ارزیابی مدل SWAT در شبیه سازی همزمان رواناب رودخانه، تبخیر و تعرق واقعی و عملکرد محصولات کشاورزی: مطالعه موردی، حوضه زرینه رود

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

• حجت احمدزاده ¹
• سعید مرید ²
• مجید دلاور ²

¹ دانشگاه تبریز

² تربیت مدرس

https://doi.org/10.22067/jsw.v0i0.27022

چکیده

در مطالعات بهره وری آب در بخش کشاورزی، مقادیر رواناب، تبخیر و تعرق واقعی و عملکرد محصولات زراعی و باغی اصلی ترین متغیرها هستند. برای ارزیابی راه کارهای ارتقاء بهره وری این بخش، شبیه سازی این متغیرها لازم خواهد بود. در این خصوص استفاده از مدل های مفهومی گزینه مناسبی هستند که مدل SWAT از جمله شناخته ترین آنها می باشد. مقاله حاضر به ارزیابی این مدل در شبیه سازی همزمان رواناب، تبخیر و تعرق واقعی و عملکرد تعدادی از محصولات کشاورزی غالب در حوضه زرینه رود می پردازد. علت انتخاب این حوضه نقش آن در تأمین نیاز آبی دریاچه ارومیه است که در سال های اخیر با مشکلات جدی مواجه شده است. افزایش ورودی آب این حوضه به دریاچه تنها با ارتقاء بهره وری آب میسر خواهد بود. بدین منظور حوضه ابتدا به 11 زیرحوضه و 908 واحد هیدرولوژیکی تقسیم شد تا بتوان الگوی کشت منطقه و نحوه تأمین آب آن در نزدیک ترین شکل به حالت واقعی به مدل معرفی گردد. در ادامه شبیه سازی رواناب با استفاده از 6 ایستگاه آبسنجی در سطح حوضه برای دوره-های 1999-1987 و 2006-2000 بترتیب واسنجی و اعتبارسنجی شد که برای دوره واسنجی مقادیر R2 بین 49/0 تا 71/0 و RMSE بین 9/3 تا 9/44 (مترمکعب در ثانیه) و برای اعتبارسنجی مقادیر 54/0 تا 77/0 برای R2 و 07/2 تا 7/55 برایRMSE را به همراه داشت. همچنین، میزان تبخیر و تعرق واقعی از محصولات براساس سال های پرباران که تنش آبی در حوضه نبوده، با اطلاعات سند ملی آب واسنجی شد که مقادیر R2 و RMSE بترتیب برابر با 97/0 و 5/52 میلی متر در سال را نتیجه داد. نهایتا عملکرد 7 محصول عمده حوضه شبیه سازی و با آمار موجود مقایسه شد که مقادیر R2 و RMSE بترتیب برابر با 9/0 و 65/1 تن در هکتار را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

• دریاچه ارومیه
• حوضه زرینه رود
• رواناب
• تبخیر و تعرق واقعی
• عملکرد محصولات
• SWAT

20.1001.1.20084757.1394.28.5.2.0

عنوان مقاله [English]

Evaluation Yield of Sunflower (Farrokh cultivar) under Effects of Conventional Deficit Irrigation and Partial Root Zone Drying

نویسندگان [English]

• H. Ahmadzadeh ¹
• saeed morid ²
• M. Delavar ²

¹ Tabriz University

² Tarbiat Modares

چکیده [English]

Streamflows, actual evapotranspiration and crops’ yield are the main variables to estimate agricultural water productivity. Thus, simulation of these variables is of great importance in evaluation of different measures to increase water productivity. For this, application of conceptual models is a relevant approach and SWAT (soil and water assessment tool) is one of the well known models in this regard. The present paper aims to assess SWAT in simultaneous simulation of streamflows, actual evapotranspiration and the main crops’ yield of the Zarineh Rud basin. The reason for selection of this basin as the study area relates to its role to meet the Urmia Lake’s water requirement. The lake faces with serious water shortage in recent years and escalating water inflow depend to increase water productivity in the upper catchments. To setup SWAT, the basin was divided to 11 subbasins and 908 hydrological response units, which enables us to introduce more accurately the basin’s cropping pattern and water resources, which meet the requirements of the agricultural area. For simulation of the river flows, data from 6 gauging stations were used for calibration and validation of the model for periods of 1987 to 1999 and 2000 to 2006 respectively that resulted R2 and RMSE between 0.49 to 0.71 and 3.9 to 44.9 (m3/sec) for calibration period, and values of 0.54 to 0.77 and 2.07 to 55.7(m3/sec) for validation period respectively. There is no observed data for actual evapotranspiration in the basin. So, it was verified in the wet years by maximum evapotranspiration reported in National Water Document that results presented the values of 0.97 and 52.5(mm/year) for R2and RMSE respectively. Finally, the estimated yields of the 7 staple crops by the model were compared with the recorded data that showed very close values(R2=0.9 and RMSE=1.65(ton/ha)).

کلیدواژه‌ها [English]

• Urmia Lake Basin
• Zarinehrud Basin
• Streamflow
• Actual Evapotranspiration
• Crop Yield
• SWAT

مراجع

1- علیزاده ا. و کمالی ق. 1386. نیاز آبی گیاهان در ایران، انتشارات دانشگاه امام رضا (ع).

2- مرکز آمار سازمان جهاد کشاورزی استان آذربایجان غربی .1390.

3- مرکز آمار و اطلاعات وزارت جهاد کشاورزی ایران .1390.

