بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
بررسي کيفي رودخانه تالار قائمشهر بر اساس شاخص NSFWQI
چکيده
با توجه به اهميت رودخانه تالار در تامين آب کشاورزي و پرورش ماهي اطراف اين رودخانه و همچنين تخليه آلاينده هاي متعدد به آن ، ارزيابي کيفي آب اين رودخانه ضروري به نظر ميرسد. از طرفي پهنه بندي آلودگي و ارائه تصوير صحيح از وضعيت کيفي آب هاي سطحي توسط سامانه اطلاعات جغرافيايي (GIS) باعث ميگردد تا هرگونه تصميم گيري مديريتي که اثرات زيست محيطي آن بصورت مستقيم و يا غيرمستقيم متوجه آب هاي سطحي کشور باشد، با آگاهي بيشتري اتخاذ گردد. در اين مطالعه که از نوع مقطعي ميباشد، نمونه برداري در طي ماه هاي فصول زمستان و بهار از شش ايستگاه که از تلفيق هر ٢ ايستگاه ، ايستگاه هاي بالادست ، ميان دست و پايين دست بدست آمده است ، در دو دوره پرآبي و کم آبي در بهمن ١٣٩٠ تا تير ١٣٩١ انجام يافته است . داده هاي حاصل از آزمايش با استفاده از شاخص کيفي NSFWQI تجزيه و تحليل گرديده و سپس مسير رودخانه با استفاده از نرم افزار GIS پهنه بندي گرديد. بر اساس شاخص NSFWQI، بهترين وضعيت مربوط به ايستگاه بالادست در دوره پرآبي (٥٨، کيفيت متوسط ) و بدترين وضعيت مربوط به ايستگاه پايين دست در دوره پرآبي (٤٦، کيفيت بد) بوده است . بر اساس آناليز آماري مشخص گرديد که رابطه معناداري بين ايستگاه هاي نمونه برداري و شاخص هاي مورد مطالعه وجود دارد (٠٠٥>P-value). از نظر مصرف شرب ، آب ايستگاه بالادست نسبت به ديگر ايستگاه ها مناسب تر بوده و با حداقل تصفيه و تنظيم pH ميتواند به مصرف شرب برسد. اما براي مصارف شرب ، آب ايستگاه هاي بعدي بايد مورد تصفيه پيشرفته قرار گيرد تا قابل قبول براي شرب باشد.
واژگان کليدي: رودخانه تالار، شاخص NSFWQI، پهنه بندي، GIS، کيفيت آب ، .SPSS
مقدمه
در اغلب رودخانه هاي دنيا بعلت رشد بيرويه جمعيت ، افزايش توسعه صنعتي و به سبب آلودگي و کاهش کيفيت آب ، نمونه برداري و اندازه گيري کيفيت آب بصورت روزانه جهت حفاظت از محيط طبيعي صورت ميگيرد، اين در حالي است که تاکنون انجام اين مطالعات در کشور ما بصورت مقطعي و براي تعداد محدودي از رودخانه هاي کشور انجام شده است . از جمله رودخانه هاي حياتي کشور ميتوان به رودخانه تالار (قائمشهر- مازندران ) اشاره نمود. در حال حاضر اين رودخانه منبع حيات آبزيان و منبع کشاورزي ساکنان حواشي رودخانه و همچنين منبع آب پرورش ماهي اهالي و شهرهاي اطراف آن ميباشد. متاسفانه اين رودخانه هر ساله با کاهش مهاجرت ماهيان روبه رو بوده و از طرفي افزايش کارگاه هاي شن و ماسه در حريم رودخانه و وقوع سيلاب هاي کنترل نشده بر بحران اين رودخانه افزوده است . در سال هاي اخير جهت بالابردن عمر مفيد رودخانه تالار اقدام