تقييم نوعية مياه ترعة السلام والتنبؤ بتأثيرها على خواص الأرض والنبات

الملخص العربي:

تقييم نوعية مياه ترعة السلام والتنبؤ بتأثيرها على خواص الأرض والنبات

أجرى هذا البحث في الفترة من 2003 إلى 2006 لدراسة تقييم نوعية مياه ترعة السلام والتنبؤ بتأثيرها على خواص الأراضي والنبات ؛ لهذا تم تصميم برنامج لرصد نوعية المياه يغطى كل التغيرات فى نوعية المياه على طول مصرف بحر حادوس و ترعة السلام الواقعة فى شرق الدلتا. الهدف من تصميم هذاالبرنامج هو الحصول على معلومات عن كل من بعض خواص المياه الطبيعية، و الكيمائية و البيولوجية.

تقييم نوعية مياه ترعة السلام

• انتهت هذه الدراسة الى ان الصرف الزراعى يساهم بحوالى 90% من كمية المياه الكلية التى تلقى بمصرف بحر حادوس (صرف زراعى) وحوالى 9.5% صرف صحى بينما تكون الكمية المتبقية وهى 0.5% (صرف صناعى).

• تم تحديد 5 مواقع رئيسية على مصرف بحر حادوس و تبين ان المصرف لا يعانى من مخلفات الصرف الصحى والصناعى بدرجة كبيرة وهذا يعطى اهمية لهذا المصرف فى استخدامه كمصدر رئيسى لإعادة إستخدام مياه الصرف.

• ويعتبر مصرف النظام هو المصدر الوحيد لمياه الصرف الصناعى حيث يحمل كميات من مياه الصرف الصناعى من المصانع الواقعة بمدينة المنصورة والتى تلقى بمياهها فيه كما يعتبر موقع ترعة السلام قبل سحارة قناة السويس هو اقل المواقع تاثرا بالتلوث.

• لتصميم شبكة رصد نوعية المياه على طول مصرف بحر حادوس و ترعة السلام تم عمل علاقات رياضية بين مواقع القياس على طول مصرف بحر حادوس وربطها بنقطة القياس بنهاية المصرف (نقطة الخلط) EH17  فتبين ما يلى:-

وجود علاقة قوية حيث اعطت قيم  r (0.75 – 0.078) للمواقع الاتية EH14 EH18، EH15  ،  EH11مع نهاية المصرف EH17 وعليه تم تحديد هذه المواقع كنقاط قياس على طول المجرى المائى للمصرف بهذه الدراسة كما تم تحديد ثلاث مواقع على طول ترعة السلام نظرا لأهميتها وهى:-

-      ترعة السلام قبل الخلط عند محطة الرفع رقم EH20) 1)

-      ترعة السلام قبل الخلط عند محطة الرفع رقم EH21) 2)

-      ترعة السلام بعد مصرف بحر حادوس    EI19) ).

• تم اختبار عناصر نوعية المياه والتى تعكس حالة نوعية المياه فى منطقة الدراسة طبقا (Chapman 1998) والذى قام بتصميمه لمدى ملائمة استخدام المياه وبالتالى تم اختيار العناصراللازمة للقيام بهذا البحث BOD, TSS, NH4, Fe, TDS, SAR, DO.

• تم حساب Sampling Frequency لتحديد العدد الامثل للعينات التى يمكن تجميعها من كل موقع من المواقع تحت الدراسة خلال العام وذلك باستخدام بيانات تاريخية لهذه المواقع فى الفترة من 1997 حتى 2005 مع تحديد نسبة خطأ تتراوح بين 5% الى 30%.

