Mfumo wa viashiria vya usimamizi wa maji wa vipimo vingi ni mkabala wa uchunguzi unaotegemea mchakato ambao hutathmini utendaji wa mitandao ya umwagiliaji inayolishwa na hifadhi za maji si kwa kuangalia tu jumla ya kiasi cha maji, bali kwa kuzingatia kwa pamoja ukubwa, marudio na mwendelezo wa upungufu wa usambazaji wa maji, usambazaji wa anga wa mifereji ya maji, na uwiano wa usambazaji–mifereji katika kiwango cha mfumo. Utafiti uliunda mifano ya maeneo ya umwagiliaji ya hifadhi za Simdong, Yejeon, Yonggok na Habun nchini Korea Kusini kwa kutumia EPA Storm Water Management Model (EPA-SWMM), na ukatengeneza viashiria sita visivyo na vipimo: Supply Adequacy Index (SAI), Adequacy Frequency Index (AFI), Supply Stability Index (SSI), Zone Equity Index (ZEI), Drainage Uniformity Index (DUI) na Water Balance Index (WBI).

Mifano ya EPA-SWMM ilikalibishwa kwa kutumia uchunguzi wa kila siku wa kiwango cha maji kwenye mifereji katika kipindi cha 2022–2024, huku mwaka 2025 ukitumika kama kipindi huru cha uthibitishaji. Katika uthibitishaji wa 2025, R² katika maeneo manne ilikuwa kati ya 0,88–0,98 na Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) kati ya 0,83–0,95. Kwa kuwa thamani za PBIAS zilikuwa kati ya −15,04% na −2,26%, modeli ina mwelekeo wa kukadiria viwango vya maji kwenye mifereji kuwa juu kidogo kwa ujumla.

Utafiti ulilinganisha hali mbili za uendeshaji. Katika Senario A, nafasi za kufunguka za diversion gate zote ziliwekwa 1,0 katika kipindi chote cha umwagiliaji. Senario B iliundwa kwa kubaini mashamba yaliyokuwa na kina kisichotosha cha maji yaliyotuama au yaliyopokea maji mengi kuliko mahitaji katika matokeo ya Senario A, kisha kubadilisha kwa mkono na kwa hatua za kurudia nafasi za kufunguka za milango na baadhi ya vizuizi vya upitishaji wa majimaji ndani ya modeli. Senario B si matokeo ya uboreshaji wa kihisabati na si mkakati wa uendeshaji wa shambani uliotekelezwa katika mtandao halisi wa umwagiliaji.

Katika Senario B, SAI, AFI na SSI, ambazo hutathmini usambazaji wa maji, ziliongezeka katika maeneo yote manne. Uboreshaji mkubwa zaidi wa usambazaji ulionekana Yonggok, eneo lililokuwa na utendaji wa awali wa chini zaidi; SAI iliongezeka kutoka 0,747 hadi 0,897. Hata hivyo, viashiria vya usawa wa mifereji na uwiano wa maji havikubadilika katika mwelekeo uleule katika kila eneo. Yonggok, SAI, AFI na SSI ziliongezeka huku WBI ikipungua kutoka 0,76 hadi 0,42; Habun pia WBI ilishuka kutoka 0,75 hadi 0,47. Hali hii inaonyesha kwamba kupunguza upungufu wa usambazaji wa maji na kuweka uwiano wa mifereji/usambazaji wa maji wa mfumo karibu na thamani lengwa ni vipimo tofauti vya utendaji.

Kikomo muhimu zaidi cha kutafsiri matokeo ya utafiti ni kwamba viashiria vimehesabiwa kwa kiasi kikubwa kutoka kwenye matokeo ya uigaji wa EPA-SWMM. Modeli ilithibitishwa kwa viwango vya maji katika mifereji mikuu ya umwagiliaji; kiasi halisi cha maji kinachofika mashambani na ujazo wa mifereji ya maji havikuthibitishwa kwa kulinganisha na vipimo huru vya shambani. Zaidi ya hayo, viashiria vya utendaji vilitathminiwa kwa mwaka wa haidrologia wa 2025 pekee na maeneo manne tu ya umwagiliaji yalichunguzwa. Kwa hiyo, mfumo uliopendekezwa unapaswa kutumiwa zaidi kutambua ni kipengele gani cha usimamizi wa maji kinachoboreshwa au kuzorota kutokana na mabadiliko mbalimbali ya uendeshaji, badala ya kutoa upangaji wa mwisho wa maeneo au nafasi sahihi za kufunguka za milango zilizo bora kabisa.

Tatizo kuu la utafiti

Kuwepo kwa kiasi cha kutosha cha maji kwa jumla katika eneo la umwagiliaji la hifadhi hakumaanishi kwamba kila shamba linapata maji kwa wakati unaofaa na kwa kiasi cha kutosha. Hifadhi, mfereji mkuu, mifereji ya pili, diversion gate, viingilio vya mashamba na sehemu za mifereji ya maji huunda mtandao wa majimaji uliounganishwa. Hata mpangilio wa lango moja katika mtandao huu unaweza kubadilisha jinsi maji yanavyogawanywa kati ya sehemu ya juu ya mtiririko, sehemu ya kati na sehemu ya chini ya mtiririko.

