ارزیابی تغذیه آب زیرزمینی ناشی از اعمال سناریوهای مختلف آبیاری با استفاده از شبیه‌سازی عددی ناحیه غیر اشباع )مطالعه موردی: دشت نیشابور)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

4 استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

از آنجایی که بسیاری از مناطق ایران جزء مناطق خشک و نیمه­خشک جهان محسوب می­شود، موضوع تغذیه آب­های زیرزمینی به عنوان یکی از اجزای مهم چرخه آب در این مناطق از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش، تغذیه آب زیرزمینی ناشی از آب آبیاری برای 30 نقطه از دشت نیشابور که دارای لاگ حفاری بودند در سناریوهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. داده­های روزانه شامل بارش و تبخیروتعرق و شاخص سطح برگ گیاه کشت­­شده، برای شبیه­سازی در HYDRUS-1D استفاده شد. 30 لاگ حفاری براساس تنوع عمق سطح ایستابی و موقعیت مکانی و پراکندگی در سطح آبخوان برای مدل­سازی انتخاب شدند. بررسی میزان تغذیه در سناریو کشت گندم-آیش نشان داد که بسته به نوع بافت و ضخامت لایه غیر اشباع، مقدار تغذیه نسبت به تعداد دفعات آبیاری متفاوت خواهد بود. در بافت شنی حداکثر مقدار تغذیه مربوط به سناریوی 5 نوبت آبیاری (در بلوک خاکی با عمق 15 متر) به­طور متوسط برابر 23/325 میلی­متر در سال (45 درصد آب کاربردی) است. در بافت لوم-رسی-شنی بیشترین مقدار تغذیه در سناریوی 7 نوبت آبیاری (در بلوک خاکی با عمق 12 متر) به­طور متوسط برابر 86/68 میلی­متر در سال (5/9 درصد مقدار آب کاربردی) می­باشد. در لاگ­های حفاری با بافت لومی به دلیل زیاد بودن عمق بلوک خاک، مقدار تغذیه در سناریوهای مختلف یکسان و برابر 5/3 میلی­متر در سال (05/0 درصد آب کاربردی) است. در سناریو کشت گندم–محصول تابستانه، به دلیل آبیاری گیاه گوجه­فرنگی در فصل تابستان افزایش میزان تغذیه در لاگ­های حفاری مشاهده می­شود که به­موجب آن بیشترین مقدار تغذیه در لاگ حفاری با بافت شنی و عمق بلوک خاک 15 متر به­طور متوسط برابر با 47/440 میلی­متر در سال (60 درصد آب کاربردی) می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Groundwater Recharge Assessment of Different Irrigation Scenarios by Using Unsaturated Zone Modeling (Case Study: Neishabour Plain)

نویسندگان [English]

  • Ensiye Shamsi 1
  • Ali Naghi Ziaei 2
  • Seyed Mohammad Reza Naghedifar 3
  • Hossein Ansary 4
1 Msc. Graduate of Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, College of Agriculture, University of Ferdowsi, Mashhad, Iran
2 َAssociate Professor, Department Water Engineering, College Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
3 Department Water Engineering, College Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
4 Professor of Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Since many parts of Iran are located in arid and semi-arid regions of the world, groundwater recharge is an important component of the water cycle in these areas. In this paper, groundwater recharge under different irrigation scenarios for thirty logs lied in Neishabour plain was investigated. Daily data, including precipitation, evapotranspiration and leaf area index were used to run HYDRUS-1D software. Thirty observation logs with different depths of water table were selected at different locations in the plain. Analysis of the recharge rate in the wheat-fallow scenario showed that for different soil textures, groundwater recharge is dependent on the number of irrigation applications. For the logs with sandy soil textures, the maximum amount of recharge was obtained in five irrigation events scenario by an average of 325.23 mm year-1. For the logs with sandy clay loam soil texture, the highest recharge rate was obtained in the seven irrigation events scenario by an average of 67.43 mm per year-1. In the logs dug in loamy soil texture, due to the high depth of the soil block, the same recharge rate was obtained at different scenarios. In the case of a double-cropping scenario, groundwater recharge increased due to irrigation of tomato in summer. In this scenario, the highest recharge rate was obtained in observation log drilled in sandy soil texture with a depth of 15 m which was equal to 440.47 mm year-1.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Richards’ equation
  • HYDRUS -1D
  • Arid and semi-arid region
  • Infiltration

مراجع

Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D. and Smith, M., (1998). Crop Evapotranspiration-Guidelines for Computing Crop Water Requirements-FAO Irrigation and Drainage Paper 56 300. FAO, Rome, pp. 1–159 D05109.
Beykzadeh, E., Ziaei, A. N., Ansari H. and Lak R., Zaki M. (2016). Comparison of groundwater recharge in a sprinkler- and furrow-irrigated field using unsaturated zone modeling. Iranian Journal of Soil and Water Research. 47(1), 147-158. (In Farsi)
Carsel, R.F. and Parrish, R.S. (1988). Developing joint probability distributions of soil water retention characteristics. Water Resources Research. 24, 755–769.
Ebrahimian, H. and Hassanli, M. (2016) Irrigation and groundwater recharge. Tehran: Iran Water Resources Management Company, Iranian National Committee on Irrigation and Drainage (IRNCID). (In Farsi)
Feddes, R.A., Kowalik, P.J. and Zaradny, H. (1978). Simulation of Field Water Use and Crop Yield. John Wiley and Sons, New York, NY.
Gassman, P. W., Reyes, M. R., Green, C. H., and Arnold, J. G. (2007). The soil and water assessment tool: historical development, applications, and future research directions. Transactions of the ASABE, 50(4), 1211-1250.
Harbaugh, A. W. (2005). MODFLOW-2005, the US Geological Survey modular ground-water model: the ground-water flow process (pp. 6-A16). Reston, VA: US Department of the Interior, US Geological Survey.
Izady, A. (2011). Application and Assessment of a Developed Coupled-Groundwater–Surface Water Model in the Neishaboor Watershed. Ph.D. dissertation, Ferdowsi University of Mashhad (FUM), Mashhad. (In Farsi)
Jafari, H., Raeisi, E., Hoehn, E. and Zare, M. (2012). Hydrochemical characteristics of irrigation return flow in semi-arid regions of Iran. Hydrological sciences journal, 57(1), 173-185.
Jiménez-Martínez, J., Skaggs, T. H., Van Genuchten, M. T. and Candela, L. (2009). A root zone modelling approach to estimating groundwater recharge from irrigated areas. Journal of Hydrology, 367(1-2), 138-149.
Lak, R. (2014). Estimation of groundwater recharge in irrigated farms using unsaturated zone modeling, case study: Neyshabour Plain. MSc. Thesis, Ferdowsi University of Mashhad (FUM), Mashhad. (In Farsi)
Min, L., Shen, Y. and Pei, H. (2015). Estimating groundwater recharge using deep vadose zone data under typical irrigated cropland in the piedmont region of the North China Plain. Journal of Hydrology, 527, 305-315.
Naghedifar, S. M., Ziaei, A. N. and Ansari, H. (2018). Simulation of irrigation return flow from a Triticale farm under sprinkler and furrow irrigation systems using experimental data: A case study in arid region. Agricultural water management, 210, 185-197.
Nazarieh, F., Ansari, H., Ziaei, A. N., Izady, A., Davari, K. and Brunner, P. (2018). Spatial and temporal dynamics of deep percolation, lag time and recharge in an irrigated semi-arid region. Hydrogeology Journal, 26(7), 2507-2520.
Richards, L. A. (1931). Capillary conduction of liquids through porous mediums. Journal of Applied Physics, 1(5), 318-333.
Šimůnek, J., Šejna, M., Saito, H., Sakai, M., van Genuchten, M.T., (2018). The HYDRUS- 1D software package for simulating the one-dimensional movement of water, heat, and multiple Solutes in variably-saturated Media, Version 4.17. Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, California, USA.
Šimůnek, J. and Hopmans, J. W. (2009). Modeling compensated root water and nutrient uptake. Ecological modelling, 220(4), 505-521.
Skaggs, T. H., van Genuchten, M. T., Shouse, P. J. and Poss, J. A. (2006). Macroscopic approaches to root water uptake as a function of water and salinity stress. Agricultural Water Management, 86(1-2), 140-149.
Szymkiewicz, A., Savard, J. and Jaworska-Szulc, B. (2019). Numerical Analysis of Recharge Rates and Contaminant Travel Time in Layered Unsaturated Soils. Water, 11(3), 545.
Twarakavi, N. K. C., Šimůnek, J., and Seo, S. (2008). Evaluating interactions between groundwater and vadose zone using the HYDRUS-based flow package for MODFLOW. Vadose Zone Journal, 7(2), 757-768.
van Genuchten, M. T. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil science society of America journal, 44(5), 892-898.
Zaki, M. (2013). Estimation of groundwater recharge from irrigated fields using zero flux method. MSc. Thesis, Ferdowsi University of Mashhad (FUM), Mashhad. (In Farsi)
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 51، شماره 2
اردیبهشت 1399
صفحه 311-323

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار