شبیه سازی انتشار فسفات منتشرشده از قفس های پرورش ماهی واقع در منطقه ی دریایی سیسنگان در بخش جنوبی دریای خزر

اهداف: در مطالعه حاضر پایه یک مدل عددی سه بعدی عددی هیدرودینامیکی با قابلیت شبیه‌سازی انتشار آلاینده‌های شیمیایی منتشرشده در محیط‌های دریایی طراحی و در قالب یک مطالعه‌ موردی برای شبیه‌سازی انتشار فسفات از قفس‌های پرورش ماهی در منطقه‌ دریایی سیسنگان مورد آزمایش قرار گرفت.مواد و روش‌ها: معادلات مدل شامل معادلات تکانه، معادله‌ پیوستگی، دما، شوری، معرف سرعت قائم، تمایل فشار کف، همچنین یک معادله‌ سه بعدی فرارفت انتشار برای شبیه‌سازی انتشار آلاینده در دستگاه مختصات کروی زمین با آرایه‌ قائم سیگما با استفاده از روش تفاضل متناهی حل شدند. برای اعمال شرایط مرزی در مرزهای باز، مدل برای شبیه‌سازی جریانات ناشی از باد در کل دریای خزر از آبان 1397 تا خرداد 1398 اجرا شد. برای اعمال میدان باد از داده‌های بازتحلیل مدل ecmwf با دقت 0.125 درجه استفاده شد. برای اعمال شرایط هندسی محیط، داده‌های عمق‌سنجی gebco با تفکیک 15 ثانیه‌ جغرافیایی مورد استفاده قرار گرفتند.یافته‌ها: با درنظرگرفتن مقدار غلظت 17 ppb برای فسفات به‌عنوان غلظت آلاینده در چشمه‌ آلودگی در محل استقرار قفس‌های پرورش ماهی، جریان‌های ناشی از باد، همچنین انتشار فسفات در راستای افقی و قائم در محیط مورد مطالعه به مدت 8 ماه شبیه‌سازی شدند. نتایج شبیه‌سازی‌ها در قالب میدان جریان افقی در لایه‌ سطحی، میدان غلظت فسفات در راستای افقی، همچنین در راستای قائم و در یک برش شمالی جنوبی ترسیم و مورد تحلیل قرار گرفتند.نتیجه‌گیری: الگوی انتشار فسفات در راستای افقی متاثر از جریانات ناشی از باد است و می‌تواند پس از گذشت 8 ماه در راستاهای شرقی، غربی، جنوبی و شمالی به ترتیب تا فواصل حدوداً 11، 8.5، 9.5 و 5.7 کیلومتری از قفس‌ها گسترش پیدا کند. در راستای قائم نیز به‌دلیل شکل‌گیری جریان‌های قائم و تلاطم در لایه‌های بالایی، فسفات علاوه بر انتشار افقی، می‌تواند تا اعماق 400 متری نیز انتشار یابد.

Numerical Simulation of Phosphate’s Diffusion released by Fish Culture Cages Located in the Sisangan Marine Basin in the Southern Caspian Sea

Aims: In the present study, a threedimensional numerical hydrodynamic model with the capability to simulate the diffusion of chemical pollutants released in marine basins was developed and used as a case study to simulate the diffusion of phosphate released by fish culture cages located in the Sisangan marine basin.Materials Methods: The equations of the model including momentum equations, continuity of mass equation, temperature, salinity, representative of vertical velocity, the tendency of bottom pressure equations and an extra threedimensional advectiondiffusion equation for simulation of pollutant rsquo;s diffusion rewritten in the earth rsquo;s spherical coordinates with a vertical Sigma coordinate were solved using finite difference method. To provide the open boundary conditions, the model was used for simulation of wind driven currents in the Caspian Sea from 20 October 2018 to 20 May 2019. For the application of wind field and real geometric condition, it was used the time series of wind fields supplied by ECMWF reanalysis dataset and GEBCO bathymetry with 0.125 degrees resolution and 15 seconds of geographical resolution, respectively.Findings: Considering the concentration of 17ppb for the phosphate as a concentration of pollutant in the source of the pollution in the location of the fish culture cages, wind induced currents and the diffusion of the phosphate were simulated for 8 months in both horizontal and vertical directions. The results of the simulations were demonstrated and analyzed within the framework of the horizontal surface current, distribution of the phosphate rsquo;s concentration in both horizontal and a vertical latitudedepth cross section.Conclusion: The phosphate rsquo;s diffusion is affected by the wind induced currents and after 8 months, it could be extended to the distance of 11, 8.5, 9.5, and 5.7 kilometers far from the cages in eastern, western, southern, and northern directions, respectively. With the generation of vertical velocity and the turbulence effects in the upper layers, phosphate might be diffused in the vertical direction up to 400m depth, as well.