بررسی تغذیه‌گرایی مخازن سدها با استفاده از مدل CE-QUAL-W2 (مطالعه موردی: سد شیرین‌دره بجنورد، استان خراسان شمالی)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران، آب دانشگاه رازی کرمانشاه ، کرمانشاه، ایران

2 کارشناس ارشد مهندسی محیط زیست، منابع آب دانشگاه آزاد، واحد علوم و تحقیقات،تهران، ایران

3 کارشناس ارشد مهندسی کشاورزی، آبیاری و زهکشی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

4 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد ، مشهد، ایران

چکیده

در دهه‌های اخیر و در شروع قرن جدید یکی از نگرانی‌های مردم ساکن کرة زمین و خصوصاً کشور‌های واقع در مناطق خشک از جمله کشور ما مسئله آب است. به گونه‌ای که دسترسی به آب با کمیت و کیفیت مناسب به یک چالش مهم تبدیل شده است. خصوصیات دمایی و پایداری آب مخازن سدها را می‌توان با استفاده از مدل‌های ریاضی پیش‌بینی کرد و در صورت پیش‌بینی مشکلات زیست محیطی، می‌توان از طرق مختلف برای تخفیف و تسکین آن، راه درمانی را در پیش گرفت. در این مقاله مدل دو بعدی متوسط‌گیری شده در عرض CE-QUAL-W2 برای شبیه‌سازی تراز سطح آب، دمای آب و شرایط کیفی مخزن سد شیرین‌دره در یک دوره یازده ماهه سال 91-90 انتخاب شد. با توجه به اینکه روند تغذیه‌گرایی مخزن سد شیرین‌دره بجنورد از اوایل مردادماه تشدید یافته و در شهریور ماه به بیشترین میزان خود می‌رسد بطوری که وضعیت مخزن در مرحله مغذی (یوتروفیک) قرار می‌گیرد. لذا پس از کالیبراسیون و تایید مدل، از مدل برای شبیه‌سازی پاسخ کیفیت آب به سناریو‌های مختلف کاهش مواد مغذی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که با کاهش 60 تا 70 درصدی میزان فسفر در ورودی به مخزن شرایط مخزن از یوتروفیک به مزوتروفیک تغییر وضعیت خواهد داد. ضمن این که در بلندمدت هم می‌توان با اعمال مدیریت صحیح فسفر در حوضه آبریز و کاهش میزان آن در ورودی به سد وضعیت کیفی مخزن را از لحاظ میزان فسفر کل بهبود بخشید. نتایج حاصل از این مدل‌سازی می‌تواند اطلاعات ارزشمندی را برای ارزیابی استراتژی‌های مختلف مدیریت کاهش بار مغذی در حوضه آبریز در اختیار تصمیم‌گیرندگان قرار دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Eutrophication Check of Reservoirs with CE-QUAL-W2

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ebrahim Khajehpour 1
  • Leiyla Karimi 2
  • Mojtaba Shiasi Arani 3
  • Hossein Ansari 4
1 Former M.S.C Student, Department of Civil Engineering, Razi University., Kermanshahe., Iran
2 Former M.S.C Student, Department of Environmental Engineering, Islamic Azad University of Science and Research of Tehran., Tehran., Iran
3 Former M.S.C. Student, Department of Water Engineering, Ferdowsi University of Mashhad ., Mashhad., Iran
4 Associated Professor, Department of Water Engineering, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad., Mashhad., Iran
چکیده [English]

In recent decades and by beginning of new century, one of earth planet's inhabitant population's worries and particularly countries located in dry lands such as our country is water problem in a way that availability to water with appropriate quality and quantity has been converted to a challenge. Temperature related features and stability of reservoirs could be predicted by use of mathematical modeling and in case of environmental problem, can be taken remedial way for decreasing problems by various ways. A vertical two-dimensional laterally averaged hydrodynamic and water quality model (CE-QUAL-W2) was used to simulate the hydrodynamics, temperature, and water quality in the Shirin Darre Reservoir over the years 2011 through 2012.Considering that the eutrophication of the Shirin Darre reservoir have been increased since in early August and reached to the highest level in September until that the reservoir entered in eutrophication condition, the calibrated model was then applied to simulate water quality response to various nutrient reduction scenarios. Results of the model  reveal that a 60% to 70% reduction of phosphorus loads will improve the water quality from eutrophic to mesotrophic. Also that, in the long term, with proper management strategies of reducing watershed nutrient loads can improve the water quality of this reservoir. The modeling effort has yielded valuable information that can be used for decision makers for the evaluation of different management strategies of reducing watershed nutrient loads

کلیدواژه‌ها [English]

  • Eutrophication
  • Water temperature
  • Phosphorus load
  • Dam reservoir
  • CE-QUAL-W2 Model
افشار،ع و سعادت پور،م. 1388. تغذیه‌گرایی مخازن سدها: مدل‌سازی دوبعدی مخزن کرخه. مجله علمی-پژوهشی آب و فاضلاب، شماره 3 سال 88، 80-93.
Ambrose,R.B., Wool,TA., Connolly,JP., Schanz R.W.1987. WASP4, a hydrodynamic and water quality model-model theory, user’s manual, and programmers’ guide. by Environmental Research Laboratory, Office of Research and Development, U.S. Environmental Protection Agency in Athens, Ga. EPA/600/3-87/039.
Cheng,K.S., LeiT.C. 2001. Reservoir tropic state evaluation using Landsat TM images. Journal of the American Water Resources Association, 37(5):1321–1334.
Cole,T.M., WellsS.A. 2000. CE-QUAl-W2: a two-dimensional, laterally averaged, hydrodynamic and water quality model, version 3.0. Instruction Report EL-2000, US Army Engineering and ResearchDevelopmentCenter, Vicksburg.
Diogo,P.A., Fonseca.M., Coelho.P.S., Mateus N.S., Almeida,M.C., Rodrigues,A.C. 2008. Reservoir phosphorous sources evaluation and water quality modeling in a transboundary watershed. Desalination, 226:200–214.
Deliman,P.N., Gerald,J.A. 2002. Application of the Two-Dimensional Hydrothermal and Water Quality Model, CE-QUAL-W2, to the Chesapeake Bay - Conowingo Reservoir. Lake and Reservoir Management, 18: 1, 10-19.
Hodges,B., Dallimore,C. 2001. Estuary and lake computer model, ELCOM, science manual, code version 1.5.0. Centre for Water Research, University of Western Australia.
Kou,J.T., Lung,W.S., Yang,Ch.P., Liu,W.Ch., Yang,M.D., Tang.T.Sh. 2006. “Eutrophication modelling of reservoirs in Taiwan. Environmental Modelling & Software, 21(6):829-844.
Liu,W.C., Chen,H.H., Hsieh,W.H., Chang,C.H., 2006. Linking watershed and eutrophication modeling for the Shihmen Reservoir, Taiwan. Water Science & Technology, 54(11):39–46.
Willey,R.G., Smith,D.J., Duke,J.H. 1996. Modeling water resource systems for water-quality management. J Water Res Plan Manag Div ASCE, 122(3):171–179.
Wu,R.S., LiuW.C., Hsieh,W.H. 2004. Eutrophication modeling in Shihmen Reservoir,Taiwan, J. Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng, 39(6): p. 1455-1477.
Xu,Z., Godrej,A.N., Grizzard,T.J. 2007. The hydrological calibration and validation of a complexlylinked watershed–reservoir model for the Occoquan watershed, Virginia. J. Hydrol, 345:167–183.