تحلیل کاربرد رویکردهای هیدرولوژیکی و هیدرومورفواکولوژیکی در برآورد نیاز آبی اکولوژیکی و مطلوبیت زیستگاهی ماهی قزل‌آلای خال‌قرمز در رودخانه لیقوان‌چای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

4 دانشجوی دکتری آمایش محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

5 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی سازه‌های آبی، گروه مهندسی علوم آب، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

6 گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

بررسی وضعیت اکولوژیکی، هیدرولوژیکی و مطلوبیت زیستگاه جوامع آبزی، از عناصر کلیدی در مدیریت اکوسیستمی رودخانه است. در این راستا در پژوهش حاضر، تعیین حداقل جریان زیستمحیطی رودخانه لیقوان‌چای با استفاده از روش هیدرولوژیکی تنانت بر اساس اطلاعات هیدرولوژیکی و برآورد نیاز آبی مطلوب اکولوژیکی با کاربرد مدل شبیه‌سازی زیستگاه و نیز تحلیل هیدرومورفواکولوژیکی و مطلوبیت زیستگاهی گونه ماهی قزل‌آلای خال‌قرمز، مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، شبیه‌سازی مزوزیستگاه بر مبنای منحنی‌های شاخص مطلوبیت زیستگاه با مطالعات میدانی و نمونه‌برداری پارامترهای هیدرولیکی (عمق، سرعت و شاخص بستر) و اکولوژیکی انجام گرفت و مطابق با آن یک روش طبقهبندی جدید رژیم جریان اکولوژیکی با توجه به شاخصهای اکوهیدرولیکی مطلوبیت زیستگاه (عمق آب، سرعت جریان و بستر)، در نظر گرفته شد. ابتدا با استفاده از نقشه توپوگرافی رودخانه لیقوان‌چای و نرم‌افزار ARC-GIS، هندسه مدل رودخانه و مقاطع عرضی، ایجاد شد. سپس شبیه‌سازی هیدرولیکی رودخانه با نرمافزار HEC-RAS انجام گرفت. در مرحله بعد شبیه‌سازی هیدرومورفواکولوژیکی و زیستگاهی در مدل MesoHABSIM، صورت گرفت. در این مدل اکوهیدرولیکی، رابطه بین هیدرولیک جریان و نیازهای زیستگاهی گونه ماهی قزل‌آلای خال‌قرمز با استفاده از مساحت قابل استفاده وزنی، برقرار گردیده و منحنی‌های دبی - مطلوبیت زیستگاه گونه شاخص در دبی‌های مختلف استخراج شد. با استخراج منحنی دبی - مطلوبیت زیستگاه، مطلوبیت رودخانه از لحاظ مقدار و موقعیت، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد سرعت جریان مطلوب اکولوژیکی در محدوده بین 0/27 تا 0/76 متر بر ثانیه و عمق آب اکولوژیکی در محدوده بین 0/3 تا 0/7 متر در فصول و بخش‌های مختلف رودخانه، بایستی برقرار باشد. بر اساس محاسبات، محدوده رژیم جریان اکولوژیکی مطلوب برای تأمین نیازهای زیستگاهی گونه قزل‌آلای خال‌قرمز در رودخانه مورد مطالعه، بین 0/27 تا 2/84 مترمکعب برثانیه به ترتیب در ماه‌های مهر و اردیبهشت، می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of Application of Hydrological and Hydromorphocological Approaches in Estimating the Ecological Water Demand and Habitat Suitability Salmo trutta in the Liqvanchay River

نویسندگان [English]

  • mohammad naderi 1
  • Omid Jahandideh 2
  • Emad Khanahmadi 3
  • Narges Arab 4
  • Atefeh Arab 5
  • Meysam Salarijazi 6
1 M.Sc. of Water Resources Engineering and Ecohydraulic Researcher of River Habitat, , Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Science and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Water Engineering Department, College of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 M.Sc. of Department of Water Structures Engineering, College of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
4 PH.D Candidate of Environmental assessment and Landuse Planning, Department of Environmental, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
5 M.Sc. of Water Structures Engineering, Mashhad University of Ferdousi, Mashhad, Iran
6 Water Engineering Department, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
چکیده [English]

