Determination of environmental flow requirement of Sojasrood River using water quality and Decision Tree methods and comparison with hydrological methods

Document Type : Original Article

Authors

1 University of Zanjan

2 University of Tabriz

3 Assistant professor, Agricultural and Natural Resources Research Center of Zanjan Province

Abstract

In this study, the environmental flow of the Sojasrood River (Yengikand station) at Zanjan province was calculated using the water quality )the so-called Q relationship) and M5 tree decision methods and then the results were compared with the four hydrological methods (Smakhtin, desktop reserve model, FDC shifting and single low flow indices (7Q10 and 7Q2). Evaluation of the hydrological methods showed that the FDC shifting method has the proper accuracy than other methods in determining the environmental flow of the Sojasrood River. Based on the FDC shifting method, the environmental flow (Environmental Management Class C) at Yengikand station was equal to 0.99 (m3/s), respectively, which is equal to 29/4% of MAR. The maximum value of environmental flow was obtained by the water quality method (1.48 m3/s, equal to 43.9% of MAR) and the minimum value of environmental flow was obtained by 7Q10 and 7Q2 method (0.26 m3/s, equal to 7.7% of MAR) while, the environmental flow was determined 1.11 m3/s (equal to 32.8% of MAR) based on the tree decision method. In sum, the tree decision method (M5) extracted the equations of flow duration curve and could properly determine the environmental flow and is able to provide the values of characteristic discharges of a river.