Viashiria vya pekee vinavyotumiwa mara kwa mara katika tathmini za kawaida za utendaji, kama jumla ya usambazaji wa maji, ufanisi wa umwagiliaji au wastani wa eneo, hutoa taarifa muhimu; hata hivyo, chini ya thamani ileile ya wastani kunaweza kuwepo matatizo tofauti sana ya muda na anga. Katika eneo moja, upungufu wa jumla wa maji unaweza kuwa mdogo lakini ukajirudia mara kwa mara. Katika eneo jingine, upungufu unaweza kutokea mara chache lakini ukidumu zaidi ya siku saba unapojitokeza. Vilevile, hata kama kiasi cha jumla cha mifereji ya maji kinakubalika, mtiririko huo unaweza kujilimbikiza katika maeneo maalum au katika sehemu chache tu.

Lengo la utafiti ni kutenganisha vipimo hivi tofauti vya utendaji ndani ya mfumo mmoja wa uchunguzi. Mfumo uliopendekezwa hutathmini maeneo makuu matatu:

• Utendaji wa usambazaji wa maji: SAI, AFI na SSI.
• Usambazaji wa mifereji ya maji: ZEI na DUI.
• Uwiano wa maji: WBI.

Kwa kuwa viashiria vinaonyeshwa katika kipimo cha 0–1 au kwa thamani zisizo na vipimo zinazokaribia 1, vinawezesha kulinganisha vipimo tofauti vya utendaji; hata hivyo, maana ya thamani “1” kwa kila kiashiria haiwakilishi tukio lilelile la kifizikia.

Maeneo manne ya umwagiliaji ya hifadhi yaliyofanyiwa uchunguzi

Mtandao wa umwagiliaji wa Simdong una mifereji miwili mikuu na miwili ya pili na hupokea maji ya ziada kutoka vituo viwili vya kusukuma maji. Yejeon ina mifereji minne ya pili na vituo viwili vya ziada vya kusukuma maji. Yonggok ina mifereji miwili mikuu na miwili ya pili na hupokea maji ya ziada kupitia diversion weir. Habun ina mifereji miwili mikuu na mitano ya pili na hupokea maji ya ziada kutoka hifadhi msaidizi.

Ili kuwezesha uchambuzi wa anga, maeneo yanayomwagiliwa katika kila eneo yaligawanywa kwa kufuata mwelekeo wa mtiririko kuwa kanda za juu ya mtiririko, katikati ya mtiririko na chini ya mtiririko. Simdong maeneo hayo ni 44,2, 81,4 na 35,1 ha mtawalia; Yejeon 32,9, 69,6 na 28,9 ha; Yonggok 25,0, 84,4 na 20,3 ha; Habun 13,8, 56,6 na 46,8 ha.

Sehemu za mifereji ya maji pia ziliainishwa kwa mantiki hiyo hiyo ya anga. Simdong kuna sehemu 1, 2 na 1 katika kanda ya juu, kati na chini mtawalia; Yejeon 0, 2 na 2; Yonggok 0, 3 na 1; Habun 2, 2 na 4.

EPA-SWMM ilitumika vipi kwenye mtandao wa umwagiliaji?

EPA-SWMM awali ni modeli ya mtandao wa haidrologia na majimaji iliyotengenezwa kwa mifumo ya mvua–mtiririko na mifereji ya maji ya mijini. Katika utafiti huu, muundo wa node-link wa modeli ulirekebishwa kwa mfumo wa hifadhi–mfereji–shamba.

• Hifadhi, vituo vya kusukuma maji na mashamba ya mpunga vilimodeliwa kama storage unit.
• Mifereji ya umwagiliaji ilimodeliwa kama conduit.
• Milango ya kuingiza maji kutoka hifadhi ilifafanuliwa kama pump.
• Diversion, control, supply na drainage gate zilimodeliwa kama orifice.
• Miunganisho ya vipengele vya mtandao iliundwa kwa nodi za junction.

Ingizo za modeli

Uigaji wa EPA-SWMM uliendeshwa kwa hatua ya muda ya kila siku. Ingizo za modeli zilijumuisha usambazaji wa maji, mvua, evapotranspiration, infiltration, kina cha maji yaliyotuama katika mashamba ya mpunga na uwiano wa kufunguka kwa milango.

Takwimu za usambazaji wa maji kutoka hifadhi zilipatikana kupitia Rural Agricultural Water Resource Information System (RAWRIS) inayoendeshwa na Korea Rural Community Corporation. Takwimu za hali ya hewa zinatokana na mtandao wa Automated Surface Observing System (ASOS) wa Korea Meteorological Administration.

Evapotranspiration halisi ya kila siku ilikadiriwa kwa kutumia mbinu ya Modified Penman na vigawo vya mazao. Vigawo vya infiltration na upotevu wa mifereji vilitolewa kulingana na kanda za usimamizi wa maji ndani ya Rural Water Use Rationalization Plan ya Korea.

Kina cha awali cha maji yaliyotuama katika mashamba ya mpunga kiliwekwa 0 mm, na kina lengwa kiliwekwa 60 mm. Milango ya kuingizia maji shambani na ya mifereji ya maji iliendeshwa kwa kanuni za udhibiti kulingana na kina cha maji kilichohesabiwa katika modeli.

Viashiria sita vya usimamizi wa maji

Je, SAI, AFI na SSI Hupima Jambo Lilelile?

Hapana. SAI hupima ukubwa wa jumla wa upungufu wa maji, AFI hupima marudio ya siku zenye usambazaji wa kutosha, na SSI hupima mwendelezo wa vipindi vya upungufu visivyokatika vinavyodumu angalau siku saba; kwa hiyo, hata kama shamba lina thamani sawa ya SAI, linaweza kuwa na thamani tofauti ya AFI au SSI kulingana na jinsi upungufu unavyosambazwa kwa muda.

Supply Adequacy Index — SAI

SAI imefafanuliwa katika maandishi chanzo kama kiashiria cha kiasi cha utoshelevu kinachoonyesha ni kiasi gani cha mahitaji ya maji yaliyowekwa kwa kipindi cha umwagiliaji kimetimizwa kwa uhalisia.

\[ SAI= \frac{\sum_{t=1}^{T}Q_{pd,t}} {\sum_{t=1}^{T}Q_{req,t}} \tag{1} \]

Katika maelezo ya dhana ya Mlinganyo (1), chanzo kinaeleza kwamba sehemu ya juu inawakilisha maji yaliyotolewa na sehemu ya chini inawakilisha mahitaji yaliyowekwa. Kadiri thamani ya SAI inavyokaribia 1, ndivyo sehemu kubwa zaidi ya mahitaji ya jumla inavyotafsiriwa kuwa imetimizwa.

Dokezo kuhusu maelezo ya alama ndani ya chanzo: Maelezo yanayofuata mlinganyo yanaita \(Q_{pd,t}\) “paddy field water requirement” na \(Q_{req,t}\) “prescribed water requirement”. Kwa kuwa katika sehemu hiyo hiyo upungufu wa maji umeandikwa kama \(D_t=Q_{req,t}-Q_{pd,t}\), \(Q_{pd,t}\) kwa vitendo inaonekana kuwa na jukumu la kiasi kilichotolewa/kilichofika. Chanzo hakielezi kutolingana huku kwa istilahi. Kwa hiyo, mlinganyo haujabadilishwa hapa.

Adequacy Frequency Index — AFI

AFI ni uwiano wa idadi ya siku ambazo hakuna upungufu wa maji katika kipindi cha uchambuzi na jumla ya siku:

\[ AFI= \frac{\sum_{t=1}^{T}f(D_t)} {N_{total}}, \qquad f(D_t)= \begin{cases} 1, & D_t=0\\ 0, & D_t>0 \end{cases} \tag{2} \]

\(D_t\) ni upungufu wa maji katika siku t. Ikiwa hakuna upungufu, siku hupata alama 1; ikiwa kuna upungufu, hupata 0. Kwa hiyo AFI haihusiani na ukubwa wa ujazo wa upungufu, bali na jinsi siku zenye usambazaji wa kutosha zinavyotokea mara kwa mara.

Supply Stability Index — SSI

SSI hutumia mkabala wa run theory kutathmini athari za vipindi vya upungufu wa maji vinavyoendelea kwa angalau siku saba mfululizo:

\[ SSI= \frac{\sum_{t=1}^{T}h(D_t)} {N_{total}}, \qquad h(D_t)= \begin{cases} 0, & t\in R_{\geq7}\\ 1, & t\notin R_{\geq7} \end{cases} \tag{3} \]

\(R_{\geq7}\) inawakilisha deficit run ambapo hali ya \(D_t>0\) inadumu angalau siku saba mfululizo. Hivyo, upungufu mfupi na uliotawanyika huonekana katika AFI, wakati SSI ni nyeti hasa kwa vipindi virefu vya upungufu usiokatika.

Kizingiti cha siku saba hakikuchaguliwa kwa nasibu. Chanzo kilifanya uchambuzi wa unyeti katika masafa ya 3–14 siku na, kwa kuzingatia pia sifa za usimamizi wa maji katika mpunga, kilitumia kizingiti cha siku 7 kwa uchambuzi mkuu. Grafu ya Kiambatisho A inaonyesha kwamba kadiri kizingiti kinavyoongezeka, thamani za SSI huongezeka; hili ni tokeo linalotarajiwa kwa sababu katika sharti la muda mrefu zaidi wa chini, vipindi vichache vya upungufu huainishwa kama “long deficit run”.

Zone Equity Index — ZEI

ZEI hupima jinsi ujazo wa mifereji ya maji unavyogawanywa kwa usawa kati ya kanda za juu, kati na chini kwa kutumia coefficient of variation:

\[ ZEI= \frac{1}{1+CV(D_z)} \tag{4} \]

\[ CV(D_z)=\frac{\sigma(D_z)}{\overline{D_z}} \]

Kadiri \(CV(D_z)\) inavyoongezeka, tofauti za mifereji kati ya kanda huongezeka na ZEI hupungua. Kadiri ZEI inavyokaribia 1, ndivyo usambazaji wa mifereji kati ya kanda unavyokuwa sare zaidi.

