برنامه‌ریزی پویایی تخصیص منابع آب سطحی و زیرزمینی برای اهداف کشاورزی و محیط زیست در حوزه خانمیرزا

محورهای موضوعی : مقالات برگرفته از پایان نامه

خدایار عبدالهی ¹ (استادیار گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، ایران)
سارا مردانیان ² (دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، ایران)
رفعت زارع بیدکی ³ (عضو هیات علمی/ دانشگاه شهرکرد)
ابوذر صالحی ⁴ (دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، ایران)

تاریخ دریافت : 1396/10/19 تاریخ پذیرش : 1401/09/26 تاریخ انتشار : 1401/08/01

کلید واژه: تخصیص بهینه منابع آب, پویائی سیستم, VENSIM, بهره‌برداری تلفیقی,

چکیده مقاله :

چکیده
مقدمه: رشد جمعیت در اکثر حوزه های آبخیز  منجر به افزایش تعداد و تنوع روزافزون حقابه‌بران  شده که  در نتیجه آن تخصیص بهینه آب، اهمیتی بیش از پیش پیدا می کند. در تحقیق  حاضر برای تخصیص منابع آب کشاورزی و محیط زیست در محیط نرم‌افزارVENSIM  مدلی به روش پویایی سیستم برای حوزه آبخیز خانمیرزا توسعه داده ‌شده ‌است.
روش­: این مدل بیلان و تخصیص آب شامل دو بخش جداگانه است که بخش نخست آن جهت به‌دست آوردن حجم آب سطحی و زیرزمینی تهیه شده و  بخش دیگر، به منظور نحوه تخصیص منابع آب در شرایط موجود و آینده (با فرض حفظ روند موجود) طراحی شده است. سیاست بهره‌برداری شامل استفاده تلفیقی از آب زیرزمینی و سطحی حوزه جهت رفع نیازهای شرب، کشاورزی، صنعتی و زیست‌محیطی است.
یافته­ ها: پس از توسعه مدل اجرا و بهینه سازی حجم آب سطحی و زیرزمینی انجام و کارائی مدل بیلان آزمون و بهینه شد. سپس با استفاده از روابط و قوانین مربوط به بهره‌برداری از منابع، برای تخصیص بهینه آب موجود در حوزه مورد مطالعه، الگوئی ترکیبی حاصل گردید. با توجه به دینامیک تغییرات در حجم آب در دسترس در منطقه، نتایج گویای عدم کشش منابع برای تأمین کلیه نیازهای موجود و شرایطی در منطقه مخصوصاً در بخش کشاورزی آتی بوده است،  لذا سناریو ترکیبی آیش و بهبود کارائی آبیاری می تواند آسیب پذیری تخصیص منابع را کاهش دهد.
نتیجه­ گیری: نتایج این مدل نشان می‌دهد پویائی سیستم می تواند ابزاری خلاقانه در تخصیص منابع آب، برنامه‌ریزی و سیاست‌های مدیریتی مناسب در منطقه باشد و در این منطقه تحلیلهای علت معلولی نشان از اهمیت استفاد تلفیقی از منابع آب دارد .

چکیده انگلیسی:

Abstract
Introduction: Due to rapid expansion of population, there is an increase in the number of water users. As a result, optimal water allocation has become a pivotal issue. System dynamics is a suit methodology for simulating and representing of water availability in complex condition and impacts of water resources usage over time. In this study, a dynamic water allocation model within Vensim GUI was developed for the agricultural and environmental water resources of Khamiriza catchment.
Methods: The model consists of two separate sections; the first part is a water balance module which is designed to provide surface water and groundwater simulations; the other part is a water allocation sub-model. After the development of the model, the water balance simulation optimized by optimizing the surface water and groundwater against observed data.
Findings: The water use policy includes the conjunctive use of groundwater and surface water to meet drinking, industrial, agricultural, and environmental demands. The results suggest that under current situation the quantity of available surface and groundwater could be insufficient to meet the demands of different sectors within the basin. Therefore, a scenario containing improved irrigation efficiency and 30% of the land in fallow may lead to the allocation vulnerability.
Conclusion:
The results of this application indicate that system dynamics can be considered as an innovative tool in the planning and allocating water resources. Moreover, conjunctive use of groundwater and surface water resources may lead to a better water allocation policy.
 
 
 
 
 
 
 

منابع و مأخذ:

1.      Ahmadifard A. and Hindu H., 2014. Salvation of the fertile plain of Khanmirza. Chaharmahal and Bakhtiari province site.  [In Persian]

2.      Shafianfard D, Koohian Afzal F and Yakhkashi M, 2014. Determining the best options for exploiting water resources using the WEAP model and multi-indicator decision analysis (Case study: Zingel area). Journal of Watershed Management, Volume 5, Number 9.  [In Persian]

3.      Sheikh Khazani, Z. Hosseini, K. And Rahimian M., 2010. Modeling the operation of multi-purpose tanks by system dynamics. Modeling in engineering. Volume 21. Pages 57-66. [In Persian]   [DOI:  10.22075/JME.2017.1560]

4.       Abdollahi, K., 2006. Iran Hydrology Reference Website, http: //www.hydr.ir Accessed: April 10, 2017. [In Persian]

5.      Kadkhoda Hosseini M, 1394. Using the system dynamics approach in the allocation of water resources (Case study: Choghakhor Dam). Master Thesis in Water Resources. Shahrekord University. School of Agriculture. ShahreKord. Iran. [In Persian]

6.       Morid S. and Bagheri Harouni M, 2012. Comparison of WEAP and MIKE BASIN models in water resources allocation (Case study: Talvar River). Soil and Water Conservation Research, Volume 20, Number 1. [In Persian]

7.      Mo'meni, 2005. Determining the optimal rule for multi-purpose operation of reservoirs, using a dynamic system. Master Thesis, Sharif University of Technology, p.103.  [In Persian]

8.      Mo'meni M. and Morvati Sh., 2006. Modeling the queue system dynamics using the system dynamics approach. Journal of Scientific-Research Shahed University. 13th year.No 17.  [In Persian]

9.       Mirzaei Sh, Shahgholian K, Asilizadeh, Selukdar and Zandafafandeh, (Translators), 2013. System Dynamics. Cashmere Publications. Tehran.p. 349. [In Persian]

10.  Mohammadian Kobria M, 2012. Water resources management using WEAP computer model (case study of Tajan river). Master Thesis, Department of Agricultural Water Engineering, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources.[In Persian]

11.  Abdolvandi A.F, Parsamehr A, Babazadeh H, Eslamian S, and Hossenipour Z. 2014. Conjunctive use of surface and groundwater resources using system dynamic appproach (case study: Namrod Dam). World environmental and resources congress. 1-5June. Portland.

12.  Ahmadi M.H, Rajabpour R, Raeiszadeh F, Farzin S. 2014. Investigation the effects of reserior operation on providing different demands by system dynamics(Case study: Kowsar Dam in Iran). International Journal of Scientific Research and Management. 2(14): 1807-1811.

13.  Cai X, McKinney D.C, Rosegrant M.V. 2003. Sustainability analysis for irrigation water management in the aral sea region. Agricultural Systems. 76 (3): 1043-1066. [DOI: 10.1016/S0308-521X(02)00028-8]

14.   Chang Y, Chen H, Chen K. 2014. Integrated wetland management: an analysis whith group model building based on system daynamics model. Journal of enviremental management. 146: 309-319. [DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.05.038]

15.  Elshorbagy A, Gober P, Hassanzadeh E, Wheater H. 2014. Managing water in complex systems: An integrated water resources model for saskatchewan, canada. Joural of Environmental Modelling & Software. 58: 12-26. [DOI: 10.1016/j.envsoft.2014.03.015]

16.  Forrester J. 1961. Industrial dynamics. MIT Press. Cambridge.  484p.

17.  Gleick P. 1998. Water in crisis: paths to sustainable water use. Journal of Applied Ecology.  8: 571– 579.

18.  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. [DOI: 10.1029/WR018i001p00014]

19.  Hutchinson C.F, Varady R.G, Drake S. 2010. Old and new: changing paradigms in arid lands water management. In: Schneier-Madanes M.F. Courel G. (eds.) Water and sustainability in arid regions, Chapter 3. Springer. Berlin. pp: 311–332. [DOI: 10.1007/978-90-481-2776-4_19]

20.  Jahandideh Tehrani M, Bozorg Hadad O, Marino M.A. 2014. Power generation simulation of a hydropower reservoir system using system dynamics: Case study of Karoon reservoir system. Journal Energy Engineering. :140: 1_12.

