مدل سازی کیفی آب در مخازن سدها (مطالعه موردی: سد ابوالعباس)

چکیده: یکی از مهم ترین مسائل مرتبط با طراحی، بهره برداری و محیط زیست مخازن سدها، پیش بینی کیفیت آب مخزن و جریان خروجی از آن طی دوران بهره برداری می باشد. بروز لایه بندی حرارتی، ایجاد گرادیان غلظت آلاینده ها ، ایجاد لایه های کم اکسیژن یا بی اکسیژن و تغذیه گرایی (یوتروفیکاسیون) موجب افت شدید کیفیت آب، عدم توانایی مخزن در تأمین حد مطلوب نیازهای مختلف و به مخاطره افتادن حیات آبی اکوسیستم پایاب سد می گردد. در این پژوهش با استفاده از داده های کیفی برداشت شده از رودخانه ابوالعباس در استان خوزستان، در ساختگاه انتخابی سد پیشنهادی ابوالعباس با استفاده از مدل سه بعدی هیدرودینامیک و کیفیت elcom-caedym و نیز استفاده از داده های اقلیمی و توپوگرافی منطقه، شبیه سازی لایه بندی حرارتی، الگوی حرکت جریانات در داخل مخزن، توزیع شاخص های کیفی در مخزن و کیفیت آب خروجی برای یک دوره یک ساله، به منظور کنترل طراحی و تعیین عمق مناسب نصب دریچه های برداشت آب، پیش بینی کیفیت آب برداشتی جهت مصارف شرب، کشاورزی و زیست محیطی و نیز تعیین پتانسیل تغذیه گرایی در مخزن انجام گرفته است. بر اساس نتایج پژوهش، جریانات سیلابی ورودی به مخزن با توجه به دانه بندی خود در نقاط مختلف تفکیک، ته نشین و به طور کلی بخش ریز دانه سیلاب علیرغم تخلیه قابل توجه از آن (حدود 40 درصد) از مخزن، با توجه به مدت تعلیق نسبتاً طولانی در مخزن موجب افزایش کدورت آب می گردد. به منظور بررسی رفتار مخزن در شرایط بحرانی، پس از تحلیل وضعیت جریان ورودی از لحاظ کمی و کیفی، سناریوهایی جهت شبیه سازی مخزن در صورت وقوع خشکسالی طراحی و مدل برای آن اجرا گردید. بر این اساس در کلیه سناریو ها اعم از شرایط نرمال و خشکی با شدت های مختلف، اثر تعدیل کننده و بهبود دهنده مخزن روی پارامترهای خروجی از دو دریچه نیروگاه و آبیاری مشهود بود. به طور کلی واکنش دریچه آبیاری به تغییرات کیفیت جریان ورودی به دلیل قرار گیری در ترازی پایین تر از دریچه نیروگاه، کندتر و با تأخیر بیشتری (در حدود چهار ماه نسبت به تأخیر یک ماهه دریچه نیروگاه) مشاهده شد. کیفیت آب خروجی در کلیه شرایط نرمال و بحرانی در رده کیفیت مناسب از لحاظ آبیاری قرار گرفت. از دیدگاه شرب، در شرایط نرمال تنها آلاینده های نیکل و کادمیم (به دلیل غلظت بالای ورودی، علیرغم تعدیل چشمگیر توسط مخزن) دارای مشکل بودند. از دیدگاه کیفیت آب زیست محیطی مورد نیاز در پایاب، آب خروجی از دریچه نیروگاه مورد ارزیابی قرار گرفته و به غیر از آلاینده های سرب و کادمیم، از لحاظ سایر آلاینده ها در رده مناسب قرار گرفت. بعلاوه، در شرایط نرمال مشکل خاصی از لحاظ ایجاد لایه های بدون اکسیژن در ترازهای زیرین مخزن ملاحظه نگردید. نتایج انجام تحلیل وقوع پدیده تغذیه گرایی (یوتروفیکاسیون) حاکی از مغذی بودن مخزن از لحاظ دو شاخص نیتروژن و کلروفیل a در طول فصل گرما بوده ولی شاخص فسفر مخزن در سراسر سال در شرایط نیمه مغذی (مزوتروفیک) قرار گرفت. لذا پژوهش حاضر فسفر را به عنوان عامل محدود کننده تغذیه گرایی در مخزن سد ابوالعباس معرفی نمود. بر اساس نتایج شبیه سازی سناریوهای خشکسالی با شدت های مختلف، ملاحظه شد که با افزایش شدت خشکی، علاوه بر کاهش کلی کیفیت کلیه پارامترها، تعداد پارامترهای مشکل دار از دو دیدگاه زیست محیطی و شرب بتدریج افزایش یافته، در حالی که کیفیت آب از دیدگاه آبیاری کاهش چندانی را نشان نداده و کماکان در رده مناسبی برای آبیاری قرار گرفت. با وقوع شرایط خشکی، کاهش غلظت اکسیژن محلول در ضمن افزایش bod به عنوان شاخص های اصلی ارزیابی کیفیت زیست محیطی آب کاملاً مشهود و ایجاد لایه های بدون اکسیژن در ترازهای زیرین مخزن (هایپولیمنیون) و افزایش آن با افزایش شدت خشکی ملاحظه شد؛ بنحوی که در بدترین شرایط، حدود پنج ماه از سال آب خروجی بدون اکسیژن بوده و در داخل مخزن نیز لایه ای به ضخامت 40 متر از کف در طول سال دچار بی اکسیژنی کامل بود. به منظور کاهش تأثیرات نامطلوب خشکسالی روی کیفیت آب خروجی و اکوسیستم پایین دست در شرایط بحرانی، تراز تعبیه دریچه تحتانی مخزن در مدل در حدود 10 متر از مقدار طراحی شده کاهش یافته و تأثیر آن بررسی شد که بر این اساس، بسته شدن دریچه آبیاری و برداشت آب از دریچه تحتانی (14 متر پایین تر از دریچه آبیاری) موجب کاهش 20 متری تراز بی اکسیژنی مخزن، افزایش غلظت و توزیع بیشتر اکسیژن محلول در ترازهای بالاتر هایپولیمنیون و نهایتاً کاهش زمان بی اکسیژنی جریان خروجی از 5 ماه به 3 ماه شد. نهایتاً کاهش تراز دریچه تحتانی به میزان 10 متر، نصب سیستم نصب سیستم نمونه گیری و ثبت خودکار داده های کیفی(eydap) مخزن در ستون آب و استفاده از آن جهت کالیبراسیون دقیق تر مدل های جدید و پیچیده برای مخازن ایران، پیاده سازی و اجرای سیستم به هنگام مدیریت کیفی آبی(arms) و موارد دیگری جهت انجام تحقیقات بیشتر پیشنهاد شد.