Water budgeting पाण्याचा ताळेबंद

प्रा. मिम दं सोहोनी हेिंत बे सरे

CTARA IIT Bombay

For Jalsandharan department

20 December 2018

Water budgeting basics

• Any budget has three main components

– Incoming flows

– Outgoing flows

– Storage or stock

• Examples – Financial budget of a house

– Water balance of a dam

– Water balance of a farm

– Water balance of a village

• What is a water neutral village?

2

पाण्याचा ताळेबंद : िहत्तत्तवाचे गणित व साधन

• ताळेबदं म्हिजे थोडक्यात पाण्याची उप ब्धता आणि िागिी याच ंसिीकरि व त्तयानुसार पाण्याचा वाटप करिे

• शेतकरी सिाज आणि इतर ोकांिध्ये या पाण्याच्या गणिताबद्द ची जागरूकता वाढवविे

• गावाचा सिग्र आणि एकत्रित ववचार करण्यास प्रोत्तसाहन देिे

• गाव पातळीवर सामहुिक ववचार-प्रक्रिया व ननयोजन-प्रक्रिया बळकट करिे

• ननयोजन कशासाठी? – गावातील सवव शेतकऱ्ाांना (ववशेषतः छोटे व सीमाांत) पुरेसे पाणी उपलब्ध करून

देण््ासाठी – गावातील वपण््ाच््ा पाण््ाची टांचाई सोडववण््ासाठी (ववशेषतः महिला, भूममिीन,

आहदवासी ्ाांच््ा समस््ा)

3

ज -चि – mass balance approach

Water balance िी कल्पना नैसर्गवक – पथृ्वी वरील एकुण पाणी कमी ककवा जास्त िोत नािी. केवळ ववववध रुपात असते व एका दसुऱ्या रुपात रुपांतर होत असते उदा. – बर्फ , िातीती ओ ावा, नदीती पािी, भूज , झरे, झाड ेव प्रािी याती पािी इ.

Basis for the water budget framework – Simple hydrological cycle

Rainfall Crop water Requirement ET

Surface runoff Soil moisture

Natural Groundwater Recharge

Sub-surface flow

Hard rock

5 CTARA, IIT Bombay

• Surface , soil and aquifer

• Seasons, agriculture calendar

Jun Dec Nov Oct Sep Aug Jan Jul Feb Mar Apr May Jun

Kharif

Long Kharif (cotton, tuur etc.)

Annual / Multiyear

Rabi Summer

Forest, grasslands and fallow land

गावाती िहत्तवाच्या सिस्या

– खरीप हंगािाती वाढत/ ांबत चा े े पावसाच ेखंड (dry spells) • दबुार पेरिी • वपकाचे नुकसान • संरक्षित मसचंनाची गरज

– रब्बी हंगािात वपका ा किी पडिारे पािी • उत्तपादकता किी, बाजार भाव किी, आर्थफक नुकसान • भूज ासाठी स्पधाफ, ववहहरी वकर आटिे • रब्बी च्या सुरुवाती ा पाण्याच्या उप ब्धतेनुसार सािुहहक ररत्तया वपक पद्धत ठरववण्याची गरज

8

Rainfall and rainfall patterns

9

• Maharashtra taluka rainfall 2018

• Maharashtra taluka rainfall 2017

• Maharashtra taluka rainfall 2015

• Latur district circle level rainfall 2018

• Beed district circle level rainfall 2018

• Daily circle rain 2018

0

10

20

30

40

50

60

01

-Ju

n

08

-Ju

n

15

-Ju

n

22

-Ju

n

29

-Ju

n

06

-Ju

l

13

-Ju

l

20

-Ju

l

27

-Ju

l

03

-Au

g

10

-Au

g

17

-Au

g

24

-Au

g

31

-Au

g

07

-Se

p

14

-Se

p

21

-Se

p

28

-Se

p

05

-Oct

12

-Oct

19

-Oct

26

-Oct

Parinche_Pune_rain (437 mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

01

-Ju

n

08

-Ju

n

15

-Ju

n

22

-Ju

n

29

-Ju

n

06

-Ju

l

13

-Ju

l

20

-Ju

l

27

-Ju

l

03

-Au

g

10

-Au

g

17

-Au

g

24

-Au

g

31

-Au

g

07

-Se

p

14

-Se

p

21

-Se

p

28

-Se

p

05

-Oct

12

-Oct

19

-Oct

26

-Oct

Kasarkheda_Latur_rain (491 mm)

• Dry spells (similar rainfall, different patterns)

पजफन्यिान ५०८ मि.मि.

पजफन्यिान ५२२ मि.मि.

16 CTARA, IIT Bombay

Dry spell

Soil moisture and crop water (ET)

17

वपकाच ंआणि िातीती ओ ाव्याच ंनात ं

• वपका ा पािी कुठून मिळत ं?

• वपका ा क्रकती पािी ागतं ?

• बाष्पीभवन / बाष्पोत्त्वास (ET )

Ref – FAO Irrigation paper no. 56 18 CTARA, IIT Bombay

पावसाच ेखंड, िातीती पाण्याची तुट

वपकाची पाण्याची गरज (मि.मि. प्रनत हदन)

िातीती पािी/ओ ावा (मि.मि. प्रनत हदन)

(मसन्नर ता ुका, नामशक – सोयाबीन वपक) २०१६

दैनंहदन पजफन्यिान (मििी)

19

Groundwater

20

रब्बी हंगािाती वपकांच्या पाण्याचा िुख्य स्रोत - भूज

GSDA observation well data

रब्बी हंगािाती वपकांच्या पाण्याचा िुख्य स्रोत - भूज

GSDA observation well data

• Aquifers

– Basaltic aquifer system – conceptual diagram

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

01

-01

-20

05

01

-03

-20

05

01

-05

-20

05

01

-07

-20

05

01

-09

-20

05

01

-11

-20

05

01

-01

-20

06

01

-03

-20

06

01

-05

-20

06

01

-07

-20

06

01

-09

-20

06

01

-11

-20

06

01

-01

-20

07

01

-03

-20

07

01

-05

-20

07

01

-07

-20

07

01

-09

-20

07

01

-11

-20

07

01

-01

-20

08

01

-03

-20

08

01

-05

-20

08

01

-07

-20

08

01

-09

-20

08

01

-11

-20

08

01

-01

-20

09

01

-03

-20

09

01

-05

-20

09

01

-07

-20

09

01

-09

-20

09

01

-11

-20

09

01

-01

-20

10

01

-03

-20

10

01

-05

-20

10

01

-07

-20

10

01

-09

-20

10

Pedgaon well

Parbhani GSDA observation well data

• Recharge -> sp. Yield * (postmonsoon level – premonsoon level)

• Draft -> sp. Yield * (next premonsoon level – postmonsoon level)

Water budget framework

25

भूज

Jun Dec Nov Oct Sep Aug Jan Jul Feb Mar Apr May Jun

खरीप

कापसू, तूर इ.

वावषफक / र्ळ वपके

रब्बी उन्हाळी

पजफन्यिान Dry spell

अपाधाव ज संधारि

कािे

पनुभफरि

िातीती ओ ावा

िहत्तत्तवाचा ननिफय १ िहत्तत्तवाचा ननिफय २

संरक्षित मसचंन

वन-िेि, कुरि, गवत इत्तयादी

ताळेबंदाची संकल्पना 26

अपधाव

जममनीत मुरलेले पाणी

पजवन््मान

िुख्य घटक : नोंदीची वारंवाररता (सध्या दैनंहदन उप ब्ध) नोंदीचे हठकाि (सध्या िंडळ स्तरावर उप ब्ध)

िुख्य घटक : जमिनीचा उतार, प्रकार, िातीचा प्रकार, आच्छादन इ. रूढ पद्धती : Curve number, स्रेंज तक्ता, प्रत्तयि िोजिाप इ. सध्या गाव पातळी वर सोपी पद्धत : स्रेंज तक्ता (केवळ उतार आणि पजफन्यिान या वर अव ंबनू)

= पजफन्यिान - अपधाव

27

• Simple method - Strange’s table

– Does not take into account soil types, land use

– Same for all agro-climatic zones

– But very easy to use for Krushi Sahayak at village level 28 CTARA, IIT Bombay

िातीती मशल् क ओ ावा + भजू साठा = जमिनीत िरु े े पािी – खरीप वपके, झाडे, गवत यांनी शोष े े पािी

खरीप वपके झाडे गवत ्ाांनी शोषलेले पाणी

जममनीत मुरलेले पाणी

मातीतून खाली झझरपलेले पाणी

(भूजल)

