تاثیر شبکه آبیاری و زهکشی تجن بر تامین نیازهای جریان محیط‌زیستی منابع آب

الموضوعات :

سیده زهره هاشمی ¹ , عبداله درزی نفت چالی ² , فاطمه کاراندیش ³ , هنک ریتزما ⁴ , کریم سلیمانی ⁵

1 - دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران.
2 - گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران.
3 - گروه مهندسی آب دانشگاه زابل، ایران.
4 - گروه مدیریت منابع آب دانشگاه واخنینگن، هلند.
5 - گروه مهندسی آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران.

تاريخ الإرسال : 15 الأحد , جمادى الثانية, 1444 تاريخ التأكيد : 15 الإثنين , رجب, 1444 تاريخ الإصدار : 05 الأحد , محرم, 1445

الکلمات المفتاحية: کیفیت آب, آب زیرزمینی, پایداری, رودخانه تجن, آب بندان,

ملخص المقالة :

زمینه و هدف: در سال های اخیر، به دلیل تاکید مکرر برنامه ها و اسناد توسعه کشور بر امنیت غذایی و ارتقای خودکفایی در تولید محصولات اساسی کشاورزی، تلاش های زیادی برای توسعه کشاورزی شده است. عدم توجه به پایداری محیط زیست به عنوان یکی از ارکان اساسی پایداری سیستم های تولید محصولات کشاورزی، فشارهای زیادی را بر محیط زیست شکننده و به ویژه بر اکوسیستم های آبی وارد نموده است. یکی از جنبه های مهم برای بررسی ارزیابی پایداری منابع آب هر منطقه، نحوه تامین نیازهای جریان محیط زیستی (EFR) این منابع در طولانی مدت می باشد. در این تحقیق، روند تامین EFR کمی و کیفی منابع آب سطحی و زیرزمینی در محدوده شبکه آبیاری و زهکشی تجن (TIDN) در استان مازندران بررسی می شود.روش پژوهش: EFR هیدرولوژیکی و کیفی منابع آب سطحی (S.EFR) شامل رودخانه تجن (T.EFR) و آب‌بندان ها (A.EFR) و آب زیرزمینی (G.EFR) از لحاظ کمی و کیفی در دوره ی قبل (1997-1984) و بعد (2019-1998) از بهره برداری از TIDN تعیین شد. مقدار EFR کمی رودخانه تجن با استفاده از چهار روش هیدرولوژیکی جریان متغیر ماهانه (VMF)، تنانت، تسمن و اسماختین محاسبه شد. مقدار EFR کیفی این رودخانه بر مبنای سه آلاینده اصلی آب‌های سطحی در منطقه شامل نیتروژن، فسفر و شوری تعیین شد. حداقل حجم آب مورد نیاز برای حفظ پایدار اکوسیستم آب‌بندان، به عنوان A.EFR لحاظ شد. با توجه به اینکه تاکنون روش مشخصی برای تعیین EFR منابع آب زیرزمینی ارایه نشد، در این پژوهش، با تلفیق پارامترهای کمی و کیفی مانند عمق آب زیرزمینی، غلظت شوری و نیتروژن، EFR این منابع تعیین شد.یافته‌ها: میانگین جریان رودخانه در دوره های قبل و بعد از بهره‌برداری از TIDN به ترتیب 53/14 و 36/8 مترمکعب بر ثانیه بود. قبل از بهره برداری از TIDN، براساس روش های MVF، اسماختین، تسمن و تنانت، به ترتیب EFR هیدرولوژیکی رودخانه در 1/79، 2/59، 1/69 و 1/90 درصد موارد تامین شد. میزان تامین در دوره بعد از بهره برداری، به ترتیب در 4/53، 1/27، 4/41 و 3/73 درصد موارد بود. از نظر نیتروژن و شوری، میزان عدم تامین EFR کیفی این رودخانه از نظر نیتروژن و شوری، در دوره بهره برداری به ترتیب 1/11 و 9/9 درصد نسبت به دوره قبل افزایش یافت. هدایت الکتریکی بیشترین نقش را در کمبود EFR کیفی رودخانه داشت و پس از آن به-ترتیب نیتروژن و فسفر قرار داشتند. بهره برداری از TIDN سبب افزایش عمق و غلظت نیتروژن آب زیرزمینی شد به طوری که در دوره بهره برداری، منطقه ناپایدار از نظر این دو مولفه افزایش یافت. قبل از احداث شبکه، هیچ بخشی از منطقه دارای کمبود EFR هیدرولوژیکی بیشتر از 353 متر مکعب نبود؛ لکن پس از آن، حدود 6/40 درصد منطقه کمبودهای بیشتر از این را تجربه کرده است. همچنین، محدوده دارای کمبود EFR کیفی از نظر نیتروژن از 4/13 درصد در دوره قبل از TIDN به 6/35 درصد در دوره بهره-برداری از شبکه افزایش یافت.نتیجه گیری: توسعه TIDN سبب افزایش عدم تامین EFR کمی و کیفی منابع آب سطحی و زیرزمینی در منطقه شد. با توجه به محدودیت تامین EFR بعد از بهره‌برداری از TIDN به‌ویژه در فصول کم باران، بازنگری در الگوی کشت و روش آبیاری ضروری به نظر می‌رسد. در غیر این صورت، ادامه ی روند فعلی، با برهم زدن کامل توازن زیست محیطی، کشاورزی را از حالت پایدار خارج خواهد نمود.

