ارزیابی ریسک شکست دستورالعمل‌های استاندارد بهره‌برداری دستی در توزیع آب سطحی تحت تأثیر نوسانات جریان ورودی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب، دانشکده فناوری کشاورزی ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

10.22059/jwim.2026.413920.1304

چکیده

در این پژوهش، چارچوبی کاربردی و داده‌محور برای ارزیابی ریسک شکست تحویل آب سطحی در شبکه‌های آبیاری تحت تأثیر نوسانات جریان ورودی به بند انحرافی ارائه شد. تمرکز اصلی مطالعه بر شناسایی آسیب‌پذیری دستورالعمل‌های استاندارد بهره‌برداری دستی در شبکه‌های کانالی روباز و ارزیابی پیامدهای آن برای ذی‌نفعان پایین‌دست است. برای این منظور، یک مدل شبیه‌ساز هیدرولیکی-بهره‌برداری در محیط MATLAP بر پایه مدل انتگرالی-تأخیری و قواعد بهره‌برداری دستی توسعه یافت. مؤلفه احتمال ریسک با استفاده از تحلیل فراوانی داده‌های تاریخی جریان انحرافی، مؤلفه آسیب‌پذیری با استفاده از نسبت تحویل واقعی آب به حقابه و مؤلفه پیامد با تلفیق شاخص‌های کفایت، پایداری و راندمان بر پایه تحلیل مؤلفه‌های اصلی محاسبه شد. منطقه موردمطالعه، شبکه آبیاری مهیار-جرقویه در حوضه زاینده‌رود است که شامل ۶۵۹ واحد آبیاری در یک ناحیه خشک مرکزی ایران است. نتایج نشان داد که در شرایط عادی، بیش از ۹۰ درصد سطح منطقه دارای مقدار ریسک کم‌تر از ۰/۴ درصد است. در سناریوهای نوسان کم، حدود ۳۰ تا ۳۵ درصد واحدها در بازه ریسک ۱/۵ تا ۳ درصد و حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد در مقادیر بالاتر از ۳ درصد قرار گرفتند. با افزایش شدت نوسان، ۶۰ تا ۸۰ درصد واحدها در محدوده ریسک ۴ تا ۱۰ درصد قرار گرفتند و در شرایط نوسان شدید، مقدار ریسک در ۵۰ تا ۶۰ درصد منطقه از ۶۰ درصد فراتر رفت. نتایج مکانی بیانگر گذار از ریسک‌های موضعی در شرایط کم‌تنش به آسیب‌پذیری گسترده و سیستمی در شرایط بحرانی است. چارچوب پیشنهادی می‌تواند مبنایی عملی برای بازنگری دستورالعمل‌های بهره‌برداری، اولویت‌بندی مداخلات مدیریتی و تهیه نقشه‌های ریسک در شبکه‌های آبیاری وابسته به آب سطحی فراهم کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluating the Risk of Manual-Based Standard Operating Procedure Failures in Surface Water Distribution Subject to Inflow Fluctuations

نویسندگان [English]

  • Misagh Bidabadi
  • Behzad Azadegan
  • Mahmoud Mashal
Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Technology of Aburaihan, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده [English]

This study introduces a practical, data-driven framework for assessing surface water delivery failure risk in irrigation districts exposed to inflow fluctuations at diversion dams. The framework evaluates the vulnerability of manual standard operating procedures using a dynamic hydraulic-operational simulation model developed in MATLAB based on the Integrator–Delay model and manual SOP rules. Risk probability is estimated from historical diversion-flow records through frequency analysis. Vulnerability is quantified using a demand–delivery indicator that compares delivered water with allocated water rights. Risk consequence is represented by an integrated PCA-based index derived from adequacy, dependability, and efficiency indicators. The framework was applied to the Mahyar–Jarghooyeh Irrigation District in arid central Iran, including 659 irrigated units. Results indicate that under normal conditions, more than 90% of the district remains below a risk value of 0.4%. Under low fluctuation conditions, 30–35% of units show risk values between 1.5% and 3%, while 15–20% exceed 3%. Under moderate fluctuations, 60–80% of units fall within the 4–10% risk range. Under severe fluctuations, risk values exceed 60% across 50–60% of the district, and approximately 85% of units fall within the 40–100% range. The spatial results reveal a transition from localized risk under low-stress conditions to widespread systemic vulnerability under severe inflow fluctuations. The proposed framework can support revision of manual operating rules, targeted monitoring, and spatially explicit risk management in surface-water-dependent irrigation districts.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Risk assessment
  • Hydraulic-operational simulation
  • Surface water distribution
  • Vulnerability and consequence mapping
  • Principal component analysis

