حوضه آبریز رودخانه Chongwe بالا اخیراً برای منابع آبی با افزایش شکایات کاربران مختلف آب در مورد بدتر شدن کیفیت آب های سطحی در حوضه فرعی مورد بهره برداری قرار گرفته است. این مطالعه با انگیزه نیاز به بررسی و درک واکنش کیفیت آب های سطحی به تغییر پوشش کاربری زمین (LULC) به دلیل شهرنشینی انجام شد. نمونه‌های آب جمع‌آوری‌شده در 9 محل نمونه‌برداری از سال 2006 تا 2017، برای کیفیت آب با استفاده از شاخص کیفیت آب محاسبه‌ای وزنی و روند با استفاده از آمار Mann-Kendall مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. تغییر LULC در ERDAS Imagine 2014 و ArcGIS 10.4 با استفاده از تصاویر Landsat 5 TM 2006 و Landsat 8 OLI 2017 شناسایی و تجزیه و تحلیل شده است. رابطه بین تغییر LULC و کیفیت آب با تحلیل رگرسیون چندگانه و همبستگی پیرسون انجام شد.- به ترتیب 13.41٪ و – 5.42٪. شاخص کیفیت آب از 43.04 تا 110.40 در سال 2006 و از 170 تا 430 در سال 2017 متغیر بود که نشان دهنده بدتر شدن کیفیت آب های سطحی از خوب به نامناسب برای آشامیدن در تمام سایت های نمونه برداری شده است. زمین های ساخته شده/ بایر همبستگی مثبت و معنی داری با EC ( R2 = 0.61، p 0.05 ≤)، کدورت ( R2 = 0.69، p 0.05)، TDS ( R2 = 0.61، P ≤ 0.05) نشان دادند. R2 = 0.62، p ≤ 0.05) و یک همبستگی منفی معنی دار با NH 4 ( R2 = -0.729، p ≤ 0.05). کشاورزی با کدورت ( R2 = 0.71، P ≤ 0.01) و Fe ( R2 = 0.75، 0.01 ≤ p.) همبستگی مثبت و معنی داری نشان داد. پوشش جنگل با بسیاری از پارامترهای کیفیت آب به غیر از Fe، DO، NO 3 همبستگی منفی داشت . از نظر آماری معنی دار نبود. علفزار با دما همبستگی منفی معنی داری داشت ( R2 = -0.68، p ≤ 0.05). بدیهی است که شهرنشینی سهم بسیار زیادی در بدتر شدن کیفیت آب های سطحی داشته است که نشان می دهد فعالیت های انسانی شدید تخریب کیفیت آب را تشدید می کند. این نتایج اطلاعات ضروری را برای برنامه ریزان کاربری اراضی و مدیران آب در راستای مدیریت پایدار و عادلانه منابع آب محدود فراهم می کند.
کلید واژه ها
کیفیت آب , تغییر LULC , شاخص کیفیت آب , حوضه آبریز رودخانه , حوضه آبخیز
1. مقدمه
حوضه های آبریز رودخانه ها نقش بسزایی در تامین آب برای مصارف خانگی، کشاورزی و صنعتی دارند. با این وجود، همانطور که توسط رید و همکاران مشاهده شد . [ 1 ] و آویور و گوردون [ 2 ]، دینامیک کاربری زمین در حوضه های آبریز رودخانه، پیامدهای منفی بر سلامت رودخانه دارد. معمولاً با رشد جمعیت در یک حوضه آبریز، پویایی استفاده از زمین شهری اغلب خود را به شکل بخش‌های وسیعی از زمین نشان می‌دهد که برای پاسخگویی به نیاز روزافزون به مناطق مسکونی و استفاده کشاورزی از یک سو و تقاضای زیاد برای آب از سوی دیگر. . چنین پویایی چشم‌اندازی تمایل به تغییر اکوسیستم طبیعی دارد که منجر به از دست دادن تنوع زیستی می‌شود، باعث جریان آب و به خطر انداختن کیفیت آب در دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و نهرها در حوضه آبریز می‌شود [ 3 ]] [ 4 ] [ 5 ]. بنابراین، آشکارسازی رابطه بین تغییر کاربری اراضی و کیفیت آب برای حفاظت از حوزه آبخیز اهمیت زیادی دارد.
مطالعات متعدد نشان داده است که بین تغییر کاربری اراضی و کیفیت آب همبستگی معناداری وجود دارد. Hua [ 6 ] مشاهده کرد که پویایی استفاده از زمین در یک حوزه آبخیز بر کیفیت آب تأثیر منفی می گذارد و به طور غیرمستقیم بر ماهیت یک اکوسیستم حوزه آبخیز تأثیر می گذارد. این می تواند از عواملی مانند از بین رفتن تالاب ها، تخلیه از سیستم های سپتیک و فاضلاب، تخلیه هوا از وسایل نقلیه و اجاق های چوب سوز، افزایش رسوب و بارگیری مواد مغذی ناشی شود. مطالعه توسط هوانگ و همکاران . [ 7] نشان داده است که رابطه بین تغییر پوشش کاربری اراضی (LULC) و پارامترهای کیفیت آب های سطحی در مورد زمین های زراعی و مناطق ساخته شده به طور کلی مثبت، (در صورت برنامه ریزی و مدیریت خوب)، با جنگل، مرتع و مناطق شنی منفی است. ، و در مورد زمین های زیر کشت متفاوت است.
حوضه آبریز رودخانه Chongwe که در منطقه به سرعت در حال شهرنشینی زامبیا واقع شده است، افزایش فعالیت های توسعه ای را تجربه کرده است که باعث تغییرات گسترده LULC در گذشته اخیر شده است [ 8 ]. پهنه های آبیاری گسترده در شمال، شمال شرق، شرق، جنوب و شمال غربی حوضه به صورت قارچ گونه رشد کرده در حالی که بخش های مرکزی و غربی شاهد افزایش شهرنشینی بوده اند [ 9 ]. کشاورزی آبی در حوضه تا حد زیادی به آب سد شده در امتداد رودخانه Chongwe و شاخه های اصلی آن بستگی دارد. حوضه آبریز تحت تنش آبی قرار دارد و در نتیجه، اکثریت زیادی از جمعیت به آب آشامیدنی خوب و بهداشت خوب دسترسی ندارند [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]]. به نظر می رسد که چالش های کمبود آب در حوضه آبریز با آلودگی شدید بیوشیمیایی و فاضلاب در رودخانه Chongwe و شاخه های آن در بالادست ترکیب شده است.
در بررسی رابطه بین LULC و کیفیت آب، محققین متعددی از تکنیک‌های آماری مختلفی از جمله روشهای چند متغیره، مدل‌های خطی و رویکردهای افزونگی استفاده کرده‌اند. به عنوان مثال، لی و همکاران . [ 13 ] (2008) کیفیت آب را در رابطه با کاربری زمین و پوشش زمین در حوضه رودخانه هان بالا در چین با استفاده از تحلیل چند متغیره مورد مطالعه قرار داد. از کار آنها، این نتیجه حاصل شد که مناطق کشاورزی و شهری به تخریب کیفیت آب کمک می کنند در حالی که پوشش جنگلی نقش مهمی در تمیز نگه داشتن آب دارد. چن و همکاران [ 14] (2020) از همبستگی پیرسون برای تعیین رابطه بین تغییر کاربری اراضی و کیفیت آب حوضه آبخیز میتیدجا در الجزایر استفاده کرد. از نتایج، منطقه سکونتگاه شهری به عنوان یک پیش‌بینی‌کننده برای NH 4 -N، BOD 5 ، COD، SS، PO 4 -P، DO و pH بود، در حالی که پوشش گیاهی یک پیش‌بینی‌کننده برای NO3 -N بود. همانطور که توسط Tu [ 15 ] مشاهده شد، رابطه بین کاربری زمین و کیفیت آب به طور قابل توجهی در فضا و مکان‌های جغرافیایی به دلیل شکل‌های مختلف حوضه و منابع آلودگی متفاوت است. مطالعات دیگر در واقع مشاهده کرده اند که استفاده از زمین در مقیاس ساحلی-بافری کیفیت آب را بهتر از مقیاس حوضه تحت تاثیر قرار می دهد [ 16 ] [ 17 ]]، در حالی که دیگران معتقدند که مقیاس حوضه بهتر بر کیفیت آب تأثیر می گذارد [ 18 ] [ 19 ].
چندین مطالعه آب در حوضه آبریز رودخانه Chongwe انجام شده است. با این حال، این مطالعات عمدتاً بر کیفیت آب زیرزمینی [ 20 ] و توسعه یک برنامه اطلاعاتی و مدیریت آب زیرزمینی برای سیستم‌های آب زیرزمینی لوزاکا [ 21 ] متمرکز شده‌اند. خروجی های این مطالعات شامل 1) نقشه کاربری زمین لوزاکا و اطراف [ 22 ]، 2) اندازه گیری دبی و منحنی های رتبه بندی [ 23 ]، 3) شرح فیزیوگرافی، زمین شناسی، آب و هوا، هیدرولوژی و سیستم های آب زیرزمینی منطقه [2] 9 ] و 4) توصیف هیدرولوژیکی، هیدروژئولوژیکی و هیدروشیمیایی منابع آب زیرزمینی [ 24]. هیچ مطالعه خاصی برای ایجاد رابطه بین تغییر LULC و کیفیت آب سطحی در زیرحوضه انجام نشده است.
این مطالعه با انگیزه نیاز به تجزیه و تحلیل و درک پاسخ کیفیت آب سطحی به تغییر LULC در حوضه آبریز رودخانه Chongwe به سرعت در حال شهرنشینی است. این حوضه فرعی برای رفاه اجتماعی-اقتصادی زامبیا اهمیت راهبردی دارد، زیرا شهر لوزاکا، پایتخت زامبیا، که به سرعت در حال شهرنشینی است را پوشش می دهد. رشد سریع جمعیت در شهر لوزاکا، حوضه آبریز رودخانه Chongwe را تحت فشار شدید آب و استفاده از زمین قرار داده است، زیرا تقاضا برای این منابع به وضوح افزایش یافته است. این مطالعه از رویکردهای PCA، تحلیل روند کندال، همبستگی پیرسون و رگرسیون چندگانه استفاده می‌کند. خروجی این مطالعه به پایگاه دانش مدیریت منابع آب کمک می کند و چارچوب سیاستی را در مورد مدیریت منابع آب پایدار در یک حوضه فرعی شهری با سرعت بالا در یک کشور کم درآمد اطلاع رسانی می کند.
2. منطقه مطالعه و داده ها
2.1. منطقه مطالعه
حوضه آبریز رودخانه Chongwe بین 14˚55’40″S – 15˚43’19″S و 28˚13’53″E – 29˚21’24” E واقع شده است ( شکل 1 ). این حوضه با مساحت 5168.68 کیلومتر مربع [ 25 ] ، بخش‌هایی از نواحی لوزاکا، چونگوه، چیبومبو، چیسامبا و کافو را پوشش می‌دهد. علاوه بر این، بخش بسیار کوچکی از ناحیه لوانگوا در داخل حوضه فرعی چونگوه پایین [ 9 ] قرار دارد. جمعیت تخمینی حوضه آبریز رودخانه چونگوه بیش از 834359 نفر با نرخ رشد 4.9 درصد در سال است.
حوضه آبریز رودخانه Chongwe را می توان به بخش های بالا، میانی و پایین تقسیم کرد. بیشترین کاربری اراضی در نیمه بالایی و میانی کشاورزی و دامداری است. حدود 6500 هکتار زمین در حال حاضر تحت انواع طرح ها و روش های آبیاری در هر دو کشاورزی در مقیاس بزرگ و کوچک کشت می شود. محصولات اصلی کشت شده عبارتند از گندم، ذرت، لوبیا، بادام زمینی، پنبه، سبزیجات، گل و محصولات باغی. نیمه میانی دیگر عمدتاً یک منطقه ساخته شده است. قسمت پایین عمدتاً جنگل و بوته زار است که زیستگاه ارزشمندی برای حیوانات وحشی و پرندگان است. همچنین یکی از مکان های اکوتوریسم در زامبیا است. کشت و ماهیگیری در حاشیه رودخانه در مقیاس کوچک، شیوه های رایج جامعه محلی در بخش پایین است که وسیله ای برای درآمد و امنیت غذایی خانوار است.
آب و هوای حوضه آبریز رودخانه Chongwe به عنوان نیمه گرمسیری مرطوب توصیف می شود.
شکل 1 . موقعیت حوضه فرعی رودخانه Chongwe در زامبیا.
با زمستان های خشک و تابستان های گرم. فصل مرطوب گرمتر از اواسط سپتامبر شروع می شود و تا ماه می ادامه می یابد. بیشترین میزان بارندگی در دسامبر و ژانویه در حدود 232 میلی متر در ماه است. فصل خشک سردتر از ژوئن تا آگوست با بارش کم یا بدون بارش و دوره های خشک طولانی است. میانگین حداکثر دمای هوا در اکتبر حدود 32 درجه سانتیگراد به اوج خود می رسد، در حالی که متوسط حداقل دمای هوا در ماه جولای 8.2 درجه سانتیگراد است. پوشش گیاهی حوضه آبریز رودخانه Chongwe به عنوان جنگل های Miombo طبقه بندی می شود که توسط درختان نیمه همیشه سبز با یک لایه چمن به خوبی توسعه یافته است.
سنگ شناسی غالب حوضه شامل شیست ها، کوارتزیت ها و سنگ های مجتمع زیرزمینی (به طور عمده گنیس و گرانیت) است. قسمت بالایی حوضه شامل سنگ های فرا رسوبی به سن کاتانگا است که توسط توده های گرانیتی و پایه نفوذ کرده اند در حالی که نیمه جنوب غربی (چونگوه میانی) دارای شیست و سنگ کربناته (عمدتاً سنگ آهک دولومیتی و دولومیت) است. قسمت پایینی که نیمه شمال غربی حوضه آبریز را تشکیل می دهد (عمدتاً آبگیر زامبزی) تحت سلطه مجموعه زیرزمینی با کوارتزیت ها و شیست ها است [ 17 ] [ 26 ].
