نانو محک بهبود
مدیریت ،منابع آب،تصفیه آب ،تالاب،اکسیژن محلول،رودخانه ،خود پالایی

مدیریت بحران آب اثر اندرکنش آب سطحی و زیر زمینی روی تالاب ها

مدیریت منابع آب به عنوان یک هدف اصلی در کشورهای جهان مورد توجه است . از عمده ترین مسائل مدیریت آب در محیطهای شهری ، مسائل بهداشتی و کاهش کیفیت آب در اثر تخلیه مستقیم فاضلابهای صنعتی ، کشاورزی و شهری به محیط است . روشهای نوین مدیریت باید بر مبنای حفظ منابع آب ، استفاده مجدد از آن و سازگاری با اکوسیستم ناحیه باشد .

اخیرا تالاب ها بیشترین توجه را نسبت به خود جلب کرده اند زیرا اثر مهمی روی تهیه و کنترل کیفیت آب دارند که با جذب آلودگی آب آنها را پالایش می کنند بدین ترتیب که با عبور آب ناشی از جریانات سطحی از تالابها ، پوشش گیاهی و بافت اسفنجی بخشی از آلودگی آب را جذب نموده ، که تا حدی در پالایش آب موثر است . تغذیه سفره های آب زیرزمینی و کاهش خسارات ناشی از سیلاب به ویژه در پایین دست از جمله دیگر فواید تالاب های منطقه بوده است .

جلوگیری از پیشروی آب شور و تأمین معیشت ساکنین منطقه نیز از جمله کارکردهای مثبت تالابهای منطقه است به همین دلیل محققان تالاب ها را به عنوان بهترین روش مدیریت عملی آب مطرح می سازند و برای ایجاد مدلهای پیچیده ای برای انها تلاش کرده اند که قادر باشند مدلسازی دینامیک تالاب و علاوه بر این ، اندرکنش آب های سطحی (اندرکنش یعنی کنش و واکنش دو محیط مجاور هم در اینجا یعنی کنش و واکنش مخزن و سد) یا آبهای زیرزمینی که نقش مهمی را در تالاب ها ایفا می کنند به درستی انجام دهند . این فرایندها دینامیک هیدرولوژی تالاب و انتقال مواد معلق را به میزان زیادی تحت تاثیر قرار می دهد . بنابراین ، به حساب آوردن اثر اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی در مدل ها و فهم نتایج آن برای مکان تالاب ها با مشخصه های مختلف مهم است .

تالاب های تصفیه به عنوان بهترین راه عملی جهت مدیریت کاهش اب های سطحی و نیز برای بهبود کیفیت آب آب های سطحی مورد استفاده قرارگرفته است . تالاب ها در میان سیستم های غرق شده پایین دست و بالادست واقع می شوند و اندرکنش های آب سطحی معمولا در این نواحی که بحرانیترین حالت هست مشاهده می شوند . آب های سطحی و زیرزمینی در هم آمیخته شده و به دلیل این اندرکنش کیفیت هر کدام توسط دیگری تحت تاثیر قرار می گیرد . پس درک نقش اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی در مکان تالاب ها جهت ایجاد مدل های صحیح برای تالاب مهم است . بدین منظور تحقیقاتی برای درک مکانیزم های اندرکنش میان آب های زیرزمینی و تالاب ها وتوانایی کاهش اوج آب های سطحی و ارتقای کیفیت آنها و اندرکنش های میان آب زیرزمینی و رودخانه ها، دریاچه ها و تالاب ها انجام شده است . به طور مثال :
وینتر در مورد نقش توپوگرافی ( قالب زمین شناسی ) سطح تراز آب و شرایط جوی بر اندرکنش آب زیرزمینی با رودخانه ها، دریاچه ها و تالاب ها بحث کرده است .

در مورد اهمیت اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی در تالاب ها بر عملکرد تالاب در تحقیقی توسط پرایس و وادینگتون بررسی شده است .
و در جایی دیگر توسط رسترپو و همکارانش ، MODFLOW که بسته ای نرم افزاری است به منظور شبیه سازی اندرکنش تالاب ها با سفره ها ی آب زیرزمینی تهیه شد .
و در تحقیقی دیگر توسط کورنی و همکارانش ، هیدرولوژی یک سیستم تالاب ایجاد شده در حریم رودخانه را مورد بررسی قرار داده و مشاهده کردند که تراوش آب از تالاب به درون محیط زیرسطحی ، ویژگی های سیستم جریان آب زیرزمینی را دارا میباشند .

کراو و همکارانش مدلی عددی برای شبیه سازی اندرکنش های تالاب-آب زیرزمینی و جریان آلاینده ایجاد کرده و مدلشان را برای محل تالابی در Point Pelee ، انتاریو در کانادا به کار بردند . مک هیل و همکارانش اندرکنش های تالاب-رودخانه را با اندازه گیری نیتروژن در رودخانه و آب زیرزمینی در محل تالابی درحریم رودخانه در حوضه Archer Creek در کوه های Adirondack ایالت نیویورک بررسی و به کار بردند .
این تحقیقات مثال هایی از تلاش های انجام شده در جهت درک بهتری از دینامیک غیرخطی تالاب با وارد کردن اندرکنش آب سطحی یا زیرزمینی به مدل های تالاب است . این تحقیقات به بررسی اثر اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی روی هیدرولوژی تالاب و مشخصه های مختلف آن کمک می کند .

در ایران اهمیت ویژه تالاب ها بدلیل قرار گرفتنش در ناحیه خشک و نیمه خشک است . میزان تبخیر در ایران بیش از میزان بارش است به طوری که مناطق حفاظت شده برای حفظ این تالابها ، اهمیت جهانی و تنوع زیستی آنها همواره با چالشهای زیادی روبه رو است . طرح حفاظت از تالابهای ایران ، فرصتی را برای دولت جمهوری اسلامی ایران و برنامه های عمرانی سازمان ملل فراهم آورده تا با حمایت و تسهیلات جهانی محیط زیست ، درصدد رفع این مشکلات باشند.

بعنوان مثال تالاب طبیعی انزلی و تأثیر این تالابهای طبیعی و نقش خودپالایی آنها در کاهش و حذف آلاینده ها از منابع آب مورد بررسی قرارگرفته است . نتایج نشان میدهند که با دور شدن از مصب رودخانه های ورودی میزان آلودگی تالاب در اثر عملکرد اجزای تالاب کاهش مییابد. نتایج حاصل میتواند برای مدیریت کمی و کیفی آب در منطقه ، مبنایی برای مدلسازی حرکت آلاینده ها در تالاب و تحقیقات آینده مورد استفاده قرار گیرد .

عوامل موثر در خودپایایی رودخانه ها شامل :
1-اکسیژن محلول 2- نوع و تجزیه مواد آلی 3- عوامل بیولوژیکی ( باکتریها ،جلبکها ،پروتوزوآها ،روتیفرها، سخت پوستان ) 4- مواد سمی 5 - خصوصیات فیزیکی رودخانه (شدت جریان آب، عمق ، کیفیت جنس بستر) 6- ته نشینی مواد معلق است.
فرمول کلی خودپالایی رودخانه:

DO = کمبود اکسیژن مخلوط آب رودخانه و فاضلاب (میلی گرم در لیتر ) ، Dos = میزان اکسیژن محلول اشباع در آب و درجه حرارت رودخانه (میلی گرم در لیتر) ، DOw= اکسیژن محلول در فاضلاب (میلی گرم در لیتر) ، DOr = اکسیژن محلول رودخانه در بالا دست نقطه تخلیه (میلی گرم در لیتر) ، Qw= دبی جریان فاضلاب (m3/s) ، Qr = دبی جریان رودخانه (m3/s)

KD= ثابت سرعت اکسیژن گیری در 20 درجه سانتیگراد (day)-1 ، V = سرعت متوسط جریان رودخانه (m/s) ، K = ثابت سرعت BOD که در شرایط تست آزمایشگاهی در 20 درجه سانتیگراد بدست آمده (day)-1 ، H = عمق متوسط رودخانه (m) ، F = ضریب فعالیت بستر رودخانه ،
به علت اهمیت این موضوع اثر اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی و به طور مشخص اثر تبادل آب میان فازهای سطحی و زیر سطحی بر عمق آب های سطحی روی هیدرولوژی تالاب برای شرایط مختلف ، مانند پوشش گیاهی ، شیب زمین محل و هدایت هیدرولیکی عرضی قائم و جانبی مورد بررسی و تحلیل قرار میگیرد .
طبق شبیه سازی هایی که در انها کمیت و کیفیت آب را به طور همزمان در نظر گرفته شده و شامل اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی است مشاهده شده است که اثر اندرکنش آب های سطحی یا زیرزمینی در محل تالاب ها با تراکم پوشش گیاهی کم یا با شیب زیاد زمین نیز نقش مهمی روی انتقال مواد معلق ایفا می کند که جزء کمیت جریان آب سطحی در تالاب را با استفاده از نظریه انتشار موج تحلیل می کنند و جریان آب سطحی از نواحی بالادست به سمت نواحی تالاب را به عنوان جریان ورودی جانبی به داخل رودخانه ی جاری در نظر میگیرند و در مدل بارش ، جریان ورودی جانبی و دبی آب زیرزمینی را مانند : منابع آبی در نظر می گیرند . نفوذ ، تبخیر و تعرق و تجدید منبع آب زیرزمینی مانند: حوضچه های آب نفوذ با استفاده از نسخه اصلاح شده روش گرین- امپت در حین یک بارش ناپایدار و تبخیر و تعرق نیز به وسیله روش تورن ویت محاسبه می شود .

اندرکنش آب سطحی یا زیرزمینی به وسیله عبارت های دبی یا شارژ به حساب آورده شده و با استفاده از قانون دارسی محاسبه می شوند . آب های سطحی بالادست تولید شده در نواحی شهری ، با استفاده از مدل مدیریت آب طوفان EPA (SWMM5) شبیه سازی می شوند و به عنوان شرط مرزی جریان ورودی در رودخانه وارد مدل تالاب می شوند و جزء کیفیت آب تالاب غلظت کل فسفر و نیتروژن یا هر ترکیبی از چرخه نیتروژن ( مانند: نیتروژن آلی، نیتروژن آمونیوم و نیترات نیتروژن ) بر نواحی تالابی را با استفاده از معادله واکنش پهن رفت یعنی انتشار یک بعدی مورد تحلیل قرار می دهند . و کیفیت آب مربوط به همان سرعت محاسبه شده توسط بخش کمیت آب است . غلظت نیتروژن و فسفر تولید شده در نواحی شهری با استفاده از SWMM5 و به عنوان شرایط مرزی در نقطه بالادست مکان تالاب ، محاسبه می شوند . اندرکنش آب سطحی یا زیرزمینی با وارد کردن عبارت جرم ناشی از دبی یا شارژ به رابطه واکنش پهن رفت یا انتشار در نظر گرفته می شود .

کل فسفر (TP):

کل نیتروژن (TN):

غلظت کل فسفر ، غلظت کل نیتروژن ، مساحت سطح مقطع در جهت x ، ضریب پخشی ، جریان ورودی جانبی ، غلظت کل فسفر جانبی ، غلظت کل نیتروژن جانبی ، دبی آب زیرزمینی ، غلظت کل فسفر در آب زیرزمینی ، غلظت کل نیتروژن در آب زیرزمینی ، ثابت سرعت افت مرتبه اول برای کل کاهش فسفر ، سرعت افت مرتبه اول برای کل کاهش نیتروژن است .
هدایت هیدرولیکی عرضی خاک تالاب نیز در تعیین اثر اندرکنش روی آب سطحی مهم است و محققان فهمیده اند که نقش هدایت هیدرولیکی جانبی قابل صرف نظر کردن است زیرا اختلاف عمق آب برای هدایت های هیدرولیکی قائم با استفاده از اختلاف میان عمق آب محاسبه شده است به همین دلیل در نظر گرفتن اثر اندرکنشی برای هدایت های هیدرولیکی قائم مختلف اهمیتی ندارد . اما افزایش هدایت هیدرولیکی جانبی سبب افزایش اثر اندرکنشی روی عمق آب می شود . پس نتیجه می گیریم که تغییر عمق آب ناشی از اثر اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی یا هدایت هیدرولیکی جانبی است که منجر به تغییر سرعت آب می شود و در روابط غلظت اثرگذار است و از معادله انتشار موج برای محاسبه تغییر عمق آب ، استفاده می شود .

عمق آب سطحی ، زمان ، فاصله ، سرعت موج ، انتشار هیدرولیکی ، منبع/مخزن آب هستند . عبارت جمع بارش، دبی و شارژ، جریان ورودی جانبی، نفوذ و اجزای تبخیر و تعرق هستند .

سپس سرعت جریان در یک ناحیه تالاب توسط قانون کادلک و نایت که اثر تراکم پوشش گیاهی روی جریان تالاب است را بررسی میکند .

سرعت جریان بر حسب ، عرض تالاب بر حسب ، ضریب تراکم پوشش گیاهی بر حسب می باشد .
تحقیقات حاکی بر این است که بزرگی مقدار K نشان دهنده تراکم پایین پوشش گیاهی و کوچک بودن آن نشانه تراکم زیاد پوشش گیاهی است . اثر اندرکنش آب سطحی یا زیرزمینی روی عمق آب با افزایش تراکم پوشش گیاهی در مکان تالاب کاهش می یابد.
به طورکلی اثرات اندرکنش های آب سطحی یا زیرزمینی نقش مهمی را در دینامیک تالاب ایفا می کنند و بنابراین در مدلسازی هیدرولوژی تالاب و جریان مواد معلق باید به حساب آورده شوند . بر اساس تحقیقات متوجه میشویم که اثر اندرکنش روی عمق آب با کاهش شیب زمین کاهش می یابد و اختلاف میان عمق آب محاسبه شده با در نظر گرفتن اثر اندرکنش و عمق آب محاسبه شده بدون در نظر گرفتن عمق برای قسمتی از تالاب با شیب زیاد نسبت به قسمتی از تالاب با شیب ملایم بیشتر است

محمد ترابیان

دیدگاه خود را ارسال نمایید

ما را دنبال کنید