• تبين من خلال دراسة تكرار قياس العينات بالمواقع المحدده بالدراسة ان القياس 12 مرة / سنة يناظره نسبة خطأ بين 10% : 24% من المتوسط. كما ان زيادة نسبة الخطأ من 10% : 15% من المتوسط يؤدى الى نقص عدد مرات القياس للـ TDS لأقل من 12 مرة. كما تبين ايضا ان BOD، TSS، NH4 لأقل من 12 مرة تناظر نسبة خطأ تتراوح من 15% : 20% من المتوسط. زيادة الخطأ من 15% : 20% يؤدى الى نقص عدد مرات قياس عنصر الحديد فى معظم المواقع لأقل من 12 مرة فى السنة.

• وبمتابعةحالة نوعية المياه من خلال التحليل المعملي والقياس الحقلى لعناصر نوعية المياه على طول مصرف بحر حادوس تبين ان متوسط القيم لكلا من SAR, TDS, Fe, NH4, TSS, DO, BOD فى الحدود المسموح بها.

• تم إستخدام احدث الطرق الإحصائية لوصف وبمتابعةحالة نوعية المياه بإستخدام منحنيات Boxplot .

• تم إستنباط معدل تحلل بعض ملوثات مصرف بحر حادوس والذى يبلغ تصرفة 2.095 مليار م3 سنويا حيث يعتبر تحلل الملوثات من أهم العمليات التى تحدث فى مياة الصرف والتى تتضمن عمليات الترسيب، الأكسدة الكيميائية، الأكسدة البيوكيميائية و التحلل البكتيرى. وذلك من خلال تنفيذ برنامج رصد لنوعية مياه المصرف لمدة عام (2004- 2005 ).

• و قد أظهرت النتائج المتحصل عليها بعض المعايير كدلالة على معدل التحلل اليومى لبعض الملوثات التى تم دراستها وهى الأكسجين الحيوى الممتصBOD5 , الأكسجين الكيماوى اللازم لآكسدة المادة العضوية COD , النتروجين الكلى TN , و المواد العالقة الكلية TSS والفوسفور الكلى TP وقد تراوحت قيم معدل التحلل ما بين (0.19 – 0.92) ، (0.10 – 0.75) ، (0.10 – 0.40) ، (0.02 – 0.47) و (0.06 – 0.37)على الترتيب. وقد أظهرت النتائج ايضا ارتفاع قيم كل من BOD5 و TN بارتفاع درجة الحرارة ولم تظهر تلك العلاقة مع كل من TP , TSS.بالإضافة إلى ذلك أظهرت الدراسة عدم تأثر العمليات الحيوية نتيجة التلوث بمخلفات الصرف الصناعى أو ارتفاع ملوحة مياه الصرف.

• بناء نموذج نوعية المياه إعتمادا على النماذج الرياضية المستخدمة فى دراسة نوعية المياه السطحية والتى تعتمد على الأسلوب الإستدلالى عن طريق المعادلات اللاخطية والتباين الزمنى والتغير المكانى يجعلها تشكل صعوبة كبيرة فى إستخدامها بأنظمة دعم إتخاذ القرار. كما أن الاهتمام المتزايد بتطور النماذج الرياضية المبسطة والمخلقة من البيانات المتاحة نتج عنه إنشاء نماذج تحاكى الطرق الحيوية والتى من أهمها الشبكات العصبية الاصطناعيةArtificial Neural Network (ANN) . وبناءً على ذلك تم إستخدام نظام التغذية الأمامية ذو الطبقات المتعددة للتنبؤ بعناصر نوعية مياه مصرف بحر حادوس بمنطقة شرق الدلتا والذى يكتسب أهمية كبيرة نظراً لكونه المغذى الرئيسى لترعة السلام.

• تناول البحث بناء النموذج من بيانات شبكة رصد نوعية المياه والمتمثلة فى الأملاح الذائبة الكلية والأكسجين الذائب. وقد أوضحت النتائج أنه يمكن إستخدام نظام التغذية الأمامية ذو الطبقات المتعددة كنموذج رياضى ديناميكى فى التعامل مع المواقع المختارة ومحاكاة التتابع الزمنى لنظام السريان أحادى البعد. وبالاعتماد على طبيعة البيانات المتاحة فإن النظام المتمثل فى إستخدام مفهوم الشبكات العصبية يعطى أسلوب مبسط لحل مشاكل النمذجة الرياضية وبقدرة عالية فى التنبؤ.

