Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tối ưu hóa quản lý chất lượng nước tích hợp cho hiệu quả nông nghiệp và bảo tồn môi trường
Tóm tắt
Sự khan hiếm tài nguyên nước ở Ai Cập đã cần thiết phải sử dụng nhiều loại nước chất lượng thấp khác nhau. Nước thoát nước từ nông nghiệp được coi là một nguồn dự trữ chiến lược để đáp ứng nhu cầu nước ngọt ngày càng tăng. Trong nghiên cứu này, một chuỗi mô hình mới đã được áp dụng cho một lưu vực thoát nước ở đồng bằng sông Nile để tối ưu hóa quản lý chất lượng nước tích hợp cho nông nghiệp và môi trường thủy sinh. Chuỗi mô hình đề xuất bao gồm một mô hình phân bổ tải chất thải, một mô hình hệ số xuất khẩu, một mô hình chất lượng nước dòng chảy, và một thuật toán di truyền. Chuỗi mô hình này cung cấp một giải pháp tối ưu để xác định mức độ loại bỏ cần thiết của tổng chất rắn lơ lửng (TSS), yêu cầu oxy hóa học (COD) tại các nguồn ô nhiễm điểm và phi điểm, cùng với những dòng nước cần được xử lý để đạt được mục tiêu chất lượng nước nhất định. Chuỗi mô hình này đã được áp dụng trong mùa hè và mùa đông cho lưu vực El-Qalaa ở phía tây đồng bằng sông Nile. Việc tăng cường loại bỏ chất ô nhiễm và tỉ lệ nước được xử lý tại các nguồn ô nhiễm điểm và phi điểm đã giảm vi phạm tiêu chuẩn TSS từ 732,6 xuống còn 238,9 mg/L trong mùa hè và từ 543,1 xuống còn 380,9 mg/L trong mùa đông. Tương tự, vi phạm các tiêu chuẩn COD đã giảm từ 112,4 mg/L xuống 0 (không còn vi phạm) trong mùa hè và từ 91,7 mg/L xuống không có vi phạm trong mùa đông. Do đó, mô hình này được khuyến nghị như một công cụ hỗ trợ quyết định để xác định một giải pháp phân bổ tải chất thải mong muốn từ một đường cong đánh đổi xem xét chi phí và mức độ tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng nước.
Từ khóa
#chất lượng nước #quản lý nước #ô nhiễm #nông nghiệp #mô hình phân bổ tải chất thảiTài liệu tham khảo
Abulnour AG, Sorour MH, Talaat HA (2002) Comparative economics for desalting of agricultural drainage water (ADW). Desalination 152:353–357
Brown LC, Barnwell TOJ (1987) The enhanced stream water quality models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS: documentation and user manual. US EPA, Environmental Research Laboratory, Athens, GA, EPA/600/3-87/007
Burn DH, Yuliant S (2001) Waste-load allocation using genetic algorithms. J Water Resour Plan Manag (ASCE) 127(2):121–129
Chow VT, Maidment DR, Mays LV (1988) Applied hydrology. McGraw Hill, New York, 592 pp
Covar AP (1976) Selecting the proper reaeration coefficient for use in water quality models. Presented at the US EPA Conference on Environmental Simulation and Modeling, April 19–22, Cincinnati, OH
DRI (Drainage Research Institute) (2007) Drainage water status in the Nile Delta year book 2005/2006. Technical Report No. 76, DRI, NWRC, Egypt
Drolc A, Konkan JZZ (1996) Water quality modeling of the River Sava, Slovenia. Water Res 30(11):2587–2592
El-Sheikh MA, Hazem IS, Diaa EE, Abdallah AM (2010) Improving water quality in polluted drains with free water surface constructed wetlands. Ecol Eng 36:1478–1484
Fleifle A, Tawfik A, Saavedra OC, Yoshimura C, Elzeir M (2013) Modeling and profile analysis of a down-flow hanging sponge system treating agricultural drainage water. Sep Purif Technol 116:87–94
Gao J, Liu Y (2010) Determination of land degradation causes in Tongyu County, northeast China via land cover change detection
Johnes PJ (1996) Evaluation and management of the impact of landuse change to the nitrogen and phosphorus load delivered to surface waters: the export coefficient modelling approach. J Hydrol 183:323–349
Kannel PR, Lee S, Lee YS, Kanel SR, Pelletier GJ (2007) Application of automated QUAL2Kw for water quality modeling and management in the Bagmati River, Nepal. Ecol Model 202:503–517
Karamouz M, Kerachian R, Mahmoodian M (2003) Seasonal waste-load allocation model for river water quality management. Proceedings of World Water and Environmental Resources Congress, Philadelphia, USA
Kerachian R, Karamouz M (2005) Waste load allocation model for seasonal river water quality management application of sequential dynamic genetic algorithms. Sci Iran 12(2):117–130
Khalil B, Ouarda TBMJ, St-Hilaire A, Chebana F (2010) A statistical approach for the rationalization of water quality indicators in surface water quality monitoring networks. J Hydrol 386:173–185
Leica Geosystems (2008) Leica geosystems geospatial imaging ERDAS IMAGINE 9.2. Leica Geosystems Geospatial Imaging, Norcross, GA
MAB (1983) Law 48/1982 regarding the protection of the River Nile and waterways from pollution. MAB National Committee, Egypt
Metcalf & Eddy Inc. (2003) Wastewater engineering: treatment and reuse, 4th edn. McGraw-Hill, New York
Mostafavi SA, Afshar A (2011) Waste load allocation using non-dominated archiving multi-colony ant algorithm. Proced Comp Sci 3:64–69
Mujumdar PP, Sasikumar K (2002) A fuzzy risk approach for seasonal water quality management of a river system. Water Resour Res 38(1):5-1–5-9
Mujumdar PP, Vemula VRS (2004) Fuzzy waste load allocation model: simulation–optimization approach. J Comput Civil Eng (ASCE) 120:120–131
Ng AWM, Perera BJC (2003) Selection of genetic algorithm operators for river water quality model calibration. Eng Appl Artif Intell 16(5–6):529–541
Park SS, Uchrin CG (1990) Water quality modeling of the lower south branch of the Raritan River, New Jersey. Bull NJ Acad Sci 35(1):17–23
Park SS, Lee YS (1996) A multiconstituent moving segment model for the water quality predictions in steep and shallow streams. Ecol Model 89:121–131
Pelletier GJ, Chapra SC (2005) QUAL2Kw theory and documentation (version 5.1). A modeling framework for simulating river and stream water quality. Retrieved 10 May 2005 from http://www.ecy.wa.gov/programs/eap/models/
Pelletier GJ, Chapra CS, Tao H (2006) QUAL2Kw—a framework for modeling water quality in streams and rivers using a genetic algorithm for calibration. Environ Model Softw 21:419–4125
ReVelle C, McGarity AE (1997) Design and operation of civil and environmental engineering systems. Wiley, New York, 10158-0012
Ritzel BJ, Eheart JW, Ranjithan S (1994) Using genetic algorithms to solve a multiple objective ground water pollution problem. Water Resour Res 30(5):1589–1160
Saadatpour M, Afshar A (2007) Waste load allocation modeling with fuzzy goals; simulation–optimization approach. Water Resour Manag 21(7):1207–1224
Saavedra VO, Koike T, Yang K, Yang D (2010) Optimal dam operation during flood season using a distributed hydrological model and a heuristic algorithm. J Hydrol Eng ASCE 15(7):580–586
Shaban M, Urban B, ElSaadi A, Faisal M (2010) Detection and mapping of water pollution variation in the Nile Delta using multivariate clustering and GIS techniques. J Environ Manag 91:1785–1793
Suresh HR, Mujumdar PP (1999) A neural network model for waste load allocation in rivers. Proceedings of the Civil and Environmental Engineering Conference: New Frontiers and Challenges, Asian Institute of Technoloy, Bangkok, Thailand 1(2):97–104
Shrestha S, Kazama F, Newham LTH (2008) A framework for estimating pollutant export coefficients from long-term in-stream water quality monitoring data. Environ Model Softw 23:182–194
Talaat HK, Sorour MH, Rahman NA, Shaalan HF (2002) Pretreatment of agricultural drainage water (ADW) for large-scale desalination. Desalination 152:299–305
US EPA (US Environmental Protection Agency) (1985) Screening procedure for toxic and conventional pollutants in surface and ground water. EPA/600/6-85/002. US Environmental Protection Agency, Athens
US EPA (US Environmental Protection Agency) (1992) Managing nonpoint source pollution. EPA-506/9-90. US Environmental Protection Agency, Office of Water, Washington, DC
WHO (World Health Organization) (2002) Environmental Health Eastern Mediterranean Regional, Center for Environmental Health Activities (CEHA)
Yandamuri SR, Srinivasan K, Bhallamudi MS (2006) Multi-objective optimal waste load allocation models for rivers using non-dominated sorting genetic algorithm—II. J Water Resour Plan Manage 132(3):133–143
Yassuda EA, Davie SR, Mendelsohn DL, Isajic T, Peene SJ (2000) Development of a waste load allocation model for the Charleston Harbor estuary, phase II: water quality. Estuar Coast Shelf Sci 50:99–107