برآورد نرخ تغذیه آب زیرزمینی با استفاده از یک مدل توزیعی (مطالعه موردی آبخوان رفسنجان، استان کرمان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

تکنیک‌های برآورد بیلان آب زیرزمینی، یکی از موضوعات اصلی در هیدرولوژی و ابزارهایی برای مواجهه با مشکلات مهم هیدرولوژیکی است. یکی از چالش‌های مهم پیش روی برآورد بیلان آب زیرزمینی، وجود عدم قطعیت‌ها در پارامترهای ورودی و خروجی آن است. از جمله این عدم قطعیت‌ها می‌توان به نرخ تغذیه آب زیرزمینی اشاره کرد. نرخ تغذیه به‌طور فزاینده‌ای در مکان و زمان‌های مختلف، متفاوت و اندازه‌گیری آن به‌طور مستقیم بسیار دشوار است. در همین راستا در مطالعه حاضر به‌منظور برآورد مؤلفه تغذیه آب زیرزمینی از مدل توزیعی WetSpass-M با استفاده از داده‌های هواشناسی، نقشه کاربری اراضی، نقشه بافت خاک، نقشه شاخص سطح برگ با استفاده از تصویر لندست 8 و داده‌های چاه‌های بهره‌برداری در محدوده آبخوان رفسنجان در استان کرمان استفاده شد و مدل برای 8 سال به‌صورت ماهانه اجرا گردید. به‌منظور واسنجی و صحت‌سنجی مدل ابتدا از داده‌های دبی ماهانه ایستگاه هیدرومتری به­عنوان داده‌های مشاهداتی استفاده شد. با توجه به مقادیر ناچیز جریان سطحی در محدوده موردمطالعه به­منظور بررسی اطمینان به داده‌ها و تفکیک مؤلفه‌های بیلان آب از یکدیگر از داده‌های تبخیرتعرق واقعی برآورد شده توسط تکنیک‌های سنجش از دور نیز جهت کنترل محاسبات استفاده شد. طبق بررسی‌های انجام‌شده، متوسط بارش کل و متوسط تخلیه از چاه­های محدوده موردمطالعه در دوره شبیه‌سازی به ترتیب معادل 300 و 683 میلیون مترمکعب بر سال است که سهم تبخیرتعرق و تغذیه آب زیرزمینی به­طور متوسط به ترتیب 565 و 422 میلیون مترمکعب بر سال برآورد گردید. نتایج اجرای مدل، نشان‌دهنده سهم بسیار زیاد دو مؤلفه تبخیرتعرق و تغذیه در بیلان محدوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimation of Groundwater Recharge Rate Using a Distributed Model (Case Study of Rafsanjan Aquifer, Kerman Province)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Babaei 1
  • Hamed Ketabchi 2
1 M.Sc., Water Resources Engineering Dept., Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Water Resources Engineering Dept., Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Water balance estimation techniques are one of the main issues in hydrology and the tools to face the important hydrological problems. One of the most important challenges to estimate the groundwater balance components is uncertainty in the proposed inflow and outflow parameters, such as recharge rate. The recharge rate is varied temporally and spatially and it's directly measurement is very difficult. For this purpose, in this study to accurately estimate the recharge rate component of groundwater balance, WetSpass-M distributed model was applied using the meteorological data, landuse map, soil texture map, leaf area index map using Landsat8 images and operation wells data (irrigation of gardens and agricultural lands, industrial and drinking uses) in the study area of Rafsanjan plain, Kerman province. The model was run monthly for 8 years. In order to calibrate and validate the model, monthly surface flow measured data of the hydrometric station was used. Due to the negligible surface flow rates in the study area, actual evapotranspiration data estimated by remote sensing techniques were also used to evaluate and control the reliability of the data and different components of the water balance. According to the previous studies, the mean total precipitation and the average withdrawal from the operation wells during the simulation period are 300 and 683 MCM/year, respectively. The estimated evapotranspiration and groundwater recharge rate were averagely 564.7 and 422.1 MCM/year, respectively. The model results indicated that the two components of recharge and evapotranspiration rates contribute a large portion in the water balance of the plain.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater balance
  • Recharge rate
  • WetSpass-M model
  • Evapotranspiration
Abdollahi, K. (2015). Basin scale water balance modeling for variable hydrological regimes and temporal scales (Doctoral dissertation, Ph. D. Vrije Universiteit Brussel, Belgium).
Abdollahi, K., Bashir, I., Verbeiren, B., Harouna, M. R., Van Griensven, A., Huysmans, M., & Batelaan, O. (2017). A distributed monthly water balance model: formulation and application on Black Volta Basin. Environmental Earth Sciences, 76(5), 198.
