نشریه محیط زیست طبیعی

مدلسازی عددی اثرات احداث تصفیه خانه فاضلاب شهری بر کمیت و کیفیت منابع آب زیرزمینی شهر اردکان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران.

2 گروه علوم و مهندسی محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران

3 گروه مهندسی طبیعت، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران.

4 امور اب و فاضلاب اردکان

چکیده

تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری به عنوان یکی از مهمترین زیرساخت‌های شهری، وظیفه بازیافت آب و مواد مغذی را از فاضلاب جمع-آوری شده از منازل و واحدهای صنعتی به عهده دارند. تصفیه خانه فاضلاب اردکان با سیستم تصفیه بیولوژیکی لجن فعال و ظرفیت اسمی کل به مقدار 23328متر مکعب در روز و با مساحت 14 هکتار، تصفیه فاضلاب تمام شهر اردکان را بر عهده دارد، که می تواند اثرات قابل توجهی بر محیط زیست منطقه و منابع آب شهرستان داشته باشد. هدف این مطالعه، بررسی اثرات احداث شبکه کامل جمع آوری فاضلاب شهری و اجرای فاز کامل تصفیه‌خانه بر کمیت و کیفیت منابع آب زیرزمینی شهر اردکان با استفاده از مدل عددی مادفلو می باشد. برای ساخت مدل مفهومی از چاه های مشاهداتی، چاه های بهره برداری، قنات ها، چاه های جذبی، ضریب هدایت هیدرولیکی و لایه های مرز آبخوان و تغذیه سطحی استفاده گردیده است. کلیه لایه‌ها در فرمت‌های متفاوت اعم از چندضلعی، خطی و رستری و نقطه‌ای در محیط Arc GIS تعریف شده و سپس به محیط GMS فراخوانی گردید. نتایج مدلسازی های انجام شده نشان داد که استفاده نمودن از پسابهایی که تصفیه می شوند برای ارتقا و جبران افت تراز آب در منابع زیرزمینی در دشت یزد-اردکان می تواند بسیار موثر واقع گردد و حداقل تا 23 درصد از کاهش سطح ایستابی آب زیرزمینی جلوگیری نماید مقدار RMSE حاصل از واسنجی مدل در حالت پایدار و ناپایدار 41/0 و 42/0 به دست آمد. نتایج تحقیق نشان داد که در سناریوی‌های تعریفی به ازای خارج کردن شبکه جمع آوری فاضلاب شهری به طور کلی از چرخه هیدرولوژیکی با بیشترین مقدار افت تراز سطح آب که معادل 35 درصد می باشد مواجه خواهیم شد که از دیدگاه مدیریت برای آبخوان زیرزمینی در جهت کاستن از روند افت تراز سطح آب این سناریو را می‌توان به عنوان نامناسبترین سناریو در نظر گرفت و نشان دهنده تاثیرات مثبت تصفیه خانه در دشت اردکان می باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of the Effects of Municipal Wastewater Treatment Plant Construction on Quantity and Quality of Groundwater Resources in Ardakan City

نویسندگان [English]

  • ELHAM Kamali 1
  • Akram bemanikharanagh 2
  • mehdi hayatzadeh 3
  • Gholamreza Siyahati Ardakani 1
  • hassan khalili 4

1 Department of Environmental Sciences & Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, Ardakan University, P.O. Box 184, Ardakan, Iran.

2 Department of Environmental Sciences & Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, Ardakan University, P.O. Box 184, Ardakan, Iran.

3 Department of Nature Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, Ardakan University, P.O. Box 184, Ardakan, Iran

4 water and wastewater treatment plant, Ardakan

چکیده [English]