• كما تم استخدام النموذج فى التنبؤ بعناصر نوعية المياه بمصرف بحر حادوس لسنة 2017 وقد تبين انه سيكون هناك زيادة فى قيم DO عند نهاية المصرف EH17 بحوالى 5% عن القيم المقاسة سنة 2004 بينما تكون تركيزات BOD أكبر بحوالى 7% عن القيم المقدرة 2004 بينما تكون التغيرات فى بدية ومنتصف المصرف تتراوح بين 5% الى 7% مقارنة بسنة 2004.

 دراسة تأثير نوعية مياه الرى بمياه ترعة السلام على بعض الخواص الطبيعية والكيميائية للتربة فى منطقة جنوب سهل الحسينية بشرق الدلتا.

 لإتمام هذه الدراسة تم اختيار 9 قطاعات واقعة بين ترعة توزيع رقم 2 (فرع رقم2 من ترعة السلام)، ترعة توزيع رقم 3 (فرع رقم3 من ترعة السلام) ولقد جمعت عينات التربة (مثارة وغير مثارة) حتى عمق 100سم-150سم او حتى مستوى الماء الارضى ايهما اقرب واجريت التحليلات الطبيعية والكيماوية عليها وقدرت قدرت المسامية والتوزيع الحجمى للمسام وكذلك التوصيل الهيدروليكى. كما تم اخذ عينات نباتية مختلفة من هذه الاراضى وتقدير محتوى العناصر الكبرى والصغرى فى هذه النباتات لتوضيح مدى التلوث بالعناصر الصغرى فى هذه النباتات ان وجد.

واهم التغيرات المتحصل عليها تتلخص فى الاتي:-

• بدراسة التوزيع الحجمى للحبيبات تبين ان قوام التربة يتراوح ما بين سلتى وطمى طينى و سلتى طينى والقطاعات S9, S7, S6, S3, S2, S1 تحتوى على نسبة كبيرة من الطين بينما تحتوى القطاعات S8,S6,S4 على نسبة عالية نسبيا من الرمل وكربونات الكالسيوم مقارنة بالمجموعة الاولى 6.54 ، 8.21 ، 6.74 %.

• انخفاض محتوى التربة من المادة العضوية فى معظم القطاعات محل الدراسة ولكن فى بعض الطبقات السطحية وجد ارتفاع المادة العضوية عن 2%.

• ارتفاع محتوى الجبس فى الطبقة السطحية بالقطاع S4.

• تراوحت قيم pH فى التربة بين 7.10-7.70.

• زيادة ملوحة التربة فى بعض القطاعات القريبة من مصرف جنوب سهل الحسينية الموازى لترعة السلام مما يوضح تأثر هذه القطاعات بمياه المصرف 0صرف زراعى ) مقارنة بالقطاعات الاخرى البعيدة عن المصرف فكانت اعلى القيم 32.0، 41.3، 33.9، 41.9 بينما كانت اقل قيم 8.31، 10.8، 8.85، 11.0.

• السعة التبادية الكاتيونية (CEC) تراوحت بين 40- 51 ملليمكافئ/100 جم تربة إلا أن انخفاض قيمة CEC ناتج عن انخفاض محتوى الطين فى معظم القطاعات مع ارتفاع محتوى الرمل بها.

• اثبتت العلاقة الرياضية قوة الارتباط بين CEC ومحتوى الطين فى العينة (r2=0.74) .

