palette
ارزیابی و برآورد تغییرات کیفیت آب با استفاده از نقشه‌های پهنه‌بندی و نرم‌افزار تحقیقاتی توسعه‌یافته (بررسی موردی: رودخانه پیربازار)
مجید حمامی, سید احمد میرباقری, سید مهدی برقعی, مجید عباسپور

چکیده

سابقه و هدف: رودخانه ها از مهمترین منابع آبی و اکوسیستم‌های مهم و آسیب‌‌پذیر داخل خشکی به حساب می‌‌آیند. امروزه به علت مصرف بی‌‌رویه آب و آلوده شدن آب رودخانه‌‌‌ها توسط منابع غیرطبیعی و انسانی، کیفیت این نوع منابع آبی تهدید شده است. رودخانه پیربازار و تالاب انزلی در دو دهه گذشته دچار یوتروفیکاسیون شدید شده است؛ به همین دلیل ارزیابی و برآورد تغییرات کیفیت آب مصب رودخانه اصلی تغذیه‌کننده تالاب انزلی (رودخانه پیربازار)، در اولویت قرار دارد.

 

مواد و روش‌ها: این پژوهش وضعیت یوتریفیکاسیون و پیش‌بینی تغییرات زمانی-مکانی غلظت مواد مغذی مانند آمونیاک- نیتروژن (NH۳-N)، نیترات (NO۳-N) یا به‌طورکلی نیتروژن کل (TN)، فسفر (PO۴) و یا TP، اکسیژن محلول (DO) را در رودخانه پیربازار بررسی و ارزیابی می‌کند. نمونه‌گیری از ۱۰ نقطه حوضه آبریز طی مدت ۱۸ ماه از دی ۱۳۹۳ تا پایان خرداد ۱۳۹۵ انجام شد. هدف این پژوهش تهیه نقشه پهنه‌بندی و برآورد دقیق وضعیت پارامترهای کیفی موجود و آینده حوضه آبی با استفاده از نقشه‌های پهنه‌بندی و نرم‌افزار تحقیقاتی توسعه‌یافته توسط نگارندگان و بهره‌گیری از پنج روش درون‌یابی کریجینگ، اسپلاس، رگرسیون چندجمله‌ای، عکس فاصله، چندجمله‌ای موضعی و انتخاب روش بهینه است. انتخاب بهترین روش با استفاده از روش اعتبارسنجی متقابل و بر اساس معیار ارزیابی جذر ميانگين مجموع مربعات خطا (RMSE) صورت گرفت.

 