به تخليه رسوب ، بدون انجام مطالعات جامع زيست محيطي شد که خود بر مشکلات و بحران محيط زيست تالار افزوده است . در نتيجه مطالعات کيفي و پهنه بندي آب براساس شاخص هاي استاندارد کيفي آب نه تنها وضعيت کيفي آب رودخانه را در حال حاضر مشخص ميکند بلکه به توسعه پايدار و افزايش بهره وري از اين رودخانه مهم کمک ميکند (ميرمشتاقي، ١٣٨٩). مطالعات پهنه بندي کيفي آب رودخانه ها امروزه در بسياري از کشورهاي پيشرفته در بخش مديريت منابع آب نهادينه شده و زمينه ساز مديريت صحيح کيفيت آب رودخانه ها شده است . متاسفانه مطالعات پهنه بندي و پايش مستمر اطلاعات کيفي آب رودخانه ها در کشور ما بطور اصولي دنبال نشده و تنها اطلاعات مقطعي براي تعدادي از رودهاي کشور در اين خصوص گزارش شده است (فرزادکيا و اصغرنيا، ١٣٩٠). کيفيت آب در اکوسيستم هاي آبي توسط پارامترهاي فيزيکي، شيميايي، بيولوژيکي مورد بررسي قرار ميگيرد (٢٠٠٣ ,Sargaonkar and Deshpande). شناخت کيفيت آب هاي سطحي جهت مصارف شرب ، کشاورزي و صنعتي امري اجتناب ناپذير به نظر ميرسد،که شناخت نقاط آلوده و آلاينده هاي منطقه باعث استفاده بهينه و مناسب از آب در مصارف مختلف ميگردد (٢٠٠٣ ,.Simeonov et al). با توجه به ضرورت انجام مطالعات پهنه بندي کيفي آب رودخانه ها در کشور، بررسي پهنه بندي کيفي رودخانه تالار مورد توجه قرار گرفت . از ميان شاخص هاي مختلفي که براي پهنه بندي کيفيت آب مورد استفاده قرار ميگيرد، شاخص کيفي NSFWQI ، به دليل دقت بالا، سادگي و وسعت کاربرد و نيز در دسترس بودن پارامترهاي مورد نياز، به عنوان شاخص برتر برگزيده شده است (شمسايي و همکاران ،١٣٨٤ ;١٩٨٨ ,Zandbergen and Hall). بنابراين در اين تحقيق نيز اين شاخص به عنوان شاخص پهنه بندي کيفي آب رودخانه مورد استفاده قرار خواهد گرفت . هدف از اين تحقيق بررسي پهنه بندي کيفي آب رودخانه تالار بر اساس شاخص کيفي NSFWQI و GIS ميباشد که در خاتمه پس از بررسي و تحليل نتايج ، طرح را در اختيار سازمان هاي مسئول قرار داده تا راه کارهاي مناسبي در جهت ارتقاء کيفيت آب رودخانه و حفظ محيط زيست اتخاذ نمايند. از جمله کاربردهاي اين شاخص در مطالعات انجام شده ميتوان به اين مطالعه ها اشاره کرد: Fabiano و همکاران (٢٠٠٨) بر روي رودخانه هاي ماکوکو و کيوکسادا (برزيل ) شاخص NSFWQI را مورد بررسي قرار دادند. در اين مطالعه نمونه برداري در طي ٢ سال و در ١٧ ايستگاه مورد مطالعه انجام گرفت و پارامترهاي کيفي شامل : pH، هدايت الکتريکي، TS، کليفرم هاي مدفوعي، فسفات ، کدورت ، اکسيژن محلول ، BOD٥، قليائيت ، رنگ ، مس و مواد آلي مورد آناليز قرار گرفت . نتايج حاصل از اين مطالعه نشان داد که شاخص NSFWQI شاخص مناسبي جهت پهنه بندي طول اين ٢ رودخانه ميباشد (٢٠٠٨ ,.Fabiano et al). شمسايي و همکاران (١٣٨٤) در تحقيقي با عنوان "بررسي تطبيقي شاخص هاي کيفي و پهنه بندي کيفي رودخانه کارون و دز" شاخص هاي NSFWQI،OWQI و BCWQI را براي ٣ سال آبي مورد مطالعه قرار دادند. در مقايسه اي که بين شاخص هاي مورد مطالعه در اين تحقيق انجام گرفت مشخص گرديد که شاخص NSFWQI در زماني که يک يا چند پارامتر ويژه بر روي تصميم گيريهاي اخذ شده تاثير قابل توجهي داشته باشند، به دليل دخالت مستقيم پارامترهاي اندازه گيري شده در ساختار زير شاخص و شاخص کل و در نظر گرفتن اثر وزن بر حساسيت ، شاخص برتر ميباشد (شمسايي و همکاران ، ١٣٨٤). آقاي Sanchez و همکارانش ، شاخص WQI را در طول رودخانه Guadarrama و Manzanares مورد مطالعه قرار دادند. نمونه برداري در طول رودخانه براي ٢ سال (٢٠٠٣-٢٠٠١) متوالي انجام يافته و نمونه ها از ٦ ايستگاه برداشت گرديده است . در اين مطالعه ١١ پارامتر شامل pH ، هدايت الکتريکي، TSS، آمونياک، نيترات ، نيتريت ، فسفات ، COD، BOD٥،DO و درجه حرارت مورد مطالعه قرار گرفت و نتايج آن بصورت فصلي گزارش گرديد. نتايج اين مطالعه نشان داد که شاخص WQI در ابتداي رودخانه Guadarrama، حدود٧٠ (کيفيت خوب ) و در انتهاي آن در حدود ٦٤ (کيفيت متوسط ) ميباشد. همچنين شاخص WQI براي رودخانه Manzanares در حدود ٦٥ گزارش گرديد (٢٠٠٧ ,.Sanchez et al). همچنين ميرمشتاقي و همکاران (١٣٩٠) کيفيت آب رودخانه سفيدرود را بر اساس شاخص هاي کيفي NSFWQI و OWQI در سال آبي ٩٠- ١٣٨٩ مورد بررسي و پهنه بندي قرار دادند که نمونه گيري در طي ماه هاي زمستان ١٣٨٩ و بهار و تابستان ١٣٩٠ و از ٥ ايستگاه در طول رودخانه سفيدرود انجام گرفت . نتايج حاصله نشان داده است که بيشترين شاخص کيفي NSFWQI را ايستگاه سد منجيل در ماه بهمن با مقدار ٥٧ دارا بوده که وضعيت متوسط آب و کمترين مقدار شاخص مذکور را ايستگاه سد تاريک در مرداد ماه با مقدار ٣٩ را به خود اختصاص داده که وضعيت بد آب را نشان داده است . محاسبه شاخص OWQI نيز کيفيت بسيار بد آب را در طول مسير رودخانه دارا بوده است (ميرمشتاقي و همکاران ، ١٣٩٠). ميرزايي و همکاران (١٣٨٨) نيز مطالعه مشابهي برروي پهنه بندي کيفي رودخانه جاجرود انجام دادند، در اين مطالعه جهت پهنه بندي، از شاخص NSFWQI استفاده گرديد. پارامترهاي مورد مطالعه در اين تحقيق عبارتند از وضعيت اسيديته ، هدايت الکتريکي، کل مواد معلق ، کليفرم هاي مدفوعي، فسفات ، نيترات ، کدورت ، اکسيژن محلول و اکسيژن بيوشيميايي مورد نياز. اندازه گيري پارامترهاي مذکور در طول يکسال و بصورت فصلي انجام گرفت . نتايج اين مطالعه نشان داد که عليرغم ورود آلودگي در بالادست رودخانه ، رودخانه از قدرت پالايش طبيعي بالايي برخوردار بود (ميرزايي و همکاران ، ١٣٨٨).
حوضه آبخيز تالار، داراي يک رودخانه اصلي و پنج رودخانه فرعي ميباشد که هر کدام از زير شاخه هاي متعددي تشکيل ميشوند.
طول آبراهه اصلي حدود ١٥١.٧٧ کيلومتر است که از جنوب و جنوب غربي حوضه سرمنشاء ميگيرند و از شمال غربي حوضه خارج ميشود. ساير مشخصات رودخانه مورد مطالعه در جدول ٢ ارائه شده است (شرکت سهامي آب منطقه اي استان مازندران ، ١٣٨٨).
مواد و روش ها
براي تعيين ساختار شاخص هاي کيفي آب هاي سطحي، اطلاعات حاصل از اندازه گيري پارامترهاي کيفي آب ، پايه و اساس کار ميباشد. البته بسته به نوع شاخص و اهداف آن پارامترهاي دخيل در شاخص ها متفاوت ميباشند. در هر حال اين پارامترها بيانگر مشخصات شيميايي، فيزيکي و بيولوژيکي آب ميباشد. توابع و روابطي که ساختار رياضي شاخص ها را تشکيل ميدهند بر روي اين پارامترها اثر نموده و طي مراحلي در نهايت شاخص را بصورت يک عدد منفرد ارائه مينمايد. از جمله شاخص هاي پرکاربرد بدين منظور، شاخص NSFWQI ميباشد که براساس ٩ پارامتر اصلي از جمله BOD٥، اکسيژن محلول ،کليفرم مدفوعي، نيترات ، PH، دما، TDS، فسفات کل و کدورت مي باشد (٢٠١١ ,Oram) شاخص NSFWQI با استفاده از رابطه زير به دست ميآيد:
در اين رابطه Ii معرف زير شاخص i ام و Wi معرف ضريب وزني شاخص i ام ميباشد. پس از اندازه گيري مشخصه هاي فوق ، زير شاخص هر يک از آن ها از روي منحنيهاي تبديل بدست ميآيند که با استفاده از اين منحنيها پارامترها به معيارهاي صفر تا صد تبديل ميشوند. در اين روش براي محاسبه شاخص نهايي هريک از زير شاخص هاي بدست آمده از منحنيهاي مربوطه در فاکتور وزني خود ضرب شده و از حاصل جمع آن ها طبق رابطه ١ شاخص نهايي بدست ميآيد (ابراهيم پور و همکاران ، ١٣٩٠). در جدول ١ طبقه بندي شدت آلودگي کيفيت آب را بر اساس شاخص NSFWQI از لحاظ مصارف عمومي و رنگ بندي آن نشان داده شده است .
در محاسبه NSFWQI جهت محاسبه و تعيين Qi، از نمودارهاي استاندارد تهيه شده توسط دانشگاه ويلوکس استفاده ميگردد (شمسايي و همکاران ،١٣٨٤؛ ٢٠٠٨ ,.Fabiano et al ؛٢٠٠٧ ,.Sunchez et al). جهت انجام عمليات مختلف بر روي داده هايي که مشخصه مکاني آن ها يک مشخصه اصلي محسوب ميگردد، از ابزاري تحت عنوان GIS بهره گرفته ميشود که مجموعه سازمان يافته اي از سخت افزار و نرم افزار کامپيوتري، اطلاعات جغرافيايي و افراد متخصصي است که به منظورکسب ، ذخيره ، بهنگام سازي، پردازش ، تحليل و ارائه کليه اشکال اطلاعات جغرافيايي طراحي و ايجاد شده ميباشد (رمضاني و همکاران ، ١٣٩٠; آخوندي و همکاران ، ١٣٩٠). با توجه به موارد ذکر شده ، هدف مطالعه حاضر تعيين کيفيت آب رودخانه تالار در ايستگاه هاي تعيين شده براساس شاخص موسسه ملي بهداشت آمريکا و بررسي ميزان آلودگي پارامترهاي شاخص فوق در رودخانه و پهنه بندي کيفي آن ها ميباشد. اين ايستگاه ها بترتيب در جدول ٣ و شکل ١ و در مسير رودخانه نشان داده شده است . ٢ ايستگاه ورسک و پل سفيد به عنوان ايستگاه بالادست ،٢ ايستگاه شيرگاه و پل تالار بعنوان ايستگاه ميان دست و ٢ ايستگاه کياکلا و عرب خيل به عنوان ايستگاه پايين دست تعيين شد.