Drainage Uniformity Index — DUI

DUI hutumia muundo huo huo wa kihisabati katika kiwango cha sehemu binafsi za mifereji ya maji:

\[ DUI= \frac{1}{1+CV(D_i)} \tag{5} \]

Hapa \(D_i\) ni ujazo wa mifereji ya maji katika sehemu binafsi. Ni muhimu kutumia ZEI na DUI pamoja, kwa sababu katika eneo moja mifereji inaweza kuwa imesambazwa kwa usawa zaidi kati ya kanda lakini bado ikajilimbikiza katika sehemu chache za mifereji ndani ya kanda moja.

Water Balance Index — WBI

WBI hupima jinsi uwiano wa jumla ya mifereji ya maji kwa jumla ya usambazaji wa maji ulivyo karibu na uwiano lengwa wa 0,50:

\[ WBI= 1- \frac{ \left| \frac{D_{total}}{S_{total}}-0.50 \right| }{0.50} \tag{6} \]

\(D_{total}\) ni jumla ya ujazo wa mifereji ya maji, na \(S_{total}\) ni jumla ya usambazaji wa maji. Kadiri uwiano wa mifereji/usambazaji wa maji unavyokaribia 0,50, WBI hukaribia 1.

Lengo la 0,50 si kiwango bora cha ulimwengu mzima kwa maana ya kifizikia. Chanzo kinafafanua thamani hii kama rejea ya majaribio iliyotokana na maoni ya wataalamu kulingana na uzoefu wa uendeshaji katika maeneo ya umwagiliaji ya Korea. Kwa hiyo, kabla ya kutumia WBI katika maeneo mengine, inapaswa kutathminiwa upya kulingana na zao, udongo, hali ya hewa na hali za uendeshaji za eneo husika.

Je, Senario B Ni Uendeshaji wa Milango Ulioboreshwa Kihisabati?

Hapana. Senario B ni senario ya kulinganisha iliyoundwa kwa mkono kupitia mzunguko wa kubaini mashamba yaliyopokea maji pungufu au mengi kupita kiasi katika matokeo ya Senario A, kubadilisha kwa mkono kufunguka kwa diversion gate husika, na kuendesha tena modeli ya EPA-SWMM; si mpango bora wa uendeshaji uliopatikana kwa algoriti ya uboreshaji au uliotekelezwa na kuthibitishwa katika mazingira halisi ya shamba.

Senario A: uendeshaji wa msingi

Katika Senario A, uwiano wa kufunguka kwa diversion gate zote uliwekwa thabiti katika 1,0 kipindi chote cha umwagiliaji. Hali hii inaunda msingi wa kulinganisha wa utafiti.

Senario B: marekebisho ya mkono kwa hatua za kurudia

Wakati wa kuunda Senario B, kwanza yalitambuliwa mashamba yenye kina kisichotosha cha maji yaliyotuama au yaliyopokea maji mengi kuliko mahitaji katika matokeo ya Senario A. Kisha nafasi za kufunguka za diversion gate zinazoathiri mashamba hayo zilibadilishwa na modeli ikaigwa tena. Mzunguko wa utambuzi → marekebisho → uigaji upya ulirudiwa kwa hatua ili kuboresha usambazaji wa jumla wa anga.

Idadi ya diversion gate zilizorekebishwa:

• Simdong: milango 2 kati ya 2 kwa jumla.
• Yejeon: mlango 1 kati ya 3 kwa jumla.
• Yonggok: milango 2 kati ya 3 kwa jumla.
• Habun: milango 6 kati ya 7 kwa jumla.

Katika milango mingi iliyorekebishwa, uwiano thabiti wa kufunguka kati ya 0,05–0,50 ulitumiwa katika kipindi cha umwagiliaji cha 1 Mei–10 Septemba.

Kwa diversion gate ya mfereji wa pili 1-0-27 huko Yonggok, kufunguka kwa kawaida kuliwekwa 0,05; katika vipindi vya 1–10 Juni, 21–30 Julai na 23 Agosti–1 Septemba kufunguka kulipunguzwa kwa muda hadi 0.

Marekebisho ya offset ndani ya modeli si ukarabati wa kimwili wa mifereji

Katika baadhi ya sehemu, kubadilisha kufunguka kwa lango pekee hakukutoa ugawaji upya wa maji uliotakiwa. Katika sehemu hizi, thamani za InOffset, OutOffset au orifice offset zilitolewa kwa miunganisho ya conduit au orifice katika EPA-SWMM ili kuzuia eneo la mtiririko linalofanya kazi na hali za upitishaji.

Idadi ya sehemu zilizowekewa offset ni 2 Simdong, 4 Yejeon, 2 Yonggok na 10 Habun. Thamani ziko katika masafa ya 0,10–0,30 m. Katika sehemu moja ya Yonggok ilitumika 0,30 m OutOffset, na katika diversion gate moja ya Simdong pia ilitumika 0,10 m orifice offset.

