تعیین جریان رهاسازی بهینه و مطلوب زیست‌محیطی از مخزن سد لتیان با درنظرگرفتن مشخصه‌های اکوهیدرولیکی، هیدرولوژیکی و هیدرومورفواکولوژیکی جهت حفاظت زیستگاه رودخانه جاجرود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، گروه مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس

3 کارشناس ارشد مهندسی آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

4 گروه سازه‌های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

5 استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

درک خوب از رژیم جریان طبیعی رودخانه در بسیاری از مطالعات هیدرولوژیکی نقش مهمی ایفا می‌کند. در چنین مطالعاتی نیز کمیت جریان زیست‌محیطی، پایه و اساس حفاظت از زیستگاه ماهیان رودخانه‌ای و اکوسیستم‌های آبی است و نیازمند به رسمیت شناختن آن در سیاست‌ها و تصمیم‌های طرح‌های توسعه منابع آب و گنجاندن آن در برنامه‌های مدیریت حوضه آبخیز است. در این مطالعه روش‌های هیدرولوژیکی تنانت، جریان پایه آبزیان، آرکانزاس و محدوده تغییرپذیری به منظور برآورد حداقل جریان اکولوژیکی و مدل هیدرودینامیکی شبیه‌سازی زیستگاه River2D، جهت حفظ پتانسیل اکولوژیکی رودخانه‌ جاجرود مورد محاسبه و ارزیابی قرار گرفتند. در این راستا بر پایه چارچوب تحقیق، پس از تحلیل هیدرولوژیکی، مطالعات و مشاهدات میدانی، مدل مطلوبیت زیستگاهی برای گونة هدف، توسعه داده شد و در نهایت شبیه‌سازی زیستگاهی با تلفیق شاخص‌های اکوهیدرولیکی و هیدرولوژیکی جریان و آنالیز سری زمانی دبی – فیزیک زیستگاه با استفاده از منحنی‌های شاخص مطلوبیت، صورت گرفت. بر پایه نتایج حاصله، برای حفظ شرایط مطلوب و حفاظت از اجزای اکوسیستم و زیستگاه جوامع بیولوژیکی، محدوده رژیم جریان موردنیاز برای تأمین پتانسیل اکولوژیکی زیستگاه ماهی سفید رودخانه‌ای (Squalius orientalis) با استفاده از مدل River2D، بین 24/1 تا 55/18 مترمکعب برثانیه، با میانگین دبی سالانه 91/5 مترمکعب بر ثانیه (معادل 7/86 درصد جریان طبیعی رودخانه) بایستی در داخل رودخانه جاجرود برقرار باشد. قابل ذکر است که روش تنانت باید در تابستان با احتیاط مورد استفاده قرار گیرد زیرا این روش در محدوده 9 تا 96 درصد میانگین جریان سالانه را پیشنهاد داده است. در نهایت این نتیجه به عمل آمد که روش‌های دیگر تأمین جریان‌ زیست‌محیطی، مقادیر بالاتر از 25 درصد میانگین جریان سالانه را فراهم می‌کند، که محافظت بهتر جریان را برای زیستگاه‌های آبی فراهم می‌کنند. در مقابل مدل اکوهیدرولیکی- هیدرومورفواکولوژیکی River2D، می‌تواند یک ایده کلی از مطلوبیت زیستگاه را در بازه‌های مختلف رودخانه نسبت به تغییرات رژیم جریان طبیعی و دستیابی به شرایط جریان ایده‌آل و بهینه، فراهم نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Optimal and Desirable Environmental Flow Release from Latian Dam reservoir with Consideration of Ecohydraulic, Hydrological and Hydromorphological Characteristics to Protect the Habitat of the Jajrood River

نویسندگان [English]

  • mohammad naderi 1
  • simin alioghli 2
  • Omid Jahandideh 3
  • yousef rajabizadeh 4
  • Meysam Salarijazi 5
1 Department of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
2 M.Sc. of Water Resources Engineering, Department Water Resources Engineering, Tarbiat Modares Univesity
3 Water Engineering Department, College of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
4 Department of water structures, Tarbiat Modares University, tehran, Iran
5 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources., Gorgan., Iran
چکیده [English]

