بخشی از مقاله
مدلسازي انتقال و سرنوشت آلاینده ها(با تکیه بر آبهاي سطحی)
چکیده
هوا، آب، خاك و موجودات زنده محیط زیست زمین را تشکیل میدهند و در این میان انسان نیز نقش قابـل توجهی در تاثیر گذاري بر این بخشها دارد. براي درك بهتر عملکرد محیط زیست و اثرات فعالیت انسان بـر روي آن، دانشمندان و مهندسان، چارچوبهایی را براي شرح فرایندهاي زیسـت محیطـی بـه کـار گرفتـه و مدلهاي ریاضی مربوط به آن را نیز بسط دادهاند. هدف کلی این مدلها و مدلسازي، دسـتیابی بـه ابـزاري براي ارزیابی سریع انتقال و سرنوشت با استفاده از شبیهسازي میباشد که نیازمند به انـدازهگیـري کمتـرین تعداد پارامترهاي فیزیکی و شیمیایی باشد. اولین گام در کاربرد مدل انتخاب مدل اسـت. هـدف از انتخـاب مدل برگزیدن مدل یا مدلهایی است که بتواند همهي یا اغلب اهداف مطالعه را برآورد کند. همهي مدلهـا اغلب به سادهسازي یا ایدهآل سازي سیستم میپردازند بنابراین مدل باید مورد ارزیابی قرار گیرد. میتـوانیم با مقایسهي خروجی مدل با دادههاي اندازهگیري شده به واسنجی، ممیزي و اعتبار سـنجی مـدل بپـردازیم.
حساسیت مدل به تغییرات پارامترهاي مدل یکی از ویژگیهاي مهم هر مدل مـیباشـد. تحلیـل حساسـیت براي دریافتن چگونگی تغییر نتایج مدل با تغییـر پارامترهـا، و شـناخت پارامترهـاي داراي نفـوذ بیشـتر در تعیین صحت نتایج مدل، استفاده میشودعموماً. نتایج به دست آمده از مـدل در مراحـل ارزیـابی مـدل بـه خوبی با دادههاي مشاهده شده تطابق دارند که این مسئله نشـان دهنـدهي توانـایی بسـیار خـوب مـدل در پیشبینی فرایندها میباشد. نتایج به دست آمده اغلب از طریق روشهاي آماري و شکلهاي گرافیکـی مـورد ارزیابی قرار میگیرند.
کلمات کلیدي: مدلسازي، آلایندهها، آلودگی آب، آبهاي سطحی.
.1 مقدمه
هوا، آب، خاك و موجودات زنده محیط زیست زمین را تشکیل میدهند. بهعلاوه نقش انسان نیز در تاثیر گذاري بـر این بخشها بسیار حائز اهمیت است. انسان و موجودات زنده دیگر از راهها و مسیرهاي گوناگونی تحت تاثیر آلایندههـا قـرار میگیرند که میزان این تاثیر به بزرگی و توزیع مکانی و زمانی در معرض قرارگیري بستگی دارد. این اثرات مـیتواننـد بـراي سلامتی انسان یا پایداري طولانی مدت محیط زیست مضر باشند.
براي درك بهتر عملکرد محیط زیست و اثرات فعالیـت انسـان بـر روي آن، دانشـمندان و مهندسـان از شـاخههـاي مختلف علمی چارچوبهاي مفهومی و مدلهاي ریاضی مربوط به آن را براي شرح فرایندهاي زیست محیطی بسط دادهانـد.
مدلهاي ریاضی به درك فرایندهاي فیزیکی، شیمیایی و زیستی که چرخهي عناصر و ترکیبات در محیط زیسـت را تعیـین میکنند کمک میکنند. مدلها پایهاي را براي مرتبط کردن فعالیتهاي انسانی و اثرات زیستمحیطی فراهم میکنند و نیز براي پیشبینی تغییراتی که میتواند در پاسخ به تغییر گزینههاي١ مختلف فعایت ایجاد شود اسـتفاده مـیشـوند. همچنـین مدلها میتوانند به تصمیمگیري در مورد استراتژيها و برنامههاي زیست محیطی کمک کنند. مدلهاي زیست محیطی بـا هردو هدف علمی و ابزاري براي اتخاذ سیاستها، اجرا و مدیریت به کار گرفته میشوند.[8]
وجود آلایندهها در آب میتواند در نتیجهي فعالیتهاي دفعی گذشته و حال باشد و حـذف منـابع آلـودگی همیشـه نمیتواند مشکل را حل کند. در نتیجه ضروري است که مدلهاي ریاضی ارزیابی آلایندههـا صـحیح و قابـل اعتمـاد باشـند.
مدلهاي ریاضی که میتوانند انتقال و سرنوشت آلایندهها را شبیهسازي کنند به ما امکان ارزیـابی سرنوشـت و حضـور ایـن مواد در محیط را میدهند. خروجی عمده این مدلها غلظت یک یا چند ماده شیمیایی به عنوان تابعی از زمان یا مکان و یـا هردو میباشد .[10] در حقیقت مدلهاي ریاضی چارچوبی براي درك فرایندهاي فیزیکی، شـیمیایی و زیسـتی کـه چرخـه مواد و عناصر در محیط زیست توسط آنها تعیین میشود را فراهم میکنند. مدلها درك بهتري از فرایندها را به ما میدهند و این میتواند منجر به مدیریت بهتر کیفیت و پایداري محیط زیست شودمعمولاً. هدف مدلسـازي انتقـال و سرنوشـت در بخش کاربردهاي مدیریتی ارزیابی اثر تغییر و تبدیل منبع وارد کننده بر غلظت آلاینـده در محـیط زیسـت مـیباشـد .[9]
هدف کلی، دستیابی به ابزاري براي ارزیابی سریع انتقال و تجمع فلزات در آب و رسوبات با استفاده از شبیهسازي مـیباشـد که نیازمند به اندازهگیري کمترین تعداد پارامترهاي فیزیکـی و شـیمیایی باشـد .[7] ایـن هـدف زمـانی از اهمیـت بـالایی برخوردار خواهد بود که حفاظت از منابع مالی و زمانی براي ما داراي اهمیت باشند و در واقع میتوانیم مدلها را بـه عنـوان ابزارهایی براي پیشگیري از مصرف بی رویهي منابع و مصرفگرایی مدنظر قرار دهیم. در واقع مدلها مـیتواننـد بـا کـاهش هزینهها، پیشبینی اثرات مثبت یا منفی تصمیمات مدیریتی اتخاذ شده قبل از به اجرا در آمدن آن تصمیمهـا و مـواردي از این دست به کاهش مصرف منابع و مصرف درست و بهینهي منابع کمک کنند. بطور کلی مـیتـوان از مـدلهـا بـه منظـور
مدیریت درست منابع و نیز اصلاح الگوي مصرف بهره جست.
اسمت و همکاران (1998) به مدلسازي پراکنش فلزات سنگین طی زمان در خلیج شـلت پرداختنـد. طبـق نتـایج مطالعه آنها دادههاي محاسبه شده مربوط به دینامیک آب، شوري و رسوبات معلق تطابق خـوبی بـا مشـاهدات داشـتند.[9]
آرتیولی و همکاران (2005) هم با استفاده از مدل WASP6 به مدلسازي مناطق ساحلی تحـت تـأثیر رودخانـه پـو((PO
پرداختند. آنها به منظور مطالعه اثرات بار مواد مغذي حمل شده بهوسیله رودخانه به شـبیهسـازي تغییـرات فصـلی غلظـت آلایندهها، زيتوده فیتوپلانکتونی و اکسیژن محلول پرداختند. بر طبق نتایج مطالعه آنها استفاده از فرضـیه مـدیریت پایـدار حوضه آبخیز منجر به بهبود وضعیت تغذیهاي مناطق ساحلی میشود.[2]
بونگارتز و استیل (200) به مدلسازي کیفی حوضهآبخیز رودخانه سال در آلمان پرداختند. آنها از مـدل WASP5
براي مدلسازي استفاده نمودند. هدف اصلی مطالعه آنها تلفیق ارزیابیها و دادههـاي پـایش بـا رهیافـت مـدلسـازي بـراي مدیریت و تصمیمگیري بوده است. آنها به بررسی انتقال و سرنوشت مواد معلق، کلراید، مـواد ریـز مغـذي و فلـزات سـنگین پرداختند. بر طبق نتایج مطالعه آنها مدلسازي براي درك فرایندها بسیار مناسب است، به شناسایی منابع آلایندههـا کمـک میکند، امکان شبیهسازي سناریوهاي مناسب را ایجاد میکند و براي مدیریت حوضه آبخیز رودخانه مناسب است.[3]
.2 مواد و روشها
2ـ1ـ انتخاب مدل
انتخاب مدل اولین گام در کاربرد مدل است. با اینکه مدلهاي زیادي براي مطالعهي هیـدرودینامیک و کیفیـت آب وجود دارند، انتخاب مدلی که بیشترین تطابق را با نیازهاي مطالعه داشته باشد کار پیچیدهاي است. هـدف از انتخـاب مـدل برگزیدن مدل یا مدلهایی است که بتواند همهي یا اغلب اهداف مطالعه را برآورد کند. همیشه بـراي ایجـاد و کـاربرد یـک مدل فرضهایی براي ساده سازي سیستم استفاده میشوند از اینرو قبل از انتخاب مدل باید با فرضهـاي آن آشـنایی پیـدا کرد. براي انتخاب یک مدل مناسب باید موارد زیر را مورد بررسی قرار داد:
1. اهداف مطالعه.
2. زمان و منابع مورد نیاز، شامل: در دسترس بودن دادهها، تخصص فنی، و هزینهي پروژه.
مدل یا مدلهاي مناسب را باید بر اساس اهداف مطالعه، ویژگیهاي بدنهي آبی، دادههاي در دسترس، ویژگـیهـاي مدل، راهنماییهاي منابع علمی، و تجربیات منطقهاي انتخاب کرد. انتخاب مدل ساده میتواند باعث از دست رفتن صحت و قطعیت مورد نیاز براي تصمیمگیري شود و انتخاب یک مدل پیچیده نیز میتواند منجر به ادارهي نادرست منابع، تـاخیر در مطالعه، و افزایش هزینه شود. مسائل مهم در فرایند انتخاب مدل میتوانند شـامل دسترسـی بـه مـدل، آشـنا بـودن بـا آن، پشتیبانی فنی، تایید حرفهاي و قابل قبول بودن مدل بررسی شود. تخصص فنی مدلساز براي تعیین پارامترهاي مدل فوق-
العاده ارزشمند بوده و در ارزیابی نتایج مدل نقشی محوري دارد. در بعضی از موارد که یک مدل نمیتواند بـه تنهـایی تمـام
اهداف را برآورد کند میتوان تلفیقی از مدلها و ابزارها را به کار برد.
در نهایت باید گفت مدلهاي بسیاري براي مدلسازي انتقال و سرنوشت فلزات در محیط آبی وجود دارد و پـارامتر-
هاي متفاوتی مانند سطح تحلیل، مقیاس زمانی و مکانی، نوع بدنهيآبی(دریاچه، رودخانه و...)، نیازبـه وروديهـاي اولیـه و...
نیز در انتخاب آنها براي مدلسازي دخیل میباشند. انواع مدلهاي موجود براي مدلسازي انتقال و سرنوشت مواد شیمیایی و ویژگیهاي هر کدام در جدول 1 آمده است .[4]