Ardakan Wastewater Treatment Plant with biological sludge treatment system of activated sludge and total nominal capacity of 23328 cubic meters per day and an area of 14 hectares, is responsible for wastewater treatment in the entire city of Ardakan, which can have significant effects on the environment and water resources. The purpose of this study is to investigate the effects of constructing a complete municipal wastewater collection network and implementing the complete phase of the treatment plant on quantity and quality groundwater resources in Ardakan using the MODFLOW numerical model. The conceptual model prepared using observatory wells, aqueducts, aqueducts, absorption wells, hydraulic conductivity, aquifer boundary layers and surface feeding. All layers were defined in different formats including polygon, linear and raster and point in ArcGIS and then inserted to GMS. The modeling results showed that the use of treated effluents to improve and compensate for the drop in water levels in groundwater resources in the Yazd-Ardakan plain can be very effective and prevent at least 23% reduction in groundwater levels. The RMSE values obtained from the model calibration in steady and unstable states were 0.41 and 0.42, respectively. The results showed that in the defined scenarios, in exchange for removing the municipal wastewater collection network from the hydrological cycle in general, we will encounter the largest drop in water level, which is equivalent to 35%, which from the management perspective for the underground aquifer in the direction Reducing the trend of water level drop in this scenario can be considered as the most inappropriate scenario. Also, from the point of view, the effect of the sewerage network on the water level, there is the least negative effect on the aquifer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MODFLOW
  • Environment
  • Aquifer
  • GMS
Al-Taiee, T.M. and Abdulghani, A.H., 2006. Simulation and Prediction of Groundwater Paths and Flow Vectors at Mosul City. AL-Rafdain Engineering Journal (AREJ), 14(4), pp.73-81.
Almasri, M.N. and Kaluarachchi, J.J., 2007. Modeling nitrate contamination of groundwater in agricultural watersheds. Journal of Hydrology, 343(3-4), pp.211-229.
Anderson, M.P., Woessner, W.W. and Hunt, R.J., 2015. Applied groundwater modeling: Simulation of flow and adventive transport. Journal of Hydrology 140: 393-395.
Azari, A. and Rafiei, N., 2018. Investigating the effects of construction of municipal and agricultural wastewater treatment plants on the quality process and pollution of the Dez River. Journal of Civil and Environmental Engineering, University of Tabriz. 120 p.
Chitsazan,M. and Saatsaz, M., 2006. Assessment of water resources in the ramhormoz plain by mathematical groundwater flow simulation. Shahid Chamran University Journal of Science 14(1): 1-15.
Don, N.C., Araki, H., Yamanishi, H. and Koga, K., 2005. Simulation of groundwater flow and environmental effects resulting from pumping. Environmental Geology 47(3): 361-374.
Eslami, H., Almodaresi, S.A., Khosravi, R., Fallahzadeh, R.A., Peirovi, R. and Taghavi, M., 2018.Assessment of groundwater quality in Yazd-Ardakan plain for agricultural purposes using Geographic Information System (GIS). Journal of Health. 8, 575-86.
Farajzadeh, M,. Fallah, M.,Waqarfard, H., Nick Khaslat, H., 2013. Location of Wastewater Treatment Plant with GIS, TOPSIS Case Study: Qeshm Island. Quarterly Journal of Earth Geography. Tenth Year.No. 37.
Fathizad, H., Ardakani, M.A.H., Mehrjardi, R.T. and Sodaiezadeh, H., 2018. Evaluating desertification using remote sensing technique and object-oriented classification algorithm in the Iranian central desert. Journal of African Earth Sciences. 145, 115-130.
Katibeh, E., Hafizi, S., 2003. Hydrochemical studies of aquifer Case study: Bam narrow water aquifer. Sixth International Civil Conference.
Kim, N.W., Chung, I.M., Won, Y.S. and Arnold, J.G., 2008. Development and application of the integrated SWAT–MODFLOW model. Journal of hydrology. 356(1-2), pp.1-16.
Kinzelbach, W., 1986. Groundwater Modelling: An Introduction with Sample Programs in BASIC. Elsevier Science Publishers.
Harbaugh, A.W., Banta, E.R., Hill, M.C. and McDonald, M.G., 2000. Modflow-2000, the U. S. geological survey modular ground-water model-user guide to modularization concepts and the ground-water flow process. Open-file Report. U. S. Geological Survey, (92), p.134.
Herzog, A., 2007. Transient groundwater modeling in Peri-Urban Kampala, Uganda. (Master Thesis), Department of Land and Water Resource Engineering, Sweden.
Hill, M.C., 1990. Water-Resources Investigations Report 90-4048 In: Preconditioned Conjugate-Gradient 2 (PCG2), a computer program for solving ground-water flow equations. USGS, 31 p.
Lalehzari, R., Tabatabaei, S.H., Kholghi, M., Yarali, N. and Saba, A.A., 2014. Evaluation of scenarios in artificial recharge with treated wastewater on the quantity and quality of Shahrekord aquifer. Journal of Environmental Studies, 40(1), pp.52-55.
Lalehzari, R., Boroomand Nasab, S., Moazed, H., Haghighi, A. and Yaghoobzadeh, M., 2020. Simulation–optimization modelling for water resources management using Nsgaii‐Oip and Modflow. Irrigation and Drainage. 69(3), pp.317-332.
McDonald, M.G. and Harbaugh, A.W., 1988. A modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model. US Geological Survey.
Mahdavi, Q., 2011. Optimal study of operation of Bazman plain aquifer using A. MODFLOW. Master Thesis, Sistan and Baluchestan University.
Maleki, R. Karami, G.H., Dolati Ardehjani, F., 2012. Development of a mathematical model for evaluation of the effect of sewage network on groundwater in Shahrood plain. M.S.C Thesis. Shahrood University of Technology. 108 p.
Mirzaei, M. and Majidi, M., 2013. Effectiveness of Sewerage Networks Implementation on Water Resources Management in Tehran-Karaj Plain with GMS Mathematical Model Fifth Iranian Water Resources Management Conference.
Mohtasham, M., Dehghani, A., Akbarpour, A., Meftah Halghi, M., Etebari, B., 2011. Prediction of water level in the aquifer using GMS software," Fourth Iranian Water Resources Management Conference.
Pollock, D.W., 1989. Open File Report, 89-381 In: Documentation of computer programs to compute and display pathlines using results from the U. S. Geological Survey nodular three dimensional finite-difference ground-water model. USGS, 81 p.
Pourhaghi, A., Radmanesh, F., Maleki, A., 2016. Simulation of Delfan-Lorestan aquifer and investigation of management scenarios by using MODFLOW model. Journal of Water and Soil. 29(4):886-97.
Scibek, J. and Allen, D.M., 2006. Modeled impacts of predicted climate change on recharge and groundwater levels. Water Resources Research. 42(11).
Thorley, M., Call, P., Williams, H., Lough, H., Kininmonth, M. and Henderson, B., 2005. Environment Canterbury Report, U05/53, 10 p.
Yari, R. and Darzi-Naftchali, A., 2018. Predicting Groundwater Table Fluctuations under Different Management Scenarios by MODFLOW Model. Irrigation and Water Engineering. 8(2), pp.103-115.
Yazd Water and Wastewater Co., 2016. Ardakan Water and Wastewater Treatment Plant Project. General plan. 171 p.  
Zhang, H. and Hiscock, K.M., 2010. Modelling the impact of forest cover on groundwater resources: A case study of the Sherwood Sandstone aquifer in the East Midlands, UK. Journal of Hydrology. 392(3-4), pp.136-149.
نشریه محیط زیست طبیعی
دوره 74، شماره 1
خرداد 1400
صفحه 139-152