2.2. داده ها
دو نوع مجموعه داده، به عنوان مثالدر این مطالعه از مجموعه داده های مکانی و غیر مکانی استفاده شد. مجموعه داده فضایی شامل 1) ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) 1 مدل ارتفاع دیجیتال جهانی Arcsec (DEM). 2) 3 تصویر Landsat 5 Thematic Mapper (TM) برای ماه جولای 2006 و 3 تصویر Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) برای ماه ژوئیه 2017، (هر دو تصویر SRTM DEM و Landsat از زمین شناسی ایالات متحده به دست آمده اند. بررسی (USGS)؛ 3) نقشه های توپوگرافی 1:50000 از دپارتمان بررسی زامبیا (ZSD). و 4) نقاط کنترل زمینی (GCPs) با استفاده از سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) در طی بازدیدهای میدانی و Google Earth جمع آوری شده است. مجموعه داده غیرمکانی شامل داده‌های کیفیت آب ماهانه برای دوره 2006-2016 است. اینها از پایگاه داده سازمان مدیریت منابع آب زامبیا (WARMA) به دست آمده است.
3. روش ها
3.1. ترسیم حوضه آبریز رودخانه Chongwe
ابتدا یک بررسی میدانی شناسایی برای درک بصری منطقه مورد مطالعه انجام شد. سپس 30 متر وضوح فضایی SRTM DEM با پر کردن سینک ها در DEM پیش پردازش شد و مرز حوضه پس از یک سری مراحل با استفاده از ابزار ArcHydro در ArcGIS 10.4 مشخص شد. شبکه استریم روی صفحه از نقشه های توپوگرافی ZSD دیجیتالی شد و با تصاویر Google Earth بیشتر به روز شد. پیش پردازش تصویر Landsat شامل تصحیح هندسی و بازتاب مجدد نوارهای مرئی و مادون قرمز نزدیک به UTM Zone 35 South, WGS 1984 بود. سپس نوارهای تصحیح شده و بازپخش شده با استفاده از مرز حوضه رودخانه Chongwe که قبلاً مشخص شده بود و بعداً برای ایجاد دو تصویر چند طیفی ترکیب شدند، بریدند. 2006 (Landsat 5 TM) و 2017 (Landsat 8 OLI) در طبقه بندی LULC و تشخیص تغییر استفاده می شود.
3.2. طبقه بندی LULC و تشخیص تغییر
طبقه‌بندی تصویر نظارت‌شده بر روی تصاویر چندطیفی Landsat 5 TM و 8 OLI برای سال‌های مرجع 2006 و 2017 با استفاده از قانون تصمیم‌گیری پارامتری طبقه‌بندی کننده حداکثر احتمال (MLC) انجام شد. MLC یک تابع احتمال بیزی را برای هر پیکسل از ورودی های کلاس های ایجاد شده از سایت های آموزشی محاسبه می کند و سپس پیکسل را به کلاسی که احتمالاً به آن تعلق دارد اختصاص می دهد [ 27 ] [ 28 ]]. طبقه بندی بر اساس یک طرح طبقه بندی LULC از پیش تعریف شده است که از دانش میدانی نویسندگان از حوضه ایجاد شده است. این طرح شامل پنج طبقه به نام‌های منطقه ساخته‌شده، زمین کشاورزی، زمین‌های جنگلی، مزرعه / علفزار و بدنه‌های آبی بود. پس از اینکه امضاهای کلاس برای هر کلاس تولید شد، تصاویر با رنگ ها و نام های مناسب برای تفسیر آسان کلاس ها طبقه بندی شدند. این فرآیند چندین بار در حالی که با تصاویر Google Earth مقایسه می شد، قبل از تصمیم گیری برای یک تصویر طبقه بندی شده مناسب برای تولید آمار برای هر کلاس، تکرار شد. تجزیه و تحلیل تشخیص تغییر با مقایسه تصاویر موضوعی 2006 و 2017 با استفاده از عملیات ماتریس سردرگمی انجام شد. تمامی عملیات فوق در ERDAS Imagine 2014 و ArcGIS 10.4 انجام شد.29 ].
3.3. ارزیابی دقت طبقه بندی LULC
دقت طبقه‌بندی تصویر با استفاده از دقت کلی ارزیابی شد، دقت تولیدکننده و دقت کاربر علاوه بر ضریب کاپا ( K ) [ 30 ] تعیین شد. ضریب کاپا به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد زیرا همه عناصر موجود در ماتریس خطای طبقه بندی، و نه فقط قطر اصلی، در محاسبه آن سهیم هستند و به این دلیل که توافق تغییر را جبران می کند. ضریب کاپا معمولاً در مقیاسی بین 0 (عدم کاهش خطا) و 1 (کاهش کامل خطا) قرار دارد. مورد دوم نشان دهنده توافق کامل است و اغلب در 100 ضرب می شود تا درصدی از دقت طبقه بندی را به دست دهد. در عمل، زمانی که K بزرگتر از 0.80 (80٪) باشد، توافق قوی و زمانی که K باشد متوسط است.مقادیر بین 0.40 (40٪) و 0.80 (80٪) و زمانی ضعیف هستند که مقادیر K کمتر از 0.40 (40٪) باشد [ 31 ].
3.4. انتخاب پارامترهای کیفیت آب، مکان‌های نمونه‌برداری و فراوانی نمونه‌برداری
پارامترهای انتخاب شده برای تجزیه و تحلیل کیفیت آب عبارتند از pH، دما، کدورت، هدایت الکتریکی (EC)، کل جامدات محلول (TDS)، نیاز بیولوژیکی به اکسیژن (BOD5)، فسفات کل (PO5 ) ، نیترات (NO 3 )، آمونیاک (NH). 3 )، سولفات (SO 4 ) و فلزات سنگین (کروم، کادمیوم، آهن و سرب). نمونه های آب از 9 محل نمونه برداری نشان داده شده در شکل 2 جمع آوری شد . سایت های نمونه گیری
شکل 2 . محل های نمونه برداری آب در منطقه مورد مطالعه.
به سه منطقه یعنی 1) بالادست (سایت های S1 – S4) 2) Midreach (سایت های S5 – S7) و 3) مناطق پایین دست (سایت های 8 – 9) گروه بندی شدند. فراوانی نمونه برداری بر اساس داده های مرجع شامل داده های پایش کیفیت WARMA برای سال 2006 تعیین شد.
3.5. نمونه برداری آب و تجزیه و تحلیل پارامترهای کیفی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی
نمونه‌برداری و تجزیه و تحلیل، تحت شرایط خوب آزمایشگاهی [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]، هر ماه سه بار در فوریه و جولای 2017 و 2018 در همان محل‌های نمونه‌برداری نشان داده شده در شکل 2 انجام شد. دو ماه نمونه‌برداری در نظر گرفته شد زیرا نتایج تجزیه و تحلیل با مجموعه داده‌های کیفیت آب WARMA از سال 2006 تا 2016 قابل مقایسه بود. همه تجهیزات نمونه‌برداری قبل از نمونه‌برداری استریل و با آب مقطر شسته شدند. در محل نمونه‌برداری، اولین مرحله در محل بودتجزیه و تحلیل پارامترهای فیزیکی شامل دما، TDS، EC، pH و DO. سپس این فرآیند با جمع‌آوری و نگهداری نمونه‌های آب برای آنالیز شیمیایی دنبال شد. بطری‌های نمونه فلزات سنگین با 2 میلی‌لیتر اسید نیتریک نگهداری شدند در حالی که بطری‌های مورد استفاده برای BOD5 برای جلوگیری از آلودگی هوا روی سیم پر شدند [ 35 ]. نمونه ها در عرض 8 ساعت برای تجزیه و تحلیل به آزمایشگاه منتقل شدند.
