بررسی تأثیر زهاب‌های کشاورزی بر کمیت و کیفیت جریان ورودی به تالاب شادگان با استفاده از مدل WEAP(حوضه مارون-جراحی)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد گروه هیدرولوژی و منابع آب،دانشکده مهندسی آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز،

2 دانشیار گروه هیدرولوژی و منابع آب، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز.

3 دانش‌آموخته دکتری منابع آب، معاونت مطالعات جامع منابع آب سازمان آب و برق خوزستان

چکیده

سابقه و هدف: توسعه اراضی کشاورزی، وقوع خشک‌سالی‌ها و تغییر اقلیم سبب شده تا حوضه مارون-جراحی به یکی از پرتنش‌ترین حوضه‌های آبریز هم ازنظر کمی و هم کیفی تبدیل گردد. به علت وجود شبکه‌های آبیاری و زهکشی متعدد در این حوضه، بررسی اثر زهاب‌های برگشتی این شبکه‌ها به سیستم رودخانه‌ای بسیار حائز اهمیت است. به علت دارا بودن پتانسیل آبی مناسب، حوضه موردمطالعه همواره برای توسعه شبکه‌های آبیاری و زهکشی مناسب بوده است؛ همچنین تالاب شادگان در انتهای این حوضه، اهمیت مدیریت کمی و کیفی منابع آب را دوچندان نموده است. به همین دلیل در این پژوهش، تأثیر زهاب‌های شبکه‌های آبیاری و زهکشی و کشاورزی‌های سنتی بر کمیت و کیفیت رودخانه‌ها و مهم‌تر از آن نقطه انتهایی رودخانه جراحی و ورودی به تالاب شادگان موردبررسی قرار گرفت. شبیه‌سازی کمی و کیفی حوضه برای دوره 60 ساله توسط مدل WEAP انجام شد. با توجه به اینکه تاکنون هیچ‌یک از مطالعات انجام‌شده در حوضه مارون-جراحی به بررسی جامع و دقیق کل زهکش‌های کشاورزی و نقاط بحرانی حوضه از منظر کمی و کیفی نپرداخته‌اند، لذا تحقیق حاضر در این راستا انجام‌شد.
مواد و روش‌ها:
در این پژوهش از مدل WEAP به‌عنوان ابزاری جامع، به‌منظور مدل‌سازی کمی و کیفی زهاب‌ها و تأثیر آن‌ها بر پایین‌دست استفاده گردید. ابتدا مدل WEAP در یک دوره 5 ساله (2016-2012) با استفاده از اطلاعات ثبت‌شده حوضه واسنجی و اعتبارسنجی شد. جهت ارزیابی نتایج واسنجی و اعتبار سنجی مدل کمی از شاخص‌های آماری جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، مجذور ضریب همبستگی (R^2) و آماره نش (NASH) استفاده گردید. مدل برای یک دوره شبیه‌سازی 60 ساله (2017 الی 2077) تحت سناریوهای مدیریتی کنترل زهاب شبکه‌ها از نظر کمی و کیفی جهت تعیین میزان تأثیر هر زهکش بر سیستم رودخانه‌ای حوضه اجرا گردید.
یافته‌ها: نتایج مدل نشان داد که میزان شوری در سناریو مرجع برابر با 3/6 دسی زیمنس بر متر بوده که در مقایسه با سایر سناریوها، تنها در سناریو انتقال زهکش مطبگ کاهش 34 درصدی شوری (1/2 دسی زیمنس بر متر) نسبت به سناریو مرجع مشاهده می‌گردد. این میزان بهبود شوری آن‌هم در انتهای رودخانه جراحی و ابتدای ورودی به تالاب شادگان بسیار مهم بوده و تأثیر به سزایی بر محیط‌زیست خواهد داشت. ضمناً با توجه به مقادیر اعتمادپذیری تأمین نیاز گره زیست‌محیطی رودخانه جراحی، اختلاف بین اعتمادپذیری در دو سناریو مرجع و انتقال زهکش مطبگ برابر با 0/4 درصد بوده که تأثیر ناچیز زهکش مطبگ بر جریان رودخانه جراحی را نشان می‌دهد و همچنین اعتمادپذیری سایر سناریوها برابر سناریو مرجع می‌باشد.
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج مدل‌سازی کمی و کیفی در حوضه مارون-جراحی، سناریوی انتقال زهکش مطبگ (زهکش شبکه چپ رامشیر) از نظر کیفی، بیشترین تأثیر را نسبت به سایر سناریوها دارد. در صورت انتقال این زهکش، میزان شوری در انتهای حوضه در دوره شبیه‌سازی1/2 دسی زیمنس بر متر (34 درصد) کاهش خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluating the Impact of Agricultural Drainage on the Quantity and Quality of Flow Into Shadegan Wetland By WEAP Model(Case Study: Maroon-Jarahi Basin)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Movahedi 1
  • Heidar Zarei 2
  • Ali Shahabzi 3
1 Master of Water Resources Engineering, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz,
2 Associate professor, Faculty of Water & Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
3 PhD in Water Resources Engineering, Director of the Office of Basic Studies of Water Resources, Khuzestan Water and Electricity Organization
چکیده [English]

Background and purpose: Development of agricultural lands, the occurrence of droughts, and climate change have made the Maroon-Jarahi basin to become one of the most stressful basins both quantitatively and qualitatively. Due to the existence of numerous irrigation and drainage networks in this basin, it is very important to investigate the effect of returned drainages on the river. Due to having suitable water potential, the study basin has always been suitable for the development of irrigation and drainage networks, also Shadegan Wetland at the end of the basin has increased the importance of quantitative and qualitative water resources management. Therefore, in this study, the effect of drainage from irrigation and drainage networks and traditional agriculture on the quantity and quality of rivers, and more importantly, the endpoint of the Jarahi River and the entrance to Shadegan wetland was investigated. Quantitative and qualitative simulation of the basin for a period of 60-year was performed by the WEAP model. Considering that none of the studies conducted in the Maroon-Jarahi basin has comprehensively and accurately examined all agricultural drains and critical points of the basin from a quantitative and qualitative perspective, so the study was conducted in this regard.
Materials and methods: In this study, the WEAP model was used as a comprehensive tool for quantitative and qualitative Modeling and their effect on downstream. First, the WEAP model was calibrated and validated in a period of 5-year (2012-2016) using the observed data. In order to evaluate the results of calibration and validation of the quantitative model, the statistical indices of root mean square error (RMSE), squared correlation coefficient (R2), and NASH model efficiency coefficient were used. The model was implemented for a 60-year simulation period (2017 to 2077) under the control management scenarios of network drainage in terms of quantity and quality to determine the effect of each drainage on the river system of the basin.
Results: The results of the model showed that the amount of salinity in the reference scenario is 3.6 (dS m-1) which in comparison with other scenarios only in Matbag drainage transmission scenario with a decrease of 34% (1.2 (dS m-1)) salinity compared to the reference scenario. This rate of salinity improvement is very important at the end of the Jarahi River and the entrance of the Shadegan Wetland and will have an excessive effect on the environment. Also, according to the reliability values of the environmental node of the Jarahi River, the difference between the reliability in the two references and the Matbag drainage transmission scenarios is 0.4%, which shows the minor effect of the Matbag drainage on the flow of the Jarahi River and also the reliability of other scenarios is equal to the reference scenario.
Conclusion: According to the results of quantitative and qualitative modeling in the Maroon-Jarahi basin, the Matbag drainage transmission scenario (left drainage network of Ramshir) has the maximum effect in terms of quality compared to other scenarios. If this drain is transferred, the salinity at the end of the basin during the simulation period will decrease by 1.2 (dS m-1) (34%).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Maroon- Jarahi
  • basin
  • Modeling
  • Water resources management
  • WEAP
1.Alamanos, A., Latinopoulos, D., Xenarios, S., Tziatzios, G., Mylopoulos, N., and Loukas, A. 2019. Combining hydro-economic and water quality modeling for optimal management of a degraded watershed. Journal of Hydroinformatics, 21: 6. 1118-1129.
2.Alfarra, A., Kemp-Benedict, E., Hötzl, H., Sader, N., and Sonneveld, B. 2012. Modeling water supply and demand for effective water management allocation in the Jordan Valley. Journal of Agricultural Science and Applications (JASA),
1: 1. 1-7.