A good understanding of the river natural flow regime plays an important role in many hydrological studies. Such studies also quantify the environmental flow, the basis for the conservation of river fish habitats and aquatic ecosystems, and need to be recognized in the policies and decisions of water resource development plans and their inclusion in watershed management plans. In the present study were calculated and evaluated hydrological methods such as Tennant, Aquatic Base Flow, Arkansas and Range of Variability Approach (RVA) to estimate the minimum ecological flow and Habitat Simulation model to preserve the ecological potential of the Jajroud River. In this regard, based on the research framework, after hydrological analysis and field observations, a habitat suitability model was developed for the target species and finally, habitat simulation was performed by combining ecohydraulic and hydrological indices of flow and analysis of flow - habitat physics time series using suitability curves. Based on the results, to maintain optimal conditions and protect the ecosystem components and habitat of biological communities, using the River2D model range of flow regime required to provide habitat ecological potential Squalius namak, it should be located along the Jajroud River between 1.24 to 18.55 m3/s, with mean annual flow 5.91 m3/s (86.7 Percent Mean Annual Flow). It is noteworthy that the Tennant methods should be used with caution in summer because this method offers between 9 and 96 percent of the mean annual flow. Finally, it was concluded that other methods of providing environmental flow provide values above 25% of the mean annual flow, which provide better protection of the stream for aquatic habitats. In contrast, the River2D ecohydraulic model can provide a general idea of habitat suitability across different river basins with respect to changes in natural flow regimes and the achievement of ideal and optimal flow conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Habitat suitability
  • Hydrological Index
  • River Ecology Regime
  • Water resources
احمدزاده، م.، پورباقر، ه.، و ایگدری، س.1397. تعیین شاخص مطلوبیت زیستگاه سیاه‌ماهی مرکزی (Capoeta buhsei, Kessler, 1877) با استفاده از هموارسازی هسته‌ای در رودخانه جاجرود، حوضه دریاچه نمک ایران. مجله علوم آبزی پروری. 6 (9): 98- 108.
اسفندیاری ‌درآباد.، مصطفی‌زاده، ر.، شاهمرادی، ر.،و  نصیری خیاوی، ع. 1398. تحلیل تغییرات شاخص‌های هیدرولوژیک جریان تحت تأثیر احداث سد در رودخانه‌های زرینه‌رود و ساروق‌چای (استان آذربایجان غربی). مجله هیدروژئومورفولوژی. 5 (18): 57-77.
اسماعیلی، ک.، صادقی، ز.، کابلی، ع. و شفائی، ح. 1397. کاربرد روش‌های هیدرولوژیکی در برآورد حقابه محیط زیستی رودخانه (مطالعه موری رودخانه گرگانرود). مجله محیط زیست طبیعی، منابع طبیعی ایران. 71 (4): 437-451.
ایوب‌زاده، س، ع.، صدیق‌کیا، م.، و حاجی‌اسماعیلی، م. 1397. مقدمه‌ای بر اکوهیدرولیک و شبیه‌سازی زیستگاه‌های رودخانه‌ای. انتشارات دانشگاه تربیت مدرس: پژوهشکده مهندسی آب. 288 ص.
پروندی، ش.، عبدلی، ا.، و هاشمی، س.ح. 1395. ارزیابی زیستی رودخانه جاجرود با استفاده از ساختار جمعیت ماکروبنتوزها. مجله بوم‌شناسی آبزیان. 6 (1): 20-32.
پیشکاه‌پور، ز، پورباقر، ه.، و ایگدری، س. 1397. ارزیابی تأثیر شرایط اکولوژیکی و متغیرهای فیزیکی رودخانه دینورآب استان کرمانشاه بر شاخص مطلوبیت زیستگاه ماهی شاه­کولی ­سلال (Alburnus Sellal Heckel, 1843). مجله شیلات. 71 (4): 317-328.
حاجی اسماعیلی، م. 1398. اصلاح مدل شبیه‌سازی inSTREAM  با رویکرد بیوانرژی به‌منظور شبیه‌سازی مطلوبیت زیستگاه در رودخانه‌ها (مطالعه موردی: ماهی قزل‌آلای خال‌قرمز در رودخانه‌ الرم، پارک ملی لار). رساله دکتری مهندسی سازه‌های آبی. دانشگاه تربیت مدرس. 278 ص.
خضری، ک.، عبدلی، ا.، حسن زاده کیابی، ب.، و اعظمی، ج. 1398. ارزیابی یکپارچگی اکولوژیکی رودخانه جاجرود با استفاده از سنجه‌های ماهیان و ماکروبتنوزها. مجله علوم محیطی. 17(3): 209-224.
داوری، ع.، باقری، ع.، و محمدولی سامانی، ج. 1398. ارزیابی جریان زیست‌محیطی در رودخانه کر: رویکردی جامع با استفاده از روش مدل‌سازی پویاشناسی سیستم‌ها. مجله تحقیقات منابع آب ایران. 15 (4): 91-68.
دشتی، ر.، ستاری، م.ت.، و نورانی، و. 1396. ارزیابی عملکرد الگوریتم تکاملی تفاضلی در بهره‌برداری بهینه از سیستم تک مخزنه سد علویان. مجله حفاظت منابع آب و خاک. 6 (3): 61-76.
رزاقی، پ.، بابازاده، ح.، و شوریان، م. 1392. توسعه سیاست جیره‌بندی بهره‌برداری از مخزن چندمنظوره در شرایط محدودیت منابع آب با استفاده از مدل MODSIM 8.1. مجله حفاظت منابع آب و خاک. 3 (2): 11-23.
سودی، م.، احمدی، ح.، یاسی، م.، سیبیلا، ا.، و 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) : 329-341.
لایقی، ص.، و کرم، ا. 1393. طبقه‌بندی هیدروژئومورفولوژیکی رودخانه جاجرود با مدل روزگن. مجله پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. 3 (3): 130-143.
کیوانی، ی.، نصری، م.، عباسی، ک.، و عبدلی، ا. 1395. اطلس ماهیان آب‌های داخلی ایران. سازمان حفاظت محیط زیست. 216ص.
لطفی، ا. 1391. راهنمای ارزیابی سریع خصوصیات محیط ‌زیستی رودخانه‌ها. سازمان حفاظت محیط‌زیست. 120 ص.
مولودی‌صالح، ع.، و کیوانی، ی. 1397. تنوع ریختی جمعیت‌های سه گونه ماهی سفید رودخانه‌ای در حوضه‌های آبی ایران. مجله یافته‌های نوین در علوم زیستی ایران. 5 (2): 192-204.
مولودی‌صالح، ع.، کیوانی، ی.، و جلالی، س.ا.ح. 1397. مقایسه زیست‌سنجی ماهی سفید رودخانه‌ای (Squalius namak, Khaefi et al., 2016) در رودخانه‌های حوضه نمک. مجله زیست‌شناسی جانوری تجربی. 7 (1): 107-118.
نادری، م.ح.، ذاکری‌نیا، م.، و سالاری‌جزی، م. 1397. به‌کارگیری مدل PHABSIM در تبیین رژیم اکولوژیکی رودخانه به‌منظور برآورد جریان زیست‌محیطی و مقایسه با روش‌های هیدرولوژیکی (مطالعة موردی: رودخانة قره‌سو). اکوهیدرولوژی. 5 (3): 941-955.
نادری، م.ح.، ذاکری‌نیا، م.، و 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. اکوهیدرولوژی. 6 (1): 220-205.
نادری، م.ح.، پورغلام آمیجی، م.، احمدآلی، خ.، امیری، ز.، قجقی، آ.، و 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.
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.
Chou, W.C and Chuang, M.D. 2011. Habitat evaluation using suitability index and habitat type diversity: a case study involving a shallow forest stream in central Taiwan. Environmental monitoring and assessment. 172: 689-704.
Davis, M.M. 2005. Instream flow guidelines and protection of Georgia’s aquatic habitats. Georgia Institute of Technology. 5 pp.
ElJabi, N., and Caissie, D. 2019. Characterization of natural and environmental flows in New Brunswick, Canada. River Research and Applications. 35.1: 14-24.
Fazelnajafabadi, E., and Afzalimehr, H. 2019. Comparison of Two-and Three-Dimensional Flow and Habitat Modeling in Pool–Riffle Sequences. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 1-10.
Gao, Y., Vogel, R.M., Kroll, C.N., Poff, N.L. and Olden, J.D. 2009. Development of representative indicators of hydrologic alteration. Journal of Hydrology. 374.1-2: 136-147.
Hoghoghi, M., Eagderi, S. and Shams-Esfandabad, B. 2016. Habitat use of Alburnoides namaki, in the Jajroud River (Namak Lake basin, Iran). International Journal of Aquatic Biology. 3.6: 390-397.
Hajiesmaeili, M., Ayyoubzadeh, S.A. and Sedighkia, M. 2018. Effects of stream hydraulic characteristics on habitat suitability for rapid habitat assessment of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). International Journal of Fisheries and Aquatic Studies. 6.5: 10-19.
Im, D. and Kang, H. 2011. Two-dimensional physical habitat modeling of effects of habitat structures on urban stream restoration. Water Science and Engineering. 4: 386-395.
Jia, Y., Sui, X. and Chen, Y. 2013. Development of a fish-based index of biotic integrity for wadeable streams in Southern China. Environmental management. 52.4: 995-1008.
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.
Kim, S.K. and Choi, S.U. 2019. Comparison of environmental flows from a habitat suitability perspective: A case study in the Naeseong-cheon Stream in Korea. Ecohydrology. 12.6: 1-10.
Li, J., Dong, S., Peng, M., Yang, Z., Liu, S., Li, X. and Zhao, C. 2013. Effects of damming on the biological integrity of fish assemblages in the middle Lancang-Mekong River basin. Ecological indicators. 34: 94-102.
Li, R., Chen, Q., Tonina, D. and Cai, D. 2015. Effects of upstream reservoir regulation on the hydrological regime and fish habitats of the Lijiang River, China. Ecological engineering. 76: 75-83.
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.
Li, F.F., Wei, J.H., Qiu, J. and Jiang, H. 2020. Determining the most effective flow rising process to stimulate fish spawning via reservoir operation. Journal of Hydrology. 582: 124490.
