دانشگاه محقق اردبیلی مدل سازی و مدیریت آب و خاک 2783-2546 4 2 2024 05 21 Development of an irrigation decision support system and investigation of its compatibility with the conditions of the Mahabad irrigation and drainage network توسعه یک سیستم تصمیم‌یار آبیاری و بررسی انطباق‌پذیری آن با شرایط شبکه آبیاری و زهکشی مهاباد 55 74 2152 10.22098/mmws.2023.12456.1243 FA حسین دهقانی سانیج دانشیار، مؤسسة تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، البرز، ایران سمیه امامی دانش‌آموختة دکتری، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران عبدالله امینی دانش‌آموختة کارشناسی‌ ارشد، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران وحید رضاوردی‌نژاد استاد، گروه مهندسی آب، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران امیر نورجو استادیار، بخش تحقیقات فنی و مهندسی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان‌غربی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ایران ساناز محمدی دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران حسن طباطبایی دانشجوی دکتری، گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران بهاره جمشیدی دانشیار، موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، البرز، ایران Journal Article 2023 03 04 <strong>Introduction </strong><br />Irrigation decision support systems (IDSS) are among the approaches considered a tool in complex decision-making for water resource managers due to the enormous development of computer systems. Modernizing at different levels of water consumption can significantly increase water productivity indicators. Performing these conditions requires technological changes. The primary pillar of any IDSS system is its ability to adapt to environmental changes. This process allows the prediction model to compare predicted values with actual results and adjust automatically. IDSS systems for designing cropping patterns and optimal irrigation programs have the critical capabilities to control and manage optimal irrigation on large levels and water rights. These systems suggest the optimal cultivation pattern and dynamically provide the water consumption optimization schedule. According to previous studies, the most critical challenge of irrigation management is the limited amount of available water, which leads to the complexity of the optimal use of agricultural water in real conditions. One of the most important strategies to save Lake Urmia is to take necessary measures to reduce water consumption in the agricultural sector. One of the primary solutions to reduce water consumption in the agriculture sector is to decrease the loss of valuable and non-useful uses of agricultural water through the improvement of irrigation management. For this purpose, in the present study, the details of the adaptability of a developed IDSS system to improve irrigation management with the conditions of irrigation and drainage network, water and soil resources, climate, and vegetation in Mahabad Plain have been discussed.<br /> <br /><strong>Materials and Methods </strong><br />To evaluate the IDSS, the downstream farms of the Mahabad irrigation and drainage network located southeast of Lake Urmia were selected. The Mahabad irrigation and drainage network consists of a diversion dam, two main canals, 11 2nd-grade canals, 69 main drains, and 10 water pumping stations. Four sites from the Mahabad irrigation and drainage network were chosen as selected sites. In each site, 20 farms were considered for monitoring the IDSS. The rest of the farms were under the control of the farmer, and only optimal irrigation programs were provided to the farmer by the IDSS. The general framework of the IDSS has been developed to achieve the goal of optimal management of water consumption in agriculture, taking into account the time and amount of water availability using international methods. The IDSS provides the optimal irrigation schedule for the cropping pattern in the farm by using online information on agricultural meteorology, water access conditions of the farm, soil, and crop characteristics, and the type of irrigation system used in the farm. The IDSS can suggest the optimal cropping pattern for farm conditions. During the crop growth period, the farmer can introduce farm events as feedback to the system. In this situation, IDSS simulates new scenarios according to the existing situation in the farm and represents the new optimal irrigation schedule for the next few days.