مدل‌سازی فیتوپلانکتون و زئوپلانکتون در مخازن با روش پویایی سیستم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران- محیط زیست دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استاد دانشکده مهندسی عمران دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

جامع‌نگری و برخورد سیستمی در مدیریت کمّی و کیفی منابع آب به علت افزایش مؤلفه‌های این سیستم‌ها و پیچیدگی ارتباطات و اثرات متقابل آن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. مدل‌سازی و مدیریت مسائل زیست‌محیطی به ویژه پدیده ‌تغذیه‌گرایی، به دلیل پیچیدگی و اثرات متقابل عوامل مؤثر در آن کار ساده‌ای نیست. امروزه سعی بر این است که با ایجاد مدل‌های مفهومی درک این روابط را ساده کنند. روش پویایی سیستم، رویکردی نسبتاً تازه‌ای را در مدل‌سازی کیفیت آب پیش روی مهندسین قرار داده که به وسیله آن می‌توان اندرکنش‌های بین اجزای سیستم آبی را به سادگی نشان داد. غنی‌ شدن اکوسیستم‌های آبی از مواد مغذی منجر به تولید زیستی بالا شده و ممکن است اثرات نامطلوبی نظیر شکوفایی جلبکی و کاهش اکسیژن محلول در آب‌های نزدیک بستر ایجاد کند. فیتوپلانکتون‌ها شاخه‌ای از جلبک‌ها هستند که در آب شناورند. این موجودات تولید کنندگان اولیه در پیکره‌های آبی هستند. فیتوپلانکتون‌ها غذای زئوپلانکتو‌ن‌ها را تشکیل می‌دهند. در این مقاله از نرم‌افزار VenSim به عنوان ابزار اولیه برای مدل‌سازی فیتوپلانکتون‌ها و زئوپلانکتون‌ها در مخزن استفاده شده است. مدل ساخته شده قادر است غلظت برخی از مؤلفه‌های کیفی آب مخزن مانند فیتوپلانکتون‌ها و زئوپلانکتون‌ها را در طول زمان محاسبه کند. در این مقاله دریاچه لانگ (واقع در آمریکا) به عنوان مطالعه موردی مورد استفاده قرار گرفته است. شبیه‌سازی در مدت 127 روز انجام شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

System Dynamics Modeling of Phytoplankton and Zooplankton in Reservoirs

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Samaei 1
  • Abbas Afshar 2
  • Mojtaba Gharavei 3
1 M.Sc. student of Civil Engineering College, IUST
2 Prof. Civil Engineering College, IUST
3 Assis. Prof. Civil Engineering College, IUST
چکیده [English]

The need for predictive water quality modeling has arisen largely as a result of increased eutrophication of lakes throughout the world. In 1919 Nauman introduced the concept of oligotrophy and eutrophy, distinguishing oligotorophic lakes with little panktonic algae and eutrophic lakes containing much phytoplankton. The phytoplankton consist of the assemblage of small plants having no or very limited powers of locomotion. A variety of formulations have been developed to represent the effect of temperature, light, and nutrient on phytoplankton growth. A number of processes contribute to the loss rate of phytoplankton. These processes are: respiration, excretion and predatory losses. The zooplankton include animals suspended in water with limited power of locomotion. Phytoplankton as well as zooplankton are usually denser than water, and constantly sink by gravity to lower depths. System dynamics is a method of solving problems by computer simulation. The typical purpose of a system dynamics study is to understand how and why the dynamics of concern are generated and to search for managerial policies to improve the situation. In this paper phytoplankton and zooplankton are simulated by system dynamics approach. Then we integrated a limiting nutrient into our phytoplankton-zooplankton scheme to complete our fundamental picture of how nutrient/food-chain interactions are modeled.

1- Jalali, M. and Afshar, A., (2004). "System Dynamics Modeling of Hydropower Reservoir Operation", ICOLD 2004, Korea.

2- Chapra Steven, C., (1997). "Plan Growth and Nonpredatory Losses", Surface Water Quality Modeling, pp. 603-621, Mc Graw-Hill.

3- Chapra Steven, C. (1997). "Predator-Prey and Nutrient/Food-Chain Interactions", Surface Water-Quality Modeling, pp. , 622-631, McGraw-Hill.

4- Annear, Jr., Robert, L., Chris, J., Berger S., and Wells, A., (2001). "Upper Spokane River Model", Technical Report EWR-4-01, U.S. Army Corps of Engineers.

5- Allan, D. T. Johengen and E. Rutherford, (2001). "Nutrient Loading and its Relevance to the Great Lakes Basins", University of Michigan.

6- Vezjak, M., Savsek, T. and Stuhler, E.A., (1998). "System Dynamics of Euthrophication Process in Lakes", European Journal of Operational Research, No. 109, pp. 442-451.

7- Hayward, J., (2000). " Introduction to System Dynamics", University of Glamorgan.

8- Saysel, A.K., et al., (2002). "Environmental Sustainability in an Agricultural Development Project: a System Dynamics Approach", Journal of Environmental Management, No 64, pp.247-260.

9- Harris, B., (2000). "Applying System Dynamics to Business", Facilitated Systems.