3.Ashrafi, S.M., Ebrahim Bakhshi Pour, I., and Adib, A. 2019. Water Quality Effects on the Optimal Water Resources Operation in Great Karun River Basin. Pertanika Journal of Science and Technology, 27: 1881-1900.
4.Assaf, H., and Saadeh, M. 2006. Development of an integrated decision support system for water quality control in the Upper Litani Basin, American University of Beirut, Lebanon.
5.Assaf, H., and Saadeh, M. 2008. Assessing water quality management options in the Upper Litani Basin, Lebanon, using an integrated GIS-based decision support system. Environmental Modelling & Software, 23: 10-11. 1327-1337.
6.Bolhasani, K., Zarei, H., and Movahedi, M. 2017. Evaluation of Surface Water Quality Parameters in Maroon-jarahi Basin Using Qualitative Indicators. 5th National Conference on Irrigation and Drainage Networks Management and 3rd National Congress on Irrigation and Drainage of Iran, Ahvaz. (In Persian)
7.Hajipour, M., Zakeri Nia, M., Ziaee, A.N., and Hussam, M. 2019. Integrated management of water demand in the drinking and industrial sector by connecting WEAP and MODFLOW models (Case study of Bojnourd city). Journal of Soil and Water Conservation Research, 26 :1. 187-203. (In Persian)
8.Hashimoto, T., Stedinger, J.R., and Loucks, D.P. 1982. Reliability, resiliency, and vulnerability criteria for water resource system performance evaluation. Water resources research, 18: 1. 14-20.
9.Ingol-Blanco, E., and McKinney, D.C. 2013. Development of a hydrological model for the Rio Conchos Basin. Journal of Hydrologic Engineering, 18: 3. 340-351.
10.Kermanshahi, S., Davari, K., Hashemi Nia, S.M., Farid Hosseini, A., and Ansari, H. 2013. Application of WEAP Model to Evaluate Impact of Irrigation Water Management on Neyshabour Plain Water Resources. Water and soil (agricultural sciences and industries), 27: 3. 505-549. (In Persian)
11.Kou, L., Li, X., Lin, J., and Kang, J. 2018. Simulation of urban water resources in Xiamen based on a WEAP model. Water, 10: 6. 732.
12.Kumar, P. 2018. Simulation of Gomti River (Lucknow City, India) future water quality under different mitigation strategies. Heliyon, 4: 12. e01074.
13.Mirzai, M.F., Zakeri Nia, M., and Hezarjaribi, A.T. 2020. Evaluation of different scenarios of water resources management in Gorgan river basin using WEAP and MODFLOW models. Water and soil sciences (agricultural sciences and technologies and natural resources), 24: 2. 137-152. (In Persian)
14.Movahedi, M., Zarei, H., and Bolhasani, K. 2017. Investigation of the effect of drainage control of the southern network of Ramshir (Mutabg) and its effect on the downstream of Jarahi river. 5th National Conference on Irrigation and Drainage Networks Management and 3rd National Congress on Irrigation and Drainage of Iran, Ahvaz. (In Persian)
15.Nguyen, L.H., and Nga, T. 2020. evaluating future water quality of urban rivers in ha noi under effect of urbanization and climate change -the application of weap model for cau bay river. Vietnam Journal of Science and Technology, 58: 195-202.
16.Purkey, D., Joyce, B., Vicuna, S., Hanemann, M., Dale, L., Yates, D., and Dracup, J. 2008. Robust analysis of future climate change impacts on water for agriculture and other sectors: a case study in the Sacramento Valley. Climatic Change. 87: 1. 109-122.
17.Sahebdel, S., and Akbarpour, A. 2011. Quantitative-qualitative evaluation of water allocation scenarios using WEAP model Case study: Gharasoo catchment in Golestan province. 4th Iranian Water Resources Management Conference, Tehran, Iran. (In Persian)
18.Slaughter, A.S., Mantel, S.K., and Hughes, D.A. 2016. Water quality management in the context of future climate and development changes: a South African case study. Journal of Water and Climate Change, 7: 4. 775-787.
19.Tennant, D.L. 1976. Instream Flow Regimens for Fish, Wildlife. Recreation and Related Environmental Resources. Fisheries. 1: 4. 6-10.