چکیده 1
کلمات کلیدی 1
فصل اول: کلیات تحقیق
مقدمه. 3
1-1-اهمیت و ضرورت انجام تحقیق 4
1-2-اهداف تحقیق 6
1-2-1-هدف اصلی. 6
1-2-2-اهداف جزئی 6
1-2-3-اهداف کاربردی 6
1-3-فرضیههای تحقیق 7
1-4-جنبه جدید بودن و نوآوری طرح 7
1-5- پیکرشناسی مخازن آب 7
1-5-1- مقایسه مخازن با دریاچه‌های طبیعی 8
1-5-2- میزان بارگذاری و اندازه هیدرولوژیکی 9
1-5-3- سن و پیری 9
1-5-4- تغییرات طولی و هندسی 9
1-5-5- خطوط ساحلی و تغییر سطح آب 11
1-5-6- بارگذاری مواد رسوبی 11
1-5-7- مشکلات عمده سدهای مخزنی 12
1-5-8- کیفیت آب در مخازن و دریاچه ها 13
1-6- ترکیبات شیمیائی آب دریاچهها 14
1-6-1- اثرات فرآیندهای فیزیکی روی کیفیت آب 15
1-6-2- دما و لایه‌بندی 16
1-6-2-1- لایه‌بندی فصلی 16
1-6-2-2- معیار لایه‌بندی 18
1-7-استانداردهای کیفیت آب 18
1-7-1-استانداردهای آژانس حفاظت محیط‌زیست آمریکا (EPA) 19
1-7-2-استانداردهای اولیه 19
1-7-3-استانداردهای ثانویه 19
1-7-4-استاندارد سازمان بهداشت جهانی 19
1-7-5-موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران 20
1-7-6-استاندارد کیفیت آب سطحی ماساچوست. 21
1-7-7-کلاس‌بندی کیفی آبهای سطحی(استاندارد ماساچوست)......................................21
1-7-8-رده‌بندی آبهای براساس BOD5 و DO 22
1-7-9 -استانداردهای اکسیژن محلول 24
1-7-10-استاندارد pH 25
1-7-11-طبقه‌بندی بیولوژیکی آبها 26
1-8-تغذیه گرایی (یوتریفیکاسیون) 26
1-8-1- مراحل یوتریفیکاسیون 28
1-8-2-وضعیت تغذیه‌گرایی، سیستم طبقه‌بندی 29
1-8-3- شاخص تغذیه گرایی 31
1-8-3-1- مبنا برای یک شاخص جدید 32
1-8-4- شاخص وضعیت تغذیه گرایی TSI (Trophic state index) 34
1-8-5- روش ها و تعیین TSI 35
1-8-5-1- شاخص وضعیت تغذیه گرایی کارلسون 37
2-8-5-2-طبقه بندی شاخص وضعیت تغذیه گرایی کارلسون 39
1-8-6-یوتریفیکاسیون انسان ساخت 42
1-8-7-تأثیرات یوتریفیکاسیون 43
1-9- تکنیک های مانیتورینگ 44
1-9-1- اندازه گیری شفافیت آب 44
1-9-1-1- شفافیت : یک اندازه گیری از کیفیت آب. 45
1-9-1-2- شفافیت آب و Secchi disk 45
1-9-1-3- Secchi disk 46
1-9-1-4- چگونگی استفاده از Secchi disk 47
1-9-1-5- اندازه گیری عمق Secchi و ارتباط آن با وضعیت تغذیه گرایی 48
1-9-2-1- آلگ و انواع آن در محیط زیست 49
1-9-2-2- نقش آلگ در اکوسیستم های آبی 50
1–9–2–3- تعدادی از انواع آلگ ها 50
1-9-2-4- تغییرات فصلی در آلگ 50
1-9-2-5- شکوفایی آلگی (Algal blooms) 51
1-9-2-6- اندازه گیری غلظت آلگ 52
1–9–2–7-شکوفایی آلگی زیان آور (HAB) 53
1-9-2-8-چگونگی کنترل جمعیت آلگ و محدود کردن رشد آن 53
1-9-3- فسفر کل 54
1 - 9 - 3 -1- نقش فسفر در یوتریفیکاسیون 54
1-10-وضعیت منابع آب سطحی استان خوزستان 56
1-10-1-حدود و موقعیت جغرافیایی حوزه کارون – دز 57
1-11-شناسایی منطقه مورد مطالعه 57
1-11-1 موقعیت جغرافیایی و توپو گرافی محدوده طرح 57
1-11-1-1 مشخصات سد دز 58
1-11-1-2 تاریخچه سد دز 58
1-11-1-3-ویژگی های فنی‌سد و نیروگاه دز 59
1-11-2 هواشناسی منطقه‌مورد‌مطالعه 60
1-11-2-1- بارش 60
1-11-2-2- تبخیر 60
1-11-3-اقلیم 60
1-11-3-1- دما 61
1-11-4- هیدرولوژی 62
1-11-4-1 حوضه آبریز دز 62
1-11-4-2- فیزیوگرافی 64
1-11-4-3- آبدهی 65
1-11-5- زمین شناسی عمومی 65
1-11-5-1-سنگ چینه شناسی 66
1-11-5-2-سازند کنگلومرای بختیاری 66
1-11-6-محیط زیست بیولوژیکی 66
1-11-6-1-پوشـش گیـاهی 67
1-11-6-2- حیات وحش محدوده مطالعاتی. 67
1-11-6-2-1-پستانداران محدوده مطالعاتی 67
1-11-6-2-2-پرندگان محدوده مطالعاتی 68
1-11-6-2-3-خزندگان و دوزیستان محدوده مطالعاتی 68
1-11-6-2-4- ماهیهای محدوده مطالعاتی 68
1-11-7- نواحی اکولوژیکی موجود در حوضه آبریز سد دز 68
1-11-7-1-ناحیه اکولوژیکی استپ جنگلی یا جنگل خشک 69
1-11-7-2- ناحیه نیمه استپی گرم 69
1-11-7-3- ناحیه اکولوژیک اقلیم استپی گرم 69
1-11-8-بررسی وضعیت اکوسیستم حوضه سد دز در گذشته و حال 70
1-11-8-1- مناطق حفاظت شده موجود درمحدوده مطالعاتی 71
1-11-9- ویژگیهای کشاورزی 71
1-11-10-محدوده بالا دست و منابع آلاینده دریاچه سد دز 71
1-11-11- محدوده پایین دست سد دز 71
1-12-ابزارهای مدیریت کیفیت آب 72
1-12-1-مدلسازی کیفیت آب 72
1-12-1-1-انواع مدلهای مورد استفاده در کیفیت آب 73
1-12-1-1-1-مدلهای مفهومی 73
1-12-1-1-2-مدلهای شیمیایی 74
1-12-1-1-3-مدلهای اکولوژیکی 74
1-12-1-1-4-مدلهای ریاضی 74
1-12-2-شبکه‌های عصبی مصنوعی 76
1-12-2-1-تاریخچه 77
1-12-2-2-آشنایی با مدل نورون و معماری شبکه‌های عصبی 78
1-12-2-2-1-نورون با یک ورودی Scaler 78
1-12-2-3-توابع انتقال 79
1-12-2-3-1-تابع انتقال Hard limit 79
1-12-2-3-2-تابع انتقال خطی purelin. 79
1-12-2-3-3-تابع انتقال Logsigmoid 80
1-12-2-3-3-1-نورون با یک بردار بعنوان وررودی 80
1-12-2-4-معماری شبکه‌های عصبی 81
1-12-2-4-1- ورودی‌ها و لایه‌ها 83
1-12-2-4-2-شبکه‌های چند لایه 83
1-12-2-4-3-شبکه عصبی چند لایه پیشرو 84
1-12-2-4-4-پیاده سازی و آموزش شبکه عصبی پیشرو 85
1-12-2-5-1-سازو کارهای ساختن 89
1-12-2-5-2-ساختن لبه ای 89
1-12-2-5-3-ساختن شعاعی 90
1-12-2-6- شبکه پرسپترونی چند لایه (MLP) 90
1-12-2-6-1-نورون MLP 90
1-12-2-6-2-ساختار شبکه 91
1-12-2-6-3-پس‌انتشار 92
1-12-2-7-آموزش MLP 93
1-12-2-7-1-لایه‌های پنهان چند‌گانه 93
1-12-2-8- شبکه‌های تابع پایه شعاعی 93
1-12-2-8-1- شبکه عصبی شعاعی RBF 93
1-12-2-8-2-نورون RBF.......................................................................................96