Marekebisho haya hayamaanishi kwamba mifereji au miundombinu ya majimaji halisi ilibadilishwa kimwili. Waandishi walitumia offset hizi tu kuwakilisha kizuizi cha upitishaji wa majimaji kilichotakiwa ndani ya modeli.

Kalibresheni ya modeli ilifanywaje?

Katika kalibresheni ya modeli, viwango vya maji vilivyochunguzwa kila siku katika upstream monitoring point za mifereji mikuu ya umwagiliaji vilitumika. Mgawo wa ukwaru wa Manning ulichaguliwa kama kigezo cha kalibresheni kwa sababu huathiri moja kwa moja upinzani wa majimaji katika mfereji wazi na mwitikio wa kiwango cha maji.

Thamani ya awali ya Manning ilichukuliwa kuwa 0,025 kwa kuzingatia thamani ya kawaida katika kigezo cha kubuni cha Korea kwa mifereji ya udongo.

Katika kalibresheni ya ukwaru, ili kupunguza athari za mvua na mambo mengine, ni vipindi tu ambavyo mvua ya kila siku ilikuwa 5 mm au chini vilitumika, na viwango vya maji vilivyofikia au kuvuka kikomo cha juu cha uwezo wa kimwili wa sehemu ya kupitisha maji ya mfereji viliondolewa kwenye mchakato wa utafutaji.

Utafutaji wa vigezo ulianza kwa kuchunguza mgawo wa jumla wa kipimo uliotumika kwenye mgawo wa awali wa ukwaru kwa hatua za 0,1; kisha utafutaji wa kina zaidi wa hatua 0,02 ulifanywa karibu na median ya juu zaidi ya NSE ya kila mwaka. Ikiwa thamani za median NSE za wagombea kadhaa zilibaki ndani ya 0,003, mgombea mwenye PBIAS ya thamani kamili ndogo zaidi alichaguliwa; ikiwa usawa uliendelea, mgawo mdogo zaidi ulichaguliwa.

Vigawo vya mwisho vya Manning vilivyokalibishwa:

• Simdong: 0,029
• Yejeon: 0,027
• Yonggok: 0,030
• Habun: 0,032

Matokeo ya kalibresheni na uthibitishaji huru

Katika kipindi cha kalibresheni cha 2022–2024, R² ilikuwa 0,92–0,99 na NSE 0,89–0,99. Katika uthibitishaji huru wa 2025, kikomo cha chini cha R² ni 0,88 na cha NSE ni 0,83.

Mwaka 2025, PBIAS ni hasi katika maeneo yote. Kulingana na ufafanuzi wa ishara uliotumiwa katika chanzo, PBIAS hasi humaanisha kwamba kiwango cha maji kilichoigwa ni cha juu kuliko kilichochunguzwa. Bias hasi kubwa zaidi ni −15,04% huko Yejeon.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Matokeo ya Senario A na Senario B kwenye viashiria sita

Viashiria vitatu vya utendaji wa usambazaji wa maji viliongezeka katika maeneo yote. Uboreshaji mdogo zaidi ulionekana Simdong, ambako thamani za awali tayari zilikuwa karibu sana na kikomo cha juu, na uboreshaji mkubwa zaidi ulitokea Yonggok, ambako utendaji wa awali wa usambazaji wa maji ulikuwa dhaifu zaidi.

Kwa SAI, Simdong iliongezeka kutoka 0,979 hadi 0,985, yaani +0,006 pekee, huku Yonggok ikiongezeka kutoka 0,747 hadi 0,897, yaani +0,150. Chanzo kinaeleza hili kwa kiasi kupitia athari ya kikomo cha juu katika viashiria vilivyosawazishwa kati ya 0–1: kiashiria ambacho tayari kiko karibu na 1 tangu mwanzo huwa na nafasi ndogo ya asili ya kuendelea kuboreka.

Mabadiliko sahihi ya viashiria katika Kielelezo 3 cha chanzo

Wakati Jedwali 5 la chanzo linatoa thamani kamili zilizozungushwa hadi nafasi tatu za desimali, Kielelezo 3 kinaonyesha tofauti za Senario B − Senario A kwa thamani za kina zaidi:

Kwa nini kiashiria kimoja hakitoshi katika usambazaji wa mifereji ya maji?

Vipimo tofauti vya ZEI na DUI vinaonekana wazi hasa katika mfano wa Yonggok. Katika Senario A, mifereji yote ya Yonggok ilitokea katika kanda ya kati, wakati katika Senario B mifereji ilienea pia katika kanda ya chini na ZEI ikaongezeka +0,019. Hata hivyo, DUI ilipungua −0,105.

Kwa maneno mengine, usambazaji wa mifereji kati ya kanda tatu pana ulipokuwa na uwiano zaidi, usambazaji kati ya sehemu binafsi za mifereji unaweza kuwa usio sare zaidi. Matokeo haya yanaonyesha umuhimu wa kiwango cha azimio la anga kinachotumika kutathmini usawa wa mifereji.

Je, Kupungua kwa WBI Kunamaanisha Mfumo wa Umwagiliaji Umezorota kwa Ujumla?

Hapana. WBI hupima tu jinsi uwiano wa mifereji/usambazaji wa maji ulivyo karibu na rejea ya 0,50 iliyotumiwa katika utafiti; kuongezeka kwa SAI, AFI na SSI huku WBI ikipungua Yonggok na Habun kunaonyesha kwamba kupunguza upungufu wa maji na lengo la usambazaji–mifereji katika kiwango cha mfumo vinaweza kuwa vipimo huru vya utendaji.

Kwa nini WBI iliongezeka Yejeon?

Yejeon, uwiano wa mifereji/usambazaji wa maji ulipungua kutoka %55,1 hadi %52,2 na ukakaribia uwiano lengwa wa 0,50. Kwa hiyo WBI iliongezeka kutoka 0,90 hadi 0,96.

Kwa nini WBI ilipungua Yonggok na Habun?

Yonggok, uwiano wa mifereji/usambazaji wa maji ulipungua kutoka %38,0 hadi %20,9, na Habun kutoka %37,4 hadi %23,6. Mabadiliko yote mawili yalipeleka uwiano mbali zaidi na rejea ya 0,50. Matokeo yake WBI ilipungua kutoka 0,76 hadi 0,42 Yonggok na kutoka 0,75 hadi 0,47 Habun.

Kwa kuwa SAI, AFI na SSI ziliongezeka wakati huohuo katika maeneo haya, si sahihi kutafsiri kupungua kwa WBI kama “utendaji wa usambazaji wa maji umezorota”.

Kuna kiasi gani cha kurudiwa kwa taarifa kati ya viashiria?

Chanzo kilichunguza uhusiano wa Pearson katika viwango viwili tofauti.

SAI, AFI na SSI zina uhusiano mkubwa katika kiwango cha eneo. Hasa, uhusiano wa SAI–SSI ni 0,997. Kwa upande mwingine, uhusiano wa viashiria vya usambazaji wa maji na ZEI, DUI na WBI ni dhaifu zaidi.

Hata hivyo, uchambuzi wa kiwango cha eneo unategemea uchunguzi nane pekee. Kwa hiyo chanzo kinatafsiri uhusiano huo si kama muundo unaoweza kujumlishwa kitakwimu, bali kama mahusiano ya uchunguzi kwa maeneo manne na senario mbili zilizochunguzwa.

Kwa nini AFI hubeba taarifa zaidi katika kiwango cha shamba?

Katika kiwango cha shamba, uhusiano wa SAI–SSI bado ni mkubwa sana: r = 0,982. Kwa upande mwingine, uhusiano wa AFI na SAI na SSI hupungua hadi 0,710 na 0,717. Chanzo kinafasiri hili kuwa AFI hutoa taarifa tofauti zaidi kuhusu siku ngapi upungufu umetokea katika kiwango cha shamba.

Mashamba P0080 na P0092 ya Yejeon ni mfano. Thamani za SAI ni 0,931 na 0,935 mtawalia, karibu sawa; lakini thamani za AFI ni 0,489 na 0,639. Hivyo, ingawa ukubwa wa jumla wa upungufu unaonekana kufanana, marudio ya siku zenye upungufu ni tofauti.

Katika mashamba P0081 na P0090, SAI na AFI ziko karibu, lakini muda wa juu zaidi wa deficit usiokatika ni siku 9 na 6. Kutokana na kizingiti cha siku saba cha SSI, thamani za SSI zilikuwa 0,932 na 1,000 mtawalia. Mfano huu unaonyesha kwa nini SSI hubeba upungufu wa muda mrefu kama kipimo tofauti.

Eneo lenye utendaji wa chini zaidi hubadilika kulingana na kiashiria

Katika Senario A, SAI, AFI na SSI zilibaini Yonggok kuwa eneo dhaifu zaidi kwa usambazaji wa maji. Kwa upande mwingine, DUI na WBI za chini zaidi zilionekana Simdong.

Katika Senario B, eneo la chini zaidi kwa SAI na SSI lilibaki Yonggok, huku thamani ya chini zaidi ya AFI ikihamia Habun. Matokeo haya yanaonyesha kwamba lebo ileile ya “eneo baya zaidi” haitumiki kwa vipimo vyote vya usimamizi wa maji.

Hitimisho zinazoungwa mkono na utafiti

• Utendaji wa usimamizi wa maji hauwezi kuelezwa kikamilifu kwa kiashiria kimoja cha jumla cha ufanisi au usambazaji.
• SAI, AFI na SSI zinaweza kutathmini kando vipimo vya ukubwa, marudio na mwendelezo wa tatizo lilelile la usambazaji wa maji.
• Katika Senario B, viashiria vitatu vya usambazaji wa maji viliongezeka katika maeneo yote manne.
• Mabadiliko makubwa zaidi ya viashiria yalionekana katika maeneo yenye utendaji wa awali wa usambazaji uliokuwa chini zaidi.
• ZEI na DUI hupima usawa wa mifereji ya maji katika viwango tofauti vya azimio la anga.
• Kupunguza upungufu wa maji na kuleta uwiano wa mifereji/usambazaji wa maji karibu na rejea ya 0,50 si kipimo kilekile cha utendaji.
• Kuna mwingiliano mkubwa wa taarifa kati ya SAI na SSI.
• AFI hutoa taarifa inayokamilisha zaidi kuhusu marudio ya deficit katika kiwango cha shamba kuliko SAI na SSI.
• Ufafanuzi wa kihisabati wa mfumo si maalum kwa EPA-SWMM; taarifa zinazohitajika za usambazaji wa maji, mahitaji na mifereji zinaweza pia kupatikana kutoka modeli au vipimo vingine.

