Shannon’s Entropy Evaluation on Determination of Surface Water Quality, Case Studies: Karun and Babolrood Rivers

Document Type : Research Paper

Authors

1 PhD Student of Water Resources Engineering, University of Tehran, Karaj, Iran

2 Professor, Department of Irrigation & Reclamation Engineering, University of Tehran, Karaj, Iran.

Abstract

The main purpose of this paper is to investigate the Shannon’s Entropy in surface water quality evaluation. To achieve this aim, the Shannon’s entropy and the World Health Organization methods have been used to assign weights of the water quality parameters. Monthly hydrometric data including; Ca, Mg, HCO3, Na, SO4, EC, pH, TDS were analyzed, form 1968-2015, which were measured and recorded at Ahwaz, Darkhovein, Gotvand and Molasani stations of Karun River and as well as; Quran-Talar and Koshtargah hydrometric statins of Babolrood River. The above mentioned rivers are flowing in south and north of IRAN, respectively. The result demonstrated the accuracy of the Shannon’s Entropy performance. As the result showed, the Shannon’s Entropy result gave an encouraging level of agreement with the WHO’s result. However, there were small discrepancies between these two results. Shannon’s entropy weights and the effective parameters of Karun River water quality at different hydrometric stations are Ahwaz pH=0.15, Darkhovein TDS=0.11, Gotvand EC=0.13 and Molasani pH=0.15, respectively, and in a same way for Babolrood River at stations; Quran-Talar pH=0.15 and Koshtargah TDS=0.14, respectively. According to the water quality index values of Karun River, its waters are classified in both excellent and good conditions. However, based on the mentioned values the Babolrood River is classified in excellent condition.

Keywords

References

1. اسدی، ا.، اصولی، س. (1395).  ارزیابی کیفی منابع آب سطحی حوضه صوفی‌چای با استفاده از شاخص کیفیت آب. دومین کنفرانس بین‌المللی توسعه پایدار راهکارها و چالش‌ها. دانشگاه تبریز. ایران.
2. درزی، ع.، و مشهدی، ف. (1394). بررسی تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب رودخانه بابلرود. دهمین سمینار بین‌المللی مهندسی رودخانه. دانشگاه ساری. ایران.
3. حسینی پ.، ایلدورمی ع.ر. و حسینی ع.ر. (1392). بررسی کیفیت آب رودخانه کارون با استفاده از شاخص NSFWQI در بازه زرگان تا کوت امیر (طی پنج سال). انسان و محیط زیست. 11(2): 11-1.
4. حمیدیان ل.، معراجی س.ح. فیجانی ا. و بطالبلویی ص. (1396). ارزیابی کیفیت آب زیرزمینی استان بوشهر با استفاده از شاخص کیفی آب. هیدروژئولوژی. 2(1): 44-31.
5. سلیمانی ساردو م.، ولی ع. قضاوی ر. وسعیدی گراغانی ح. (1392). آنالیز و روندیابی پارامترهای کیفیت شیمیایی آب (مطالعه موردی: رودخانه چم انجیر خرم‌آباد). مهندسی آبیاری و آب. 12(3): 102-95.
6. شیخ ستانی، ن. (1380). تبیین شاخص‌های کیفی آب‌های سطحی و کاربرد آن در ارزیابی آسیب‌پذیری کیفی و پهنه‌بندی رودخانه‌ها. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران.
7. شمسایی ا.، اورعی زارع ص. و سارنگ ا. (1384). بررسی تطبیقی شاخص‌های کیفی و پهنه‌بندی رودخانه کارون و دز.آب و فاضلاب. 16(3): 48-39.
8. صمدی م.، ساقی م. رحمانی ع. و تراب‌زاده ح. (1388). پهنه‌بندی کیفی آب رودخانه دره مراد بیک همدان بر اساس شاخص NSFWQI و بهره‌گیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی. دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی همدان. 16(3): 43-38.
9. علی دادالهی س.، و ارجمند، ف. (1389). شاخص کیفیت(WQI) آب رودخانه کارون به‌عنوان نشان‌دهنده اثرات پساب صابون‌سازی خرمشهر. اقیانوس‌شناسی. 4 (1): 27-21.
10. عبادتی ن.، و هوشمندزاده م. (1393). بررسی کیفیت آب رودخانه دز در ایستگاه آب‌سنجی دزفول. اکو هیدرولوژی. 2(1): 81-69.
11. معصومی، ف.، و کراچیان، ر. (1386). طراحی بهینه سیستم‌های پایش کیفی منابع آب زیرزمینی با کاربرد تئوری آنتروپی گسسته مطالعه موردی: آبخوان تهران. سومین کنگره ملی مهندسی عمران. تهران. ایران.
12. مهردادی ن.، عارف ح. واصغرنیا کبریا ا. (1389). بررسی اثرات آلودگی زیست‌محیطی بر کیفیت آب رودخانه بابلرود. اولین همایش ملی مدیریت منابع آب اراضی ساحلی. دانشگاه ساری. ایران.
13. مددی‌نیا م.، منوری س.م. کرباسی ع. نبوی س.م. و رجب‌زاده ا. (1393). بررسی کیفی آب رودخانه کارون در بازه اهواز با استفاده از شاخص کیفی آب. علوم و تکنولوژی محیط زیست. 16(1): 60-50.
14. میرزایی م.، سلگی ع. وسلمان ماهینی ع. (1395). بررسی ارتباط بین پارامترهای کیفی آب و تغییرات کاربری اراضی (حوضه آبخیز زاینده‌رود). مدیریت آب و آبیاری. 6 (2): 191-175.
15. مروج م.، کریمی‌راد ا. و ابراهیمی ک. (1396). ارزیابی وضعیت کیفی رودخانه کارون براساس شاخص کیفیت آب و استفاده از GIS. اکوهیدرولوژی. 4 (1): 235-225.
16. محمدی قلعه‌نی م.، ابراهیمی ک. و امید م.ح. (1394). برآورد ضریب هوادهی در مدیریت کیفی آب رودخانه دیناچال با استفاده از روابط تجربی و روش‌های عددی. مدیریت آب و آبیاری. 5(1): 79-69.
17. نوری ر.، جعفری ف. فرمن اصغرزاده د. و اکبرزاده ع. (1390). ارائه چارچوبی مناسب جهت بررسی وضعیت کیفی رودخانه مرزی اترک. سلامت و محیط زیست. 4(2): 170-159.
18. نصرآبادی ت.، عباسی مائده پ. (1392). بررسی کیفیت آب زیرزمینی شهر تهران با استفاده از شاخص کیفی سازمان بهداشت جهانی. انسان و محیط زیست. 11(3): 12-1.
19. Abbasi, T. & Abbasi, S.A. (2012). Water quality indices. Environmental Earth Science, 71(1), 4625-4628.
20. Amiri, V., Rezaei, M. & Sohrabi, N. (2014). Groundwater quality assessment using entropy weighted water quality index (EWQI) in Lenjanat, Iran. Environmental Earth Science, 72(1), 3479-3490.
21. Chiang, W. & Hui-Chung, Y. (2014). Spatiotemporal Scaling Effect on Rainfall Network Design Using Entropy.Entropy, 16(2), 4626-4647.
22. Malekian, A. & Azarnivand, A. (2016).  Application of Integrated Shannon’s Entropy and VIKOR Techniques in Prioritization of Flood Risk in the Shemshak Watershed. Iran Water Resources Management, 30(1), 409-425.
23. Milovanovic, M. (2007). Water quality assessment and determination of pollution sources along the Axios Vardar River. Southeastern Europe. Desalination, 213(1), 159-173.
24. Pei-Yue, L., Hui, Q. & Jian-Hua, W. (2010). Groundwater Quality Assessment Based on Improved Water Quality Index in Pengyang County, Ningxia, Northwest China.Chemistry, 7(S1), S209-S216.
25. Remesan, R., Ahmadi, A. Shamim, M.A.& Han. D. )2010 (. Effect of data time interval on real-time flood forecasting. Hydroinformatics, 12(4), 396-407.
26. Rosli, N.A., Zawawi, M. H. & Bustami, R.A. (2012). Salak river water quality identification and classification according to physico-chemical characteristics. In Proceedings of International Conference on Advances in Sciences and Contemporary Engineering, 69-77.
27.  Ramos, M.A., de Oliveira ES Pião, A. de Oliveira Leite, D.A. & de Angelis, D.D. (2016). Water quality index (WQI) of Jaguari and Atibaia rivers in the region of Paulínia, São Paulo, Brazil. Environmental Monitoring and Assessmen, 188 (5), 1-4.
28. Sadat-Noori, S.M., Ebrahimi, K. & Liaghat, A.M. (2014). Groundwater quality assessment using the water quality index and GIS in Saveh-Nobaran aquifer, Iran. Environmental Earth Sciences, 71(9), 3827-3843.
29. Sahoo, M.M., Patra, K.C., Swain, J.B. & Khatua, K.K. (2017). Evaluation of water quality with application of Bayes' rule and entropy weight method. Environmental and Civil Engineering, 21(6), 730-752.
30. Sonuga, J. O., )1976(. Entropy principle applied to the rainfall–runoff process. Hydrology, 30(1), 81-94.
31. Shannon, C.E., )1948(. A mathematical theory of communications, I and II. The Bell System Technical, 379-423.
32. Shabbir, R. & Ahmad, S. (2015). Use of Geographic Information System and Water Quality Index to Assess Groundwater Quality in Rawalpindi and Islamabad. Science & Engineering (Springer Science & Business Media BV, 40(7), 33-47.
33. Stigter, T.Y., Ribeiro, L. & Dill A. M. M. )2006). Evaluation of an intrinsic and a specific vulnerability assessment method in comparison with ground waters a linistio nand nitrate contamination levels in two agricultural regions in the south of Portugal. Hydrology, 14(1-2), 79-99.
34. Tiwari, T. N. & Mishra, M. A. (1985). Preliminary assignment to water quality index of major Indian rivers. Environmental Protection, 5(4), 276-279.
35. Wu, J., Li, P. & Qian, H. (2015). On the sensitivity of entropy weight to sample statistics in assessing water quality statistical analysis based on large stochastic samples. Environmental Earth Sciences, 74(2), 2185-2195.
36. Yogendra, K. P. (2008). Determination of water quality index and suitability of urban water body in Shimoga Town, Karnataka. Conference Proceedings of the 12th World Lake Conference Taal, India, 342:346.
37. Zhang, J. L. & Ren, J. (2011). The deficiencies and amendments of the calculation formulate of entropy and entropy weight in the theory of entropy. Statistics and Information Forum, 26(1), 1-5.
Water and Irrigation Management
Volume 9, Issue 2
February 2020
Pages 171-183

Files

Share

How to cite

Statistics