| Author |
Izady, A. Davary, K. Alizadeh, A. Ziaei, A. N. Akhavan, S. Alipoor, A. Joodavi, A. Brusseau, M. L. |
| Abstract |
Increased irrigation in the Neishaboor watershed, Iran, during the last few decades has caused serious groundwater depletion, making the development of comprehensive mitigation strategies and tools increasingly important. In this study, SWAT and MODFLOW were employed to integratively simulate surface-water and groundwater flows. SWAT and MODFLOW were iteratively executed to compute spatial and temporal distributions of hydrologic components. The combined SWAT-MODFLOW model was calibrated (2000–2010) and validated (2010–2012) based on streamflow, wheat yield, groundwater extraction, and groundwater-level data. This multi-criteria calibration procedure provided greater confidence for the partitioning of water between soil storage, actual evapotranspiration, and aquifer recharge. The SWAT model provided satisfactory predictions of the hydrologic budget for the watershed outlet. It also provided good predictions of irrigated wheat yield and groundwater extraction. The 10-year mean annual recharge rate estimated using the combined model varied greatly, ranging from 0 to 960 mm, with an average of 176 mm. This result showed good agreement with the independently estimated annual recharge rate from an earlier study. The combined model provides a robust tool for the sustainable planning and management of water resources for areas with stressed aquifers where interaction between groundwater and surface water cannot be easily assessed.L’augmentation de l’irrigation dans le bassin de Neishaboor, Iran, au cours des dernières décennies a engendré une importante diminution des niveaux piézométriques, rendant de ce fait l’élaboration de stratégies de mitigation et d’outils de plus en plus importante. Dans cette étude, SWAT et MODFLOW ont été utilisés pour simuler de manière intégrée les écoulements de surface et des eaux souterraines. SWAT et MODFLOW ont été exécutées de manière itérative pour calculer les distributions spatiales et temporelles des composantes hydrologiques. Le modèle combiné SWAT-MODFLOW a été calibré sur la période 2000 à 2010 et validé sur la période 2010 à 2012, sur la base des écoulements de surface, du rendement du blé, du volume d’eau souterraine pompé, et sur les données piézométriques. Cette procédure d’étalonnage multi-critères a fourni une plus grande confiance dans les résultats pour la répartition de l’eau entre l’eau stockée dans le sol, l’évapotranspiration réelle et la recharge des aquifères. Le modèle SWAT a fourni des prédictions satisfaisantes du bilan hydrologique à l’exutoire du bassin. Il a également fourni de bonnes prévisions pour le rendement du blé irrigué et des volumes d’eau souterraine pompés. La recharge annuelle moyenne sur 10 ans estimée à partir du modèle combiné varie considérablement, avec des valeurs comprises entre 0 à 960 mm, avec une moyenne de 176 mm. Ce résultat est cohérent avec la recharge annuelle estimée de manière indépendante à partir d’une étude antérieure. Le modèle combiné offre un outil robuste pour la planification et la gestion durable des ressources en eau pour des zones comprenant des aquifères sous stress hydrique où les interactions entre eaux souterraines et eaux de surface ne sont pas facilement évaluées.El incremento del riego en la cuenca de Neishaboor, Iran, durante las últimas décadas causó serias depresiones del agua subterránea, haciendo que el desarrollo de estrategias integrales de mitigación y herramientas sea cada vez más importante. En este estudio se usaron SWAT y MODFLOW para simular integralmente los flujos de agua superficial y subterránea. Se ejecutaron iterativamente SWAT y MODFLOW para computar las distribuciones espaciales y temporales de las componentes hidrológicas. El modelo combinado SWAT-MODFLOW se calibró (2000 a 2010) y validó (2010 a 2012) en base a los flujos superficiales, rendimientos de trigo, extracción de agua subterránea y datos de niveles de agua subterránea. Este procedimiento de calibración multicriterio proporcionó mayor confidencia para la partición del agua entre el almacenamiento del suelo, la evapotranspiración real y la