ارزیابی اثرات اجرای سناریوهای مدیریت کشاورزی بر کمیت و کیفیت منابع آب سطحی با استفاده از مدل نیمه‌توزیعی و بررسی آسیب‌پذیری آبخوان (مطالعه موردی: دشت هشتگرد)

الموضوعات :

محمودرضا نورعلی نژاد اسلاملو ¹ , مجتبی شوریان ² , سید سجاد مهدی زاده محلی ³

1 - دانشجوی دکتری مهندسی عمران، گروه عمران آب ، دانشکده عمران،معماری و هنر ، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، ایران.
2 - دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
3 - استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و منابع زمین، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزي، ایران.

تاريخ الإرسال : 03 السبت , صفر, 1445 تاريخ التأكيد : 17 الأربعاء , ربيع الثاني, 1445 تاريخ الإصدار : 08 الأربعاء , جمادى الأولى, 1445

الکلمات المفتاحية: آبخوان هشتگرد, آسیب‌پذیری, DRASTIC, آب سطحی, SWAT,

ملخص المقالة :

زمینه و هدف: منشاء بسیاری از مشکلات کیفی و کمی منابع آب، فعالیت‌هایی است که در یک حوضه آبریز انجام می‌شود. بنابراین بازنگری استراتژی‌های برنامه ریزی حوضه آبریز می‌تواند منجر به کاهش این چالش‌ها گردد، لذا ضروری است اثرات اجرای استراتژی‌ها پیش از اجرا، ارزیابی شود. روش پژوهش: در پژوهش حاضر که بر روی حوضه آبریز هشتگرد واقع در قسمت مرکزی استان البرز انجام گردیده است، پس از ساخت مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیعی SWAT به منظور تبدیل کمی و کیفی منابع آب سطحی این مدل توسعه داده شده است. به این منظور از آمار ایستگاه‌‌های هیدرومتری فشند، ده صومعه و نجم آباد و داده کیفی نیترات ایستگاه شاخص به‌عنوان نقطه کنترل مورد واسنجی و اعتبار‌سنجی قرار گرفتند، بعد از آنالیز حساسیت مدل، فرایند واسنجی توسط نرم افزار SWAT-CUP با الگوریتم SUFI2 با تعداد 500 تکرار انجام گرفت و بهترین مقادیر پارامترهای انتخابی بدست آمد. سپس اثر اجرای سناریوهای مدیریتی همچون اصلاح الگوی کشت و ارتقاء روش آبیاری برای افزایش راندمان کشاورزی در جهت بهبود وضعیت کشاورزی و کاهش میزان آلایندگی انجام گردید. در نهایت آسیب‌پذیری آبخوان هشتگرد با استفاده از هفت پارامتر DRASTIC و با تلفیق لایه‌ها با وزن‌دهی و رتبه‌بندی ارزیابی گردید. یافته‌ها: نتایج شبیه‌سازی رواناب سطحی در مقیاس ماهانه توسط شاخص‌های آماری نش- ساتکلیف و ضریب تبیین نشان داد که شبیه‌سازی با دقت خوبی انجام گردیده است (نتایج بالای 7/0)، نتایج حاصل از ضریب NS برای دوره واسنجی و صحت سنجی به‌ترتیب برابر 83/0 و 7/0 شد و ضریب R2 به‌ترتیب برابر 87/0 و 89/0 برآورد شد که بیانگر عملکرد مناسب مدل و همبستگی بالای داده‌های مشاهداتی و شبیه‌سازی شده می‌باشد. بعد از مشخص کردن نقشه آسیب‌پذیری آبخوان دشت به همراه تراکم چاه‌ها پس از اصلاح اوزان لایه‌های مدل، بخش مرکزی دشت بیشترین آسیب‌پذیری را داراست. نتایج: با مدل سازی دو سناریوی مدیریتی تغییر الگوی کشت و ارتقای راندمان آبیاری به منظورارزیابی تغییرات کیفی و کمی در منابع آب سطحی، نتایج حاکی از آن است که در این حوضه با اصلاح الگوی کشت و کاهش برداشت، میزان رواناب سطحی افزایش یافت.با این وجود غلظت نیترات در ماه های مختلف از 5 تا 20 درصد کاهش می‌یابد. با اعمال سناریوها، مقدار مصرف آب در بخش کشاورزی از 3/85 میلیون مترمکعب به 8/59 میلیون مترمکعب کاهش خواهد یافت. شاخص نهایی آسیب‌پذیری آبخوان با استفاده از روش DRASTIC بین 44 تا 90 متغیر شد.

المصادر:

Aller, L., Bennett, T., Lehr, J.H., Petty, R.J. and Hackett, G. (1987). DRASTIC: A Standardised System for Evaluating Groundwater Pollution Potential using Hydrogeologic Settings, US Environment Protection Agency, Ada, Oklahoma, EPA/60012-87/035

Ahirwar, S. and Shukla, J.P. (2018). Assessment of Groundwater Vulnerability in Upper Betwa River Watershed using GIS based DRASTIC Model. Journal of the Geological Society of India, 91(3), pp. 334-340.

Baalousha, H.M. (2016). Groundwater vulnerability mapping of Qatar aquifers. Journal of African Earth Sciences, 124, pp. 75-93.

Chitsazan, M. and Akhtari, Y. (2007). Assessment of contamination potential of zevircheri and kharan plains using DRASTIC and GIS models, Journal of water and wastewater. 17, 39-51. [In Persian]

Engebretsen, A., Vogt, R.D. and Bechmann, M. (2019). SWAT model uncertainties and cumulative probability for decreased phosphorus loading by agricultural Best Management Practices. Catena, 175, pp. 154-166.

Ficklin, D.L., Luo, Y. and Zhang, M. (2012). Watershed modelling of hydrology and water quality in the Sacramento River watershed, California. Hydrological Processes, in press.

Hussainzada, W. and Lee, H.S. (2022). Effect of an improved agricultural irrigation scheme with a hydraulic structure for crop cultivation in arid northern Afghanistan using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Sci Rep 12, 5186. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09318-2

Lathamani, R., Janardhana, M.R., Mahalingam, B. and Suresha, S. (2015). Evaluation of aquifer vulnerability using drastic model and GIS: a case study of Mysore city, Karnataka, India. Aquatic Procedia, 4, pp. 1031-1038.

Misaghi, F., Nasrabadi, M., Nouri, M. (2020). Application of SWAT Model to Simulate Nitrate and Phosphate Leaching from Agricultural Lands to Rivers. Advances in Environmental Technology, 6(1), 1-17. doi: 10.22104/aet.2020.4298.1214

Neitsch, S., Arnold, J., Kiniry, J., Williams, J. and K. King. (2005). Soil and water assessment tool: Theoretical documentation, version 2005. Texas, USA.

Nepal, D. and Parajuli, P.B. (2022). Assessment of Best Management Practices on Hydrology and Sediment Yield at Watershed Scale in Mississippi Using SWAT. Agriculture. 12(4):518. https:// doi.org/ 10.3390/ agriculture 12040518

Novinpoor, E. and Masoudi, S. (2018). Assessment the vulnerability of nazloochai urmia plain using DRASTIC, 2 chapters of new findings of applied geology, 12 (23). [In Persian]

Qiu, Z. and Wang, L. (2014). Hydrological and water quality assessment in a suburban watershed with mixed land uses using the SWAT model. Journal of Hydrologic Engineering, 19(4), 816 -27. https:// doi.org/ 10.1061/ (ASCE) HE.1943-5584.0000858

Shekhar, S., Pandey, A.C. and Tirkey, A.S. (2015). A GIS-based DRASTIC model for assessing groundwater vulnerability in hard rock granitic aquifer. Arabian Journal of Geosciences, 8(3), pp.1385-1401.

Wei, X. and Bailey, R. (2021). Evaluating nitrate and phosphorus remediation in intensively irrigated stream-aquifer systems using a coupled flow and reactive transport model. Journal of Hydrology, 598, 126-304, https://doi.org/10,1016/j.jhydrol.2021,126304