بهینه‌سازی نوع و موقعیت مکانی اقدامات مدیریتی به‎‌منظور کنترل بار موادمغذی ورودی به پیکره‌های آبی مطالعه موردی: حوضه دریاچه زریبار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار گروه مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب دانشگاه تربیت مدرس و دانشجوی دکتری مهندسی محیط‎زیست-منابع آب، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 کارشناسی ارشد منابع آب، استانداری کردستان، سنندج، ایران

چکیده

هدف اصلی در این تحقیق، بهینه­سازی نوع و موقعیت مکانی بهترین اقدامات مدیریتی (BMPs) برای کاهش بار مواد مغذی ورودی به دریاچه زریبار به­منظور بهبود شرایط دریاچه می­باشد. در این راستا از رویکرد شبیه‌سازی-بهینه­سازی (S-O) حاصل از تلفیق مدل SWAT به­منظور شبیه‌سازی بار مواد مغذی ورودی به دریاچه و مدل بهینه­سازی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک چند­هدفه (NSGA-II) برای تعیین الگوی مکانی BMPها، استفاده شد. الگوی بهینه اقدامات مدیریتی با توجه به اهداف سه‌گانه حداکثرسازی سود خالص بخش کشاورزی، حداقل­سازی بار نیتروژن و حداقل­سازی بار فسفر ورودی به دریاچه تعیین شد. در این تحقیق طیف متنوعی از BMPها بررسی شد و در نهایت به بهینه­سازی الگوی مکانی اقداماتی مدیریتی از قبیل مدیریت انواع کود، مدیریت آبیاری و تعیین نوع شخم­زنی مناسب پرداخته شد. نتایج حاصل از مدل نشان­ داد که با اعمال اقدامات مدیریتی منتخب با الگوی مکانی بهینه مجموع بار کل فسفر و نیتروژن در خروجی حوضه به ترتیب 8/2 و 1/22 درصد کاهش می­یابند و به سبب آن غلظت نیترات دریاچه به‌شدت کاهش پیدا خواهد کرد و درآمد خالص بخش کشاورزی با کاهش 4/16 درصدی روبه­رو خواهد شد. نتایج نشان می­دهد با اعمال اقدامات مدیریتی منتخب با الگوی مکانی بهینه می­توان وضعیت کیفی دریاچه را بهبود بخشید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of Type and Location of the Management Practises to Contorol Nutrient Loads in‌to the Water Bodies, Case Study: Lake Zrebar Basin

نویسندگان [English]

  • Yaghoub Mahmoudi 1
  • Majid Delavar 2
  • Somaye Imani 3
  • Amir Mohammadi 4
1 M. Sc. of Water Resources Engineering, Tarbiat modares university, Tehran, Iran
2 Assistant Professor of Water Resources Engineering Dept., Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 M. Sc. of Water Resources Engineering, Tarbiat modares university,PhD Student of Environmental Engeenering-Water resource, University of Tehran, Tehran, Iran
4 M. Sc. of Water Resources Engineering, Kordestan provincial government, Sanandaj, Iran
چکیده [English]

The main objective of this research is to optimize the type and location of Best Management Practices (BMPs) to reduce the amount of nutrients entering the lake Zrebar in order to improve lake conditions. In this regard, Simulation-Optimization approach derived from the integration of the SWAT model and a spatial optimization model of BMPs based on multi-objective genetic algorithm (NSGA-II) was used. In this approach, the optimal model of management practices was determined with respect to three objectives: maximizing the net profit of the agricultural sector, minimizing the nitrogen loads and minimizing the phosphor loads. In this research, a wide range of BMPs was investigated and the optimal spatial pattern of the management practices such as fertilizer, irrigation and tillage managements were determined. Results showed that by applying the selected management practices with the optimal spatial pattern, the total amount of phosphorus and nitrogen in the basin outlet decreased by 2.8% and 22.1% respectively and consequently the concentration of nitrate in the lake will be greatly reduced. Also the net income of the agricultural sector decreased by 16.4%. The results indicated that applying the selected management practices with the optimal spatial pattern can help to improve the environmental condition of the lake.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nonpoint source pollutions
  • SWAT Model
  • simulation
  • NSGA-II

مراجع

Asarab Consulting Engineers Co. (2007). Environmental, limnological and ecological balance of Zrebar Lake, Kurdistan Provincial Government.
Ayele, G. T., Teshale, E. Z., Yu, B., Rutherfurd, I. D., Jeong, J. (2017). Streamflow and sediment yield prediction for watershed prioritization in the Upper Blue Nile River Basin, Ethiopia. Water, 9(10), 782.
Chiang, L. C., Chaubey, I., Maringanti, C., and Huang, T. (2014). Comparing the selection and placement of best management practices in improving water quality using a multiobjective optimization and targeting method. International journal of environmental research and public health, 11(3), 2992-3014.‏
Diaz, R. J. and Rosenberg, R. (2008). Spreading dead zones and consequences for marine ecosystems. Science, 321(5891), 926-929.‏
Dong, F., Liu, Y., Su, H., Zou, R., and Guo, H. (2015). Reliability-oriented multi-objective optimal decision-making approach for uncertainty-based watershed load reduction. Science of the Total Environment, 515, 39-48.‏
Gitau, M. W., Gburek, W. J., and Jarrett, A. R. (2002, July). Estimating best management practice effects on water quality in the Town Brook watershed, New York. In Proc. Interagency Federal Modeling Meeting Las Vegas (Vol. 2, pp. 1-12).‏
Gitau, M. W., Veith, T. L., and Gburek, W. J. (2004). Farm-level optimization of BMP placement for cost-effective pollution reduction. Transactions of the ASAE, 47(6), 1923-1931.‏
Imani, S. (2015). Identification of critical source areas (CSAs) based on nutrients concentration in Zrebar Lake and assessment of best management practices (BMPs) using SWAT. Thesis of Master of Science, Faculty of Agriculture, Water Resources Engineering Department, Tarbiat Modares University (TMU), Iran. In Persian.
Imani S., Delavar M., Niksokhan M.H. (2016). Simulation and assessment of management practices for reduction of nutrients discharge to the Zrebar Lake using SWAT model, Iran - Water Resources Research, In Persian.
Imani, S., Niksokhan, M. H., Jamshidi, S., & Abbaspour, K. C. (2017). Discharge permit market and farm management nexus: an approach for eutrophication control in small basins with low-income farmers. Environmental monitoring and assessment, 189(7), 346.
Maringanti, C., Chaubey, I., and Popp, J. (2009). Development of a multiobjective optimization tool for the selection and placement of best management practices for nonpoint source pollution control. Water Resources Research,45(6).‏
Singh, G., Saraswat, D., Sharpley, A. (2018). A Sensitivity Analysis of Impacts of Conservation Practices on Water Quality in L’Anguille River Watershed, Arkansas. Water, 10(4), 443.
Srivastava, P., Hamlett, J. M., Robillard, P. D., and Day, R. L. (2002). Watershed optimization of best management practices using AnnAGNPS and a genetic algorithm. Water Resources Research, 38(3), 3-1.‏
Yang, W. (2011). A multi-objective optimization approach to allocate environmental flows to the artificially restored wetlands of China's Yellow River Delta. Ecological modelling, 222(2), 261-267.‏
Yuan, Y. and Bingner, R. L. (2002). Assessment of best management practices for water quality improvement for the Deep Hollow Watershed in Mississippi Delta MSEA project using AGNPS. Research Rep, 28.‏
Zhang, P., Liu, Y., Pan, Y., and Yu, Z. (2013). Land use pattern optimization based on CLUE-S and SWAT models for agricultural non-point source pollution control. Mathematical and Computer Modelling, 58(3), 588-595.‏
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 50، شماره 4
شهریور 1398
صفحه 977-990

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار