21797

21797

مدل سازي كميت و كيفيت منابع آب در مقياس حوضه آبريز با استفاده از مدل SWAT و تخصيص بار آلودگي با رويكرد تئوري بازي‌ها

كارشناسي ارشد

مهندسي و مديريت منابع آب

1398/04/25

دكتر مطهره سعادت پور

عمران

در اين كار تحقيقاتي مدل‌سازي شرايط هيدرولوژيكي، رسوب و مواد مغذي در منابع آب حوضه آبريز سيمره در مقياس گسترده مكاني و زماني در مدل SWAT، توسعه يافته، واسنجي و اعتبار سنجي گرديد. عملكرد مدل در شبيه سازي دبي جريان، رسوب و مواد مغذي در ايستگاه‌هاي مختلف آب سنجي، رسوب سنجي و كيفيت منابع آب با استفاده از شاخصههاي آماري R2 (ضريب همبستگي) و NS (نش-ساتكليف) در بازه‌هاي مناسب و قابل توسعه، مورد ارزيابي قرار گرفته است. پارامترهاي احتمالاتي مهم و اثرگذار در شبيه سازي وضعيت هيدرولوژيكي، رسوب و كيفيت مواد مغذي (نيتروژن و فسفر) در مدل SWAT، با استفاده از مراجع معتبر علمي استخراج گرديدند و سپس در محيط SWAT-CUP تعيين نقش هر پارامتر، انجام و سپس اين ضرايب تدقيق گرديدند تا واسنجي مدل به درستي انجام و تصويري مناسب از حوضه ترسيم گردد. واحدهاي آلاينده نقطه‌اي (فاضلاب‌هاي شهري و روستايي، مراكز پرورش ماهي و .... )، و منابع آلاينده غيرنقطه‌اي ناشي از فعاليت‌هاي كشاورزي و دامپروري (نوع و مقادير كود و سموم مصرف شده در اراضي كشاورزي و تعداد رئوس دام‌هاي منطقه) به عنوان منابع بارگذاري آلودگي به مدل SWAT معرفي گرديدند. به منظور تعيين نقش هر يك از منابع در ميزان فسفر خروجي از حوضه، ارزيابي‌ها در مدل SWAT با تعريف سناريوهاي متعدد تخصيص بار آلودگي صورت پذيرفت. بر اساس نتايج حاصل، حذف كامل بار فسفر 5 واحد آلاينده نقطه‌اي مهم (فاضلاب شهري ملاير، كرمانشاه، ديناور-صحنه و آبزي پروري اسلام آباد غرب و صحنه-كنگاور) سبب كاهش متوسط غلظت فسفر خروجي از حوضه از 34/1 ميلي‌گرم در ليتر به 14/1 ميلي‌گرم در ليتر خواهد گرديد. همچنين فاضلاب شهري كرمانشاه نقش به مراتب حائز اهميتي در ميان منابع آلاينده نقطه‌اي در تخريب كيفيت آب حوضه دارد به طوري كه تصفيه كامل فسفر فاضلاب آن سبب ايجاد غلظت 21/1 ميلي‌گرم در ليتر فسفر (13/0 ميلي‌گرم در ليتر كاهش) در جريان خروجي از حوضه مي‌گردد. مطالعات و بررسي‌هاي انجام شده در وضعيت كيفي حوضه نشان مي‌دهند كه بارهاي آلاينده غيرنقطه‌اي (كشاورزي و دامپروري) و فرسايش خاك، نقش قابل توجهي در زوال كيفيت منابع آب حوضه در مقايسه با واحدهاي آلاينده نقطه‌اي دارند و لذا اعمال سناريوهاي تخصيص بار آلودگي مبتني بر صرفا منابع آلاينده نقطه‌اي، در بهبود كيفيت منابع آب حوضه اثرگذار نخواهد بود. به منظور تعيين استراتژي مناسب تخصيص بار آلودگي، از مدل GMCR-II (مدل حل اختلاف مبتني بر گراف) استفاده گرديده است. سازمان حفاظت محيط زيست، شركت آب و فاضلاب كرمانشاه و واحد آبزي پروري اسلام آباد غرب به عنوان تصميم‌گيرندگان با استراتژي‌هايي چون 1- اعمال برنامه بهينه تخصيص بار آلودگي منابع نقطه اي و غيرنقطه اي در سطح حوضه، 2- عدم اعمال هر گونه برنامه تخصيص آلودگي، 3- اعمال برنامه تخصيص بار آلودگي بر فاضلاب كرمانشاه و فعاليتهاي كشاورزي و دامي و 4- اعمال برنامه تخصيص بار آلودگي بر فاضلاب واحد آبزي پروري اسلام آباد غرب و فعاليتهاي كشاورزي و دامي در مدل‌سازي حل اختلاف لحاظ گرديدند. بر اساس نتايج حاصل، يكي از گزينه‌هاي پايداري تعادل قوي اعمال برنامه تخصيص بهينه آلودگي در حوضه توسط سازمان حفاظت محيط زيست و به كارگيري استراتژي 3 يا 4 توسط شركت آب و فاضلاب كرمانشاه و واحد آبزي پروري اسلام آباد غرب مي باشد.

1398/11/14

Water Quality and Quantity Modelimg in River Basin Scale with SWAT and Game Theory Application in Waste Load Allocation

7/16/2019 12:00:00 AM

In this research, the developed hydrological, sediment, and nutrient modeling, SWAT model, has been calibrated and validated in the Seymare watershed in spatial and temporal scale. The performance of SWAT model in simulation of flow, sediment, and nutrient cycles at different hydrometric and water quality stations have been evaluated using R2 (correlation coefficient) and NS (Nash-Sutcliff) indices. The important and effective parameters in simulating of hydrological, sediment, and nutrient cycles (nitrogen and phosphorus) in the SWAT model have been identified based on valid scientific references. Then, in the SWAT-CUP environment, the role of each parameter and coefficients have been determined and set accurately. The point source pollutions (urban and rural sewage, fish farming units, etc.), and non-point source pollutions due to agricultural and livestock activities (the type and amount of applied fertilizer and pesticides in the farms and the number of regional animals) have been introduced to the SWAT model as pollutant loads. In order to determine the role of each phosphorus pollutant source, various waste load allocation (WLA) scenarios have been evaluated in SWAT model. The results indicate complete phosphorus removals of five important point pollution sources (municipal wastewater of Malayer, Kermanshah, Dinavar, and Sahneh cities, Islamabad-Gharb and Sahne-Kangavar Aquacultures) have resulted in reduction of the mean phosphorus concentration from of 1.34 mg/L to 1.21 mg/L in the river basin outlet. The analysis on water quality simulation model results show Kermanshah wastewater treatment plant (WWTP) has significant effects on water quality degradation in the study area in comparison with other point source pollution units. Furthermore, the results indicate non-point source pollutions (agricultural and animal husbandry) and soil erosions have significant effects on water quality deteriorations in comparisons with point source pollutions. In this regard, applying only WLA programs have less effects on water quality enhancement in the river basin scale. To resolve the conflicts among various decision makers, GMCR-II (Graph Model Conflict Resolution-II) model is used to determine suitable WLA strategy. Iran Department of Environment (IR DoE), Kermanshah water & wastewater company, and Islamabad-Gharb Aquaculture as decision makers have defined strategies such as 1- Application of WLA and LA (load allocation) programs in river basin, 2- Application of no WLA and LA programs in river basin, 3- Application of WLA program of Kermanshah WWTP and LA programs of agricultural and animal husbandry activities, 4- Application of WLA program of Islamabad-Gharb Aquaculture unit and LA programs of agricultural and animal husbandry activities. The defined strategies have been considered in conflict resolution model, GMCR-II. The analysis show, implementation of strategy 1 with strategy 3 or 4 could results in the strong stable equilibrium.

مدل سازي كميت و كيفيت منابع آب در مقياس حوضه آبريز با استفاده از مدل SWAT و تخصيص بار آلودگي با رويكرد تئوري بازي‌ها

Water Quality and Quantity Modelimg in River Basin Scale with SWAT and Game Theory Application in Waste Load Allocation