مدلسازی پویای شبکه های آبیاری با رویکرد بهره وری و بررسی عملکرد آن در شبکه آبیاری دشت قزوین
فایل این طرح پژوهشی در 281 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
چکیده طرح پژوهشی:
شبکه آبیاری قزوین از شبکه های مهم آبیاری و زهکشی کشور است که در منطقه و در سطح ملی اهمیت اقتصادی و اجتماعی زیادی دارد. با توجه به اهمیت روزافزون ارتقای بهره وری آب، مطالعه راهکارهای ارتقای بهره وری آب در این شبکه مدنظر این طرح تحقیقاتی قرار گرفته است. در این راستا با توجه به پیچیدگی و تعدد عوامل اثرگذار بر بهره وری آب در سطح شبکه آبیاری قزوین، روش پویایی سیستم ها جهت مدلسازی بهرهوری آب این شبکه انتخاب شده است. این گزارش در سه بخش و ۱۴ فصل تدوین شده است. در بخش اول (فصل های ۱و ۲)، کلیاتی
در خصوص بهره وری آب مطرح گشته و سوابق ملی و بین المللی موضوع بررسی شده است. در بخش دوم (فصل های ۳ تا ۱۰ )، وضعیت شبکه آبیاری قزوین مورد بررسی قرار گرفته و برخی جوانب و مبانی تئوریک و مطالعات پایه ای جهت مدلسازی شبکه ارائه شده است. در بخش سوم (فصل های ۱۱ تا ۱۳ ) نیز جزییات و ساختار مدل پویای بهره وری آب و همچنین نتایج مدل در ارزیابی سناریوهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته و جمع بندی انجام شده است. فصل ۱۴ نیز به فهرست منابع اختصاص یافته است. نتایج این مطالعه نشان داد که کم آبیاری و تغییر سیستم آبیاری از سیستم سطحی به سیستم تحت فشار بهروری آب فیزیکی را در سطح مزرعه و شبکه افزایش میدهد اما اثر این دو راهکار بر روی بهره وری آب اقتصادی بسته به نوع محصول و شرایط اقتصادی متفاوت خواهد بود. در سطح شبکه نیز الگوی کشت به عنوان یکی از عوامل مهم اثرگذار بر روی بهره وری آب مورد بررسی قرار گرفت. با بررسی سناریوهای مختلف مشخص گردید که پتانسیل خوبی در ارتقای بهره وری آب فیزیکی و اقتصادی شبکه با اصلاح الگوی کشت وجود دارد (به ترتیب تا ۵۰ و ۲۷ درصد افزایش). همچنین نتایج نشان داد که الگوی کشت بر وضعیت آبخوان نیز اثر چشمگیری دارد و ضروری است راهکارهای نظارتی و آموزشی در خصوص اصلاح الگوی کشت در جهت ارتقای بهره وری آب و حفظ
پایداری منابع آب مدنظر قرار گیرد. بررسی اثر توسعه سامانه های آبیاری تحت فشار در سطح شبکه در سناریوهای مختلف الگوی کشت نشان داد که در صورتی که توسعه آبیاری تحت فشار به عدم رعایت آیش منجر شود و با توسعه سطح کشت همراه باشد، اثرات زیانباری را بر روی منابع آب زیرزمینی خواهد داشت. مدل ارائه شده ماهیت شفاف دارد و کاربر به راحتی با آن ارتباط برقرار می کند و می تواند بسته به نیاز خود از آن استفاده نماید. اطلاعات ورودی مهم مدل در قالب فایل اکسل به مدل فراخوانی شده است تا همواره ویرایش این اطلاعات امکان پذیر باشد. سادگی اصلاح ساختار مدل در واکنش به تغییرات سیستم، قابلیت تحلیل حساسیت و صرف زمان کم در اجرای برنامه این امکان را فراهم ساخته است که از آن در مطالعه و ارزیابی سناریوها و شرایط مختلفی که در آینده به وجود خواهد آمد و بر روی بهرهوری آب اثر خواهد گذاشت، نظیر تغییرات قیمت و هزینه محصولات، هدفمندی یارانه ها و تغییرات تعرفه انرژی، تغییرات آب بها و تغییر اقلیم، استفاده گردد.
فهرست مطالب طرح پژوهشی
بخش اول) کلیات و مروری بر منابع
-۱ مقدمه ۱۷
-۲ مروری بر منابع ۲۱
اصول حاکم بر پویایی سیستمها .............................................................................................................. ۲۲
چارچوب انجام کار با رویکرد پویایی سیستمها ........................................................................................ ۲۳
تعریف مسئله ........................................................................................................................... ۲۳
شرح سیستم............................................................................................................................. ۲۳
توسعه مدل .............................................................................................................................. ۲۴
صحت سنجی مدل ..................................................................................................................... ۲۴
استفاده از مدل برای تحلیل سیاستها .................................................................................................. ۲۴
مزیت های روش پویایی سیستمها .................................................................................................... ۲۴
مروری بر کاربرد پویایی سیستمها در منابع آب ............................................................................................. ۲۶
مفهوم بهرهوری ................................................................................................................................ ۳۵
تعریف بهرهوری آب .......................................................................................................................... ۳۶
شاخصها و روابط بهرهوری آب ........................................................................................................ ۳۶
-۱ بهرهوری تعرق ..................................................................................................................... ۳۶
-۲ بهرهوری تبخیر و تعرق ........................................................................................................... ۳۷
-۳ بهرهوری آب ...................................................................................................................... ۳۷
-۴ بهرهوری اقتصادی آب ............................................................................................................ ۳۸
بحث سطوح در مفهوم بهرهوری آب ........................................................................................................ ۳۸
رابطه راندمان آبیاری و بهرهوری آب ....................................................................................................... ۴۰
تلفات مفید و غیرمفید سامانههای آبیاری ................................................................................................ ۴۲
بهرهوری آب در جهان ........................................................................................................................ ۴۳
وضعیت بهرهوری آب در ایران .............................................................................................................. ۴۴
«... مدلسازی پویای شبکههای آبیاری با رویکرد بهرهوری و » گزارش نهایی طرح
۵
مشکلات و مسایل بهرهوری آب ............................................................................................................. ۵۶
سطح گیاه ............................................................................................................................... ۵۷
سطح مزرعه ............................................................................................................................ ۵۸
سطح شبکه (دشت) .................................................................................................................... ۵۹
سطح اقتصادی و تشکیلاتی ........................................................................................................... ۵۹
راهکارهای ارتقای بهرهوری آب ............................................................................................................ ۶۱
توسعه سامانههای آبیاری تحت فشار ..................................................................................................... ۶۱
روند توسعه شبکههای آبیاری در برنامههای توسعه ..................................................................................... ۶۳
بهرهوری آب در شبکههای آبیاری و زهکشی .............................................................................................. ۶۴
مسائل و مشکلات فنی ..................................................................................................................... ۶۵
مسائل موجود در مدیریت بهره برداری از شبکهها ..................................................................................... ۶۵
شبکههای زهکشی ......................................................................................................................... ۶۶
وضعیت و نقش تجهیز و نوسازی اراضی در بهبود بهرهوری آب ..................................................................... ۶۷
بخش دوم) شبکه آبیاری قزوین و مطالعات پایه
-۳ سیمای استان ۷۱
اقلیم و بارندگی استان قزوین ................................................................................................................. ۷۳
وضعیت منابع آب استان ....................................................................................................................... ۷۵
منابع آب سطحی ........................................................................................................................... ۷۵
منابع آب زیرزمینی ........................................................................................................................ ۷۶
آبخوان دشت قزوین ................................................................................................................... ۷۹
بهرهبرداری بیرویه از آبخوان قزوین ................................................................................................ ۸۱
مصارف آب استان ............................................................................................................................. ۸۳
-۴ شبکهآبیاری دشت قزوین ۸۴
ایستگاههای هواشناسی ........................................................................................................................ ۸۶
«... مدلسازی پویای شبکههای آبیاری با رویکرد بهرهوری و » گزارش نهایی طرح
۶
بهرهبرداری تلفیقی از منابع آب زیرزمینی و سطحی .................................................................................... ۸۷
بازسازی شبکه .............................................................................................................................. ۸۹
وضعیت خاکشناسی محدوده شبکه .......................................................................................................... ۹۰
تشکلهای آببران شبکه آبیاری قزوین .................................................................................................. ۹۱
وضعیت بهرهبرداری از سد طالقان............................................................................................................ ۹۴
الگوی زراعی .................................................................................................................................. ۹۷
نیاز خالص آب آبیاری .................................................................................................................. ۱۰۰
تبخیر و تعرق پتانسیل ................................................................................................................ ۱۰۰
باران موثر ................................................................................................................................. ۱۰۱
نیاز آبی ناخالص محصولات زراعی و باغی ........................................................................................... ۱۰۳
راندمان شبکه ............................................................................................................................. ۱۰۴
مقایسه منابع آب در دسترس و نیازهای آبیاری ........................................................................................... ۱۱۱
الف) در شرایط کنونی راندمان شبکه.................................................................................................. ۱۱۱
ب) در شرایط ارتقای راندمان شبکه ................................................................................................... ۱۱۱
وضعیت بهره برداری از آبخوان دشت قزوین در محدوده شبکه آبیاری ............................................................... ۱۱۳
مسائل و مشکلات موجود در شبکه آبیاری قزوین ....................................................................................... ۱۱۵
۱۱۶ AquaCrop -۵ واسنجی و اعتبارسنجی مدل
۱۱۶ ....................................................................................... AquaCrop واسنجی پارامترهای گیاهی مدل
۱۱۷ ............................................................................................. AquaCrop اعتبارسنجی و ارزیابی مدل
الف- گندم و جو .................................................................................................................... ۱۱۸
ب- ذرت و گوجه فرنگی .......................................................................................................... ۱۲۳
ج- نخود و عدس ................................................................................................................ ۱۲۶
۱۲۸ ................................................................................................. AquaCrop جمع بندی ارزیابی مدل
-۶ استخراج روابط شاخصهای بهرهوری آب و راندمان آبیاری ۱۳۰
ضریب یکنواختی، سطح کفایت و عمق دریافتی آب در نقاط مختلف مزرعه ........................................................ ۱۳۲
کفایت، عملکرد گیاه و بهرهوری آب ....................................................................... ۱۳۳ ،CU استخراج روابط
«... مدلسازی پویای شبکههای آبیاری با رویکرد بهرهوری و » گزارش نهایی طرح
۷
بهرهوری آب ......................................................................................................................... ۱۳۷
تابع آب-عملکرد .................................................................................................................... ۱۳۸
نتایج روابط استخراجی شاخصهای راندمان و بهرهوری ............................................................................ ۱۳۹
جمع بندی ................................................................................................................................ ۱۴۴
-۷ تحلیل میزان مصرف و مقایسه هزینه انرژی در سیستمهای آبیاری تحت فشار ۱۴۶
روششناسی .................................................................................................................................... ۱۴۸
-۱ تئوری ................................................................................................................................. ۱۴۸
۱۵۰ ............................................................................................................ (H) ۱-۱ ) فشار کارکرد
۱۵۱ .............................................................................................................. (Q) ۱-۲ ) دبی سیستم
۱-۳ ) رابطه آنالیز حساسیت ........................................................................................................ ۱۵۲
اطلاعات سامانههای آبیاری مورد مطالعه از نظر مصرف انرژی ......................................................................... ۱۵۲
نتایج ........................................................................................................................................... ۱۵۴
-۱ آنالیز حساسیت هد ایستگاه پمپاژ به پارامترهای سیستم .......................................................................... ۱۵۴
