فهرست مطالب

مجله سامانه های سطوح آبگیر باران
سال هفتم شماره 4 (پیاپی 23، زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/12/22
  • تعداد عناوین: 6
|
  • عطاءالله جودوی*، میثم مجیدی، ناهید مجیدی، زهرا رجبیان مقدم صفحات 1-10

    آبخوان آبرفتی خاش در استان سیستان و بلوچستان، تامین کننده آب مورد نیاز برای کشاورزی، شرب و صنعت در این محدوده می باشد. به منظور پیش بینی وضعیت آینده سطح آب زیرزمینی و کیفیت آب در صورت ادامه روند کنونی و یافتن راه حل های مدیریت آبخوان، جریان و انتقال جرم به صورت محلول در آبخوان خاش با استفاده از کدهای MODFLOW و MT3DMS مدلسازی شد. به منظور ایجاد مدل از نرم افزارGMS  نسخه 3/10 استفاده شد. نتایج واسنجی و صحت سنجی مدل جریان در دو دوره به ترتیب هفت و سه ساله نشان داد مدل عملکرد مناسبی از نظر شبیه سازی سطح آب زیرزمینی در مقایسه با داده های مشاهده ای دارد به طوری که مقدار RMSE برای دوره واسنجی و صحت سنجی به ترتیب برابر 67/0 و 96/0 متر محاسبه گردید. سپس مدل انتقال جرم در آبخوان بر پایه مدل جریان واسنجی ایجاد و بر اساس داده های مشاهده ای غلظت کلر در هشت چاه بهره برداری مربوط به دوره 10 ساله از مهر ماه 1386 تا شهریور ماه 1396 واسنجی شد. مدل های واسنجی شده برای ارزیابی دو سناریو در دوره پیش بینی (1396 تا 1406) به کار گرفته شد. در سناریوی اول پیش بینی، با فرض اینکه میزان تغذیه و تخلیه از آبخوان مشابه شرایط فعلی باشد، مشخص شد که افت قابل توجهی در سطح آب اغلب نقاط آبخوان به خصوص جنوب و جنوب شرق آبخوان رخ خواهد داد. به طوری که میانگین سطح آب بیش از سه و نیم متر در طی 10 سال کاهش خواهد یافت و به تبع آن یون کلر و شوری آب زیرزمینی افزایش می یابد. همچنین در سناریوی دیگر که با هدف تعیین مقدار برداشت مطمین از آبخوان خاش تعریف شد مشخص گردید برای رسیدن به حالت تعادل و جلوگیری از افزایش شوری، نیاز است تا برداشت از چاه ها به اندازه 50 درصد کاهش یابد.

    کلیدواژگان: مدل سازی عددی جریان و انتقال جرم به صورت محلول در آبخوان، شوری آب زیرزمینی، MODFLOW، MT3DMS، GMS
  • سعید سروری*، محسن پوررضا، زهرا زراعتکار صفحات 11-20

    در دهه های اخیر مدل های مفهومی مختلفی ارایه شده است که این مدل ها همواره دارای پارامترهایی هستند که می بایست با توجه به داده های مشاهداتی مورد تخمین قرار گیرند. از طرف دیگر، یافتن مقادیر بهینه برای پارامترهای هر مدل شبیه سازی، کاری است که همواره با شک و تردید همراه می باشد. یکی از روش های عمده برای پیش بینی سیلاب، روش سازمان حفاظت خاک آمریکا (SCS) می باشد که توسط محققین زیادی مورد بازبینی و تغییر قرار گرفته است. هدف از تحقیق حاضر، واسنجی پارامترهای 1- روش اصلاحی CN، 2- مدل میشرا و سینگ، 3- روش قدیمی شماره منحنی هر سه نسخه مدل معروف SCS و مقایسه نتایج آن ها می باشد. با توجه به مشکل اعتماد و نقص در داده های حوضه های داخل کشور، حوضه معرف با کیفیت داده های بارش و رواناب ساعتی مورد قبول، واقع در جنوب شیلی با استفاده از الگوریتم فراکاوشی PSO مورد مطالعه قرار گرفت. مقادیر دبی شبیه سازی شده با استفاده از معیارهای خطای کلینگ گوپتا (KGE)، ضریب ناش- ساتکلیف (NS)، ضریب همبستگی (R2) و میانگین مربعات خطا (RMSE) مورد بررسی قرار گرفت. به طور خلاصه مقایسه نتایج مقادیر رواناب شبیه سازی شده و مشاهده شده با کمک معیارهای ارزیابی مدل، نشان ازکارایی بالاتر دو روش 1- میشرا و سینگ و 2- روش اصلاحی CN (KGE=0.91) در شبیه سازی بارش-رواناب بود که لزوم بازنگری جدی استفاده از روش های بارش-رواناب مرسوم مبتنی بر شماره منحنی را می طلبد.