تجهیزات آنالیز در محل برای pH، TDS، دما و کدورت قبل از تجزیه و تحلیل کالیبره شدند در حالی که کاوشگرهای آنها قبل از گرفتن قرائت ها با آب مقطر شسته شدند. زمان نمونه برداری در صبح انجام شد تا از تغییرات شدید دما جلوگیری شود. پس از نمونه برداری، هر یک از سه قلوهای 500 میلی لیتری به وضوح برچسب گذاری شده و در جعبه های خنک تر پر از تکه های یخ به عنوان معیاری برای حفظ دمای مبرد قبل از تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی ذخیره شدند. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل پارامترهای فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی با کمک محدودیت ها و دستورالعمل های انطباق با کیفیت آب محلی و بین المللی [ 32 ] [ 36 ] [ 37 ] انجام شد. میز 1روش ها، تجهیزات و پروتکل های مورد استفاده در هر دو تجزیه و تحلیل درجا و آزمایشگاهی را خلاصه می کند.
3.6. تحلیل روند کیفیت آب
روند مقادیر اندازه گیری شده متغیرهای کیفیت آب با استفاده از آزمون t Mann-Kendall تجزیه و تحلیل شده است. آماره t Mann-Kendall یکی از آزمون‌های ناپارامتری است که معمولاً برای تشخیص روندهای یکنواخت در مجموعه‌ای از داده‌های محیطی، آب و هوایی یا هیدرولوژیکی استفاده می‌شود [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]. آزمون t کندال ابتدا همه مشاهدات را بر اساس ترتیب تاریخ رتبه بندی می کند، سپس تفاوت بین هر مقدار متوالی است.
آ. APHA: انجمن بهداشت عمومی آمریکا.
محاسبه می شود و مجموع نشانه های این تفاوت ها به صورت آماره کندال، S ، محاسبه می شود.
س=n–1∑j=کn∑j=ک+1sgn(ایکسj–ایکسک)(1)
که در آن sgn( x j – x k ) مانند داخل است
sgn(ایکسj–ایکسک)={1 اگر(ایکسj–ایکسک)>00اگر(ایکسj–ایکسک)=0–1اگر(ایکسj–ایکسک)<0(2)
مقدار مورد انتظار E (.) S است و واریانس آن Var (.) مانند است
Vآr(س)=[n(n–1)(2n+5)–∑تیتی(تی–1)(2تی+5)]/18(3)
جایی که t نشان دهنده وسعت هر زمان معین و ∑راتینشان دهنده مجموع تمام پیوندهای موجود در داده های کیفیت آب است. برای n > 0، نوع نرمال استاندارد به صورت زیر محاسبه می شود
z={(س–1)/√Vآr(س)اگرس>00 اگرس=0(س+1)/√Vآr(س)اگرس<0(4)
در آزمون t کندال ، مقدار مثبت S در معادله 4 نشان دهنده روند افزایشی و مقدار منفی نشان دهنده روند کاهشی است. در این آزمون ( t ) فرضیه های زیر به دست آمد: فرضیه صفر، H0: هیچ روندی در کیفیت آب وجود ندارد. فرضیه جایگزین Ha: یک روند در کیفیت آب وجود دارد. تصمیم برای رد فرضیه صفر به همان روشی است که آزمون های استاندارد فرضیه های با اهمیت انجام می شود. یعنی اگر مقدار p آزمون کمتر از سطح معناداری باشد، فرض صفر رد می شود، اما اگر برعکس باشد، فرض صفر رد نمی شود. کندال تیآزمون معناداری در XL Stat 2014 انجام شد. تمامی آزمون‌های معناداری دو طرفه و در سطح 05/0 معنی‌دار در نظر گرفته شدند.
3.7. تحلیل چند متغیره
در این مطالعه از تکنیک های آماری چند متغیره تحلیل عاملی (FA) و تحلیل خوشه سلسله مراتبی (HCA) استفاده شده است. ابتدا داده‌های خام با کم کردن میانگین مجموعه داده‌ها از هر متغیر و تقسیم بر انحراف استاندارد برای تولید توزیع نرمال استاندارد می‌شوند. سپس رویکرد HCA با استفاده از روش Ward برای گروه‌بندی مکان‌های نمونه‌گیری در خوشه‌ها اعمال می‌شود و گروه‌های همگن متغیرها از طریق یک دندوگرام بر اساس مکان‌های نمونه انتخاب شده نشان داده می‌شوند. HCA به صورت ریاضی به صورت زیر بیان می شود
د2منj=متر∑j=ک(zمنک–zjک)2(5)
جایی که د2منjفاصله اقلیدسی است، zمنکمقادیر متغیر k برای شی i است . zjکمقادیر متغیر k برای شی j و m = تعداد متغیرها است.
سپس از تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) برای ارزیابی پارامترهای انتخاب شده از طریق یک ماتریس همبستگی استفاده می شود. PCA به طور خاص برای استخراج عوامل با مقادیر همبسته استفاده می شود و در عین حال تغییرات مکانی و زمانی در کیفیت آب ایجاد می کند [ 41 ] [ 42 ]. PCA به صورت ریاضی به صورت زیر بیان می شود
zمنj=آمن1ایکس1j+آمن2ایکس2j+آمن3ایکس3j+⋯+آمنمترایکسمترj(6)
که در آن z = امتیاز جزء، a = بارگذاری مؤلفه، x = مقدار اندازه گیری شده متغیر، i = تعداد مؤلفه، j = تعداد نمونه، و m = تعداد کل متغیرها. تجزیه و تحلیل عاملی برای تعیین فاکتورهای آلودگی موثر بر کیفیت آب در محل‌های نمونه‌برداری استفاده شد که مقدار بار عاملی > 0.75 به عنوان بار قوی، 0.75 – 0.50 «متوسط» و 0.50 – 030 به عنوان «ضعیف» توصیف می‌شود.
3.8. شاخص کیفیت آب حسابی وزنی
شاخص کیفیت آب محاسبه وزنی ( WQI A ) [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] برای رتبه بندی کیفیت آب منطقه مورد مطالعه ما استفاده می شود. استفاده از WQI A برای تعیین مناسب بودن آب های سطحی برای مصرف انسان انجام می شود [ 46 ]. WQI A را می توان به صورت ریاضی بیان کرد
دبلیوسمنآ=∑nمن=1wمنqمن∑nمن=1wمن(7)
که در آن n تعداد پارامترها است، w i وزن نسبی پارامتر i و q i رتبه بندی کیفیت آب پارامتر i است. وزن واحد ( w i ) پارامترهای مختلف کیفیت آب با استانداردهای توصیه شده برای پارامترهای مربوطه نسبت معکوس دارد [ 47 ]. مقدار q i به صورت زیر محاسبه می شود
qمن=100×(Vمن–Vمنداسمن–Vمند)(8)
که در آن V i مقدار مشاهده‌شده پارامتر i، S i مقدار مجاز استاندارد پارامتر i و V id مقدار ایده‌آل پارامتر i در آب خالص است.
3.9. تعیین رابطه بین تغییر LULC و کیفیت آب
ارتباط بین کاربری اراضی و کیفیت آب با تحلیل رگرسیون چندگانه و همبستگی پیرسون انجام شد. تجزیه و تحلیل همبستگی یک ماتریس همبستگی بین انواع کاربری زمین و کیفیت آب به منظور تعیین نوع تعامل بین آنها ایجاد کرد. علاوه بر این، تحلیل رگرسیون چندگانه، بزرگی و تأثیر کاربری زمین (متغیرهای پیش‌بینی‌کننده) بر پارامترهای کیفیت آب (متغیرهای پاسخ) را توضیح داد. همبستگی مثبت قوی‌تر مقادیر نزدیک‌تر به 1 و آن‌هایی که نزدیک‌تر به 1 بودند، همبستگی منفی قوی‌تری را بین متغیرها نشان دادند.
4. نتایج و بحث
4.1. طبقه بندی پوشش کاربری اراضی و ارزیابی دقت
LULC منطقه مورد مطالعه برای سال های 2006 و 2017 و تغییر LULC مطابق جدول 2 است .. زمین های کشاورزی، زمین های جنگلی و آب های سطحی کاهش یافت در حالی که مساحت ساخته شده و علفزار در طول دوره مورد مطالعه افزایش یافت. ساخت و ساز و مرتع 5.35 درصد و 13.31 درصد افزایش در حالی که زمین کشاورزی و زمین جنگلی به ترتیب 13.22 و 5.41 درصد کاهش یافته است. علیرغم افزایش سدهای شهری در حوضه آبریز رودخانه Chongwe بالا، حجم آب های سطحی تنها 0.03٪ افزایش یافته است. زمین های ساخته شده بیشتر در امتداد رودخانه Ngwerere و رودخانه Chongwe میانی به سمت پایین رودخانه Chongwe افزایش یافت. علاوه بر این، افزایش عمدتاً در اطراف منبع رودخانه Ngwerere و آبهای اصلی رودخانه Chalimbana در جنوب شهر لوزاکا بود. برعکس، بخش پایینی حوضه، از چانگوه روستایی تا تلاقی رودخانه‌های چونگوه و زامبزی، افزایش در زمین‌های لخت و کاهش در زمین‌های جنگلی را نشان داد. این را می توان به افزایش جمعیت نسبت داد که کشاورزان معیشتی را مجبور می کند از بالادست جایی که زمین های ساخته شده مورد تقاضا است به سمت پایین دست در جنگل حرکت کنند. این روند در پوشش کاربری اراضی ناشی از افزایش تقاضا برای زمین های خانگی، تجاری و صنعتی در بخش شهری حوضه و گسترش پیوسته به سمت بخش روستایی است. زمین‌های کشاورزی بیشتری به زمین‌های ساخته‌شده شهری تبدیل می‌شوند در حالی که زمین‌های جنگلی عمدتاً برای کشاورزی معیشتی و سوزاندن زغال چوب پاک‌سازی می‌شوند. زمین تجاری و صنعتی در قسمت شهری حوضه آبریز و به طور پیوسته به سمت بخش روستایی گسترش می یابد. زمین‌های کشاورزی بیشتری به زمین‌های ساخته‌شده شهری تبدیل می‌شوند در حالی که زمین‌های جنگلی عمدتاً برای کشاورزی معیشتی و سوزاندن زغال چوب پاک‌سازی می‌شوند. زمین تجاری و صنعتی در قسمت شهری حوضه آبریز و به طور پیوسته به سمت بخش روستایی گسترش می یابد. زمین‌های کشاورزی بیشتری به زمین‌های ساخته‌شده شهری تبدیل می‌شوند در حالی که زمین‌های جنگلی عمدتاً برای کشاورزی معیشتی و سوزاندن زغال چوب پاک‌سازی می‌شوند.47 ] [ 48 ].
نتایج LULC فوق برای تجزیه و تحلیل بیشتر بر اساس ارزیابی دقت طبقه بندی تصویر با استفاده از معیارهای نشان داده شده در جدول 3 اتخاذ شد .
4.2. تجزیه و تحلیل کیفیت آب
pH: اندازه‌گیری‌های pH انجام‌شده در محل بین 5.7 تا 8.3 در طول دوره نمونه‌برداری در همه مکان‌ها متغیر بود. مقادیر نشان داده شده در ماه ژوئیه در سایت های بالادستی مانند Ngwerere در Weir و در مزرعه Kalimba به اندازه 5.7 بود. این مقادیر pH طبق دستورالعمل های تجویز شده در [ 36 ] [ 37 ] کمتر از محدودیت های اکوسیستم آبی بود. سایر سایت ها نسبتاً در محدوده مجاز بودند
کدورت: کدورت بین 2.6 – 13.5 NTU بود. مقادیر سایت 2، 4 و 7 بالاتر از استانداردهای آب آشامیدنی ZABS و WHO در 5 NTU بود. بقیه سایت ها در محدوده بودند. توضیح ساده نتایج نشان داده شده در سایت 2 و 4 به ترتیب سهم پساب تصفیه خانه فاضلاب مانچینچی و حوضچه های تثبیت میدان کاوندا است. بقیه سایت ها طبق دستورالعمل های DWAF و ANZECC در محدوده قابل قبولی قرار داشتند.
رسانایی و TDS: مقادیر خوانش در محل برای EC و TDS به ترتیب از 259.8 تا 862.5 و 129.9 تا 418.3 با حداکثر مقادیر اندازه‌گیری شده در سایت‌های 2، 3 و 4 بود. نتایج کمتر از حد مجاز آب آشامیدنی WHO و ZABS بود به ترتیب 1500 و 1000. با این حال، حداکثر مقادیر در سایت‌های 2، 3 و 4 منعکس‌کننده بار آلودگی به سیستم‌های آبی است که توسط فاضلاب نیمه تصفیه شده به رودخانه Ngwerere در آن سایت‌ها تخلیه می‌شود، زیرا سایت 2 و 3 تقریباً در نقاط تخلیه هستند.
DO: مقادیر اکسیژن محلول از 4.8 تا 7.8 میلی گرم در لیتر با کمترین مقادیر خوانده شده در سایت 1 و 2 متغیر بود. حداکثر حد استاندارد WHO و ZABS برای DO 5 میلی گرم در لیتر تعیین شده است. بنابراین، خواندن سایت 1 و 2 زیر حد قابل قبول بود. سطوح پایین DO که عمدتاً در رودخانه Ngwerere نشان داده شده است، نشانه ای از سطح بالای مواد آلی است که توسط تأسیسات تجاری واقع در نزدیکی سایت 1 و تصفیه خانه فاضلاب در نزدیکی سایت 2 و سایت 3 [ 12 ] [ 49 ] به رودخانه تخلیه می شود.
BOD و COD: BOD و COD تنها در جولای 2006 توسط WARMA انجام شد و ما از زمان خواندن یکسان برای نظارت بر این پارامترها در این مطالعه استفاده کردیم. بنابراین، نتایج نشان‌داده‌شده در اینجا بر اساس میانگین‌های داده شده و انحرافات استاندارد بر اساس قرائت‌های ماهانه برای جولای 2006، 2017 و 2018 نیست. /L به ترتیب در حالی که در طول این دوره مطالعه، آنها به ترتیب بین 13 – 17 میلی گرم در لیتر و 24 – 30.4 میلی گرم در لیتر در قرائت های 2017/2018 بودند. نتایج سال 2006 اکثراً محدودیت‌های استاندارد WHO و ZABS برای آب آشامیدنی را برآورده نمی‌کردند، اما از حداکثر حد دور نبودند. از سوی دیگر، نتایج برای هر دو پارامتر همه بالاتر از استانداردهای نوشیدن و دستورالعمل‌های اکوسیستم آبی در همه سایت‌ها بود. غلظت بسیار بالای BOD و COD به‌دست‌آمده در این مطالعه روند افزایشی را در سطوح ترکیبات آلی در آبهای سطحی حوضه نشان داد. بالادست چونگوه، سایت‌های 1، 2، 3 و 4 با فاضلاب خام شارژ می‌شوند، در حالی که چانگوه میان‌دست نیز با فاضلاب نیمه تصفیه‌شده توسط شهرک جدید به سرعت توسعه‌یافته بر روی آبهای اصلی رودخانه چالی‌بانا، سایت 7 و 8. BOD و COD معمولاً برای نشان دادن میزان آلودگی در رودخانه استفاده می شوند. بنابراین، نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده آلودگی آبهای سطحی حوضه است و ظاهراً می‌تواند تأثیر منفی بر زندگی آبزیان داشته باشد. 3 و 4 با فاضلاب خام شارژ می شوند در حالی که چانگوه متوسط همچنین با فاضلاب نیمه تصفیه شده توسط سکونتگاه جدید به سرعت توسعه یافته بر روی آب های اصلی رودخانه Chalimbana، سایت 7 و 8 شارژ می شود. BOD و COD معمولاً برای میزان آلودگی رودخانه را نشان می دهد. بنابراین، نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده آلودگی آبهای سطحی حوضه است و ظاهراً می‌تواند تأثیر منفی بر زندگی آبزیان داشته باشد. 3 و 4 با فاضلاب خام شارژ می شوند در حالی که چانگوه متوسط همچنین با فاضلاب نیمه تصفیه شده توسط سکونتگاه جدید به سرعت توسعه یافته بر روی آب های اصلی رودخانه Chalimbana، سایت 7 و 8 شارژ می شود. BOD و COD معمولاً برای میزان آلودگی رودخانه را نشان می دهد. بنابراین، نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده آلودگی آبهای سطحی حوضه است و ظاهراً می‌تواند تأثیر منفی بر زندگی آبزیان داشته باشد.
نیترات ها، آمونیاک، فسفات ها و سولفات ها: مقادیر NO 3 ، NH 3 و بنابراین2–4در ماه جولای به ترتیب از 0.7 تا 27.5 mg/L، 0.3 تا 4.5 mg/L و 1.2 تا 26.8 mg/L بود. نتایج فسفات در سال‌های 2006 و 2017/2018 در این دوره مطالعه از 01/0 تا 38 میلی‌گرم در لیتر در فوریه و از 01/0 تا 86/4 میلی‌گرم در لیتر در ماه جولای متغیر بود. نیترات و آمونیاک برای ارزیابی غلظت نیتروژن آلی و معدنی در رودخانه اندازه گیری شد. نتایج همه در محدوده مجاز آب آشامیدنی طبق WHO و ZABS قرار داشتند. با این حال، افزایشی در ماه فوریه عمدتاً در سایت های 2، 3، 4، 8 و 9 نسبت به سایت 1 و 7 مشاهده شد. افزایش مشاهده شده را می توان به افزایش غلظت ترکیبات آلی و معدنی تخلیه شده به رودخانه ها توسط رواناب نسبت داد. در فصل بارندگی مکان های تحت تاثیر متمرکزترین مناطق برای فعالیت های کشاورزی در حوضه آبریز هستند [ 24 ]]. این یافته‌ها توسط مطالعات دیگری که نشان داده‌اند که نیترات‌ها، سولفات‌ها و فسفات‌ها معمولاً در اطراف مناطقی که به دلیل کاربرد کودهای NPK در مزارع تحت سلطه فعالیت‌های کشاورزی هستند، دارای رواناب بالایی هستند، پشتیبانی می‌شوند. بعلاوه، اگر این موارد از حد استاندارد فراتر رود، موارد اوتروفیکاسیون شایع خواهند شد.
فلزات سنگین (Cd، Cr، Pb، Fe): سوابق اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط WARMA داده‌های بیشتری را در مورد K + ، Na + و Fe ارائه می‌کند در حالی که Cd، Cr و Pb داده‌های کافی نداشتند. با این حال، در طول این مطالعه، اندازه گیری بر روی سه پارامتر انجام شد و نتایج همه نشان داد <0.001 mg/L. نتایج آنالیز K + ، Na + و Fe به ترتیب از 4/3 تا 45 میلی‌گرم در لیتر، 8/1 تا 0/13 میلی‌گرم در لیتر و 1/0 تا 5/0 میلی‌گرم در لیتر متغیر بود. این نتایج همگی در محدوده مجاز آب آشامیدنی قرار داشتند. با این حال، این اطلاعات کافی برای نتیجه گیری اینکه آلودگی فلزات سنگین در حوضه وجود ندارد، ارائه نمی دهد. شاید، انجام تجزیه و تحلیل رسوبات پایین برای فلزات سنگین منجر به استنتاج متفاوتی شود.
جدول 4 آمار توصیفی پارامترهای فیزیکوشیمیایی و فلزات سنگین را نشان می دهد که در این مطالعه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. از جدول مشاهده می شود که پارامترها، به ویژه پارامترهای شیمیایی، عموماً کمتر از حداقل حد مجاز بوده اند.
4.3. تحلیل روند کیفیت آب
نتایج آزمون روند Mann-Kendall بر روی کیفیت آب با استفاده از داده های موجود در پایگاه داده WARMA برای ژوئیه 2006 تا ژوئیه 2016 همراه با تمرین نظارتی این مطالعه برای جولای 2017 و 2018 برای حوضه آبریز رودخانه Chongwe در جدول 5 آورده شده است. همه آزمون‌ها با مقدار α 0.05 معنی‌دار انجام شد.
مرحله. نتایج یک روند کاهشی در pH و DO و یک روند افزایشی در TDS در حوضه حوضه نشان داد. روند کاهش pH و DO را می توان به افزایش تخلیه فاضلاب تصفیه نشده به قسمت های بالایی و میانی حوضه به دلیل افزایش زمین های ساخته شده نسبت داد. فاضلاب تصفیه نشده سرریزهای دو تا از سه تصفیه خانه اصلی فاضلاب واقع در این بخش از حوضه [ 12 ] [ 49 ] است که فراتر از ظرفیت طراحی خود کار می کنند. EC و Redox روند مثبت و دما روند منفی را نشان دادند که از نظر آماری معنی دار نبود.
4.4. خوشه سلسله مراتبی و تجزیه و تحلیل مؤلفه های اصلی
نتایج تجزیه و تحلیل خوشه سلسله مراتبی دو خوشه را به دست آورد که در شکل 3 نشان داده شده است. همانطور که از شکل مشخص است و بر اساس فاصله اقلیدسی، خوشه 1 متشکل از 6 سایت (S5, S4, S1, S8, S7, S6, و S9) با فاصله اقلیدسی کم مشخص شد در حالی که خوشه 2 متشکل از 2 سایت ( S2 و S3) با فاصله اقلیدسی بالا مشخص شد.
تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی در جدول 6 استخراج پنج عامل را نشان می دهد. عامل 1 با بارهای عاملی قوی هدایت الکتریکی، TDS، سدیم، پتاسیم و کلرید و بارگذاری متوسط NO 3 و 33.37 درصد از کل واریانس پارامترهای کیفیت آب را به خود اختصاص داد.بنابراین2–4. غلظت ها
شکل 3 . دندروگرام خوشه های محل نمونه برداری را در امتداد حوضه آبریز رودخانه چونگوه بالا نشان می دهد.
این یون ها می تواند به دلیل وجود مواد آلی و اسیدهای آلی باشد که نشان دهنده تأثیر فعالیت های انسانی و تشکیلات زمین شناسی بر کیفیت آب است. غلظت NO 3 می تواند به دلیل نیتریفیکاسیون در رودخانه ها باشد در حالی که غلظت آن بنابراین2–4می تواند ناشی از کود حاصل از رواناب باشد که نشان دهنده تأثیر انسان به ویژه فعالیت های کشاورزی است. عامل 2 با بار عاملی قوی سرب و بار عاملی متوسط NH 4 21.69 درصد از کل واریانس را به خود اختصاص داد.کدورت و آهن. این را می توان به رواناب رسوب از خاک های سست در زمین های کشاورزی به رودخانه ها نسبت داد. عامل 3 12.56 درصد از کل واریانس پارامترهای کیفیت آب را به خود اختصاص داد و بارهای عامل متوسط pH و DO را نشان داد که نشان می دهد علیرغم تخلیه زباله های خانگی به رودخانه، در دسترس بودن اکسیژن و سطوح pH کافی برای حمایت از آبزیان وجود دارد. عامل 4 02/10 درصد از کل واریانس را با بارگذاری متوسط دما به خود اختصاص داد که نشان دهنده تأثیر سایه‌اندازی جنگل‌های ساحلی است که بر دمای آب و بهره‌وری آب تأثیر می‌گذارد. عامل 5 8.50 درصد از کل واریانس را با بارگذاری متوسط DO از تخلیه زباله های خانگی تشکیل می دهد. یافته های مشابهی توسط Ayeni و Soneyanu [ 50 ] گزارش شده است] که کاربری های زمین مانند فعالیت های خانگی و کشاورزی به شدت بر تغییر کیفیت آب های سطحی تأثیر می گذارد.
متغیرهای بارگذاری مؤلفه‌های نشان‌داده‌شده در جدول 6 ، سپس بر اساس مؤلفه‌های تعیین‌شده گروه‌بندی شده و بار عاملی خود را طبق جدول 7 طبقه‌بندی کردند . بارهای عاملی “قوی”، “متوسط” و “ضعیف” طبقه بندی شدند که به ترتیب با مقادیر بارگذاری مطلق > 0.75، 0.75 – 0.50 و 0.50 – 0.30 مطابقت دارند [ 29 ].
4.5. شاخص کیفیت آب حسابی وزنی
جدول 8 شاخص کیفیت آب محاسبه شده و رتبه بندی کیفیت آب در 9 سایت را برای ژوئیه 2006 و ژوئیه 2017 نشان می دهد. نتایج محاسبات شاخص کیفیت آب در هر 9 سایت به طور کلی نشان داد که افت کیفیت آب در منطقه وجود داشته است. حوضه آبریز رودخانه Chongwe بالا بین سال‌های 2006 و 2017. این زمانی مشاهده شد که نتایج WQI در سال 2006 را می‌توان به خوب، ضعیف، بسیار بد و نامناسب برای نوشیدن رتبه‌بندی کرد، در حالی که نتایج برای همان مکان‌ها در سال 2017 همگی برای نوشیدن نامناسب بودند. نتایج نشان داد که در سال 2006، WQI از 45.03 (خوب) تا 110.40 (نامناسب برای نوشیدن) متغیر بود.
نتایج WQI نشان داد که آب در Ngwerere برای آشامیدن در سال 2006 و همچنین 2017 نامناسب بوده است. روند کاهش مداوم کیفیت آب رودخانه Ngwerere به دلیل آلودگی در حوضه حوضه مشاهده شده است و به افزایش سطوح فعالیت های خانگی و کشاورزی انسانی نسبت داده شده است. در امتداد سواحل آن [ 49 ]. به گفته هانه، شامبوکو-مبال، و بومله [ 12حجم زیادی از فاضلاب تصفیه نشده به رودخانه Ngwerere و استفاده کنترل نشده از مواد شیمیایی کشاورزی و تخلیه زباله های صنعتی به مناطق بالادست رودخانه Chongwe تخلیه می شود. علاوه بر این، جریان Ngwerere که منبع آب قابل توجهی برای تصفیه خانه آب و فاضلاب لوزاکا در سد چونگوه است، تخلیه‌های بسیار آلوده را از کارهای تصفیه فاضلاب پر بار در شهر لوزاکا دریافت می‌کند.
کاناکانتاپا قسمت میانی حوضه آبریز را تشکیل می دهد. در طول تمرین حقیقت‌یابی زمینی، مشخص شد که بیشتر سکونتگاه‌های روستایی است تا شهری و عمدتاً توسط کشاورزان معیشتی اشغال شده است. این می تواند دلیلی باشد که نتایج WQI برای سال 2006 کیفیت آب “خوب” را در رودخانه کاناکانتاپا نشان می دهد. با این حال، نتایج طبقه‌بندی LULC برای سال‌های 2006 و 2017 افزایش قابل‌توجهی در زمین‌های ساخته‌شده و کشاورزی در اطراف رودخانه کاناکانتاپا نشان داد. این تا حدی توضیح می دهد که چرا در سال 2017، نتایج WQI نشان داد که آب برای آشامیدن نامناسب است. دلیل دیگر می‌تواند این باشد که حوضه آبریز رودخانه چونگوه بین سال‌های 2012 و 2015 تعداد بارندگی‌های خوبی دریافت نکرده است تا از رقیق‌سازی مواد آلی سنگین که در بالادست تخلیه می‌شود و آب در پایین دست جریان می‌یابد، حمایت کند. بخش میانی دیگر حوضه، سایت (7) است که یک نقطه نظارتی مهم برای تأثیر فعالیت‌های فیزیکوشیمیایی بالادست است. نتایج WQI در سال 2006 برای این سایت همچنین نشان داد که آب رودخانه Chongwe میان‌دست از خوب تا ضعیف است. با این حال، نتایج WQI 2017 نشان می‌دهد که کیفیت آب به نامناسب بودن برای آشامیدن تنزل یافته است.
سایت 8 و 9 (رودخانه طویل چالیمابانا) قسمت پایینی حوضه آبریز را تشکیل می دهد. نتایج طبقه‌بندی LULC 2006-2017 افزایش سطح زمین ساخته شده را در آبهای اصلی رودخانه Chalimbana نشان داد. این تغییر همچنین با تغییر نتایج WQI از ضعیف به نامناسب برای آشامیدن بین سال‌های 2006 و 2017 منعکس شد. تخریب کیفیت آب توسط فعالیت‌های خانگی، تجاری و کشاورزی انسانی در سرآب رودخانه Chalimabana افزایش می‌یابد. این را می توان با تضادهای استفاده از بالادست-پایین دست در میان مزارع [ 50 ] [ 51 ] توضیح داد.
حوضه آبریز رودخانه Chongwe دستخوش تغییرات موازی قابل توجهی در LULC و کیفیت آب شده است ( شکل 4). افزایش سطح ساخته شده نشان داده شده در قسمت بالایی حوضه می تواند بر کیفیت آب تأثیر بگذارد، به طوری که نتایج WQI از Ngwerere که در سال 2006 100 بود، به بالای 100 در سال 2017 کاهش یافت و آب را برای آشامیدن نامناسب کرد. علاوه بر این، این نتایج نشان داد که رودخانه Ngwerere بیشترین تأثیر را توسط LULC داشته است با سایت 1، 2، 3 و 4 دارای WQI بین 90 – 110 در سال 2006 و 170 – 430.4 در سال 2017. بررسی فیزیکی پساب حاصل از پایدارسازی Kaundabil حوضچه ها از دره Meanwood Kwamwena عبور می کردند و به عنوان فاضلاب خام تخلیه می شدند و به جریان Ngwerere ختم می شدند. این نتایج نشان می دهد که کیفیت آب در حوضه فوقانی از بسیار بد به نامناسب برای شرب تغییر کرده است. Chongwe میان‌رده که زمانی در محدوده 45 تا 55 در سال 2006 قرار داشت، در سال 2017 تغییرات شدیدی را نشان داد که بین 243 تا 33 متغیر بود.
