Determining the Most Appropriate Method to Estimate Sediment Delivery Ratio in Shirin Darreh Dam Basin

Document Type : Original Article

Authors

1 Geology Dept. Faculty of Science, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

2 Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

3 Department of geology, Faculty of science, Ferdowsi University of Mashhad, Iran

4 Department of Geology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

Abstract

In this study, sediment load in Shirin Darreh Dam basin was estimated based on hydrological, UNESCO and FSM methods. Comparison between the total deposited sediments in the reservoir (17 Mm3) and results of the three methods showed the hydrological and FSM methods with the estimated value of 1158000 and 5565000 m3/year were the most proper and the most improper ways to sediment load estimation, respectively. Annual erosion intensity based on EPM was obtained about 1426300 m3/year, and the actual sediment delivery ratio was calculated about 0.78. The predicted sediment delivery ratio based on the results of EPM method and the three methods of total sediment load, and some of empirical models, was calculated. The results of the calibration showed that the hydrological method and the empirical model, in which the slope is the most important factor to obtain the sediment delivery ratio, with minimum error and maximum accuracy were the most proper methods.

Keywords

References

اسدی نلیوان، ا.، محسنی ساروی، م.، سور، ا.، دسترنج، ا. و طاعی، س. 1392. تعیین مناسب‌ترین روش تجربی برای تخمین نسبت تحویل رسوب با استفاده از EPM و ویژگی‌های فیزیکی حوضه: مطالعه موردی، حوضه آبریز قورچای، استان گلستان. مجله آبیاری و مهندسی آب. 3(1):29-18.
احمدیان مقدم، ر. 1391. بررسی و پهنه‌بندی پتانسیل خطر زمین‌لغزش در حوضه آبریز سد شیرین دره. پایان‌نامه کارشناسی ارشد زمین‌شناسی مهندسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه فردوسی مشهد.
اصغری سراسکانرود، س.، فیض‌الله پور، م. و محمد نژاد آروق، و. 1392. مطالعه نسبت تحویل رسوب در حوضه آبریز رودخانه جاجرود. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. 2(3):78-67.
افشار حرب، ع. 1373. زمین‌شناسی کپه داغ. انتشارات سازمان زمین‌شناسی کشور، تهران.
آقابیگی، ن.، اسمعیلی عوری، ا.، مصطفی‌زاده، ر. و گلشن، م. 1399. ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر مقادیر رسوب معلق در تعدادی از حوضه‌های آبخیز استان اردبیل. جغرافیا و برنامه‌ریزی. 24(73): 66-47.
اکبر زاده، م.ر. 1394. برآورد بار رسوب معلق رودخانه‌ها به کمک تعدیل منحنی سنجه بر اساس مدل‌های چند متغیره وداده‌های آب و هوایی حوضه (مطالعه موردی رودخانه اترک بالایی و میانی). رساله دکترا سازه‌های آبی، پردیس بین‌الملل، دانشگاه فردوسی مشهد.
الهی، ف. 1391. نقش کاربری اراضی بالادست بر کیفیت آب‌های سطحی حوضه آبخیز سد شیرین دره. پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
امامقلی زاده، ص.، خادمی، ن. و حسینی، س.ح. 1399. پیش‌بینی رسوب ورودی به مخزن سد شیرین دره با استفاده از مدل عددی HEC-RAS. مجله تحقیقات مدیریت حوضه آبریز. 11(9):222-208.
امینی، ک.، ویسی، ف. و محمدی، س. 1397. تحلیل و تبیین اثرات احداث سدها بر معیشت پایدار نواحی روستایی (مطالعه موردی سد داریان هورامان). فصلنامه مطالعات راهبردی سیاست‌گذاری عمومی. 8(27):176-155.
باقریان کلات، ع.، عباسی، ع.ا. و سلیمانپور، م. 1399. ارزیابی کارایی مدل‌های تجربی در برآورد رسوب‌دهی آبخیزهای کوچک مناطق نیمه‌خشک با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری شده. فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط‌زیست. 22(8):167-155.
حیات زاده، م.، اختصاصی، م.ر.، ملکی نژاد، ح.، فتح زاده، ع. و عظیم زاده، ح.ر. 1396. بهینه‌یابی برآورد میزان رسوب معلق در مناطق خشک؛ مطالعه موردی: حوضه فخرآباد مهریز (یزد). مجله علوم آب و خاک. 21(1):125-113.
رفاهی، ح. 1375. فرسایش آبی و کنترل آن. انتشارات دانشگاه تهران، تهران.
صدری، ب. 1393. بررسی کمی و کیفی منابع آبی و رسوبات حوضه آبریز سد شیرین دره (استان خراسان شمالی). پایان‌نامه کارشناسی ارشد زمین‌شناسی زیست‌محیطی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه فردوسی مشهد.
فرهی، گ.، خداشناس، س.ر. و علیزاده، ا. 1390. برآورد رسوب در استان خراسان شمالی با استفاده از مدل رگرسیون فازی. مجله علوم مدیریت حوضه آبریز ایران. 5(3):24-11.
فریدانی بردسکن، ف. 1391. مقایسه روش‌های EPM و CSY در برآورد فرسایش و رسوب‌دهی در حوضه‌های آبریز با استفاده از GIS، (مطالعه موردی: حوضه آبریز شیرین دره). پایان‌نامه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد.
قهاری، غ.ر.، شادفر، س. و حسینی مرندی، ح. 1400. مطالعه کارایی مدل EPM جهت ارزیابی رسوب‌گذاری مخازن سدهای کوچک. مجله مدیریت و مهندسی حوضه آبریز.12(2):1145-1133.
کاویان، ع.، عسگریان، ر.، ناطقی، ت.، جعفریان جلودار، م. و صفری، ع. 1393. ارزیابی کارایی مدل‌های PSIAC، FSM و EPM در برآورد تولید رسوب اراضی مرتعی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز سرخ‌آباد، استان مازندارن). نشریه فضای جغرافیایی. 14(48):79-57.
Armanini, A. 2018. Principles of River Hydraulics. Springer, New York.
- Boyce, R.C. 1975. Sediment routing with sediment delivery ratios. United States Department of agriculture Publication, Washington DC.
Chalis, D., Kumar, L., Spalevic, V. and Skataric, G. 2019. Estimation of sediment yield and maximum outflow using the IntErO Model in the Sarada River Basin of Nepal. Water. 11(5): 102-119. 
Cisty, M., Soldanova, V., Cyprich, F., Holubova, K. and Simor, V. 2021. Suspended sediment modeling with hydrological and climate input data. Journal of hydroinformatics. 23(1):192-210.
Colman, C.B., Garcia, K.M.P., Pereira, R.B., Shinma, E.A., Lima, F.E., Gomes, A.O. and Oliveira. P.T.S. 2018. Different approaches to estimate the sediment yield in a tropical watershed. Soil Ecology. 23(10): 123-135.
da Silva, R.M., Santos, C.A.G. and Silva, A.M. 2014. Predicating soil erosion and sediment yield in the Tapacura catchment, Brazil. Journal of Urban and Environmental Engineering. 81(21):75-82.
Dong, Y., Wu, Y.Q., Zhang, T.U. and Yang. W. 2013. The sediment delivery ratio in a small catchment in the black soil region of Northeast China. International Journal of Sediment Research. 28(2):111-117.
Gavrilovic, S. 1998. The use of an empirical method (erosion potential method), for calculating sediment production and transportation in unstudied or torrential streams. International Conference on River Regime. May, Russia.
Gitto, A.B., Venditti, J.G. and Kostaschuk, R. 2017. Representative point-integrated suspended sediment sampling in rivers. Water Resources Research. 53(26): 2956–2971.
Jabbar, Y.C. and Yadav, S.M. 2019. Development of reservoir capacity loss model using bootstrapping of sediment rating curves. ISH Journal of Hydraulic Engineering. 8(1): 216-230.
Jain, M.K. and Kothyari, U.C. 2000. Estimation of soil erosion and sediment yield using GIS. Hydrological Sciences Journal. 45(5): 771-786.
Jordan, S. and Messner, M. 2020. The use of forecast accuracy indicators to improve planning quality: insights from a case study. European Accounting Review.29 (31): 337-359.
Maner, S.B. 1958. Factors affecting sediment delivery rates in the Red Hills physiographic area. Transaction of American Geophysics. 39(2): 669-675.
Morris, G. 2020. Classification of management alternatives to Combat Reservoir sedimentation. Water. 12(3): 189-201.
Mou, J. and Meng, Q. 1980. Sediment delivery ratio as used in the computation of watershed sediment yield. Institute of Hydraulic Research, Yellow River Conservancy Commission, Beijing, Peoples Republic of China. 27(2): 27-38.
Nawaz, A., Farooq, M., UI-Allah, A., Gogoi, N., Lal, R. and Siddique, H.M. 2020. Sustainable soil management for food security in South Asia. Journal of Soil Science and Plant. 25(3): 163-182.
Ngaruye, I., Von Rosen, D. and Singull, M. 2018. Mean squared errors of small area estimators under a multivariate linear model for repeated measures data. Communications in Statistics-Theory and Methods. 48(8): 2060-2073.
Ongley, E. 1996. Sediment Measurements. In: Bartram J, BallanceR (eds), Water Quality Monitoring- A Practical Guide to theDesign and Implementation of Freshwater Quality Studies andMonitoring Programmes. UNEP/WHO. London.
Petersen, M.S. 1986. River Engineering. Prentice Hall, New Jersey.
Porterfield, G. 1977. Computation of Fluvial-Sediment Discharge: Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey.United States Geological Survey (USGS), Washington DC.
Renfero, G.W. 1975. Use of erosion equation and sediment delivery ratio for predicting sediment yield. United States Department of agriculture Publication, Washington DC.
Richards, K. 1993. Sediment Delivery and the Drainage Network. John Wiley and Sons, Chichester.
Roehl, J.E. 1962. Sediment source areas, delivery ratios and influencing morphological factors. Commission of Land Erosion, October. New York University.
Sanchez, Y., Martinez-Grana, A., Santos-Frances, F. and Yenes, M. 2018. Influence of the sediment delivery ratio index on the analysis of silting and break risk in the Plasenica reservoir (Central System, Spain). 91(2): 1407-121.
United States Department of Agriculture (USDA). 1975. Sediment Sources, Yields, and Delivery Ratios. National Engineering Handbook. USDA Publication, Utah.
United States Department of Agriculture - Soil Conservation Service (USDA-SCS). 1979. Sediment sources, yields, and delivery ratios. National Engineering Handbook. . USDA Publication, Utah.
United States Department of Agriculture - Soil Conservation Service (USDA-SCS). 1983. Sediment sources, yields, and delivery ratios. National Engineering Handbook. . USDA Publication, Utah.
UNESCO. 1985. Methods of Computing Sedimentation in Lakes and Reservoirs: A contribution to the International Hydrological Programme (IHP) -II Project A.2.6.1. UNESCO, Paris.
Uri, N.D. 2001. A note on soil erosion and its environmental consequences in the United States. Water, Air, and Soil Pollution. 129(27):181-197.
Verstraeten, G., Poesen, J., de Vente, J. and Koninckx, X. 2003. Sediment yield variability in Spain: a quantitative and semiqualitative analysis using reservoir sedimentation rates. Geomorphology. 50(23): 327-348.
Vonani, J. 1975. Soil Erosion Prediction. New York University Publication, New York.
Wang, J.J. and Lu, X.X. 2010. Estimation of suspended sediment concentration using Terra MODIS: An example from the lower Yangtze Rivr, China. Science of the Total Environment. 408(32): 1131-1138.
Williams, J.R. and Brendt, A.D. 1972. Sediment yield computed with the universal equation. Journal of Hydraulic Engineering. 98(32): 2087-2098. 
Woznicki, S.A. and A.P. Nejadhashemi. 2013. Spatial and temporal variabilities of sediment delivery ratio. Water Resources Management. 27(2): 2483-2499.
Wu, L. and Ma, X. 2020. Using five long time series hydrometeorological data to calibrate a dynamic sediment delivery ratio algorithm for multi-scale sediment yield predictions. Environmental Science and Pollution. 27(11): 16377-16392.
Iranian Journal of Irrigation & Drainage
Volume 16, Issue 1 - Serial Number 91
March and April 2022
Pages 95-108

Files

Share

How to cite

Statistics