    کلیدواژگان: الگوریتم فراکاوشی PSO، سیلاب، شماره منحنی، مدل بارش-رواناب، واسنجی
  • میثم مجیدی خلیل آباد*، نجمه مجیدی خلیل آباد، کامران داوری، شیوا قلی زاده سرابی صفحات 21-30

    افت سطح آب زیرزمینی که در سال های اخیر وضعیت نگران کننده ای برای اغلب دشت های کشور به همراه داشته است، عوارض و پیامدهای مختلفی به همراه دارد که برایند آنها، توسعه پایدار مناطق را تحت الشعاع قرار می دهد. یکی از مهم ترین پیامدهای افت سطح آب زیرزمینی، تاثیر آن بر اقتصاد بخش کشاورزی است. در این تحقیق تلاش شده است تا با شبیه سازی وضعیت منابع آب زیرزمینی تحت تاثیر تداوم برداشت ها و افت سطح آب زیرزمینی تا سال 1420، اثرات کمی (آب قابل برداشت) و کیفی (هدایت الکتریکی) آن بر وضعیت اقتصادی بخش کشاورزی از طریق شاخص های سطح زیرکشت محصولات کشاورزی، عملکرد آنها و نیز درآمد و نیروی کار در این بخش بررسی گردد. به منظور برآورد هزینه ها و درآمدها از اطلاعات پرسشنامه ای و برای اطلاع از میزان آب قابل برداشت، از نتایج مدلسازی توامان آب سطحی و زیرزمینی دشت نیشابور استفاده شد. از آنجا که شبیه سازی منابع آب زیرزمینی طی تداوم روند فعلی، افزایش افت تا حد مقدار متوسط 24 متر و افزایش شوری تا مقدار متوسط 5500 میکروموس بر سانتی متر را برای دشت نیشابور شبیه سازی کرده است، اثرات بروز احتمالی این پدیده در این تحقیق به کمک مدل های برنامه ریزی و تدوین الگوی کشت و روابط عملکرد محصول، آب و شوری، به صورت کاهش 30 درصدی سطح زیرکشت، کاهش عملکرد 65 درصدی محصولات کشاورزی و نیز کاهش نیروی کار 28 درصدی تا سال 1420 نشان داده شد. بر اساس یافته های تحقیق، تا 20 سال آینده، بخش قابل توجهی از درآمدها در بخش کشاورزی دشت نیشابور کاسته شده و این معضل، مشکلات و پیامدهای ثانویه مهمی نیز به همراه خواهد داشت.

    کلیدواژگان: الگوی کشت، درآمد، نیروی کار، بحران آب، نیشابور
  • احد حبیب زاده*، میرمسعود خیرخواه زرکش، علیرضا مجیدی صفحات 31-40

    قنات یکی از ابتکارات ایرانیان جهت مبارزه با کمبود آب و تامین آب کشاورزی خصوصا در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد. خشکسالی های چند سال اخیر در کشور باعث خشک شدن آب در بسیاری از قنات ها شده است. در این رهگذر روش های تغذیه مصنوعی آب و احداث سامانه های سطوح آبگیر باران اقدامی موثر در حفظ قنات های موجود و افزایش آبدهی آن ها خواهد بود. از سامانه های مناسب جهت تغذیه مادرچاه قنات ها به خصوص در داخل مسیل ها می توان به تورکینست اشاره نمود که با توجه به نگهداری رواناب زیاد پس از هر بارش، می تواند تاثیر بسیار زیادی بر افزایش آبدهی قنات ها در مناطق مختلف داشته باشد. در این تحقیق سعی بر آن است به کاربرد، ابعاد و محل مناسب این سامانه پرداخته شود. سدهای تورکینست می تواند در کنار و یا نزدیک رودخانه ساخته شود تا آب از رودخانه به این سامانه هدایت شود. از نظر منابع آب زیرزمینی در زیرحوضه مشنق واقع در شمال دریاچه ارومیه حدود 40 حلقه چاه عمیق، 4 رشته قنات فعال بوده، در کل مجموع 5 میلیون متر مکعب آب را از سفره های آب زیرزمینی تخلیه می کنند. برای احداث دو مورد تورکینست با هدف تغذیه مادر چاه قنات کت کهریزی در کنار رودخانه مشنق در شمال دریاچه ارومیه عملیات خاکبرداری و خاکریزی با ابعاد قطر بزرگ 60 متر و قطر کوچک 50 متر در کف، به ارتفاع 3 متر با شیب 1:3 انجام گردید؛ گنجایش مفید تورکینست ها بین 27000 تا 30000 متر مکعب برآورد شد. در صورت رعایت اصول فنی در احداث این سازه با هدف تغذیه مصنوعی در داخل مسیل ها و آبرفت های درشت دانه با کمینه تخلخل 35%، بیش از 10000 متر مکعب آب در هر آبگیری به سطح ایستابی آب زیرزمینی در مادرچاه قنات تغذیه خواهد شد.

    کلیدواژگان: تغذیه مصنوعی، تورکینست، سفره های آب زیرزمینی، قنات، مشنق
  • جواد اکبری چهاربرج، مجید کاظم زاده*، حسن علی پور صفحات 41-54

    چالش های جهانی سال های اخیر از جمله خشکسالی ، تغییرات اقلیم، تخریب اراضی، تغییرات کاربری اراضی نه تنها کمیت منابع آب سطحی و زیرزمینی قابل استفاده را تحت تاثیر قرار داده اند، بلکه کیفیت آب سطحی و زیرزمینی را نیز متاثر نموده اند. بدین منظور برای بررسی تغییرات کاربری اراضی بر کیفیت آب سطحی به ترتیب، تصاویر ماه جولای TM ماهواره لندست 5 و داده های کیفیت آب ماه مذکور برای سال های 1992 و 2011 تهیه گردید. برای تهیه و پردازش نقشه کاربری اراضی از الگوریتم حداکثر احتمال در محیط نرم افزار  ENVI 4.8و نرم افزار Arc GIS9.3 استفاده شد. همچنین جهت میزان تفکیک پذیری کاربری ها از شاخص جفریس ماتوسیتا و میزان دقت طبقه بندی از شاخص های ضریب کاپا و صحت کلی استفاده شد. نتایج نشان داد که مقادیر ضرایب کاپا و صحت کلی به ترتیب برای سال 1992، 23/84 و 72/87 درصد بوده و برای سال 2011، 84/93 و 55/95 درصد بوده است. بیشترین تغییرات کاربری اراضی مربوط به کشاورزی دیم و کاربری مسکونی بوده که به ترتیب 46/1 و 45/2 برابر افزایش یافته است. نتایج پارامترهای کیفیت آب نشان داد که مقادیر تغییرات هدایت الکتریکی (EC) و مجموع بار انحلالی (TDS) در طی دوره مورد مطالعه افزایش یافته است و همچنین مقادیر آنها در ایستگاه گرده یعقوب (خروجی حوضه) نسبت به ایستگاه کوتر (در بالا دست حوضه) بیشتر بوده است. دلیل این موضوع را می توان به عبور رودخانه مهاباد چای در فاصله بین ایستگاه کوتر و گرد یعقوب از داخل شهر مهاباد و زمین های کشاورزی پایین دست دانست. می توان نتیجه گرفت که تغییرات کاربری اراضی نقش اساسی در تغییر پارامترهای کیفیت آب سطحی منطقه داشته است و باعث کاهش کیفیت آب رودخانه مهاباد چای طی دوره 1992 تا 2011 شده است.

