نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

بررسی کیفیت آب رودخانه بابلرود با استفاده از مدل‌های عددی، فراابتکاری و شاخص NSFWQI

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
فاطمه آخونی پورحسینی 1
کیومرث ابراهیمی 2
محمد حسین امید 3
1 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
2 گروه مهندسی انرژی های نو و منابع پایدار، دانشکدگان علوم و فناوری های میان رشته ای، دانشگاه تهران
3 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران
10.22125/iwe.2024.417136.1751
چکیده
مدل سازی یکی از مؤثرترین روش‌ها در مدیریت کیفیت آب رودخانه‌ها، برنامه‌ریزی کاهش ورود آلاینده‌ها و کنترل آسیب های زیست‌محیطی است. در مقاله حاضر کیفیت آب رودخانه بابلرود با استفاده از مدل Qual2kwو مدل فراابتکاری ماشین بردارپشتیبان و الگوریتم ژنتیکSVM-GA با رویکرد شبیه‌سازی شش پارامتر کیفیت آب شامل دما، قلیائیت، هدایت الکتریکی، نیتروژن کل، اکسیژن محلول و اکسیژن خواهی بیوشیمیایی در چهار دوره زمانی از سال 1397 مورد بررسی قرار گرفت. الگوریتم ژنتیک برای شبیه سازی و بهینه سازی به کار می رود، که هیبرید این مدل با ماشین بردار پشتیبان باعث بهبود عملکرد شبیه سازی شده است. جهت مقایسه داده‌های مشاهداتی و شبیه‌سازی‌شده از ضریب تبیین R^2 متوسط خطای مطلق MAE و ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شدهNRMSE استفاده ‌شد. نتایج نشان داد که بهترین شبیه‌سازی SVM-GA برای پارامتر نیتروژن کل در بهمن ماه با MAE 0.15 و NRMSE 1.97 می‌باشد. همچنین نتایج مدل عددی Qual2kw نشان داد بهترین شبیه سازی برای اردیبهشت ماه با MAE 0.14 و NRMSE 1.2 می باشد. کیفیت آب رودخانه بابلرود با استفاده از شاخص NSFWQI ارزیابی شد. بر این اساس بهترین کیفیت آب در ماه بهمن با شاخص 56 در بازه متوسط تا خوب و بدترین کیفیت در ماه اردیبهشت با شاخص 49 در بازه بد می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
شاخص کیفیت
مدل شبیه‌ساز
واسنجی
Qual2kw
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating River water Quality Involving Numerical and Intelligent Models and NSFWQI Index, case Study Babolrood River, Iran

نویسندگان English

Fatemeh Akhoni Pourhosseini 1
Kumars Ebrahimi 2
Mohammad Hosein Omid 3
1 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Tehran, Karaj, Iran.
2 Professor, Department of Renewable Energies and Sustainable Resources Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
3 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

Modeling is one of the most effective methods in river water quality management, planning to reduce the entry of pollutants and control environmental damage. In this article, the water quality of Babolrood river using the Qual2kw model and meta-heuristic model of support vector machine and SVM-GA genetic algorithm with the approach of simulating six water quality parameters including temperature, alkalinity, electrical conductivity, total nitrogen, dissolved oxygen and biochemical oxygen demand in four time periods from 2018 was investigated. Genetic algorithm is used for simulation and optimization, and the hybrid of this model with support vector machine has improved the simulation performance. In order to compare the observed and simulated data, the explanation was used coefficient R2 of the average absolute error MAE and the root mean square of the normalized error NRMSE. The results showed that the best SVM-GA simulation for total nitrogen parameter in February is with MAE 0.15 and NRMSE 1.97. Also, the results of Qual2kw numerical model showed that the best simulation for May is with MAE 0.14 and NRMSE 1.2. The water quality of Babolrood River was evaluated using the NSFWQI index. Based on this, the best water quality is in the month of Bahman with an index of 56 in the medium to good range and the worst quality is in the month of May with an index of 49 in the bad range.

کلیدواژه‌ها English

Calibration
Qual2kw
quality index
simulation models
آریایی‌نژاد، ر.، سرائی تبریزی، م. و ح. بابازاده. 1398. مدل‌سازی کیفیت آب رودخانه با استفاده از مدل Qual2kw.مجله علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، سال هفتم، شماره21،ص1-14.
باباخانی، ز.، سرائی تبریزی، م. و ح. بابازاده.1398. تعیین ظرفیت خود پالایی رودخانه دیواندره با استفاده از مدل کوال. مجله اکو هیدرولوژی، سال سوم، شماره ششم، ص  673-684.
حسینی، ی. 1398. بررسی خود پالایی و کیفیت رودخانه قره‌سو با استفاده از مدل Qual2kwوNSFWQI.نشریه علمی اکو بیولوژی تالاب، سال اول، شماره 43، ص41-60.
خنک، آ.، سرائی تبریزی، م. بابازاده، ح. صارمی، ع. و م. محمدی قلعه نی.1400. مدل‌سازی کیفیت آب رودخانه سفیدرود با استفاده از مدQual2kw. مجله پژوهش آب ایران، سال اول، شماره15، ص121-131.
رستمی م.ح.، وحیدی ح. طایفه س.م. و م. احمدی کلان. 1399. ارزیابی کیفی رودخانه کنگیر ایوان با استفاده از شاخص NSFWQI و تأثیر کاهش بار آلاینده‌های نقطه‌ای در افزایش میزان شاخص با استفاده از مدل Qual2kw. L. مجله اکبیولوژی تالاب، سال 12، شماره 43، ص 81-98.
سمرقندی، م.، ابویی مهریزی، ا. کاسب،پ. دانایی، ع. و ک. ویسی. 1392. بررسی کیفیت آب دریاچه سد اکباتان شهرستان همدان با بهره‌گیری از شاخص کیفی NSFWQI . دانشگاه علوم پزشکی خراسان شمالی، سال اول، شماره چهارم، ص  63-69.
صادقی تالار پشتی، ر.، ابراهیمی، ک. و ع.ا.  هورفر. 1400. بررسی تغییرات فصلی ضریب زوال رودخانه تالار. مجله آبخیزداری ایران، سال 14، شماره25. ص83-96.
فتح آبادی، ا.، سلاجقه، ع. و م. مهدوی. 1387.پیش‌بینی دبی رودخانه با استفاده از روش‌های نوروفازی و مدل‌های سری‌های زمانی. مجله علوم ومهندسی آبخیزداری ایران، سال دوم، شماره پنحم، ص ۲۱-۳۰
قصود، ف.، یزدانی، م.ر، رحیمی، م. ملکیان، آ. و ع. ذوالفقاری. 1395. مقایسه کارایی مدل شبکه عصبی مصنوعی، سری زمانی و مدل ترکیبی ANN-ARIMA در مدلسازی و پیش‌بینی شاخص منبع آب زیرزمینی (GRI) (مطالعه موردی: جنوب استان قزوین). مجله علوم ومهندسی آبخیزداری ایران. سال10، شماره۱۰33، ص ۴۷-۵۷.
 کارآموز.م.، و ر.کراچیان. 1387. برنامه‌ریزی و مدیریت کیفی سیستم‌های منابع آب. چاپ دوم. انتشارات دانشگاه امیرکبیر.
 محمدی، ص.، و ع. سلاجقه. 1396. بررسی تغییرات مکانی و زمانی کیفیت آب زیرزمینی به کمک بهترین تخمین گر زمین آمار (مطالعه موردی: دشت کرمان) . مجله علوم ومهندسی آبخیزداری ایران، سال۱۱ شماره 39، ص49-۶۰.
 مفتاح هلقی، م.1391.پهنه‌بندی کیفیت آب با استفاده از شاخص‌های متفاوت کیفی(مطالعه موردی: رودخانه اترک). مجله پژوه های حفاظت آب‌وخاک، سال دوم، شماره18، ص 211-220.
 محمدی نژاد, س.ع.،و ا.  اگدرنژاد. 1400. مدل سازی تغییرات کیفی آب زیرزمینی در دشت زیدون با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی بهینه شده.  مجله پژوهش در بهداشت محیط، سال چهارم، شماره هفتم، ص 311-322.
نوشادی، م.، و م. حاتمی زاده. 1389. اندازه‌گیری و شبیه‌سازی رودخانه کر با استفاده از مدل Qual2kw .نشریه آبیاری زهکشی ایران. سال سوم، شماره چهارم، ص 249-238.
هاشمی، س.ز. غلامی سفیدکوهی، م.ع. و م.خ. ضیاتباراحمدی. 1397. ارزیابی و شبیه‌سازی کیفیت رودخانه تالار با استفاده از مدل .Qual2kw نشریه آبیاری و زهکشی ایران، سال ششم، شماره 12، ص1500-1510.
Khan, M.Y.A., Gani, K.M. and G.J. Chakrapani. 2017. Spatial and temporal variations of physicochemical and heavy metal pollution in Ramganga River a tributary of River Ganges, India. Environ Earth Sci ,76, 231-241.
Montaseri, M., Ghavidel, S.Z. and H. Sanikhani. 2018. Water quality variations in different climates of Iran: toward modeling total dissolved solid using soft computing techniques. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 32 (8): 2253-2273.
Nguyen, T. Nemery, J. Gratiot, N. Garnier, J. Strady, E. Tran, V. Nguyen, A. Nguyen, T. Golliet, C. and J. Aime. 2019a. Phosphorus adsorption/desorption processes in the tropical Saigon River estuary (Southern Vietnam) impacted by a megacity. Estuarine, Coastal and Shelf Science.227:106321.
Oram, P. G. B., 2012. The Water Quality, monitoring the Quality of surface waters. http:// www.waterresearch.net.
Pathak, D. Whitehead, P. G, Futter M. N, and R. Sinha. 2018. Water quality assessment and catchment-scale nutrient flux modeling in the Ramganga River Basin in north India: an application of INCA model. Science of the Total Environment, 632: 201-215.
Radwan, A. Abdelmoneim, A. Basiony, I. and M. El-Alfy. 2019. Water Pollution Monitoring in Idku Lake (Egypt) using Phytoplankton and NSF-WQI. Egyptian Journal of Aquatic Biology and Fisheries, 23(4): 465-481.
Sharma, D. Kansal, A. and G. Pelletier. 2015. Water quality modeling for urban reach of Yamuna River, India (1999–2009), using QUAL2Kw. Applied Water Science, 1-25.
Zhang,R.X., Qian,X., Yuan,R., Ye,B., and Y. Wang. 2014. Simulation of water environmental capacity and pollution load reduction using to Qual2kw for water environmental management. International Journal of Environment Research and public Health, 9.11: 4504-4521.
Zotou, I. Tsihrintzis, V. A.  and G. D. Gikas. 2020. Water quality evaluation of a lacustrine water body in the Mediterranean based on different water quality index (WQI) methodologies. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 1-12.