-148074190512

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم، شماره دوم، زمستان 1395
مديريت بهره برداري از چاههاي سطحي كشاورزي در اراضي شاليزاري
حميده نوري 1*، سارا پشنک پور 2، عبدالمجيد لياقت 3، آرزو نازي قمشلو 1و محمدرضا يزداني4

1*( استادیار؛ گروه مهندسی آب؛ پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران؛ البرز؛ ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: [email protected]
2( دانشآموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی؛ پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران؛ البرز؛ ایران
3( استاد؛ گروه مهندسی آب؛ پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران؛ البرز؛ ایران
4( استادیار پژوهشی؛ مؤسسه تحقیقات برنج کشور؛ سازمان تحقیقات ،آموزش و ترویج کشاورزی؛ گیلان؛ ایران

16837733392

تاریخ دریافت: 14/11/1394 تاریخ پذیرش: 02/08/1395

چکيده
چاههای سطحی كشاورزی به عنوان منبع تامین آب آبیاری و مدیریت مناسب آنها برای تامین نیاز آبیاری اراضی شالیزاری از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. در این راستا تحقیقی با هدف توسعه مدل شبیهسازی بهرهبرداری از چاه های سطحی انجام گرفت. رویکرد این مدل بر حداكثر استفاده از آبهای محلی موجود )باران، چاه سطحی، آببندان، …( است. در مدل ارائه شده ابتدا بر اساس دادههای ورودی و معادلات شبیهسازی، تبخیرتعرق گیاه، نیاز، دور و حجم آبیاری مورد نیاز، بار آبی در چاه سطحی و خاک به صورت روزانه محاسبه میشود. سپس با استفاده از برنامه آبیاری بدست آمده و محدودیتهای برداشت از چاه سطحی )حداقل بار آبی مجاز در چاه( ،روزهای آبگیری از چاه سطحی، دبی پمپاژ، مدت زمان پمپاژ، ارتفاع غرقابی درمزرعه و مقدار رواناب محاسبه میشوند. همچنین شبیه سازی نوسانات سطح آب زیرزمینی در شرایط غیراشباع در خارج از فصل زراعی برنج، توسط مدل HYDRUS-1D صورت گرفت. طبق نتایج بدست آمده از اجرای مدل در اراضی شالیزاری موسسه تحقیقات برنج كشور در رشت برای سال آبی نرمال، از 10 نوبت آبیاری مورد نیاز، شش نوبت آن توسط چاه سطحی و چهار نوبت توسط كانال تامین شده است. بر اساس نتایج بدست آمده در اراضی شالیزاری مورد مطالعه، سطح آب زیرزمینی كمعمق در خارج از فصل زراعی برنج مجددا توسط بارندگی تغذیه گردیده است و از عمق 85/4 متری به عمق 82/1 متری صعود كرده است. بنابراین بهرهبرداری از چاههای سطحی در طول فصل زراعی برنج با رعایت حداقل بار آبی مجاز باعث افت محسوس آب زیرزمینی و ناپایداری نمیگردد.