21.  Kjeldsen T.R and Dan Rosbjerg. 2004. Choice of reliability, resilience and vulnerability estimators for risk assessments of water resources systems /Choix d’estimateurs de fiabilité, de résilience et de vulnérabilité pour les analyses de risquede systèmes de ressources en eau, Hydrological Sciences Journal. 49:5, -767. [DOI: 10.1623/hysj.49.5.755.55136]

22.  Kundzewicz  Z. W, Kindler J. 1995. Multiple criteria for evaluation of reliability aspects of water resource systems. Modelling and Management of Sustainable Basin-scale Water Resource Systems (Proceedings of a Boulder Symposium, July 1995). IAHS Publ. No. 231. 

23.  Mirchi A, Watkins D, Madani K. 2010. Modeling for watershed planning, management, and decision making. In: Vaughn J.C. (Ed.) Watersheds: Management, Restoration and Environmental Impact. Chapter 6. Nova Science Publishers. New York. pp: 354-392.

24.  Momeni A, Tajrishi M, Abrishamchi A. 2006. Multipurpose operation modeling of multi-purpose tank using system dynamics method. Water and Wastewater Journal. Volume 57. Pages47_58.

25.  Pistocchi A, Bouraoui F, Bittelli M. 2008. A simplified parameterization of the monthly topsoil water budget. WATER RESOURCES RESEARCH. VOL. 44, W12440. [DOI:10.1029/2007WR006603]

26.  Raskin P. P, Gleick P, Kirshen G, Pontius and Strzepek K. 1997. Water Futures: Assessment of Ling-range Patterns and Prospects. Stockholm Environment Institute, Stockholm,77p.

27.  Sadeghi Khalegh abadi L, Shamsi A, and Goharnejad H. 2014. An analysis of the sustainability oof baisin water resources using Vensim model. Journal of Civil Engineering. 19(6): 1941-1949. [DOI: 10.1007/s12205-014-0570-7]

28.  Saysel A.K, Barlas Y, Yenigun O. 2002. Environmental sustainability in an agricultural development project: a system dynamics approach. Journal of Environment Management. 64(3): 247-260. [DOI: 10.1006/jema.2001.0488]

29.  Sieber J, Swartzand C, A. 2005. Huber-Lee. WEAP21 A Demand-, Priority-, and Preference-Driven Water Planning Model Part 1: Model Characteristics International Water Resources Association Water International. Volume 30. Number 4. Pages 487-500. [DOI: 10.1080/02508060508691893]

30.  Simonovic S.P, Ahmad S. 2002. System dynamics modeling of reservoir operation for management. Journal of Computing in Civil Engineering. 14(3): 190-198.

31.  Simonovic S.P. 2009. Managing water resources, methods and tools for a system approach. United Nations Educational. Scientific and Cultural Organization. UNESCO Publishing. Paris.  640p.

32.  Stave K. 2003. A System dynamics model to facilitate public understanding of water management option of Las Vegas, Nevada. Journal of eNvironmental Management. 67(4): 303-313.

33.  Sterman J.D. 2000. Business dynamics: Systems thinking and modeling for a complex world. McGraw- Hill Higher Education. Boston.  982p.

34.  UN-Water. 2005. A Gender Perspective on Water Resources and Sanitation.  Interagency task force on gender and water. In: The 12th Session of the commission on sustainable development. USA. New York. 25p.

35.  UN-Water. 2008. Status report on integrated water resources management and water efficiency plans. In: The 16th Session of the Commission on Sustainable Development. USA. New York. 53p.

36.  Wei SH, Yang H, Sond J, Abbaspour K and Xu Z. 2012. System Dynamics simulation model for assessing socio-economic impact of different levels of envirmental flow alloction in the weihe River Basin , China. European journal of Operational Research. 221: 248_262. [DOI: 10.1016/j.ejor.2012.03.014]