Keywords

References

آژ، س. 1394. ارزیابی جریان زیست­محیطی رودخانه زولاچای با روش­های اکوهیدرولوژیکی. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه ارومیه. ارومیه.
اسلامی، ع. ر. و شکوهی، ع. ر. 1392. تحلیل وضعیت جریان رودخانه با استفاده از شاخص خشکسالی هیدرولوژیکی زیست­محیطی. نشریة مهندسی و مدیریت آبخیز. 5(2): 133-125.
پیروزیان، الف.، سرائی تبریزی، م. و صدقی، ح. 1399. بررسی روش­های مختلف تخمین نیازآب زیست­محیطی(مطالعه موردی: رودخانه الندچای). نشریه علوم و تکنولوژی محیط زیست. 22(7): 41-25.
حبیبی آلاگوز، س. و یاسی، م. 1398. تعیین سهم جریان زیست­محیطی دریاچه ارومیه از رودخانه گدارچای با استفاده از روش­های هیدرولوژیکی. نشریه دانش آب و خاک. 29(2): 84-73.
زارع چاکوکی، ا.، سلاجقه، ع.، مهدوی، م.، خایقی، ش. و اسدی، س. 1392. مدل منطقه­ای منحنی تداوم جریان حوزه­های آبخیز بدون آمار مناطق خشک (مطالعه موردی: ایران مرکزی). نشریه مرتع و آبخیزداری. 66(2): 265-251.
رزاقی رضائیه، آ.، احمدی، ح.، حق دوست، ن. و حصاری، ب. 1397. ارزیابی جریان زیست­محیطی رودخانه با روش­های اکوهیدرولوژیکی (مطالعه موردی: رودخانه مهابادچای). پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 25(6): 65-47.
رضایی، ن. و یاسی، م. 1394. ارزیابی جریان زیست­محیطی رودخانه سیمینه رود با روش­های هیدرولوژیکی. اولین همایش ملی علوم زمین و توسعه شهری. دانشگاه تبریز. تبریز. ایران.
سپهوند، ع. ر.، عزارخوانی، ن.، طائی سمیرمی، م. و عسگری، ش. 1391. مقایسه روابط تجربی رواناب-رسوب حاصل از منحنی­های سنجة رسوب و شبکة عصبی مصنوعی (مطالعة موردی: حوزة آبخیز گدارخوش، استان ایلام). فصلنامه پژوهشهای فرسایش طبیعی. 7: 43-29.
شاه محمدنژاد، ر. و بایزیدی، م. 1401. برآورد جریان اکولوژیکی رودخانه قزل­اوزن در استان کردستان با استفاده از روش­های هیدرولوژیکی. 15 مجله آبیاری و زهکشی ایران. (5): 1066-1052.
شهنواز، ی.، موسوی، س. ف.، ملکیان، آ.، دستورانی، ج. و سمیعی، م. 1394. تحلیل منطقه­ای منحنی تداوم جریان برای زیرحوضه­های فاقد آمار (مطالعه موردی: حوضة آبخیز دریاچة نمک). مجله پژوهش آب ایران. 9(3): 35-27.
قاسمی، ع.، ولی نسب، ت. و محمدپور، م. 1401.‌ ارزیابی جریان زیست‌محیطی رودخانه با روش‌های هیدرولوژیک و اکوهیدرولوژیک به‌منظور حفاظت از اکوسیستم آبی و آبزیان. مجله علمی شیلات ایران. 31(۴) :۱۰۷-۱۱۹
کاظمی، ر. و قرمزچشمه، ب. 1395. بررسی روش­های مختلف استخراج جریان پایه با استفاده از شاخص منحنی تداوم جریان (مطالعه موردی: ناحیه خزری). نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک. 23(2): 145-131.
کریمی، م.، شاهدی، ک. و بایزیدی، م. 1394. تحلیل خشکسالی هیدرولوژیکی با روش حد آستانه ثابت (مطالعه موردی: حوزة آبخیز کرخه). پژوهشنامه مدیریت حوزة آبخیز. 11: 72-59.
مهتابی، ق. و بیات، ف. 1396. مقایسه عملکرد مدل درختی M5 با مدل­های شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان در استخراج منحنی تداوم جریان (مطالعه موردی: ایستگاه خزانگاه رودخانه ارس). مجله جغرافیا و توسعه. 49: 142-129.
مصطفوی، س. و یاسی، م. ۱۳۹۴. ارزیابی حداقل جریان زیست­محیطی رودخانه­ها با روش­های اکو-هیدرولوژیکی (مطالعه موردی: رودخانه باراندوزچای-حوضه دریاچه ارومیه). نشریه آب و خاک (علوم صنایع کشاورزی). ۲۹(۵): ۱۲۳۱-۱۲۱۹.
مهدوی، م. 1395. هیدرولوژی کاربردی (جلد 2). چاپ یازدهم. انتشارات دانشگاه تهران. 342 صفحه.
نادری، م. ح.، ذاکری نیا، م. و سالاری جزی، م. ۱۳۹۶. محاسبه جریان زیست­محیطی رودخانه قره سو در مصب ورودی به خلیج گرگان. چهارمین کنفرانس بین­المللی برنامه­ریزی و مدیریت. دانشگاه تهران. ایران.
همتی، م.، علیزاده، س.، یاسی، م. و ایلخانی‌پور، ر. 1399. ارزیابی جریان زیست­محیطی رودخانه آجی‌چای با روش‌های اکو- هیدرولوژیکی. مجله آبیاری و آب ایران. 10(4): 45-33.
یوسفی مبرهن، ا.، کامبخش، ف.، فهیم، ن. و فهیم، ع. 1394. کارایی روش منحنی تداوم جریان در صحت­سنجی مدل هیدورلوژیکی (مطاله موردی: حوزة آبخیز زولاچای). نشریه دانش آب و خاک. 26(2-1): 113-101.
Alcazar, J. and Palau, A. 2010. Mediterranean watershed based on a regional classification. Journal of Hydrology. 388: 41-51.
Anonymous, 1997. White paper on a National Water Policy for South Africa. Pretoria, South Africa: Department of Water Affairs and Forestry.
Anonymous, 2006. 2006 Edition of the drinking water standards and health advisories. Office of Water United States Environmental Protection Agency (EPA), Washington, USA.