Ahmadi, T., Ziaei, A. N., Rasoulzadeh, A., Davary, K., Esmaili, K., & Izady, A. (2015). Mapping groundwater recharge areas using CRD and RIB methods in the semi-arid Neishaboor Plain, Iran. Arabian Journal of Geosciences, 8(5), 2921-2935.
Armanuos, A. M., Negm, A., Yoshimura, C., & Valeriano, O. C. S. (2016). Application of WetSpass model to estimate groundwater recharge variability in the Nile Delta aquifer. Arabian Journal of Geosciences, 9(10), 553.
Baalousha, H. (2005). Using CRD method for quantification of groundwater recharge in the Gaza Strip, Palestine. Environmental Geology, 48(7), 889-900.
Batelaan, O., & De Smedt, F. L. O. R. I. M. O. N. D. (2001). WetSpass: a flexible, GIS based, distributed recharge methodology for regional groundwater modelling. IAHS PUBLICATION, 11-18.
Canora, F., Musto, M. A., & Sdao, F. (2018, May). Groundwater recharge assessment in the carbonate aquifer system of the Lauria Mounts (southern Italy) by GIS-based distributed hydrogeological balance method. In International Conference on Computational Science and Its Applications (pp. 166-181). Springer, Cham.
Coelho, V. H. R., Montenegro, S., Almeida, C. N., Silva, B. B., Oliveira, L. M., Gusmão, A. C. V., ... & Montenegro, A. A. (2017). Alluvial groundwater recharge estimation in semi-arid environment using remotely sensed data. Journal of Hydrology, 548, 1-15.
Crosbie, R. S., Peeters, L. J., Herron, N., McVicar, T. R., & Herr, A. (2018). Estimating groundwater recharge and its associated uncertainty: Use of regression kriging and the chloride mass balance method. Journal of Hydrology, 561, 1063-1080.
Delottier, H., Pryet, A., & Dupuy, A. (2017). Why should practitioners be concerned about predictive uncertainty of groundwater management models?. Water Resources Management, 31(1), 61-73.
Doble, R. C., & Crosbie, R. S. (2017). Current and emerging methods for catchment-scale modelling of recharge and evapotranspiration from shallow groundwater. Hydrogeology journal, 25(1), 3-23.
Duncan, M. J., Srinivasan, M. S., & McMillan, H. (2016). Field measurement of groundwater recharge under irrigation in Canterbury, New Zealand, using drainage lysimeters. Agricultural Water Management, 166, 17-32.
Ebrahimi, H., Ghazavi, R., & Karimi, H. (2016). Estimation of groundwater recharge from the rainfall and irrigation in an arid environment using inverse modeling approach and RS. Water resources management, 30(6), 1939-1951.
Han, D., Currell, M. J., Cao, G., & Hall, B. (2017). Alterations to groundwater recharge due to anthropogenic landscape change. Journal of hydrology, 554, 545-557.
Iran Water Resources Management Company. (2015). Report of ِDaranjir and Saghand river basin. Water resources balance report of the Rafsanjan study area.Yekom Consulting Engineers Company. (In Farsi).
Ketabchi, H., Mahmoudzadeh, D., Ghadimi, S., Saghi Jadid, M. (2018). A review of evaluating groundwater balance in Iran: Methods and suggestions. Islamic Parliament Research Center of The Islamic Republic Of Iran, Head of Research and production, Department of Water and Environment. (In Farsi).
Khalaf, A., & Donoghue, D. (2012). Estimating recharge distribution using remote sensing: a case study from the West Bank. Journal of Hydrology, 414, 354-363.
Obuobie, E., Diekkrueger, B., Agyekum, W., & Agodzo, S. (2012). Groundwater level monitoring and recharge estimation in the White Volta River basin of Ghana. Journal of African Earth Sciences, 71, 80-86.
Melki, A., Abdollahi, K., Fatahi, R., & Abida, H. (2017). Groundwater recharge estimation under semi arid climate: Case of Northern Gafsa watershed, Tunisia. Journal of African Earth Sciences, 132, 37-46.
Study for Accurate Groundwater Resources Balance of Rafsanjan Plain. (2019). Water Engineering Research Institute, Tarbiat Modares University, Iranian Water Policy Research Institute at Kerman Chamber of Commerce, Industries, Mines & Agriculture. (In Farsi).
Subyani, A. M. (2004). Use of chloride-mass balance and environmental isotopes for evaluation of groundwater recharge in the alluvial aquifer, Wadi Tharad, western Saudi Arabia. Environmental Geology, 46(6-7), 741-749.
Yan, S. F., Yu, S. E., Wu, Y. B., Pan, D. F., & Dong, J. G. (2018). Understanding groundwater table using a statistical model. Water Science and Engineering, 11(1), 1-7.