تدوین مدل مدیریتی فسفر در مخزن با استفاده از رویکرد شبیه‌سازی پویایی سیستم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار /دانشکده فنی مهندسی دانشگاه تربیت معلم تهران، تهران، ایران.

2 استاد / دانشکده عمران، پردیس فنی ، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

3 استادیار/ دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

چکیده

تغذیه‌گرایی در مخازن سدها یکی از عمده‌ترین مشکلات زیست‌محیطی اثرات احداث سدها و تامین آب با کیفیت مطلوب می‌باشد. مدیریت و کنترل موثر این پدیده در مخازن مستلزم به کارگیری مدل‌های شبیه‌سازی با کمترین سطح پیچید‌گی و با تکیه بر موثرترین پارامترهای کیفی و فرآیندهای موثر است. پویایی سیستم یکی از ابزارهای شبیه‌سازی شیءگراست که با دیدگاه تحلیل سیستمی و تاکید بر روابط علت و معلولی و بازخورها به صورت پویا قادر به شبیه‌سازی این فرآیند در مخزن می‌باشد. در این مقاله با استفاده از این روش و با در نظر گرفتن پارامتر فسفر به عنوان عامل اصلی تغذیه‌گرایی، مدل شبیه‌سازی غلظت فسفر در مخزن سد ستارخان واقع بر رودخانه اهرچای در استان آذربایجان شرقی تدوین گردیده ‌است. در این مدل اندرکنش فسفر مخزن با رسوبات کف به صورت ضرایب متغیر ماهانه به همراه فرآیند دفن فسفر در رسوبات در نظر گرفته شده است. پس از آنالیز حساسیت روی ضرایب مذکور،‌ واسنجی و صحت‌سنجی مدل بر اساس داده‌های موجود در یک دوره 47 ماهه انجام گردیده و نتایج حاکی از اطمینان قابل قبول مدل در شبیه‌سازی فسفر مخزن علیرغم سادگی فرضیات مورد استفاده بوده است. بررسی نسبت سهم فسفر در ورودی، خروجی، رسوبات و مخزن نشان‌دهنده اهمیت و سهم بالای رسوبات در مدیریت غلظت فسفر در مخزن می‌باشد. همچنین تحلیل سناریوهای کاهش و افزایش بار ورودی به مخزن نشان داد تغییر بار ورودی در غلظت فسفر در مخزن با نسبت کمتری تاثیر دارد که در مدیریت کاهش بار مواد مغذی حوزه باید در نظر گرفته شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of A Phosphorous Management Model For A Reservoir Using System Dynamic Simulation Approach

نویسندگان [English]

  • M Taheriyoun 1
  • M Karamouz 2
  • A Baghvand 3
1 Assistant Professor, Faculty of Engineering, Tarbiat Moalem Unversity; Tehran, Iran
2 Professor, School of Civil Engineering, University of Tehran; Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Environment, University of Tehran; Tehran, Iran, Email:
چکیده [English]

Eutrophication is one of the main environmental problems in dam reservoirs which affect the availability of water with suitable quality. Effective management and control of such phenomenon in a reservoir may support by implementation of low-complexity simulation models employing the most effective water quality parameters and processes. System dynamics (SD) is one of object oriented simulation tools that is able to simulate the eutrophication process in a reservoir according to the systemic approach and with emphasis on the causal relationships and feedbacks. In this paper, a system dynamic simulation model for phosphorous concentration of the Satarkhan reservoir in Eastern Azerbayejan Province, North-western Iran, has been developed. In this model, the phosphorous has been considered as the main factor of eutrophication. Also the interaction between the phosphorous in the reservoir and the bed sediment has been considered with monthly variable coefficients of phosphorous burial in sediments. Sensitivity analysis were made on the coefficients and calibration and validation of the model have then been achieved based on a 47 month period of data. Results showed an acceptable reliability in simulation of phosphorus concentration despite the simple assumptions used. Fractions of the phosphorous in the input, output, sediments, and the reservoir showed the significance of sediments in phosphorus concentration equilibrium. Analysis of scenarios regarding the reduction and increase of input load to the reservoir also showed that the impact of phosphorous input load reduction is at a smaller extent effective which should be considered in nutrient load management in the watershed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Eutrophication
  • Phosphorous concentration
  • system dynamics
  • Satarkhan reservoir
ارحامی، م.، تجریشی، م.، ابریشم‌چی، ا. (1381)، مطالعات شبیه‌سازی تغییرات کیفی آب مخزن سد لتیان، نشریه آب و فاضلاب، شماره 44
افشار، ع. ، سعادت‌پور، م. (1388)،  تغذیه گرایی مخازن سدها‌: مدل‌سازی دوبعدی مخزن کرخه، فصلنامه آب و فاضلاب اصفهان، شماره 71
ترابیان، ع. و هاشمی، س.ح. (1381)، «مدل‌سازی کیفی آب‌های سطحی، ضرایب، ثوابت، سینتیکها و فرمول‌ها»، انتشارات دانشگاه تهران، (ترجمه).
سارنگ، ا. ، تجریشی، م. و ابریشم‌چی، ا. (1380)،  شبیه سازی کیفی مخزن سد بوکان، فصلنامه آب و فاضلاب اصفهان، شماره 37
سمایی، م.ر. ، افشار، ع. ، غروی، م. (1383)،  مدل‌سازی فیتوپلانکتون زئوپلانکتون در مخازن با روش پویایی سیستم، فصلنامه آب و فاضلاب،  شماره 52
عیسی‌زاده س.، تجریشی، م.، ابریشم‌چی، ا. و احمدی، م. (1384)، کاربرد مدل‌های شبیه سازی فسفر در مخزن سد لتیان ، فصلنامه آب و فاضلاب ، شماره 54
مهندسین مشاور رویان، (1385)، مطالعات ارزیابی کیفیت آب سد ستارخان، ، شرکت سهامی آب منطقه‌ای آذربایجان شرقی و اردبیل
Chapra, S. (1997), Surface Water Quality Modeling, Mc-Graw Hill Int.
Chapra, S.C., (2003). Engineering water quality models and TMDLs. Journal of Water Resources Planning and Management 129, 247e256
Depinto J.,  Freedman  P., Dilks D., Larson W., (2004), Models Quantify The Total Maximum Daily Load Process, Journal of Environmental Engineering, ASCE ,Vol. 130, No. 6
Elshorbagy A., Ormsbee L, (2006), Object-oriented modeling approach to surface water quality management, Environmental Modelling & Software 21, pp.689-698,
Ford, (1999), A., Modeling the environment. An introduction to system dynamics modeling of environmental systems. Island press, Washington, DC.
Klapper H., (2003), Technologies for lake restoration,  Journal of  Limnol., 62(Suppl. 1): pp.73-90, 2003
Nash, J.E., Sutcliff, J.V., (1970), River flow forecasting through conceptual models. Part 1 – a discussion of principles. Journal of Hydrology 10 , pp. 282–290.
Ruley, J.E,. Rusch, K.A, (2004), Development of a simplified phosphorus management model for a shallow, subtropical, urban hypereutrophic lake, Ecological Engineering Vol.22, pp. 77–98
Shirmohammadi, A., Chaubey, I., Harmel, R., Bosch, D., Muñoz-Carpena, R., Dharmasri, D., Sexton, A., Arabi, M., Wolfe, M., Frankenberger, J., Graff, C., Sohrabi, t., (2006). Uncertainty In TMDL Models. American Society of Agricultural and Biological Engineers Vol. 49(4): pp.1033−1049
Thomann R V.,Mueller J.A., (1987), Principles of Surface Water Quality Modeling and Control, Harper & Row, New York
Vezjak M., Savsek T., Stuhler E.A., (1998), System dynamics of euthrophication processes in lakes, European Journal of Operational Research 109, pp. 442-451
Wetzel Robert G, (2001), Limnology of Lake and River Ecosystem, Academic Press