Barker, I. and Kirmond, A. 1998. Managing surface water abstraction. In: Hydrology in achanging environment. 1, Wheater, H. and Kirby, C. (Eds.), British Hydrological Society, London, UK, 249–258.
Bayazidi, M., Saghafian, B., Sedghi, H. and Kaveh, F. 2010. Analysis of hydrological drought in Karoon river basin by daily discharge data. Watershed Management Researches Journal. 86: 52-63.
Bhattacharya, B. and Solomatine, D. P. 2005. Neural networks and M5 model trees in modeling water. level-discharge relationship Neurocomputing. European Symposium on Artificial Neural Networks. 63: 381-396.
Constanza, R., d’ Arge, R., de Groot, R., Farber, S., Grasso, M., Hannon, B., Limburg, K., Naeem, S., O´Neill, R.V., Paruelo, J., Raskin, R.G., Sutton, P. and Van den Belt, M. 1997. The value of the world’s ecosystems services and natural capital. Nature. 387: 253-260
Dyson, M., Bergkamp, G. and Scanlon, J. 2003. Flow: essentials of environmental flows. London: Gland.
Hughes, D. A. and Smakhtin, V. U. 1996. Daily flow time series patching or extension: a spatial interpolation approach based on flow duration curves. Journal of Hydrological Sciences. 41(6): 851–871
Jowett, I.G. 1997. Instream flow methods: a comparison of approaches. Regulated Rivers Research & Management. 13: 115-127.
Jushi, K. D., Jha, D. N., Alam, A, Srivastava, S. K., Kumar, V. and Sharma, A. P. 2014. Environmental Flow requirements of river sone: impact of low discharge on fisheries. Current Science. 107(3): 478-488.
Kashaigili, J. J., Mccartney, M. and Mahoo, H. F. 2007. Estimation of environmental flows in the Great Ruaha River Catchment, Tanzania. Journal of Physics and Chemistry of the Earth. 32: 1007–1014.
Książek, L., Woś, A., Florek, J., Wyrębek, M., Młyński, D. and Wałęga, A. 2019. Combined use of the hydraulic and hydrological methods to calculate the environmental flow: Wisloka River, Poland: case study. Environmental Monitoring and Assessment. 191(254): 1-17.
Ni, X., Dong, Z.; Xie, W., Wu, S., Chen, M., Yao, H. and Jia, W. A. 2022. Practical Approach for Environmental Flow Calculation to Support Ecosystem Management in Wujiang River, China. International Journal of Environmental Research and Public Health. 19: 11615
Orth, D. J. and Maughan, O. E. 1981. Evaluation of the Montana Method for Recommending Instream Flows in Oklahoma Streams. Proceedings of the Oklahoma Academy of Science. 61: 62-66.
Pal, M. and Deswal, S. 2009. M5 model tree based modeling of reference evapotranspiration. Hydrological Process. 23(10): 1437-1443.
Pyrce, R. 2004. Hydrological low flow indices and their uses. Watershed Science Centre. WSC Report No. 04, Trent University, Peterborough, Ontario.
Sattari, M. T., Pal, M. Apaydin, H. and Ozturk, F. 2013. M5 Model Tree Application in Daily River Flow Forecasting in Sohu Stream, Turkey.Water Resources. 40(3): 233-242.
Shiferaw, A. 2007. Environmental flow assessment at the source of the Blue Nile River, Ethiopia. Master Thesis, Addis Ababa University.
Shaeri Karimi, S., Yasi, M. and Eslamian, S. 2012. Uses of hydrological methods for assessment of environmental flow in a river reach. International Journal of Environmental Science and Technology. 9: 549-558.
Smakhtin, V. U., Revenga, C. and Doll, P. 2004. A pilot global assessment of environmental water requirements and scarcity. Water International. 29: 307-31.
Smakhtin, V. U. and Anputhas, M. 2006. An assessment of environmental flow requirements of Indian river basins. IWMI Research Report 107. International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka.
Spiegel, M. R. 1988. Theory and Problems of Statistics, Second Edition. Schaum's Outline Series in Mathematics. New York: McGraw-Hill.
Tharme, R. E. 2003. A global perspective on environmental flow assessment: emerging trends in the development and application of environmental flow methodologies for rivers. River Research and Applications. 19: 397–441.
Iranian Journal of Irrigation & Drainage
Volume 17, Issue 6 - Serial Number 102
March and April 2024
Pages 1231-1244

Files

Share

How to cite

Statistics