بررسی اثرات بلندمدت مصارف آب بخش صنعت و کشاورزی بر نوسانات سطح آب زیرزمینی دشت شازند

زمینه و هدف: امروزه با افزایش نیاز آبی در بخش‌های مختلف میزان برداشت از آب‌های زیرزمینی در حال افزایش است و این امر منجر به افت بیشتر تراز آب، درآبخوان‌های استان مرکزی شده است. یکی از مناسب‌ترین روش‌ها برای مدیریت بهینه منابع آب‌زیرزمینی، تجزیه و تحلیل رفتار آبخوان‌ها در شرایط مختلف با استفاده از مدل‌های ریاضی است. هدف از این تحقیق بررسی اثرات برداشت مصارف کشاورزی و صنعتی بر تراز آب زیرزمینی دشت شازند در استان مرکزی و تاثیر افزایش 20 درصدی راندمان آبیاری در اراضی کشاورزی در صورت توسعه سیستم‌های تحت فشار و کم مصرف با استفاده از مدل عددی gms می‌باشد. روش پژوهش: ابتدا مدل مفهومی و عددی آبخوان شازند در نرم افزار gms اجرا شده و در حالت ماندگار واسنجی شد. سپس مدل در حالت غیرماندگار برای دوره آماری مهر 1394 تا شهریور 1398 واسنجی شد. برای بررسی واکنش‌های مدل به ازای تغییرات پارامتر‌های مهم و موثر، آنالیز حساسیت مدل انجام شد و مدل برای دوره آماری مهر 1398 تا شهریور 1400 صحت‌سنجی شد. سپس تغییرات تراز آب زیرزمینی در آبخوان تحت دو سناریوی مدیریتی مرجع و افزایش راندمان آبیاری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. در سناریوی مرجع با فرض ادامه وضع موجود و در سناریوی افزایش راندمان با فرض افزایش 20 درصدی راندمان آبیاری، شبیه‌سازی تغییرات تراز آب زیرزمینی در کل دشت شازند برای 20 سال آتی از مهر 1400 تا شهریور 1420 انجام شد. یافته‌ها: براساس نتایج بدست آمده مقدار خطای rmse مربوط به واسنجی حالت ماندگار در حدود 0.7 متر و مقدار متوسط خطای rmse در حالت غیرماندگار در تمام ماه‌های شبیه‌سازی در دو دوره واسنجی و صحت‌سنجی کمتر از 0.6 متر است که نشان دهنده دقت بالای مدل در شبیه‌سازی تراز آب زیرزمینی در کل دشت است. آنالیز حساسیت نشان داد، تغییرات پارامترهای آبدهی ویژه و هدایت هیدرولیکی بیشترین تاثیر را بر نوسانات آب زیرزمینی در کل دشت دارد. نتایج نشان داد در سناریوی مرجع افت تراز آب زیرزمینی در انتهای دوره 20 ساله بهره‌برداری، 3.95 متر می‌باشد. در سناریوی افزایش 20 درصدی راندمان، با کاهش برداشت از چاه‌های بهره‌برداری در اثر افزایش راندمان آبیاری، مقدار افت به 2.76 متر خواهد رسید که در این‌صورت میزان افت حدود 1.2 متر تعدیل خواهد یافت. نتایج: بر اساس نتایج، بیشترین افت تراز آب زیرزمینی در دو سناریوی مرجع و افزایش راندمان در مناطق مرکزی دشت به ترتیب 9.2 و 6.9 متر است و کمترین میزان افت در مناطق غربی دشت به ترتیب 1 و 0.5 متر است. با توجه به اینکه بخش کشاورزی بیشترین تاثیر را بر افت تراز در آبخوان در نواحی مرکزی دشت دارد، بهتر است برنامه‌های مدیریتی برای کنترل برداشت از آبخوان مانند افزایش راندمان یا اصلاح الگوی کشت بر روی این بخش متمرکز شود. در صورت اجرای سیستم های تحت فشار و افزایش راندمان در دشت تا حدودی میزان افت تراز در منطقه تعدیل می شود اما مشکل حل نخواهد شد و لازم است با اجرای برنامه‌های تکمیلی، بجای محصولات آب بر، گیاهان با نیاز آبی کم کشت شود و در بخش صنعت نیز بجای برداشت از آب زیرزمینی از پساب تصفیه شده شهری استفاده گردد.

study the long-term effects of industrial and agricultural uses on the fluctuations of the groundwater level of shazand plain

background and aim: nowadays, by increasing the water demand in different sectors, the withdrawal amount from groundwater resources is increasing leading to more drawdown of markazi province aquifers. one of the most suitable methods for the optimal management of groundwater resources is the analysis of the behavior of aquifers in various conditions using mathematical models. the objective of this paper is to investigate the effects of withdrawal for agricultural and industrial consumptions on the groundwater level of the shazand plain located in markazi province and the impact of a 20% increase in irrigation efficiency of farms in the case of the development of under pressure and low-consumption systems using the gms numerical model. method: first, the conceptual and numerical model of the shazand aquifer was executed in the gms software and calibrated in the steady state. then, the model was recalibrated in a transient state for the statistical period from october 2015 to september 2019. to examine the reactions of the model to the changes of important and effective parameters, the sensitivity analysis of the model was performed and the model was verified for the statistical period of october 2019 to september 2021. then, the changes in the groundwater level in the aquifer under two reference management scenarios and increasing irrigation efficiency were investigated and compared. in the reference scenario assuming the continuation of the current conditions and in the efficiency increase scenario assuming a 20% increase in irrigation efficiency, the simulation of changes in the groundwater level in the entire shazand plain for the upcoming 20 years from october 2021 to september 2041 was carried out. results: based on the obtained results, the rmse error value related to the steady state recalibration is about 0.7 meters and the average rmse error value in the transient state in all months of simulation in two recalibration and validation periods is less than 0.6 meters, which shows the high accuracy of the model in simulating the groundwater level in the whole plain. the sensitivity analysis showed that the changes in specific yield and hydraulic conductivity parameters have the greatest effect on the fluctuations of groundwater in the whole plain. the results showed that in the reference scenario, the drop in the groundwater level at the end of the 20-year operation period is 3.95 meters. in the scenario of a 20% increase in efficiency, with the reduction of extraction from wells due to the increase in irrigation efficiency, the amount of drop will reach 2.76 meters, in which case the amount of drop will be mitigated by 1.2 meters. conclusion: according to the results, the highest drop in the groundwater level in both reference and increase in efficiency scenarios in the central areas of the plain is 9.2 and 6.9 meters, respectively, and the lowest drop in the western areas of the plain is 1 and 0.5 meters, respectively. considering that the agricultural sector has the greatest impact on the level drop in the aquifer in the central areas of the plain, it is better to focus management plans to control withdrawal from the aquifer, such as increasing efficiency or modifying the cultivation pattern, on this sector. in case of the implementation of systems under pressure and increasing efficiency in the plain, the amount of drawdown in the region will be mitigated to some extent, but the problem will not be solved and it is necessary to implement supplementary programs to cultivate high consumption plants instead of high consumption crops and in the industry sector instead of extracting groundwater, treated municipal wastewater should be used.