تأثیر بهبود فرآیند تحویل و توزیع آب سطحی در کاهش برداشت آب زیرزمینی در شبکه آبیاری رودشت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران.

3 دانشیار گروه مهندسی آبیاری پردیس ابوریحان دانشگاه تهران

چکیده

این پژوهش به بررسی تأثیر مدرنسازی شبکه تحویل و توزیع آب سطحی در کاهش برداشت از آب زیرزمینی پرداخته است. برای این منظور، علاوه بر شبیه­سازی وضعیت موجود بهره­برداری از کانال اصلی شبکه آبیاری رودشت در استان اصفهان، دو روش شامل بهره‌برداری دستی بهبود یافته و روش کنترل خودکار پیش‌بین توسعه داده شد و بهبود مدیریت تحویل و توزیع آب در کانال بررسی گردید. روش­های مذکور تحت دو سناریوی بهره­برداری، شامل دبی ورودی به کانال در شرایط نرمال و کم‌آبی، شبیه­سازی شد. بهبود فرآیند تحویل و توزیع آب در کانال با استفاده از شاخص­های کفایت و پایداری تحویل و توزیع آب ارزیابی شد. در ادامه تحقیق، میزان آب سطحی جایگزین شده با آب زیرزمینی، به­واسطه بهبود فرآیند تحویل و توزیع آب در کانال اصلی توسط نقشه‌های مکانی شاخص کفایت و تحلیل آنها محاسبه گردید. نتایج به دست آمده در سناریوی شرایط نرمال حاکی از بهبود شاخص کفایت تحویل و توزیع آب به میزان 5%و 32% و بهبود شاخص پایداری تحویل و توزیع آب در کانال اصلی به میزان 7% و 21% به ترتیب برای روش­های دستی بهبود یافته و کنترل خودکار بود. همچنین، میزان بهبود مذکور در این سناریو سبب 3% و 25% کاهش برداشت از آبخوان به­ترتیب برای روش دستی بهبود یافته و خودکار شد. در سناریوی کم­آبی نیز شاخص کفایت 2% و 13% و شاخص پایداری 11% و 25% بهبود را به ترتیب برای روش­های دستی بهبود یافته و کنترل خودکار  نشان داد. این بهبود، اثربخشی یک درصدی برای روش دستی بهبود­یافته و اثربخشی نه درصدی برای روش خودکار در سناریوی کم­آبی در کاهش برداشت از آبخوان را در پی داشت. همچنین، با توجه به نقشه­های مکانی شاخص کفایت، روشکنترل خودکار، مخصوصا در حالت کم آبی با توزیع یکنواخت آب بین آبگیرها قادر است که آب را به مراتب عادلانه تر بین کشاورزان تقسیم کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Improvement in Surface Water Delivery and Distribution Processes on Reduction of Groundwater Overexploitation in Rudasht Irrigation Network

نویسندگان [English]

  • Kazem Kamrani 1
  • Abass Rouzbahani 2
  • Seied Mehdy Hashemy shahdany 3
1 MSc. Student of Water Resources Engineering, Department of Irrigation and Drainage Engineering, Aburaihan Campus, University of Tehran
2 Associate Professor, Department of Irrigation and Drainage Engineering, Aburaihan Campus, University of Tehran.
3 Associate Professor, Department of Irrigation Engineering, College of Aburaihan, University of Tehran
چکیده [English]

 This study investigated the impact of improving surface water delivery and distribution systems on reducing groundwater abstraction. For this purpose, the current operational management of the Rudasht irrigation network, located in Isfahan province, was modeled and evaluated. Then, impact of two methods as the modernization alternatives, including an improved manual operation and an automatic control system by using the Model Predictive Control (MPC), was investigated. Operation of the canal system was simulated under two operating scenarios, demonstrating the operational status under the normal and water shortages conditions. Improvement of water supply and distribution process in the canal was evaluated using adequacy and dependability indicators of water distribution. In the next step, the amount of surface water replaced by groundwater was calculated by improving the process of water distribution in the main canal based on spatial analysis of the adequacy index. The results obtained from the operational simulation in the normal condition scenario showed improvement of the adequacy index by 5% and 32% and the dependability index by 7% and 21%, respectively, for the improved manual method and MPC. Moreover, the improvement in this scenario resulted in 3% and 25% reduction in the aquifer extraction, respectively, for the modernization alternatives. Operational simulation results under the water shortage scenario revealed 2% and 13% higher adequacy index, and 11% and 25% improvement in the dependability index by employing the improved manual and MPC approaches, respectively. This improvement resulted in 1% effectiveness for the improved manual method and 9% effectiveness for the MPC method in reducing aquifer abstraction under water shortage scenario. According to the spatial maps of the adequacy index obtained for the MPC method, this method can achieve more uniform and fair water delivery to farmers, especially under water shortage conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adequacy Index
  • Dependability Index
  • Manual Operation
  • MPC
  1. برخورداری س، هاشمی شاهدانی م و باقرزاده خلخالی ا، ۱۳۹۶. ارزیابی بهبود راندمان انتقال و توزیع آب کشاورزی در کانال­های اصلی آبیاری با بهره­گیری از راهکارهای پوشش­دار کردن و اتوماسیون. پنجمین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی و سومین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران، دانشگاه شهید چمران، اهواز.
  2. حسینی جلفان م و هاشمی شاهدانی س م، ۱۳۹7. ارزیابی اثربخشی بهبود بهره‌برداری از منابع آب سطحی در کاهش برداشت آب از آبخوان (مطالعه موردی: شبکه آبیاری قزوین). نشریه تحقیقات منابع آب ایران، دوره 14، شماره چهارم، صفحه 146-132.
  3. شرکت آب منطقه ای اصفهان، 1395. گزارش نهایی تشریح و ارزیابی وضع موجود و ارائه راهکارهای بهبود عملکرد کانال اصلی چپ شاخه شمالی شبکه آبیاری رودشت
  4. شمسایی ا، فرقانی  ع، 1390. بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی در مناطق خشک. نشریه تحقیقات منابع آب ایران، دوره 2، شماره 2، صفحه 36-26.
  5. عباسی ف، سهراب ف و عباسی ن، 1395. ارزیابی وضعیت راندمان آب آبیاری در ایران.نشریه تحقیقات سازه­های آبیاری و زهکشی، دوره17، شماره 67، صفحه 128-113
  6. عباسی ف، سهراب ف و عباسی ن، 1394. گزارش فنی:راندمان های آبیاری و تغییرات زمانی و مکانی آن در ایران، وزارت جهاد کشاورزی، موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی
  7. علیزاده ح ع، لیاقت ع و سهرابی ت، 1393. ارزیابی سناریوهای توسعه سیستم­های آبیاری تحت­فشار بر منابع آب زیرزمینی با استفاده از مدل سازی پویای سیستم. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، دوره 3، شماره چهارم، صفحه 15-1
  8. قربانی ا، 1398.کاربرد دینامیک سیستم­ها در پیوند آب، انرژی و غذا در مدیریت شبکه­های آبیاری از دیدگاه بهره­وری و شاخص­های تحویل آب (مطالعه موردی شبکه آبیاری قزوین)، کارشناسی ارشد مهندسی سازه­های آبی، دانشگاه تربیت مدرس
  9. واعظ تهرانی م، منعم م ج و باقری ع، ۱۳۸۹. توسعه یک مدل نوسازی شبکه­های آبیاری با رویکرد دینامیک سیستمها - مطالعه موردی: شبکه آبیاری دشت قزوین، نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، تهران، انجمن هیدرولیک ایران، دانشگاه تربیت مدرس
  10. هاشمی س م، ارجلو م، صادقی س، ادیب­مجد ا، 1397. مقایسه عملکرد مدل نیرپیک با سامانه توزیع تناسبی (لت) در فرآیند تحویل و توزیع آب در نوسانات دبی ورودی. نشریه تحقیقات سازه­های آبیاری و زهکشی، دوره19، شماره 70، صفحه 16-1
    1. Agide Z, Haileslassie A, Sally H, Erkossa T, Schmitter P, Langan S, et al, 2016. Analysis of water delivery performance of smallholder irrigation schemes in Ethiopia: Diversity and lessons across schemes, typologies and reaches.
    2. Anonymous, 2005. Appraisal Report, Water Supply Augmentation, W.C. Asutin Project, Oklahoma
    3. Hosseinzade Z, Pagsuyoin S, Ponnambalam K, Monem MJ, 2017. Decision making in irrigation networks: Selecting appropriate canal structures using multi-attribute decision analysis. Science of the Total Environment 601-602:177-185.
    4. Karimi P, Qureshi AS, Bahramloo R, Molden D, 2012. Reducing carbon emissions through improved irrigation and groundwater management: A case study from Iran. Journal of Agricultural water management 108:52-60
    5.  Molden, David J., and Timothy K. Gates, 1990. Performance measures for evaluation of irrigation-water-delivery systems. Journal of irrigation and drainage engineering 116.6: 804-823.
    6. Ray, Isha, 2011. Farm-level incentives for irrigation efficiency: some lessons from an Indian canal. Journal of Contemporary Water Research and Education 121.1: 10.
    7. Serra P, Salvati L, Queralt E, Pin C, Gonzalez O, Pons X, 2016. Estimating Water Consumption and Irrigation Requirements in a Long‐Established Mediterranean Rural Community by Remote Sensing and Field Data. Irrigation and Drainage. 65(5):578-88
    8.  Overloop, V P. J, 2006a, 'Drainage control in water management of polders in the Netherlands', Irrigation and Drainage Systems, 20, 99-109.
    9. Van Overloop, P. J, 2006b. Model predictive control on open water systems (IOS Press).