Investigation of ecological, hydrological and habitat suitability status of aquatic communities is one of the key elements in river ecosystem management. In this regard, in the present study, the determination of the minimum environmental flow of Liqvanchay River using hydrological method of Tennant based on hydrological Information and estimation of ecologically optimal water requirement using Habitat Simulation Model as well as hydromorphocological analysis and habitat suitability of index fish Salmo trutta L.1758 were investigated. For this purpose, mesohabitat simulation based on curves habitat suitability index were performed by field studies and sampling of hydraulic (depth, velocity and bed index) and ecological parameters and accordingly, a new method of classifying the ecological flow regime according to the echohydraulic indices of habitat suitability (water depth, flow velocity and bed) was considered. First, the geometry of the Liqvanchay River model and cross sections was created using the topography map of Liqvanchay River and Arc-GIS software. Then the hydraulic simulation of the river was performed with HEC-RAS software. In the next step, hydromorphocological and habitat simulation were performed in MesoHABSIM model. In this Echohydraulic Model, the relationship between the hydraulic flow and the habitat needs of the species Salmo trutta was established by Weighted Usable Area, and the discharge- habitat suitability curves of the target species were extracted in different discharges in both adult and juvenile life stages. By extracting the discharge- habitat suitability curve, the desirability of the river in terms of quantity and location was investigated. The results showed that the optimal ecological flow velocity should be in the range between 0.27 to 0.76 m/s and the ecological water depth should be in the range between 0.3 to 0.7 m in different seasons and parts of the river.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ecological regime
  • Habitat Simulation
  • MesoHABSIM
  • River Habitat
  • Water resources
روزگاری. ن.، ستاری.، م.ت. و فیضی، ه. 1399. مقایسه روش‌های مختلف هیدرولوژیکی و اکوهیدرولوژیکی در برآورد جریان محیط زیستی رودخانه مهاباد. مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست. 21 (9): 70-57.
رئوف. م. و علی‌اوغلی، س. 1399. برآورد جریان محیط زیستی رودخانه بالیخلوچای و بررسی تأثیر بهره‌برداری از سد یامچی بر رژیم جریان هیدرولوژیکی و زیست‌محیطی رودخانه. مجله محیط زیست طبیعی، منابع طبیعی ایران. 73 (2): 312-299.      
خالقی، س. 1395. تعیین دبی مقطع پر و توان جریان رودخانه لیقوان‌چای بر اساس ویژگی‌های مورفومتری کانال. مجله پژوهش‌های دانش زمین. 7 (28): 152-139.  
ختار، ب. و شکوهی، ع. 1399. ارزیابی و اصلاح روش تگزاس به عنوان یک روش هیدرولوژیکی برای ارائه رژیم اکولوژیکی در رودخانه‌های دائمی. مجله حفاظت منابع آب و خاک. 9 (3): 46-31.      
سرچشمه، ب.، بهمنش، ج. و رضاوردی نژاد، و. 1399. بررسی کمبود آب با درنظرگرفتن همزمان کمیت و کیفیت آب و جریان زیست‌محیطی زرینه‌رود. مجله آب و خاک. 34 (3): 577-565. 
کنعانی، ر.، فاخری‌فرد، ا.، قربانی، م.ع. و دین‌پژوه، ی. 1399. تحلیل روند تغییرات جریان در ایستگاه‌های بالادست و پایین‌دست رودخانه لیقوان. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز. 11 (22): 19-11. 
کیوانی، ی.، نصری، م.، عباسی ، ک. و عبدلی، ا. 1395. اطلس ماهیان آب‌های داخلی ایران. سازمان حفاظت محیط زیست. 216ص.
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. مجله اکوهیدرولوژی. 6. 1: 222-205.
نادری، م.ح.، علی‌اوغلی، س.، جهاندیده، ا.، رجبی‌زاده، ی. و سالاری‌جزی، م. 1399. تعیین جریان رهاسازی بهینه و مطلوب زیست‌محیطی از مخزن سد لتیان با درنظرگرفتن مشخصه‌های اکوهیدرولیکی، هیدرولوژیکی و هیدرومورفواکولوژیکی جهت حفاظت زیستگاه رودخانه جاجرود. مجله آبیاری و زهکشی ایران. 14 (4): 1300-1277.  
هاشم‌زاده سقرلو، ا.، فرحمند، ح.، عبدلی، ا.، برناتچز، ل. و کرمی، م. 1391.  تشخیص ماهیان قزل‌آلای خال‌قرمز  متعلق به رودخانه مردق در رودخانه لیقوان با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره‌ای. مجله شیلات. 65 (3): 337-327.  
Adamczyk, M., Parasiewicz, P., Vezza, P., Prus, P. and De Cesare, G. 2019. Empirical validation of MesoHABSIM models developed with different habitat suitability criteria for bullhead Cottus Gobio L. as an indicator species. Water. 11(4): 726.
Boets, P., Gobeyn, S., Dillen, A., Poelman, E. and Goethals, P . 2018.Assessing the suitable habitat for reintroduction of brown trout (Salmo trutta forma fario) in a lowland river: A modeling approach.  Ecology and Evalution. 8: 5191- 5205.
De-Miguel-Gallo, M., Martinez-Capel, F., Munoz-Mas, R., Aihara, S., Matsuzawa, Y. and Fukuda, S. 2019. Habitat evaluation for the endangered fish species Lefua echigonia in the Yagawa River, Japan. Journal of Ecohydraulics. 4(2): 147-157.
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.
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 Studie. 6(5): 10-19.
Ghasemi, H., jouladeh Rodbar, A., Eagderi, S., Abbasi, K., Vatandoust, S. and Esmaeili, H.R. 2015. Ichthyofauna of Urmia basin: Taxonomic diversity, distribution and conservation. Iranian Journal of Ichthyology. 2(3): 177-193.
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.
Kanani, R., Fard, A.F., Ghorbani, M.A. and Dinpashoh, Y. 2020. Analysis of the role of climatic and human factors in runoff variations (case study: Lighvan River in Urmia Lake Basin, Iran). Journal of Water and Climate Change. 11(1): 291-302.
Karimi, S., Salarijazi, M., Ghorbani, K. and Heydari, M. 2021. Comparative assessment of environmental flow using hydrological methods of low flow indexes, Smakhtin, Tennant and flow duration curve. Acta Geophysica. 1-9.
Koutrakis, E.T., Triantafillidis, S., Sapounidis, A.S., Vezza, P., Kamidis, N., Sylaios, G. and Comoglio, C. 2019. Evaluation of ecological flows in highly regulated rivers using the mesohabitat approach: a case study on the Nestos River, N. Greece. Ecohydrology & Hydrobiology. 19(4): 598-609.
Ksiazek, L., Wos, A., Florek, J., Wyrebek, M., Mlynski, D. and Walega, 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(4): 1-17.
Minjian, C., Gaoxu, W., Huali, F. and Liqun, W. 2012. The calculation of river ecological flow for the Liao Basin in China. Procedia Engineering. 28: 715-722.
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.
Naderi, M.H., Arab, n., Jahandideh, o,  Salarijazi, M. and Arab, A. 2021. Estimation of optimal release flow range from jamishan dam considering of the optimal instream ecological water demand for conservation the habitat potential of the dinavar river. Journal of Water and Soil. 35(2):203-225.
Naderi, M.H, Pourgholam-Amiji, M., Ahmadaali, K., Amiri, Z., Ghojoghi,  A. and Ghorbani Minaei, L. 2020.  Determining the range of optimal environmental flow in zarin-Gol river through hydromorphological characteristics, hydrological regime and habitat suitability simulation ecohydraulic model. Journal of  Fisheries (Iranian Journal of  Natural Recources), 71(3): 317-328.
Parasiewicz, P. 2001. MesoHABSIM: A concept for application of instream flow models in river restoration planning. Fisheries. 26(9): 6-13.
Parasiewicz, P. 2007. The MesoHABSIM model revisited. River Research and Applications. 23(8): 893-903.
Parasiewicz, P. and Walker, J.D. 2007. Comparison of MesoHABSIM with two microhabitat models (PHABSIM and HARPHA). River Research and Applications. 23(8): 904-923.
Parasiewicz, P., Castelli, E., Rogers, J.N. and Plunkett, E. 2012. Multiplex modeling of physical habitat for endangered freshwater mussels. Ecological Modelling. 228: 66-75.
Parasiewicz, P., Castelli, E., Rogers, J.N., Vezza, P. and Kaupsta, A. 2017. Implementation of the natural flow paradigm to protect dwarf wedgemussel (Alasmidonta heterodon) in the upper Delaware River. River Research and Applications. 33(2): 277-291.
Stuart, I., Sharpe, C., Stanislawski, K., Parker, A. and Mallen-Cooper, M. 2019. From an irrigation system to an ecological asset: adding environmental flows establishes recovery of a threatened fish species. Marine and Freshwater Research. 70(9): 1295-1306.
Yu, Z., Zhang, J., Zhao, J., Peng, W., Fu, Y., Wang, Q.  and Zhang, Y. 2021. A new method for calculating the downstream ecological flow of diversion-type small hydropower stations. Ecological Indicators. 125: 107530.
Zhao, C.S., Yang, S. T., Zhang, H.T., Liu, C.M., Sun, Y., Yang, Z.Y. and Lim, R.P. 2017. Coupling habitat suitability and ecosystem health with AEHRA to estimate E-flows under intensive human activities. Journal of Hydrology. 551: 470-483.