النمذجة العددية لمراقبة نوعية المياه في نهر الحلة، العراق: محاكاة وسيناريوهات إدارة المياه

الباحث

شهد زمان عايد

المشرف

حسين علي مهدي الزبيدي

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية الهندسة / الهندسة البيئية

الشهادة

ماجستير

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Numerical Modeling ; Water Quality Monitoring ; Hilla River ; Water Management

منذ أن تطورت الأنشطة الصناعية والبشرية بطرق مختلفة في العراق، تراجعت نوعية المياه على طول نهر Ata وهو المصدر المائي الوحيد في مدينة الحلة لمياه الشرب. في هذا البحث تم استكشاف ومحاكاة نوعية المياه لطول نهر الحلة المار بمركز مدينة الحلة باس تخدام نموذج يسمى “نموذج "QUAL2K وهو Lb! نمذجة عددي Lal jal نوعية المياه في الأنهار بالاعتماد على الجودة الهيدروليكية وجودة المياه. تمجمع البيانات على طول 6.8 كم لاستخدامها كمدخلات بواسطة النموذج. تم قياس مكونات جودة المياه بما في ذلك الأوكس جين المذاب (DO) والطلب على الأوكس جين البيول وجي الكرب وني ((0801), 925 A الحموضة, والتوحصيل الكهرب ائي 8600), والقلوية (ALK) ودرجة الحرارة (درجة الحرارة) في تسع محطات أخذ عينات تقع على طول هذا النهر في أكتوبر 2022 (موسم التدفق المنخفض) ويناير 2023 (موسم التدفق العالي). كش فت مقارنة النتائج التجريبية مع المعايير أن متوسط قيمة JDO ALK ,8© pH ,CBODu ودرجة الحرارة كانت ض من المعايير العراقية ومعايير منظمة الصحة العالمية ويمكن اعتبارها قيمة مقبولة. تمت معايرة النموذج والتحقق من ص حته لكلا الموسمين لضمان الدقة أولاً. أشارت الأخطاء الإحمصائية للتنبؤات النموذجية ل ALK EC ,pH ,CBODu ,DO) ودرجة الحرارة) مقارنة بالقياسات الميدانية إلى وجود توافق جيد خلال كل من موسم الجفاف والمطر. أظهرت النتائج أن معدل تدفق نهر الحلة يؤثر على نموذج المحاكاة للأوكس جين المذاب عن طريق خفض مستواه على طول النهر قليلاً GY التدفق يصل إلى المدينة مع ارتفاع الطلب على الرواسب والمواد المغذنية من المناطق الزراعية أعلى النهر. ومع LS فإن سلوك التخفيض هذا يعتمد بشكل أساسي على ay النهر المائية وجودة المياه مشل تصريف مصدر التلوث؛ وغياب الطحالب, والنشاط البكتيريء وتحلل المواد العضوية، والرواسب الس فلية. ونتيجة لذلك؛ أظهر ناتج النموذج سلوك التخفيض لتوزيع CBODu حيث يقلل التدفق العالي من قيم CBODu أظهرت نتائج محاكاة نموذج الاتحاد الأوروبي أنه في حالة زيادة معدل تدفق المياهء تزداد موصلية المياه بسبب زيادة الأيونات في ميه النهر. بالنسبة لمحاكاة نماذج pH و4112 ، Gal زيادة معدل تدفق النهر إلى زيادتها أيضًا. تم إجراء تحليل حساسية النموذج لاستكشاف جودة مياه النهر ولتس ليط الضوء على كيفية تأثير بعض العوامل على محاكاة النموذجء LENG من أجل دراسة تأثير تغير ظروف النهر على محاكاةة النموذجء تنورعت المدخلات الرئيسية للنموذج الذي تمت معايرته والتحقفق من ص حته بشكل كبير. تم تنفيذ ذلك عن طريق تغيير أحد مدخلات النموذج والاحتفاظ بالمدخلات الأخرى دون تغيير. بعد ذلكء. تم عرض نتائج محاكاة النموذج لاستكشاف نتائج التغيير المحددة هذه. يعد هذا التحليل مهمّالأنه يعطي إشارة للمستخدم حول كيفية تأثير بعض المتغيرات على محاكاةة النموذج واستقراره. تمفحص تأثير معامل معدل الأكسدة CBOD لكل من المواسم الجافة والرطبة. هذه الميزة مهمة لتشغيل النموذج بشكل عام. ويمكن استخدامه لمعايرة النموذج. بالنسبة ل ،CBODu كان تأثير معدل أكسدة CBODu طفيقًا بسبب انخفاض تركيز CBODu في النهر. ومعذلكء عانى النهر من انخفاض في قيم الاوكسجين المذاب عندما ارتفع معدل أكسدة CBOD إلى 0.2 يوم-1 وأصبح أكثر لمدة 0.5 يوم-1. وقديزيد معدل الأكسدة هذا بسبب التفاعلات الكيميائية؛ على سبيل SL idl يمكن لأكسدة المركبات غير العضوية مثل الحديد أو الكبريت أن تستهلك أيضّا الأوكس جين المذاب. بالإضافة إلى ذلك؛ فإن معامل معدل إعادة التهوية مهم لتشغيل النموذج بشكل ale ويمكن استخدامه لمعايرة النموذج. تمدمج العديد من المخططات داخل النموذج. وتعتمد معظم هذه المعادلات على دراسات ميدانية لتيارات أو قنوات مختبرية مختارة. ومعذلكء يمكن تحديد معامل معدل إعادة التهوية في النموذج عن طريق تحديد قيمة محددة. ومع ذلكء فقد وجد أن معادلة معدل إعادة التهوية الداخلية قابلة للتطبيق في هذه الدراسة. علاوة على ذلك فإن تأثير معامل الخشونة على سرعة مياه النهر كان معنويا. ونتيجة لذلك فإن زيادة معامل الخشونة من 0.08 إلى 0.09 و0.1 أدث إلى خفض متوسط السرعة بنسبة 907.41 5 %12.96 على التوالي. أخيرًاء تم إجراء تحليل قدرة إدارة نموذج QUAL2K لدراسة تأثير ممصسادر نقاط التلدوث على مستوى DO لنهر الحلة نظرًا OY وجود مصادر نقاط التلدوث على طول النهر يمكن أن يكون له العديد من التأثيرات السلبية على النظام البيئي للنهر وجودة مياهه. أشارت النتائج إلى أن وجود مصددر نقاط التلوث هذه أدى إلى انخفاض مستوى الأوكس جين المذاب أسفل مواقع المصبء اعتمادًا على تركيز الملوثنات الممصدر وتصريفها. إن وجود مصدر ملوث واحد من :8010 عند نقطة 2.8 كم بتركيز ملوث 0 و 150 و 200 ملجم / لتر وتص ريف 1 م3 / ثانية أدى إلى انخف اض الأوكس جين المذاب في النهر ولكن الانخفاض في حالة 200 ملجم / لتر كان ض خمة وأكبر من تلك التي تبلغ 100 و 150 ملغم / لتر. أدت إضافة المزيد من المصادر النقطية إلى تقليل الأوكسجين المذاب أكثر من حالة مصدر نقطي واحد.

Since industrial and human activities have been developed in different ways in Iraq, water quality has been declining along Hilla River, the only water resource in Hilla City for drinking water. In this research, the water quality was explored and simulated for the Hilla River length passing through the Hilla City center by using a model called ―QUAL2K model‖, a numerical modeling framework for water quality monitoring in rivers, depending on the hydraulic and water quality data collected along 6.8 km to be used as inputs by the model. Water quality constituents including dissolved oxygen (DO), carbonaceous biological oxygen demand (CBOD), pH, electrical conductivity (EC), alkalinity (ALK), and temperature (Temp) were measured at nine sampling stations located along this river length on October 2022 (low flow season) and January 2023 (high flow season). The model was calibrated and validated for both seasons to ensure the robustness, first. Statistical errors for the model predictions of (DO, CBODu, pH, EC, ALK, and Temp) compared to field measurements indicated that there is a good agreement during both dry and wet seasons. The results showed that the Hilla River flow rate affects the model simulation of DO by reducing its level along the river slightly, because the flow reaches the city with high sediment demand and nutrients from agricultural areas upstream the river. However, this behavior of reduction depends mainly on the river hydraulic and water quality conditions such as pollution source discharge, absent algae, bacterial activity, decomposition of organic matter, and bottom sediments. As result, the model output showed are adductions behavior to the CBODu distribution in which the high flow decreases the CBODu values. EC model simulation results showed that in case of increase the flow rate of water, the conductivity of the water increased due to increase the ions in the river water. For pH and Alk model simulation, increasing the river flow rate led to increase them too. Model sensitivity analysis was performed to explore the river water quality and to highlight how some factors can impact the model simulation, second. In order to investigate the influence of changing the river conditions on the model simulation, the main inputs of the calibrated and validated model were varied significantly. This was performed by changing one model input and keeping the others without changing. Then, the model simulation results were displayed to be explored for this specific change outcomes. This analysis is important because it gives an indication to the user on how some variable can influence the model simulation and stability. The effect of CBOD oxidation rate coefficient was examined for both dry and wet seasons. It can be employed to calibrate the model. For CBODu, the effect of the CBOD oxidation rate was slight due to the low CBODu concentration in the river. However, the river suffered a reduction in the DO values when the CBOD oxidation rate increased to 0.2 day-1 and became more for 0.5 day-1. This oxidation rate may increase due to chemical reactions; for example, the oxidation of inorganic compounds such as iron or sulfur can also consume dissolved oxygen. In addition, the reaeration rate coefficient is important to run the model, generally. It can be employed to calibrate the model. Most of these equations are based on field studies of selected streams or laboratory channels. The effect of manning roughness coefficient is significant on the river water velocity. As a result, the increase of roughness coefficient from 0.08 to 0.09, and 0.1 reduced the average velocity by 7.41% and 12.96%, respectively. Finally, analysis of QUAL2K model management capability was performed to investigate the effect of pollution point sources on the Hilla River DO level since the presence of pollution point sources along the river can have several negative effects on the river ecosystem and its water quality. Results indicated the existence of these pollution point sources decreased the dissolved oxygen level downstream the outfall locations, depending on the source pollutant concentration and discharge. The presence of one BOD5 polluted source at a point 2.8 km with pollutant concentration of 100, 150, and 200 mg/l and discharge of 1 m3/s decreased the dissolved oxygen in the river but the decrease in case of 200 mg/l was huge and larger than those of 100 and 150 mg/l. The additional more point sources reduced the dissolved oxygen more than the case of one point source.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب