عنوان: درس سمینار کارشناسی ارشد موضوع:

دانشگاه ازاد اسلامی - واحد میبد دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی گروه آموزشی کارشناسی ارشد محیط زیست • عنوان: • درس سمینار کارشناسی ارشد • موضوع: • فرآیند تحلیلی روش شناختی پهنه بندیکیفی رودخانه ها با استفاده از مدل NSF WQI در محیط GIS • استاد راهنما: • جناب آقای دکتر مقصودلو • محقق: • سیدشکرا...برزگر • دانشجوی کارشناسی ارشد آلودگی های محیط زیست • بهار91

اهمیت مطالعه و پایش رودخانه:

اهمیت رودخانه از دیدگاه اقتصادی ، اجتماعی ، زیست محیطی: • تهیه آب آشامیدنی • آبیاری زمین های کشاورزی (مستقیم و غیر مستقیم) • تولید نیروی برق (سدها) • تهیه آب مصارف صنعتی • دفع زایدات شهری و صنعتی (آب های پذیرنده) • دریانوردی – ماهیگیری –قایقرانی – شنا و ارزش چشم انداز

طبقه بندی رودها: • الف) طبقه بندی رودها بر اساس خصوصیات جریان: • رودهای بسیار بزرگ • رودهای بزرگ • رودهای کوچک • نهرها • ب) طبقه بندی بر اساس رژیم جریان: • رودهای با جریان کم (low flow) • رودهای با جران متوسط (medium flow) • رودهای با جریان بالا (hiyh flow) • ج) طبقه بندی بر اساس زمان تداوم جریان: • دائمی • فصلی د) طبقه بندی بر اساس نوع کاربرد: • جریان تنظیم شده • جریان تنظیم نشده

منابع آلوده کننده رودخانه ها: الف) نقطه ای (کارخانه ها و صنایع و اجتماعات شهری و روستایی) ب) غیر نقطه ای ( اراضی کشاورزی) عوامل آلوده کننده آب رودخانه ها: • آلودگی شیمیایی ==== مواد آلی و معدنی • آلودگی فیزیکی ==== بر اساس رنگ ، کدورت ، وحرارت • آلودگی فیزیولوژیکی ==== بر اساس طعم و بو • آلودگی زیستی ==== بر اساس باکتری ها ، ویروس ها ، گیاهان و حیوانات

دلایل اصلی پایش و مطالعه رودخانه ها: اهمیت صیانت از منابع آبی به ویژه منابع آبی سطحی: الف) بر اساس شاخص موسسه بین المللی آب ، ایران از کشورهای به شدت کم آب محسوب می شود. ب) طبق شاخص های ارزیابی منابع در جهان سرانه آب ایران 1700 مترمکعب می باشد. ج) برابر روند فوق الذکر پیش بینی می شود در سال 1415 (24 سال آینده) ایران با بحران بی آبی مواجه خواهد شد. نکته: با درک موقعیت کشور از نقطه نظر امکانات منابع آبی ، وضعیت آلودگی آبها ، شرایط اقتصادی و اهمیت ارزیابی منابع آبی و نبود منابع قابل توجه در این زمینه مطالعه و پایش رودخانه برای تهیه برنامه های مدیریتی لازم و ضروری به نظر می رسد.

مراحل پایش و مطالعه یک رودخانه: • 1- بازدید میدانی از منطقه • 2- تهیه نقشه های پایه از منطقه مورد مطالعه: شامل: الف) نقشه پراکندگی مناطق مسکونی و صنعتی ب) کاربری اراضی: - کشاورزی - مرتعی - جنگلی • 3- اطلاعات مربوط به زمین شناسی و بافت خاک (سازندهای زمین شناسی) منطقه حوضه آبریز • 4- اطلاعات مربوط به حداکثر و حداقل دبی در طول سال آبی • 5- اطلاعات مربوط به مساحت حوضه آبریز • 6- اطلاعات مربوط به تعیین میزان و نوع مصرف آب