مراجع

  1. Abdulhamid, A., Rahman, M.M., Kabir, S., & Ghafir, I. (2024). Enhancing safety in IoT systems: A model-based assessment of a smart irrigation system using fault tree analysis. Electronics, 13, 1156.
  2. Babaei, M., Roozbahani, A., & Shahdany, S. (2018). Risk assessment of agricultural water conveyance and delivery systems by fuzzy fault tree analysis method. Water Resources Management, 32, 4079-4101.
  3. Bayat, F., Roozbahani, A., & Shahdany, S.M.H. (2025). An integrated risk-based water-food-energy nexus assessment framework for surface water operation governance. Computers and Electronics in Agriculture, 229, 109659.
  4. Berbel, J., Expósito, A., Gutiérrez-Martín, C., & Mateos, L. (2019). Effects of the irrigation modernization in Spain 2002–2015. Water Resources Management, 33, 1835-1849.
  5. Bozorgi, A., Roozbahani, A., Hashemy Shahdany, S.M., & Abbassi, R. (2021). Development of multi-hazard risk assessment model for agricultural water supply and distribution systems using Bayesian network. Water Resources Management, 35, 3139-3159.
  6. Bozorgi, A., Roozbahani, A., Hashemy Shahdany, S.M., & Abbassi, R. (2024). Developing a risk management framework for agricultural water systems using fuzzy dynamic Bayesian networks and decision-making models. Water Resources Management, 1-23.
  7. Chernysh, Y., Stejskalová, L., Soldán, P., Lai, F.Y., Khan, U.A., Lundborg, C.S., Giambérini, L., Minguez, L., Monte, M.C., & Blanco, A. (2024). Risk assessment as a tool to improve water resource management. Water Resources Management, 1-17.
  8. Das, A., Sahoo, B., & Panda, S.N. (2020). Evaluation of nexus-sustainability and conventional approaches for optimal water-energy-land-crop planning in an irrigated canal command. Water Resources Management, 34, 2329-2351.
  9. Deblais, L., Kauffman, M., & Rajashekara, G. (2024). Impact of irrigation source on the dissemination and persistence of coliforms and foodborne pathogens in fresh tomato high tunnel-dripline system from small specialty crop farms. Journal of Food Protection, 87, 100382.
  10. Dehghani, S., Massah Bavani, A., Roozbahani, A., & Sahin, O. (2024). Assessment of climate change-induced water scarcity risk by using coupled system dynamics and Bayesian network modeling approaches. Water Resources Management, 38, 3853-3874.
  11. Gao, D., Chen, A.S., & Memon, F.A. (2024). A systematic review of methods for investigating climate change impacts on Water-Energy-Food Nexus. Water Resources Management, 38, 1-43.
  12. Izady, A., Khorshidi, M.S., Nikoo, M.R., Al-Maktoumi, A., Chen, M., Al-Mamari, H., & Gandomi, A.H. (2021). Optimal water allocation from subsurface dams: a risk-based optimization approach. Water Resources Management, 35, 4275-4290.
  13. Le, T., Sun, C., Choy, S., Kuleshov, Y., & Tran, T.D. (2024). Agricultural drought risk assessments: a comprehensive review of indicators, algorithms, and validation for informed adaptations. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 15, 2383774.
  14. Liu, X., Guo, P., Tan, Q., Zhang, F., Huang, Y., & Wang, Y. (2021). Drought disaster risk management based on optimal allocation of water resources. Natural Hazards, 108, 285-308.
  15. Nalbantis, I., & Tsakiris, G. (2009). Assessment of hydrological drought revisited. Water Resources Management, 23, 881-897.
  16. Orojloo, M., Shahdany, S.M.H., & Roozbahani, A. (2018). Developing an integrated risk management framework for agricultural water conveyance and distribution systems within fuzzy decision making approaches. Science of the Total Environment, 627, 1363-1376.
  17. Ortega-Gaucin, D., Ceballos-Tavares, J.A., Ordoñez Sánchez, A., & Castellano-Bahena, H.V. (2021). Agricultural drought risk assessment: A spatial analysis of hazard, exposure, and vulnerability in Zacatecas, Mexico. Water, 13, 1431.
  18. Pourmahmoud, J., Hashemy Shahdany, S.M., & Roozbahani, A. (2023). Drought risk assessment for surface water distribution systems in irrigation districts. Water Resources Management, 37, 5325-5342.
  19. Pourmahmoud, J., Hashemy Shahdany, S.M., & Roozbahani, A. (2024). Practical drought risk assessment and management framework: A step toward sustainable modernization in agricultural water management. Journal of Hydrology, 644, 132121.
  20. Ronco, P., Zennaro, F., Torresan, S., Critto, A., Santini, M., Trabucco, A., Zollo, A., Galluccio, G., & Marcomini, A. (2017). A risk assessment framework for irrigated agriculture under climate change. Advances in Water Resources, 110, 562-578.
  21. Roozbahani, A., & Ghanian, T. (2024). Risk assessment of inter-basin water transfer plans through integration of Fault Tree Analysis and Bayesian Network modelling approaches. Journal of Environmental Management, 356, 120703.
  22. Shelar, A., Singh, A.V., Chaure, N., Jagtap, P., Chaudhari, P., Shinde, M., Chaskar, M., Patil, R., & Nile, S.H. (2024). Nanoprimers in sustainable seed treatment: molecular insights into abiotic-biotic stress tolerance mechanisms for enhancing germination and improved crop productivity. Science of the Total Environment, 175118.
  23. Tigkas, D., Vangelis, H., & Tsakiris, G. (2012). Drought and climatic change impact on streamflow in small watersheds. Science of the Total Environment, 440, 33-41.
  24. Tigkas, D., Vangelis, H., & Tsakiris, G. (2015). DrinC: a software for drought analysis based on drought indices. Earth Science Informatics, 8, 697-709.
  25. Tingsanchali, T., & Piriyawong, T. (2018). Drought risk assessment of irrigation project areas in a river basin. Engineering Journal, 22, 279-287.
  26. Yue, W., Liu, Z., Su, M., Xu, M., Rong, Q., Xu, C., Tan, Z., Jiang, X., Su, Z., & Cai, Y. (2022). Inclusion of ecological water requirements in optimization of water resource allocation under changing climatic conditions. Water Resources Management, 36, 551-570.
مدیریت آب و آبیاری
دوره 16، شماره 1
تیر 1405
صفحه 179-191

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار