Simulation of Saland river water quality using QUAL2Kw model

محورهای موضوعی : Environmental Engineering

محمد فلاح ¹ , مریم زلقی ² , علی افروس ³ , غلامرضا میرزاوند ⁴

1 -
2 -
3 -
4 -

تاریخ دریافت : 1402/04/30 تاریخ پذیرش : 1402/06/25 تاریخ انتشار : 1402/07/08

کلید واژه: کیفیت آب, BOD5, رودخانه سالند, QUAL2Kw,

چکیده مقاله :

Using self-purification of rivers to improve water quality is also the most economical and sustainable way for clean water. In the present study, the QUAL2Kw model is used to investigate water quality and self-purification capacity in Saland mountain river. The purpose of this study is to investigate the water quality of Saland River in relation to drinking and agricultural uses. The qualitative parameters of BOD5, total coliform and phosphate were simulated and compared with field data in January 2018 and August 2019. The results obtained from the model are to a large extent indicative of the real conditions of the river, which indicates the ability of the QUAL2Kw model to simulate qualitative parameters. According to the observational results, parameters of phosphate and total coliform in terms of agricultural use, as well as parameters of BOD5 in the studied period are not considered a threatening factor for aquatic life. In terms of potable use, according to the standard of the European Union, the American Environmental Organization and the national surface water classification of Pakistan, the parameters of BOD5 and total coliform have been observed during the sampling period of this standard. The speed of the river flow has a greater effect on the self-purification of mountain rivers, and the place of pollution of the point source has a very limited effect. According to the results of RMSE and CV parameters, the model has the best fit for BOD5, phosphate and total coliform parameters, respectively.

چکیده انگلیسی:

استفاده از خودپالایی رودخانه­ ها برای بهبود کیفیت آب اقتصادی ­ترین و پایدارترین راه برای آب پاک است. در مطالعه حاضر، مدل QUAL2Kw برای بررسی کیفیت آب و ظرفیت خودپالایی در رودخانه کوهستانی سالند استفاده شده است. هدف این مطالعه بررسی کیفیت آب رودخانه ­ی سالند در رابطه با مصارف آشامیدنی و کشاورزی است. پارامترهای کیفی BOD5، کلیفرم کل و فسفات در دو ماه دی 1398 و مرداد 1399 شبیه ­سازی و با داده­ های میدانی مقایسه شدند. نتایج حاصل از مدل تا حدود زیادی گویای شرایط واقعی رودخانه می ­باشد که این امر نشان دهنده توانا بودن مدل QUAL2Kw در شبیه ­سازی پارامترهای کیفی است. با توجه به نتایج مشاهداتی،  پارامترهای فسفات و کلیفرم­ کل از لحاظ کاربری کشاورزی همچنین پارامترهای BOD5 در بازه مورد مطالعه عامل تهدید کننده ­­ای برای حیات آبزیان محسوب نمی ­باشد. از لحاظ کاربری شرب بر اساس استاندارد اتحادیه اروپا، سازمان محیط­زیست آمریکا وطبقه ­بندی آب­های سطحی ملی پاکستان، پارامترهای BOD5 و کلیفرم کل طی دوره نمونه­ برداری، این استاندارد رعایت شده است. سرعت جریان رودخانه تأثیر بیشتری در خودپالایی آب رودخانه ­های کوهستانی دارد و محل آلودگی منبع نقطه ­ای تأثیر بسیار محدودی دارد. با توجه به نتایج دو پارامتر RMSE و CV مدل بهترین انطباق را به ­ترتیب برای پارامترهای BOD5، فسفات و کلیفرم کل داشته است.

منابع و مأخذ:

اترک، ک.، پورنصرت، م.، کابلی، ر. و زمانی، ع. (1391). مقدار یون پتاسیم در آب‌های آشامیدنی استان زنجان آیا لازم هست تا استانداردی برای مقدار یون پتاسیم در آب داشته باشیم. ششمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست. دانشگاه تهران، 27 آبان 1392،  تهران، ایران.  

انصاری­پور، ا. م.، ابراهیمی، ک. و امید، م. ح. (1392). بررسی خودپالایی جریان­های رودخانه­ای با توسعه و کاربرد مدل­های ریاضی مطالعه موردی: رودخانه پسیخان- گیلان. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، جلد 14، ص 42-31.

زلقی، م. و افروس، ع. (1398). شبیه­سازی کیفی نیترات و فسفات در طول رودخانه دز با استفاده از مدل QUAL2Kw. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، دوره 50، شماره 9، ص 2111 – 2099. 

 سازمان حفاظت محیط­زیست. (1395). استاندارد کیفیت آب­های ایران، 14 صفحه.

سهامی، س.، شکوهی، ع.، ختار، ب. و چهرزاد، ف. (1400). مدل‌سازی کیفی برای مدیریت بهره‌برداری از جریان آب در رودخانه‌ها. نشریه حفاظت منابع آب و خاک (علمی - پژوهشی)، دوره 11، شماره 3، ص 46-31.

عبدالخانی، ع.، نیکبخت شهبازی، ع. ر. و ظهرابی، ن. (1394). مدل­سازی کیفی رودخانه کرخه در بالادست و پایین­دست شهرستان شوش با بکارگیری نرم­افزار Qual2k. فصلنامه تخصصی علوم و مهندسی آب، دوره 5، شماره 12، ص 67-51.

فرید­گیگلو، ب.، نجفی­نژاد، ع.، مغانی­بیله‌ سوار، و. و غیاثی، ا. (1392). بررسی تغییرات کیفیت آب رودخانه زرین گل استان گلستان. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، دوره 20، شماره 1، ص 95-77.

قاسمی دهنوی، آ.، ساریخانی، ر.، حسینی، ح.، احمد­نژاد، ز. و ابراهیمی، ب. (1395).  ارزیابی کیفی و کمی آب­های سطحی با استفاده از آنالیز آماری در رودخانه ازنا لرستان. مجله محیط زیست و مهندسی آب، دوره 2، شماره 4، ص 321-306.

معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی رئیس­جمهور. (1391). راهنمای کاربرد مدل­های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه، وزارت نیرو. نشریه شماره 584، 153 صفحه.

مقصودی، ر.، عابدی­کوهپایی، ج. و میرعباسی نجف­آبادی، ر. (1400). بررسی اثرات برداشت آب رودخانه بهشت آباد بر کیفیت آب پایین دست با استفاده از مدل QUAL2Kw. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، دوره 52، شماره 9، ص 2499-2485.

موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران. (1389). آب آشامیدنی- استاندارد ملی شماره 1053، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی. تجدید نظر پنجم.

میرزایی، م.، ریاحی­بختیاری، ع.، سلمان ماهینی، ع. ر. و غلامعلی­فرد، م. (1392). آنالیز کیفیت فیزیکی و شیمیایی آب رودخانه­های استان مازندران با استفاده از روش­های چند متغییره آماری. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران، شماره 108، ص 41-52.

نادعلی، ا. و امامیان، م. (1394). دستور کار آزمایشگاه شیمی و میکروبیولوژی آب و فاضلاب (بر اساس کتاب استاندارد متد). چاپ اول، انتشارات آوای قلم، تهران.

هاشمی، س. ز.، غلامی­سفیدکوهی، م. ع. و تباراحمدی، م. خ. ض. (1395). بررسی روند تغییرات هدایت الکتریکی و اسیدیته در رودخانه تالار با استفاده از مدل Qual2kw. دومین گنگره سراسری در مسیر توسعه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، گرگان، دانشگاه فرهنگیان استان گلستان، 22 اردیبهشت 1395، گرگان، ایران.

Ain, C., Rudiyan, S.H. and Sari, H.P. (2019). Purification Capacity and Oxygen Sag in Sringin River. Semarang, International Journal of Applied Environmental Sciences, 4 (1), pp: 1-16.

Bagherian­Marzouni, M., Akhoundalib, A.M., Moazed, H., Jaafarzadeh, N., Ahadian, J. and Hasoonizadeh, H. (2014). Evaluation of Karun river water quality scenarios using simulation model results. International journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 2 (2), pp: 339-358.

Bulsathaporn, A., Bhaktikul, K., Arunlertaree, C.h., Sueadee, W. and Suttigarn, A. (2013). The Application of Mathematical Models for an Environmental Flow Assessment and Total Maximum Daily Load (TMDL) of Prachinburi-Bangpakong River. Thai National Committee on Irrigation Drainage, World Water, Mahidol University, Thailand.

Curtis, J. and Morgenroth, E. (2013). Estimating the effects of land-use and catchment characteristics on lake water quality: Irish lakes 2004-2009. Journal of the Statistical and Social Inquiry Society of Ireland, 42, pp: 64-80.

Chaturvedi, A.D. and Tiwari, KL. (2013). Surfactants (surface-active agent) are diverse and amphiphilic compounds which can reduce surface and interfacial tensions by accumulating at the interface of immiscible fluids and increase the solubility, mobility, bioavailability and subsequent biodegradation of hydrophobic or insoluble organic compounds. Recent Research in Science and Technology, 5 (5), pp: 12-16.

EPA – Environmental Protection Agency. (2016). Implementing CleanWater Act Section 303(d): Impaired Waters and Total Maximum Daily Loads (TMDLs). available at: https://www.epa.gov/tmdl, last access.

Gupta, R.C., Gupta, A.K. and Shrivastava, R.K. (2013). Water quality modeling of a stretch of river Kshipra (India). Nature Environment and Pollution Technology, 12 (3), pp: 511-516.

Hadgu, L., Nyadawa, M., Mwangi, J., Kibetu, P. and Mehari, B. (2014). Application of water quality model QUAL2K to model the dispersion of pollutants in river Ndarugu. Kenya, Computational water, energy, and environmental engineering, 3 (4), pp: 162-169.

Haider, H., Ali, W. (2010). Development of Dissolved Oxygen Model for Highly Variable Flow River: A Case Study of Ravi River in Pakistan.  Environmental Model Assessment, 15, pp: 583-599.

Huang, J., Huang, Y. and 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 (3), pp:1-19.

Idris, S., Abdu, A.Y. and Saini, G. (2016). Assessment of Surface Water Quality Using Qual2k Software: A Case Study of River Yamuna. India, European Journal of Advances in Engineering and Technology, 3 (7), pp: 16-23.

Ismail, H. and Robescu, D. (2017). Application of a one-dimensional steady state model for simulation the water quality in a large river: A case study of the danube river. UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering, 79, pp: 183-192.

Kim, S.J. (1985). Effect of Heavy Metals on Natural Population of Bacteria from Surface Microlayers and Subsurface Water. Marine Ecology, 26, pp: 203-206.

Kovalenkoa, V.F. and Goncharuka, V.V. (2019). Ecological State of Aquatic Ecosystems of Ukraine Using the Dnipro River as an Example. Journal of Water Chemistry and Technology, 41 (3), pp: 151–157.

Lee, A.H. and Nikraz, H. (2015). BOD: COD ratio as an Indicator for River Pollution. International Proceeding of Chemical, Biological and Environmental Engineering, 88.

Leta, M.K. and Dibaba, W.T. (2019). Assessment of Physico-Chemical Parameters of Awetu River, Jimma, Oromia, Ethiopia. Journal of Water Sustainability, 9 (1), pp: 13-21.

Safitri, R., Priadie, B., Miranti, M. and Astuti, A.W. (2015). Ability of Bacterial Consortium: Bacillus coagulans, Bacillus licheniformis, Bacillus pumilus, Bacillus subtilis, Nitromonas sp. And Pseudomonas putida In Bioremediation of Waste Water in Cisirung Waste Water Treatment Plan. AgroLife Scientific Journal, 4 (1), pp: 146-152.

TANG, J., ZHAI, W.L. and CAO, H.Q. (2018). Calculation of Water Environmental Capacity in the Lower Reaches of the Lancang River Basin. 2nd International Workshop on Renewable Energy and Development, IOP Conf, Series: Earth and Environmental Science, 153, pp: 58-62.

Vanaei, A., Marofi, S. and Azari, A. (2018). Self-study of mountain range of Abbas Abad river in Hamadan. Journal of Ecology, 43 (4), pp: 742-727.

Wetzel, R.G. (2001). Limnology: Lake and River Ecosystems. Elsevier Academic Press, pp: 153.

Wilk, P., Orlinska-Wozniak, P. and Gebala, J. (2018). The river absorption capacity determination as a tool to evaluate state of surface water. Hydrol, Earth Syst, Sci, 22, pp: 1033–1050.

Wmng, A., jcperea, B. and d tran, H. (2016). Improvment of river water quality through a seasonal effluent dischargebprogram(sedp). Water, Air, and Soil Pollution, 176, pp: 113-37.

Mehrasbi, M.R. and Farahmand Kia, Z. 2015. Water quality modeling and evaluation of nutrient control strategies using qual2k in the small sivers. J Hum Environ, Health Promot, 1 (1), pp: 1-11.

Yustiani, Y.M. (2016). Determination of Deoxygenation Rate of Rivers Located in the Urban Areas to Characterized the Pollutants. Pollution Research, 35 (3), pp: 475-481.

Yustiani, Y.M. and Komariah, I. (2017). Investigation on the Biodegradation Capacity of Urban Rivers in Jakarta, Indonesia. International Journal of GEOMATE, 12 (34), pp: 45-50.

Yustiani, Y.M., Nurkanti, M., Suliasih, N. and Novantri, A. (2018). Influencing parameter of self purification process in The urban area of Cikapundung River, Indonesia. International Journal of GEOMATE, March, 14 (43), pp: 50-54.

Zhang, Y., Yang, H. and Wang, Z. (2016). Simulating Water Quality of Wei River with QUAL2K Model, a Case Study of Hai River Basin in China. MATEC Web of Conferences 6, pp: 5.