المصادر:

Abbasi, N., Bahramloo, R., and Movahedan, M., 2015. Strategic Planning for Remediation and optimization of Irrigation and Drainage Networks: A case study for Iran. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 4: 211 – 221.

Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., and Smith, M., 1998. Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirement. FAO. Irrigation and Drainage Paper, No 56.

Allen, R.G., Pereira, L.S., and Raes, D., 1998. Crop Evapotranspiration-Guidelines for Computing Crop Water Requirements-FAO Irrigation and Drainage Paper 56. FAO, Rome, 300(9): D05109.

Arthington, A.H., Kennen, J.G., Stein E.D., and Webb J.A., 2018. Recent advances in environmental flows science and water management-Innovation in the Anthropocene. Freshwater Biology, pp. 1-13.

ÇELİK, R., 2018. Impact of Dams on Groundwater Static Water Level Changes: a Case Study Kralkızı and Dicle Dam Watershed. International Journal of Engineering Research and Development, 10 (2):119-126.

Darzi-Naftchali, A., Bagherian-Jelodar, M., Mashhadi-Kholerdi, F., and Abdi-Moftikolaei, M., 2020. Assessing socio-environmental sustainability at the level of irrigation and drainage network. Science of the Total Environment, 731, 1: 38927.

Darzi-Naftchali, A., and Shahnazari, A., 2014. Influence of subsurface drainage on the productivity of poorly drained paddy fields. European Journal of Agronomy, 56, 1–8.

De Graaf, I.E.M., Gleeson, T., van Beek, L.P.H., Sutanudjaja, E.H., and Bierkens, M.F.P., 2019. Environmental flow limits to global groundwater pumping. Nature, 574: 90–94.

FAO; IFAD; UNICEF; WFP; WHO, 2019. The State of Food Security and Nutrition in the World 2019: Safeguarding against Economic Slowdowns and Downturns. Available online: https://www.wfp.org/ publications /2019-state-food-security-and-nutrition-world-sofi-safeguarding-against-economic.

Fasola, M., and Canova, L., 1996. Conservation of Gull and tern colony sites in Northeastern Italy, an internationally important bird Area colonial water birds, 19 (1): 59-57.

Fienen, M.N., and Arshad, M., 2016. The international scale of the groundwater issue. In: Jakeman, A.J., Barreteau, O., Hunt, R.J., Rinaudo, J.D., Ross, A. (Eds.), Integrated Groundwater Management. Springer, Cham.

Giordano, M., 2009. Global groundwater? Issues and solutions. Annu. Rev. Environ. Resour, 34: 153–178.

Grizzetti, B., Lanzanova, D., Liquete, C., Reynaud, A., and Cardoso, A.C., 2016. Assessing water ecosystem services for water resource management. Environmental Science and Policy, 61:194-203. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2016.04.008Get rights and content.

Grogan, D., Wisser, A., Prusevich, R., Lammers, B., and Frolking, S., 2019. The use and re-use of unsustainable groundwater for irrigation: a global budget. Environmental Research Letters. https:// doi.org/10.1088/ 1748-9326/aa5fb2.

Hamidifar, H., Akbari, F., and Rowiński, P.M., 2022. Assessment of Environmental Water Requirement Allocation in Anthropogenic Rivers with a Hydropower Dam Using Hydrologically Based Methods—Case Study. Water, 14 (6):893. https://doi.org/10.3390/w14060893.

Hassanvand, M., Yazdi, M., and Karimi, R., 2017. Environmental effects of irrigation and drainage network of Kheirabad area, SW of Iran. Environmental Earth Sciences, 76 (15): https://doi.org/10.1007/s12665-016-6291-0.

Hazbavi, Z, and Gherachorlo, M., 2021. Spatio-Temporal Variations of Groundwater Level in Meshgin Plain Aquifer, Ardabil Province. Watershed management research, 32(2): 45-59. (In Persian)

Heicher, D.W., 1993. Instream flow needs: biological literature review. Susquehanna River Basin Commission Publication No, 149: 37.

Hoekstra, A.Y., 2019. Green-blue water accounting in a soil water balance. AdWR. 129, 112-117.

Hoekstra, A.Y., Chapagain, A.K., Aldaya, M.M., and Mekonnen, M.M., 2011. The water footprint assessment manual: Setting the global standard, Earthscan, London, UK.

Hussain, M.R., Abed, B.S., 2019. Simulation and assessment of groundwater for domestic and irrigation uses. Civil Eng. J, 5 (9), 1877–1892.

IMAJ. 2019. Iran’s Ministry of Agriculture Jihad, Tehran, Iran. www.maj.ir (In Persian).

Jia, H., Qian, H., Zheng, L., Feng, W., Wang, H., and Gao, Y., 2020. Alterations to groundwater chemistry due to modern water transfer for irrigation over decades. Sci. Total Environ, 717, 137170.

Kalantari, N., Sheikhzadeh, A., and Mohammadi H., 2021. Investigation of Groundwater quality in Gotvand aquifer with emphasis on nitrate concentration. Iran-Water Resources Research, 17:228-238. (In Persian)

Kao, Y.H., Liu, C.W., Jang, C.S., Zanh, S.W., and Lin, K.H., 2010. Assessment of nitrogen contamination of groundwater in paddy and upland fields. Paddy and Water Environment, 9(3): 301-307.

Karandish, F., Hoekstra, A., and Hogeboom, R.J., 2018. Groundwater saving and quality improvement by reducing water footprints of crops to benchmarks levels. Advances in Water Resources. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.

Karandish, F., and Hoekstra, A.Y., 2017. Informing national food and water security policy through water footprint assessment: the case of Iran. Water, 9(11): 1-25.

Karandish, F., and Simunek, J., 2019. A comparison of the HYDRUS (2D/3D) and SALTMED models to investigate the influence of various water-saving irrigation strategies on the maize water footprint. Agric. Water Manage, 213: 809-820.

Karimi, S., Salari Jezi, M., and Qurbani, K., 2017. River Environmental Flow Assessment Using Tennant, Tessman, FDC Shifting and DRM Hydrological Methods. Iranian Journal of Ecohydrology, 4(1): 177-189. (In Persian)

Liu, C., Kroeze, C., Hoekstra, A.Y., and Gerbens-Leenes, W., 2012. Past and future trends in grey water footprints of anthropogenic nitrogen and phosphorus inputs to major world rivers. Ecological Indicators, 18(0): 42– 49.

Mekonnen, M.M., and Hoekstra, A.Y., 2015. Global gray water footprint and water pollution levels related to anthropogenic nitrogen loads to fresh water. Environmental Science Technology, 49(21): 12860–12868.

Mekonnen, M.M., and Hoekstra, A.Y., 2017. Global anthropogenic phosphorous loads to fresh water and associated grey water footprints and water pollution levels: a high-resolution global study. Water Resources Research, https://doi.org/10.1002/2017WR020448.

Mohamed Khir Alla, Y., and Liu, L., 2021. Impacts of Dams on the Environment: A Review. International Journal of Environment, Agriculture and Biotechnology, 6(1):64-74.

Obianyo, J.I., 2019. Effect of salinity on evaporation and the water cycle. Emerging Science Journal, 3 (4), 255–262.

Pastor, A., Ludwig, F., Biemans, H., Hoff, H., and Kabat, P., 2014. Accounting for environmental flow requirements in global water assessments. Hydrology and Earth System Sciences, 18:5041–5059.

Pirouzian E., Sarai Tabrizi, M., and Sedghi, H., 2018. Investigating Different Methods for Estimating the Need for Environmental Water (Case Study: Alandchay River). Journal of Environmental Science and Technology, 22(7):25-41 (In Persian).

Pretty, J., and Bharucha, Z.P., 2014. Sustainable intensification in agricultural systems. Ann. Bot-London 114, 1571–1596.

Ranjbar, M., and Amini, N., 2014. Evaluation of the effect of dams on underground water resources (case study of Salman Farsi Dam - Fars Province). Geography, 40: 187-198 (In Persian).

Rosegrant, M.W., Ringler, C., and Tingiu. Z., 2009. Annual Review of Environment and Resources. Volume 34.

Shahmohammadnejad R., and Byzedi, M., 2021. Estimation of Ecological Flow of Ghezel Ozan River in Kurdistan Province Using Hydrological Methods. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 15(5): 1052-066. (In Persian)

Shakeri Zare, H., Karam, A., Safari, A., and Kiani, S., 2020. Assessment of the environmental flow requirement of Harirud border river bed after the construction and dewatering of Salma Dam. Afghanistan (with hydrological methods). Journal of Geography and Environmental Hazards, 34: 207-224 (In Persian).

Siebert, S., and Döll. P., 2010. Quantifying blue and green virtual water contents in global crop production as well as potential production losses without irrigation. Journal of Hydrology, 384:198–217.

Silva, G., 2018. Feeding the world in 2050 and beyond-Part: Productivity challenges. Michigan State University Extension.

Smakhtin, V.U., 2002. Environmental water needs and impacts of irrigated agriculture in river basins: a framework for new research program. Working Paper 42. Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute.

Steduto, P., Hsiao, T.C., Raes, D., and Fereres. E., 2009. AquaCrop-the FAO Crop Model to Simulate Yield Response to Water I. Concepts and Underlying Principles. Agronomy Journal, 101(3): 426- 437.

Tennant, D.L., 1976. Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources. Fisheries, 1: 6-10.

Tessmann, S.A., 1980. Environmental Assessment. Technical Appendix E. South Dakota Water Resources Institute. Brookings. USA.

Zand Razavi, B., Khaniki, H., Nasrollahi, A., and Boostani, D., 2019. Meaning reconstruction of participatory water governance: A qualitative review of group communication of groundwater beneficiaries of Rafsanjan plain 2016-2018. Iranian Journal of Social Studies, 12(4):44-66 (In Persian).

Zeiringer, B., Seliger, C., Greimel, F., and Schmutz, S., 2018. River Hydrology, Flow Alteration, and Environmental Flow. In: Schmutz S., Sendzimir J. Riverine Ecosystem Management. Aquatic Ecology Series, 8, 67-89.

Zhang, J., Hou, J., Zhang, H., Meng, C., Zhang, X., and Wei, C., 2019. Low soil temperature inhibits yield of rice under drip irrigation. J. Soil Sci. Plant Nutr. 19, 228–236. https://doi.org/10.1007/s42729-019-0008-x.