1-12-2-8-3- ساختار شبکه........................................................................................97
1-12-2-8-4-پارامترهای شبکه RBF..................................................... ...................98
1-12-2-8-5-آموزش شبکه RBF 98
1-12-2-9-شبکه عصبی پیشرو با الگوریتم یادگیری پس انتشار خطا 99
1-12-2-10-تحلیل عاملی 100
1-12-2-10-1-مراحل اجرای تحلیل عاملی 102
1-12-2-10-2-استخراج عامل‌ها 104
1-12-2-10-3-تعیین متغیرهای هر عامل(تفسیر ماتریس عاملی) 105
1-13-3- مدل جلبک های فیتوپلانکتونی 106
1-13-3-1- مدل رشد جلبک 108
فصل دوم: پیشینه تحقیق
2-سوابق تحقیق 110
2-1-سوابق مطالعه در حوزه دز. 111
2-2-سوابق مطالعه بر روی یوتریفیکاسیون و مدلسازی آن 112
2-2-1-تحقیقات انجام گرفته در ایران 112
2-2-2-تحقیقات انجام گرفته در جهان 116
2-3- سوابق مطالعه بر روی شاخص کارلسون(TSI) 119
2-3-1-سوابق تحقیق در ایران 119
2-3-2-سوابق تحقیق در جهان 119
2-4-سوابق مطالعه بر روی مدلهای رشد جلبک در مخازن و دریاچهها 121
2-4-1-سوابق تحقیق در ایران 121
2-4-2-سوابق تحقیق در جهان 122
2-5- سوابق مطالعه بر روی مدلسازی آبهای سطحی با تأکید بر مدل شبکه عصبی مصنوعی 123
2-5-1-سوابق تحقیق در ایران 123
فصل سوم: روش اجرای تحقیق
3- مواد و روشها 128
3-1-منطقه مورد مطالعه 128
3-2-مراحل انجام تحقیق 130
3-3- روشها 130
3-3-1- تعیین ایستگاههای مطالعاتی 130
3-3-2-مدت زمان انجام تحقیق 133
3-3-3- روش نمونه‌برداری 135
3-3-3-1- روش نمونه‌برداری با استفاده از Secchi disk در ایستگاههای مطالعاتی 135
3-3-3-2- مانیتورینگ شفافیت نگارنده 137
3-3-4- روشهای آزمایشگاهی نگارنده 138
3-3-4-1- روش اندازه گیری Temp, Cond, pH 138
3-3-4-2-اندازه‌گیری اکسیژن محلول(DO) 138
3-3-4-3-اندازه گیریBOD 5. 138
3-3-4-4- روش اندازه گیری آمونیاک 139
3-3-4-5-روش اندازه گیری نیترات 139
3-3-4-6- اندازه گیری فسفات 139
3-3-4-7- اندازه گیری کلروفیلa 140
3ـ4ـ مواد آزمایشگاهی 140
3ـ4ـ1 مواد مورد استفاده در آزمایشگاه 140
3-4-2- ابزار و تجهیزات آزمایشگاهی 141
3-4-3-ظروف مورد استفاده 142
3-4-4-ابزار نمونه‌برداری 142
3-5- روشهای مدلسازی 142
3 -5-1-مدل توازن جرم(Mass balance model) 143
3-5-1-1-محاسبه توازن جرم پارامترهای مورد بررسی در مخزن سد دز 143
3-5-1-2-تعیین حجم آب مخزن دز 143
3-5-2- مدل میزان رشد جلبک Monod model 146
3-5-3-شاخص مورد استفاده برای تعیین وضعیت تروفیکی (TSI) 147
3-5-4-مدل¬سازی یوتریفیکاسیون در بازه مورد مطالعه با شبکه عصبی‌مصنوعی 148
3-5-4-1-تهیه مدل شبیه ساز 148
3-5-4-2-انتخاب پارامترهای مناسب جهت مدلسازی بواسطه ماتریس همبستگی 152
3-5-4-3-مبنای انتخاب سناریوهای مدلسازی 152
3-5-4-4-مدلسازی سناریوهای تعریف شده 152
3-6-نرم افزارهای مورد استفاده در تحقیق 153
فصل چهارم: یافته‌ها و نتایج
4ـ1ـ یافته¬های میدانی 155
4ـ2ـ یافته¬های آزمایشگاهی 156
4-3- نتایج مدل مفهومی بیلان جرم در مخزن دز (سال 91) 162
4-4-نتایج مدل میزان رشد جلبک (Monod model) در مخزن دز (سال 91) 167
4-4-1-محاسبه میزان رشد جلبک 167
4-5-نتایج به دست آمده در بخش شاخصTSI 173
4-6- نتایج به دست آمده در بخش شبکه عصبی مصنوعی ANN 173
4-6-1-انتخاب پارامترهای مناسب جهت مدلسازی بواسطه ماتریس همبستگی 179
4-6-2-مدلسازی سناریوهای تعریف شده 181
4-6-3-بررسی سناریوها 181
4-6-3-1-بررسی سناریوی اول به روش Feed Forward Back Propagation
بهار 91 181
4-6-3-2- بررسی سناریوی اول به روش Radial Basis Fewer Neuron (RBFN)
بهار91 183
4-6-3-3- بررسی سناریوی دوم به روش Feed Forward Back Propagation
تابستان 91 185
4-6-3-4- بررسی سناریوی دوم به روش Radial Basis Fewer Neuron (RBFN)
تابستان91..................................................................................................................... .186
4-6-3-5- بررسی سناریوی سوم به روش Feed Forward Back Propagation
پاییز 91 .......................................................................................................................187
4-6-3-6- بررسی سناریوی سوم به روش Radial Basis Fewer Neuron (RBFN)
پاییز91 189
4-6-3-7- بررسی سناریوی چهارم به روش Feed Forward Back Propagation
زمستان 91 190
4-6-3-8- بررسی سناریوی چهارم به روش Radial Basis Fewer Neuron (RBFN)
زمستان 91 191
فصل پنجم:بحث ونتیجه گیری
5-بحث و نتیجه‌گیری 194
5-1- مقایسه کیفیت آب سد دز با استانداردهای جهانی 196
5-1-1-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس pH 196
5-1-2-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس دما 198
5-1-3-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس DO 198
5-1-4-استاندارد کیفیت آبهای سطحی ماساچوست 199
5-1-5-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس NO3 199
5-1-6-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس فسفات 200
5-1-7-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس BOD5 201
5-1-8-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس NH4 201
5-1-9-معیار کیفیت آب دریاچه سد دز بر اساس قلیاییت 201
5-1-10- معیار کیفیت آب دریاچه سد دز براساس TSS 202
5-2-1- نتایج آنالیز واریانس پارامترهای کیفی بین فصول مختلف 202