Macura, V., Stefunkova, Z.S., Majorosova, M., Halaj, P. and Skrinar, A. 2018. Influence of discharge on fish habitat suitability curves in mountain watercourses in IFIM methodology. Journal of Hydrology and Hydromechanics.  66.1: 12-22.
Maghrebi, M., Tajrishy, M. and Jamshidi, M. 2010. Assessment of Jajrood River watershed microbial pollution: sources and fates. Environmental Engineering and Management Journal (EEMJ). 9.3: 385-391.
Mahjouri, N. and Kerachian, R. 2011. Revising river water quality monitoring networks using discrete entropy theory: the Jajrood River experience. Environmental monitoring and assessment. 175.1-4: 291-302.
Mezger, G., De Stefano, L. and del Tanago, M.G. 2019. Assessing the Establishment and Implementation of Environmental Flows in Spain. Environmental Management. 1-15.
Mouludi Saleh, A., Keivany, Y. and Jalali, S.A.H. 2017. Geometric Morphometric Comparison of Namak Chub (Squalius namak, Khaefi et al., 2016) in Rivers of Lake Namak Basin of Iran. Research in Zoology. 7 .1: 1-6.
Mouton, A.M., Schneider, M., Depestele, J., Goethals, P.L. and De Pauw, N. 2007. Fish habitat modelling as a tool for river management. Ecological engineering. 29.3: 305-315.
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.
Peng, L. and Sun, L. 2016. Minimum instream flow requirement for the water-reduction section of diversion-type hydropower station: a case study of the Zagunao River, China. Environmental Earth Sciences. 75.17: 1210.
Phelan, J., Cuffney, T., Patterson, L., Eddy, M., Dykes, R., Pearsall, S., Goudreau, C., Mead, J. and Tarver, F. 2017. Fish and invertebrate flow-biology relationships to support the determination of ecological flows for North Carolina. JAWRA Journal of the American Water Resources Association. 53.1: 42-55.
Shahriarinia, E.S., Asadollahfardi, G. and Heidarzadeh, N. 2016. Study of the environmental flow of rivers, a case study, Kashkan River, Iran. Journal of Water Supply: Research and Technology-Aqua. 65.2: 181-194.
Sojka, M., Jaskula, J., Wischer-Dysarz, J. and Dysarz, T. 2016. Assessment of dam construction impact on hydrological regime changes in Lowland River – A case of study: the Stare Miasto reservoir located on the Powa River. Journal of Water and Land Development. 301: 119-125.
Stamou, A., Polydera, A., Papadonikolaki, G., Martinez-Capel, F., Munoz-Mas, R., Papadaki, C. and Dimitriou, E. 2018. Determination of environmental flows in rivers using an integrated hydrological-hydrodynamic-habitat modelling approach. Journal of environmental management. 209: 273-285.
Steffler, P., and Blackburn, J. 2002. River2D: Two-Dimensional Depth Averaged Model of River Hydrodynamics and Fish Habitat. Introduction to Depth Averaged Modeling and User's Manual. University of Alberta, Edmonton, Canada. 120 p.
Tennant, D.L. 1976. Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources Fisheries. 1: 6–10.
Vogel, R.M., Sieber, J., Archfield, S.A., Smith, M.P., Apse, C.D. and Huber-Lee, A. 2007. Relations among storage, yield, and instream flow. Water Resources Research. 43.5: 1-12.
Wang, H., Wang, H., Hao, Z., Wang, X., Liu, M. and Wang, Y. 2018. Multi-Objective Assessment of the Ecological Flow Requirement in the Upper Yangtze National Nature Reserve in China Using PHABSIM. Water. 10.3:1-16.
Yao, W., Liu, H., Chen, Y., Zhang, W., Zhong, Y., Fan, H. and Bamal, S. 2017. Simulating Spawning and Juvenile Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) Habitat in Colorado River Based on High-Flow Effects. Water. 9: 150.
Yasi, M. and Ashori, M. 2017. Environmental flow contributions from in-basin Rivers and dams for saving Urmia Lake. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 41.1: 55-64.
Zhang, Q., Gu, X., Singh, V.P. and Chen, X. 2015. Evaluation of ecological instream flow using multiple ecological indicators with consideration of hydrological alterations. Journal of Hydrology. 529: 711-722.
Zhang, Q., Zhang, Z., Shi, P., Singh, V.P. and Gu, X. 2018. Evaluation of ecological instream flow considering hydrological alterations in the Yellow River basin, China. Global and Planetary Change. 160: 61-74.
Zou, Q. and Liang, S.H. 2015. Effects of Dams on River Flow Regime Based on IHA/RVA. Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences. 368: 275-280.