تحلیل جنبه‌های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی در طراحی رژیم جریان ایده‌آل و بهینه زیست‌محیطی به منظور حفاظت از اکوسیستم رودخانه قره‌سو

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی منابع آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

3 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

4 گروه سازه های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

چکیده

درک خوب از رژیم جریان طبیعی رودخانه در بسیاری از مطالعات هیدرولوژیکی نقش مهمی ایفا می‌کند. در مدیریت یکپارچه منابع آب، تعیین جریان زیست‌محیطی در سامانه‌های رودخانه‌ای که بر سلامت زیستگاه‌های رودخانه‌ای، سیستم‌های وابسته به آب و حیات آبزیان تأثیرگذار است، ضروری است. در مطالعه حاضر روش‌های هیدرولوژیکی (تنانت، Q50 و Q90، اسمختین، انتقال منحنی تداوم جریان، تگزاس و کیفیت آب) و هیدرولیکی (محیط خیس شده) در برآورد جریان زیست‌محیطی رودخانه قره‌سو در ماه‌های مختلف سال، مورد محاسبه و بررسی قرار گرفتند. بر اساس نتایج به‌دست آمده از این پژوهش، برای حفاظت رودخانه قره‌سو در حداقل شرایط زیست‌محیطی قابل‌قبول، روش انتقال منحنی تداوم جریان با دبی 96/0 متر مکعب بر ثانیه در کلاس مدیریتی C (معادل 93/53 درصد جریان طبیعی رودخانه)، بهدلیل در نظر گرفتن کلاس‌های مختلف اکولوژیکی و انعطاف پذیری آن نسبت به تغییرات جریانات ماهانه رودخانه مورد مطالعه، نتایج قابل قبولی را ارائه می‌دهد. از طرفی دیگر، تأثیر، انعطاف‌پذیری و اثربخشی روش‌های تنانت، Q90 و اسمختین به دلیل برآورد جریان زیست‌محیطی تقریباً نامناسب، برای حفاظت زیستگاه رودخانه مورد مطالعه، کافی نیست. همچنین مقایسه میزان تخصیص آب برای تأمین جریان زیست‌محیطی با روش‌های محیط خیس شده و تنانت در رودخانه مورد مطالعه نشان داد، کمبود جریان در فصول تابستان و زمستان (جریان رودخانه کمتر از جریان زیست‌محیطی است) مشاهده می‌شود. در نهایت این نتیجه به عمل آمد که روش‌های دیگر تأمین جریان‌ زیست‌محیطی، مقادیر بالاتر از 20 درصد میانگین جریان سالانه را فراهم می‌کند، که محافظت بهتر جریان را برای زیستگاه‌ رودخانه فراهم می‌کنند. قابل ذکر است که روش‌های محیط خیس شده و تنانت با اختصاص سهم بیشتری از رژیم جریان رودخانه به بخش محیط زیست، باید در تابستان با احتیاط مورد استفاده قرار گیرند. رژیم بهینه جریان زیست‌محیطی، هنگامی اثربخش خواهد بود که در زمان مناسبی برای ادامه فعالیت‌های زیستی، عملکرد زیستگاه‌های رودخانه‌ای و حفظ شرایط مورفولوژیکی بستر رودخانه، در رودخانه رهاسازی و فراهم شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of Hydrological and Hydraulic Aspects in Designing Ideal and Optimal Environmental Flow Regime for Conservation of Qarasoo River Ecosystem

نویسندگان [English]

  • mohammad naderi 1
  • Masoud Pourgholam Amiji 2
  • Mojtaba Khoshravesh 3
  • yousef rajabizadeh 4
1 Department of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
2 Department of Irrigation & Reclamation Engineering, Faculty of Agronomy Engineering & Technology, College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
3 Assistant Professor. Department of Water Engineering. Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
4 M.Sc. of Department of Water Structures Engineering, Tarbiat Modares Univesity
چکیده [English]

A good understanding of the river natural flow regime plays an important role in many hydrological studies. In integrated water resources management, it is necessary to determine the environmental flow in river systems that affect the health of river habitats, water-dependent systems and aquatic life. In the present study were calculated and evaluated hydrological methods (Tennant, Q50 and Q90, Esmakhtin, flow duration curve shifting (FDC Shifting), Texas and Water Quality) and hydraulic (Wetted Primer) estimating the environmental flow of the Qarasoo River in different months of the year. Based on the results of this study, for the protection of the Qarasoo River in the minimum acceptable environmental conditions, FDC Shifting method in management class C with a flow of 0.96 m3/s (53 Percent Mean Annual Flow) in this study due to the consideration of biodiversity management classes and the proper adaptation of the pattern changes within the year of environmental flow and the mean annual flow and its flexibility with respect to changes in the monthly flows river under study. On the other hand, the efficacy, flexibility and effectiveness of the Tenntant, Q90 and Smakhtin methods are not sufficient to protect the river habitat under study due to an inappropriate estimate environmental flow. Also, comparison of water allocation for environmental flow with Wetted Primer and Tennant methods in the studied river showed that shortage of flow is observed in summer and winter seasons (river flow is less than environmental flow). Finally, it was concluded that other environmental flow methods provide values above 20% of the mean annual flow, which provide better flow protection for the river habitat. It is noteworthy that the Wetted Primer and Tennant methods, with assigning a more portion of the river flow regime to the environmental segment, should be used with caution in summer. The optimal environmental flow regime will be effective when released and provided in the river at the appropriate time to continue bio-activities, river habitat performance and the preservation of the river bed morphological conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Environmental flow
  • Hydrological Regime
  • Mean Annual Flow
  • River Habitat
  • Water resources
احمدی‌پور، ظ.، یاسی، م. 1393. مقایسه روش‌های اکو- هیدرولوژیکی - هیدرولیکی در ارزیابی جریان زیست‌محیطی رودخانه‌ها (رودخانه نازلو، حوضه دریاچه ارومیه). مجله هیدرولیک. 9 (2): 82-69.  

امینی، م.، شکوهی، ع. 1393. حل تحلیلی تعیین نقطه شکست نمودار محیط خیس شده – دبی در روش هیدرولیکی تعیین حداقل جریان زیست‌محیطی. مجله هیدرولیک. 9 (1): 43-27.

پورصوفی، ط.، قجقی، آ.، پاتیمار، ر. 1397. شناسایی و تنوع زیستی گونه‌ای کفزیان رودخانه قره‌سو- جنوب‌شرق دریای خزر. فصلنامه علمی پژوهشی محیط زیست جانوری. 10 (2): 290-283.

حبیبی‌آ‌‌لاگوز، س.، یاسی، م. 1398. تعیین سهم جریان زیست‌محیطی دریاچه ارومیه از رودخانه گدارچای با استفاده از روش‌های اکوهیدرولوژیکی. نشریه دانش آب و خاک. 29 (2): 84-73.

حسین‌پور، د.، زارع بیدکی، ر.، کریمیان کاکلی، ر. 1398. استفاده از روش هیدرولیکی در برآورد حداقل جریان زیست‌محیطی بخشی از رودخانه دوآب صمصامی استان چهارمهال و بختیاری. مجله محیط زیست طبیعی. 72 (1): 72-59.

رزاقی‌رضائیه، آ.، احمدی، ح.، حقدوست، ن.، حصاری، ب. 1397. ارزیابی جریان زیست‌محیطی با روش‌های اکوهیدرولوژیکی (مطالعه موردی: رودخانه مهابادچای). مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. 25 (6): 65-47.

  زرعکانی، م.، شکوهی، ع.، پی‌سینگ، و. 1396. معرفی رژیم جامع اکولوژیکی در شرایط کمبود داده برای تعیین حق‌آبه زیست‌محیطی رودخانه‌ها. مجله تحقیقات منابع آب ایران. 13 (2): 153-140.

سودی، م.، احمدی، ح.، یاسی، م.،سیبیلا، ا.، حمیدی، س. 1398. تنظیم منحنی فرمان سدها با استفاده از مفهوم جریان زیست‌محیطی (مطالعه موردی: رودخانه‌های منتخب منتهی به دریاچه ارومیه). مجله تحقیقات منابع آب ایران. 15 (2): 341-329.

 صدیق‌کیا، م.، ایوب‌زاده، س.ع.، حاجی‌اسماعیلی، م. 1394. بررسی الزامات برآورد جریان زیست‌محیطی در رودخانه‌ها با روش‌های هیدرواکولوژیکی (مطالعه موردی: رودخانه دلیچای واقع در استان تهران). مجله اکوهیدرولوژی. 2 (3): 300-289.

صدیق‌کیا، م.، عبدلی، ا.، ایوب‌زاده، س.ع.، احمدی، ا.ع.، قلی‌زاده، م. 1396. توسعه روش بومی جریان زیست‌محیطی در رودخانه‌های حوضه جنوبی خزر-پارک ملی لار. مجله محیط‌شناسی. 43 (3): 560-543.

ظهیری، ع.، قلی‌نژاد.، دهقانی، ا. 1398. محاسبه ظرفیت انتقال رسوب در رودخانه‌ها به کمک مدل ریاضی شبه دوبعدی. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز. 10 (19): 153-142.

کاظمی، آ.، قرمزچشمه، ب. 1395. بررسی روش‌های مختلف استخراج جریان پایه از شاخص منحنی تداوم جریان (مطالعه موردی: ناحیه خزری). مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک.  23 (2): 146-131.

کریمی، س.، سالاری‌جزی، م.، قربانی، خ. 1396. برآورد جریان زیست‌محیطی رودخانه با استفاده از روش‌های هیدرولوژیکی تنانت، تسمن، انتقال منحنی تداوم جریان و مدل ذخیره رومیزی. مجله مجله اکوهیدرولوژی. 4 (1): 189-177.

کیوانی، ی.، م. نصری، ک. عباسی.، عبدلی، ا. 1395. اطلس ماهیان آب‌های داخلی ایران. سازمان حفاظت محیط زیست. 216 صفحه.

نادری، م.ح.، ذاکری‌نیا، م.، سالاری‌جزی، م. 1397. به‌کارگیری مدل PHABSIM در تبیین رژیم اکولوژیکی رودخانه به‌منظور برآورد جریان زیست‌محیطی و مقایسه با روش‌های هیدرولوژیکی (مطالعة موردی: رودخانة قره‌سو). مجله اکوهیدرولوژی. 5 (3): 955-941.

نادری، م ح.، ذاکری‌نیا، م.، سالاری‌جزی، م. 1398. بررسی تأثیر شاخص‌های اکوهیدرولیکی در تحلیل رژیم جریان زیست‌محیطی و شبیه‌سازی مطلوبیت زیستگاه با کاربرد مدل River2D با تکیه بر باززنده‌سازی اکولوژیکی رودخانة زرین‌گل. مجله اکوهیدرولوژی. 6 (1): 222-205.

نادری، م.ح.، پورغلام آمیجی، م.، احمدآلی، خ.، امیری، ز.، قجقی، آ.، قربانی‌مینائی، ل. 1399. تعیین و طراحی محدوده رژیم جریان مطلوب اکولوژیکی رودخانه زرین‌گل با بررسی مشخصه‌های هیدرومورفو-اکولوژیکی، رویکردهای مبتنی بر شاخص هیدرولوژیکی و مدل اکوهیدرولیکی شبیه‌سازی مطلوبیت زیستگاه. شیلات، مجله منابع طبیعی ایران.  73 (1): 40-17.

 

 

Abdi, R. and Yasi, M. 2015. Evaluation of environmental flow requirements using eco-hydrologic–hydraulic methods in perennial rivers. Water Science and Technology. 72 (3): 354-363.

Archfield, S. A., Steeves, P. A., Guthrie, J. D and Ries, K. G. 2013. Towards a publicly available, map-based regional software tool to estimate unregulated daily streamflow at ungauged rivers. Geoscientific Model Development. 6 (1): 101-15.

Arthington, A. H., Kennen, J. G., Stein, E. D and Webb, J. A. 2018. Recent advances in environmental flows science and water management—Innovation in the Anthropocene. Freshwater Biology. 1-13.

Baghel, D. S., Gaur, A., Karthik, M and Dohare, D. 2019. Global Trends in Environmental Flow Assessment: An Overview. Journal of the Institution of Engineers (India). 100 (1): 191-197.

Bahukandi, K. D, Ahuja, N. J. 2013. Building block methodology assisted knowledge-based system for environmental-flow assessment of Suswa River of Dehradun Dist., India: A reminiscent framework, International Research Journal of Environment Sciences. 2 (12): 74-80.

Bounds, R. L and Lyons, B. W. 1979. Existing Reservoir and Stream Management Recommendations Statewide Minimum Streamflow Recommendations. Federal Aid Project F30-R-4. Performance Report. Texas Parks and Wildlife Department, Austin, Texas. 28pp.

Godinho, F., Costa, S., Pinheiro, P., Reis, F and Pinheiro, A. 2014. Integrated procedure for environmental flow assessment in rivers. Environmental Processes. 1 (2): 137-147.

Kuriqi, A., Pinheiro, A. N., Sordo-Ward, A. and Garrote, L. 2019. Flow regime aspects in determining environmental flows and maximising energy production at run-of-river hydropower plants. Applied Energy. 256:113980.

Li, F. F., Liu, C. M. and Qiu, J. 2019. Quantitative identification of natural flow regimes in fish spawning seasons. Ecological Engineering. 138: 209-218.

Mezger, G., De Stefano, L and del Tánago, M. G. 2019. Assessing the Establishment and Implementation of Environmental Flows in Spain. Environmental Management. 1-15.

Morid, R., Shimatani, Y and Sato, T. 2020. An integrated framework for prediction of climate change impact on habitat suitability of a river in terms of water temperature, hydrological and hydraulic parameters. Journal of Hydrology. 1-15.

 

Najafabadi, E. F., Afzalimehr, H and Rowinski, P. M. 2018. Flow structure through a fluvial pool-riffle sequence–Case study. Journal of Hydro-environment Research. 19: 1-15.

Nikghalb, S., Shokoohi, A., Singh, V. P and Yu, R. 2016. Ecological Regime versus Minimum Environmental Flow: Comparison of Results for a River in a Semi Mediterranean Region. Water Resources Management. 30 (13): 4969-4984.

Sahoo, S., Khare, D., Mishra, P. K., Behera, S and Krishan, R. 2016. A comparative study on environmental flows assessment methods in lower reach of Mahanadi River. International Journal of Engineering Trends and Technology. 32 (2): 82-90.

Shaeri Karimi, S., Yasi, M., and Eslamian, S. 2012. Use of hydrological methods for assessment of environmental flow in a river reach. International J. of Environmental Science and Technology, 9: 549-558.

 Shokoohi, A and Amini, M. 2014. Introducing a new method to determine rivers’ ecological water requirement in comparison with hydrological and hydraulic methods. International Journal of Environmental Science and Technology. 11 (3): 747-756.

Shokoohi, A. and Hong, Y. 2011. Using hydrologic and hydraulically derived geometric parameters of perennial rivers to determine minimum water requirements of ecological habitats (case study: Mazandaran Sea Basin—Iran). Hydrological Processes. 25 (22): 3490-3498.

Smakhtin, V. U., Revenga, C and Dooll, P. 2004. Taking into account environmental water requirements in global scale water resources assessments. Research Report 2 of the CGIAR Comprehensive Assessment Program of Water Use in Agriculture. Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute. 24 pp.

Tare, V., Gurjar, S. K., Mohanta, H., Kapoor, V., Modi, A., Mathur, R. P and Sinha, R. 2017. Eco-geomorphological approach for environmental flows assessment in monsoon-driven highl & rivers: A case study of Upper Ganga, India. Journal of Hydrology: Regional Studies. 13: 110-121.

Tennant, D. L. 1976. Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources.Fisheries. 1: 6–10.

Wang, J., Dong, Z., Liao, W., Li, C., Feng, S., Luo, H and Peng, Q. 2013. An environmental flow assessment method based on the relationships between flow and ecological response: A case study of the Three Gorges Reservoir and its downstream reach. Science China Technological Sciences. 56 (6):1471-1484