaj
-
بررسیها نشان داده است که راندمان آبیاری سطحی در کشور، به ویژه در استان خوزستان، نسبتا پایین است. این در حالی است که افزایش راندمان آبیاری و کاهش تلفات آب آبیاری، با توجه به وضعیت منابع آب کشور، امری ضروری است. هدف اصلی این مطالعه، ارزیابی عملکرد آبیاری جویچهای در اراضی شرکت کشت و صنعت شهید بهشتی دزفول و ارایه راهکارهای پیشنهادی از طریق بهینهسازی پارامترهای طراحی توسط مدل WinSRFR بود. به منظور دستیابی به هدف، سه مزرعه در منطقه دیلم و سه مزرعه در منطقه BC انتخاب شد. نتایج نشان داد که تلفات نفوذ عمقی و رواناب در مزارع منطقه دیلم به ترتیب بین 9/4 تا 5/81 و 3/24 تا 3/62 درصد متغیر بود. این مقادیر در مزارع منطقه BC به ترتیب 2/3 تا 2/49 و 6/5 تا 3/62 درصد تعیین شد. نتایج همچنین نشان داد که در کلیه مزارع مورد بررسی در دو منطقه دیلم و BC مقدار تلفات رواناب بیشتر از مقدار تلفات نفوذ عمقی است. این در حالیست که برخی مزارع با وجود تلفات بالا، کم آبیاری شده بودند و راندمان نیاز آبی آنها کمتر از 100 درصد تعیین شد. راندمان کاربرد در کلیه مزارع بین 45-13درصد متغیر بود. به طور کلی بررسیها نشان داد که مدیریت مقدار و مدت آبیاری بر اساس شکل و مشخصات اراضی مناسب نبوده است، این موضوع به دلیل عدم آگاهی آبیاران از مقدار آب مورد نیاز و عدم قطع جریان ورودی در زمان مناسب است. پس از ارزیابی وضعیت موجود، ارایه راهکارهای مدیریتی با استفاده از مدل WinSRFR نشان داد در صورتی که مدیریت مناسبی بر طول، شیب و دبی ورودی به جویچه ها صورت پذیرد، راندمان کاربرد آب به میزان %8/35 (از %8/29 تا %6/65) افزایش و تلفات رواناب به میزان %7/49 (از %7/59 به %10) کاهش مییابد.
کلید واژگان: راندمان کاربرد, آبیاری سطحی, نفوذ عمقی, رواناب, شبیه سازیStudies have shown that irrigation efficiency is low in Iran and Khuzestan province. However, it is essential to increase irrigation efficiency and reduce irrigation water losses in the field according to the water resources status. The main purpose of this study was to evaluate the performance of furrow irrigation in the fields of Shahid Beheshti Agriculture and Industry Company in Dezful and to offer some proposed solutions using optimization of design parameters by WinSRFR model. Three fields in Deylam region and three fields in BC region were selected to determine the irrigation efficiency. The results showed that the deep percolation and runoff losses in the fields of Deylam region varied between 4.9 to 81.5% and 24.3 to 62.3%, respectively. These values were detemined at 3.2 to 49.2% and 5.6 to 62.3% in the fields of BC region, respectively. Overall, the results showed that the amount of runoff losses is more than the amount of deep percolation losses in all the studied fields in Deylam and BC regions. However, despite the high losses, some fields were under deficit irrigation and their water requirement efficiency was less than 100%. The application efficiency in all fields varied between 13-45%. Generally, investigations showed that the management of the amount and duration of irrigation was not appropriate; this is due to the lack of awareness of farmers about the amount of water needed and cut-off of the inflow at the appropriate time. After evaluating the current situation, the presentation of management solutions using the WinSRFR model showed that if proper management of the length, slope and flow rate to the furrows is done, the water application efficiency will be significantly increased 35.8% (from 29.8% to 65.6%) and runoff losses decreased 49.7% (from 59.7% to 10%).
Keywords: Application efficiency, Surface irrigation, Deep percolation, Runoff, simulation -
در سالهای گذشته، مطالعات متعددی برای برآورد تبخیرتعرق گیاهان به روشهای مختلف در سطح حوضه آبریز دریاچه ارومیه و یا به صورت موضعی انجام شده است. در بسیاری از این مطالعات امکانسنجی برآورد مصرف واقعی آب با الگوریتمهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته شده است. در حالیکه هدف از انجام این مطالعه استخراج یک نتیجه کاربردی در راستای تحقق اهداف احیای دریاچه ارومیه بود. مقادیر تبخیرتعرق برآورد شده از تصاویر ماهواره ای با استفاده از الگوریتم SEBAL و مقایسه آن با مقادیر بارندگی در پهنه های مختلف به منظور مکانیابی مناطق تحت آبیاری انجام شد. از نتایج این بررسی مناطق با مصرف بالای آب (Hot_Spots) در سطح حوضه استخراج شد. این مناطق میتواند معرف مناطق با حداکثر پتانسیل صرفهجویی آب باشند. مقادیر برآورد شده تبخیرتعرق واقعی (ETa</sub>) با استفاده از تصاویر ماهوارهای در مقایسه با مقادیر بارندگی (P-ETa</sub>=باران مازاد بر مصرف (+) یا نیاز خالص آبیاری (-)) برای سال های زراعی 2014-2013 و 2015-2014 در پهنههای مختلف حوضه استخراج شد. بررسی ها نشان داد در نواحی غربی (دشت ارومیه) و جنوب شرقی دریاچه (دشتهای میاندوآب و مهاباد) و در قسمت هایی از مناطق شمال شرقی و شمال غربی (سراب و سلماس) مقادیر مصرف واقعی بهمراتب بیشتر از میزان بارندگی بوده که بیانگر سطح بالای اراضی تحت آبیاری در این مناطق است. بررسی نقشههای کاربری اراضی نیز تراکم بالای اراضی تحت آبیاری را در این مناطق نشان میدهد. درنتیجه، شناسایی مناطق تحت آبیاری و دارای پتانسیل بالای صرفهجویی میتواند برای پیادهسازی و اجرای طرحهای الگویی (pilot) صرفهجویی مصرف آب و در راستای تامین حقابه از دست رفته دریاچه راهگشا باشد.
کلید واژگان: تبخیرتعرق, SEBAL, مناطق پرمصرف, صرفه جویی, حوضه آبریز دریاچه ارومیهIn recent years, several studies have been carried out to estimate evapotranspiration of crops in different ways at Urmia Lake basin or locally. In many of these studies, the feasibility of estimating the actual water-use has been investigated with different algorithms. The purpose of this study was to extract a practical result in order to achieve the aims of restoring Lake Urmia. Estimated evapotranspiration values using SEBAL algorithm were compared with rainfall values in different zones to locate irrigated areas. From the results of this study, areas with high water consumption “Hot spots” were extracted at the basin. These areas can represent areas with maximum water saving potential. Estimated actual evapotranspiration (ETa) values using satellite images compared with rainfall values (P-ETa = (+) rainfed or = (-) net irrigation requirement) for the years 2013-14 and 2014-15 were extracted in different zones at basin. The results showed that actual evapotranspiration values in the western (Urmia plain), south-eastern lakes (Miandoab and Mahabad plains), and in parts of the northeast and northwest (Sarab and Salmas) were much higher than the amount of rainfall. Which indicates the high concentration of irrigated lands in these areas. Land use maps also showed high density of irrigated land in these areas. In result, identifying irrigated areas with high water saving potential can be to implement water saving pilot schemes and to provide the lost water of the lake.
Keywords: evapotranspiratio, n SEBAL, High Conservation Areas, Saving, Urmia Lake Basin -
مجله پژوهشهای راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی، سال پنجم شماره 2 (پاییز و زمستان 1399)، صص 152 -165
حفظ تعادل در الگوی بهره برداری از منابع طبیعی مستلزم دسترسی به منابع آب مطمین و پایدار متناسب با نیازهای توسعه ای منطقه است. گزینه انتقال آب بین حوضهای یکی از گزینههای غیرمتعارف تامین آب است. هدف از این مطالعه، بررسی دیدگاههای متعدد و در بعضی موارد غیرهمسو در تصمیمگیری و برنامهریزی طرحهای انتقال آب بین حوضهای است. در این بررسی به چالشها، پیامدها و محدودیتهای مثبت و منفی اقتصادی، اجتماعی، محیط زیستی، هیدرولوژیک، فنی و سیاسی در حوضههای مبدا و مقصد مستخرج از بررسیهای متعدد اشاره شده است و همه آن ها واکاوی شده اند. بررسی ها نشان میدهند ترکیب و نقش هر یک از دیدگاههای موجود در ارزیابی و توجیه پذیری طرحهای انتقال آب متناسب با شرایط ویژه هر طرح، متفاوت است. پیچیدگی مسئله در این است که سهم و اثر بخشی و تعیین کنندگی عامل های موثر، در واکاوی توجیه پذیری اجرای طرحی مشخص به الزام قابل تعمیم به طرح یا طرح های دیگر نیست. اثر منفی طرح انتقال آب بین حوضه ای برای یک حوضه میتواند جنبه مثبت برای حوضه دیگر باشد. به طور کلی کارایی پروژههای انتقال آب بین حوضهای، در گرو نگرش جامع به اصول مدیریت یکپارچه منابع آب و شناخت دقیق نیازهای حوضه مقصد است که باید با شناسایی وضعیت موجود و پیشبینی پیامدهای آتی و دراز مدت اجرای طرح در حوضه مبدا با توجه به کلیه جنبه های اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی، هیدرولوژیک، محیط زیستی، سیاسی و فنی و با تکیه بر مفهوم توسعه پایدار همراه باشد.
کلید واژگان: انتقال آب, بین حوضه ای, توسعه پایدار, مدیریت یکپارچه, منابع آبStrategic Research Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, Volume:5 Issue: 2, 2020, PP 152 -165Access to reliable and sustainable water resources is increasingly threatened by increased needs of developing community in a region. The inter-basin water transfer option is considered as an “uncommon” alternative to overcome limitations of fresh water. The purpose of this study is to investigate various aspects in decision making and planning of inter-basin water transfer projects. At the same time, positive and negative challenges, implications and limitations of the economic, social, environmental, hydrological, technical, and political aspects of such decisions in the origin and destination basins are being discussed and compared. According to projects considered in this study composition and role of various aspects in the evaluation and justification of water transfer plans vary with every specific situation. The complexity of the problem is that the contribution and effectiveness of these factors are not necessarily coordinated and cannot be generalized for other situations. Negative feedbacks from an inter-basin water transfer project can end up to be positive for another project. In general, the efficiency of inter-basin water transfer projects depends on a comprehensive approach based on integrated water resources management. A detailed understanding of the needs of the target basin should be coordinated with identifying the existing conditions and predicting future and long-term consequences of the project in the origin basin. All economic, social, cultural, hydrological, environmental, political and technical aspects of a project rely on the concept of sustainable development.
