Systems approach and modeling for sustainable groundwater irrigation: A case study in Mardin Kiziltepe Plain

Abstract

Su kaynakları çok hızlı bir şekilde tükendiğinden dolayı tarım için kullanılan su en önemli çevresel olaylardan biri olmuştur. Bu yüzden, kurak ve yarı kurak yerlerde tarımsal aktivitelerin devamı için çoğunlukla yeraltı suyu ile sulama tek alternatiftir. Yeraltı suyu hidrolojisi ve insan faaliyetlerinin yeraltı suyu kullanımına etkisi kompleks bir yapıdadır ve bu kompleks yapı stratejik yönetim problemlerine neden olur. Bu çalışma Türkiye'nin güneydoğusunda yer alan ve yeraltı suyu kullanımının koordinasyonun ve kontrolünün yeterli olmadığı Kızıltepe Ovası'nda, farklı yeraltı suyu yönetim seçeneklerinin etkilerini incelemektedir. Kızıltepe Ovası'nda kuyu sayılarında ve sulanan alan miktarında özellikle son on yılda muazzam bir artış olmuştur. Bu artış en nihayetinde yeraltı suyu kaynaklarına geri dönüşü olmayan bir zarar vermektedir ve gelecekte olması muhtemel bir ekolojik yıkımı tetiklemektedir. Sistem dinamiği insan doğa ilişkisini bütüncül bir şekilde ele almamızı sağlayan araçlar sunar. Bu sebeple, Kızıltepe Ovası'ndaki yeraltı suyu problemini bütüncül bir şekilde anlamak ve sürdürülebilir yeraltı suyu sulama yönetimleri aramak için dinamik bir simülasyon modeli geliştirilmiştir. Dinamik model yeraltı suyu kaynakları, su çıkarımı, arazi kullanımı ve ürün kârlılığı olmak üzere dört sektörü temsil etmektedir. Model öncelikle yapısal olarak aşırı durum testleri ve parametre duyarlılık analizleri ile kalibre edilmiştir. Sonra da 2005 ve 2015 yılları arasında var olan veri kullanılarak davranışsal kalibrasyonu yapılmıştır. Yeraltı suyunun kendi beslenmesinden daha fazla kullanılması kısa vadede çiftçiler için kârlı olduğu iddia edilse de, uzun vadede geri dönüşü olmayan ekolojik ve ekonomik yıkımları olabilir. Model ile yapılan senaryo analizlerinde devletin sulu tarım için verdiği teşvik ve sulanarak elde edilen ürünün fiyatındaki artış sulanan alan miktarında muazzam bir artışa neden olabilir. Bu artış yeraltı suyu kullanımını aşırı derecede artırabilir ve bu durum gelecek nesillerin önemli bir su kıtlığı çekmesine neden olabilir. Diğer bir yandan vahşi sulama yerine damlama sulamaya geçilmesi yeraltı suyu kullanımını azaltabilir ve Kızıltepe Ovası'nda uzun süreli sürdürülebilir bir yeraltı suyu kullanımına ulaşmada yardımcı olabilir.

The use of water for agriculture has become one of the most important environmental issues since water resources are depleting very fast. Groundwater irrigation, therefore, is mostly the only alternative to sustain agricultural activities in arid and semi-arid places. The hydrology of groundwater resources and the impact of human activities that cause groundwater exploitation are complex, and this complexity causes strategic management problems. This study examines the impact of different groundwater management options for the long-term sustainable agriculture in the Kızıltepe Plain located in south-east of Turkey where groundwater is used with insufficient coordination and regulation. There has been a tremendous increase in number of wells and amount of irrigated land in Kızıltepe Plain particularly in the past ten years. This increase ultimately causes irreversible damage to groundwater resources and also triggers ecological destruction, which may occur in the future. System dynamics provides us tools to explore the relationship between nature and humans in a holistic way. Therefore, in this research, a dynamic simulation model is developed to understand the groundwater problem in a holistic way and also to seek sustainable groundwater irrigation management in Kızıltepe Plain. The dynamic model consists of four sectors representing groundwater resources, water extraction, land use change and crop profitability. The model is validated first structurally with different extreme condition tests and parameter sensitivity tests. Then, behavioral validation is performed by available data between 2005 and 2015. It is argued that although overexploitation of groundwater beyond its replenishment rates may be profitable for the farmers in the short term, it may cause irreversible economic and ecological damage in the long term. Scenario analyses performed reveal that state incentives for irrigated land and increases in irrigated crop price may cause an enormous increase in irrigated land. This increase may lead to excessive use of groundwater which may result in significant water scarcity for future generations. However, changing irrigation type from flood irrigation to drip irrigation may reduce the use of groundwater and help to achieve long term sustainable groundwater use in Kızıltepe Plain.