بخشی از مقاله
ارزیابی مقدار آب برگشتی ناشی از آبیاري در حوضه آبریز زرینه رود و تاثیر بکارگیري سیستمهاي آبیاري تحت فشار بر آن با استفاده از مدلSWAT
چکیده
افزایش راندمان آبیاري و بهکارگیري سیتمهـاي آبیـاري تحـتفشـار بـهعنـوان یکـی از راهکارهـاي پیشنهادي به منظور احیاي دریاچه ارومیه مطرح شده است. با توجه به تاثیر این راهکار بـر اجـزاي بـیلان ماننـد تبخیر و تعرق، دبی خروجی از حوضه، نفوذ عمقی و رواناب سطحی، بررسی علمـی اثـرات آن اهمیـت زیـادي دارد.با درنظر گرفتن مقیاسی بزرگتر برخی ازمؤلفههاي بیلان آبوارد آب زیرزمینی شده و یا بـه رودخانـه مـیز پیونددو میتوان آنها را بهعنوان آب برگشتی در نظر گرفت. در ایـن مطالعـه از مـدل TطSW جهـت بررسـی اهمیت این مؤلفه استفاده شده و سپس به ارزیابی مقادیر آب برگشـتی و توزیـع مکـانی آنهـا در حوضـه در دو سناریوي وضع موجود و اعمال سناریوي آبیاري تحتفشار پرداخته میشود. نتایج این تحقیق نشان داد کـه آب برگشتی را میتوان به عنوان یکی از مؤلفههاي مهم در حوضه به شمار آورد. به طوريکه مقدار 46 درصد از آبیاري صورت گرفته به صورت آب برگشتی به حوضه بازمیگردد که در سـناریوي آبیـاري تحـتفشـار بـه 32 درصد کاهش مییابد. همچنین با اعمال آبیاري تحتفشار و با توجه به افـزایش تبخیـر و تعـرق و کـاهش آب برگشتی مقدار دبی خروجی از حوضه کاهش ناچیزي مییابد.
-1 مقدمه
رشد روزافزون جمعیت و تامین نیاز غذایی آن نیاز به کشاورزي را به طور فزایندهاي افزایش داده است. در این میان و با توجه به محدودیت منابع آب و پراکنش نامناسب زمانی و مکانی بارشها در اکثر مناطق دنیا، آب به عنوان مهمترین عامل محدود کننده در گسترش کشاورزي معرفی شده است.حوضه آبریز دریاچه ارومیه و رودخانه زرینهرود یکی از این مناطق میباشد که در سالهاي اخیر با افزایش برداشت آب به منظور کشاورزي وکاهش شدید ورودي به دریاچه مواجه شده است . یکی از برنامههایی که براي حل این مشکل در نظر گرفته شده اجراي آبیاري تحت فشار در مزارع این منطقه میباشد. اعمال سیستمهاي آبیاري نحتفشار در مزارع باعث کاهش نفوذ عمقی و رواناب سطحیبه ( عنوان تلفات آبیاري)شده و در نتیجه نقش مؤثري در کاهش تقاضا و افزایش راندمان مصرف آب در آبیاریدارد. آن چه که در این زمینه حائز اهمیت است این است که این تلفات با وجود اینکه براي گیاه قابل استفاده نیست، ولی پس از ورود آنها به منابع آبهاي سطحی و زیرزمینی حوضه میتوان از آنها در پایین دست حوضه و براي اهداف دیگر استفاده کرد.در بسیاري از مطالعات از این قسمت آبیاري به عنوان آب برگشتی نام برده شده است. در یکی از اولین تعریفهاي ارائه شده از آب برگشتی،((1960 أپع آب برگشتی را به صورت ترکیبی از روانآب بارندگی، آب آبیاري و زهکشی زیرزمینی که به رودها و کانالها می ریزد، تعریف کرد. کغکععکئه و همکاران (2003) و ئکتA و همکاران (2004) با در نظر گرفتن دیدي گستردهتر و در یک حوضه وسیع، آب برگشتی را برابر با مقدار آبی در نظر گرفتند که دوباره به کاربران پایین دست اختصاص پیدا میکند. به طوري که توانایی به کارگیري دوباره آن را داشته و در مناطقی که رودخانهها بخش زیادي از آب آبیاري را تامین میکنند میتواند به عنوان یک منبع مهم مورد توجه قرار گیرد.