मातीतील मशल्लक पाणी / ओलावा

िुख्य घटक : वपके, झाडे, गवत यांची पाण्याची रोजची गरज, िुळांची खो ी, त्तयांची पािी शोषनू घेण्याची ििता इ. तापिान, आर्द्फता, हवेचा वेग इ. (evapo-transpiration load ET) रूढ पद्धती : पेन्िन-िोन्टीथ, वप्रस् े-टे र इ. ताळेबंदात वापर : वाल्िी चे ET गुिांक

िुख्य घटक : िातीचा प्रकार, िातीची खो ी पािी साठवि ििता इ.

िुख्य घटक : पावसापवूीची भूज पातळी, भूज -धारकाचे गुिधिफ इ.

सांरक्षित मसांचन

29

• Soil moisture, groundwater recharge, crop uptake

Crop uptake

Infiltrated water

Groundwater recharge

Excess water

Un-usable water

Total available water for crops

Saturation point

Field capacity

Wilting point

Soil moisture 30 CTARA, IIT Bombay

Ranges of porosities, field capacities and permanent wilting points for soils of various textures Ref – Dingman, Physical Hydrology, 2002

31 CTARA, IIT Bombay

Evaporation

• Process where liquid water is converted to water vapour and removed from evaporating surface.

• always measured as rate (mm/day or mm/hour etc.) • Evaporating surface can be – water bodies like lakes,

ponds, ocean etc. OR human body, soil surface, wet leaves etc.

• As the supply of water to evaporating surface reduces, evaporation rate drastically reduces

• In absence of any water at the evaporating surface, there is no evaporation

Ref – Chapter 1, page 1 “FAO Irrigation and Drainage Paper no. 56, Crop Evapotranspiration (guidelines for estimating crop water requirements)” , Allen et. al. 1998

Transpiration • It is the water lost by vegetation through its leaves. It is

the water which enters the plants from the soil via roots, then passes to the foliage where it is vaporized and lost to atmosphere through tiny pores in the leaves known as stomata

Ref – “Chapter 6 – Evaporation and Evapotranspiration, pages 229-231”, Xu, Singh et. al. – from book “Hydrology and Hydraulics” edited by Vijay Singh

Source – FAO Irrigation and Drainage paper no 56, page 2 Figure1, Chapter 1 – Introduction to evapotranspiration

Evapo-transpiration (ET)

• Combined process of both evaporation from soil and plant surfaces and transpiration through plant canopies.

• The word comes from combining the prefix “evapo” (for soil evaporation) with the word transpiration. ET

• Both, soil evaporation and plant transpiration represent evaporative processes; the difference between the two rests in the path by which water moves from soil to atmosphere.

• ET is used to estimate how much water is lost to atmosphere from land with vegetation (cropped land or forested land or pastures etc.)

• Crop uptake / Crop evapotranspiration (ET) – Combination of two separate processes

Evaporation Transpiration

From soil surface From plant leaves

Ref – FAO Irrigation paper no. 56 35 CTARA, IIT Bombay

• Crop uptake / Crop evapo-transpiration

– Measured as rate, mm/day or mm/season etc.

– Generally 3-7 mm per day (depends on root system, leaf area and weather conditions)

Ref – FAO Irrigation paper no. 56 36 CTARA, IIT Bombay

िातीती मशल् क ओ ावा + भजू साठा = जमिनीत िरु े े पािी – खरीप वपके, झाडे, गवत यांनी शोष े े पािी

खरीप वपके झाडे गवत ्ाांनी शोषलेले पाणी

जममनीत मुरलेले पाणी

मातीतून खाली झझरपलेले पाणी

(भूजल)

मातीतील मशल्लक पाणी / ओलावा

िुख्य घटक : वपके, झाडे, गवत यांची पाण्याची रोजची गरज, िुळांची खो ी, त्तयांची पािी शोषनू घेण्याची ििता इ. तापिान, आर्द्फता, हवेचा वेग इ. (evapo-transpiration load ET) रूढ पद्धती : पेन्िन-िोन्टीथ, वप्रस् े-टे र इ. ताळेबंदात वापर : वाल्िी चे ET गुिांक

िुख्य घटक : िातीचा प्रकार, िातीची खो ी पािी साठवि ििता इ.

