تغییرات کمی منابع آب زیرزمینی دشت میاندوآب تحت تأثیر سیاست‌های انقباضی تخصیص آب

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد مهندسی منابع آب، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

2 نویسنده مسئول، دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و پژوهشکده مطالعات دریاچه ارومیه، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

3 دانش‌آموخته دکتری مهندسی منابع آب، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: به علت محدودیت‌های منابع تجدیدشونده آب شیرین، مدیریت صحیح میان منابع و مصارف، یکی از عوامل اصلی برای دستیابی به مدیریت پایدار است . هدف در این پژوهش بررسی تأثیرات سیاست انقباضی دولت در قبال کاهش حق آبه سطحی و زیرزمینی در دشت میاندوآب و بررسی اثرات آن‌ها در آبخوان ، به‌صورت کمی است.
مواد و روش‌ها: در مدل‌سازی کمی آب زیرزمینی دشت میاندوآب از اطلاعات 120 چاه مشاهده‌ای استفاده شد و لایه‌های خاکشناسی، زمین‌شناسی، تغذیه و... برای منطقه جمع‌آوری گردید. تغییرات تراز آب زیرزمینی از مهر 1389 (2010) تا شهریور1395 ( 2016) در حالت پایدار و ناپایدار با کد مادفلو مدل‌سازی و مورد بررسی قرار گرفت. در GMS تحت کد MODFLOW، مراحل واسنجی مدل بر اساس تنظیم پارامترهای هیدرودینامیکی آبخوان مثل هدایت هیدرولیکی و تغذیه... برای 50 گام زمانی از آبان 1389 (70% دوره مدل‌سازی) انجام شد و بهترین تطبیق بین مقادیر محاسباتی و مشاهداتی به روش دستی و خودکار انجام شد. 30 % داده‌ها برای صحت سنجی استفاده شد. حساسیت مدل به ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان بررسی گردید. درنهایت سناریوهای مختلف حاکم و پیش روی منطقه و اثر آن‌ها بر روی رفتار آب زیرزمینی مثل سناریوها کاهش برداشت و کاهش تغذیه باکم کردن آب سطحی ورودی دشت کمی سازی شدند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد مقدار خطای RMSE به ترتیب برای حالت پایدار و ناپایدار در حدود 1 و 1.68 متر بوده و مقادیر هدایت هیدرولیکی در آبخوان بین 5/3 و 28 متر در روز و مقادیر آبدهی ویژه در آبخوان بین 3 الی 24 درصد متغیر است. مدل به تغذیه سطحی بیشترین حساسیت و برای آبدهی ویژه کمترین حساسیت را از خود نشان داد. ضریب پیرسون دوره واسنجی و صحت سنجی حالت ناپایدار بالای 0.98 بوده و مدل از دقت بالایی برخوردار است .کلیه تأثیرات سیاست‌های انقباضی دولت در قبال کاهش 40% آب سطحی و تعادل بخشی آبخوان با سطوح کاهش تغذیه طبیعی آبخوان اعمال گردید. با توجه به اینکه مقدار افت متوسط تراز آب زیرزمینی حدود 1/0 متر در سال است به‌منظور تعادل بخشی به آبخوان و همچنین راهکارهای مدیریتی سناریو کاهش برداشت از کلیه چاه بهره‌برداری اعمال‌شده است که با کاهش 5% برداشت، آبخوان نیم متر افزایش سطح ایستابی را تجربه خواهد کرد. آبخوان میاندوآب به خاطر کم شیب بودن دشت ، حساس بوده و در کاهش برداشت با نرخ بالا ، قسمتی از دشت زه داری را نشان می‌دهد لذا هرگونه سیاست‌گذاری باید مبتنی بر مدل‌سازی باشد .
نتیجه‌گیری: به‌منظور بهبود شرایط آبخوان میاندوآب که یکی از خاص‌ترین آبخوان‌های کشور است، پیشنهادهایی مبنی بر تغییر در الگوی کشت محصولات کشاورزی ، نظارت بر برداشت‌هایی آب از چاه‌های بهره‌برداری موردتوجه سازمان‌ها قرار گیرد و اثر تغییر اقلیم و خشک‌سالی بر منابع آب زیرزمینی ازنظر کمی و کیفی موردبررسی قرار گیرد. سناریوهای مختلفی ازجمله بهینه‌سازی و تغییر الگوی کشت و همچنین احداث زهکش در مناطقی که تبخیر از آبخوان زیاد است در جهت بهبود وضعیت آبخوان مورد ارزیابی قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Quantitative Changes in Groundwater Resources of Miandoab Plain Under the Influence of Contractionary Water Allocation Policies

