طراحی و تحلیل رژیم جریان مطلوب اکولوژیکی رودخانه زرین‌گل با استفاده از روش‌های هیدرولوژیکی و مدل اکوهیدرولیکی شبیه‌سازی زیستگاه

آب و خاک

مقاله 1، دوره 34، شماره 3 - شماره پیاپی 71، شهریور 1399، صفحه 515-532   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v34i3.79294

نویسندگان

محمد حسن نادری¹؛ مهدی ذاکری نیا^{* 2}؛ میثم سالارجزی²

¹کارشناس ارشد مهندسی منابع آب و پژوهشگر اکوهیدرولیک زیستگاه رودخانه، گروه سازه و مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی

²دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

در مطالعات برنامه‌ریزی توسعه پایدار منابع آب در حوضه‌های آبخیز، درک، توصیف و طراحی رژیم جریان، نقش مهمی در برقراری تعادل فرآیندهای هیدرولوژیکی و اکولوژیکی و تداوم حیات اکوسیستم‌های رودخانه‌ای دارد. جریان اکولوژیکی پایه و اساس حفاظت از زیستگاه ماهیان رودخانه‌ای و از ارکان مدیریت اکوسیستم رودخانه است که بایستی به رسمیت شناخته شود، اما بدان اهمیت خاصی داده نمی‌شود. پایش جریان زیست‌محیطی در طول رودخانه‌، برای اطمینان از انتقال و توزیع جریان مطلوب اکولوژیکی مورد نیاز به اکوسیستم‌های آبی پایین‌دست، ضروری است. از این رو در پژوهش حاضر به منظور ایجاد شرایط پایدار اکولوژیک در رودخانه زرین‌گل استان گلستان، طی محاسبات گام به گام تحلیل اکوهیدرولیکی زیستگاه گونه سیاه‌ماهی Capoeta gracilis (Keyserling, 1861) و تحلیل جریان اکولوژیکی با استفاده از روش‌های هیدرولوژیکی تنانت و انتقال منحنی تداوم جریان و مدل شبیه‌سازی زیستگاه، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با انجام شبیه‌سازی هیدرولیکی و آنالیز سری زمانی دبی- فیزیک زیستگاه با استفاده از منحنی‌های شاخص مطلوبیت، محدوده رژیم جریان موردنیاز برای تأمین پتانسیل اکولوژیکی زیستگاه گونه شاخص، بین 49/2 و 58/0 مترمکعب برثانیه به ترتیب در ماه‌های فروردین و آبان، با میانگین دبی سالانه 25/1 مترمکعب برثانیه (معادل 59 درصد جریان طبیعی رودخانه) می‌باشد. همچنین مقایسه میزان تخصیص آب برای تأمین جریان زیست‌محیطی با روش 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 (انتقال منحنی تداوم جریان و شبیه‌سازی زیستگاه)، مقادیر بالاتر از 30 درصد میانگین جریان سالانه را فراهم می‌کند، که محافظت بهتر جریان را برای زیستگاه‌ رودخانه فراهم می‌کنند. بر اساس نتایج این مطالعه، توزیع مطلوبیت زیستگاهی در طول رودخانه زرین‌گل، تحت تأثیر پارامترهای هندسی، هیدرولیکی و میزان دبی جریان، بیانگر شرایط مطلوب زیستگاهی گونه سیاه‌ماهی در محدوده پایین‌دست و شرایط ضعیف در محدوده بالادست رودخانه می‌باشد. در نهایت، رویکرد مدل اکوهیدرولیکی شبیه‌سازی زیستگاه، نسبت به روش‌های هیدرولوژیکی بسیار انعطاف‌پذیرتر بوده و می‌تواند برای تجزیه و تحلیل‌های میزان مطلوبیت زیستگاه ماهیان در مدیریت اکوسیستم رودخانه، مورد استفاده قرار گیرد.  

کلیدواژه‌ها

جریان زیست‌محیطی؛ رودخانه زرین‌گل؛ سیاه‌ماهی؛ مساحت قابل استفاده وزنی؛ مطلوبیت زیستگاه

مراجع

1- Abdoli A., and Naderi M. 2009. Biodiversity of Fishes of the Southern Basin of the Caspian Sea. Abzian Scientific Publication. (In Persian)

2- Ahmadzadeh M., Poorbagher H., and Eagderi S. 2018. Calculating the habitat suitability index of Siahmahi (Capoeta buhsei, Kessler 1877) using the kernel smoothing in the Jajrood River, Namak basin of Iran. Journal of Aquaculture Sciences 6(9): 99-108. (In Persian with English abstract)

3- Armas-Vargas F., Escolero O., Garcia de Jalon D., Zambrano L., Gonzalez del Tanago M., and Kralisch S. 2017. Proponiendo el caudal ambiental basado en simulacion del habitat fisico para cinco especies de peces en la Cuenca baja del Rio Duero, Mexico. Hidrobiologica 27(2): 185-200.

4- 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.