Keywords: Integrated management, Inter-basin, Sustainable development, Water resource, Water transfer -
در این پژوهش به منظور ارزیابی مدل اینرسی صفر در نرم افزار SIRMOD و WinSRFR از داده های زمان پیشروی، زمان پسروی و حجم رواناب در روش های آبیاری معمولی (CFI)، یک درمیان ثابت (FFI) و یک درمیان متغیر (AFI) استفاده شد. نتایج شبیه سازی به کمک شاخص خطای نسبی (RE) برای حجم آب نفوذیافته و شاخص جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) برای پیش بینی زمان پیشروی و پسروی استفاده شد. برای تعیین ضرایب نفوذپذیری خاک از مدل SIPAR-ID، روش بهینه سازی چند سطحی، روش دونقطه ای الیوت - واکر و IPARM استفاده شد. نتایج روش CFI در نرم افزار SIRMOD نشان داد که روش دونقطه ای الیوت - واکر با RMSE برابر 81/1 دقیقه و در نرم افزار WinSRFR، مدل بهینهسازی چند سطحی با RMSE برابر با 66/1 دقیقه بیشترین دقت را در پیش بینی زمان پیشروی داشتند. نتایج شبیه سازی زمان پیشروی روش FFI نشان داد که بهترین مقدار شاخص RMSE مربوط به استفاده از مدل SIPAR-ID با مقدار 41/2 دقیقه در نرم افزار WinSRFR و 42/2 دقیقه در نرم افزار SIRMOD بود. همچنین نتایج نشان داد در روش AFI، مدل IPARM در نرم افزار SIRMOD با RMSE برابر با 61/1 دقیقه و روش بهینهسازی چند سطحی در نرم افزار WinSRFR با RMSE برابر با 24/1 دقیقه بیشترین دقت را در محاسبه زمان پیشروی داشتند. بنابراین به عنوان نتیجه کلی می توان بیان کرد که با توجه به پیش بینی مشابه دو نرم افزار SIRMOD و WinSRFR، استفاده از آن ها جهت شبیه سازی، طراحی و ارزیابی سامانه های آبیاری در صورت برآورد دقیق ضرایب نفوذ توصیه می شود.
کلید واژگان: آبیاری جویچه ای, پارامترهای نفوذ, موج کینماتیک, SIRMOD, WinSRFR, هیدرولیکIn this research, to evaluate the Zero inertia model in SIRMOD and WinSRFR software, data from the advance time, recession time and runoff volume were obtained from conventional furrow irrigation (CFI), fixed alternative furrow irrigation (FFI) and alternate furrow irrigation (AFI). The simulation results were used with the help of the relative error index (RE) for the infiltrated water volume and the root means square error (RMSE) index for prediction of advance and recession time. To determine soil permeability coefficients were used of the model SIPAR-ID, Multi-level optimization, Two-point method of Elliott-Walker and IPARM. The results of the CFI method in SIRMOD software, the Elliott-Walker two-point method with RMSE equal to 1.81 and in the WinSRFR software, the multi-level optimization model with RMSE equal to 1.66 The results had the highest accuracy in predicting advance times. The simulation of the advance and recession time of the FFI method indicated that the best value of the RMSE index for using the SIPAR-ID model in SIRMOD and WinSRFR software was 2.42 and 2.41 minutes, respectively. The results showed that in the AFI method, using the IPARM model in SIRMOD software and the multi-level optimization model with WinSRFR software, the best accuracy was achieved with RMSE 1.61 and 1.24 min, respectively, at advance times, respectively. As a general result, it can be stated that according to the similar prediction of two SIRMOD and WinSRFR software, it is recommended to simulate, design and evaluate irrigation systems in the case of accurate estimation of influence coefficients.