نتایج و بحث:  نتایج نشان داد که در این حوضه آبریز روش رگرسیون چندجمله‌ای مرتبه ۲ (با میانگین ۲۰۷۵/۰ RMSE =  برای نیتروژن کل و ۱۴۷۵/۰RMSE =  برای فسفر کل) برای برآورد غلظت نیترات و فسفات در حوضه آبریز، بهترین روش بوده و روش چندجمله‌ای موضعی با توان ۱۰ از مرتبه ۳ (با میانگین ۳۳۱/۰RMSE = برای نیتروژن کل و ۲۲/۰RMSE = برای فسفر کل)  بدترین روش در مقایسه با سایر روش‌ها است. برای تهیه نقشه پهنه‌بندی، ابتداء نقشه‌های ماهانه و سپس نقشه‌های فصلی توزیع مکانی غلظت نیترات و فسفات ایجاد شدند و تغییرات زمانی (فصلی) مواد مغذی در دهانه ورودی به تالاب (مصب رودخانه پیربازار) بیان شد. نتایج نشان داد که میانگین غلظت مواد مغذی آب رودخانه پیربازار (۶۱۶/۰ میلی‌گرم در لیتر برای نیتروژن کل و ۳۲۵/۰ میلی‌گرم در لیتر برای فسفر کل)، طبق دستورعمل اروپایی ۸۰/۷۷۸/EEC و استاندارد OECD بالاتر از حد مجاز هستند (حد مجاز این ماده در حالت عادی و در بیشتر آب‌های شیرین ۱/۰ تا ۵/۰ میلی‌گرم در لیتر برای نیتروژن کل و ۰۱/۰ تا ۱/۰ میلی‌گرم در لیتر برای فسفر کل است). همچنین طبق نتایج به‌دست‌آمده از این نرم‌افزار، متوسط نسبت نیتروژن کل به فسفر کل (TN/TP) در ورودی تالاب، ماکزیمم مقدار (۷/۳۳) بوده که بالاتر از حد مجاز ۱۶ است. بنابراین آب منطقه در شرایط نوع یوتروفیک پیشرفته و بحرانی قرار دارد. با توجه به مقدار مثبت و بالای ضریب همبستگی برای فسفر کل و نیتروژن کل که بین ۸۷/۰ تا ۹۱۸/۰ (میانگین ۸۹۴/۰) به دست آمد، می‌توان استدلال کرد که فسفر و نیتروژن در این حوضه آبی به احتمال زیاد دارای منشاء یکسان و مشترکی هستند؛ ضمن اینکه مقدار ضریب عملکرد نیز بین ۱۸۷/۰ تا ۷۲۱/۰ متغیر بوده که به ترتیب برای نیترات و فسفات بهترین عملکرد را نشان داده است.

 

نتیجه‌گیری: با استفاده از نقشه‌های پهنه‌بندی و بهره‌گیری از تکنیک بهترین روش درون‌یابی می‌توان تغییرات پارامترهای کیفیت آب را با دقت زیاد ارزیابی و برآورد کرد. پیش‌بینی‌های حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد متوسط غلظت سالیانه آمونیوم، نیترات، نیتریت، فسفات و املاح محلول در آب رودخانه پیربازار در سال ۱۴۰۰ و ۱۴۱۰ به ترتیب حدود ۲/۱%، ۲/۳%، ۳۲%، ۵%، ۷%  و ۴/۳%، ۹%، ۸۷%، ۱۴%، ۵/۱۶%  نسبت به وضعیت کنونی، افزایش رشد خواهند داشت که در نوع خود یک یافته جدید محسوب می‌شود که در مدیریت کیفی حوضه آبریز یک نوآوری قابل اعتماد است.

واژگان کلیدی
تغییرات فصلی-روشهای درون و برونیابی-روش اعتبار سنجی-جذر مجموع مربعاترودخانه پیر بازار خطا-

منابع و مآخذ مقاله

[۱] Aliverdi, A.R. and Eslami, H., ۲۰۱۴. Modeling quality parameters nitrate and ammonia in the river between the bridge Elhayi using software WASP۶: http://www.civilica.com/Paper

[۲] European Directive ۸۰/۷۷۸/EEC relating to the quality of water intended for human consumption, ۱۹۹۴.

[۳] Forsythe, K.W., Paudel, K. and Marvin, C.H., ۲۰۱۰. Geospatial analysis of zinc contamination in lake Ontario sediments. Environmental Informatics. ۱۶(۱), ۱-۱۰.

[۴] Haji, A.H., Mirbagheri, S.A. and Javid, A.H., ۲۰۱۳. A wavelet support vector machine combination model for daily suspended sediment forecasting. International Journal of Engineering Transaction Aspects. ۲۷(۶), ۸۵۵.

[۵] Hasani Pak, A.A., ۲۰۱۳. Geostatistical. Tehran University Published, Tehran, Iran.

[۶] Hayatolgheib, M., Gheshlaghi, A., Jafari, H. and Forghani Tehrani, G., ۲۰۱۶. Measure performance and efficiency of water consumption Tehran by data envelopment analysis. Journal of Natural Environment. ۶۸(۴), ۶۱۹-۶۲۸. (In Persian with English abstract).

