نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

بررسی حداکثر بار آلودگی قابل تخلیه در رودخانه‌های کوهستانی مبتنی بر مدل‌سازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علی ونایی 1
عبداله طاهری تیزرو 2
صفر معروفی 3
1 مهندسی منابع آب، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بوعلی سینا همدان
2 هیئت علمی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا ، همدان، ایران
3 دانشکده کشاورزی گروه علوم مهندسی آب همدان
10.22125/iwe.2024.436734.1784
چکیده
امروزه یکی از موثرترین راه‏کارهای مدیریت و حفاظت از این منابع آب سطحی استفاده از ظرفیت پذیرش آلودگی رودخانه‌ها می‌باشد. در این مطالعه ظرفیت خودپالایی رودخانه عباس‌آباد همدان با استفاده از مدل QUAL2KW، مبتنی بر شبیه‌سازی پارامترهای DO، BOD و COD با در نظر گرفتن استانداردهای کیفی آب در دو بازه شرب (86/1 کیلومتر) و کشاورزی (33/4 کیلومتر) مورد ارزیابی قرار گرفت. میزان دقت مقادیر شبیه‌سازی شده، از طریق محاسبه شاخص‌های آماری نظیر R2، SE، RMSE وNRMSE صورت گرفت. مقادیر RMSE در مرحله صحت‌سنجی برای مقادیر DO، BOD و COD به ‌ترتیب 26/0، 82/1 و 62/2 محاسبه شد. نتایج شبیه‎سازی نشان داد میزان اکسیژن محلول در بازه اول به‌میزان 21/3- درصد و در بازه دوم به‌میزان 66/1- درصد کاهش داشته است. همچنین میزان غلظت BOD و COD در بازه اول به‎ترتیب به‌میزان 13/30 و 94/27 درصد و در بازه دوم نیز به‌ترتیب به میزان 84/70 و 81/60 درصد افزایش داشته است. همچنین نتایج TMDL نشان داد در بازه اول میزان بار ورودی می‌بایست کاهش یابد ولی در بازه دوم امکان افزایش بار ورودی وجود دارد. برای پارامترهای BOD و COD بیشترین بار وارده براساس استاندارد کشاورزی در محل تقسیم آب دو، به‌میزان 80/49 میلی‌گرم در لیتر و 15/99 میلی گرم در لیتر محاسبه شد.
کلیدواژه‌ها
آلودگی آب
خودپالایی
کیفیت
TMDL
QUAL2KW
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the maximum dischargeable pollution load in Mountain Rivers based on modeling

نویسندگان English

Ali Vanaei 1
Abdollah Taheritizro 2
safar Marofy 3
1 Department of Water Engineering, Bu Ali Sina University in Hamedan
2 Associate Professor, Department of water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, BASU, Iran
3 Dept of Water Eng. Hamedan Iran
چکیده English

Today, one of the most effective ways to manage and protect surface water resources is to use the capacity of rivers to accept limits of pollution. In this study, the self-purification capacity of the Abbasabad river in Hamedan using the QUAL2KW model, based on the simulation of DO, BOD and COD parameters, taking into account the water quality standards in two areas for drinking (1.86 km) and agriculture (4.33 km) was evaluated. The accuracy of the simulated values was calculated through the calculation of statistical indices such as R2, SE, RMSE and NRMSE. The RMSE values in the validation stage for DO, BOD and COD values were calculated as 0.26, 1.82 and 2.62, respectively. The simulation results showed that the amount of dissolved oxygen decreased by -3.21% in the first period and by -1.66% in the second period. Also, the concentration of BOD and COD increased by 30.13 and 27.94% in the first period and by 70.84 and 60.81% respectively in the second period. Also, TMDL results showed that in the first period, the amount of input load should be reduced, but in the second period, it is possible to increase the input load. For BOD and COD parameters, the maximum load was calculated based on the agricultural standard at the two watersheds, as 49.80 mg/liter and 99.15 mg/liter.

کلیدواژه‌ها English

water pollution
self-purification
quality
TMDL
QUAL2KW
رفیعی، غ. ر.، ف. معزی، ه. پورباقر، ک. رضایی توابع و م. ع. نعمت­اللهی. 1402. ارزیابی شاخص‌های کیفیت آب و تعیین ظرفیت خودپالایی در رودخانه‌های بالیقلی‌چای و قره‌سو با بکارگیری مدل QUAL2Kw. نشریه محیط زیست و مهندسی آب، سال نهم، شماره 3، ص 335-351.
سازمان حفاظت محیط زیست. ۱۳۹۰. استاندارد کیفیت آب­های ایران. 14صفحه.
شکری، س.، ع. هوشمند و ه. معاضد. 1394. شبیه‌سازی کیفی آمونیوم و نیترات در طول رودخانه گرگر با استفاده از مدل QUAL2KW. فصلنامه علمی پژوهشی اکوبیولوژی تالاب- دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، سال هفتم، شماره 23، ص 68-57.
عظیمی، م.م.، ا. غواصیه، س. ح. هاشمی و س. برکتین. 1389. ارزیابی قدرت خودپالایی رودخانه به کمک نتایج حاصل از شبیه‌سازی کیفی (مطالعه موردی: رودخانه سفیدرود)، همایش ملی آب با رویکرد آب پاک. دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباس پور).
علی‌پور نصیرمحله، ف و م. رادفر. 1402. مدل­سازی و بررسی روند آلودگی سالیانه نیترات رودخانه تجن با QUAL2Kw و HEC-RA. علوم و مهندسی آبیاری، DOI: 10.22055/JISE.2023.43193.2060
فلاح، م.، م. زلقی، ع. افروس و غ.ر. میرزاوند. 1402. شبیه‌سازی کیفیت آب رودخانه سالند با استفاده مدلQUAL2K. فصلنامه تخصصی علوم و مهندسی آب، سال دوازدهم، شماره 37، ص 47-63.
نوشادی، م و م. ر. حاتمی‌زاده. 1389. اندازه‌گیری و شبیه‌سازی کیفی رودخانه کر با استفاده از مدل QUAL2K. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، سال چهارم، شماره 3، ص 338-349.
وزارت نیرو. 1384. مطـالعـات نیمه­تفصیلی منابع آب دشت همدان – بهار، گزارش هیـدرولــوژی، شرکت سهامی آب منطقه‌ای همدان.
ونائی، ع و ص. معروفی. 1396. ب. بررسی خودپالایی و شبیه سازی تغییرات نیتروژن و فسفر در طول رودخانه عباس آباد همدان با استفاده از نرم افزار QUAL2KW. مهندسی آبیاری و آب ایران، سال هشتم، شماره 30، ص 172-186.
ونائی، ع.، ص. معروفی و آ. آذری. 1396. الف. بررسی خودپالایی بازه کوهستانی رودخانه عباس آباد همدان، مجله محیط شناسی. سال چهل و سوم، شماره 4، ص 742-727.
ونائی، ع.، ص. معروفی و آ. آذری. 1401. شبیه­سازی آلودگی در رودخانه­های پرشیب کوهستانی با استفاده از مدل QUAL2KW. علوم و مهندسی آبیاری، سال چهل و پنجم، شماره 1، ص 19-34.
 
Ain, C., S. Rudiyanti and H.P. Sari. 2019. Purification capacity and oxygen sag in Sringin River, Semarang. International Journal of Applied Environmental Sciences, 14(1): 1-16.
Akpen, G.D., E.J. Ekanem and J.C. Agunwamba. 2016. The Effects of Sewage Effluent Discharges on the Water Quality of Wupa River in Abuja, Nigeria. Journal of Science and Technology, 36(2): 86-95.
Angello, Z.A., B.M. Behailu and J. Tränckner. 2021. Selection of optimum pollution load reduction and water quality improvement approaches using scenario-based water quality modeling in little Akaki River. Ethiopia. Water, 13(5): 584.
Areeyaenezhad, R., M. Sarai Tabrizi and H. Babazadeh. 2019. Modeling water quality of rivers using QUAL2Kw model (case study: Shahroud River). Journal of Environmental Science and Technology, 21(7): 1-13.
Cox, B.A. 2003. A review of currently available in-stream water-quality models and their applicability for simulating dissolved oxygen in lowland rivers. Science of the total environment, 314: 335-377.
Fan, C., K.H. Chen and Y.Z. Huang. 2021. Model-based carrying capacity investigation and its application to total maximum daily load (TMDL) establishment for river water quality management: A case study in Taiwan. Journal of Cleaner Production, 291: p.125251.
Farkhani, S. 2021. Investigating the Quality Status of Haraz River Using Numerical Modeling. Iran-Water Resources Research, 17(1): 262-276. (In Persian)
Goodarzi, M.R., Niknam, A.R.R, S.H. Rahmati and A. Fatehifar. 2023. Evaluation of the effects of climate change and pollution discharge scenario on the quality of Dez River using the QUAL2Kw model. Environmental Earth Sciences, 82(20):.479.
Haider, H., W. Al and S. Haydar. 2013. A review of dissolved oxygen and biochemical oxygen demand models for large rivers. Pakistan Journal of Engineering and Applied Sciences, 9(12): 127-142.
Hoseini, Y. 2019. Study the self purification Capacity and Water quality of Qarahsoo River Using Qual2kw and NSFWQI Models. Journal of Wetland Ecobiology, 11(3): 41-60. (In Persian).
Hossain, M.A., Sujaul, I.M. and M.A. Nasly. 2014. Application of QUAL2Kw for water quality modeling in the Tunggak River, Kuantan, Pahang, Malaysia. Research Journal of Recent Sciences, 3(6): 6-14.
International Water Management Institute (IWMI). 2004. IWMI Annual report 2003-2004. Colombo, Sri Lanka. International Water Management Institute (IWMI), 49p.
Irsanda, P.G.R., N. Karnaningroem and D. Bambang. 2014. Analisis Daya Tampung Beban Pencemaran Kali PelayaranKabupaten Sidoarjo Dengan Metode Qual2kw. Jurnal Teknik ITS, 3(1): D47-D52.
Juwana, I., A. Sodri, N. Muttil, R.R. Hikmat, A.L. Indira and A.D. Sutadian 2024. Potential Pollution Loads of the Cikembar Sub-Watershed to the Cicatih River, West Java, Indonesia. Water, 16(2): 256.
Kalburgi, P.B., R.N. Shareefa and U.B. Deshannavar .2015. Development and evaluation of BOD–DO Model for River Ghataprabha near Mudhol (India), using QUAL2K. I.J Engineering and Manufacturing, 5(1): 15-25.
Khalili, R., M. Parvinnia and H. Motaghi. 2020. Evaluation of Bashar River water quality using CCME water quality index. Journal of Environmental Science Studies, 5(3): 2807-2814.
Lindenschmidt, K.E. 2006. The effect of complexity on parameter sensitivity and model uncertainty in river water quality modelling. Ecological Modelling, 190(1-2): 72-86.
Mahamah, D.S. 1998. Simplifying assumptions in water quality modeling. Ecological modelling, 109(3): 295-300.
Ng, A.W.M., B.J.C. Perera and D.H. Tran. 2006. Improvement of river water quality through a seasonal effluent discharge program (SEDP). Water, air, and soil pollution, 176:113-137.
Nikakhtar, M., S. Rahmati and Massah A. Bovani. 2020. Simulating of Surface Water Quality Using QUAL2KW (Ardak River, Khorasan Razavi Province). Journal of Environmental Science and Technology, 21(11 (90)): 93-105. (In Persian).
Nufutomo, T.K., B.S. Muntalif, H.D. Ariesyady and A. Sudradjat. 2023. Water Quality Analysis Using QUAL2Kw Model During the Rainy Season and Dry Season in Upper Citarum Watershed, West Java, Indonesia. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1239(1): 012008.
Patel, H.B. and N.D. Jariwala. 2023. Analysis of Pollutant Load Carrying Capacity of the River Tapi Using QUAL2Kw for Surat City. Journal of Environmental Protection, 14(2): 96-107.
Rafiee, M., A.M. Akhond Ali, H. Moazed, S.W. Lyon, N. Jaafarzadeh and B. Zahraie. 2014. A case study of water quality modeling of the Gargar River, Iran. Journal of hydraulic structures, 1(2): pp.10-22. (In Persian).
Rosgen, D.L. 1996. Applied river morphologe. Printed in the United States of America, 378 p.
Salvai, A and A. Bezdan. 2008. Water quality model QUAL2K in TMDL development. Balwois Ohrid, Republic of Macedonia, 27: 1-8.
Setiawan, A.D., M. Widyastuti and M.P. Hadi. 2018. Water quality modeling for pollutant carrying capacity assessment using Qual2Kw in Bedog river. The Indonesian Journal of Geography, 50(1): 49-56.
Sharma, D., A. Kansal and G. Pelletier. 2017. Water quality modeling for urban reach of Yamuna river, India (1999–2009), using QUAL2Kw. Applied Water Science, 7: 1535-1559.
Tharme, R.E. 2003. A global perspective on environmental flow assessment: emerging trends in the development and application of environmental flow methodologies for rivers. River research and applications, 19(5‐6): 397-441.
Ye, H., S. Guo, F. Li and Li. G. 2013. Water quality evaluation in tidal river reaches of Liaohe River estuary, China using a revised QUAL2K model. Chinese Geographical Science, 23: 301-311.
Zhang, H.X. and L.A. Fillmore. 2003. Is the TMDL on targer? Water Environ Technol, 15:27–31.
Zhang, Y., H. Yang and Z. Wang. 2016. Simulating water quality of Wei River with QUAL2K model, a case study of Hai River Basin in China. In MATEC Web of Conferences, 68: 14005. EDP Sciences.
نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران
دوره 14، شماره 4 - شماره پیاپی 56
تابستان 1403
صفحه 332-349