همچنین همکاران (2005) روشهاي سنتی آبیاري مانند آبیاري جویچهاي را به عنوان یکی از منابع آب برگشتی معرفی کرده که میتوانند با افزایش رواناب سطحی، نفوذ عمقی و افزایش تراز آب موجب افزایش آب برگشتی شده که در نهایت به سیستم رودخانهاي میپیوندد.غwپطB و همکاران (2012) نیز آب مصرفی کشاورزي را به دو بخش آب مصرفی (غیر قابل بازگشت) و آب غیر مصرفی ( قابل بازگشت) تقسیم بندي کرده و در نفوذ عمقی و زهکش از مزرعه را به عنوان آب برگشتی در نظر گرفت.
شروع تحقیقات در رابطه با برآورد آب برگشتی مربوط به سال 1885 در طک2غأپژ هع شمال کلرادو میباشد. از آن زمان تاکنون مطالعات گوناگونی در این رابطه صورت گرفته و روشهاي گوناگونی براي تعیین آب برگشتی به کار رفته است. از این روشها میتوان به آزمایشات صحرائی( [6]، [7] و ([8]مدلسازي برهمکنش آبهاي زیرزمینی و سطحی([9] و ([10] و استفاده از معادلات بیلان آب در مزرعه [7]) و ([11] اشاره کرد.
مقدار عددي آب برگشتی تخمین زده شده با توجه به منطقه مورد مطالعه متفاوت بوده و دامنه تغییرات زیادي را شامل میگردد. در این میان غهل و همکاران (1998) میزان آب برگشتی آبیاري به کانالهاي زهکشی را %15 و نفوذ شده به آکیفرها را %59 و غطع و همکاران (1998) آن را برابر24 درصد آبیاري تخمین زدند. علاوه بر این A1قه(تایوانبا)
استفاده از معادله بیلان مقدار آب برگشتی در منطقه غطعسغألارا 30 درصد بهدست آوردهاند.در زمینه استفاده از مدلهاي هیدرولوژیکی ،غطهککپن و همکاران (2005) جهت تخمین آب برگشتی آبیاري و مقدار خالص آبیاري در زمانیکه سازه تنظیم کننده وجود ندارد در رودخانه أطکئئهب از مدل A1حح استفاده کردند. در این مطالعه با استفاده از مقایسه خروجی حوضه در دو سناریو اعمال آبیاري و بدون اعمال آبیاري و همچنین مقدار آب آبیاري اعمال شده، مقدار کل آب برگشتی در حوضه تخمین و درصد مقدار آب برگشتی نیز محاسبه گردید. نتایج این مطالعه نشان داد که آب برگشتی سالیانه از 2.5 تا 12 مترمکعببرثانیه متغیر است و دامنه تغییرات نسبت آب برگشتی به آب آبیاري نیز ازمانی46 درصد تا 68 در بازه مورد نظر متفاوت میباشد.
در این مطالعه سعی میگردد مقدار آب برگشتی ناشی از آبیاري اعمال شده در حوضه زرینهرود برآورد گردد.
در این راستا از مدل A1حح استفاده شده و ضمن شبیهسازي مؤلفههاي مختلف بیلان، مقدار آب برگشتی در کل حوضه و همچنین در زیرحوضههاي آن برآورد میشود. در نهایت با اعمال سناریوي آبیاري تحتفشار در حوضه تاثیر آن را بر مقدار آب برگشتی ارزیابی میشود.
-2 موارد روشها
-1- 2 منطقه مطالعاتی و دادههاي مورد استفاده
زیرحوضه زرینهرود،بزرگترین زیرحوضه درجه 2 از حوضه دریاچه ارومیه میباشد (شکل.(1 وسعت این حوضه بالغ بر 12025 کیلومترمربع بوده ورودخانه اصلی آن داراي طول300 کیلومتر میباشد. سد زرینهرود با حجم مفید 654
میلیون متر مکعب،تنها سداصلی مورد بهرهبرداري دراین حوضه بوده وازآن براي مصارف کشاورزي وشرب استفاده میس گردد. پتانسیل منابع آب این حوضه حدود 2/6 میلیارد مترمکعب درسال است و حدود 1460 میلیون مترمکعب آن براي تأمین حقابه زیستمحیطی دریاچه ارومیه در نظر گرفته شده است.
شکل:1 موقعیت حوضه زرینهرود
جهت شبیهسازي حوضه در مدل A1حح لایه 1قغخ منطقه مطالعاتی مورد نیاز میباشد که در این خصوص اندازه سلولی 30 متري آن تهیه گردید. در ادامه با توجه به موقعیت شبکه ایستگاههاي هیدرومتري و سد زرینهرود، حوضه به 11 زیرحوضه تقسیم گردید که در شکل 3 نشان داده است. با معرفی لایههاي خاك و کاربري اراضی (شکل(2 به مدل و ترکیب این دو نقشه حوضههاي مجازي تولید میشود که اصطلاحا به آنها واحدهاي همگن هیدرولوژیکی اطلاق میگردد به طوريکه رفتار هیدرولوژیکی هر یک از آنها یکسان خواهد بود. براي این تحقیق دادههاي 6 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک که نزدیکترین فاصله را با منطقه مورد مطالعه داشتند، جهت شبیه سازيهاي مورد نظر طی دوره لغایت2008 1987 استفاده گردید.
-2-2 مدیریت آبیاري و الگوي کشت در حوضه
در وضعیت موجود حوضه روش آبیاري، آبیاري سطحی میباشد که با توجه به منبع آب برداشتی مقدار راندمان آن متفاوت میباشد. در این مطالعه براي آبیاري با منبع سد و رودخانه میزان تلفات آبیاري برابر با 65 درصد و براي آبیاري از آب زیرزمینی تلفات50 درصد در نظر گرفته شد که در اینصورت مقدار آب برداشت شده از منبع آبیاري برابر با نیاز خالص آبیاري بر مقدار راندمان محاسبه میگردد. جدول1 مقدار عمق و دور آبیاري اعمال شده به محصولات در وضع موجود رانشان میدهد.
الگوي کشت محصولات به کار رفته در این مطالعه شامل گندم، جو، یونجه، چغندرقند، گوجهفرنگی و سیبزمینی میس باشندکه الگوي غالب کشت در منطقه هستند. مساحت کل اراضی کشت شده 74584 هکتاراراضمیباشد که 0/06 کل حوضه را شامل میشود. مساحت کل زیرکشت با توجه به اطلاعات سازمان جهادکشاورزي به زیرحوضههاي آن تفکیک شده است که در جدول 2 آمده است.
-3-2 شبیه سازي هیدرولوژیکی حوضه
پس از اعمال شرایط موجود در مدل، شبیهسازي هیدرولوژیکی حوضه با استفاده از مدل A1ححصورت گرفت. در این راستا پس از آماده سازي مدل و اعمال شرایط مدیریت آبیاري در وضع موجود، واسنجی و صحتسنجی مدل با استفاده از دادههاي ماهانه دبی طی سالهاي 1987 تا 2007 انجام شد. بدین منظور از نرمافزار بسهسA1ححو آمار دبیهاي 6 ایستگاه هیدرومتري صورت گرفت که نتایج آن در جدول 3 آمده است.
-4-2 محاسبه آب برگشتی
در این مطالعه از دو روش براي محاسبه آب برگشتی استفاده شد. روش اول بر مبناي روش استفاده شده در مطالعه غطهککپن و همکاران (2005) و روش دوم بر مبناي معادله بیلان در مزرعه و خروجیهاي مدل A1حح میباشد. در روش اول با حذف کشت آبی مقدار دبی خروجی از حوضهمحاسبه و مقادیر آن با دبی خروجی در سناریوي وضع موجود مقایسه میگردد. سپس با کم کردن تفاوت ایندو از مقدار آبیاري صورت گرفته مقدار آب برگشتی محاسبه میشود
معادله ( (1
(1) (دبی خروجی در سناریوي پایه – دبی خروجی در سناریوي حذف زراعت)- آبیاري اعمالشده = آب برگشتی
روش دوم محاسبه آب برگشتی بر مبناي معادلات بیلان آب در سطح مزرعه میباشد. در این روش مقدار نفوذ عمقی به لایههاي پایینی خاك، رواناب مزرعه و تغییرات رطوبت خاك مطابق معادله (2) به عنوان آب برگشتی در نظرگرفته میشود
