Iranian Journal of Irrigation & Drainage

Iranian Journal of Irrigation & Drainage

The Impact Assessment of Changes in Agricultural Cropping Patterns on the Quantitative Status of Groundwater Resources in the Qaen Plain Aquifer Using the MODFLOW Model

Document Type : Original Article

Authors
1 Assistant Prof., Dept. of Water Engineering, University of Birjand
2 Associate Professor, Department of Water Science Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
3 - PhD Student, Irrigation and Drainage, Department of Water Science Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
Abstract
The study area of this research is the Qain Plain aquifer in South Khorasan Province, characterized by an arid and hot climate. In recent years, declining precipitation, limited water resources, uncontrolled drilling of agricultural wells, and excessive groundwater extraction have led to a severe drop in the groundwater level in this region. The objective of this study is to investigate groundwater resource modeling and apply quantitative models to simulate the aquifer flow of the Qain Plain, analyze water table fluctuations in piezometric wells, and propose management strategies to mitigate groundwater depletion.

This study utilized hydrogeological, hydrological, meteorological, and baseline groundwater resource data. For a detailed hydrogeological analysis, quantitative groundwater modeling was performed using the GMS software and MODFLOW code. The groundwater level was simulated over a three-year period (2020–2023) in 36 monthly time steps. The model was manually calibrated for the years 2020–2022 and validated for 2022–2023. After ensuring model accuracy, a crop pattern modification scenario for the Qain Plain was examined, and its impact on groundwater level recovery (while keeping other conditions constant) was analyzed in the plain’s piezometers.

The results indicate that implementing this scenario—shifting from high-water-demand crops to low-water-demand crops—would increase groundwater storage in the plain by 4969440 million cubic meters per year.
Keywords

خسروی،ح. اسکندری دامنه، ح. زهتابیان، غ. و آذرنیوند، ح. براتی، ع. 1401. پیش بینی تغییرات مکانی و زمانی پارامترهای کمیت و کیفیت آب زیرزمینی در مناطق خشک (مطالعه موردی دشت میناب). پژوهش های فرسایش محیطی. 3:12 (47). 99-78.
محمدزاده، ح.، ناصری، ح. و نظری، ر. 1391. شبیه سازی سیستم جریان آب زیرزمینی دشت زاوه - تربت حیدریه با استفاده از کد MODFLOW. شانزدهمین انجمن زمین شناسی ایران.
ساعت ساز، م. و چیت سازان، م.1384 . کاربرد مدل ریاضی MODFLOW در بررسی گزینه­های مختلف مدیریت منابع آب دشت رامهرمز. مجله علوم دانشگاه شهید چمران، شماره 14: 1-15.
عزیزی، ف.، اصغری مقدم، ا. و ناظمی، ا. 2019. تغییرات مکانی شوری آب‌زیرزمینی و ارزیابی خطر نفوذ آب شور در آبخوان دشت ملکان. تحقیقات منابع آب ایران. 15(1): 32-44.
فاتحی مرج، ا.، طائی سمیرمی، م.، کلاهچی، ع. و میرنیاپیش، س، خ. 1390. بینی نوسانات سطح ایستابی آبخوان گربایگان برای دوره زمانی 1387 تا 1437 با استفاده از مدل عددی MODFLOW. 34(2): 41-50.
نجاتی جهرمی. ز. 1388. شبیه سازی منابع آب دشت عقیلی با استفاده از مدل ریاضی تفاضلات محدود. پایان نامه کارشناسی ارشد،دانشگاه شهید چمران اهواز.
نوذرپور، ل.، چیت سازان، م. و فرهادی­منش، آ. 1393. ارزیابی ارتباط هیدرولیکی آبخوان دشت لور اندیمشک و رودخانه دز با استفاده از مدلMODFLOW. زمین شناسی کاربردی پیشرفته.
Chakraborty, S., Maity, P. K. and Das, S. 2020. Investigation, simulation, identification and prediction of groundwater levels in coastal areas of Purba Midnapur, India, using MODFLOW. Environment, development and sustainability. 22(4): 3805-3837.
Khaledi Alamdari, M. and Majnooni Heris, A. 2022. Estimation of Hydraulic conductivity and Specific storage of Shabestar Plain Aquifer Using Numerical model. Hydrogeology. 7(1): 42-52.
 Nakhaei, M., Hasani, A., Moghimi, H. and Abbasnovinpour, E. 2022. Predicting the effects of overuse on Zarandieh plain aquifer (Markazi province, Iran) using GMS software. Hydrogeology. 6(2): 13-29.
Reyhani, E., Yousefi, H., Mirzavand, M. and Sadatinejad, S. J. 2023. Modeling the Impact of Manangement Scenario on the Kashan Aquifer Using Mathematical Model of Modflow and Seawat. Iranian journal of Ecohydrology. 10(1): 17-32.
 Edalat, A., Rajabi, A.M. and khodaparast, M. 2022. Numerical modeling of groundwater flow in Ali Abad Plain of Qom to predict fluctuations of the water table and hydraulic conductivity. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology.15 (2): 49- 67.
Wang, S., Shao, J., Song, X., Zhang, Y., Huo, Z. and Zhou, X. 2008. Application of MODFLOW and geographic information system to groundwater flow simulation in North China Plain, China. Environmental Geology. 55: 1449-1462
Yidana, S. M., Banoeng-Yakubo, B. and Akabzaa, T. M. 2010. Analysis of groundwater quality using multivariate and spatial analyses in the Keta basin, Ghana. Journal of African Earth Sciences. 58(2): 220-234.