4- مرید س. و مقدسی م. 1390. گزارش مدل تخصیص آب کشاورزی در شرایط خشکسالی در حوضه دریاچه ارومیه، طرح حفاظت از تالاب های ایران.

5-Abbaspour K.C., Yang J., Maximov I., Siber R., Bogner K., Mieleitner J., Zobrist J. and Srinivasan R. 2007. Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Journal of Hydrology, 333: 413-430.

6-Allen R.G., Pereira L.S., Raes D. and Smith M. 1998. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56, Rome, 300 pp.

7-Arnold J.G., Srinivasan R., Muttiah R.S. and Williams J.R. 1998. Large area hydrologic modeling and assessment. Part I. Model development. Journal of the American Water Resources Association, 34: 73–89

8-De Medeiros G.A., Arruda F.B., Sakai E., and Fujiwars M. 2001. The influence of crop canopy on evapotranspiration and crop coefficient of beans (Phaseolus vulgaris L.) Agric. Water Manage. 49, 211–224.

9-Dragovic S. and Dj.Karagic L.M. 1996. Effect of stand density on formation of leaves and leaf area of sugar beet under irrigation. Journal of sugar beet research, 33.

10-Faramarzi M., Yang H., Schulin R. and Abbaspour K.C. 2010. Modeling wheat yield and crop water productivity in Iran: Implications of agricultural water management for wheat production. Agricultural Water Management, 97: 1861-1875.

11-Geethalakshmi V. and Srinivasan R. 2011. Study of ENSO effect on hydrology and rice productivity in Cauvery basin using SWAT.

12-Gosain A., Rao S., Srinivasan R. and Reddy N.G. 2005. Return flow assessment for irrigation command in the Palleru River basin using SWAT model. Hydrological processes, 19: 673-682.

13-Hadria R., Duchemin B., Lahrouni A., Khabba S., Er‐Raki S., Dedieu G., Chehbouni A. and Olioso A. 2006. Monitoring of irrigated wheat in a semi‐arid climate using crop modelling and remote sensing data: Impact of satellite revisit time frequency. International Journal of Remote Sensing, 27: 1093-1117.

14-Jeimar P.P., Marcela Q. and Natalia E. 2011. application of crop growth modeling for the economic valuation of water in agriculture. The 3rd international forum on water and food Tshwane, South Africa.

15-Kang S., Gu B., Du T., and Zhang J. 2003. Crop coefficient and ratio of transpiration to evapotranspiration of winter wheat and maize in a semi-humid region. Agric. For. Meteorol. 59, 239–254.

16-Kang Y. and Liu H.J. 2006. Sprinkler irrigation scheduling of winter wheat in the North China Plain using a 20 cm standard pan. Springer- Verlag, DOI 10.1007/s00271-006-0042-z

17-Kaushal K., Luna B., Anju G., Biju G., Sreedhar A., Kiran J. and Narasimhan B. 2011. Spatial mapping of agricultural water productivity using SWAT model in Upper Bhima Catchment, India. Irrigation and Drainage. DOI: 10.1002/ird.618

18-King B.A. and Stark J.C. 1997. Potato irrigation management, University of Idaho, Cooperative Extension System, College of Agriculture.

19-Immerzeel W., Gaur A. and Zwart S. 2008. Integrating remote sensing and a process-based hydrological model to evaluate water use and productivity in a south Indian catchment. Agricultural water management, 95: 11-24.

20-Mollah M. and Paul N. 2009. Growth Attributes of Barley (Hordeum vulgare L.) in Relation to Soil Moisture Regimes and NPK Fertilizers. Journal of Bio-Science, 16: 19-24.

21-Neitsch S.L., Arnold J.G., Kiniry J.R. and Williams J.R. 2011. Soil and water assessment tool theoretical document (version 2009), Texas water resource institute technical report.

22-Saeed I. and El-Nadi A. 1997. Irrigation effects on the growth, yield, and water use efficiency of alfalfa. Irrigation Science, 17: 63-68.

23-Schuol J., Abbaspour K.C., Yang H., Reichert P., Srinivasan R., Schar Ch. and Zehnder A.J.B. 2006. Estimation of freshwater availability in the West African Sub-continent using the SWAT hydrologic model. J. Hydro. 352: 30-49.

24-Schuol J., Abbaspour K.C., Srinivasan R., and Yang H. 2008. Estimation of freshwater availability in the West African sub-continent using the SWAT hydrologic model. Journal of Hydrology, 352: 30–49.

25-Singh R., Kumar S., Nangare D. and Meena M. 2009. Drip irrigation and black polyethylene mulch influence on growth, yield and water-use efficiency of tomato. African Journal of Agricultural Research, 4: 1427-1430.

26-Williams L. and Ayars J. 2005. Grapevine water use and the crop coefficient are linear functions of the shaded area measured beneath the canopy. Agricultural and forest meteorology, 132: 201-211.

27-Yan Y., Guoqiang W., and Jingsha Y. 2006. Groundwater depth simulation based on beijing county-level swat application tool. Unpublished manuscript, College of Water Sciences, Beijing Normal University, Beijing, China.

28-Zhang J., Wei Q., Wang L., Sun X., Wang C. and Song K. 2010. Leaf Area Index Estimated with Plant Canopy Analyzer in Apple Orchards and Analysis of Its Reliability. Acta Horticulturae Sinica, 37: 185-192.

29-Ziaei A.N. and Sepaskhah A. 2003. Model for simulation of winter wheat yield under dryland and irrigated conditions. Agricultural water management, 58: 1-17.