مدل‌سازی عددی پخش و انتقال فسفر در بدنه‌های آبی (مطالعه موردی: رودخانه سفیدرود)

فسفر یک ماده مغذی حیاتی برای رشد گیاهان و جلبک‌ها است. انحلال‌پذیری کم ترکیبات فسفر در آب نسبت به سایر مواد مغذی باعث شده ‌است که فسفر به عنوان ماده محدود کننده رشد جلبک در بیشتر منابع آبی شناخته شود. بنابراین حضور بی‌رویه فسفر در آب می‌تواند باعث افزایش بیش ‌از حد جمعیت جلبک‌ها به مقداری بیش از حد مصرف آبزیان، وقوع پدیده تغذیه‌گرایی، کاهش کیفیت آب و ایجاد شرایط نامطلوب برای زیست آبزیان گردد. از این رو شناسایی منابع اصلی ورود فسفر به داخل رودخانه‌ها و مکانیسم انتقال و نشر آن‌ها و بررسی شرایط کیفی رودخانه پس از نشر ترکیبات فسفر در آب حائز اهمیت است. در این پژوهش پس از شناخت منابع اصلی ورود فسفر به رودخانه‌های قزل‌اوزن، شاهرود و سفیدرود، نحوه انتقال و پخش فسفر داخل این رودخانه‌ها با کمک داده‌های میدانی و نرم‌افزار hec-ras شبیه‌سازی و پیامدهای آن مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه جهت بررسی تاثیر برنامه‌های توسعه‌ آتی استان‌های حوضه ‌آبریز سفیدرود و تغییرات شرایط آب ‌و‌ هوایی بر غلظت فسفر رودخانه‌ سفیدرود (و تجمع آن در مخزن سد سفیدرود)، پنج سناریو مبتنی بر این برنامه ‌ها در سال‌های آتی طراحی گردید. متعاقب آن موضوع انتقال و پخش فسفر در رودخانه‌های قزل‌اوزن، شاهرود و سفیدرود بر اساس سناریوهای مزبور به کمک نرم‌افزار مورد شبیه‌سازی قرار گرفت. نتایج شبیه‌سازی نشان داد کنترل فسفر ورودی ناشی از فعالیت‌های انسانی به رودخانه‌های قزل‌اوزن و شاهرود، موثرترین راه جهت کنترل فسفر رودخانه سفیدرود است و توده زنده جلبک در این رودخانه‌ها تنها براثر افزایش دمای هوا و افزایش دبی افزایش و  با کاهش دبی کاهش یافته است.

Numerical Modeling of Phosphorus Advection and Diffusion in Water Bodies (Case study: Sefidrood River)

Phosphorus is one of the vital nutrients for plants and algae growth. The low solubility of phosphorus compared to other nutrients has caused phosphorus to play a key role in algae growth and its often limiting nutrient in most freshwater. So that excessive phosphorus level in water can produce more algae that cannot be consumed by water body creatures and can cause eutrophication, water quality reduction and harmful condition for the aquatic ecosystem. Therefore, it is important to identify the main sources of entering into rivers, recognizing the mechanism of transport and its distribution as well as the conditions created in rivers due to the advection and diffusion of phosphorus. For this purpose, in this research, after identifying the main sources of phosphorus entry into the river, it investigates and simulates the advection and dispersion of phosphorus in the QezelOzan, Shahrood and Sefidrood Rivers based on field measuring data and using HEC-RAS software. Five scenarios were designed based on statistics and engineering studies to predict the phosphorus concentration of rivers due to rising temperatures, changes in river discharge due to drought and wet season, human population growth and development of irrigation networks in the region for the future. Then, by numerical simulating using HEC-RAS software, the impacts of phosphorus dispersion have been investigated in the region research area. The result presented that controlling human activities that entering phosphorus to QezelOzan and Shahrood rivers can reduce total phosphorus concentration of Sefidrood river, but the mass of algae has been increased only by increasing air temperature and discharge of rivers and decreasing by reduced river discharge. Besides, the results showed that the maximum total phosphorus concentration of Sefidrood River (downstream river) predicted by the numerical simulation related to the developed scenarios was higher than the maximum desired total phosphorus concentration for warm and coldwater fish. For this reason, paying more attention to limit entering phosphorus sources have to be considered for development program in the upstream rivers (Shahroood and QezelOzan) in the region.