متدولوژی پایش: برای متدولوژی پایش یک سری دستورالعمل ها وجود دارد (سازمان های مختلف) به عنوان مثال دستورالعمل نشریه شماره 522 معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رئیس جمهور- دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا وزارت نیرو اهمیت تدوین دستوالعمل پایش کیفیت منابع آب: • اهمیت پایش و اهداف برنامه پایش • دامنه کاربرد پایش • تعیین منابع آلاینده • پارامترهای مورد اندازه گیری در برنامه پایش

تعیین ایستگاههای پایش (براساس دستورالعمل) 1- نحوه انتخاب محل ایستگاه و تعداد آنها • 2- زمان پایش (هفته ای – ماهیانه – فصلی ) • – تر –خشک • 3- بر آورد هزینه های پایش

عملیات نمونه برداری: • روش نمونه برداری • مشخصات ظرف نمونه برداری و آماده سازی آنها • روش برداشت نمونه از آب • چگونگی ثبت مشاهدات میدانی • روش حمل نمونه ها به آزمایشگاه • عملیات آزمایشگاهی و اخذ نتیجه و ثبت مقدار پارامترها در جداول مخصوص

مدل ها و شاخص ای مطالعات پایش: • مدل ها و شاخص های متفاوت و زیاد برای برنامه مطالعه و پایش وجود دارد. از جمله این روش ها: • روش HORTON • روش PRATI • روش اورگان • روش OCONNOR • روش LEE • روش ZAK • روش OWENS • روش ISNAL • روش QUAL 2 E • روش NSFWQI

مدل QUAL 2 E • یکی از مدلهای اکولوژیکی تعیین کیفیت آب است. • برای اولین بار در آمریکا کاربرد داشته در دهه 1960 ارائه گردید. • بر روی بسیاری از رودخانه های جهان نتایج رضایت بخش داشته است. • این مدل می تواند 15 جز که بر روی کیفیت آب موثر است را شبیه سازی کند.

موارد استفاده از مدل QUAL 2 E • ارزیابی اثرات تخلیه انواع گوناگون و میزان آلاینده در اکوسیستم رودخانه • طراحی ایستگاههای نمونه برداری برای تجزیه و تحلیل خصوصیات شیمیایی در طول فرآیند • شناسایی مناطقی از رودخانه که غلظت اکسیژن محلول کمتر از حد اشباه می باشد. • برآورد اثرات تحمیل شده به اکوسیستم

محدودیت های استفاده از مدل QUAL 2 E • قطعه های مورد بررسی حداکثر 50 قطعه • عناصر محاسباتی در هر قطعه بیشتر از 20 و در کل برنامه بیشتر از 500 نمی باشد. • عوامل محاسبات سر شاخه ها حداکثر 9 می باشد. • عوامل ورود و خروج فاضلاب حداکثر 50 عامل می باشد. • این مدل نیاز به کامپیوتر با ویندوز 1/3 حداقل 4 مگابایتRam و 10 مگابایت ظرفیت می باشد.

از میان مدل فوق الذکر و مدل NSFWQI یک روش جامع و کامل می باشد که نسبت به مدل های دیگر ارجحیت دارد. معرفی مدل WQI: در ایالات متحده آمریکا بیش از 100 متخصص در زمینه کیفیت آب فرا خوانده شدند تا استانداردی برای کیفیت آب تدوین کنند. این استاندارد در دهه 1970 تهیه گردید و شاخص کیفیت آب نامیده شد. (water quality index) که به اختصار WQI عنوان می گردد.

خصوصیات شاخص: • این شاخص یک ابزار ریاضی است. • نتایج آزمایشات را به عدد تبدیل می کند. • نتایج به صورت کمی و قابل درک و به صورت ساده بیان می شود. • ارزانی و کارآیی مناسب به سایر مدل ها • کاربرد بیشتر نسبت به سایر مدل ها • در برداشتن تعداد زیادی از پارامترها

موارد استفاده از این مدل: • بیان کیفیت آب یک حوضه مانند: دریاچه ، رودخانه ، نهر • مقایسه بین 2منبع آبی در یک منطقه و یا در منطق مختلف • این شاخص می تواند ملاکی برای سنجش آب از نظر سلامت باشد. (کلی فرم ها) • تعیین توان خودپالایی رودخانه • بررسی روند پر غذایی،( پدیده یوتریفیکاسیون) • بررسی حیات آبزیان (مثل ماهی ها) با توجه به DO و درجه حرارت • بررسی در استفاده در کشاورزی با توجه به EC آب

در مدل WQI نه پارامتر مورد سنجش قرار می گیرد.

