افزایش کارایی مدلسازی کیفیت آب با تفکیک سال به ماه های گرم و سرد (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سد قشلاق سنندج)

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یکم، شماره هشت، آبان ماه 98

افزایش کارایی مدل سازی کیفیت آب با تفکیک سال به ماه­های گرم و سرد

 (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سد قشلاق سنندج)

سید پدرام نی­نیوا[1]^*

Pedram.nainava@gmail.com

کامران چپی[2]  

چکیده

زمینه و هدف: امروزه آب به­عنوان یکی از عوامل بهبود و رشد اقتصادی جوامع به شمار می­آید تحقیق حاضر به­منظور مدل­سازی تعدادی از متغیرهای کیفی آب با دبی در دو زیرحوضه خلیفه­ترخان و چهل­گزی سد قشلاق سنندج، به تفکیک ماه­های سرد و گرم سال و مقایسه آن با عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال در بازه زمانی 26 سال است.

روش بررسی: در این پژوهش، پس از بررسی و صحت داده­های دبی، هدایت الکتریکی، مواد محلول، کلر، کلسیم، سدیم، منیزیم، اسیدیته و نسبت جذب سدیم دو ایستگاه مورد مطالعه، سعی شد که روابط رگرسیونی مناسبی بین پارامتر دبی و پارامترهای کیفی آب ارایه شود.

یافته­ها: نتایج نشان داد که در زیرحوضه چهل­گزی برای ماه­های سرد، بین دبی با هدایت الکتریکی، املاح محلول، کلر و سدیم، رابطه خطی و هم­ چنین برای بیان ارتباط بین دبی با کلسیم رابطه نمایی مناسب­تر بود. در ماه­های گرم این زیر حوضه رابطه خطی ارتباط مناسب­تری بین دبی با املاح محلول، هدایت الکتریکی، منیزیم، کلسیم، سدیم و نسبت جذب سدیم، ارایه نمود. هم­چنین در زیر حوضه خلیفه­ترخان درماه­های سرد سال برای بیان ارتباط بین دبی با املاح محلول، هدایت الکتریکی، کلر، سدیم، رابطه خطی و برای بیان ارتباط بین دبی با کلسیم، رابطه نمایی مناسب­تر بود. در این زیرحوضه برای ماه­های گرم، ارتباط بین دبی با املاح محلول، هدایت الکتریکی، کلر، سدیم و نسبت جذب سدیم، رابطه خطی مناسب­تر بود. مقایسه تفکیک ماه­های سرد و گرم با شرایط عدم تفکیک نشان داد که در صورت عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم، برآورد کلر و منیزیم (در زیرحوضه چهل­گزی) و برآورد کلسیم (در زیرحوضه خلیفه­ترخان) امکان­پذیر نمی­باشد.

بحث و نتیجه­گیری: حال می­توان با استفاده از این روابط و توجه به تغییرات فصلی کیفیت آب­های سطحی، بدون انجام اقدامات آزمایشگاهی و تنها با داشتن مقدار دبی و در نظرگرفتن صرفه­جویی اقتصادی به مدل­سازی کیفیت آب، استخراج و بازیابی داده­های کیفی آب اقدام نمود.

واژه‌های کلیدی: پارامترهای کیفی آب، دبی، سد قشلاق سنندج، مدل­سازی، متغیرهای آب.

Increasing Water Quality Modeling Efficiency by Separating the Year into Hot and Cold Months

 (Case of Study: Watershed of Sanandaj Gheshlagh Dam)

Seyed Pedram Nainiva[3]^*

Pedram.nainava@gmail.com

Kamran Chapi[4]

Abstract

Background and Objective: Nowadays, water is considered as one of the factors for improvement and economic growth of societies. The hot and cold seasons of the year and its comparison with the non-segregation of the hot and cold seasons are 26 years.

Method: In this study, after studying the accuracy of discharge data, electrical conductivity, soluble matter, chlorine, calcium, sodium, magnesium, acidity and sodium uptake ratio of the two stations, it was tried to find appropriate regression relationships between discharge parameter and qualitative parameters. Provide water.

Findings: The results showed that the Chehelgazi sub-watershed in cold months, the liner relationship between discharge with electrical conductivity, dissolved solids, chloride and sodium and also the exponential relationship was suitable between discharging with calcium. In warm months for this sub-watershed, the linear relationship presented the suitable relationship between discharge with dissolved solids, electrical conductivity, magnesium, calcium, sodium and the sodium adsorption. Also, the linear relationship was suitable between discharge with dissolved solids, electrical conductivity, chloride and sodium whereas the exponential relationship was better between the discharging with calcium in Khalifehtarkhan sub-watershed. In this sub-watershed, for warm months, the linear relationship was suitable for the relationship between discharge with dissolved solids, electrical conductivity, chloride, sodium and sodium adsorption. The separation comparison of cold and warm months with non-separation showed that non-separation of cold and warm months is not possible the chloride and magnesium estimation (in Chehelgazi sub-watershed) and calcium estimation (in Khalifetarkhan sub-watershed).

