نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

ارزیابی تاثیر برنامه‌های مدیریت عرضه آب بر بیلان آب‌ با استفاده از مدل های WEAP و MODFLOW

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
2 گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه کاشان
3 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی خاک و آب، دانشگاه گرگان، گرگان، ایران
چکیده
رشد جمعیت، گسترش شهرنشینی و توسعه بخش‌های کشاورزی و صنعت باعث افزایش تقاضای آب شیرین شده است. به دلیل تغییرات اقلیمی و افزایش نیاز به آب، بهره‌برداری از آب‌های زیرزمینی خصوصا در مناطق خشک، به شدت رو به فزونی است و این امر، افت سطح ایستابی و کاهش ذخایر آب را به دنبال داشته است. هدف از انجام این پژوهش بررسی اثرات کمی برنامه‌های مدیریت مصرف آب شامل افزایش راندمان آبیاری و تغییر الگوی کشت بر آبخوان دهگلان به عنوان بزرگ‌ترین آبخوان موجود در استان کردستان است. برای این منظور مدل‌سازی سه بعدی جریان آب زیرزمینی با استفاده از مدل MODFLOW و مدل‌سازی آب سطحی با استفاده از مدل WEAP انجام شد و سپس مقادیر تقاضا و تامین تقاضا برای هر یک از مصارف شرب روستایی، شرب شهری، صنعت، کشاورزی و زیست محیطی تعیین گردید و نهایتا نوسانات ماهانه سطح ایستابی آبخوان مورد مطالعه در طول دوره پیش‌بینی تحت سناریوهای مرجع، افزایش راندمان آبیاری و تغییر الگوی کشت زراعی، با اتصال مدل‌های WEAP و MODFLOW برآورد شد. نتایج حاصل از مدل WEAP-MODFLOW، مقدار متوسط سالانه تغییرات حجم مخزن سد سنگ سیاه، در طول دوره پیش‌بینی، در سناریوهای مرجع، افزایش راندمان آبیاری و تغییر الگوی کشت زراعی به ترتیب برابر با 02/20-، 68/10- و 73/11- میلیون متر مکعب بدست آمد. تحت تاثیر توام سناریوهای مدیریتی افزایش راندمان آبیاری و تغییر الگوی کشت زراعی، سالانه به طور متوسط مقدار 63/17 میلیون متر مکعب به حجم آبخوان اضافه خواهد شد. به این ترتیب، با اجرای توام سناریوهای مدیریتی افزایش راندمان آبیاری و تغییر الگوی کشت زراعی، اگر چه بیلان منفی آب زیرزمینی آبخوان مورد مطالعه صفر نخواهد شد، اما مقدار تراز سطح ایستابی در پایان دوره پیش‌بینی به مقدار آن در ابتدای دوره پیش‌بینی نزدیک خواهد شد و اجرای این سناریو مدیریتی می‌تواند باعث احیاء آبخوان شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Assessment of the Impact of Water Supply Management Programs on Water Balance Using WEAP and MODFLOW Models

نویسندگان English

Foad Naserabadi 1
Reza Ghazavi 2
Mahdi Zakernia 3
1 Department of Nature Engineering, Faculty of Natural Resources, University of kashan, Kashan, Iran
2 Department of Nature Engineering, Faculty of natural resources, University of Kashan
3 Department of Water Engineering, Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan. Iran
چکیده English

Population growth, urban expansion, and the development of agricultural and industrial sectors have significantly increased the demand for freshwater. Due to climate change and the rising need for water, the exploitation of groundwater resources—particularly in arid regions—has sharply intensified, leading to a decline in water table levels and reduced groundwater reserves.

The aim of this study is to evaluate the quantitative effects of water demand management programs—including improving irrigation efficiency and changing cropping patterns—on the Dehgolan aquifer, the largest aquifer in Kurdistan Province. For this purpose, three-dimensional groundwater flow modeling was performed using the MODFLOW model, while surface water modeling was conducted using the WEAP model. Demand and supply values were then estimated for various sectors including rural and urban domestic use, industry, agriculture, and environmental needs. Finally, the monthly fluctuations in the groundwater table during the prediction period were assessed under three scenarios: baseline, improved irrigation efficiency, and changes in cropping patterns, by integrating the WEAP and MODFLOW models.The results from the coupled WEAP-MODFLOW model showed that the average annual change in the storage volume of the Sang-e-Siah Dam reservoir during the prediction period under the baseline, improved irrigation efficiency, and cropping pattern change scenarios were -20.02, -10.68, and -11.73 million cubic meters, respectively. Under the combined management scenario (improving irrigation efficiency and altering cropping patterns), the average annual recharge to the aquifer is estimated to increase by 17.63 million cubic meters. Although implementing this combined management scenario will not fully eliminate the negative groundwater balance of the studied aquifer, it will bring the water table level at the end of the prediction period closer to that at the beginning of the period. Therefore, this management approach has the potential to contribute significantly to the aquifer’s recovery.

