تخصیص بهینه آب در شبکه های آبیاری در شرایط لحاظ تغییرات شوری، مطالعه موردی: شبکه های آبیاری زاینده رود

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار /گروه مهندسی منابع آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد / گروه مهندسی منابع آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استادیار/ گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه اراک، اراک ، ایران

چکیده

شوری و کمبود آب از محدودیت‌های عمده تولید محصولات زراعی در مناطق خشک و نیمه خشک هستند. در این مناطق گیاهان بر حسب کمیت و کیفیت آب، ممکن است تحت تأثیر همزمان تنش‌های شوری و خشکی قرار گیرند.  لذا با توجه به محدودیت‌های منابع آب در این مناطق، بهینه‌سازی عمق آبیاری محصولات حائز اهمیت زیادی می‌باشد.  هدف اصلی تحقیق حاضر ارائه روش بهینه‌سازی تخصیص منابع آب با توجه به محدودیت‌های کمی و کیفی آب به منظور مدیریت خشکسالی می‌باشد. همچنین به منظور ارتقاء کارامدی مدل‌سازی، در روش‌شناسی مد نظر در بهینه‌ سازی تخصیص آب، شبکه ‌ها محصولات و مراحل رشد آنها و همچنین دور آبیاری در محاسبات لحاظ می‌‌گردد. بدین منظور  از یک مدل بهینه‌سازی سه لایه به منظور بهینه‌سازی  از سطح گیاه تا شبکه‌ های آبیاری استفاده می‌گردد. در این رویکرد با لحاظ شبیه‌ سازی عملکرد محصولات با استفاده از روش جدید فائو موسوم به FAO-2009 ،  میزان تخصیص آب در سطوح مختلف تقاضا به گونه ای تعیین می‌گردد که درآمد خالص  حاصل از سیستم حداکٍثر گردد.  بدین ترتیب مدل توسعه یافته قادر است در شرایط مختلف شوری و کمبود آب میزان عملکرد محصولات زراعی وهمچنین مقادیر بهینه تخصیص آب از سطح مخزن تا دوره رشد گیاه را برآورد کند. بررسی نتایج مدل در شبکه‌های آبیاری حوضه آبریز زاینده رود حاکی از آن است که سیستم مدل‌سازی سه لایه مورد استفاده در این تحقیق، به بخوبی توانست محاسبات لازم را برای تخصیص و توزیع آب بین شبکه‌ها، محصولات کشاورزی و برنامه‌ریزی آبیاری با توجه به محدودیت‌های کمی‌و کیفی منابع آب پوشش دهد. در این شرایط با افزایش مقدار شوری نرخ تغییرات درآمد بیشتر شده به گونه ای که با افزایش شوری در بازه 7-10ds/m کاهش درآمد کل سیستم  نسبت به حـالت پایه ( بدون لحاظ اثرات شوری‌) از 43 میلیارد ریال تا 103 میلیارد ریال می‌باشد

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of Water Allocation in Irrigation Networks Considering Water Quantity and Quality Constrains, Case Study: Zayandehroud Irrigation Networks

نویسندگان [English]

  • M. Delavar 1
  • S. Morid 2
  • M. Moghadasi 3
1 Assistant Professor,Water Resources Engineering Department, College of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Water Resources Engineering Department, College of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Water engineering Department, College of agriculture, Arak University, Arak, Iran
چکیده [English]

Salinity and water deficiency are the major constraints of crop production in arid and semi arid areas. Plants in these areas may simultaneously be affected by salt stress and drought based on the water quality and quantity. Considering the limitations of water resources in such areas, optimization of product depth of irrigation is very important. The main goal of this study is to provide a water resource allocation optimization method according to the qualitative and quantitative restrictions in order to manage water allocation in droughts. Also to enhance the modelling efficiency, water allocations in irrigation networks, crop productions and their growing stages and irrigation periods are considered in the optimization procedure. Finally, the developed model is able to estimate crop yields as well as the optimal amounts of water allocation from reservoir to plant growth stages due to salinity and water resources constraints. Evaluation of proposed model in Zayandehroud irrigation network showed that the modeling system used in this study is able to cover required calculations for allocation and distribution of water between sub-networks, crops, and agricultural irrigation planning according to the qualitative and quantitative restrictions in water resources.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water Quality
  • Yield
  • Irrigation network
  • Zayandehroud

فرشی ع ا، شریعتی م ر، جارالهی ر، قاسمی م ر، شهابی­فر م، فولادی س م (1376)  برآورد آب مورد نیاز گیاهان عمده زراعی و باغی کشور، جلد اول گیاهان زراعی. موسسه تحقیقات خاک و آب.

علیزاده ا (1380) طرح پروژه ملی (توتک) بهینه­سازی الگوی مصرف آب کشاورزی در ایران. سازمان هواشناسی کشور و وزارت جهاد کشاورزی.

Allen R G, Pereira LS, Raes D, Smith M (1998) Crop evapotranspiration, Guidelines for computing crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 56, FAO, Rome, Italy,300p.

Das B, Singh A, Panda S N, Yasuda H (2015) Optimal land and water resources allocation policies for sustainable irrigated agriculture. Land Use Policy 42:527-537.

Doorenbos J, Pruitt WO (1984) Guidelines for predicting crop water requirements.  Irrigation and Drainage. Paper 24.  Food and Agricultural Organization of the United Nations, Rome, Italy, 35-48.

Droogers P, Torabi  M (2002) Field scale scenarios for water and salinity management by simulation modeling. IAERI-IWMI Research Reports 12.

English M J, Raja S N (1996) Perspective on deficit irrigation. Agri Water Manag. 32: 1-14.

Feinerman E, Yaron D (1983) Economics of irrigation water mixing within a farm framework Water Resources Research 19:337-345.

Ghahraman B, Sepaskhah A R (2004) Linear and non-linear optimization models for allocation of alimited water supply. Irrigation and Drainage 53:39-54.

Letey J, Dinar A, Knapp KC (1985) Crop-water production function model for saline irrigation waters.Soil Science Society of America Journal 49(4):1005-1009.

Mass EV, Hoffman G J (1977) Crop salt tolerance current assessment. J.Irrigation and Drainage Division, ASCE 103:115-134.

McNeal B, Land Coleman NT (1966) Effect of solution and hydraulic conductivity. Soil Science 30:308-312.

Moghaddasi M, Morid S, Araghinejad S, Agha Alikhani M (2008) Assessment of irrigation water allocation based on optimization and equitable water reduction approaches to reduce agricultural drought losses: the 1999 droughtin the zayandeh rud irrigation system (iran). Journal Irrigation and Drainage. From http:www .interscience.wiley.com.

Munns R, Termaat A (1986) Whole plant responses to salinity. Australian Journal of Plant Physiology 13:143-160.

Paul S, Sudhindra N P, Kumar D N, (2000)  Optimal irrigation allocation: A multilevel, Approach.  ASCE, Journal of Irrigation and Drainage Engineering 126:149-154.

Prasad A S, Umamhesh N V, Viswanath G K (2011) Optimal irrigation planning model for an existing storag based irrigation system in India. Irrigation Drainage Systems 25(1):19-38.

Raes D, Steduto P, Hsiao T C, Fereres E (2010a) Aqua Crop – The FAO crop model to simulate yield response to water, Reference Manual.

Raes D, Steduto P, Hsiao T C, Fereres E (2010b) AquaCrop Reference Manual (Annexes).

Russo, D and Bakker, D (1987) Crop-water production functions for sweet corn and cotton irrigated with saline waters. Soil Science Society of America Journal. 51:1554-1562.

Shangguan Z, Shao M,  Horton R, (2002)  A model for regional optimal allocation of irrigation water resources under deficit irrigation and its applications. Agriculture Water Management 52:139-154.

Steduto P, Hsiao T C, Fereres E (2007) On the conservative behavior of biomass water productivity. Irrig. Sci. 25: 189-207.

Vazifedoust M, Van Dam JC, Feddes RA , Feizi  M (2008) Increasing water productivity of irrigated crops under limited water supply at field scale. Agricultural Water Management  95:89-102.