بررسی روند تخریب کیفیت آب در رودخانه زاینده‌رود با مدل SIAQUA- IPH
محورهای موضوعی : مسائل زیست محیطی مرتبط با سامانه های آبی
محمدرضا فدایی تهرانی
1
*
,
مژگان میرزائی
2
1 - استادیار و عضو هیات علمی، مجتمع عالی آموزشی و پژوهش صنعت آب و برق، پژوهشگاه نیرو، اصفهان، ایران.
2 - استادیار و عضو هیات علمی، گروه مهندسی محیط‌زیست و HSE، موسسه آموزش عالی غیرانتفاعی دانش‌پژوهان پیشرو، اصفهان، ایران.
کلید واژه: تحلیل کیفی, آلودگی نقطه‌ای, منابع آب سطحی, زاینده‌رود.,
چکیده مقاله :
مطالعه حاضر به بررسی و شبیه‌سازی انتشار آلاینده‌های نقطه‌ای در رودخانه زاینده‌رود، یکی از مهم‌ترین منابع آبی فلات مرکزی ایران که به شدت تحت تأثیر فعالیت‌های انسانی و تخلیه پساب‌های صنعتی و شهری قرار گرفته، می‌پردازد. هدف این پژوهش، ارزیابی قابلیت مدل SIAQUA-IPH در محیط GIS برای شبیه‌سازی تغییرات کیفی آب شامل پارامترهای BOD، DO، نیترات و فسفات ناشی از منابع آلاینده نقطه‌ای نظیر صنایع ذوب‌آهن، فولاد مبارکه و پلی‌اکریل واقع در حوضه آبریز زاینده‌رود است. در این راستا، با استفاده از نرم‌افزارهای GIS و مدلSIAQUA-IPH، شبکه زهکشی رودخانه زاینده‌رود به 411 زیرشاخه تقسیم و خصوصیات هیدرولوژیکی آن با استفاده از نرم‌افزار SMADA استخراج شد. داده‌های مربوط به غلظت آلاینده‌ها از هفت ایستگاه نمونه‌برداری در طول رودخانه جمع‌آوری و در مدل به کار گرفته شد. بنابر نتایج شبیه‌سازی، ضریب همبستگی بین مقادیر اندازه‌گیری شده و مستخرج از مدل برای BOD، DO، نیترات و فسفات به ترتیب برابر 94/0، 98/0، 60/0 و 66/0 بدست آمد که نشانگر دقت بالای مدل SIAQUA-IPH در پیش‌بینی مقادیر BOD وDO است، در حالی که عملکرد آن در شبیه‌سازی نیترات و فسفات در حد متوسط ارزیابی شد. با این وجود، تطابق نسبتاً خوب بین داده‌های اندازه‌گیری شده و مقادیر شبیه‌سازی شده، قابلیت اطمینان این مدل را برای ارزیابی آلودگی نقطه‌ای در زاینده‌رود تأیید کرد. تحلیل نتایج همچنین نشان داد که سه مجموعه صنعتی مورد مطالعه نقش مؤثری در افزایش BOD و کاهش DO در طول رودخانه دارند، به گونه‌ای که میزان BOD حدود 58 درصد افزایش و DO حدود 50 درصد کاهش می‌یابد. در نهایت، این پژوهش بر اهمیت استفاده از ابزارهای GIS و مدل‌های شبیه‌سازی در درک و پیش‌بینی اثرات آلودگی‌های نقطه‌ای بر کیفیت آب رودخانه‌ها تأکید کرده و ضرورت اتخاذ تدابیر مؤثر برای کنترل و کاهش تخلیه آلاینده‌ها به زاینده‌رود را مورد توجه قرار می‌دهد.
This study focuses on the dispersion of point source pollution in Iran's vital Zayandehroud River, heavily affected by industrial and urban wastewater. Researchers aimed to assess the SIAQUA-IPH model's effectiveness within a GIS environment in simulating water quality changes (BOD, DO, nitrate, phosphate) caused by discharges from the Isfahan Steel Company, Mobarakeh Steel Company, and Polyacryl Iran Corporation. The Zayandehroud River's drainage network was divided into 411 sub-basins using GIS and the SIAQUA-IPH model, with hydrological characteristics extracted via SMADA software. Pollutant concentration data from seven sampling stations were used for model input. Simulation results showed strong correlations between measured and modeled values for BOD (0.94) and DO (0.98), indicating high accuracy. Nitrate (0.60) and phosphate (0.66) simulations were rated as moderate. Overall, the agreement between measured and simulated data confirmed the model's reliability for assessing point source pollution in the river. The analysis revealed that the three industrial complexes significantly increase BOD (by approximately 58%) and decrease DO (by about 50%) along the river. The study underscores the importance of GIS tools and simulation models for understanding and predicting the impact of point source pollution on river water quality, emphasizing the need for effective pollution control measures for the Zayandehroud River.