5-2-2- بررسی اختلاف میانگین بین پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب دریاچه 203
5ـ2ـ2-1- بررسی تغییرات میانگین پارامتر دما در فصول مختلف 203
5ـ2ـ2-2 بررسی تغییرات میانگین DO درفصول مختلف 204
5-2-2-3- بررسی تغییرات میانگین نیترات درفصول مختلف 204
5-2-2-4- بررسی تغییرات میانگین آمونیاک درفصول مختلف 204
5-2-2-5- بررسی تغییرات میانگین ارتوفسفات درفصول مختلف 205
5-2-2-6- بررسی تغییرات میانگین BOD5 درفصول مختلف 205
5-2-2-7- بررسی تغییرات میانگین کلروفیل آ درفصول مختلف 206
5-2-3- نتایج آنالیز واریانس پارامترهای کیفی بین ایستگاههای مختلف 206
5-2-4- بررسی اختلاف میانگین بین پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب دریاچه 207
5-2-4-1- بررسی تغییرات میانگین TSS در ایستگاههای مختلف مطالعاتی......................208
5-2-4-2- بررسی تغییرات میانگین po43- در ایستگاههای مختلف مطالعاتی 208
5-2-4-3- بررسی تغییرات میانگین کلروفیل آدر ایستگاههای مختلف مطالعاتی 209
5-3- نتایج بررسی جرم پارامترهای کیفی آب )مدل مفهومی (Mass Balance 209
5-3-1-DO اکسیژن محلول 209
5-3-2-مواد جامد معلق آب سد دز 211
5-3-3- قلیاییت 213
5-3-4- BOD5 مخزن سد دز 214
5-3-5-نیترات سد دز 215
5-3-6- آمونیاک مخزن سد دز 217
5-3-7-فسفات مخزن سد دز 218
5-3-8-فسفر کل مخزن سد دز 220
5-3-9- Po4مخزن سد دز 220
5-3-10- کلروفیل a مخزن سد دز 221
5-4- همبستگی بین حجم آب و جرم برخی از پارامترهای کیفی آب 223
5-4-1-ضریب همبستگی خطی بین DO و حجم آب 223
5-4-2- همبستگی خطی بین حجم آب BOD 224
5-4-3- همبستگی خطی بین قلیاییت و حجم آب 224
5-4-4- همبستگی خطی بین TSS و حجم آب 225
5-4-5- همبستگی فسفات با حجم آب 226
5-4-6- همبستگی خطی بین حجم آب وpo43- 226
5-4-7-همبستگی خطی بین حجم آب و فسفر کل 227
5-4-8-همبستگی خطی بین نیترات و حجم آب 227
5-4-9-همبستگی خطی بین آمونیاک و حجم آب 228
5-4-10-همبستگی خطی بین کلروفیل a و حجم آب 228
5ـ 5- طبقه بندی ایستگاههای مطالعاتی براساس شاخص تروفیکی TSI 229
5-6-تحلیلهای مربوط به مدل میزان رشد جلبک 231
5-7-تحلیل های مربوط به مدلهای شبکه عصبی مصنوعی 237
5-7-1-ارزیابی مدلسازی های صورت گرفته 238
5-7-2- ارزیابی کلروفیلa مدلسازی شده 239
5-8-نتیجه‌گیری و پیشنهادات 240
5-9-مقایسه تحقیق حاضر با تحقیقات مشابه دیگر 244
5-10-ارائه برنامه مدیریت کیفیت آب دریاچه سد دز 248
5-10-1- روشهای پیش از مخزن 248
5-10-2- روشهای داخل مخزن 249
5-11-پیشنهادات 251
5-11-1- پیشنهادات اجرائی مدیریتی 251
5-11-2- پیشنهادات مطالعاتی 252
5-11-3-پیشنهاداتی در رابطه بامدلسازی توسط شبکه عصبی مصنوعی 253
منابع و مراجع 254
منابع فارسی 255
منابع انگلیسی 258
چکیده انگلیسی 262