كليد واژه ها: آب برگشتی؛ آب زیرزمینی كمعمق؛ مدل شبیهسازی؛ HYDRUS-1D

مقدمه
67406528066532

سال

ششم

/
شماره

2

سال

ششم

/

شماره

2

وسعت شالیزارهای استان گیلان230 هزار هکتار و تعداد شاربین دارای پیمان آب زراعی277 هزار نفر است، بنابراین از آنجایی که بیش از نیمی از وسعت دشت جلگه ای استان، شالیزار و بیش از نیمی از خانوارهای استان گیلان با کشت محصول استراتژیک برنج امرار معاش می کنند، میتوان به ابعاد گسترده و پیامد ناشی از بحران کم آبی و خشکسالی و اثر مستقیم آن بر اقتصاد این استان پی برد. بزرگترین منبع تامینکننده آب کشاورزی در استان گیلان سد سفیدرود است. امروزه به دلیل کاهش حجم ذخیرهسازی سد مخزنی سفیدرود بر اثر انباشت رسوبات و کاهش آب ورودی به مخزن سد، آب سد به تنهایی جوابگوی نیاز بخش کشاورزی نیست. علاوه بر این، توزیع مکانی ناهماهنگ نزولات جوّی و جریانات سطحی در طول سال و نقش مهم آب در کشاورزی منطقه، ضرورت مدیریت بهره برداری از منابع آب، اعم از سطحی، زیرزمینی و ریزشهای جوّّی را ایجاب میکند )آزرمسا ،1379(.
یکی از روشهای مدیریت آب پایدار ،استفاده از منابع آبی کوچک و محلی مانند چاههای سطحی و آب بندان ها است که در سراسر مناطق شمالی ایران از زمان های گذشته تا به امروز مرسوم بوده است. در استان گیلان به علت شرایط اقلیمی و وجود آب زیرزمینی کمعمق ،از گذشته تاکنون کشاورزان از چاههای سطحی برای مصارف کشاورزی و شرب و غیره استفاده کردهاند. بر این اساس، در سرتاسر استان چاه هایی با عمق و قدمت مختلف موجود است. در اراضی شالیزاری به علت غرقاب نگه داشتن زمین، بخشی از آب آبیاری از طریق نفوذ عمقی از دسترس گیاه خارج شده و وارد آب زیرزمینی کم عمق میگردد. در واقع آب نفوذ عمقی یافتهی حاصل از آبیاریهای غرقابی زمین و آب نفوذی از بارندگی ها و جریانات زیر سطحی دراراضی شالیزاری، به سمت چاههای سطحی جریان پیدا کرده و ذخیره می شود و با پمپاژ آن میتوان از این آب برای غرقاب سازی مجدد زمین استفاده کرد. بنابراین ،چاه های سطحی به عنوان یک منبع تامین آب قابل اعتماد و قابل دسترس، قابلیت ذخیره سازی آب باران و آب های برگشتی حاصل از آب آبیاری را دارا هستند )پشنک پور ،1394(. Boldt و همکاران) 1999( دو مدل رشد محصول با آبیاری جویچهای را جهت تخمین عملکرد محصول ،وضعیت زهکشی شبکه، جریان بازگشتی و آب مصرفی توسعه دادند .Ito و همکاران) 2000( یک روش عددی جهت تخمین جریان آب بازگشتی در اراضی شالیزاری به کمک مدلسازی رگرسیون غیرخطی پیشنهاد دادند .
Nakagiri و همکاران) 2000(، مدل مخزن پیچیده در مقیاس حوضه جهت کمّّی سازی مقدار جریان بازگشتی در اراضی شالیزاری بکار بردند .Liu و همکاران )2004( مدل سه بعدی را به منظور برآورد جریان برگشتی زیرسطحی و تغذیه آب زیرزمینی در اراضی پلکانی در شمال تایوان توسعه دادند .Dewandel و همکاران) 2008( روشی موثر ،سودمند و دارای صرفه اقتصادی را جهت ارزیابی ضریب جریان بازگشتی )نسبت جریان بازگشتی آبیاری به جریان پمپاژ( معرفی کردند. این روش بر اساس بررسی دادههای پایه و اطلاعات هواشناسی و استفاده از یک مدل هیدرولیکی ساده که روش بیلان آبی را با تئوری جریان )در حالت اشباع و غیر اشباع( ترکیب میکند، ارائه نمودند .
روش پیشنهادی دارای تخمین نسبتاً خوب از ضریب جریان بازگشتی آبیاری در مقیاس فصلی و حوضهای بود .مقدار ضریب جریان بازگشتی آبیاری برای برنج در فصل پائیز و تابستان به ترتیب8

