ارایه روابطی جدید برای ضریب زوال جهت مدل‌سازی فلزات سنگین سرب و کادمیوم در سیستم‌های رودخانه‌ای

محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیست

علی روشنفکر ¹ , سیدمحمود کاشفی‌پور ² , نعمت‌اله جعفرزاده ³

1 -
2 -
3 -

تاریخ دریافت : 1386/10/20 تاریخ پذیرش : 1386/12/04 تاریخ انتشار : 1391/01/14

کلید واژه: رودخانه کارون, مدل¬سازی فلزات سنگین, سرب, کادمیوم, ضریب زوال متغیر,

چکیده مقاله :

انتقال آلودگی و رسوب از مهم ترین مسایل و مشکلات موجود در سیستم‌های رودخانه‌ای، خلیج و دریا بوده و باعث تأثیر منفی بر زندگی منطقه می‌شود. فلزات سنگین یکی از آلاینده های خطرناک برای زندگی بشر است، به همین دلیل مدل سازی این پدیده در رودخانه ها و در نقاط نزدیک به محل زندگی انسان ها، از اهمیت بالایی برخوردار است. به طور کلی فلزات سنگین در طبیعت به صورت زوال پذیر بوده و میزان غلظت آن ها برحسب pH یا شوری قابل تغییر می باشد. هدف اصلی این تحقیق ارایه روابط جدیدی برای ضریب زوال فلزات سنگین محلول سرب و کادمیوم با توجه به تغییر pH و EC در سیستم های رودخانه ای است. در این مقاله ابتدا اطلاعاتی در مورد معادلات حاکم بر حرکت فلزات سنگین محلول در سیستم های رودخانه ای ارایه گردیده است. سپس مدل FASTER که از آن جهت پیش‌بینی جریان و غلظت فلزات سنگین در پایین‌دست استفاده شد معرفی گردیده است. در مدل حاضر از حل معادلة یک‌بعدی دینامیکی پخش و انتشار به کمک روش عددی جدیدی که ترکیبی از روش ULTIMATE QUICKEST و یک روش ضمنی تفاضل محدود مرکزی (FTCS) می‌باشد، استفاده شده است. این روش به کمک یک مثال استاندارد تأیید و سپس برای پیش‌بینی غلظت فلزات سنگین در سیستم رودخانه‌ای کارون مورد استفاده قرار گرفت. جهت صحت سنجی و واسنجی هیدرودینامیک مدل، ابتدا مدل در بازه ملاثانی-فارسیات رودخانه کارون اجرا و با استفاده از داده‌های مشاهداتی ایستگاه اهواز کالیبره گردید. در انتها معادلاتی برای ضریب زوال متغیر دو فلز سنگین سرب و کادمیوم ارایه گردید و این معادلات جهت اجرا وارد اصل مدل شد و سپس این مدل برای 5 ضریب زوال مختلف که شامل:1- ضریب زوال برابر با صفر، 2- ضریب زوال ثابت، 3- ضریب زوال متغیر با pH، 4- ضریب زوال متغیر با EC، 5- ضریب زوال متغیر با pH و EC می باشد برای دو فلز سرب و کادمیوم اجرا شد. نتایج حاصل واسنجی و صحت‌سنجی فلزات سنگین برای هر دو فلز سرب و کادمیوم نشان داد که انتخاب ضریب زوال متغیر، دقت مدل سازی را تا اندازه زیادی بالا می برد. انتخاب ضریب زوال متغیر با pH و EC توانست که دقت مدل را برای مدل سازی سرب و کادمیوم به ترتیب تا 71/91% و 71/97% افرایش دهد. پس می‌توان از این معادلات و مدل توسعه یافته به عنوان ابزاری مناسب جهت مدیریت زیست محیطی رودخانه استفاده نمود.

چکیده انگلیسی:

Pollutant and sediment transport is one of the main problems in riverine and estuarine systems and has negative effect on life.  Heavy metals are one of the main pollutants which modelling of these pollutants near the places that humans are living is very important. Heavy metals are non-conservative in nature and there concentration depends on salinity and pH.  The objective of this paper is to introduce new equations for the reaction coefficient of lead and cadmium using pH and EC variation in riverine systems. This paper first describes the governing equations of dissolved heavy metals in riverine systems.  Then it introduces the FASTER model for modelling the flow and heavy metal concentration downstream of the river.  In the current model the one dimensional advection dispersion equation was solved using the new ULTIMATE QUICKEST and FTCS methods.  This method has been verified using a standard example and then used to model the heavy metal concentration in Karoon riverine system.  In this regard for calibration and verification of the hydrodynamic model, the model was run in the Mollasani-Farsiat reach of the Karoon River and was calibrated using Ahwaz station observed data. In the end some equations were introduced for the reaction coefficient of lead and cadmium heavy metals and used in the model source code.  Later the model was run for five different reaction coefficients for lead and cadmium, which are as follow: 1- zero coefficient reaction, 2- constant coefficient reaction, 3- coefficient reaction as a function of pH, 4- coefficient reaction as a function of EC and 5- coefficient reaction as a function of pH and EC. The results of the model calibration and verification for lead and cadmium heavy metals show that selecting a varied reaction coefficient increases the accuracy of the model.  Selecting a varied reaction coefficient with pH and EC will increase the accuracy of the model about %91.71 and %97.71 for lead and cadmium respectively. Therefore this model and the new approach can be used as a useful tool for hydro-environmental modelling in riverine systems.