-۲ نتایج حساسیت دبی به پارامترهای سیستم ......................................................................................... ۱۵۶
-۳ آنالیز حساسیت پارامترهای طراحی و مدیریتی بر مصرف انرژی ............................................................... ۱۵۷
-۴ مقایسه میزان مصرف انرژی و هزینههای مربوطه در سامانههای مورد مطالعه .................................................. ۱۵۹
بحث و جمعبندی ............................................................................................................................ ۱۶۲
بازدید از ایستگاههای پمپاژ و بررسی مصرف انرژی در سامانههای آبیاری تحتفشار ................................................ ۱۶۴
-۸ تحلیل شاخصهای مختلف بهرهوری آب در محصولات شبکه ۱۶۵
نتایج شاخصهای بهرهوری .................................................................................................................. ۱۶۸
جمعبندی ..................................................................................................................................... ۱۷۰
۹ - ارزیابی راندمان سامانههای آبیاری و تفکیک تلفات مفید و غیرمفید ۱۷۲
سابقه مطالعات در حوزه مفاهیم نئوکلاسک راندمان آبیاری ............................................................................ ۱۷۳
ارزیابی سامانههای آبیاری با مفاهیم نئوکلاسیک و تفکیک تلفات مفید و غیرمفید ................................................... ۱۷۶
جمعبندی ..................................................................................................................................... ۱۸۳
-۱۰ تئوری کم آبیاری ۱۸۵
«... مدلسازی پویای شبکههای آبیاری با رویکرد بهرهوری و » گزارش نهایی طرح
۸
مفهوم کم آبیاری ........................................................................................................................ ۱۸۵
تولید محصول تحت شرایط کم آبیاری ........................................................................................... ۱۸۵
توابع تولید ................................................................................................................................ ۱۸۸
۱۹۳ .............................................................................................. (Ky) ضریب واکنش عملکرد به آبیاری
۱۹۶ ................................................................................................................... KC ضریب گیاهی
بخش سوم) ساختار مدل پویای بهرهوری آب و نتایج مطالعه
-۱۱ ساختار مدل بهرهوری ۱۹۹
مقدمه .......................................................................................................................................... ۱۹۹
روششناسی مدلسازی ...................................................................................................................... ۲۰۰
پویایی سیستمها .......................................................................................................................... ۲۰۰
محیط برنامه نویسی ...................................................................................................................... ۲۰۰
توسعه مدل .................................................................................................................................... ۲۰۰
توسعه مدل مفهومی ...................................................................................................................... ۲۰۰
تعریف مسئله ............................................................................................................................. ۲۰۱
شرح سیستم............................................................................................................................... ۲۰۱
نمودارهای علی و معلولی ............................................................................................................... ۲۰۲
نمودارهای حالت و جریان ............................................................................................................. ۲۰۳
زیرسیستمهای مدل .......................................................................................................................... ۲۰۶
زیرسیستم مزرعه ......................................................................................................................... ۲۰۶
تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه .......................................................................................................... ۲۰۷
تبخیر و تعرق واقعی گیاه ............................................................................................................ ۲۰۷
ضریب تنش خشکی ................................................................................................................. ۲۰۷
بارندگی موثر ......................................................................................................................... ۲۰۹
نیاز خالص آبیاری ................................................................................................................... ۲۰۹
«... مدلسازی پویای شبکههای آبیاری با رویکرد بهرهوری و » گزارش نهایی طرح
۹
ضریب کم آبیاری ................................................................................................................... ۲۱۰
راندمان آبیاری ....................................................................................................................... ۲۱۰
عمق آبیاری کاربردی در هر دوره ................................................................................................. ۲۱۱
کل آب آبیاری در طی فصل رشد ................................................................................................. ۲۱۱
مقدار آب در دسترس در خاک .................................................................................................... ۲۱۲
تبخیر از سطح خاک ................................................................................................................. ۲۱۳
عملکرد محصول ..................................................................................................................... ۲۱۴
زیرسیستم اقتصادی ...................................................................................................................... ۲۱۵
هزینه آب ............................................................................................................................. ۲۱۵
هزینه پمپاژ آبیاری ................................................................................................................... ۲۱۵
هزینه آب آبیاری .................................................................................................................... ۲۱۶
هزینههای سیستم آبیاری ............................................................................................................ ۲۱۶
سایر هزینههای زراعی ............................................................................................................... ۲۱۶
هزینه محصول ........................................................................................................................ ۲۲۰
قیمت محصول ....................................................................................................................... ۲۲۰
منفعت محصول ...................................................................................................................... ۲۲۳
سود خالص محصول ................................................................................................................ ۲۲۳
زیرسیستم منابع آب ...................................................................................................................... ۲۲۴
آب اختصاص یافته از سد مخزنی به کشاورزی ................................................................................... ۲۲۴
موجودی آبخوان..................................................................................................................... ۲۲۴
بارش موثر به آب زیرزمینی ......................................................................................................... ۲۲۴
تخلیه آب زیرزمینی با کشاورزی در محدوده شبکه ............................................................................. ۲۲۵
آب برگشتی آبیاری در محدوده شبکه ............................................................................................ ۲۲۵
سایر جریانهای ورودی به آبخوان ................................................................................................. ۲۲۵
سایر جریانهای خروجی از آبخوان ............................................................................................... ۲۲۵
زیرسیستم الگوی کشت ................................................................................................................. ۲۲۹
«... مدلسازی پویای شبکههای آبیاری با رویکرد بهرهوری و » گزارش نهایی طرح
۱۰
دوره رشد گیاه ....................................................................................................................... ۲۲۹
سطح کشت گیاه ..................................................................................................................... ۲۲۹
اعتبارسنجی مدل ............................................................................................................................. ۲۲۹
آزمون ارزیابی ساختار ................................................................................................................... ۲۳۰
آزمون صحت ابعادی .................................................................................................................... ۲۳۰
آزمونهای رفتار مدل .................................................................................................................... ۲۳۲
آزمون شرایط حدی ..................................................................................................................... ۲۳۵
الف) موجودی مخزن آب زیرزمینی در شرایط عدم تغذیه ...................................................................... ۲۳۷
ب) هزینه آب آبیاری در صورت افزایش ناگهانی تعرفه انرژی ................................................................. ۲۳۸
ج) بهرهوری اقتصادی آب در صورت افزایش ناگهانی تعرفه انرژی ........................................................... ۲۳۹
-۱۲ مطالعه راهکارها و نتایج مدل ۲۴۱
سناریوها و راهکارها ......................................................................................................................... ۲۴۱
اعمال کمآبیاری ..................................................................................................................... ۲۴۳
توسعه سامانههای آبیاری تحت فشار ............................................................................................... ۲۴۳
سناریوهای الگوی کشت ............................................................................................................ ۲۴۶
ارزیابی راهکارها ............................................................................................................................. ۲۴۷
شاخص بهرهوری فیزیکی آب در سطح مزرعه ....................................................................................... ۲۴۷
شاخص بهرهوری اقتصادی آب در سطح مزرعه ...................................................................................... ۲۴۹
شاخص بهرهوری فیزیکی آب در سطح شبکه ........................................................................................ ۲۵۲
شاخص بهرهوری اقتصادی آب در سطح شبکه ....................................................................................... ۲۵۴
شاخص آب مورد نیاز هر هکتار از الگوی کشت .................................................................................... ۲۵۸
شاخص موجودی آبخوان (وضعیت آب زیرزمینی) .................................................................................. ۲۶۲
-۱۳ نتیجهگیری و ارزیابی کلی راهکارها ۲۶۸
-۱۴ منابع ۲۷۲