Discussion and Conclusion: using obtained relationships and seasonal changes of surface waters quality, with discharge rate can create modeling water quality, extraction and recovery of water quality data.

Key words: Discharge, Modeling, Sanandaj Gheshlagh Dam, Water Qualitative Parameters.

مقدمه

امروزه آب به عنوان یکی از عوامل بهبود و رشد اقتصادی جوامع به شمار می­آید که از دیر باز بهره­برداری از منابع آبی به منظور استفاده در شرب، صنعت و کشاورزی مورد نیاز و توجه بشر بوده است (1، 2). به طوری که اولین جوامع بشری در اطراف رودخانه­ها برپا شده­اند (2، 3). گسترش جوامع، رشد جمعیت، در نتیجه دخل و تصرف غیرطبیعی و افزایش استفاده از منابع آبی، باعث کاهش کمی و کیفی منابع آب شرب شده است (2). با توجه به این­که کمیت آب­های موجود دارای اهمیت بوده، بایستی بیان نمود که کیفیت آن­ها نیز برای جوامع انسانی و نیز مدیریت بهینه منابع آب موجود، به عنوان برنامه های اصلی و حیاتی کشورها خصوصا کشورهای در حال توسعه می‌باشد (1). کیفیت شیمیایی منابع آبی بخصوص رودخانه­ها تحت تاثیر عوامل طبیعی و مصنوعی بوده که مرتبط با خصوصیات حوضه، نحوه­استفاده از این منابع و نیز آلودگی منابع در حوضه­ها است (4). بررسی­ها نشان داده که ارزیابی داده­های کیفی رودخانه­ها موجب می‌گردد که بتوان شیوه­های مدیریتی صحیح و مناسبی اتخاذ نموده و به تدریج از آلودگی رودخانه­ها کاسته شود (2، 4). با وجود حجم عظیم آب­های موجود در چرخه جهانی آب، تنها ۲ درصد از آن­ها شیرین و قابل شرب است و باقی آن به علت محلول بودن انواع نمک‌ها خصوصاً نمک طعام و سایر مواد محلول غیرقابل استفاده می باشند (5، 6). که وجود برخی از این مواد موجود در آب برای سلامتی انسان ضروری است (2). با توجه به شواهد و مطالعات انجام شده یکی از مؤلفه­های مهم در بررسی آب­های سطحی و زیرزمینی کیفیت آن­هاست (7). کیفیت آب های سطحی در مناطق مختلف به دلیل تنوع سازندها و ساختارهای زمین شناسی، عوامل هیدرولوژیکی تغییرات متفاوتی را داشته و هم­چنین این مساله نیز حایز اهمیت بوده زیرا که بررسی تغییرات فصلی کیفیت آب های سطحی، جنبه مهمی در ارزیابی آلودگی رودخانه ها بر اثر منابع نقطه ای و یا غیرنقطه ای در اثر وجود عوامل طبیعی و عوامل انسانی می باشد (8). تغییرات کیفیت آب در رودخانه­ها توسط پژوهشگران زیادی مورد بررسی قرارگرفته است که در خارج از کشور می توان به می­بک در فرانسه (2002)، کای و همکاران در بریتانیا (2005)، داو در کانادا (2006) و چانگ (2008) در کره جنوبی اشاره نمود [9، 10، 11 و 12]. لی و همکاران (2009) در مطالعه بالادست حوضه رودخانه ها به این نتیجه رسیدند که کیفیت آب رودخانه در فصل تابستان بهتر از پاییز است و این تفاوت حاکی از حل مواد موجود در خاک توسط آب باران و سرازیر شدن آب باران در رودخانه در فصل بهار دارد، لذا بایستی در مناطق حریم‌رودخانه توجه خاصی به مسائل حفاظت خاک صورت گیرد (13). لوکاس (2010) برای بررسی کیفیت و کمیت آب سطحی در رودخانه پینیوس یونان داده­های رواناب ماهانه 15 ایستگاه و داده­های کیفیت آب شش ایستگاه را بر اساس استاندارد­های ملی، اروپایی و بین المللی بررسی کرد. نتایج نشان داد که کیفیت آب رودخانه در یک محدوده متوسط است و آب رودخانه باید با احتیاط برای آبیاری استفاده گردد (14). سان و همکاران (2016) در مطالعه­ای که بر روی رودخانه دونگ­ژیانگ در چین داشتند، به این نتیجه رسیدند که کیفیت آب‌رودخانه در نزدیکی مخزن عالی، در بالادست رودخانه خوب و در پایین­دست رودخانه متوسط بوده که نشان می­دهد فاضلاب شهری نشأت گرفته از افزایش جمعیت و توسعه صنعت در پایین دست به آلودگی آب در امتداد رودخانه منجر شده است (15). در ایران نیز گرجی و رفاهی (1994)، در بررسی علل شوری رودخانه آجی چای بیان کرد که برای بهره ­برداری بهینه باید در ماه های فروردین و اردیبهشت که آب‌رودخانه از کیفیت خوبی برخوردار است جهت کشاورزی یا ذخیره سازی، یا تزریق به منابع آب زیرزمینی به مصرف برسد (16). کرمی