شبیه‌سازی شوری زهاب و دبی زهکش زیرزمینی به‌روش تحلیل پویایی سیستم مطالعه موردی: اراضی توسعه کشت نیشکر امیرکبیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا همدان

3 گروه زمین شناسی، دانشگاه کانزاس، منهتن، آمریکا

10.22125/iwe.2020.120724

چکیده

کمیت و کیفیت زهاب تولید شده در اراضی شور که نیاز به آبشویی اولیه دارند، از شروع بهره‌برداری از شبکه آبیاری و زهکشی تا پیش از رسیدن به شرایط کم و بیش پایدار، همواره در حال تغییر می‌باشد. در مناطق با آب زیرزمینی شور و کم عمق، زمان رسیدن به حالت تعادل ممکن است چندین سال به طول بیانجامد. در چنین شرایطی، آگاهی از کمیت و کیفیت زهاب تولید شده به منظور مدیریت و کنترل آن، امری ضروری می باشد. در این تحقیق به کمک روش تحلیل پویایی سیستم که یک روش شبیه‌سازی به صورت شی‌گرا و مبتنی بر روابط بازخورد می­باشد،  اراضی کشاورزی مربوط به یک شبکه آبیاری و زهکشی، شبیه­سازی و دقت مدل در تعیین میزان شوری و دبی زهاب خروجی زهکش­های زیرزمینی اراضی مذکور مورد ارزیابی قرار گرفت. برای اعتباریابی نتایج مدل از داده­های جمع­آوری شده فروردین ماه سال 1383 تا بهمن ماه سال 1384 مربوط به مزارع ARC2، ARC4، ARC6 و ARC8 واقع در اراضی مرکز تحقیقات نیشکر (واحد توسعه کشت نیشکر و صنایع جانبی امیرکبیر، استان خوزستان) استفاده گردید. به­منظور تجزیه و تحلیل آماری از شاخص­های آماری ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، خطای استاندارد (SE) و ضریب تبیین (R2) استفاده شد. در این راستا، شاخص آماری RMSE برای دبی زهاب خروجی حاصل از مزارع ARC2، ARC4، ARC6 و ARC8 به­ترتیب برابر با 6639، 8546، 7950 و 8207 مترمکعب بر روز بدست آمد. همچنین این شاخص برای شوری زه­آب خروجی مزارع فوق به­ترتیب برابر با 25/2، 86/4، 04/2 و 98/7 دسی­زیمنس بر متر  برآورد گردید. نتایج نشان داد که مدل حاضر در شبیه­سازی دبی زهاب خروجی از لوله­های زهکش و شوری آن در منطقه­ای با سطح ایستابی شور و کم عمق، توانمند می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of Drainage Water Salinity and Discharge of Subsurface Drain Using System Dynamics Approach; Case Study in Sugar Cane Research Center of Amir Kabir

نویسندگان [English]

  • Saeed Azadi 1
  • Hamed Nozari 2
  • Behzad Ghanbarian 3
1 Department of Water Science Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 science and water engineering department, Faculty of agriculture, Bu Ali sina Hamedan
3 Dept. of Geology, Kansas State Univ., Manhattan KS, USA
چکیده [English]

Quality and quantity of drainage water in saline lands, which require primary leaching is continuously changing from the beginning of irrigation and drainage network operation before reaching a more or less equilibrium state. The time to reach a state of equilibrium in areas with saline groundwater may take several years. Therefore in this paper, the system dynamics technique that is one of the object oriented approach was used to simulate farms of irrigation and drainage network, and determine model performance to simulate the drainage water salinity and discharge of subsurface drains. To validate the results of the model, data collected in the 2004 and 2005 cropping years from ARC2, ARC4, ARC6 and ARC8 farms was used in the research area of ​​Sugar Center Research Center (Amir Kabir Agro Industrial Development Unit of Sugarcane Development Company, Khuzestan Province). To statistical analysis and calculating, the root mean square error (RMSE), standard error (SE) and correlation coefficient (R2), were used. In this regard, the RMSE statistical index for drainage discharge of ARC2, ARC4, ARC6 and ARC8 farms were 6639, 8546, 7950 and 8207 m3/day respectively. Also, the RMSE for drainage water salinity of the farms were 2.25, 4.86, 2.04 and 7.98 dS/m respectively. The results showed that the model is capable of simulating the drainage outflow and its salinity in saline and shallow water table region

کلیدواژه‌ها [English]

  • drainage water quantity
  • Drainage water salinity
  • Irrigation and Drainage Network
  • VENSIM
حسن­اقلی، ع.، ع. اسمعیلی امینلویی و ح. سخایی­راد. 1394. بررسی کمیت و کیفیت زهاب زهکش­های زیرزمینی بدون پوشش در مقایسه با پوشش معدنی در دشت شادگان. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، جلد 29، شماره 2، 275-263.
قنادان­زاده، م. 1385. بررسی شوری زهاب زمین­های کشاورزی و ارائه مدل پیش­بینی EC و ضریب زهکشی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی (مطالعه موردی: اراضی کشت و صنعت امیرکبیر). پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات اهواز.
شکیبا، م.، ع. م. لیاقت و ف. میرزایی. 1392. بررسی اثر عمق سطح ایستابی و دبی آب آبیاری بر عمق اختلاط و کیفیت زهاب زیرزمینی خروجی از مدل آزمایشگاهی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، شماره 2، جلد 7، 132-122.
مختاران، ر.، ع. ناصری، ح. کشکولی و س. برومند نسب. 1392. اثر عمق زهکش و لایه محدودکننده بر دبی و شوری زهاب در اراضی فاریاب جنوب خوزستان. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، سال 3 ، شماره 1، 73-61.
نوذری، ح.، آ. پورصدری، س. آزادی و ع. م. لیاقت. 1397. ارزیابی نرم­افزار DRAINMOD-S در شبیه­سازی شوری زهاب زهکش­های زیرزمینی. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، جلد 23، شماره 3، 471-459.
Fletcher, E. J. 1998. The use of system dynamics as a decision support tool for the management of surface water resources. Proc. 1st Int. Conf. on New Information Technolo. For Decision-Making in Civ. Engrg. University of Quebec. Montreal, Canada.
Forrester, J. W. 1961. Industrial dynamics. Productivity press, Portland Oreg.
Kroes, J. G and J. C. Van Dam. 2008. Reference manual SWAP version 3.2., Alterra Green World Research, Wageningen, Report. 1649, Availabel at:www.alterra.nl/models/swap.
Luo, Y., S. Khan and Y. Cui. 2009. Application of system dynamics approach for time varying water balance in aerobic paddy fields. J. Paddy Water Environ, 7: 1-9.
Matinzadeh, M. M., J. Abedi Koupai, A. Sadeghi-Lari, H. Nozari and M. Shayannejad. 2017. Development of an innovative integrated model for the simulation of nitrogen dynamics in farmlands with drainage systems using the system dynamics approach. Journal of Ecological Modelling, 347: 11–28.
Mostafazadeh-fard, B., H. Mansouri, S. F. Mousavi and M. Feyzi. 2009. Effects of different levels of irrigation water salinity and leaching on yield and yield components of wheat in an arid region. Irrigation and Drainage Engineering. 10.1061/(ASCE)0733-9437(2009)135:1(32):32–38.
Nozari, H. and S. Azadi. 2017. Experimental evaluation of artificial neural network for predicting drainage water and groundwater salinity at various drain depths and spacing. Natural Computing Applications J. DOI 10.1007/s00521-017-3155-9.
Nozari, H., S. Azadi and A. Zali. 2017. Experimental study of the temporal variation of drain water salinity at different drain depths and spacing in the presence of saline groundwater. Sustainable Water Resources Management. 10.1007/s40899-017-0182-8.
Nozari, H., M. Heydari and S. Azadi. 2014. Simulation of a right Abshar irrigation network and its cropping pattern using a system dynamics approach. Irrigation and Drainage Engineering, 10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000777: 1-7.
Nozari, H. and A. M. Liaghat. 2014. Simulation of drainage water quantity and quality using system dynamics. Irrigation and Drainage Engineering, 140(11), 05014007.
Singh, R., M. J. Helmers and Q. i. Zhiming. 2006. Calibration and validation of DRAINMOD to design subsurface drainage systems for Iowa’s tile landscapes. J. Agricultural Water Management, 85: 221–232.
Saysel, A. and Y. Barlas. 2001. A dynamic model of salinization on irrigated lands. Ecological Modelling, 139: 177-199.