51 و 4

48 درصد و برای سبزیجات ،11

26 و 4

24 درصد محاسبه گردید .
بررسی مطالعات انجام شده نشان داد که مقدار جریان بازگشتی در اراضی شالیزاری مقدار قابل توجهی بوده است. لذا میتوان با برنامهریزی مناسب و هدفمند، از این جریان مجدداً برای آبیاری اراضی استفاده نمود و از هرز رفتن جریان آب و پیوستن به زهآبها و کاهش کیفیت آب جلوگیری نمود. یکی دیگر از مسائل مهم در زمینه چاههای سطحی کشاورزی، میزان نفوذ عمقی در اراضی شالیزاری است. رضویپور و کومله )1378( در شالیزارهای مناطق مختلف استان گیلان به اندازهگیریهای نفوذ عمقی خاک به روش سریع ژاپنی پرداختند. نتیجه بدست آمده نشان داد که میزان رس خاک اراضی شالیزاری در تخمین نفوذ عمقی تاثیر زیادی دارد و بر این اساس وجود چهار کلاس مجزای بافتی را از نظر مقدار رس مشخص نمودند.
هدف اصلی این تحقیق ارائه یک مدل شبیهسازی ساده و کاربردی جهت بهرهبرداری از چاههای سطحی کشاورزی در اراضی شالیزاری با در نظر گرفتن ملاحظات تامین آب مورد نیاز گیاه و بیلان آبی مزرعه است. هدف دیگر این تحقیق بررسی پایداری بهرهبرداری از چاههای سطحی و امکان استفاده مجدد برای آبیاری در سال زراعی بعد است .
مدل توسعه داده شده برای بهره برداری از چاه سطحی در اراضی شالیزاری واقع در موسسه تحقیقات برنج کشور در رشت اجرا گردید.
مواد و روش
ساختار مدل شبيهسازي
برای محاسبه تبخیرتعرق مرجع )0ET( از دو روش فائو پنمن مانتیس ارائه شده توسط Allen )1998( و تشت تبخیر استفاده شده است و با ضرب کردن در ضریب گیاهی برنج )kc(، مقادیر تبخیرتعرق گیاهی )ETc( محاسبه گردید )رابطه 1(. در صورتی که کاربر از ضرایب فائو استفاده کند این ضرایب برای منطقه مورد نظر توسط مدل اصلاح میگردد. ضریب تشت تبخیر )kpan( براساس معادله اشنایدر )رابطهی 2 و 3( محاسبه گردید.
ETC  kC ET0 )1(
ET0  kpan Epan )2(
k0.5321 (3.21 10U )
pan(0.0249ln(F)) (0.00254 Rh2 ) )3(
Epan ارتفاع تبخیر از تشت تبخیر ،2U سرعت باد در ارتفاع دو متری ،F سبزینگی و Rh رطوبت نسبی است .
روز اول محاسباتی مدل ارائه شده معادل با شروع فصل زراعی برنج است و محاسبات به صورت روزانه برای یک فصل زراعی )روز 215 ام تا 325 ام از ابتدای سال آبی )اول مهرماه(( انجام میشود. برای تعیین مقدار رطوبت اولیه در این روز دو گزینه در مدل لحاظ شده است. گزینه اول مقداری است که کاربر به عنوان داده ورودی به مدل معرفی میکند و گزینه دوم پیشفرض مدل است که برابر ظرفیت زراعی فرض شده است .
اولین آبیاری در کشت برنج به منظور آمادهسازی زمین برای گلخرابی و شخم انجام میشود. در این مرحله خاک دارای رطوبت اولیهای است که در انتها قرار است رطوبت خاک برابر با رطوبت اشباع گردد و در تمام مدت دورهی کشت، اشباع باقی بماند. بعلاوه، پس از انجام گلخرابی و اشباعسازی خاک تا ورود نشاء به مزرعه، به اندازهی 1Hh میلی متر آب بر روی زمین قرار داشته باشد. بنابراین در مدل ارائه شده در این تحقیق مقدار آبیاری اول برابر با مجموع آب مورد نیاز برای اشباع کردن خاک، 1Hh میلی متر ارتفاع آب ثابت روی سطح خاک و آب مورد نیاز برای تامین نیاز تبخیر از سطح غرقابی و نشت از لایه زیرین کفه سخت در فاصله زمانی بین آبیاری اول و دوم، در نظر گرفته شده است. چنانچه مقدار رطوبت اولیه توسط کاربر در اختیار نباشد، رطوبت اولیه خاک به صورت پیشفرض برابر با رطوبت ظرفیت زراعی خاک لحاظ میگردد. آبیاری بعدی در اولین روز انتقال نشاء صورت میگیرد. در مدل فرض شده است که آبیاری دوم به فاصله کوتاهی پس از آبیاری اول انجام میشود و رطوبت خاک در حد اشباع باقی مانده است. در زمان آبیاری دوم و آبیاریهای بعدی خاک در وضعیت اشباع است و مقدار آبیاری خالص معادل با ارتفاع آب ثابت مورد نیاز روی سطح خاک )D, mm( لحاظ گردیده است .
برنامهریزی آبیاری در مدل بر اساس عمق ثابت )D( و دور آبیاری متغیر در نظر گرفته شده است. ارتفاع پشتهها در اراضی بیشتر از D میلیمتر است و اراضی توانایی نگهداری آب بیشتری را دارند. حداکثر ظرفیت نگهداری آب در اراضی )HH, mm( به منظور جلوگیری از سرریز آب از پشتهها در زمان بارندگی در مدل لحاظ شده است. نیاز آبیاری خالص در هر روز )REQI, mm( از رابطه 4 محاسبه میگردد:
)4( REQIt  ETct  St  Raintدر رابطه 4، S میزان نشت از لایه زیرین کفه سخت در روز t ام )1-mm.day( و Rain باران روزانه )mm( در روزt -ام است.
-346276-339597

سال

ششم

/
شماره

2

سال

ششم

/



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید