تغذیه‌گرایی مخازن سدها: مدل‌سازی دو بعدی مخزن کرخه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه آب دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 کاندیدای دکترای منابع آب، دانشگاه علم و صنعت ایران، کارشناس گروه برنامه‌ریزی منابع آب و محیط زیست، دفتر فنی شرکت مدیریت منابع آب ایران

چکیده

هدف از این مطالعه، توسعه مدلی برای مخزن سد کرخه به‌منظور 1) شبیه‎سازی دما و پارامترهای کیفی، 2) کمک در توسعه مدلی برای درک بهتری از دما و پارامترهای کیفی در عمق مخزن و فرایندهای مؤثر بر آن و 3) آنالیز حساسیت رفتار سیستم به ضرایب انتخاب شده در کالیبراسیون مدل و نیز تغییر در بار آلاینده‎های ورودی به سیستم بود. مدل دو بعدی CE-QUAL-W2 به‌منظور شبیه‌سازی هیدرودینامیکی دما و پارامترهای کیفی در مخزن، در سالهای 1384 تا 1385 مورد استفاده قرار گرفته است. داده‌های ورودی به سیستم شامل هندسه مخزن، شرایط آب و هوایی، شدت جریان ورودی، دما و غلظت پارامترهای کیفی جریان ورودی به مخزن می‌باشد. پارامترها و ضرایب انتخاب شده در کالیبراسیون مدل، شامل پارامترهای مؤثر بر دما، غلظت ارتوفسفات، آمونیوم، نیترات، کلروفیل آ و اکسیژن محلول بود. از سایر پارامترهای شبیه‌سازی شده می‌توان به مواد آلی محلول معلق، جامدات معلق، جامدات محلول، CBOD و pH اشاره کرد. کالیبراسیون و صحت‎سنجی مدل بر اساس پروفیل‌های قائم دما و غلظت پارامترهای کیفی در چهار مقطع مخزن صورت پذیرفت. کالیبراسیون مدل در دوره اردیبهشت تا آذر 1384 و تأیید آن در طی دی ماه 1384 تا تیر 1385 انجام گردید.  نتایج، نشان‌دهنده همخوانی نسبتاً مناسب نتایج حاصل از مدل‌سازی و داده‎های مشاهداتی هستند. پس از ترسیم تصویر کلی از شرایط تغذیه‎گرایی مخزن، آنالیز حساسیت به پارامترهای مؤثر در کالیبراسیون دما و کیفیت آب و همچنین نقش تغییر در بار آلاینده‎های ورودی به سیستم در پیش‎بینی رفتار سیستم مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده اهمیت بار فسفر در کنترل روند تغذیه‎گرایی در مخزن کرخه بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Eutrophication in Dam Reserviors: 2D Modelling of the Karkheh Reservoir

نویسندگان [English]

  • Abbas Afshar 1
  • Motahareh Saadatpour 2
1 Prof. of Water Resources Engineering, Dept. of Civil Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran
2 Water Resources Candidate of Water Resources Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran
چکیده [English]

The purpose of this study was to develop a model of the Karkheh Dam Reservoir that can (1) simulate temperature and water quality in the reservoir, (2) aid in developing a more in-depth understanding of reservoir circulation and quality as well as the processes affecting these, and (3) carry out a sensitivity analysis to examine the response of the model to specific parameters and coefficients and tributaries concentration. The two-dimensional model CE-QUAL-W2 was used to simulate the hydrodynamics, temperature, and water quality in the Karkheh Reservoir over the years 2005 through 2006. Input data included LakeBathymetry, meteorological conditions, inflow rates, inflow temperature, water quality, and lake outflows. The parameters and coefficients affecting model calibration included PO4, NH4, NO3, DO, and Chlr a concentration. Other simulated constituents included dissolved and particulate organic matter, total suspended and dissolved solids, CBOD, and pH. Calibration and validation of water temperature and water quality relied upon vertical profile data taken in the four parts of the lake. Model calibration was accomplished during May to December 2005 and later evaluated during the period from December 22, 2005 to July 22, 2006. The model results show approximately proper convergence to observed data. After considering the eutrophication process in the Karkhe Reservoir, sensitivity analysis was performed on important parameters affecting temperature and water quality simulation. Also, sensitivity analysis was performed on tributaries concentration to predict system reactions. The results show that phosphorus concentration is a limiting factor in the eutrophication process in the Karkhe Reservoir.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sensitivity analysis
  • Eeutrophication
  • Water Quality Simulation
  • Karkhe reservoir
  • CE-QUAL-W2 Model
1- Imberger, J. (1985). “The diurnal mixed layer.” Limnol Oceanorg., 30 (4), 737-770.

2- Hayes, D. F., Labadie, J. W., Sanders, T. G., and Brown, J. K. (1998). “Enhancing water quality in hydropower system operations.” J. of Water Res. Research., 34(3), 471-480.

3- Chung, S. W., and Oh, J. K. (2006). “Calibration of CE-QUAL-W2 for a monomictic reservoir in a monsoon climate area.” Water Sci. Technol., 54 (11-12), 29-37.

4- Slominski, S., Annear Jr, R. L.,  Berger, C. J., and Wells, S. A. (2002). Upper spokane river model: Boundary conditions and model setup, 2001, Technical Report, EWR-04-02, port lane state university,Portland.

5- Ray-Shyan, W., Wen-Cheng, L., and Wen-Hsiung, H. (2004). “Eutrophication modeling in shihmen reservoir; Taiwan.” J. Environmental Science and Health, Part A, 39(6),  1455-1477.

6- Sullivan, A. B., and Round, S. A. (2005). Modeling hydrodynamics, temperature, and water quality in Henry Hagg Lake, Oregon, 2000–03, U.S. Geological Survey,Portland,Oregon.

7- McCutcheon, S. C. (2000). Water quality modeling, CRC Press,Amazoon, Florida.

8- Jing, W., Shaw,L. Y., and Rui, Z. (2006). “A water quality based approach for watershed wide BMP strategies.” J. of American water Resources Association, 45(5), 1193-1204.

9- عیسی‎زاده، س.، تجریشی، م.، ابریشم‎چی، ا. و احمدی، م. (1384)، کاربرد مدل‎های شبیه‎سازی فسفر در مخزن سد لتیان.
م. علمی-پژوهشی آب و فاضلاب، 54، 3- 16.

10- غفوری، س.، معاضد، ه. و حسونی‎زاده، ه. (1387)، بررسی اثرات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی سد مخزنی کرخه بر محیط‎زیست منطقه. مجموعه مقالات دومین کنفرانس ملی برقابی، شرکت آب نیرو، تهران.

11- افشار، ع. (1385). تغذیه گرایی مخازن سدها: مدل‌سازی و مدیریت، مطالعه موردی مخزن سد کرخه، گزارش طرح پژوهشی، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

12- محمدی، ح. (1383)، تغذیه‌گرایی مخازن- مدلسازی دوبعدی(مطالعه موردی سد کرخه). پایان‎نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

13- Cole, T. M., and Wells, S. A. (2002). CE-QUAL-W2: A two-dimensional, laterally averaged, hydrodynamic and water quality model, Version 3.1, User Manual,Washington,DC.

14- سعادت‎پور، م. (1384)، بررسی عدم قطعیت در مدلهای تخصیص بار آلاینده. سمینار کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

15- White, K. L., Chaubey,I., and Haggard, B. E. (2004). “Linking watershed and reservoir models.” Paper number 042075, 2004 ASAE Annual Meeting, American Society of Agricultural and Biological Engineers.