    کلیدواژگان: پارامترهای کیفیت آب، تصاویر ماهواره، ENVI 4، 8، ضریب کاپا
  • منصور جهان تیغ* صفحات 55-65

    هدف از انجام این پژوهش بررسی مدیریت مصرف آب در افزایش پوشش گیاهی سطوح آبگیر باران از طریق مقایسه دو روش آبیاری زیر سطحی سنتی و قطره ای است. برای اجرای این پژوهش سه نمونه خاک از سه محل در شمال سیستان با کاربری کشاورزی و عمق 50 سانتی متر برداشت و تجزیه و تحلیل شد. فارویی به عمق 60 و قطر50 سانتی متر و طول 48 متر حفر شد. 12 چاله با فاصله چهار متر به عمق 70 و قطر 50 سانتی متر در داخل فارو ایجاد شد. برای تیمار روش آبیاری زیر سطحی سنتی، لوله پلاستیکی سه اینچی به طول 48 متر به طور تراز داخل فارو قرار گرفت. با فاصله هر هشت متر روزنه ای به قطر دو میلی متر در زیر لوله پلاستیکی مزبور ایجاد شد. در تیمار آبیاری قطره ای، لوله آبیاری 2/1 به طول 48 متر روی فارو قرار گرفت و به فاصله هر هشت متر قطره چکانی به آن متصل شد. داخل هر چاله یک درخت توت کاشته شد. رطوبت خاک به طور ماهانه و خصوصیات پوشش گیاهی در فصول رشد اندازه گیری شد. یافته های پژوهش نشان داد که میزان رطوبت خاک، افزایش ارتفاع نهال و قطر نهال در تیمار آبیاری زیر سطحی سنتی به ترتیب 1/53، 2/52 و 6/48 درصد بیش از روش آبیاری قطره ای بود. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که بین میزان رطوبت، ارتفاع نهال و قطر تنه در دو تیمار مزبور در سطح 05/0 اختلاف معنی داری وجود دارد. نتیجه گیری می شود با استحصال آب ناشی از بارندگی در سطوح آبگیر باران و استفاده از روش آبیاری زیر سطحی سنتی آب بدون اینکه تبخیر شود، مستقیما به منطقه ریشه وارد و با مصرف آب کمتر پوشش گیاهی زیادتری ایجاد می شود که باعث حفاظت خاک در مقابل نیروهای فرسایشی وارده بر سطح زمین می شود.

    کلیدواژگان: آبیاری زیر سطحی سنتی، آبیاری قطره ای، حفاظت خاک، منطقه ریشه
|
  • Ata Joodavi*, Maysam Majidi, Nahid Majidi, Zahra Rajabian Pages 1-10

    The Khash alluvial aquifer, in Sistan and Baluchestan Province, supplies the water needed for agriculture, drinking, and industry in the Khash area. In order to predict the future status of groundwater level and water quality, and to find aquifer management solutions, groundwater flow and solute transport models were developed using MODFLOW and MT3DMS. GMS 10.3 was used to develop the model. Calibration and validation of the model were performed using a seven-year period and a three-year period, respectively. The results showed that the flow model has a good performance in simulating groundwater levels when compared to observational data. The RMSE values ​​for calibration and validation periods were 0.67 m and 0.96 m, respectively. The solute transport model was established based on the groundwater flow model and was calibrated based on observational data of Cl- concentration in eight wells over a 10-year period from October 2007 to September 2016. The calibrated models were used to evaluate two scenarios in the forecast period (2016-2026). In the first prediction scenario, assuming the aquifer recharge and discharge rates are similar to the current condition, it was found that a significant drawdown in water levels will occur in most parts of the aquifer, especially south and southeast of the aquifer. As a result, the average water level will drop by more than 1.5 meters over 10 years, and consequently, Cl- concentration and groundwater salinity will increase. In the other scenario, which was defined to determine the safe yield of groundwater, it was found that to reach equilibrium and prevent increases in salinity, groundwater withdrawals from wells should be reduced by 50%.

    Keywords: Groundwater flow, solute transport modeling, groundwater salinity, MODFLOW, MT3DMS, GMS
  • Saeed Sarvari*, Mohsen Pourreza, Zahra Zaraatkar Pages 11-20

    In recent decades, due to the importance of watershed management programs and the need for adequate information and correct estimation of rainfall and runoff, many conceptual models have been proposed. These models have parameters that must be estimated according to observational data. However, finding the optimal values for the parameters of simulation models has always faced uncertainty. One of the main methods for evaluating and predicting floods is the soil conservation methods provided by the Soil Conservation Service (SCS). This study aims to calibrate model parameters for three modified SCS models, i.e. 1- the Mishra and Singh model, 2- curve number model, and 3- modified curve number (MCN) model, in a basin in southern Chile using the evolutionary PSO algorithm. Comparison of the results was carried out using performance criteria such as Kling Gupta Efficiency (KGE), Nash-Sutcliff coefficient (NS), and mean square error (RMSE). Results revealed that simulated runoff is more efficient in MCN and Mishra and Singh models with KGE = 0.91 in rainfall-runoff simulations.

    Keywords: Curve number, PSO evolutionary algorithm, Calibration, Rainfall-runoff modeling
  • Maysam Majidi Khalilabad*, Najmeh Majidi Khalilabad, Kamran Davari, Shiva Gholizade Pages 21-30

    In the last decade, various aspects of groundwater resource depletion have gained a special place among water sector experts and decision makers. Research in this area is relatively new in most parts of the world. Groundwater depletion, which has been in a concerning state for most plains in Iran in recent years, has various consequences which impede sustainable development. One of the most important consequences of the dropping groundwater table is its impact on the economy of the agricultural sector. A problem that, despite its obviousness and bi-directionality, has rarely been quantified. In this research, it is attempted to simulate the status of groundwater resources under the influence of continued groundwater overdraft until 1420 (2041), on the basis quantitative (harvestable water) and qualitative (electrical conductivity) effects on the economic status of agricultural sector using cultivation area indices. We examine agricultural products, their performance, farmers’ income, and labor force. Questionnaires were used to estimate costs and incomes and the results of combined modeling of surface and groundwater in Neishaboor plain were used to estimate the amount available water. The model predicted a decrease of up to 24 m in water table and an average increase in salinity of 5500 mmhos/cm for the Neishaboor plain. The effects of the occurrence of these events was then modeled. Based on models for cropping patterns, water-yield equations, and salinity patterns, we estimated a 30% reduction in area under cultivation, a 65% decrease in crop yields, and a 28% decrease in labor force by 2041. Over the next 20 years, these impacts will significantly reduce revenues in the agricultural sector in Neishaboor plain, which will pose important secondary problems and consequences.

    Keywords: Crop pattern, income, labor, water crisis, Neishaboor
  • Ahad Habibzadeh*, Mir Masood Kheirkhahzarkesh, Alireza Majidi Pages 31-40

    Excessive use of groundwater, especially in agriculture, has led to a drop in aquifer water levels, and along with droughts, has dealt irreparable losses such as drying of karizes, springs, wells and land subsidence. One of the traditional ways of protecting these resources is the use of rainwater catchment systems as an Iranian technique for storage of precipitation. Among water extraction systems, turkey nest dams can be introduced to recharge groundwater aquifers, enable permanent utilization, and prevent drying of springs and karizes. The benefits of using turkey nest dams are the large volume of these reservoirs and reduction of water costs. Turkey nest dams reduce drilling depth and increase capacity. In this research, we consider the application, dimensions, and location of this system. Turkey nest dams can be built near a river. In the Meshnagh sub-basin of Lake Urmia, about 40 deep wells and 4 active karizes discharge nearly 5 Mm3 of water from groundwater aquifers. In order to construct two turkey nest dams with the aim of recharging the wells of the Katkahriz kariz, excavation and earthwork operations were carried out along the Meshnag River in the north of Lake Urmia. The dams had a large diameter of 60 m, a small diameter of 50m, and a height of 3m with a 1:3 slope. The effective capacity of the dams was estimated at 27,000 m3. If technical principles are observed, a dam of this size on soil with coarse grains and alluvial sediments with a minimum porosity of 35% will supply more than 10,000 m3 of water into the main well of the kariz.

    Keywords: Artificial recharge, Groundwater Aquifers, kariz, Meshnag, Turkey nest
  • Javad Akbari, Majid Kazemzadeh*, Hasan Alipour Pages 41-54

    Not only have recent global challenges including drought, climate change, land degradation and land use change impacted the quantity of available surface water and groundwater, but also water quality has been affected as well. To study this impact, Landsat 5 satellite images and water quality data were obtained to compare the effects of land use changes on surface water quality between July of 1992 and 2011. The maximum likelihood algorithm was used for preparing and processing land use maps in ENVI 4.8 and Arc GIS9.3. For land use classification, the Jeffreys–Matusita, Kappa coefficient, and overall accuracy indexes were used. The results showed that the values ​​of Kappa coefficients and overall accuracy were 84.23 and 87.72% for 1992 and 93.84% and 95.55% for 2011, respectively. Most land use changes were related to dryland agriculture and residential land use, which increased 1.46 and 2.45 times, respectively. The results for water quality parameters showed that electrical conductivity (EC) and total dissolved solids (TDS) increased during the study period and that their values ​​at Gardeh Yaghub station (basin outlet) were higher relative to the Cotter station (upstream). This observation can be explained by the fact that the Mahabad River flows through agricultural lands between Cotter and Gardeh Yaghub stations. It can be concluded that land use changes have played a major role in changing surface water quality parameters in the region and have reduced water quality of the Mahabad River during the period from 1992 to 2011.

    Keywords: Water quality, land use, Mahabad Chai, Kappa Coefficient
  • Mansour Jahantigh* Pages 55-65

    The aim of this research was to study how water use management can increases vegetation cover inrainwater catchment systems. The study was conducted through comparison of two methods of irrigation, i.e. traditional sub-surface drip irrigation and drip irrigation. Three soil samples were taken and analyzed from three locations in north of Sistan from a depth of 50 cm. A furrow was dug with a base depth of 60 cm, width of 50 cm, and  length of 48 m. 12 holds were dug 4 m long, 70 cm deep and 50 cm in diameter. For subsurface irrigation, a 3-inch pipe with a length of 48 m was placed horizontally in the furrow. At 8-m intervals, 2-mm holes were made in the pipe. In the drip irrigation method, a ½-inch pipe with a length of 48 m was placed on the furrow and drippers were connected every 8 m. In each pit, a mulberry tree was planted. Soil moisture was measured every month and growth was measured each season. Data shows that the amount moisture, increase in plant height, and trunk diameter in subsurface irrigation were 53.1, 91.6, and 52.8 percent more than drip irrigation, respectively. Statistical analyses show that soil moisture, plant height, and trunk diameter were significantly higher in subsurface irrigation (P<0.05). In subsurface irrigation, water directly flows to the root zone. Because in this method transpiration is less than drip method, subsurface irrigation has good potential to establish suitable moisture levels for plant growth.

    Keywords: Subsurface irrigation, Drip irrigation, Soil conservation, Root region