مدل‌سازی کیفیت آب رودخانه با استفاده از مدل qual2kw(مطالعه موردی: رودخانه شاهرود)

زمینه و هدف: مدل‌سازی کیفیت آب رودخانه‌ها می‌تواند به‌عنوان یکی از موثرترین ابزارها در جهت مدیریت کیفیت آب رودخانه‌ها و کاهش تبعات مسایل محیط زیستی ناشی از ورود آلاینده‌ها به آن مورد استفاده قرار گیرد. هدف از مقاله حاضر استفاده از مدل معتبر qual2kw.5.1 در راستای مدل‌سازی کیفیت آب در رودخانه شاهرود می‌باشد.روش بررسی: در مقاله حاضر ازمدل qual2kw.5.1  برای مدل‌سازی هفت پارامتر کیفیت آب شامل اکسیژن محلول، اکسیژن‌خواهی بیوشیمیایی، قلیاییت، کل مواد جامد محلول، هدایت الکتریکی، فسفر کل و نیتروژن کل در چهار دوره زمانی در رودخانه شاهرود استفاده شده است. به منظور واسنجی مدل از داده‌های آبان 1386 و تیر 1387 و برای صحت‌سنجی مدل از داده‌های شهریور 1387 و مهر 1387 استفاده شده است. واسنجی خودکار ضرایب مدل با استفاده از الگوریتم ژنتیک موجود در مدل انجام شده است. به منظور مقایسه نتایج شبیه‌سازی شده مدل با داده‌های مشاهداتی از دو پارامتر آماری شامل ضریب تبیین و میانگین قدرمطلق خطا استفاده شده است.یافته‌ها: مهم‌ترین ضرایب واسنجی شده در مدل مربوط به مواد جامد معلق، اکسیژن‌خواهی بیوشیمیایی، نیتروژن و فسفر می‌باشد. مدل در شبیه‌سازی پارامترهای ph و هدایت هیدرولیکی با مقادیر میانگین قدرمطلق خطای 0.19 و 163.89 در مرحله صحت‌سنجی به‌ترتیب بیش‌ترین و کم‌ترین دقت را از خود نشان داد. به طور میانگین حداقل و حداکثر اکسیژن محلول اندازه‌گیری شده در رودخانه شاهرود در شهریور 1387 و مهر 1387 و به‌ترتیب برابر 6.93 و 9.99 میلی‌گرم بر لیتر اندازه‌گیری شده است. همچنین بیش‌ترین و کم‌ترین دقت مدل در شبیه‌سازی این پارامتر مربوط به تیر و مهر 1387 با میانگین قدرمطلق خطای برابر 0.86 و 1.29 می‌باشد. همچنین نتایج نشان داده که مدل‌سازی هیدرولیکی دقیق از تغییرات پارامترهای هیدرولیکی رودخانه و جریان در طول رودخانه تاثیر زیادی در مدل‌سازی کیفیت آب رودخانه دارد.بحث و نتیجه‌گیری: نتایج مقاله حاضر دقت مناسب مدل qual2kw.5.1را در شبیه‌سازی پارامترهای کیفیت آب رودخانه شاهرود نشان می‌دهد. از طرف دیگر دقت شبیه‌سازی هر پارامتر با توجه به مقدار تغییرات آن در طول رودخانه متغیر می‌باشد. به نحوی‌که هر چه تغییرات یک پارامتر در طول رودخانه و در بازه‌های مختلف کم‌تر باشد، دقت مدل در شبیه‌سازی این پارامتر بیش‌تر خواهد بود.

Modeling Water Quality of Rivers Using QUAL2Kw Model (Case Study: Shahroud River)

AbstractBackground and Objective: Modeling water quality of rivers can be used as one of the most effective tools for water quality management in rivers and reducing the environmental impacts of entering pollutants. The purpose of this paper is to use the valid QUAL2Kw 5.1 model to model water quality in Shahrood River.Method: In this paper, seven parameters of water quality have been used including dissolved oxygen (DO), biochemical demand oxygen (BOD), pH, total dissolved solids (TDS), total phosphorus, and total nitrogen four times in Shahrood River. Data from October of 2007 and July of 2008 were used to calibrate and data from September and October of 2008 were used to verify the model. Autocalibration of model coefficients was done using genetic algorithm of the model. In order to compare simulated results with the observed data, determination coefficient and mean absolute error were used.Findings: The most important calibration coefficients of the model were related to TSS, BOD, total nitrogen and phosphorus. This model in simulation of pH and EC with mean absolute error of 0.19 and 163.89 during verification stage showed the most and the least accuracy, respectively. On average the minimum and maximum DO were measured 6.93 and 9.99 mg/L in September and October of 2008 respectively in Shahroud River. Also the highest and lowest accuracy of the model in simulating these parameters were related to July and October of 2008 with mean absolute error of 0.86 and 1.29, respectively. In addition the results showed accurate hydraulic modeling of hydraulic parameters changes of the river along the river had a great influence on modeling of the water river quality.Discussion and Conclusion: The results of this paper show the accuracy of the QUAL2Kw model in simulating water quality parameters of Shahrood River. On the other hand, the accuracy of the simulation of each parameter varies with the amount of its variation along the river so that the less the changes in a parameter along the river and at different intervals, the higher the accuracy of the model in simulating this parameter will be.