Keywords: Furrow Irrigation, Hydraulic, Kinematic Wave, Infiltration Parameters, SIRMOD, WinSRFR -
به منظور انجام پژوهش حاضر از داده های هواشناسی 12 ایستگاه سینوپتیک استان خوزستان با طول دوره آماری 20 ساله (2018-1999) استفاده گردید. ابتدا با استفاده از نرم افزار CROPWAT، باران موثر از سه روش USDA، FAO و فرمول تجربی توسعه یافته برآورد گردید. با استفاده از نرم افزار AquaCrop، تبخیر تعرق واقعی گندم دیم در محدوده مطالعاتی محاسبه و میزان باران موثر به دست آمد. سپس با استفاده از نرم افزار ArcGIS پهنه بندی باران موثر در ایستگاه های مورد بررسی در شش ماه نوامبر، دسامبر، ژانویه، فوریه و مارس رسم گردید. نتایج خطای نسبی (RE) نشان داد که در سه ماه پر بارش نوامبر، دسامبر و ژانویه، به ترتیب روش تجربی با میانگین خطای 8/9- درصد، FAO با 7/21- درصد و تجربی با 9/12 درصد بهترین برآورد باران موثر در مقایسه با روش حل معکوس را داشته اند. در ماه های کم بارش فوریه و مارس، روش USDA به ترتیب با میزان خطای 6/48- درصد و 6/51- درصد، بهترین برآورد باران موثر این سه روش در مقایسه با روش حل معکوس داشته اند. نقشه پهنه بندی برآورد باران موثر نیز نشان داد که در ماه های پر بارش و زمانی که گیاه تحت رشد اولیه قرار دارد، با حرکت از سمت شمال استان به قسمت جنوبی، بر مقدار باران موثر افزوده می گردد. نتیجه گیری کلی نشان می دهد که درصد اعتماد به روش های تجربی کم بوده و با محاسبه دقیق باران موثر و تغییر تاریخ کشت در سطح کشور می توان بهره وری و تولید محصولات دیم را افزایش داد.کلید واژگان: تبخیر و تعرق, حل معکوس, AquaCrop, arcgis, CROPWATThe meteorological data of 12 synoptic stations of Khuzestan province with a 20-year statistical period (1999-2018) were used to perform the present study. First, using CROPWAT software, the effective rainfall was estimated from three methods USDA, FAO and the developed experimental formula. Using AquaCrop software, real transpiration evaporation of rainfed wheat in the study area was calculated and effective rainfall amount was obtained. Then, using ArcGIS software, effective rainfall zoning at the stations studied was drawn in November, December, January, February and March. Relative error (RE) results showed that in the three most rainy months of November, December and January, the best estimation of rain was the experimental method with mean error of -8.8 percent, FAO with -21.7 percent and experimental with 12.9 percent, respectively compared to the inverse solution method. In the low rainfall months of February and March, the USDA method had the best estimation of the effective rain of these three methods with the inverse solution method with -48.6 percent and -51.6 percent, respectively. The zoning map of the estimated effective rainfall also showed that in the rainy months and when the plant is in early growth, the amount of effective rainfall increases by moving from the north side of the province to the southern part. The overall results show that the percentage of confidence in the experimental methods is low and by calculating the effective rainfall and changing the date of cultivation at the country level can increase the productivity and production of rainfed crops.Keywords: AquaCrop, arcgis, CROPWAT, Inverse solution
-
در اکثر کشورها بخش کشاورزی عمده ترین مصرف کننده منابع آب (سطحی و زیرزمینی) است. روند بهره برداری از منابع آب در جهت تبیین پایداری و تداوم بهره برداری در هر منطقه بالاخص در مناطق خشک و نیمه خشک که با کمبود و رقابت شدید استفاده از منابع آب در بخش های مختلف مواجه است ضروری است. این مطالعه با هدف بررسی وضعیت منابع آب در محدوده مرودشت-خرامه (تحت پوشش دو شبکه آبیاری مدرن درودزن و سنتی کربال) واقع در استان فارس در دوره آماری 95-1385 بر اساس شاخصهای تحلیل پایداری متناسب با حجم آب تخصیص یافته در مقایسه با میزان برداشت مازاد از منابع آب زیرزمینی و همچنین ارتباط بین بارش و میزان