شاخص بندی کیفیت آب با مدل WQI: این شاخص یک شاخص کاهشی است. با افزایش آلودگی شاخص کاهش می یابد. اعداد این شاخص بین صفر تا 100 می باشد. (جدول شاخص بندی)

محاسبه شاخص با استفاده از معادله زیر: ΣQiWi Wi = وزن یا درجه اولویت عامل از 0 تا 1 Qi = کیفیت پارامتر از 0 تا 100 WQI = شاخص کیفیت آب که مقدار آن از 0 تا 100 متغیر است.

پارامتر های این شاخص دارای وزن هایی هستند به شرح جدول ذیل:

روش محاسبه و تعیین شاخص WQI: مقدار هر پارامتر را از طریق آزمایش بدست می آوریم و در قسمت Test result قرار می دهیم هر کدام از این پارامترها دارای یک Q-value هستند که از طریق نمودار مخصوص بدست می آیند. محور x ها این نمودار ها ، نتایج آزمایشات با واحدهای مخصوص خود هستند. محور yها Q-value هر پارامتر را مشخص می کند که یک عدد بی بعد است. اعداد به دست آمده از نمودار در ستون Q-value قرار می گیرد. • با توجه به اینکه هر پارامتر دارای ضریب وزنی خالص می باشد اعداد بدست آمده از ضرب این ضرایب در مقادیر این ستون شاخص WQI را مشخص می کند.

تطبیق مقدار پارامتر های بدست آمده با استانداردها عمده مصرف آب در کشاورزی – صنعت و شرب مردم می باشد. استاندارد هر پارامتر بر اساس نوع مصرف آن مشخص می شود. بهترین منبع برای مشخص نمودن استانداردهای کتاب استاندارد متد می باشد. در ایران سازمانهای متولی اقدام به انتشار استانداردهایی براساس مصارف مختلف نموده اند. به طور مثال: استاندارد آب آشامیدنی طی مراحل تجدید نظر در سال 1376 آخرین آن با عنوان ویژگی های پشیمانی آب به شماره 1053 انتشار یافت و در حال حاضر استاندارد رسمی کشور محسوب می شود. مقایسه تعدادی از استانداردهای برای بعضی از پارامترهای کیفی آب .آشامیدنی.

GIS و کاربرد آن در پهنه بندی رودخانه ها: سیستم اطلاعات جغرافیایی: Gographical information system تعریف: سامانه اطلاعات جغرافیایی عبارت است از یک نظام منسجم از سخت افزار ، نرم افزار و داده هاست که امکان می دهد داده های وارد شده به رایانه ، ذخیره ، تجزیه و تحلیل انتقال ، ارزیابی و بازیابی شده و به صورت اطلاعات نقشه ای ، جدولی ، و مدلی از پهنه های جغرافیایی منتشر می شوند. • GIS دارای 4 رکن اساسی است: • سخت افزار • نرم افزار • داده ها • کاربر

کاربرد GIS در پهنه بندی رودخانه ها: • وضعیت توپوگرافی منطقه: - طبقات شیب – جهت - ارتفاع • کاربری اراضی حوضه آبریز: -پوشش گیاهی - جنگل مرتع - زراعی و باغی - فعالیت دامپروری • پراکنش مناطق مسکونی • پراکنش مناطق صنعتی • زمین شناسی و سازنده های زمین شناسی حوضه آبریز– نوع خاک

ابزارهای مورد استفاده در GIS: • نقشه • عکس های هوایی • تصاویر ماهواره ای • دستگاه GPS برای طول و عرض جغرافیایی (ایستگاهها)

دلایل استفاده از GIS: • پاسخگویی به نیاز کاربران • ساماندهی و افزایش بهره وری از منابع موجود • بهینه سازی سرمایه گذاری ها و برنامه ریزی ها • ابزاری مفید در جهت تصمیم گیری مدیران • سرعت و دقت آن بالاست.