کلیدواژه‌ها English

Surface Water Modeling
Water budget
Management Scenarios
Water Table Level
آذری، آ.، آخوند علی، ع.، رادمنش، ف. و حقیقتی، ع. 1392. شبیه‌سازی اندرکنش آب سطحی و زیرزمینی در شرایط بهره‌برداری تلفیقی (مطالعه موردی: دشت دز). مجله علوم و مهندسی آبیاری. 38(2): 47-33.
صفوی، ح.، علیزاده، م. و گل محمدی، م. 1401. بررسی اثرات سناریوهای مدیریتی در برابر تغییرات اقلیمی بر اندرکنش رودخانه و آبخوان، مطالعه موردی: زیرحوضه لنجانات. نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب. 7(3): 27-16.
مهدوی، 1384. هیدرولوژی کاربردی، جلد اول، چاپ پنجم، انتشارات دانشگاه تهران. 342 صفحه.
ناصرآبادی فواد، قضاوی رضا، ذاکری نیا مهدی. ۱۴۰۴. ارزیابی تاثیر تغییرات اقلیمی بر وضعیت کمی آب‌های زیرزمینی آبخوان دهگلان با استفاده از مدل MODFLOW پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز ۱۶ (۱) :۱۳-۱.
Abbas, S.A., Xuan, Y. and Bailey, R.T. 2022. Assessing Climate Change Impact on Water Resources in Water Demand Scenarios Using SWAT-MODFLOW-WEAP. Journal of Hydrology. 9 (10): 1-24.
Abbaspour, K.C., Faramarzi, M., Ghasemi, S.S. and Yang, H. 2009. Assessing the impact of climate change on water resources in Iran. Water Resources Research. 45(10):1-16.
Allan, J.A. 2003. Integrated water resources management is more a political than a technical challenge. Developments in Water Science. 50(1):9-23.
Azizi, H., Ebrahimi, H., Samani, H.M.V. and Khaki, V. 2021. Evaluating the effects of climate change on groundwater level in the varamin plain. Water Supply. 21(3):1372-1384.
Biswas, A.K. 2004. Integrated water resources management: a reassessment: a water forum contribution. Water international. 29(2):248-256.
Cohen, B. 2006. Urbanization in developing countries: Current trends, future projections, and key challenges for sustainability. Technology in society. 28(1-2):63-80.
Ficklin, D.L., Luo, Y., Luedeling, E. and Zhang, M. 2009. Climate change sensitivity assessment of a highly agricultural watershed using SWAT. Jourmal of Hydrology. 374(1–2):16-29
He, X. 2016. Legal methods of mainreaming climate change adaptation in Chinese water management. Springer.
Hellström, D., Jeppsson, U. and Kärrman, E. 2000. A framework for systems analysis of sustainable urban water management. Environmental impact assessment review. 20(3):311-321.
Howe, C. and Mitchell, C. 2011. Water sensitive cities. IWA Publishing. Hydrogeochemistry. Journal of Hydrology. 63(1-2):131-176.
Mackay, R. and Last, E. 2010. SWITCH city water balance: a scoping model for integrated urban water management. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 9(4):291-296.
Mirani Moghadam, H., Karami, G.H., Bagheri, R. and Barati, R. 2021. Death time estimation of water heritages in Gonabad plain Iran. Environmental Earth Sciences. 80(4):1-10.
Nash, J.E. and Sutcliffe, J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models, part I- A discussion of principles. Journal of Hydrology. 10 (3): 282-290.
Sheikha- BagemGhaleh, S., Babazadeh, H., Rezaie, H., Sarai-Tabrizi M. 2023. The effect of climate change on surface and groundwater resources using WEAP-MODFLOW models. Applied Water Science. 13:121.
Toews, M.W. and Allen, D.M. 2009. Simulated response of groundwater to predicted recharge in a semi-arid region using a scenario of modelled climate change. Environmental Research Letters. 4(3):1-19.
Van der Steen, P. and Howe, C. 2009. Managing water in the city of the future; strategic planning and science. Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 8(2):115-120.
Yates, D., Sieber, J., Purkey, D. and Huber-Lee, A., 2005. WEAP21-a demand, priority, and preference driven water planning model, part 1: model characteristics. International ater Resources Association, water International, 4: 487-500
Yevjevich, V. 1995. Effect of area time horizons in comprehensive and integrated water resources management. Water Science and Technology. 31(8):19-25.