نویسندگان [English]

  • Ehsan Javadi 1
  • Behzad Hessari 2
  • Mahsa Mohammadhoseinzadeh 3
1 M.Sc. Graduate of Water Recourses Engineering, Dept. of Water Engineering, College of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran.
2 Corresponding Author, Associate Prof., Dept. of Water Engineering, College of Agriculture and Urmia Lake Research Institute, University of Urmia, Urmia, Iran.
3 . Ph.D. Student of Water Recourses Engineering, Dept. of Water Engineering, College of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran.
چکیده [English]

Background and Objective: Due to limitations in renewable freshwater resources, proper management of resources and demands is one of the key factors for achieving sustainable management. This is a critical factor in achieving sustainable water management. This study aims to investigate the impact of government contractionary policies on the reduction of surface and groundwater rights in the Miandoab plain and quantitatively examining their impacts on groundwater resources.
Materials and Methods: The quantitative modeling of groundwater in the Miandoab plain utilized data from 120 observation wells. Geological, soil layer, and recharge layers pertinent to the region were collected. Groundwater level changes from October 2010 to September 2016 were modeled and analyzed in both stable and unstable)transient) states using the MODFLOW code. The model calibration stages were performed based on adjusting the hydrodynamic parameters of the aquifer, such as hydraulic conductivity and recharge, for 50time steps from November 2010 (70% of the modeling period). The best fit between computational and observational values was achieved both manually and automatically. 30% of the data was used for model validation. The model’s sensitivity to the aquifer’s hydrodynamic coefficients was examined. Finally, various scenarios related to water allocation reduction policies of the region and their effects on groundwater behavior, such as reducing extraction and recharge by decreasing surface water entering the plain, were quantified.
Results: The results demonstrated that the Root Mean Square Error (RMSE) was approximately 1 and 1.68 meters for the stable and unstable(transient) states, respectively. The hydraulic conductivity values within the aquifer ranged between 3.5 and 28 meters per day, and the specific yield values varied between 3 to 24 percent. The model exhibited the highest sensitivity to surface recharge and the least sensitivity to specific yield. The Pearson coefficient for the calibration and validation period of the unstable state exceeded 0.98, indicating a high degree of model accuracy. All effects of the government’s contractionary policies on reducing 40% of surface water and balancing the aquifer with the levels of natural aquifer recharge were implemented. Given that the average drop in groundwater level is approximately 0.1 meters per year, a scenario of reducing extraction from all operating wells has been applied to balance the aquifer. With a 5% reduction in extraction, the aquifer is projected to experience a half-meter increase in the static level. The Miandoab aquifer, due to the low slope of the plain, is sensitive and shows a part of the plain as a water ponding in reducing extraction at a high rate, hence any policy-making should be based on modeling.
Conclusion: To improve the conditions of the Miandoab aquifer, one of the country’s most unique aquifers, suggestions have been made for changes in the cultivation pattern of agricultural products, monitoring of water extraction from operating wells, and examination of the impact of climate change and drought on groundwater resources in terms of quantity and quality. Various scenarios, including optimization and change of cultivation pattern, as well as the construction of drainage in areas where evaporation from the aquifer is high, should be evaluated to improve the aquifer situation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GMS
  • Modflow
  • groundwater quantity
  • Urmia Lake
1.Chitsazan, M., & Kashkoli, H. A. (2002). Ground Water Modeling and Solving Hydrogeological Problems Ahvaz
.2-.Shamsaei, A., & Farghani, A. (2013). integrated use of surface and underground water resources in dry areas. Scientific-research journal of water resources research in Iran. 7-20.3.Shahid Chamran University Press. 680p. [In Persian]2Raja, O., Parsinejad, M., & Tajrishy, M. (2022). Simulation of Groundwater Balance Using Integrated Surface and Groundwater SWAT-MODFLOWNWT Model (Case Study: Mahabad Plain). Journal of Water and Soil. 36 (1), 31-52. [In Persian with English abstract]. DOI:10.22067/JSW.2022.74890.1138.4.Jonubi, R., Rezaverdinejad, V., Behmanesh, J., & Abbaspour, K. (2018), Investigation of quantitative changes in the groundwater table of Miandoab plain affected by surface and groundwater resources management using the MODFLOW-NWT mathematical model, Iranian Journal of Soil and Water Research, 49 (2), 467-481. doi: 10.22059/ ijswr.2017.239340.667731.5.Karamati, M., & Saeed, A. (2007). Simulation and sensitivity analysis of groundwater level with MODFLOW model, 7th Iran Hydraulic Conference, Tehran, Iran Hydraulic Association, Water and Power Industry University. 15-25.6.Mirabbasi, R., & Rahnama. (2016). Simulation of Sirjan plain aquifer using MODFLOW model and investigation of the effects of construction of Tangouye dam on it, Iranian Water Research Journal, first year, first issue. 4-10.7.Hosni, F., & Seyyed, J. (2015). Simulation of the effects of the construction of Gaoshan dam on the amount of groundwater loss downstream of the dam using MODFLOW software, the third international conference on new research achievements in civil engineering, architecture and urban management, Tehran, International Confederation of Inventors of the World (IFIA), University of Applied Sciences. 10-15.8.Aghaari, E., & Iraj, S. (2014). Hydraulic simulation of underground water flow in Zarinabad Goltepe plain in Zanjan province using MODFLOW model, 13th Iran Hydraulics Conference, Tabriz, Tabriz University - Department of Water Engineering. 40-50.9.Jabari, S., Sadradini, A., Nazimi, A., & Taran, F. (2014). Investigating the quantitative changes of coastal aquifers using a mathematical model-case study: Maragheh-Banab Plain, 13th Iran Hydraulic Conference, Tabriz, Tabriz University- Department of Water Engineering. 12-20.10.Shamsaei, A., & Farghani, A. (2013). integrated use of surface and underground water resources in dry areas. Scientific-research journal of water resources research in Iran. 7-14.11.Yari, P., Karimi, S., & Dadmehr. (2013). the response of the underground water resources system model of the Zarineh Rood plain to possible feeding and discharge factors through the irrigation and drainage network of the plain". The 4th Iran Water Resources Management Conference, Amir Kabir University. 20-30.12.Akbarpour, A., Azizi, M., & Shirazi, M. (2010). Management of exploitation of underground water in Mukhtaran Plain, 9th Iran Hydraulic Conference, Tarbiat Modares University. 12-20.13.Chepkemoi, A., Home, F., Raude, S., & Kiptum, T. (2023). Modeling of groundwater potential in Kericho County, Kenya, using GMS_MODFLOW. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2022.e01492.14.Hidalgo, S., Guardiola, A., & Heredia, C. (2021). Selecting Suitable MODFLOW Packages to Model Pond–Groundwater Relations Using a Regional Model. Water, 13, 1111. https://doi.org/10. 3390/w13081111.15.Xiang, Z., Bailey, R., Nozari, S., Husain, Z., Kisekka, I., Sharda, V., & Gowda, P. (2020). DSSAT MODFLOW: A new modeling framework for exploring groundwater conservation strategies
in irrigated areas. Agricultural Water Management, Elsevier, 232(C). DOI: 10.1016/j.agwat.2020.106033.16.Lyazidi, R., Mohamed Abdelbaset Hessane, M., Jaouad Filali Moutei, J., & Bahir, M. (2020). Gareb-Bourag plains, Morocco embedding the groundwater modeling system. Groundwater for Sustainable Development 11 (3-4), 100471. doi:10.1016/j.gsd.2020.100471.17.Almuhaylan, M., Ghumman, A., Saleh Al-Salamah, I., Ahmad, A., & Ghazaw, Y. (2020). Evaluating the Impacts of Pumping on Aquifer Depletion in Arid Regions Using MODFLOW, ANFIS
and ANN. Water, 12(8), 2297; https:// doi.org/ 10.3390/w12082297.18.Jalut, Q. (2020). Modelling of Groundwater Flow of Baquba District Area, Diyala Governorate, North-East, Iraq. Diyala Journal of Engineering Sciences, 13 (3), 9-22. doi:10.24237/ djes.2020.13302.19.Chakraborty, S., Maity, P., & Das, S. (2019). Investigation, simulation, identification and prediction of groundwater levels in coastal areas of Purba Midnapur, India, using MODFLOW. Environ. Dev. Sustain.
22, 3805-3837. https://doi.org/10.1007/ s10668-019-00344-1.20.Yari, E. (2018). The interaction of the irrigation and drainage network of Miandoab Plain (Zarine River) with the model of underground water resources of the plain, master's thesis, Urmia University.21.Jonubi, R., Rezaverdinejad, V,. behmanesh, J., & Abbaspour, K. (2018). Investigation of quantitative changes in the groundwater table of Miandoab plain affected by surface and groundwater resources management using the MODFLOW-NWT mathematical model, Iranian Journal of Soil and Water Research, 49 (2), 467-481. doi: 10. 22059/ijswr.2017.239340.667731.