Hitimisho ambazo utafiti hauungi mkono

• Haijaonyeshwa kwamba Senario B ni uendeshaji bora wa milango katika mazingira halisi ya shamba.
• Senario B haikupatikana kwa algoriti ya uboreshaji wa kihisabati.
• Mabadiliko ya conduit/orifice offset ndani ya modeli hayawakilishi kubadilishwa kimwili kwa mifereji halisi.
• Kiasi halisi cha maji kilichotolewa mashambani hakijathibitishwa kwa vipimo huru vya shambani.
• Ujazo wa mifereji ya maji haujathibitishwa kwa kulinganisha na data huru za shambani.
• Haijaonyeshwa kwamba viashiria vitatoa mwitikio uleule katika miaka mingine isipokuwa 2025.
• Matokeo kutoka maeneo manne ya umwagiliaji nchini Korea Kusini hayawezi kujumlishwa kitakwimu kwa mifumo yote ya umwagiliaji inayotumia hifadhi.
• Haijathibitishwa kwamba uwiano wa 0,50 wa mifereji/usambazaji wa maji ni kiwango bora cha ulimwengu mzima.
• Haijaonyeshwa kwamba kizingiti cha siku 7 cha SSI ni bora kwa mazao yote na hali zote za hewa.
• Mfumo haukuundwa kupanga maeneo ya umwagiliaji kwa namna ya mwisho ya “bora zaidi–baya zaidi”.

Vikwazo vikuu vya utafiti

Uundaji wa viashiria unaotegemea uigaji: Viashiria sita vilihesabiwa kutoka matokeo ya EPA-SWMM.

Wigo wa uthibitishaji: Uthibitishaji wa modeli unategemea hasa viwango vya maji vilivyochunguzwa katika mifereji mikuu ya umwagiliaji; usambazaji halisi wa maji na ujazo wa mifereji ya maji katika kiwango cha shamba havijathibitishwa kwa kujitegemea.

Mwaka mmoja wa haidrologia: Ulinganisho wa senario umewekewa mpaka wa mwaka 2025. Tofauti za hali ya hewa na haidrologia kati ya miaka hazijatathminiwa.

Maeneo manne: Maeneo manne tu ya umwagiliaji ya hifadhi yamechunguzwa. Hasa, uchambuzi wa uhusiano katika kiwango cha eneo wenye n=8 ni wa uchunguzi.

Kizingiti cha SSI: Muda wa chini wa deficit wa siku saba unatokana na uchambuzi wa unyeti na sifa za usimamizi wa mpunga; unaweza kubadilika katika mazao, udongo na hali tofauti za uendeshaji wa kikanda.

Rejea ya WBI: Uwiano lengwa wa 0,50 wa mifereji/usambazaji wa maji ni rejea ya majaribio inayotegemea ushauri wa wataalamu; si kiwango bora kabisa.

Asili ya Senario B: Inategemea utambuzi wa mkono na uigaji unaorudiwa; si mkakati uliotekelezwa shambani au ulioboreshwa kihisabati.

Mwelekeo wa utafiti wa baadaye

Chanzo kinapendekeza mfumo utathminiwe katika sampuli pana zaidi ya maeneo ya umwagiliaji na katika hali za haidrologia za miaka mingi; uthibitishwe kwa kulinganisha na uchunguzi halisi wa usambazaji wa maji na mifereji katika kiwango cha shamba; na baadaye uunganishwe na uboreshaji wenye malengo mengi.

Katika hatua hii, viashiria vya vipimo vingi vinaweza kuwa muhimu hasa, kwa sababu mfumo wa baadaye wa uboreshaji unaweza kutathmini maafikiano kati ya utoshelevu wa usambazaji, marudio ya deficit, vipindi virefu vya upungufu, usawa wa mifereji na uwiano wa mfumo kama kazi tofauti za lengo au vigezo vya uamuzi, badala ya kutegemea lengo moja tu kama “punguza upungufu wa maji hadi kiwango cha chini”.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asili: A multidimensional water management indicator framework for evaluating reservoir irrigation districts

Waandishi: Ji-Hyeon Shin; Won-Ho Nam.

Mchango sawa / uandishi mwenza wa kwanza: Haijaelezwa katika PDF ya chanzo.

Corresponding author: Won-Ho Nam.

Corresponding author e-mail: wonho.nam@hknu.ac.kr

Ushirika 1: Integrated Systems Engineering, Hankyong National University, Anseong 17579, Republic of Korea.

Ushirika 2: School of Social Safety and Systems Engineering, Hankyong National University, Anseong 17579, Republic of Korea.

Ushirika 3: National Agricultural Water Research Center, Hankyong National University, Anseong 17579, Republic of Korea.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti ya preprint; uigaji wa mtandao wa majimaji na utafiti wa kutengeneza viashiria vya vipimo vingi.

Hali ya mapitio ya kitaalamu: Chanzo kinaeleza wazi “This preprint research paper has not been peer reviewed”; hakijapitia mapitio ya kitaalamu.

Jukwaa: SSRN.

Nambari ya usajili ya SSRN: Abstract No. 7624245.

Jarida / juzuu / toleo / nambari ya makala: Haijaelezwa katika PDF ya chanzo.

DOI ya makala: Haijaelezwa katika PDF ya chanzo; nambari ya SSRN haikutafsiriwa kama DOI.

Tarehe halisi ya uchapishaji / kupakiwa kwa preprint: Haijaelezwa wazi katika taarifa za bibliografia za PDF ya chanzo.

Leseni: PDF ya chanzo haijaeleza wazi leseni ya matumizi tena.

Chanzo rasmi: SSRN abstract 7624245.

Maeneo ya utafiti: Simdong Reservoir irrigation district, Jindo-gun, Jeollanam-do; Yejeon Reservoir irrigation district, Gochang-gun, Jeollabuk-do; Yonggok Reservoir irrigation district, Cheongju-si, Chungcheongbuk-do; Habun Reservoir irrigation district, Jangheung-gun, Jeollanam-do, Republic of Korea.

Modeli kuu: U.S. Environmental Protection Agency Storm Water Management Model, EPA-SWMM.

Azimio la muda la modeli: Kila siku.

Kipindi cha kalibresheni: 2022–2024.

Mwaka wa uthibitishaji huru: 2025.

Kigezo cha kalibresheni: Mgawo wa ukwaru wa Manning.

Thamani ya awali ya Manning: 0,025.

Thamani zilizokalibishwa: Simdong 0,029; Yejeon 0,027; Yonggok 0,030; Habun 0,032.

Kichujio cha mvua cha kalibresheni: Vipindi vyenye mvua ya kila siku ≤ 5 mm vilitumika katika utafutaji wa ukwaru.

Hali ya maji yaliyotuama katika shamba la mpunga: Awali 0 mm; lengo 60 mm.

Senario A: Uwiano wote wa kufunguka kwa diversion gate ni 1,0.

Senario B: Senario ya kulinganisha iliyoundwa kwa utambuzi wa hatua kwa hatua wa matokeo ya uigaji na marekebisho ya mkono ya milango/upitishaji; si uboreshaji wa kihisabati.

Viashiria vya usambazaji wa maji: SAI, AFI, SSI.

Viashiria vya mifereji ya maji: ZEI, DUI.

Kiashiria cha uwiano wa maji: WBI.

Kizingiti cha SSI deficit: Angalau siku 7 mfululizo; uchambuzi wa unyeti wa 3–14 siku ulifanywa.

Uwiano lengwa wa WBI: Mifereji / usambazaji wa maji = 0,50; rejea ya majaribio inayotegemea maoni ya wataalamu.

Kutolingana kwa istilahi ndani ya chanzo: Ingawa ufafanuzi wa maandishi wa SAI unaeleza sehemu ya juu kama usambazaji halisi wa maji, alama \(Q_{pd,t}\) iliyotumika katika Mlinganyo (1) inaitwa “paddy field water requirement” katika maelezo ya baadaye ya kigezo; hili halilingani kikamilifu na jukumu la alama hiyo hiyo katika mlinganyo wa deficit. Chanzo hakielezi tofauti hii.

Uhusiano wa kiwango cha eneo/mkoa: n=8, maeneo manne × senario mbili; unapaswa kutafsiriwa kama wa uchunguzi.

Uhusiano wa kiwango cha shamba: n=266 uchunguzi.

Kikomo kikuu cha uthibitishaji: Viwango vya maji katika mifereji mikuu vimethibitishwa; usambazaji halisi wa maji mashambani na ujazo wa mifereji ya maji havijathibitishwa kwa kulinganisha na uchunguzi huru wa shambani.

Ufadhili: Intelligent Agricultural Infra Management for Climate Change Development Program kupitia Korea Institute of Planning and Evaluation for Technology in Food, Agriculture, and Forestry (IPET); Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA), mradi RS-2025-02219764.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wameripoti kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Upatikanaji wa data: Imeripotiwa kwamba faili za modeli ya EPA-SWMM na data zilizochakatwa za SAI, AFI, SSI, ZEI, DUI na WBI zinapatikana kwa umma kwenye Zenodo kwa DOI 10.5281/zenodo.22093527. Hifadhi hiyo ina faili za .inp, .rpt na .out za Senario A na B kwa maeneo manne pamoja na muhtasari wa viashiria vilivyochakatwa.

CRediT — Ji-Hyeon Shin: Writing – Original Draft, Writing – Review & Editing, Visualization, Methodology, Conceptualization, Data Curation, Formal Analysis.

CRediT — Won-Ho Nam: Writing – Review & Editing, Validation, Formal Analysis, Supervision, Resources, Project Administration, Funding Acquisition, Conceptualization.