4.6. رابطه بین LULC و کیفیت آب
رابطه بین کاربری زمین و کیفیت آب با استفاده از همبستگی پیرسون در جدول 9 ارائه شده است. نتایج نشان می‌دهد که زمین‌های ساخته‌شده/برهنه همبستگی مثبت و معنی‌داری با EC ( R2 = 0.61، p≤ 0.05)، کدورت ( R2 = 0.69، P≤ 0.05)، TDS ( R2 = 0.61، P ≤ 0.05 ) نشان دادند. )، کلر ( R2 = 0.62، p ≤ 0.05) و یک همبستگی منفی معنی دار با NH 4 ( R2 = -0.729، P ≤ 0.05). کشاورزی با کدورت ( R2 = 0.71، p ≤ 0.01) و Fe ( R2 ) همبستگی مثبت و معناداری نشان داد .= 0.75، p ≤ 0.01. پوشش جنگلی با بسیاری از پارامترهای کیفیت آب به غیر از Fe، DO، NO 3 همبستگی منفی داشت . اما این همبستگی از نظر آماری معنی دار نبود. علفزار همبستگی منفی معنی‌داری با دما داشت ( R2 = -0.68، P≤ 0.05).
یافته‌های تعدادی از مطالعات، روند تأثیر استفاده از زمین شهری، کشاورزی و جنگلی را بر کیفیت آب نشان داده‌اند [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]. به عنوان مثال، یاداو و همکاران . [ 55 ] همبستگی مثبت فسفر کل (TP) با کاربری زمین شهری را نشان داد و آن را به منابع نقطه ای مانند تصفیه خانه ها، فاضلاب های خانگی، تصفیه خانه های فاضلاب و صنایع نسبت داد. در این مطالعه، زمین های ساخته شده و کشاورزی مهم ترین پیش بینی کننده تغییر کیفیت آب به نظر می رسد. همبستگی مثبت بین ساخته شده/لخت
شکل 4 . پوشش زمین کاربری و کیفیت آب سطحی حوضه آبریز رودخانه چونگوه در (الف) 2006 و (ب) 2017.
زمین و TDS، رسانایی، کلر و کدورت به احتمال زیاد به رواناب رسوب از سایت های ساخت و ساز، هوازدگی سنگ ها و فرسایش از مناطق خالی نسبت داده می شوند [ 56 ]. نمک های جاده می توانند کمک بزرگی به کلریدها در آب های دریافت کننده داشته باشند [ 57 ]. همبستگی مثبت بین زمین های کشاورزی و کدورت و آهن را احتمالاً می توان به رواناب رسوب از خاک های سست در زمین های کشاورزی به رودخانه نسبت داد [ 55 ]. جنگل و مرتع با پارامترهای کیفیت آب همبستگی منفی نشان دادند. این نشان می دهد که با افزایش زمین های جنگلی، کیفیت آب تخریب شده کاهش می یابد و بالعکس. همانطور که توسط اسلیوا و ویلیامز مشاهده شد [ 52]، پوشش گیاهی می تواند با جذب مواد مغذی و جلوگیری از روان شدن رسوب، کاهش کیفیت آب را بهبود بخشد. Tu [ 15 ] نتایج مشابهی را نشان داد که جنگل و مراتع را به عنوان شاخص هایی برای کیفیت خوب آب نشان می دهد.
5. نتیجه گیری و پیشنهادات
5.1. نتیجه
هدف از این مطالعه تجزیه و تحلیل و درک پاسخ کیفیت آب سطحی به تغییر LULC در حوضه آبریز رودخانه Chongwe در زامبیا که به سرعت در حال شهرنشینی است. واضح است که بین سال‌های 2006 و 2017 تغییر چشمگیری در پوشش کاربری اراضی رخ داده است. تغییر قابل‌توجهی در زمین‌های ساخته‌شده و علفزار وجود دارد که افزایش نشان می‌دهد در حالی که زمین‌های کشاورزی و زمین‌های جنگلی در طول دوره مرجع کاهش یافته‌اند. کیفیت آب سطحی در حوضه بین سال های 2006 تا 2017 تنزل یافته است. کیفیت آب سطحی به عوامل طبیعی و انسان شناسی بستگی دارد. در این مطالعه، چهار نوع کاربری اراضی ساخته شده، کشاورزی، جنگلی و مرتعی با پارامترهای کیفی آب همبستگی معنی‌داری نشان دادند. در این میان، زمین های ساخته شده و کشاورزی اثرات منفی معنی داری بر کیفیت آب داشتند در حالی که جنگل و پوشش گیاهی برعکس بود. این به دلیل افزایش سطح غیر قابل نفوذ زمین استقرار، شدت بالای فعالیت های انسانی، تخلیه فاضلاب تصفیه نشده غنی از محتوای آلی و توزیع فضایی زمین های ساخته شده در حوضه بود. آلودگی غیر نقطه ای ناشی از کشاورزی یکی دیگر از عوامل مهم آلودگی آب است. یافته ها و روش های مورد استفاده در این مطالعه می تواند برای شناسایی منابع آلودگی و بهبود مدیریت آب و برنامه ریزی کاربری اراضی در حوضه آبریز مفید باشد.
5.2. توصیه ها
از نتایج به دست آمده، اقدامات زیر توصیه می شود:
· بافر کردن منطقه ساحلی باید از طریق گروه های انجمن استفاده کنندگان آب در اطراف حوضه اجرا شود.
· پوشش گیاهی برای حفظ آب و تنظیم کیفیت آب بسیار مهم است. حفاظت و مدیریت پوشش گیاهی و جنگل باید مورد تاکید قرار گیرد. در عین حال، تبدیل و توسعه خاک برهنه به زمین کشاورزی و زمین سکونتگاهی نیز دلیل مهمی برای بدتر شدن کیفیت آب است. ادارات و کارکنان مربوطه باید به این موضوع توجه کنند.
· تعمیم اجرای قانون مدیریت منابع آب به نظارت و کاهش آبهای سطحی، زیرا بی توجهی به آن اثرات فاجعه بارتری بر حوضه آبریز با توجه به نرخ رشد جمعیت در برابر تقاضای آب در بین استفاده کنندگان برای مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی دارد.
سرمایه گذاری در یک سیستم مدیریت یکپارچه کیفیت آب که شامل شاخص های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی کیفیت آب است و نظارت و کاهش را با توجه به توزیع پوشش کاربری اراضی در حوضه در اولویت قرار می دهد، مجهز به سیستم های به روز جغرافیایی، فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی. پایگاه داده
· یک تصفیه یکپارچه زباله فاضلاب در حوضه ایجاد کنید که در آن لجن را بتوان به درستی مدیریت کرد و در عین حال پساب را به درستی با استفاده از نظارت زمان واقعی در نقطه تخلیه کنترل کرد.
بدون دیدگاه