نمونه برداري از ايستگاه هاي مشخص شده در طي ٦ ماه ، بهمن ، اسفند، فروردين ، ارديبهشت ، خرداد و تيرماه (اواسط هر ماه ) انجام گرفت . تعداد نمونه هاي برداشتي در ٦ ايستگاه انتخاب شده در رودخانه در اين مطالعه ٣٦ نمونه و تعداد آزمايشاتي که روي نمونه ها انجام گرفته ، ٣٢٤ آزمايش بوده است . روش نمونه برداي از ٣٠ سانتي متر زير سطح آب و در وسط روخانه مي باشد. برداشت ، نگهداري و سنجش با استفاده از روش هاي استاندارد متد (١٩٩٢,APHA,AWWA,WEF) در آزمايشگاه آب منطقه اي استان مازندران انجام گرديده است . در اين تحقيق پارامترهاي فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي که مورد آزمايش قرار گرفته اند عبارتند از: DO،PH ،BOD ، دما، کل جامدات ، نيترات ، فسفات ، کليفرم مدفوعي، کلسيم ،سديم ، منيزيم ،EC. پارامترهاي دما، pH، اکسيژن محلول و کل جامدات محلول در محل اندازه گيري گرديد. دماي آب با استفاده از دستگاه ترمومتر اندازه گيري گرديد. ميزان هدايت الکتريکي و کل جامدات معلق نمونه ها با استفاده از دستگاه EC وTDS متر پرتابل مدل sension٥ ساخت شرکت HACH تعيين شد. اکسيژن محلول آب با استفاده از دستگاه DO متر پرتابل مدل sension٦ ساخت شرکت HACH در محل اندازه گيري گرديد. PH نمونه ها با استفاده از دستگاه pH متر پرتابل مدل sension١ ساخت شرکت HACH و در محل اندازه گيري گرديدند. غلظت نيترات و فسفات با استفاده از روش استاندارد و دستگاه اسپکتروفتومتر UV- visible مدل Pharma Spect Shimadzo ١٧٠٠-UV به ترتيب در ٢٢٠ و ٦٨٠ نانومتر قرائت گرديد. BOD نمونه ها نيز با استفاده از دستگاه انکوباتور BOD مدل I-WTWTS٦٠٦٢ اندازه گيري شد. کليفرم هاي مدفوعي با استفاده از روش استاندارد صافيهاي غشايي و با کمک دستگاه پمپ خلاء مدل Milipore و دستگاه انکوباتور کشت ميکروبي مدل WTE Binder در ١٠٠ ميلي ليتر از نمونه محاسبه گرديد. پارامترها و غلظت هاي اندازه گيري شده براي بدست آوردن مقدار شاخص هاي OWQI و WILCOX با استفاده از نرم افزار Water Quality Index بدست آمد (آخوندي و همکاران ، ١٣٩٠;٢٠١١ ,Oram).
نتايج
نتايج حاصل از دبي رودخانه در طي ماه هاي نمونه برداري براي تعيين دوره پرآبي و کم آبي به صورت جدول ٤ ميباشد. که طبق نتايج بدست آمده ، ماه هاي بهمن ، اسفند، فروردين در دوره پرباران قرار گرفته و ماه هاي ارديبهشت ، خرداد، تير در دوره کم باران قرار ميگيرد.