[۷] JICA (Japan International Cooperation Agency), ۲۰۱۲. Zoning plan in the Anzali wetland, Anzali wetland ecological management project in Islamic Republic of Iran. Report number: ۲, p. ۹۵.

[۸] Kazemi, S.M. and Hosseini, S.M., ۲۰۱۴. Comparison of spatial interpolation methods for estimating heavy metals in sediments of Caspian Sea. Expert Systems with Applications. ۳۸, ۱۶۳۲–۱۶۴۹.

[۹] Lee, J., Jang, C., Wang, S. and Liu, C., ۲۰۱۱. Evaluation of potential health risk of arsenic-affected groundwater using indicator kriging and dose response model. Science of the Total Environment. ۳۸۴, ۱۵۱–۱۶۲.

[۱۰] Liu, S., Gu, S., Tan, X. and Zhang, Q., ۲۰۰۹. Water quality in the upper Han river basin, China: The impacts of land use land cover in riparian buffer zone. Journal of Hazardous Materials. ۱۶۵, ۳۱۷-۳۲۴.

[۱۱] Marofi, C., Tornjiyan, A. and Zarabyaneh, H., ۲۰۱۲. Evaluation of geostatistical methods for estimating electrical conductivity and pH water drainage channel Hamedan-Bahar plain. Journal of Soil and Water Conservation researches. ۱۶(۲), ۴۱-۵۳. (In Persian with English abstract).

[۱۲] Ministry of Energy., ۱۹۹۸. An extensire plan for monitoring of water quality in Anzali Watershed. p. ۱۵, ۴۸.

[۱۳] Mirbagheri, S.A. and Tanji, K.K., ۱۹۸۱. Sediment characterization and transport modeling in Colusa Drain. California. University of California at Davis, Department of Land, Air, and Water Resources.

[۱۴] Mirbagheri, S.A., Tanji, K.K. and Krone, R.B., ۱۹۸۸a. Sediment characterization and transport model in Colusa Basin Drain. ASCE. Journal of Environmental Engineering. ۱۱۴(۶), ۱۲۵۷-۱۲۷۳.

[۱۵] Mirbagheri, S.A., Tanji, K.K., Krone and R.B., ۱۹۸۸b. Simulation of suspended sediment in Colusa Basin Drain, California. Journal of Environmental Engineering ASCE. ۱۱۴(۶), ۱۲۷۵-۱۲۹۴.

[۱۶] Mirbagheri, S.A. and Hashemi, S.A.H., ۲۰۰۸. Nutrient transport model in Chah nimeh manmade reservoir. Proceedings of the ۸th conference on systems theory and scientific.

[۱۷] Mirbagheri, S.A., Nourani, V. and Rajaee, T., ۲۰۱۰a. Neuro-fuzzy models employing wavelet analysis for suspended sediment concentration prediction in rivers. Hydrological Science Journal. ۵۵(۷).

[۱۸] Mirbagheri, S.A., Nouri, J., Farokhian, F. and Jafarzadeh, N., ۲۰۱۰b. Water quality variability and eutrophic state in wet and dry years in wetlands of the semiarid and arid regions. Environmental Earth Science. ۵۹(۷), ۱۳۹۷-۱۴۰۷.

[۱۹] Mirbagheri, S.A., Mahmodi, S. and Khezri, S.M., ۲۰۱۱. Simulation modeling of nitrogen and phosphorous change in Chalous river. Civil and Environmental Engineering University of Tabriz. ۴۰(۳), ۴۷-۵۹. (In Persian with English abstract).

[۲۰] Mirbagheri, S.A., Sadrnejad, S.A. and Hashemi, M. S. A., ۲۰۱۲. Phytoplankton and zooplankton modeling of Pishin Reservoir by means of an advection-diffusion drought model. International Journal of Environmental Research (IJER), ۶(۱).

[۲۱] Mousavi, G., ۲۰۱۰. Water Engineering. Hafiz Published. ۲(۱), p.۷۸.

[۲۲] Naseri, S. and Ghaneian, M.T., ۲۰۰۴. Quality management lakes and tributary rivers. Nas Publishers, One Edition. p. ۵۴.

[۲۳] Nejatkhah Manavi, P., Passandi, A., Sogholi, M., beheshtinia, N. and Mirshekari, D., ۲۰۱۰. Evaluation of nitrate and phosphate in the south-eastern basin of the Caspian Sea in the spring and summer. Journal of Researches Marine Science and Technology. ۴(۳), ۲۷-۳۵. (In Persian with English abstract).

[۲۴] OECD, Vollenweider, R. A. and Kerekes, J., ۱۹۸۲. Eutrophication of waters. Monitoring, assessment and control. OECD Cooperative programme on monitoring of inland waters (Eutrophication control). Environment Directorate, Paris. p.۱۵۴.

[۲۵] Ouyang, Y., Nkedi-Kizza, P., Wu, Q.T., Shinde, D. and Huang, C.H., ۲۰۰۶. Assessment of seasonal variations in surface water quality. Water Research. ۴۰(۲۰), ۳۸۰۰-۳۸۱۰. (In Persian with English abstract).

[۲۶] Pirasteh, K. and Eimandel, B., ۱۹۹۷. Investigation the effects of industrial pollutant sources on the water quality of Siahroud river. Proceeding of the third Conference on Potable Water Conservation, Iran. pp. ۵۵-۵۸.

[۲۷] Rafiee, M., Akhond Ali, A.M., Moazed, H., Jaafarzadeh, N. and Zahraie, B., ۲۰۱۳. A Case Study of water quality modeling of the Gargar River, Iran. Journal of Hydraulic Structures. p. ۱۰-۲۲. (In Persian with English abstract).

[۲۸] Salmani, M.H. and Salmani Jajaei, E., ۲۰۱۶. Forecasting models for flow and total dissolved solids in Karoun river-Iran. Hydrology. ۵۳۵, ۱۴۸–۱۵۹.

[۲۹] Shoaei, S.M., Mirbagheri, S.A. and Zamani, A., ۲۰۱۵. Seasonal variation of dissolved heavy metals in the reservoir of Shahid Rajaee Dam, Sari, Iran. Desalination and Water Treatment. ۵۶(۱۲), ۳۳۶۸-۳۳۷۹.

[۳۰] Standard Methods Handbook for water and wastewater., ۲۰۰۵. Publications Washangton DC, APHA, ANWA. WPCE press. ۲۰th edition, ISBN: ۰۸۷۵۵۳۲۳۵۷, Standard No. ۱۰۲۰ B. & ۱۰۲۰ C., pp. ۳۹-۵۳ & ۱۱۱-۱۱۹.

[۳۱] Taghizadeh Mehrjardi, R. A., Zare'ian Jahromi, M., Mahmoudi, S., Heidari, A. and Sarmedian, F., ۲۰۱۳. Investigation of spatial interpolation methods for spatial variation of groundwater qualitative properties of Rafsanjan plain. Science and Engineering Watershed of Iran, Volume ۲, No. ۵, pp. ۲۳-۳۱. (In Persian with English abstract).

[۳۲] Zarrati, A.R., Tamai, N. and Islam, G.M.T., ۲۰۰۱. Huang G. Prediction of water surface elevation in a channel with continuous bends. Proceedings of ۲۹th IAHR Congress, Beijing, China. pp. ۹۵-۱۰۴

[۳۳] Zebardast, L. and Jafari, H.R., ۲۰۱۴. Evaluation process changes in Anzali wetland using remote sensing and providing management solution. Environmental Studies. ۳۷(۵۷), ۵۷-۶۴. (In Persian with English abstract).


ارجاعات
  • در حال حاضر ارجاعی نیست.