شبیه‌سازی روند کیفی کانال آبیاری نهر شعبان با استفاده از روش تحلیل پویایی سیستم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا همدان

2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

به­منظور روندیابی کیفی رودخانه­ها و بررسی چگونگی تغییرات آلودگی در آن­ها، استفاده از مدل­های کامپیوتری ضروری می­باشد. بدین منظور در این پژوهش به کمک روش تحلیل پویایی سیستم مدل کامپیوتری در محیط برنامه­نویسی VENSIM بسط داده شد که بتواند روند تغییر کیفیت آب را در یک مسافت 8/468 متری از منبع تزریق ماده ردیاب شبیه­سازی نماید. به­منظور واسنجی و اعتباریابی نتایج مدل از داده­های جمع­آوری شده یکی از کانال­های آبیاری درجه 3 شهرستان نهاوند (نهر شعبان) واقع در استان همدان استفاده گردید. پس از تجزیه و تحلیل آماری و محاسبه شاخص­های آماری جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، خطای استاندارد (SE)، میانگین خطای مطلق(MAE) و ضریب تبیین(R2) میزان برازش میان مقادیر واقعی و شبیه­سازی شده محاسبه شد. در کانال آبیاری تزریق ماده کلرید سدیم با هدایت الکتریکی 746/0 میلی­موس بر سانتی­متر به مدت 20 دقیقه صورت گرفت و در 3 ایستگاه با فواصل معین نمونه­برداری انجام پذیرفت. براساس نتایج بدست آمده، بهترین انطباق نتایج مدل با داده­های مشاهده­ای در فاصله­ی 5/16 متری از منبع تزریق و در ایستگاه اول، و کمترین انطباق در ایستگاه نمونه­برداری دوم در فاصله­ی 228 متری از منبع تزریق بود. مقادیر شاخص­های آماری RMSE، SE، MAE و R2 در ایستگاه اول به­ترتیب برابر با 35/0 میلی­موس بر سانتی­متر ، 18/0، 13/0 میلی­موس بر سانتی­متر و 90/0 و در ایستگاه دوم 47/0 میلی­موس بر سانتی­متر ، 24/0، 22/0 میلی­موس بر سانتی­متر و 81/0 برآورد گردید. نتایج نشان داد مدل حاضر در شبیه­سازی روند کیفی آب از دقت خوبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of the quality process of Nahr shaaban irrigation channel using system dynamics approach

نویسندگان [English]

  • Hamed Nozari 1
  • Saeed Azadi 2
  • Neda Mazoji 2
1 science and water engineering department, Faculty of agriculture, Bu Ali sina Hamedan
2 Department of Water Science Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

Using computer models in order to investigation of pollution changes in the rivers is essential. The first step in protecting water resources is the comprehensive awareness of their quality. So, in this research using system dynamics approach to developed computer model in the VENSIM programming environment, which can simulate the process of changing water quality in 468.8 m from the detector source. In order to calibrate and validate the model results, data collected from one of the irrigation channels of Nahavand (Nahr Shaaban) in Hamedan were used. After statistical analysis and calculation of RMSE, SE, MAE and R2, the fit between measured and simulated was calculated. In the irrigation channel, sodium chloride with electrical conductivity of 0.746 mmohs/cm was injected for 20 minutes and there were three sampling stations. The best fit of the model results with measured data was at the distance of 12.5 m (the first sampling station), and the lowest adaptation was in the second sampling station at the distance of 228 m from the injection source. The values of statistical indexes in the first sampling station were 0.35 mmohs/cm, 0.18, 0.13 mmohs/cm and 0.90, and at the second sampling station were 0.47 mmohs/cm, 0.24, 0.22 mmohs/cm and 0.81, respectively. The results showed that the model has good accuracy in simulation of water quality process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Pollution
  • Simulation
  • Sodium chloride
  • Vensim Software

ابریشم­چی، ا. 1383. مدل­سازی بهره­برداری از مخزن چند منظوره با استفاده از روش پویایی سیستم. نشریه آب و فاضلاب، جلد ۵۷، ص 58-47.

مفتاح هلقی، م. 1388. برآورد حداکثر بار آلودگی مجاز قابل تخلیه به گرگان­رود. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 16، شماره 1، ص 35-19.

نوذری، ح.، م. حیدری و س. آزادی. 1392. شبیه­سازی عملکرد محصولات زراعی در مدیریت­های مختلف آبیاری با روش تحلیل پویایی سیستم. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، جلد 27، شماره 4، ص 575-565.

Ahmadi, M. H., R. Rajabpour, F. Raeiszadeh and S. Farzin. 2014. Investigation the effects of reservoir operation on providing different demands by System dynamics (Case study: Kowsar dam in Iran). International Journal of Scientific Research and Management, 2(14): 1807-1811.

Batu, V. 2005. Applied flow and solute transport modeling in aquifers, fundamental principles and analytical and numerical methods. CRC Press.

Forrester, J. W. 1961.Industrial dynamics, Productivity Press, Portland, OR.

Gomez, S. and G. j. Pelletier. 2009. A modeling framework for simulation macacu river in Rio de janiero. Civil and Environmental Engineering Dept., Tufts University, ASCE J. Irrg. Drain Eng. 126(6): 381-388.

Gonçalves, J. C. and M. F. Giorgetti. 2013. Mathematical model for the simulation of water quality in rivers using the VENSIM PLE® software. Journal of Urban and Environmental Engineering, 7(1): 48-63.

Kalburgi, P. B., R.N. Shareefa and U. B. Deshannavar. 2015. Development and evaluation of BOD–DO model for River Ghataprabha near Mudhol (India), using QUAL2K. Journal of Engineering and Manufacturing, 1: 15-25.

Kashefipour, S. M. and R. A. Falconer. 2002. Longitudinal dispersion coefficients in natural channels. Water Research, 36: 1596–1608.

Lai, Y. C., Y. T. Tu, C. P. Yang, R. Y. Surampalli and C. M. Kao. 2013. Development of a water quality modeling system for river pollution index and suspended solid loading evaluation. Journal of Hydrology, 478: 89-101.

Mirch, A., K. Madani, D. Watkins and S. Ahmad. 2012. Synthesis of system dynamics tools for holistic conceptualization of water resources problems. Water Resourse Management, 26: 2421-2442.

Mostafazadeh-fard, B., H. Mansouri, S. F. Mousavi and M. Feyzi. 2009. Effects of different levels of irrigation water salinity and leaching on yield and yield components of wheat in an arid region. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 135(1): 32-38.

Nozari, H., S. Azadi and A. Zali. 2017. Experimental study of the temporal variation of drain water salinity at different drain depths and spacing in the presence of saline groundwater. Journal of Sustain. Water Resour. Manag. 10.1007/s40899-017-0182-8.

Nozari, H., M. Heydari and S. Azadi. 2014. Simulation of a right Abshar irrigation network and its cropping pattern using a system dynamics approach. Irrig. Drain. Eng. 10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000777.

Park, E. and H. Zhan. 2001. Analytical solutions of contaminant transport from finite one, two, and three dimensional sources in a finite thickness aquifer. Journal of Contaminant Hydrology, 53(1): 41-61.

Sadeghi khalegh abadi, L., A. Shamsai and H. Goharnejad. 2014. An analysis of the sustainability of basin water resources using Vensim model. Journal of Civil Engineering, 19(6): 1941-1949.

Smedt, F., W. Brevis and P. Debels. 2005. Analytical solution for solute transport resulting from instantaneous injection in streams with transient storage. Journal of Hydrology, 315: 25–39.

Wei, S. H., H. Yong, J. Song, K. Abbaspour and Z. Xu. 2012. System dynamics simulation model for assessing Socio-economic impacts of different levels of environmental flow allocation in the Weihe River Basin, China. European Journal of Operational Research, 221: 248-262.

Zheng, L., C. Chen and F. Y. Zhangc. 2004. Development of water quality model in the Satilla River Estuary, Georgia. Journal of Ecological Modelling, 178(3): 457-482.