شبیه سازی نیترات و اکسیژن محلول رودخانه بالیخلی چای اردبیل با استفاده از مدل QUAL2Kw- موسی اکبری نیاری-مرکز دانش عطران

0

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. 1. Streeter-Phelps
  2. 1. Mathew etal.
  3. 2. Hadgu etal.
  4. 3. Rashed and El-Sayed
  5. 4. Kalburgi etal.
  6. 1. Idris etal.

ادامه مقاله: پیام به پشتیبانی

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Call Now Button