مقدم و حاجی مشهدی (2006)، با بررسی تغییرات دبی رودخانه گرگانرود به این نتیجه رسیدند که با تغییر دبی رودخانه، غلظت مواد محلول در آب‌تغییر یافته، لذا در طول دوره های پرآبی و کم آبی، پارامترهای کیفیت آب باید به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گیرد. ایشان هم­چنین بیان نمود که در ایستگاه گنبد بین افزایش دبی و کاهش شوری، ارتباط بسیار نزدیکی وجود داشت و در ایستگاه قزاقلی افزایش دبی باعث کاهش میزان  NaClو در ایستگاه سد گرگان باعث کاهش عوامل شیمیایی به ویژه سولفات­ها شد (17). هادی قورقی و همکاران (2012) با  دسته­بندی داده­ها بر اساس شرایط آب و هوای به فصول تقویمی و  هیدرواقلیمی در منطقه غرب کشور نشان دادند که دسته­بندی داده­ها به روش هیدرواقلیمی دارای دقت مناسب­تری نسبت به فصول تقویمی سال می­باشد (18). کرمی و هوشمند (2013) به صحت سنجی و برآورد ارتباط بین کل مواد جامد محلول[5] و هدایت الکتریکی[6] آب رودخانه کارون در فصول پرآب و فصول کم آب دو‌رابطه جدید برای محاسبه TDS ارائه دادند (4). محمدی و همکاران (2014) بررسی روی احداث سد جره بر کیفیت آب رودخانه زرد داشتند و بدین منظور از داده­های هیدروشیمیایی ماهانه ایستگاه ماشین واقع در پایین دست سد جره در دو دوره آماری قبل از احداث سد و بعد از احداث سد استفاده کردند و نتیجه گرفتند که تیپ آب از کلرید سدیم به سولفات کلسیم تغییر کرده است که به دلیل واکنش آب با سازند گچساران در مخزن سد بود. هم­چنین میزان کلرید کاهش یافت و باعث شد که آب از لحاظ کشاورزی از کلاس ₂S₄C به کلاس ₁S₃C بهبود یابد و برای کشاورزی مناسب­تر گردد (19). نی نیوا و همکاران (2014) ارتباط پارامترهای کیفی آب با دبی در حوزه سد‌قشلاق سنندج را ارزیابی نمودند و بیان داشتند که ارتباط بین دبی و کلسیم رابطه لگاریتمی و توانی مناسب­تر بود (6). در بررسی کیفیت آب متغیرهای زیادی وجود دارند که انتخاب آن بر اساس هدف مورد نظر و عوامل اقتصادی است که شامل متغیرهای پایه و اضافی هستند. حال مطالعه شاخص­هایی مانند کل مواد جامد محلول که نشان دهنده کل ناخالصی­های جامد حل شده در آب است و یا مجموع غلظت همه یون­های موجود در آب می­باشد، هدایت الکتریکی که نشان دهنده قدرت یونی یک محلول برای انتقال جریان الکتریسیته است و تابعی از قدرت یونی آب (مقدار کاتیون­ها و آنیون­های موجود در آب) می­باشد، و همچنین کلر[7]، کلسیم[8]، سدیم[9]، منیزیم[10]، اسیدیته[11] و نسبت جذب سدیم[12] برای بررسی کیفیت آب ضروری است (6، 7). اما این نکته مهم است که اندازه­گیری پارامترهای کیفی آب نیاز به صرف وقت و هزینه­های زیادی دارد و از سویی دیگر مقدار دبی آب رودخانه و تغییرات فصلی می­تواند روی مقادیر پارامترهای کیفی آب تأثیرگذار باشند. در موارد گوناگونی رابطه دبی آب با کیفیت آن نیز مورد بررسی قرار گرفته است از جمله گروم و همکاران (1997) و ورویر و همکاران (1999) از تجزیه و تحلیل همبستگی برای ارزیابی رابطه بین متغیرهای کیفی آب استفاده کرده­اند (20، 21).  میلر و هیرست (1998) با استفاده از آمار کیفیت شیمیایی در یک دوره 5 ساله در حوضه­ای در اسکاتلند، تغییرات سالانه مقدار و غلظت و هم­چنین تغییرات آب نهرها را به دلیل تغییر دبی بررسی کردند (22). از جمله کارهایی که در ایران انجام گرفته نیز می­توان به پژوهش­های رزاز (1385) و نوریان (1386) در مورد مشاهدات زیست محیطی و عوامل فیزیکی و شیمیای رودخانه زاینده­رود در پایین دست سد و کارهای ندافی و همکاران (2007) بر روی حوزه آبخیز کارون در ارتباط با رابطه دبی و کیفیت آب با استفاده از روش کم­ترین مربعات اشاره کرد (23). در تحقیق حاضر سعی شده است که روابط بین دبی با پارامترهای کیفی آب در دو زیرحوضه خلیفه­ترخان و چهل­گزی سد قشلاق سنندج به تفکیک و عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال بررسی گردد تا بتوان از طریق آنها و بدون انجام اقدامات صحرایی و تنها با داشتن مقدار دبی و توجه به تغییرات فصلی کیفیت آب های سطحی، به استخراج و بازیابی داده­های کیفی آب پرداخت.

مواد و روش­ها

موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

ایستگاه­های هیدرومتری یا آب سنجی دو زیر حوضه چهل­گزی و خلیفه­ترخان به عنوان محل اندازه گیری و جمع آوری داده­های پژوهش حاضر، از ایستگاه­های مهم سد قشلاق (سد وحدت) واقع در حومه استحفاظی شهر سنندج می­باشند. ایستگاه چهل­گزی دارای طول جغرافیایی "12 '57 ˚46 و عرض جغرافیای "46 '27 ˚35 و همچنین ایستگاه خلیفه­ترخان دارای طول جغرافیایی "19 '03 ˚47 و عرض جغرافیایی "54 '29 ˚35 می­باشد. شکل(1) موقعیت جغرافیایی این دو زیر حوزه و ایستگاه­های آن را نشان می­دهد. مساحت­ حوضه­های چهل گزی و خلیفه ترخان به ترتیب 272 و 690 کیلومترمربع و ارتفاع متوسط هر دو زیرحوزه مذکور حدود 1560 متر بوده و همچنین متوسط بارندگی نیز در این دو زیرحوزه 2/294 میلی­متر می­باشد. در این دو زیرحوزه شیل بیش­ترین فرسایش و آهک­های میکروفسیل­دار کم­ترین فرسایش را در بین سنگ­های پیوسته به خود اختصاص می­دهند. علاوه بر این نهشته­های منفصل بستر رودخانه ها بیش­ترین حساسیت را دارند.

شکل 1- موقعیت جغرافیایی زیر حوضه­های خلیفه­ترخان و چهل­گزی درحوزه آبخیز سد قشلاق سنندج.

Figure 1. The location of Chehelgazi and khalifehtarkhan sub-watersheds in Sanandaj Gheshlagh dam watershed

نحوه جمع­آوری داده­ها

تحقیق انجام گرفته به منظور بررسی ارتباط بین پارامترهای کیفی آب با دبی، به تفکیک و عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال جهت مدل­سازی کیفیت آب با استفاده از داده­های جمع­آوری شده دبی، کل مواد جامد محلول، هدایت الکتریکی، کلر، کلسیم، سدیم، منیزیم، اسیدیته و نسبت جذب سدیم انجام شده است که این داده­ها توسط شرکت سهامی آب منطقه­ای استان کردستان در بازه زمانی سال­های 1364 تا 1390 از ایستگاه­های هیدرومتری دو زیرحوضه چهل­گزی و خلیفه­ترخان سد قشلاق سنندج جمع­آوری شده است.

نحوه تجزیه و تحلیل داده­ها

در این تحقیق رابطه بین پارامترهای کیفی آب شامل املاح محلول، هدایت الکتریکی، کلر، کلسیم، سدیم، منیزیم، اسیدیته و نسبت جذب سدیم به عنوان متغیرهای وابسته و دبی آب به عنوان متغیر مستقل با استفاده از پنج رابطه خطی، لگاریتمی، توانی، معکوس و نمایی بررسی شد. که کلیه تحلیل­های آماری انجام شده توسط نرم­افزار آماری SPSS و در سطح اطمینان 95 درصد، پس از بررسی نرمال‌ بودن داده­ها توسط آزمون کلموگروف – اسمیرنوف، صورت گرفته است.

واسنجی و بررسی صحت مدل­ها

 در این تحقیق برای ارزیابی و سنجش میزان کارایی دقت مدل های رگرسیونی و مقایسه نسبی نتایج مدل های تخمینی با مقادیر اندازه­گیری شد پارامترهای کیفی، آزمون­هایی که توسط جاکویدز (1997) پیشنهاد شده، انجام گرفته است. بدین جهت برای ارزیابی اعتبار و دقت مدل از معیارهای آماری ضریب تبیین[13]، ریشه میانگین مربعات خطا [14]و میانگین اریبی اشتباه[15] استفاده شد (رابطه­های 1 و 2). جاکویدز نشان داد که استفاده از شاخص های RMSE و MBE به تنهایی، موجب به وجود آمدن خطا در انتخاب بهترین مدل می­شود هم­چنین توصیه نمود که در کنار این دو شاخص، از معیارt  که ترکیبی از دو رابطه مورد نظر می­باشد (رابطه 3)، استفاده شود (24).

در این معادلات مقدار برآورد شده یا شبیه سازی شده پارامترهای کیفی،  مقدار اندازه­گیری ­شده یا مقادیر واقعی پارامترهای کیفی و تعداد مشاهدات می­باشد. t نیز معیار جاکویدز است که مقادیر کم­تر آن نشان­گر کارایی بالاتر مدل در مدل سازی است و ضریب تبیین نیز نشان دهنده میزان ارتباط مقادیر برآورد شده با مقادیر محاسبه شده است که هر چه مقدار آن بیشتر باشد، این ارتباط نزدیک­تر است و اختلاف مقدار برآورد شده با مقدارمحاسبه شده کمتر خواهد بود. پارامتر ارزیابی میانگین اریبی اشتباه نشان می دهد که مدل مقدار متغیر مورد نظر را کم یا زیاد برآورد می کند. زمانی که میانگین اریبی اشتباه برابر صفر است، مشخص می شود که مدل برآورد مناسبی داشته و هیچ گونه انحرافی وجود ندارد. هم­چنین مقادیر کم­تر ریشه میانگین مربعات خطا و معیار جاکویدز نشانگر کارایی و اعتبار بالاتر در مدل سازی است. در این مطالعه مدل­های قابل قبول با ضریب تبیین بالای 5/0 مدنظر قرار گرفته شده اند و شاخص اعتبارسنجی RMSE، MBE و معیار t تنها برای این مدل ها محاسبه شده اند. درمدل­های که معیار جاکویدز به علت مقدار پایین و منفی بودن MBE وجود نداشت، الگوهای برتر بر اساس شاخص ریشه میانگین مربعات خطا تعیین گردیده شد و به جای مقدار t، علامت خط تیره به مفهوم عدم وجود این معیار برای مدل مورد نظر در جدول استفاده شده است (3، 24).

نتایج و بحث

رابطه بین پارامترهای کیفی آب با دبی در زیر حوضه چهل­گزی

اطلاعات حاصل از بررسی رابطه بین پارامترهای کیفی آب با دبی به تفکیک و عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال در زیرحوضه چهل­گزی با استفاده از هر 5 رابطه با ارایه روابط برتر درجدول (1) خلاصه شده است. در این جدول ضریب همبستگی رگرسیون، ضریب تبیین، ضریب تبیین تعدیل شده[16]، سطح معنی­داری[17]، ریشه میانگین مربعات خطا، میانگین اریبی اشتباه و معیار جاکویدز آمده است.

ماه­های سرد زیرحوضه چهل­گزی

نتایج نشان می­دهد که در زیرحوضه چهل­گزی در ماه­های سرد دبی آب توانایی ارتباط معنی­دار با پارامترهای کیفی TDS، EC، Ca، CL و Na داشته که در بین آنها بیش­ترین ضریب تبیین مربوط به EC و کم­ترین آن مربوط به یون CL می­باشد(جدول(1)). ارتباط بین دبی با Mg، SAR و pH آب به دلیل پایین بودن ضریب تبیین مدنظر قرار نگرفته شد. هم­چنین نتایج حاصل از آزمون واسنجی و بررسی صحت مدل­ها نشان داد که رابطه بین دبی با پارامترهای کیفی TDS،EC ، CL و Na به علت پایین بودن معیار جاکویدز از نوع خطی بوده و رابطه بین یون Ca با دبی نیز در این زیرحوضه از نوع نمایی می­باشد که معادله این روابط در جدول (2) آمده است.

ماه­های گرم زیرحوضه چهل­گزی

نتایج در ماه­های گرم زیرحوضه چهل­گزی بیان داشت دبی آب توانایی ارتباط معنی­دار با پارامترهای کیفی TDS، EC، Ca، Mg، Na و SAR دارد که در بین آن­ها بیش­ترین ضریب تبیین مربوط به EC و کم­ترین آن مربوط به پارامتر Mg می­باشد (جدول (1)). ارتباط بین دبی و یون CL و pH آب به دلیل پایین بودن ضریب تبیین مدنظر قرار نگرفته شد. هم­چنین نتایج حاصل از آزمون­های واسنجی نشان داد که رابطه بین دبی با پارامترهای کیفی TDS، EC، Ca، Mg، Na و SAR به علت پایین بودن RMSE و معیار جاکویدز از نوع خطی بود که معادله این روابط نیز در جدول (2) آمده است.

عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم زیرحوضه چهل­گزی

اطلاعات حاصل از بررسی رابطه بین پارامترهای کیفی آب با دبی، بدون تفکیک ماه­های سرد و گرم زیرحوضه چهل­گزی نیز نشان می­دهد که در زیرحوضه چهل­گزی دبی آب توانایی ارتباط معنی­دار با پارامترهای کیفی TDS، EC، Ca، Na و SAR را دارد که در بین آن‌‌ها بیش­ترین ضریب تبیین مربوط به EC و کم­ترین آن مربوط به پارامتر SAR می­باشد (جدول(1)). ارتباط بین دبی و یون CL، Mg و pH آب به­دلیل پایین بودن ضریب تبیین مدنظر قرار نگرفته شد. هم­چنین نتایج حاصل از آزمون­های واسنجی نشان داد که رابطه بین دبی با پارامترهای کیفی TDS، EC، Ca، Na و SAR به علت پایین بودن RMSE و معیار جاکویدز از نوع خطی می باشد که معادله این روابط نیز در جدول (2) آمده است.

جدول 1- نتایج حاصل از روابط برتر بین پارامترهای کیفی آب با دبی در زیرحوضه چهل­گزی

Table 1. The results of superior relationships between water quality parameters with discharch in Chehelgazi subwatershed

جدول 2-معادله ارتباطی دبی آب با پارامترهای کیفی آب در زیرحوضه چهل­گزی.

Table 2. The equation between water discharge with water quality parameters in Chehelgazi subwatershed

رابطه بین پارامترهای کیفی آب با دبی در زیرحوضه خلیفه­ترخان

اطلاعات حاصل از بررسی رابطه بین پارامترهای کیفی آب با دبی به تفکیک و عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال در زیرحوضه خلیفه­ترخان با استفاده از هر 5 الگوی ارتباطی و با ارایه الگو های برتر در جدول (3) خلاصه شده است.

ماه­های سرد زیرحوضه خلیفه­ترخان

خلاصه نتایج جدول (3) در ماه­های سرد زیرحوضه خلیفه­ترخان حاکی از آن است که دبی آب توانایی ارتباط معنی­دار با پارامترهای کیفی TDS، EC، CL، Ca و Na را دارد که در بین آن­ها بیش­ترین ضریب تبیین مربوط به یون CL و کم­ترین آن مربوط به پارامتر Na می­باشد. ارتباط بین دبی با Mg، SAR و pH آب به دلیل پایین بودن ضریب تبیین مدنظر قرار نگرفته شد. هم­چنین نتایج حاصل از آزمون های واسنجی نشان داد که رابطه بین دبی با پارامترهای کیفی TDS، EC، CL و Na از نوع خطی بوده و رابطه بین دبی با یون Ca نیز از نوع نمایی بوده که معادله این روابط در جدول (4) آمده است.

ماه­های گرم زیرحوضه خلیفه­ترخان

خلاصه نتایج جدول (3) در ماه­های گرم زیرحوضه خلیفه­ترخان گویای آن است که دبی آب دارای ارتباط معنی­دار با پارامتر TDS، EC، CL، Na و SAR می­باشد که در بین آن­ها بیش­ترین ضریب تبیین مربوط به یون Na و کم­ترین آن مربوط به پارامتر TDS است. هم­چنین نتایج حاصل از آزمون واسنجی نشان داد که رابطه بین دبی با پارامترهای کیفی TDS، EC، CL، Na و SAR از نوع خطی بوده که معادله این روابط در جدول (4) آمده است. قابل ذکر است که سایر پارامترهای کیفی آب ارتباط معنی­داری با دبی در این‌زیرحوضه را نداشتند.

3-2-3- عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم زیرحوضه خلیفه­ترخان

خلاصه نتایج جدول (3) در بررسی رابطه بین پارامترهای کیفی آب با دبی، بدون تفکیک ماه­های سرد و گرم زیرحوضه چهل­گزی نیز نشان می­دهد که در این زیرحوضه دبی آب دارای ارتباط معنی­دار با پارامتر TDS، EC، CL، Na و SAR دارد که در بین آن­ها بیش‌ترین ضریب تبیین مربوط به یون CL و کم­ترین آن مربوط به پارامتر TDS و EC می­باشد. هم­چنین نتایج حاصل از آزمون واسنجی نشان داد که رابطه بین دبی با پارامترهای کیفی TDS، EC، از نوع نمایی و CL، Na و SAR از نوع خطی بوده که معادله این روابط در جدول (4) آمده است. لذا سایر پارامترهای کیفی آب نیز ارتباط معنی­داری با دبی در این زیرحوضه را نداشتند.

جدول 3- نتایج حاصل از روابط برتر بین پارامترهای کیفی آب با دبی در زیرحوضه خلیفه ترخان

Table 3. The results of superior relationships between water quality parameters with discharch in Khalifehtarkhan subwatershed

جدول 4- معادله ارتباطی دبی آب با پارامترهای کیفی آب در زیرحوضه خلیفه ترخان

Table 4.The equation between water discharge with water quality parameters in khalifehtarkhan subwatershed

مقایسه نتایج در دو زیرحوضه چهل­گزی و خلیفه­ترخان

نتایج حاصل از (جدول­های 1 و 3) ارتباط پارامترهای کیفی آب با دبی به تفکیک و عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال در زیرحوضه­های چهل­گزی و خلیفه­ترخان نشان داد که ارتباط بین دبی با هدایت الکتریکی، املاح محلول، کلر و سدیم در زیرحوضه چهل‌گزی در ماه­های سرد سال، رابطه خطی و همچنین برای بیان ارتباط بین دبی با کلسیم رابطه نمایی با توجه به ضریب تبیین بالا و بررسی آزمون­های واسنجی مناسب­تر بوده و هم­چنین در این زیرحوضه برای ماه­های گرم سال برای بیان ارتباط بین دبی با املاح محلول، هدایت‌الکتریکی، منیزیم، کلسیم، سدیم و نسبت جذب سدیم، رابطه خطی مناسب­تر می باشند. مقایسه تفکیکی ارتباط پارامترهای کیفی آب با دبی به صورت ماه­های سرد و گرم سال در زیرحوضه چهل­گزی با عدم تفکیک ماه­های سرد وگرم سال گویای آن می­باشد که بررسی ارتباط پارامترهای کیفی با دبی به صورت عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال، توانایی دست­یابی به مدل مناسب جهت برآورد، کلر و منیزیم را دارا نمی باشد. در زیرحوضه خلیفه­ترخان نیز درماه­های سرد سال برای بیان ارتباط بین دبی با املاح محلول، هدایت الکتریکی، کلر، سدیم، الگوی خطی و برای بیان ارتباط بین دبی با کلسیم، الگوی نمایی مناسب تر و همچنین در ماه­های گرم برای بیان ارتباط بین دبی با املاح محلول، هدایت الکتریکی، کلر، سدیم و نسبت جذب سدیم، رابطه خطی با توجه به ضریب تبیین بالا و آزمون های واسنجی صورت گرفته مناسب­تر می باشد. مقایسه تفکیکی ارتباط پارامترهای کیفی آب با دبی به‌صورت ماه­های سرد و گرم سال در زیرحوضه‌خلیفه‌ترخان با عدم تفکیک ماه­های سرد وگرم سال در این زیرحوضه نیز گویای آن است که بررسی ارتباط پارامترهای کیفی با دبی به صورت عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال، توانایی برآورد کلر و منیزیم در زیرحوضه چهل­گزی و برآورد کلسیم در زیرحوضه خلیفه ترخان امکان­پذیر نمی­باشد. که دبی آب دارای ارتباط معنی­دار با پارامتر کل مواد جامد محلول، هدایت الکتریکی، کلر، کلسیم، سدیم، منیزیم، اسیدیته و نسبت جذب سدیم می باشد. همچنین نتایج حاصل از این مدل­سازی با نتایج حجتی و همکاران(2009)، کرمی و هوشمند (2013)، مساعدی و همکاران (2010)، محمدی و همکاران (2014)، نی نیوا و همکاران (2014) و ندافی و همکاران (2007) هم­خوانی دارد (7، 4، 3، 19، 6 و 23).

نتیجه گیری

پژوهش حاضر به­منظور بررسی ارتباط پارامترهای کیفی آب با دبی به تفکیک و عدم تفکیک ماه­های سرد و گرم سال در ایستگاه­های چهل­گزی و خلیفه­ترخان در حوضه سد قشلاق سنندج بیان‌گر آن می­باشد که می­توان با استفاده از این روابط و توجه به تغییرات فصلی کیفیت آب­های سطحی، بدون انجام اقدامات آزمایشگاهی و تنها با داشتن مقدار دبی و در نظرگرفتن صرفه­جویی اقتصادی به مدل­سازی کیفیت آب، استخراج و بازیابی داده­های کیفی آب اقدام نمود.

تشکر و قدردانی

با سپاس از زحمات بی شائبه دکتر لقمان قهرمانی، استادیار و عضو هیأت علمی دانشکده منابع طبیعی،گروه جنگل، دانشگاه‌کردستان و دکتر لیلا غلامی، استادیار و عضو هیأت علمی دانشکده منابع طبیعی،گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع‌طبیعی‌ساری که نویسندگان را در تمامی مراحل این پژوهش همراهی و همیاری نمودند.

Reference

1. SolaimaniSardo, M ., Vali, A.A., Ghazavi, R., Saidi Goraghani, H.R. 2013. Trend Analysis of Chemical Water Quality Parameters; Case study Cham Anjir River, Journal of Irrigation and Water Engineering, 3(12), 95-106 (In Persian).
2. Shekohifar, M., Izadpanah, Z. 2013. Relationship between TDS, EC, HCO3 and CL with Karun River discharge in cold and hot seasons using regression analysis, First National Conference on Water and Agricultural Resources Challenges, Irrigation and Drainage Association of Iran Islamic Azad University Khorasgan Branch (In Persian).
3. Mosaedi, A., Zanganeh, M.E., Karimi, I. 2010. Investigating the Relationship between Chemical Parameters in Water and Flow Rate by Regression Analysis, 6th National Conference on Watershed Management Science and Engineering and 4th National Conference on Erosion and Sedimentology, Tarbiat Modares University, Mazandaran (In Persian).
4. Karami, O., Hoshmand, A.R. 2013. Validation and estimation of correlation between TDS and EC of Karun River water, In high water and low water seasons, 4th National Conference on Irrigation and Drainage Network Management, Shahid Chamran University of Ahwaz, Faculty of Water Science Engineering (In Persian).
5. Nainiva, S.P., Hamidi, SH., Yarahmad, S. 2014. Linear Regression Model of Electrical Conductivity (EC) and Total dissolved solids (TDS) for Water Quality Management in Two Hydrometric Stations of Qeshlagh Dam, Sanandaj, Third National Conference on Environmental Research in Iran, University of Kurdistan, Sanandaj (In Persian).
6. Nainiva, S.P., Chapi, K., Yarahmad, S., Hamidi, SH.  2014. Relationships of Chemical Parameters of Water with Water Discharge in the Gheshlagh Watershed, The First Electronic Conference on New Findings in the Environment and Agricultural Ecosystems, Institute of New Energy and Environment, University of Tehran, Tehran (In Persian).
7. Hojati, M., Bostani, F., Aboverdi, J. 2009. Correlation of discharge and electrical conductivity of rivers in Bakhtegan basin using two methods of Pearson and Kendall,  Journal of Water Engineering, 2, 83-94 (In Persian).
8. Ouyang, Y., P. Nkedi-Kizza, Q.T. Wu, D. Shinde, C.H. Huang. 2006.Assessment of seasonal variations in surface water quality. Water Research, 40(20), 3800-3810.
9. Meybeck, M. 2002. Riverine quality at the Anthropocene: propositions for global space and time analysis, illustrated by the Seine River. Aquat. Sci. 64: 376-393.
10. Kay, D., M. Wyer, J. Crowther, C. Stapleton, M. Bradford, A. McDonald, J. Greaves, C. Francis and J. Watkins. 2005. Predicting faecal indicator fluxes using digital land use data in the UKs sentinel Water Framework Directive catchment: the Ribble study. Water Res. 39: 3967-3981.
11. Dawe, P. 2006. A statistical evaluation of water quality trend in selected water bodies of Newfoundland and Labrador. J. Eviron. Eng. Sci. 5: 59-73.
12. Chang, H.J. 2008. Spatial analysis of water quality trend in the Han River basin, South Korea, 1993_2002. Water Resour. 42: 3285-3304.
13. Li, S., Gu,S., Tan,X., Zhang,Q. 2009. Water guality in the upper Han River. China: The impacts of land use/land cover in riparian buffer zones, Journal of Hazardous Materials, 195, pp 317-324.
14. Loukas, A. 2010. Surface water quantity and quality assessment in Pinios River, Thessaly, Greece. Desalination, 250(1), 266-273.‏
15. Sun, W., Xia, C., Xu, M., Guo, J., and Sun, G. 2016. Application of modified water quality indices as indicators to assess the spatial and temporal trends of water quality in the Dongjiang River. Ecological Indicators, 66, 306-312.‏
16. Gorji, M., Refahi, H. 1994. Investigating the causes of salinity of Ajji River and its optimal use of water, Seventh Seminar of the National Committee on Irrigation and Drainage (In Persian).
17. Karami Moghadam, A., Hji MashHadi, S. 2006. Investigating the role of Gorganrood River discharge changes in the process of influence of chemical foundations of its water quality (Case Study on Gorgan, Ghoraqoli and Gorgan Dam Stations), Seventh International Seminar on River Engineering (In Persian).
18. Ghovhi, J.H., Habibnezhad, M., Vahabzadeh. G., Khaledi Darvishan, A. 2012. Efficiency of Different Data Separation Methods to Increase the Accuracy of Sediment Rating Curve; Case Study A Part of the Sefidrood Watershed, Journal of Irrigation and Water Engineering, 2(7), 97-111 (In Persian).
19. Mohamadi, H., Kalantari, N., Pahlavanzadeh, S. 2014. Investigation of the Impact of Jarra Dam Construction on Yellow River Water Quality Using Statistical and Hydrochemical Methods, Second National Conference on Water Crisis, Shahrekord University, 116-122 (In Persian).
20. Grum M., R. H. Aalderink, L. Lijklema and H. Spliid. 1997. The underlying structure of systematic variations in the event mean concentrations of pollutants in urban runoff. Water Sci. Tech. 36(8-9): 135-140.
21. Vervier P., A. Pinheiro, A. Fabre, G. Pinay and E. Fustec. 1999. Spatial changes in the modalities of N and P inputs in a rural river network. Water Res. 331: 95-104.
22. Miller, J. D. D. Hirst. 1998. Trends in concentration of solutes in an upland catchment in Scotland. Science of the Total Environment 216: 77-88.
23. Naddafi, K., H. Honari, and M. Ahmadi. 2007. Water quality trend analysis for the Karoon River in Iran. Journal of Environ Monitor Assessment 134: 305-312.
24. Jacovides, C. P., 1997, Reply to comment on Statistical procedures for the evaluation of evapotranspiration models. Agricultural water management 3:95-97.