<br /> <br /><strong>Results and Discussion </strong><br />To adapt the IDSS for irrigation planning the physicochemical characteristics of soil and water, water right,  soil texture, crop characteristics, and etc. were considered. It is possible to update soil and water resource details during the growing season in the system. The information on irrigation systems can be loaded separately in the IDSS. According to the uploaded details, the optimal irrigation schedule was designed. IDSS takes advantage of seven-day agricultural meteorological forecasts, which leads to the maximum use of rainfall in the region and a proper matching between the provided irrigation schedule and the forecast of meteorological information in the coming days. To adapt the IDSS for irrigation planning the physicochemical characteristics of soil and water, water right, soil texture, etc. were considered. The virtual agricultural meteorological station launched by IDSS estimated the minimum temperature, maximum temperature, and sunshine hours with a good degree and relative humidity with a very good degree compared to the regional synoptic station data. Based on statistical indicators, the performance of IDSS for simulating volumetric soil moisture is evaluated as good to very good. Also, IDSS is adapted to the social conditions, the agricultural structure of the study area, and the knowledge level of farmers.<br /><strong>Conclusion </strong><br />IDSS has up-to-date simulations and is suitable for providing an optimal irrigation schedule within the study area. Determining the effectiveness of IDSS in water consumption showed that the irrigation schedule provided by IDSS reduced the water consumption in the area. In farms that are under the basin irrigation system, the use of irrigation planning provided by IDSS has resulted in an average increase of 13.5% in water consumption and 8.6% in crop yield. The reason for the increase in water requirements in the basin irrigation systems is the high advance time in the farms under monitoring, and to meet the water requirments at the end of the irrigation farms, IDSS has inevitably increased the water consumption. The use of irrigation planning provided by IDSS has been able to reduce water consumption by 41% and 14% and increase the crop yield by 10.3% and 8.6% respectively in farms under drip and sprinkler irrigation systems. Therefore, the potential application of IDSS as an irrigation consultation and the degree to which this system has improved the irrigation management of agricultural farms can be used in most areas of the Lake Urmia basin. Next, it is suggested that IDSS be evaluated for other areas and crop yields, emphasizing the application of IDSS in humid and semi-humid climates. بر اساس اطلاعات منتشر شده توسط سازمان کشاورزی و غذا (FAO) برای تأمین غذا در آینده، بخش کشاورزی باید از روش‌های بهینة عملیاتی و سیستم‌های تصمیم‌ساز هوشمند استفاده کند. این امر از طریق توسعة کشاورزی دقیق با استفاده از دادة زیاد و هوشمندسازی امکان‌پذیر خواهد بود. کشاورزی سنتی توسط کشاورزان در حوضة دریاچة ارومیه موجب شده تا مصرف آب به مهم‌ترین معضل این حوضه تبدیل شود. توسعة سیستم‌های تصمیم‌یار به‌عنوان ابزاری در تصمیم‌گیری‌های پیچیده از جمله رویکردهایی است که توجه مدیران منابع آب در سطح بین‌المللی را به‌ خود جلب کرده است. به‌همین منظور در پژوهش حاضر، یک سامانة تصمیم‌یار آبیاری (IDSS) با هدف بهبود مدیریت آبیاری در اراضی کشاورزی دشت مهاباد واقع در جنوب‌شرقی دریاچة ارومیه در سال زراعی 1401-1400 توسعه داده شد. در ادامه، تطبیق‌پذیری IDSS با شرایط شبکة آبیاری و زهکشی مهاباد، منابع آب و خاک، داده‌های هواشناسی و رطوبت خاک بررسی شد. برای ارزیابی تطبیق‌پذیری IDSS، شاخص‌های آماری ضریب تبیین (R²)، ریشة میانگین مربعات خطا (RMSE)، ریشة میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، ضریب کارایی نش-‌ساتکلیف (EF) و شاخص توافق ویلموت (d)، استفاده شد. نتایج نتایج نشان داد IDSS سازگاری و تعامل مناسبی با منابع آب و خاک، عملکرد محصولات و داده‌های هواشناسی دارد. استفاده از IDSS به‌طور متوسط موجب کاهش 9/13 درصدی آب مصرفی و افزایش 7/6 درصدی عملکرد محصول شد. ایستگاه هواشناسی مجازی کشاورزی راه‌اندازی شده توسطIDSS، دمای حداقل و حداکثر و ساعات آفتابی و رطوبت نسبی را به‌ترتیب با درجة خوب و خیلی‌خوب نسبت به داده‌های ایستگاه سینوپتیک منطقه برآورد کرد. بر اساس شاخص‌های آماری، عملکرد IDSS برای شبیه‌سازی رطوبت حجمی خاک با درجة خوب تا خیلی‌خوب ارزیابی می‌شود. هم‌چنین، IDSS در تطبیق با شرایط اجتماعی، ساختار کشاورزی منطقة مطالعاتی و سطح دانش کشاورزان است. برای پژوهش‌های آتی ضروری است اطلاعات در مقیاس حوضه جمع‌آوری و انعطاف‌پذیری و کارایی IDSS بررسی شود. https://mmws.uma.ac.ir/article_2152_79c7bd0df328702a5ac08d1796565775.pdf