• اظهرت النتائج ان اقل تركيزات للكالسيوم الذائب والمقدر فى عينات التربة كانت بين 7.00، 9.10، 7.46، 9.24 ملليمكافئ/لتر بينما كانت اعلى التركيزات بين 30.64، 39.83، 32.63، 40.44 ملليمكافئ/لتر وذلك خلال فترات القياس المختلفة. واقل تركيزات للمغنسيوم كانت ما بين 10.0، 13.0، 10.6، 13.2 ملليمكافئ/لتر بينما كانت اعلى تركيزات 78.5، 102، 83.6، 104 ملليمكافئ/لتر خلال فترات القياس المختلفة. وأخذت تركيزات الصوديوم والبوتاسيوم الذائب اخذت نفس اتجاه كلا من الكالسيوم والمغنسيوم.

• تراوحت قيم نسبة الصوديوم المدمص والتى تعطى دلاله على قلوية التربة بين (20.4، 32.8) خلال فترات القياس المختلفة كل ستة اشهر ولمدة 4 فترات. كذلك تغير صودية التربة تبعا للتغير فى العمق.

• تراوحت قيم الكثافة الظاهرية فى مختلف الطبقات فى التربة موضع الدراسة ما بين 1.48 جم/سم3 بالقطاع S3, 1.65 جم/سم3 بالقطاع S4 بينما كان متوسط القيم 1.55 جم /سم3.

• اقل قيم للكثافة الظاهرية وجدت فى الاراضى ذات القوام الثقيل بينما وجدت القيم الاكبر من الاراضى ذات القوام الخفيف.

• اوضحت منحنيات الشد الرطوبى انخفاض واضح فى محتوى رطوبة التربة تحت 1 ض جو.

• اظهرت النتائج ان قيم كلا من مسام الصرف السريع (QDP) ومسام الصرف البطئ على (SDP)، مسام مسك الماء (WHP) تقل فى القطاعات القريبة من مصرف جنوب سهل الحسينية نتيجة تأثرها بمياه المصرف بينما تزداد كلما بعدنا عن المصرف وعلى العكس من ذلك فان المسام الشعرية (FCP) تزداد فى القطاعات القريبة من مصرف جنوب سهل الحسينية نتيجة تأثرها بمياه المصرف بينما تقل كلما بعدنا عن المصرف .

• من ناحية اخرى فإن النتائج المتحصل عليها لثوابت الرطوبة الارضية وهى السعه الحقلية ونقطة الذبول والماء الميسر اعطت اقل قيمة مع كلا من السعة الفعلية ونقطة الذبول مع التربة ذات القوام الخشن (سلت – طين) بينما كانت القيم المرتفعة مع التربة ذات القوام الناعم.

• اظهرت النتائج ان هناك تأثير واضح للخواص الطبيعية للتربة على كلا من السعة الحقلية ونقطة الذبول ومستوى الماء الميسر.

• اقل قيمة لمعامل التوصيل الهيدروليكى للتربة Ks (cm/h) كانت 0.173، 0.169، 0.170 بالمواقع S7, S4 S1 على التوالى وهى قريبة جدا من المجرى المائى لترعة السلام ومصرف جنوب سهل الحسينية الرئيسى. بينما كانت أعلى قيم للتوصيل الهيدروليكى(cm/h) Ks 0.261- 0.259- 0.254 بالمواقع S9. S6. S3 على التوالى والتى تقع بعيدا عن ترعة السلام ومصرف جنوب سهل الحسينية وقيم التوصيل الهيدوليكى للتربة بالقطاعات S8, S5, S2متوسطة.

• تم تقدير العناصر الميسرة فى التربة للنبات سواء الكبرى والصغرى حيث ترواحت قيم النيتروجين الميسر بين 8: 102 ملجم/كجم تربة وكانت اقل قيمة فى الطبقة البعيدة عن السطح بالقطاع S3 بينما كانت اعلى قيم بالطبقة السطحية للقطاع S1.

• ترواحت قيم الفوسفور بين 9:1 ملجم/كجم تربة.