recarga del acuífero. El modelo SWAT proporcionó predicciones satisfactorias del balance hidrológico en la salida de la cuenca. También proporcionó buenas predicciones del rendimiento del trigo regado y de la extracción del agua subterránea. La tasa de recarga media anual de 10 años estimada usando el modelo combinado tuvo variaciones de suma importancia, desde 0 a 960 mm, con un promedio de 176 mm. Este resultado mostró una buena concordancia con la tasa de recarga anual estimada independientemente a partir de un estudio previo. El modelo combinado proporciona una herramienta robusta para la planificación y el manejo sustentable de los recursos hídricos en acuíferos estresados donde la interacción entre agua subterránea y agua superficial no puede ser fácilmente evaluada.过去几十年在Neishaboor流域日益增加的灌溉严重消耗了地下水,致使综合缓解战略的推进和工具的开发越来越重要。在本项研究中,应用SWAT 和 MODFLOW综合模拟了地表水流和地下水流。反复采用SWAT 和 MODFLOW计算了水文组分的时空分布。根据河流流速及流量、小麦产量、地下水抽取量及地下水位资料对SWAT-MODFLOW 组合的模型进行了校正(2000-2010年)和验证(2010-2012年)。这个多标准校正程序为分割土壤储存的水、实际蒸发蒸腾的水和含水层补给的水提供了更大的信心。SWAT模型为流域出口的水均衡提供了满意的预测结果。它还为灌溉小麦的产量和地下水抽取量提供了很好的预测结果。采用综合的模型估算的10年的平均每年补给量变化很大,范围从0到960 mm,平均为176 mm。 这个结果显示,与早先研究中独立估算的每年补给量非常一致。含水层有压力的地区地下水与地表水不易评价,因此,组合模型为此类地区的水资源可持续规划和管理提供了一个强健的工具。در دهههای اخیر، ذخایر آب زیرزمینی حوضه آبریز نیشابور به دلیل برداشت بیش از حد آب زیرزمینی جهت مصارف آبیاری بصورت قابل توجهی کاهش یافته است، از اینرو توسعه ابزارها و راهکارهای پیشگیری از تخریب منابع آب زیرزمینی از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در مطالعهی حاضر، SWAT و MODFLOW برای شبیهسازی جامع جریان آبهای زیرزمینی و سطحی مورد استفاده قرار گرفته است. برای محاسبهی توزیع زمانی و مکانی مولفههای هیدرولوژیکی، SWAT و MODFLOW بصورت رفت و برگشتي اجرا شدند. واسنجی و صحت سنجی مدل تلفیقی SWAT-MODFLOW بر اساس دادههای دبی رودخانه، عملکرد گندم، برداشت از آبخوان و تراز آب زيرزميني به ترتيب در يک دورهي 10 ساله (مهر 1379 تا شهريور 1389) و 2 ساله (مهر 1389 تا شهريور 1391) صورت پذيرفت. این روش واسنجی چند معیاره، مقادیر قابل اعتمادتری از ذخیرهی خاک، تبخیر وتعرق واقعی و تغذیهی آبخوان بدست میدهد. مدل SWAT جریان رودخانه را در ایستگاه هیدرومتری خروجی حوضه بطور رضایتبخشی پیشبینی نمود. همچنین مقادیر پیشبینیشدهی عملکرد گندم آبی و برداشت از آبخوان نیز رضایتبخش بودند. مقدار متوسط ده-سالهی تغذیهی آبخوان با استفاده از مدل تلفیقی برای کل محدوده مطالعاتی 176 میلیمتر محاسبه شد که در گسترهی آبخوان از صفر تا 960 میلیمتر متغیر بود. این مقدار تغذیه داراي همخواني زيادي با مقدار برآوردي تغذيهي سالانه از مطالعهي پيشين ميباشد. این مدل تلفیقی، ابزار قدرتمندی جهت مدیریت و برنامهریزی پایدار منابع آب در مناطقی که برهمکنش آب زیرزمینی و آب سطحی به آسانی قابل سنجش و ارزیابی نمیباشد، ارائه میدهد.Nas últimas décadas, o aumento da irrigação na bacia hidrográfica do Neishaboor, Irã, tem causado sérias depleções nas águas subterrâneas, fazendo com que o desenvolvimento de estratégias de mitigação e ferramentas abrangentes seja cada vez mais importante. Nesse estudo, os modelos SWAT e MODFLOW foram empregados para simular interativamente os fluxos das águas superficiais e subterrâneas. SWAT e MODFLOW foram executados interativamente para calcular as distribuições espaciais e temporais dos componentes hidrológicos. O modelo combinado SWAT-MODFLOW foi calibrado (de 2000 a 2010) e validado (de 2010 a 2012) baseado na vazão, produção de trigo, extração das águas subterrâneas, e dados de níveis das águas subterrâneas. Esse procedimento de calibração multicritério proporcionou maior confiança para o fracionamento da água entre o armazenamento no solo, evapotranspiração real e recarga do aquífero. O modelo SWAT proporcionou predições satisfatórias do balanço hídrico para o exutório da bacia. Também proporcionou boas predições sobre a produção do trigo irrigado e extração das águas subterrâneas. A média da taxa de recarga anual de 10 anos estimada usando o modelo combinado variou muito, entre 0 e 960 mm, com uma média de 176 mm. Esse resultado mostrou uma boa concordância com a taxa de recarga anual estimada independentemente em um estudo prévio. O modelo combinado forneceu uma ferramenta robusta para o planejamento e gestão sustentável dos recursos hídricos em áreas com aquíferos sobrexplorados onde a interação entre águas superficiais e águas subterrâneas não pode ser facilmente avaliada. |