Afrous, A., & Zallaghi, M. (2020). Qualitative simulation of nitrate and phosphate along the Dez river using QUAL2KW model. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(9), 2099-2111. https://doi.org/10.22059/ijswr.2019.280173.668182
Akbar, S., & Rahayu, H. (2023). Tinjauan Literature: Bioakumulasi Logam Berat Pada Ikan Di Perairan Indonesia. Lantanida Journal, 11, 51-66. https://doi.org/10.22373/lj.v11i1.17834
Alizadeh, M. J., Shahheydari, H., Kavianpour, M., Shamloo, H., & Barati, R. (2017). Prediction of longitudinal dispersion coefficient in natural rivers using a Cluster based Bayesian network. Environmental Earth Sciences, 76. https://doi.org/10.1007/s12665-016-6379-6
Aznar-Sánchez, J. A., Velasco Muñoz, J., Belmonte, L., & Manzano-Agugliaro, F. (2019). The worldwide research trends on water ecosystem services. Ecological Indicators, 99, 310-323. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.12.045
Chapra, S. (1997). Surface Water-Quality Modeling. 1
Ennet, P., Pachel, K., Viies, V., Jurimagi, L., & Elken, R. (2008). Estimating water quality in river basins using linked models and databases/andmebaasidel rajanev veekvaliteedi modelleerimine [Report]. Estonian Journal of Ecology, 57, 83.
Fadaei Tehrani, M. R., & Mirzaei, M. (2024). Spatial-temporal qualitative analysis of Zayandehrud River based on upstream land use. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, https://doi.org/10.30492/ijcce.2024.2022035,6430
Fan, F., Fleischmann, A., Collischonn, W., Ames, D., & Rigo, D. (2015). Large-scale analytical water quality model coupled with GIS for simulation of point sourced pollutant discharges. Environmental Modelling & Software, 64, 58-71. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2014.11.012
Hazbavi, Z., & Kalehhouei, M. (2020). Watershed Management Sciences and Engineering Conference in Iran: History and Highlights. mdrsjrns, 8(4), 231-245. http://ecopersia.modares.ac.ir/article-24-38221-en.html
Jamalianzadeh, S. F., Rabieifar, H., Afrous, A., Hosseini, A., & Ebrahimi, H. (2022). Modeling DO and BOD5 changes in the Dez river by using QUAL2Kw. Pollution, 8(1), 15-35. https://doi.org/10.22059/poll.2021.322725.1070
Kannel, P., Lee, S., Kanel, S., Lee, Y.-S., & Ahn, K.-H. (2007). Application of QUAL2Kw for water quality modeling and dissolved oxygen control in the river Bagmati. Environmental Monitoring and Assessment, 125, 201-217. https://doi.org/10.1007/s10661-006-9255-0
Kospa, D., & Rahmadi. (2019) .Influence of community behaviour on water quality in Sekanak river, Palembang. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 306, 012008. https://doi.org/10.1088/1755-1315/306/1/012008
Kumarasamy, M. V. (2015). Deoxygenation and reaeration coupled hybridmixing cells based pollutant transport model to assess water quality status of a river. International Journal of Environmental Research, 9(1), 341-350. https://doi.org/10.22059/ijer.2015.906
Mahabadi, E., Yazdani Zazerani, M., & Kangarani, H. (2023).. Analyzing networks of influence and information exchange in water governance system; case study of Zayandeh-Rud river basin in Isfahan province
Mansourmoghaddam, M., Naghipur, N., Rezaei, M., & Rousta, I. (2024). Quantifying the Zayandeh Rud river drying effects on land surface temperature and adjacent vegetation cover changes over the past 33 years using satellite images. Climate Change Research, 5(18), 1-30. https://doi.org/10.30488/ccr.2024.425449.1175
Niksokhan, M. H., Kerachian, R., & Karamouz, M. (2009). A game theoretic approach for trading discharge permits in rivers. Water Science and Technology : A Journal of the International Association on Water Pollution Research, 60, 793-804. https://doi.org/10.2166/wst.2009.394
Rachmansyah, A. (2021). Assessment of water quality index and pollution load capacity in the Sukowidi river and Bendo river, Banyuwangi region. Journal Pembangunan Dan Alam Lestari, 12. https://doi.org/10.21776/ub.jpal.2021.012.01.01
Rahmati, S. H., Bavani, A. R., & Nikakhtar, M. (2020). Simulating water quality of ARDAK river (Khorasan Razavi) using QUAL2KW
Sinulingga, V., Barus, T., & Wahyuningsih, H. (2023). Analysis of water quality pollution index Asahan river in Tanjungbalai city. Depik, 12, 381-388. https://doi.org/10.13170/depik.12.3.33274
Siwiec, T., Reczek, L., Abramowicz, K., Rewicka, A., & Nowak, P. (2011). BOD measuring and modelling methods - review. Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Land Reclamation, 43. https://doi.org/10.2478/v10068-0100-008-0
UFRGS, R. G. I. (2015). SIAQUA-IPH – Analytical water quality model fully coupled with GIS. SIAQUA-IPH model and provides downloads of the program and application examples manuals
Wang, G., Zhang, J.-y., & He, R. (2007). Comparison of hydrological models in the middle reach of the Yellow River. IAHS-AISH Publication, 158-163
Yaling, H., & Zhang, Z. (2014). Coupled effects of natural and anthropogenic controls on seasonal and spatial variations of river water quality during baseflow in a coastal watershed of Southeast China. PloS one, 9, e91528. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0091528
Zare Farjoudi, S., Moridi, A., & Sarang, A. (2020). Multi-objective waste load allocation in river system under inflow uncertainty. International Journal of Environmental Science and Technology, 18. https://doi.org/10.1007/s13762-020-02897-5