آنالیز حساسیت مدل Qual2kw در مدل‌سازی پارامترهای کیفی سفیدرود

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک

2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی کرج

چکیده

رودخانه‌ها یکی از مهم‌ترین منابع آب در دسترس می‌باشند که با توجه به ورود انواع آلاینده‌ها، نگرانی‌های زیادی در مورد حفاظت کیفی آنها وجود دارد. مدل‌سازی و ارزیابی عوامل مؤثر از اولین گام‌های مدیریت کیفی آب رودخانه‌ها می‌باشد. هدف مقاله حاضر ارزیابی میزان تغییرات اکسیژن محلول رودخانه سفیدرود در اثر تغییر پارامترهای مؤثر بر آن می‌باشد. برای دستیابی به هدف مذکور، پس از واسنجی و صحت‌سنجی نتایج شبیه‌سازی پارامترهای کیفیت آب سفیدرود با استفاده از مدل Qual2kw، آنالیز حساسیت این مدل با استفاده از نرم‌افزار YASAIw انجام شد. داده‌های مورد استفاده شامل داده‌های هیدرولیکی، عمق، سرعت، دبی و همچنین کیفیت و آلاینده‌های ورودی به رودخانه در بازه‌ای 110 کیلومتری پایین‌دست سد سفیدرود تا دریا طی آذر 1386، تیر، مهر و آبان 1387، بهمن 1389، فروردین، خرداد و مرداد 1390 در 12 ایستگاه نمونه‌برداری می‌باشد. نتایج نشان داد که کمترین مقادیر مجذور میانگین مربعات خطای نرمال شده در مراحل واسنجی و صحت‌سنجی مدل برای پارامتر pH به ترتیب برابر 06/0 و 04/0، و بیشترین آن برای پارامتر فسفر کل به ترتیب برابر 08/1 و 96/0 می‌باشد. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که اکسیژن محلول در رودخانة سفیدرود بیشترین حساسیت را به ترتیب نسبت به ضریب هوادهی، عمق جریان و ضریب زوال اکسیژن‌خواهی بیوشیمیایی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Sensitivity analysis of Qual2kw model in the modeling of water quality parameters of Sefidrud

نویسندگان [English]

  • Mahdi Mohammadi Ghaleni 1
  • Kumars Ebrahimi 2
1 Arak University
2 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

Rivers are always one of the most important sources of water. In recent years, due to droughts and the entry of various pollutants, there have been many concerns about river quality conservation. Evaluation of the effective factors on the quality of river water quality management component is the first step of the rivers modeling. The aim of this paper is to evaluate the amount of Dissolved oxygen changes in the Sefidrud River by changing the parameters affecting it. To achieve this goal, after calibration and verification the results of simulation of water quality parameters using the Qual2kw model, the sensitivity analysis of this model was performed using YASAIw software. The data used in the present paper consists of the hydraulic data (depth, Velocity, Discharge), quality and pollutants input to a range of 110 kilometers in sefidrud River during December 2007, July, October and November 2008 and February, April, June and August 2011 at 12 sampling stations. The results showed that the minimum and maximum of normalized root mean square error (nRMSE) for calibration and validation phases for the pH parameter was 0.06 and 0.04 respectively, and for the total phosphorus parameter was 1.08 and 0.96, respectively. Also, the results of the sensitivity analysis of the model showed that the Dissolved oxygen in the Sefidrud River showed the highest sensitivity to the reaeration coefficient, the flow depth power and the decay rate of biochemical oxygen demand, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Calibration
  • QUAL2Kw Model
  • Rearearation Coefficient
  • Sensitivity analysis
  • Validation
انصاری‌پور، ا. ح.، ابراهیمی، ک.، امید، م. ح. 1392. بررسی خودپالایی جریان‌های رودخانه‌ای با توسعه و کاربرد مدل‌های ریاضی مطالعه موردی: رودخانه پسیخان-گیلان. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی. 14. 21: 42-31.
بوستانی، ف.، گوهرگانی، ا. 1393. شبیه‌سازی کیفیت آب رود بشار در محدوده‌ی شهر یاسوج با استفاده از شبیه‌سازی QUAL2K. مجله مهندسی منابع آب. سال هفتم. زمستان 1393. صفحات 98-85.
پورآباده‌ای، م. 1386. بررسی تأثیر زبری موضعی بر ضریب اختلاط عرضی آلودگی در یک کانال مستطیلی. پایان نامه کارشناسی ارشد. سازه های آبی. گروه مهندسی آبیاری و آبادانی. دانشگاه تهران.
حسینی، پ.، حسینی، ی. 1396. بررسی تغییرات توان خودپالایی رودخانه کارون در سال های 2008 و 2014 با استفاده از مدل QUAL2KW در محدوده شهر اهواز. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر. دوره 49. شماره 1. 45-35.
خدام محمدی، م. م.، بوستانی، ف. 1395. ارزیابی توان خودپالایی و نقش اکسیژن محلول در کیفیت آب رودخانه کر (مطالعه موردی: پایین دست سد درودزن تا دریاچه طشک- بختگان. مجله مهندسی منابع آب. سال نهم. شماره 30. 102-87.
خوب، ن.، امین‌نژاد، ب.، امیدی، ا. 1396. پایش کیفی و تعیین سهم رودخانه‌های واریزی بر افزایش شوری رودخانه قزل اوزن در محدوده استان زنجان با استفاده از نرم افزار عددی Qual2k. مجله مهندسی منابع آب. سال دهم. شماره 32. 44-33.
عاشق‌معلا، م.، محمدی فاضل، ا.، حمامی، م. 1393. نقش توان خودپالایی رودخانه‌ها در تعیین حدود مجاز پارامترهای کیفی پساب‌ها. مجله علوم و مهندسی محیط زیست. سال اول. شماره 4. 49-37.
مقیمی‌نژاد، س.، ابراهیمی، ک.، کراچیان، ر. 1396. مطالعه تغییرات فصلی خودپالایی رودخانه کارون. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 49 ، شماره 4. 634-621.
میرمشتاقی، س. م.، امیرنژاد، ر.، خالدیان، م. ر. 1390. بررسی کیفیت آب رودخانه سفیدرود و پهنه‌بندی آن با استفاده از شاخص‌های کیفی NSFWQI و OWQI. فصلنامه علمی- پژوهشی تالاب. سال سوم. شماره 9. 34- 23.
نوروزی، ح.، رادمنش، ف.، پورحقی، ا.، سلگی، ا. 1397. بهینه‌سازی چندهدفه در تعیین جریان‌های زیست‌محیطی رودخانه. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز. سال نهم. شماره 17. 25-14.
Chapra, S.C. and Pelletier, G.J. 2003. QUAL2 K: a modeling frame- work for simulating river and stream water quality (beta version): documentation and users manual. Civil and Environmental Engineering Department. Medford: Tufts University.
Leopold, L.B. and Maddock, T.J. 1953. The hydraulic geometry channels and some physiographic implications. Geological survey professionals. paper 252, United States Goverment Printing Office, Washington, 57p.
Pelletier, G.J. and Chapra, S.C. 2008. QUAL2Kw theory and documentation (version 5.1), a modeling framework for simulating river and stream water quality. Washington: Department of ecology.
Santos, S., Vilar, V. J., Alves, P., Boaventura, R. A. and Botelho, C. 2013. Water quality in Minho/Miño River (Portugal/Spain). Environmental monitoring and assessment, 185.4: 3269-3281.
Sharma, D., Kansal, A. and Pelletier, G. 2017. Water quality modeling for urban reach of Yamuna river, India (1999–2009), using QUAL2Kw. Applied Water Science. 7:1535–1559.
Tayfur, G. and Singh, V. 2005. Predicting longitudinal dispersion coefficient in natural streams by artificial neural network. Journal of Hydraulic Engineering, 131. 11: 991-1000.
Vieira, J., Fonseca, A., Vilar, V.J., Boaventura, R.A. and Botelho, C.M. 2013. Water quality modelling of Lis River, Portugal. Environmental Science and Pollution Research. 20.1: 508-524.