• ترواحت قيم البوتاسيوم (المستخلص بخلات الامونيوم) بين 159- 739 ملجم/كجم تربة وسجلت اعلى قيمة بالقطاع S6 بينما سجلت اقل قيمةبالقطاع S9.

• تم تقدير العناصر الصغرى الاساسية Cu, Zn, Mn, Fe فى مستخلص DTPA فى التربة حيث تراوحت قيم الحديد الميسر (Fe) بين 6.01-11.5 ملجم /كجم تربة وكانت اعلى قيم بالقطاع S7 بينما اقل قيمة بالقطاع S8.

• تراوحت قيمة Mn الميسر فى التربة بين 4.31-12.2 ملجم/كجم تربة.

• تراوحت قيمة Zn الميسر فى التربة بين 0.87 -3.00 ملجم/كجم تربة.

• تراوحت قيمة Cu الميسر فى التربة بين 2.61-6.01 ملجم/كجم تربة.

• تم تقدير محتوى العناصر الكبرى K, P, N وتركيزات العناصر الصغرى Cu, Zn, Mn, Fe فى اوراق بعض النباتات المنزرعة والتى تروى بمياه ترعة السلام على مدار عامين كامليين بمنطقة الدراسة وهى نباتات القطن، الفول البلدى، بنجر السكر.

   وكانت النتائج كالتالى:-

• محتوى النتروجين فى اوراق نباتات القطن تراوحت بين 0.59-0.75%

• محتوى النتروجين فى اوراق نباتات الفول البلدى تراوحت بين 1.87-2.01%

• محتوى النتروجين فى اوراق نباتات بنجر السكر تراوحت بين 1.59-1.80%

• محتوى الفوسفور فى اوراق نباتات القطن تراوحت بين 0.16-0.36%

• محتوى الفوسفور فى اوراق نباتات الفول البلدى تراوحت بين 0.26-0.32%

• محتوى الفوسفور فى اوراق نباتات بنجر السكر تراوحت بين 0.18-0.25%

• محتوى البوتاسيوم فى اوراق نباتات القطن تراوحت بين 1.154-2.02%

• محتوى البوتاسيوم فى اوراق نباتات الفول البلدى تراوحت بين 1.87-2.30%

• محتوى البوتاسيوم فى اوراق نباتات بنجر السكر تراوحت بين 1.64-1.82%

• تركيز الحديد فى اوراق نباتات القطن تراوحت بين 142-182 جزء فى المليون

• تركيز الحديد فى اوراق نباتات الفول البلدى تراوحت بين 200-243 جزء فى المليون

• تركيز الحديد فى اوراق نباتات بنجر السكر تراوحت بين 262-290 جزء فى المليون

• تركيز المنجنيز فى اوراق نباتات القطن تراوحت بين 52.2- 63.7 جزء فى المليون

• تركيز المنجنيز فى اوراق نباتات الفول البلدى تراوحت بين 60.0-70.8 جزء فى المليون

• تركيز المنجنيز فى اوراق نباتات بنجر السكر تراوحت بين 10.84-19 جزء فى المليون

• تركيز الزنك فى اوراق نباتات القطن تراوحت بين 11.9-14.3 جزء فى المليون

• تركيز الزنك فى اوراق نباتات الفول البلدى تراوحت بين 11.5-14.9 جزء فى المليون

• تركيز الزنك فى اوراق نباتات بنجر السكر تراوحت بين 7.45-11.3 جزء فى المليون

• تركيز النحاس فى اوراق نباتات القطن تراوحت بين 6.45-8.01 جزء فى المليون

• تركيز النحاس فى اوراق نباتات الفول البلدى تراوحت بين 10.5-12.2 جزء فى المليون

 

• تركيز النحاس فى اوراق نباتات بنجر السكر تراوحت بين 6.55-8.03 جزء فى المليون.