شبیه ‏سازی بیلان آب زیرزمینی با استفاده از مدل تلفیقی و جامع آب سطحی و زیرزمینی SWAT-MODFLOW-NWT (مطالعه موردی: دشت مهاباد)

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.