جدول تلفیق GIS با شاخص NSF WQI

چگونگی پهنه بندی یک رودخانه با استفاده از GIS: با توجه به عدد شاخص WQI مسیر رودخانه در ایستگاههای با رنگ های مختلف تفکیک می شود که هر رنگ نشان دهنده وضعیت رودخانه در آن ایستگاه با توجه به عدد شاخص می باشد. همچنین مشخص می شود که توان خود پالایی رودخانه در کدام پهنه بیشتر و در کدام پهنه کمتر است.

منابع: 1- خاتمی - سید هادی ، (1366 )، محاسبات خود پالایی رودخانه ها ، انتشارات سازمان حفاظت محیط زیست 2- خاتمی - سیدهادی ، (386 1)، خودپالایی رودخانه ها ، انتشارات سازمان حفاظت محیط زیست. • 3- خاتمی - سیدهادی ،(1390) ارزیابی کیفیت آب (آب های سطحی رودخانه ها) انتشارات شرکت مهندسی توسعه آب آسیا • 4- رمضانی - علی و مهدی -احمدی ، (1390)، پهنه بندی کیفی رودخانه گدارخوش با استفاده از شاخص QWI در محیط GIS ، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی 5- مخدوم - مجید و همکاران(1390) ، ارزیابی و برنامه ریزی محیط زیست با سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS

6- سیدمحمد - میرمحمد صادق ، (1385) ، آموزش نرم افزار ArcGIS مدل سازی و تجزیه و تحلیل های مکانی • 7- کریمیان - آرزو ، نبی زاده - رامین ، ومهران - افخمی،(1386) ، کاربرد سیستم های اطلاعات جغرافیایی در پهنه بندی کیفی رودخانه ها • 8- رازدار - بابک ، (1388) ، برسی کیفیت آب رودخانه پسیخان با استفاده از مدلQUAL2E • 9- معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رئیس جمهور – دفتر مهندسی معیارهای فنی آب و آبفا ، (1388)، نشریه شماره 522 دستورالعمل پایش کیفیت آب های سطحی (جاری) • 10- هوشمند - عبدالرحیم ، دلقدسی- مهدی،و حسام - سید کابلی ، (1387) ، پهنه بندی وضعیت کیفی رودخانه کارون بر اساس شاخص WQI با بهره گیری از GIS

11- عسکری - محمد سعد و همکاران ، (1388) ، پهنه بندی کیفیت آلودگی آب رودخانه سیمینه رود بر اساس شاخص NFS WQI با استفاده از GIS • 12- مهردادی - ناصر و همکاران، (1386) ، پهنه بندی کیفی آب رودخانه گرگان رود بر اساس شاخص WQI و GIS • 13- رحیمی معظم پور - صغری و همکاران ، (1390) ، پهنه بندی کیفی رودخانه زرد بر اساس شاخص WQI با بهره گیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی • 14- نوروزی - جمشید ، (1389) ، بررسی پهنه بندی شاخص کیفیت آب WQI رودخانه دیوجین در محیط GIS • 15- صمدی-محمد تقی و همکاران ، (1388) ، پهنه بندی کیفی آب رودخانه دره مرادینگ همدان بر اساس شاخص WQI در محیط GIS

16- نازلی مقدم - یکتا ، (1387) ، تعییم وضعیت کیفی رودخانه بالخو چای با استفاده از شاخص NSFWQI و پهنه بندی آن توسط GIS ، سومین کنفرانس منابع آب ایران. • 17- آخوندی - لیلا و همکاران ، (1390) پهنه بندی رودخانه قمرود بر اساس شاخص کیفی آب (NSFWQI) با استفاده از GIS – چهارمین کنفرانس منابع آب ایران • 18- سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور ، مدیریت منابع آب ایران ، (1383) ، دستورالعمل نمونه برداری آب ، نشریه شماره 1382 • 19. oguchi , tandjarvie , hp.(2000) , river water guality in hambercatcment t : an interoduction using GIS based mapping and analysis , sci total environ , 20- veerabhadram. K (2001), mapping of water quality index (wqi) using (GIS) as decision supporting system tool.

پایان با تشکر از توجه شما

عنوان: درس سمینار کارشناسی ارشد موضوع: