هدف از این مطالعه، ارتقای مدیریت حوزه آبخیز برای محله سنت تامانی، لس آنجلس از طریق توسعه مدلی است که اثرات کیفیت آب را در نظر می‌گیرد. بایو چینچوبا در منطقه سنت تامانی لوئیزیانا برای این مدل کیفیت آب انتخاب شده است. این مدل که با HSPF (برنامه شبیه سازی هیدرولوژیکی در فرترن) توسعه یافته است، برای محاسبه نرخ بارگذاری NO 3 ، PO 4 و BOD برای سناریوهای مختلف توسعه کاربری زمین استفاده می شود. ابزارهای GIS برای تعیین، تجسم و مقایسه کل بارهای تولید شده در زیرحوضه‌های حوضه بر اساس نتایج شبیه‌سازی مدل استفاده می‌شوند. با محاسبه GIS NO 3 , PO 4و بار کلی BOD و افزایش تجسم، این ابزار شرایط موجود را شبیه سازی می کند و تاثیر کیفیت آب را با مقادیر انتظاری 2020 مقایسه می کند.
کلید واژه ها
GIS ، HSPF ، شبیه‌سازی کیفیت آب ، کاربری زمین
1. مقدمه
یک مدل HSPF (برنامه شبیه سازی هیدرولوژیکی در فرترن) توسعه داده شده است که می تواند برای تجسم تأثیر بر کیفیت آب با تغییرات کاربری زمین مورد استفاده قرار گیرد. منطقه مطالعاتی انتخاب شده برای این پروژه Bayou Chinchuba است که 5780 هکتار شامل زمین توسعه نیافته، املاک تجاری و توسعه مسکونی است [ 1 ]. بخشی از حوزه آبخیز در داخل شهر ماندویل قرار دارد. کانال اصلی Bayou Chinchuba 7.5 مایل طول دارد و به دریاچه Ponchartrain تخلیه می شود. بخش پایینی حوضه، نزدیکترین دریاچه پونچارترین، در 10 سال گذشته توسعه سریع مسکونی داشته است [ 1 ]. انتهای بالایی حوضه کمتر توسعه یافته است، اما الگوهای توسعه کلی در محله سنت تامانی نشان می دهد که این منطقه در آینده نزدیک شاهد توسعه خواهد بود [ 1 ]] . بدون یک رویکرد مدیریت جامع برای توسعه زمین در آینده که کیفیت آب را در نظر می گیرد، کاهش کاربری های مفید این آبراه ممکن است رخ دهد. مدل کیفیت آب Bayou Chinchuba برای استفاده به عنوان راهنما در تصمیم گیری در مورد توسعه زمین در سیستم موجود توسعه یافته است. این پروژه بر استفاده از GIS برای محاسبه و نمایش نرخ بارگیری کیفیت آب در حوضه های فرعی حوضه بایو چینچوبا تمرکز خواهد کرد.
2. روش شناسی
مدل HSPF [ 2 ] از یک پایگاه داده GIS برای توسعه مدل و از طریق این پروژه، نمایش نتایج کیفیت آب استفاده می کند. شکل فایل حوضه آبخیز چینچوبا از یک مطالعه قبلی وارد شده و با پایگاه داده جریان ملی هیدروگرافی (NHD)، خاک ها و کاربری زمین ( شکل 1 ) مرتبط است. حوضه های فرعی در حوضه آبخیز چینچوبا به صورت دستی ترسیم شده و تا مرز حوضه بریده می شوند. ابزار شبکه EPA BASIN برای ایجاد خروجی ها، زیر حوضه ها و بخار برای HSPF استفاده می شود [ 3 ]. شبیه سازی مدل برای جریان کالیبره می شود و سپس اجزای کیفیت آب شامل پارامترهای NO 3 ، PO 4 و BOD [ 4 ] اضافه می شود] . هر کدام برای جریان و سپس کیفیت آب با استفاده از داده های موجود کالیبره می شوند.
یک مورد پایه وضعیت فعلی حوضه با توجه به توزیع کاربری و داده های توپوگرافی که برای ساخت مدل استفاده می شود در نظر گرفته می شود.
شکل 1 . Chinchuba Watershed با پایگاه داده جریانی Hydrography Dataset (NHD) و خروجی‌های خروجی (USGS) در امتداد Bayou Chinchuba، محله سنت تامانی لوئیزیانا، به ArcGIS 10.3 وارد شده است. منبع: سازمان زمین شناسی ایالات متحده (2008). مجموعه داده‌های ملی هیدروگرافی (NHD)—مجموعه داده‌های قابل دانلود نقشه ملی USGS. موجود در وب سایت USGS: https://catalog.data.gov/dataset/usgs-national-hydrography-dataset-nhd-downloadable-data-collection-national-geospatial-data-as.
( جدول 1 ). سناریوی توسعه آینده با استفاده از طرح توسعه کاربری زمین سنت تامانی 2025 ایجاد شده است ( شکل 2 ). بیشترین تغییر کاربری اراضی از شرایط موجود به کاربری مورد انتظار در سال 2025 با تبدیل زمین های جنگلی در حوضه فوقانی به مسکونی محافظه کارانه رخ داد [ 1 ]] . در داخل HSPF، ماژول های برنامه برای زمین های گذشته و زمین غیرقابل نفوذ با مقادیر اولیه برای پارامترهای کیفیت آب تنظیم شده و در طول دوره شبیه سازی انباشته می شوند. این منجر به نرخ‌های بارگذاری پیش‌بینی‌شده می‌شود، که برای مطابقت با مشاهدات تاریخی کالیبره شده‌اند، که منجر به نرخ‌های بارگذاری نهایی با کیفیت آب می‌شود. منطقه کاربری اراضی مدل HSPF به کاربری مورد انتظار سال 2025 اصلاح شده است تا این تفاوت را با نقشه برداری مجدد شرایط فعلی کاربری زمین در HSPF برای مطابقت با طرح کاربری زمین سنت تامانی ( جدول 1 ) شبیه سازی کند. مناطق جنگلی حوضه فوقانی در مدل به زمین های ساخته شده قبلی تبدیل می شوند. نرخ بار جدید برای هر کاربری خاص توسط مدل HSPF دوباره محاسبه می شود. متوسط نرخ بار استفاده از زمین در پوند در هکتار برای NO 3 ، PO 4، و BOD صادر می شوند تا برای پر کردن جدول میانگین نرخ بار سالانه در GIS استفاده شود ( جدول 2 ). طبقه‌بندی‌های پوشش زمین شبیه‌سازی‌شده مدل HSPF برای مطابقت با داده‌های کاربری زمین فایل کاربری موجود در جدول 1 ، نقشه‌برداری مجدد می‌شوند .
با ArcCatalog [ 5 ]، جدول AvgAnnualLoadperLandCover با فیلدهای NO 3 _rate، PO 4 _rate، BOD_rate، با استفاده از نوع داده با دقت مضاعف ایجاد می شود. این جدول با نرخ بارگذاری با استفاده از ویرایشگر پر شده است. تقاطع حوضه آبخیز چینچوبه و کاربری اراضی موجود انجام شد و سه میدان جدید برای محاسبه بار NO 3 ، PO 4 و BOD اضافه شد. سه فیلد به جدول تقاطع برای NO 3 ، PO 4 اضافه می شود، و بارهای BOD. AvgAnnualLoadperLandCover با استفاده از فیلدهای LandCover و Reclassify به لایه تقاطع حوزه آبخیز/کاربر زمین موجود متصل می شود تا بتوان بار را با استفاده از مناطق زیرحوضه و نرخ بار برای هر کاربری در هر زیرحوضه محاسبه کرد. ماشین حساب میدانی برای ضرب نرخ بار در هر ناحیه کاربری زمین تقسیم بر 4046.86 میلی متر 2 / ac تبدیل به هکتار که منجر به بار کل بر حسب پوند برای هر چند ضلعی کاربری زمین می شود استفاده می شود. مرحله آخر این است که سه کپی از لایه ها ایجاد کنیم تا برای NO 3 ، PO 4 و BOD نماد شوند. سپس هر کدام با مقادیر با استفاده از رنگ مدرج نمادین می شوند.
3. نتایج و بحث
نتایج نهایی در شکل 3 در طرح‌بندی‌های ArcMap در کنار هم ایجاد شده‌اند [ 5 ]. این نتایج تغییرات بارهای کیفیت آب NO 3 ، PO 4 ، و BOD را به عنوان تغییر کاربری زمین از شرایط موجود به شرایط آینده مورد انتظار سال 2025 در حوضه فوقانی بایو چینچوبا نشان می دهد. رنگ های عمیق تر در چینچوبای بالایی به صورت گرافیکی بارهای افزایش یافته مورد انتظار در سال 2025 را نشان می دهد.
این بهبود GIS طرح مدیریت آبخیز برای محله سنت تامانی از طریق نمایش نتایج مدل به حساب مسئول مدیریت محله برای تأثیرات کیفیت آب ناشی از تغییرات بالقوه کاربری اراضی کمک خواهد کرد. نتایج مدل HSPF (برنامه شبیه سازی هیدرولوژیکی در فرترن) با GIS تبدیل شده است
ابزاری است که می تواند برای تجسم تأثیر بر کیفیت آب با تغییر کاربری زمین مورد استفاده قرار گیرد.
بدون دیدگاه