بالیخلی برای پیشبینی عکس العمل قابل انتظار رودخانه بر اثر ورود آلاینده ها استفاده از مدلهای ریاضی ضروری است. این مدلها قادرند آثار بارگذاریهای موجود و آتی را شبیه سازی نموده و مدیران و مسئولان را در تصمیمگیریهای خود یاری نمایند. رودخانه بالیخلی چای به عنوان منبع اصلی تامین آب برای مصارف خانگی، شرب و کشاورزی اردبیل دارای اهمیت زیادی است. اولین گام در راستای حفاظت از این رودخانه، آگاهی همه جانبه از تغییرات کیفی آن میباشد. برای این منظور، در این تحقیق از مدل ریاضی QUAL2Kw برای شبیهسازی کیفی رودخانه بالیخلی چای استفاده شد. به منظور اجرای مدل، اطلاعات لازم برای سالهای 96-1397 از اداره کل محیط زیست استان اردبیل تهیه شد. دادههای مورد نیاز مدل به دو دسته تقسیم شدند، که از دسته اول (آذر تا دی 1396) در واسنجی مدل و از دسته دوم (خرداد تا تیر 1397) به منظور صحتسنجی مدل استفاده شد. در هر دو مرحله واسنجی و صحت سنجی، ضریب همبستگی بین دادههای اندازه گیری شده و نتایج شبیهسازی شده در همه پارامترها بالای 90 درصد شد. در ادامه، پارامترهای نیترات و اکسیژن محلول موجود در رودخانه بالیخلی چای به وسیله مدل شبیهسازی و ارزیابی گردید. نتایج حاصل از صحت سنجی نشان داد مدل تطابق نسبتا خوبی با واقعیت دارد و با توجه به مطالعات و بررسیهای به عمل آمده، اهم منابع و مراکز آلوده کننده رودخانه بالیخلی چای را میتوان فاضلابهای رودخانه نیر چای دانست.
کلمات کليدي: رودخانه، بالیخلی چای، مدل QUAL2Kw، شبیه سازی.
مقدمه
آلودگی آب در دهههای اخیر تهدیدی جدی برای انسان و اکوسیستمهای طبیعی تلقی میشود، بهطوری که بررسی تغییرات کیفیت آب یکی از موضوعات مهم جهت استفاده بهینه از آن است. رودخانهها بهعنوان یکی از مهمترین منابع تامین و انتقال آب مصرفی بخشهای صنعت، کشاورزی و مصارف شهری از اهمیت خاصی برخوردارند. حفظ کیفیت منابع آب بهمنظور تامین آب آشامیدنی، ارتقاء فعالیتها و کاربریهای تفریحی و ایجاد یک اکوسیستم مناسب برای ماهیان و حیات وحش، مستلزم کیفیت بالای آب رودخانه میباشد. به این دلیل، آگاهی از روند تغییرات آب رودخانهها همراه با شناسایی عوامل اصلی آلودگی آن از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد ( شکری و همکاران، 1394). تخلیه پسابها به منابع پذیرنده در گوشه و کنار دنیا فجایع زیست محیطی گوناگونی را بهوجود آورده است. برای ارزیابی اثرات تخلیه پساب بر روی منبع پذیرنده، لازم است مطالعات خودپالایی انجام شود. برای تعیین خودپالایی، نیاز به یک سری ابزارها مانند مدلهای کیفی میباشد، تا بتوان در شرایط مختلف، کیفیت آب را پیش بینی کرد. از سال 1925، پس از ارایه معادله استریتر و فلپس[1]برای پیشبینی غلظت اکسیژن محلول در رودخانهها، تاکنون مدلهای شبیهسازی متعددی برای شبیهسازی کیفی رودخانهها، خلیجها و آبهای زیرزمینی توسعه یافته است. از جمله این مدلها میتوان QUAL2E،QUAL2Kw ، WASP و QUAL-W2-CE را نام برد (طاهری سودجانی و همکاران، 1394). شکری و همکاران (1394) به شبیهسازی کیفی آمونیوم و نیترات در طول رودخانه گرگر با استفاده از مدل QUAL2Kw پرداختند. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که مدل تطابق خوبی با واقعیت دارد و اهم منابع آلودهکننده رودخانه گرگر، فاضلابهای روستاهای مسیر، پسابها و فاضلابهای ماهیسراها و حوضچه های پروش ماهی و زهکشهای کشاورزی میباشد. خدام محمدی و همکاران (1395) به ارزیابی توان خودپالایی و نقش اکسیژن محلول در کیفیت آب رودخانه کر پرداختند. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که کم شدن اثر پساب خروجی از تصفیه خانه و مجتمع پتروشیمی از علتهای افزایش اکسیژن محلول میباشد. همچنین تحقیقات آنها نشان داد که وجود پلها و تاسیسات آببند میتواند باعث افزایش تلاطم و افزایش هوادهی و قدرت خودپالایی رودخانه کر و در نتیجه افزایش میزان اکسیژن محلول در آن شود. متیو[2] و همکاران (2011) در تحقیقی به بررسی کیفیت آب رودخانه گلآلود رودخانه بستونبا با استفاده از مدل QUAL2K پرداختند. تجزیه و تحلیل آب این رودخانه با استفاده از این مدل نشان داد که کیفیت آب رودخانه کمتر تحت تاثیر بارش و نقطه ورودی فاضلاب قرار میگیرد. هادگو[3] و همکاران (2014) در تحقیقی به مدلسازی پخش آلایندهها در رودخانه داراگای کنیا با استفاده از مدل QUAL2K پرداختند. مدل، برای دبی، دما، سرعت جریان، BOD5، اکسیژن محلول و نیترات با استفاده از دادههای جمعآوری شده و اندازهگیریهای آزمایشگاهی و صحرایی صحتسنجی و اعتبارسنجی شد و سپس برای شبیهسازی قسمتی از رودخانه داراگا استفاده گردید و مشاهده شد که نتایج شبیهسازیشده با مدل به غیر از موارد جزئی، تطابق خوبی با دادههای صحرایی دارد. پژوهشی توسط راشد و ال سید[4](2014) به منظور بررسی و اندازهگیري کیفیت آب چند زهکش، با استفاده از مدل QUAL2K که بنا بر توصیه سازمان محیط زیست آمریکا براي شبیهسازي کیفیت آب رودخانه استفاده میشود، انجام شد. درکل نتایج نشان داد که مدل QUAL2K یک ابزار کارآمد براي اندازهگیريهاي نسبی برنامه بهبود توان کیفیت آب رودخانه به ویژه براي کیفیت پارامترهاي موثر در آب مورد استفاده در کشاورزي است. کالبورگی[5] و همکاران (2015) در تحقیقی با استفاده از مدل QUAL2K مدلی را برای ارزیابی پارامترهای BOD و DO در رودخانه قاتاپرابهای هند توسعه دادند. نتایج مدل آنها نشان داد که مقادیر پیشبینی شده توسط مدل به مقادیر اندازهگیری شده نزدیک میباشد. بنابراین میتوان با اطمینان نسبتا بالا از مدل QUAL2K جهت شبیهسازی کیفیت آب رودخانه استفاده کرد. ادریس[6]و همکاران (2016) در تحقیقی با استفاده از نرم افزار QUAL2K به ارزیابی کیفیت آب رودخانه یامانای هند پرداختند. آنها در این تحقیق، پارامترهای کیفی آب رودخانه یامانا مانند دما، اکسیژن محلول، BOD5، PH و سایر پارامترهای حساس را با استفاده از نرم افزار QUAL2K پیش بینی کردند. بنابراین حفاظت و حفظ کیفیت آب رودخانه ها حائز اهمیت می باشد. در این تحقیق به دلیل اهمیت رودخانه بالیخلی چای به خاطر تامین بخشی از آب شرب و کشاورزی اردبیل، از مدل ریاضی QUAL2KW برای شبیه سازی نیترات و اکسیژن محلول رودخانه بالیخلی چای استفاده گردید.
- مواد و روش ها
مدل QUAL2Kw ( Q2K ) هم اکنون به طور گستردهای جهت شبیه سازی کیفیت آب رودخانهها مورد استفاده قرار میگیرد. مدل Q2K از یک برنامه اصلی که به وسیله زیر برنامههای مختلف پشتیبانی میشود تشکیل شده است. این مدل شامل اندرکنشهای اصلی چرخه غذایی، تولید جلبک، اکسیژن خواهی کف زیها، مصرف اکسیژن کربنی، بازدمش اتمسفری و آثار آنها روی رفتار اکسیژن محلول است. این مدل قادر است پخش طولی مواد، اکسیژن مورد نیاز رسوبات، ته نشینی مواد کربنی، نیترات زایی و نیترات زدایی را در شبیه سازی پارامترهای کیفی آب به حساب آورد. اولین قدم برای مدلسازی یک رودخانه، سادهسازی سیستم ورودیها و خروجیها به منظور فرموله کردن ریاضی آن است. برای نیل به این هدف مسیر رودخانه به تعدادی بازه تقسیم میشود. که این تقسیم بندی میتواند در مقاطعی که تغییر ناگهانی در میزان دبی رودخانه یا کیفیت آن صورت میگیرد نظیر محل تخلیه فاضلابهای شهری یا صنعتی و یا محل ورود انشعابات فرعی رودخانهها و یا در مقاطعی که تغییری در شرایط هیدرولیکی رودخانهها ایجاد میشود، انجام میگیرد. بر مبنای این تقسیم بندی پارامترهای مورد نظر در فرمولهای کیفی در هر بازه محاسبه و در طول آن ثابت در نظر گرفته میشود. مدل Q2K نیز یک رودخانه را به صورت یک سری از بازهها نمایش میدهد. بازهها قطعاتی از رودخانه هستند که مشخصات هیدرولیکی ثابتی دارند ( مانند: شیب کف، زبری مانینگ و … ). بازهها به صورت صعودی و با شروع از بالادست جریان اصلی رودخانه شمارهگذاری میشوند. ورودیها و خروجیهای نقطهای و غیر نقطهای درهر جایی از طول مسیر رودخانه میتوانند قرار بگیرند. هم چنین مدل میتواند هر بازهای را به تعداد دلخواهی عنصر با حجم کنترل تقسیم بندی کند، که عناصر مربوط به هر بازه دارای طول یکسانی هستند و طول عناصر از بازهای به بازه دیگر میتواند متفاوت باشد. برای هر عنصر محاسباتی موازنه جریان در حالت پایدار و ماندگار (روابط 1، 2 و 3) انجام میشود. شکل (1) موازنه جریان برای هر عنصر را نشان میدهد.
- 1. Streeter-Phelps
- 1. Mathew etal.
- 2. Hadgu etal.
- 3. Rashed and El-Sayed
- 4. Kalburgi etal.
- 1. Idris etal.
ادامه مقاله: پیام به پشتیبانی