िुख्य घटक : पावसापवूीची भूज पातळी, भूज -धारकाचे गुिधिफ इ.

सांरक्षित मसांचन

37

गावाबािेर वािून जाणारे पाणी

अपधाव

मृद व जल सांधारण कामाांमुळे अडववलेले पाणी

जममननतील पाण््ात वाढ (पुनभवरण)

बाष्पीभवन

= अपधाव – िृद व ज संधारि कािांिुळे अडवव े े पािी

सीिेंट बंधारे, िाती ना ा बांध, पाझर त ाव, केटी वयेर, gabion बंधारे, deep CCT, ु.बो., शेत तळे इ.

िुख्य घटक : तापिान, हवेचा वेग, आर्द्फता, पाण्याचा पषृ्ठभाग इ. ताळेबंदात वापर : GSDA व MI manual आधारे

उपचाराची पािी साठवि ििता, भरि संख्या, िातीचा प्रकार, जमिनीचा उतार इ.

उपलब्ध पाणी (पनुभवरण अथवा थेट वापर) = अडववलेले पाणी - बाष्पीभवन 38

गावाबािेर वािून जाणारे पाणी

अपधाव

मृद व जल सांधारण कामाांमुळे अडववलेले पाणी

जममननतील पाण््ात वाढ (पुनभवरण)

बाष्पीभवन

= अपधाव – िृद व ज संधारि कािांिुळे अडवव े े पािी

िुख्य घटक : तापिान, हवेचा वेग, आर्द्फता, पाण्याचा पषृ्ठभाग इ. ताळेबंदात वापर : GSDA व MI manual आधारे

उपचाराची पािी साठवि ििता, भरि संख्या, िातीचा प्रकार, जमिनीचा उतार इ.

उपलब्ध पाणी (पनुभवरण अथवा थेट वापर) = अडववलेले पाणी - बाष्पीभवन

खरीप मधील सांरक्षित मसांचनासाठी

नन्ोजन

१०%

39

भूजल साठा

रब्बी व उन्िाळी वपकाांसाठी मशल्लक

पाणी

मातीतील मशल्लक पाणी

बािेरील पाणी (उपसा मसांचन,

कालवा, बोरवेल इ.)

वरचे गाव खा चे गाव

भूज प्रवाह : ताळेबदंात सिाववष्ट के े े नाही

+

ताळेबदंात सिाववष्ट के े े नाही

40

• उप ब्धतेपेिा गरज जास्त म्हिजे नेिके काय? – रबी वपका ा शेवटचे पाणी किी पडिे – रबी / उन्हाळी वपका ा किी पडिारे पािी खो बोरवले न ेअथवा गावा बाहेरून lift करून परुवविे

– शेत-तळे खोदनू पाण्याच्या उप ब्धतेची ननश््चती करिे • परीिाि

– वपकाची उत्तपादकता किी , शेतकऱ्याचे आर्थफक नुकसान – भूज ासाठी स्पधाफ, ववहहरी वकर आटिे, उन्हाळ्यात पाण्याची टंचाई – खो खो बोरव े व शेत-तळे यावर अियाफहदत खचफ

• उपाय – नवीन ज -संधाराची कािे करून उप ब्धता वाढवविे – गावाती पाण्याच्या उप ब्धतेनुसार शा्वत वपक पद्धती अव ंबिे (उदा. हहवरे बाजार)

रब्बी व उन्हाळी हंगािासाठी मशल् क पािी

रब्बी व उन्हाळी हंगािाती वपकांची गरज

41

रब्बी व उन्हाळी हंगािासाठी मशल् क पािी

रब्बी व उन्हाळी हंगािाती वपकांची गरज

नवीन ज -संधाराची कािे करून उप ब्धता वाढवविे

गावाती पाण्याच्या उप ब्धतेनुसार शा्वत वपक पद्धती अव ंबिे 42

रब्बी ज -वापर ननदेशांक

१.० पेिा किी असल्यास -- सुरक्षित स्स्थती

१.० पेिा जास्त असल्यास -- असुरक्षित स्स्थती DEMAND SIDE MANAGEMENT

आव्यक

रब्बी व उन्हाळी हंगािासाठी मशल् क पािी

रब्बी व उन्हाळी हंगािाती वपकांची गरज

=

43

धन््वाद! 44