5- Asadi H., Sattari M., and Eagdari S. 2014. Investigation of the determinants of selectivity and preferential habitat Capoeta capoeta gracilis (Keyserling 1891) in the Siahrood River. Iranian Journal of Fisheries Science 23(3): 1-9. (In Persian)

6- Ayyoubzadeh S.A., Sedighkia M., and Hajiesmaeili M. 2018. Ecohydraulics and Simulation of River Habitats.Water Engineering Research Institude Tarbiat Modares University. (In Persian)

7- Azarang F., Telvari A.R., Sedghi H., and Shafaei Bajestan M. 2017. Large Dam Effects on Flow Regime and Hydraulic Parameters of river (Case study: Karkheh River, Downstream of Reservoir Dam). Journal of Water and Soil 31(1): 11-27 (In Persian with English abstract)

8- Bourgeois G., Cunjak R.A., Caissie D., and El-Jabi N. 1996. A spatial and temporal evaluation of PHABSIM in relation to measured density of juvenile Atlantic salmon in a small stream. North American Journal of Fisheries Management 16(1): 154-166.

9- Brown J.H., Stevens G.C., and Kaufman D.M. 1996. The geographic range: size, shape, boundaries, and internal structure. Annual Review of Ecology and Systematics 27(1): 597-623.

10- Esmaili K., Sadeghe Z., Kaboli A., and Shafaei H. 2018. Application Hydrological methods for estimating River Environmental water rights (Case Study of Gorganroud River). Journal of Natural Environmenatal (Iranian Journal of Natural Recorces) 71(4): 437-451. (In Persian with English abstract)

11- Gholizadeh M., Toomaj A., and Hossiendost S. 2017. Modeling habitat requirements of riverine stone loach, Paracobitis hircanica (Teleostei: Nemacheilidae) in the Zarin-Gol River, Caspian Sea basin, Iran. Iranian Journal of Ichthyology 4(4): 340-351.

12- Gholizadeh M., Patimar R., and Harsij M. 2018. Investigation of Selected Habitat Range of the Paracobitis hicanica in the Zarin-Gol River, Golestan Province. Journal of Applied Ichthyological Research 6(2): 1-12. (In Persian)

13- Kim J.S., Lee C.J., Kim W., and Kim Y.J. 2010. Roughness coefficient and its uncertainty in gravel-bed river. Water Science and Engineering 3(2): 217-232.

14- Mostafavi S., and Yasi M. 2015. Evaluation of Environmental Flows in Rivers Using Hydrological Methods (Case study: The Barandozchi River- Urmia Lake Basin). Journal of Water and Soil 29(5): 1219-1231. (In Persian with English abstract)

15- Naderi M.H., Zakerinia M., and Salarizji M. 2018. Application of the PHABSIM model in Explaining the Ecological Regime of the River in order to Estimate the Environmental Flow and Compare with Hydrological Methods (Case Study: Gharasoo River). Ecohydrology 5(3): 941-955. (In Persian)

16- Naderi M.H, Zakerinia M., and Salarijazi M. 2019. Investigation of Ecohydraulic Indices in Environmental Flow Regime and Habitat Suitability Simulation Analysis using River2D Model with Relying on the Restoration Ecological in Zarrin-Gol River. Journal of Ecohydrology 6(1): 205-222. (In Persian)

17- 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. (In Persian with English abstract)

18- 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.

19- Nakvachara P., Rittima A., and Talaluxmana Y. 2018. Quantification of Environmental Flow Requirement of Khun Dan Prakan Chon Dam Using Hydrological-hydraulic-ecological Methods. Applied Environmental Research 40(2): 76-90.

20- 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): 4969-84.

21- Olsen N. 2012. Numerical Modelling & Hydraulics, 3rd Edition, Department of Environmental Engineering: The Norwegian University of Science & Technology.

22- Sedighkia M., Ayyoubzadeh S.A., and Hajiesmaeli M. 2017. Modification of Tennant and Wetted Perimeter Methods in Simindasht Basin, Tehran Province. Civil Engineering Infrastructures Journal 50(2): 221-31.

23- Sedighkia M., Abdoli A., Ayyoubzadeh S.A., Ahmadi A.A., and Gholizadeh M. 2017. Development of the native method of environmental flow in the rivers of the southern basin of Kaspian-Lar National Park. Journal of Ecology 43(3): 543-560. (In Persian)

24- Shamekhi K., Patimar R., Ghorbani R., and Kordjazi Z. 2012. Comparison relative of abundance of Capoeta capoeta gracilis in five streams of Gorganroud River Basin, Golestan Province, Northern Iran. Journal of Research in Biology 1: 19-22.

25- Smakhtin V.U., and Anpurhas M. 2006. An assessment of environmental flow requirements of Indian river basins. IWMI Research Report 107. International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka.

26- Tennant D.L. 1976. Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources. Fisheries 1(4): 6-10.

27- 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.

28- Yi Y., Cheng X., Yang Z., Wieprecht S., Zhang S., and Wu Y. 2017. Evaluating the ecological influence of hydraulic projects: A review of aquatic habitat suitability models. Renewable and Sustainable Energy Reviews 68: 748-762.

29- Zarakani M., Shookohi A., and Pising V. 2017. Introducing a comprehensive ecological diet in the absence of data to determine the true environmental status of rivers. Iranian Water Resources Research Journal 13(2): 140-153. (In Persian with English abstract)

30- Zhao C.S., Yang S.T., Zhang H.T., Liu C.M., Sun Y., Yang Z.Y., Zhang Y., Dong B.E., 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.