متغیر نوسانات سطح ایستابی صورت گرفته است. برای این منظور با استفاده از آمار هواشناسی ایستگاه های درودزن و تخت جمشید و نیز ایستگاه های هیدرومتری خیرآباد، پل خان و ضرغام آباد و اطلاعات شبکه های آبیاری مذکور، منابع آب قابل دسترس سطحی و زیرزمینی برآورد گردید و با توجه به متوسط افت سطح ایستابی، تغییرات حجم آبخوان ها، میزان برداشت مازاد آب در دو محدوده تحت پوشش شبکه های آبیاری درودزن و کربال محاسبه شد. مقدار ضریب رواناب در دشت، ارتفاعات و کل محدوده به ترتیب 6/9، 14/1و 9/9 درصد محاسبه شد. متوسط میزان برداشت مازاد در محدوده تحت پوشش دو شبکه مدرن درودزن و کربال 96/33و 16/2میلیون مترمکعب در سال است که این مقدار با توجه به میزان منابع آب قابل دسترس به ترتیب معادل 8/2% و 5/2% است. میانگین شاخص بارش-تبخیر-تعرق استانداردشده SPEI 12 ماهه برای ایستگاه های درودزن و تخت جمشید به ترتیب 0/33- و 0/43- محاسبه شد و نشان دهنده ی این واقعیت است که در بازه ی زمانی مورد نظر، منطقه تحت تاثیر خشکسالی خفیف بوده است و این با روند افت سطح ایستابی در محدوده مطابقت خوبی دارد. نتیجه حاصل از رگرسیون خطی بین متغیر مستقل بارش و متغیر وابسته متوسط تغییرات سطح ایستابی نشان دهنده وجود یک رابطه خطی افزایشی معنی دار () با برابر 59/0 و RMSE برابر 99/0 بود. این نتیجه برای متغیر مستقل مقدار بارش با متغیر وابسته حجم آب تخصیص داده شده، نشان دهنده یک رابطه خطی افزایشی ()، با برابر 0/29 و RMSE برابر 245/6 بود. شاخص های تحلیل پایداری منابع آب از قبیل فالکن مارک (FI)، سازمان ملل (UN) و شاخص تنش آبی (WSI) برای منطقه محاسبه گردید. مقادیر شاخص های تحلیل پایداری منابع آب از قبیل فالکن مارک (FI)، سازمان ملل (UN) و شاخص تنش آبی (WSI) به ترتیب 1983 مترمکعب به ازای هر نفر، 210 درصد و 93/2 محاسبه گردید. با مقایسه مقادیر این شاخص ها ملاحظه می شود که بر اساس شاخص FI، منطقه در محدوده نزدیک به تنش قرار دارد. شاخص های UN و WSI نشان دهنده ی این واقعیت است که محدوده مورد مطالعه در کلاس بحران شدید و بهره برداری بیش از حد از منابع آب قرار دارد و الگوی بهره برداری از منابع آب باید در جهت حذف برداشت مازاد و پایداری منابع آب مدیریت شود.کلید واژگان: رواناب, افت سطح ایستابی, درصد برداشت مازاد, آب قابل دسترس, پایداری منابع آبIn most countries, agricultural sector is the main user of water resources (surface and ground water). The process of exploitation of water resources to explain the sustainability and continuity of exploitation in each region, especially in arid and semi-arid areas, which is faced with the shortage and severe competition of water resources use in different sectors is necessary. The purpose of this study was to investigate the status of water resources in the Marvdasht-Kharameh range (covered by two modern irrigation networks in Dorodzan and traditional Korbal) in Fars province during the statistical period of 2006-2016, based on the stability analysis indexes proportional to the volume of water allocated in comparison with excessive withdrawal of groundwater resources, as well as the relationship between rainfall and the amount of variations in the level of stagnation. For this purpose, by using Dorodzan weather data and Persepolis stations, as well as Kheirabad, Pulkhan and Zarghamabad hydrometric stations and the irrigation networks data, the available water resources in terms of surface and groundwater were estimated. According to the average level of stagnation and changes in aquifer volume, excess water harvesting were calculated in two areas covered by Dorodzan and Korbal irrigation networks. The amount of runoff coefficient in plain, altitudes and total range was calculated to be 6.9, 14.1 and 9.9 percent, respectively. The average amount of excess withdraw in the area covered by two modern Dorodzan and Korbal networks is 96.33 and 16.2 MCM /year, which according to available water resources is 8.2% and 5.2%, respectively. The Average standardized precipitation-evaporation-transpiration12-month SPEI index for Droodzan and Persepolis stations was calculated to be -0.33 and -0.43, indicating the mild drought in the area and during the proposed time period, and this is in good agreement with the Water table drawdown. The result of linear regression between the independent variable of rainfall and the dependent variable of the average water table changes showed a significant increasing linear relationship (p < 0.001) with R2 = 0.95 and RMSE = 0.99. This result for the independent variable of rainfall with the dependent variable of water allocation volume, indicated an incremental linear relationship (P = 0.110), with R2 equal to 0.29 and RMSE equal to 245.6. Indicators of water resource sustainability analysis, such as Falcon Mark (FI), United Nation (UN) and Water Tension Index (WSI), were calculated for the region. The values of the Indicators of water resource sustainability analysis including Falcon Mark (FI), United Nation (UN) and Water Tension Index (WSI) were 1983 cubic meters per person, 210 percent and 2.93, respectively. By comparing the values of these indexes, it was found that based on the FI index, the area is close to tension. The UN and WSI indicators are indicative of the fact that the study area is under severe crisis and excessive use of water resources and the pattern of exploitation of water resources should be managed in order to eliminate surplus withdrawals and sustainability of water resources.Keywords: Runoff, water table drawdown, the percentage of the surplus harvest, water availability, sustainability of water resources
-
بهره برداری بی رویه از منابع آب کشور به ویژه در بخش کشاورزی، ایران را با تهدید جدی روبرو کرده است. هدف اصلی در این مطالعه بررسی اثر بخشی راهکارهای مدیریتی ممکن در سطح مزرعه، بدون نیاز به تغییر سیستم آبیاری و صرف هزینه مضاعف برای کاهش مصرف آب کشاورزی شامل ارتقاء راندمان آب آبیاری، تغییر تاریخ کاشت و اعمال سطوح مختلف کم آبیاری با توجه به نوع کشت، سطح زیر کشت، شرایط واقعی مدیریت آبیاری (مقدار، تعداد آبیاری و...) در نواحی مختلف محدوده مطالعاتی مورد بررسی قرار گرفته است. تابع هدف مطالعه صرفه جویی در مصرف آب با پیشگیری از برداشت مازاد از منابع آب زیرزمینی قرار داده شده است. تکمیل و صحت سنجی اطلاعات تهیه شده (از سازمان های اجرایی استان فارس) با جمعآوری اطلاعات مستقیم از 158 مزرعه با پراکنش مناسب که معرف کل منطقه باشد انجام شده است. نتایج نشان داد، بهبود راندمان آبیاری برای کشتهای غالب در دو منطقه درودزن و کربال، به ترتیب منجر به صرفه جویی در مصرف آب تخصیصی به میزان (% 11/2) 131/5 و (% 10/83) 33/8 میلیون متر مکعب خواهد شد. نتایج حاصل از سناریوی تغییر تاریخ کاشت با استفاده از مدل شبیه سازی AquaCrop نشان داد با این الگوی مدیریتی می توان به میزان(% 2/7) 31/6 و (% 2/94) 9/17 میلیون متر مکعب در مصرف آب صرفه جویی کرد. در عین حال بررسی سطوح مختلف کم آبیاری نشان داد میتوان به میزان به ترتیب (% 7/3) 85/8 و (% 8/4) 26/2 میلیون متر مکعب در دو منطقه درودزن و کربال در مصرف آب صرفه جویی کرد.کلید واژگان: مدیریت مصرف, راندمان, نیاز آبی, استان فارس, صرفه جوییIrregular exploitation of water resources of the country, especially in the agricultural sector, has threatened Iran with serious threats. The main objective of this study is to provide of possible management strategies at farm level, without changing irrigation systems and additional costs in order to reduce agricultural water consumption such as improving irrigation water efficiency, changing the planting date and studying different levels of deficit irrigation with regarding the type of cultivation, the actual conditions of irrigation management (amount, number of irrigation, etc.) in different areas of the study area have been checked. The basics of the study are based on actual information and in the form of a case study. . The results showed that improvement of irrigation efficiency for dominant crops in two regions of Dorodzan and Korbal, leading to savings in water allocation of 131.5 (11.2%) and 33.8 (10.83%) million cubic meters, respectively. The results of the scenario of change in planting date using AquaCrop model simulation showed that with this management pattern could be saved, 31.6 (2.7%) and 9.17 (2.94%) million cubic meters in the two regions of Dorodzan and Korbal in water consumption respectively . At the same time, different levels of deficit irrigation can save 85.5(7.3%) and 26.2 (8.4%) million cubic meters in water consumption respectively.Keywords: Manage consumption, efficiency, Water requirement, Fars province, saving
-
امکان سنجی روش های آبیاری تحت فشار بر اساس خصوصیات شیمیایی آب در مقیاس ناحیه ای و منطقه ای برای اجرای آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه با استفاده از روش اطلاعات جغرافیایی (GIS) تناسب اراضی برای اجرای روش های آبیاری نوین در محدوده مطالعاتی مرودشت - خرامه براساس استانداردهای ارائه شده در مورد کیفیت آب آبیاری بررسی شد. در این بررسی از داده های اندازه گیری شده 50 حلقه چاه در سال آبی 94- 1393 استفاده شد. نقشه پهنه بندی تهیه شده بر اساس شاخص HCO3 نشان داد غالبا محدودیت کم تا متوسط برای اجرای روش آبیاری بارانی وجود دارد. همچنین نقشه های پهنه بندی پارامترهای محدود کننده Cl و Na در محدوده مطالعاتی مرودشت - خرامه نشان داد که به ترتیب %84/6 و %2/ 78 از اراضی محدوده، برای اجرای روش آبیاری بارانی با محدودیت مواجه هستند. نتایج نشان داد به ترتیب در %60/2 و %27/3 از اراضی موردنظر محدودیت جدی و کم تا متوسط برای اجرای آبیاری قطره ای بر اساس TDSو EC وجود دارد. در سراسر محدوده مطالعاتی، از نظر شاخص pH برای اجرای روش آبیاری قطره ای محدودیت وجود داشته به طوری که به ترتیب در%90/4 و %9/6 از اراضی موردنظر محدویت کم تا متوسط و محدودیت جدی برای اجرای روش آبیاری قطره ای وجود دارد. نتایج نشان داد برای غالب محدوده، محدودیتی از نظر شاخص LSI برای اجرای روش آبیاری قطره ای وجود ندارد که دلیل آن اسیدیته بودن آب زیرزمینی منطقه است.کلید واژگان: کمبود آب, GIS, مرودشت - خرامه و, LSIFeasibility of pressurized irrigation systems, based on the chemical properties of the water, at sub-regional and regional scale, It is especially important for its implementation. In this study, GIS has used for zoning of Marvdasht-Kharameh land suitability for executing pressurized irrigation systems based on indices irrigation water quality. In this study, the data of 50 wells water measured in 2014-2015 has used. The zoning map based on the HCO3 index showed that most of the region has a low to moderate limitation for performing sprinkler irrigation system. In addition, the zoning maps Cl and Na parameters in the Marvdasht-Kharameh study area showed that 84.6% and 78.2% Of land area respectively, are faced limitation for performing sprinkler irrigation systems. The results showed that in 60.2% and 27.3% of the area, there is a serious limitation and a low to moderate limitation for performing drip irrigation based on TDS and EC parameters, respectively. Throughout the study area, there was a limit to the pH index for implementing the drip irrigation method; which there have 90.4% and 9.6% of the land subject has a low to moderate limitation and serious limitation on pH index for performing drip irrigation system, respectively. The results showed that for the majority of the area, there is no limitation on LSI index for performing drip irrigation system because of Acidity of groundwater in the area.Keywords: water scarcity_GIS_Marvdasht - kharameh_LSI
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.