برآورد محدوده جریان رهاسازی بهینه از سد جامیشان با در نظر گرفتن نیاز آب اکولوژیکی مطلوب برای حفظ پتانسیل زیستگاه رودخانه دینور

آب و خاک

مقاله 5، دوره 35، شماره 2 - شماره پیاپی 76، خرداد و تیر 1400، صفحه 203-225   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2021.67061.0

نویسندگان

محمد حسن نادری^{* 1}؛ نرگس عرب²؛ امید جهاندیده³؛ میثم سالارجزی⁴؛ عاطفه عرب⁵

¹گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

²دانشجوی دکتری آمایش محیط‌زیست دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

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

⁴دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

⁵گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

حفظ رژیم طبیعی جریان برای نگهداری سلامت اکوسیستم رودخانه، ضروری است. یکی از مهم‌ترین و در عین حال پیچیده‌ترین موضوعات در مدیریت حوضه آبخیز، تجزیه و تحلیل نیاز آبی محیط اکولوژیکی با پیوند چرخه هیدرولوژیکی و فرآیندهای هیدرودینامیکی با فرآیندهای اکولوژیکی آبزیان رودخانه، است. در این مطالعه، به منظور تعیین مقدار جریان رهاسازی از سد جامیشان با بررسی نیاز آبی اکولوژیکی رودخانه دینور در استان کرمانشاه با روش‌های هیدرولوژیکی تنانت، روش توزیع سالانه و تگزاس بر اساس آمار هیدرولوژیکی ایستگاه‌های هیدرومتری در طول دوره آماری 38 ساله (1398-1360)، مدل شبیه‌سازی هیدرومورفواکولوژیکی - هیدرودینامیکی مطلوبیت زیستگاه (River2D) نیز مورد استفاده قرار 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. همچنین در مدل اکوهیدرولیکی River2D، میزان مطلوبیت زیستگاه در دسترس گونه ماهی هدف، در محدوده 10 تا 200 درصد میانگین جریان سالانه، مورد بررسی قرار گرفت. بر پایه نتایج حاصله، نیاز آبی اکولوژیکی برآورد شده رودخانه دینور با ترکیب روش‌های مختلف، در طول سال متفاوت بوده و بر این اساس، برای حفظ شرایط مطلوب و حفاظت از اجزای اکوسیستم و زیستگاه جوامع بیولوژیکی، محدوده رژیم جریان موردنیاز برای تأمین پتانسیل اکولوژیکی زیستگاه بین 17/0 تا 71/3 مترمکعب برثانیه به ترتیب در ماه مهر و فروردین، با میانگین دبی سالانه زیستی 38/1 مترمکعب بر ثانیه (معادل 9/88 درصد جریان طبیعی رودخانه) بایستی در داخل رودخانه دینور و پایین دست سد جامیشان، برقرار باشد. همچنین مقایسه میزان تخصیص آب برای تأمین نیاز آبی اکولوژیکی قابل قبول با روش‌ تنانت در رودخانه مورد مطالعه (3/0 متر مکعب برثانیه) نشان داد، کمبود جریان در فصول تابستان (جریان طبیعی رودخانه کمتر از نیاز آبی اکولوژیکی است) مشاهده می‌شود. در نهایت این نتیجه به عمل آمد که روش‌های دیگر تأمین نیاز آبی اکولوژیکی (تگزاس و شبیه‌سازی زیستگاه به ترتیب با مقادیر 89/0 و 38/1 مترمکعب بر ثانیه)، مقادیر بالاتر از 30 درصد میانگین جریان سالانه را فراهم می‌کند، که محافظت بهتر جریان را برای زیستگاه‌ رودخانه فراهم می‌کنند. شایان ذکر است، با تأمین عمق آب و سرعت جریان مناسب، میزان فضای مطلوب زیستگاهی و نیازهای اکولوژیکی آبزیان در رودخانه دینور با در نظر گرفتن همبستگی لازم بین مشخصه‌های هیدرومورفواکولوژیکی، اکوهیدرولیکی و هیدرولوژیکی طی فعالیت‌های زیستی آبزیان فراهم شده و از این منظر مدل‌سازی اکوهیدرودینامیکی زیستگاه آبزیان می‌تواند نقش مهم و بارزی در مدیریت اکوسیستمی و تنظیم جریان درون رودخانه‌ای ایفا نماید.

کلیدواژه‌ها

اکوهیدرودینامیکی؛ رژیم جریان طبیعی؛ مساحت قابل استفاده وزنی؛ مطلوبیت زیستگاه؛ هیدرومورفواکولوژیکی

مراجع

1- 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)

2- Boavida I., Santos J.M., Ferreira T., and Pinheiro A. 2015. Barbel habitat alterations due to hydropeaking. Journal of Hydro-environment Research 9(2): 237-247.

3- 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 28p.

4-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)

5- Espegren G.D. 1996. Development of instream flow recommendations in Colorado using R2CROSS. Colorado Water Conservation Board, Department of Natural Resources, Water Rights Investigations Section.

6- Farhadian M., Bozorg Haddad O., and Loaiciga H.A. 2020. Fulfillment of river environmental flow: Applying Nash theory for quantitative- qualitative conflict resolution in reservoir operation. Water and Environment Journal.

7- Fukuda S., Tanakura T., Hiramatsu K., and Harada M. 2015. Assessment of spatial habitat heterogeneity by coupling data-driven habitat suitability models with a 2D hydrodynamic model in small-scale streams. Ecological informatics 29: 147-155.

8- Ghanavi H.R., Gonzalez E.G., and Doadrio I. 2016. Phylogenetic relationships of freshwater fishes of the genus Capoeta (Actinopterygii, Cyprinidae) in Iran. Ecology and Evolution 6(22): 8205-8222.

9- Gholizadeh M., Toomaj A.S., and Motamedi R. 2020. Fitting of two benthic fishes abundance Paracobitis hircanica (Mousavi-Sabet, Sayyadzadeh, Esmaeili, Eagderi, Patimar & Freyhof, 2015) and Neogobius pallasi (Berg, 1916) Using Fuzzy Regression. Journal of Applied Ichthyological Research 8(2): 18-26. (In Persian with English abstract).

10- Gippel C.J., and Stewardson M.J. 1998. Use of wetted perimeter in defining minimum environmental flows. Regulated Rivers: Research & Management: An International Journal Devoted to River Research and Management 14(1): 53-67.

11- Heshmati S., and Hafezparast Mavadat M. 2018. Forecasting flow discharge through time series analysis using SARIMA model for drought conditions, a case study of Jamishan River. Iranian Journal of Rainwater Catchment Systems 6(1): 73-82.

12- Holmes R.W., Rankin D.E., Ballard E., and Gard M. 2016. Evaluation of Steelhead passage flows using hydraulic modeling on an unregulated coastal California River. River Research & Applications  32: 697-710.

13-Johnston C., Zydlewski G.B., Smith S., Zydlewski J., and Kinnison M.T. 2018. River Reach Restored by Dam Removal Offers Suitable Spawning Habitat for Endangered Shortnose Sturgeon. Transactions of the American Fisheries Society 163-175.

14- Kang H., and Choi B. 2018. Dominant fish and macroinvertebrate response to flow changes of the Geum River in Korea. Water 10(7): 942.

15- Khatar B., and Shokoohi A. 2020. Evaluating and Modifying the Texas Method as a Hydrologic Method for Prescribing Ecological Regime in Perennial Rivers. Journal of Soil and Water Resources Conservation 9(3): 31-46. (In Persian with English abstract)

16- Jouladeh-Roudbar A., Ghanavi H.R., and Doadrio I. 2020. Ichthyofauna from Iranian freshwater: Annotated checklist, diagnosis, taxonomy, distribution and conservation assessment. Zoological Studies 59: 21.

17- Kuriqi A., Pinheiro A.N., SordoWard 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.

18- Kuriqi A., Pinheiro A.N., Sordo Ward A., and Garrote L. 2020. Water-energy-ecosystem nexus: Balancing competing interests at a run-of-river hydropower plant coupling a hydrologic–ecohydraulic approach. Energy Conversion and Management 223: 113267.

19- Li W., Chen Q., Cai D., and Li R. 2015. Determination of an appropriate ecological hydrograph for a rare fish species using an improved fish habitat suitability model introducing landscape ecology index. Ecological Modelling 311: 31-38.

20- 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.

21- Liu F., Qin T., Yan D., Wang Y., Dong B., Wang J., Nie H., He S., and Liu S. 2020. Classification of instream ecological water demand and crucial values in a semi-arid river basin. Science of The Total Environment 712: 136409.1-13.

22- Ma B., Dong F., Peng W.Q., Liu X.B., Huang A.P., Zhang X.H., and Liu J.Z. 2020. Evaluation of impact of spur dike designs on enhancement of aquatic habitats in urban streams using 2D habitat numerical simulations. Global Ecology and Conservation 24: 01288.

23- 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)

24- 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)

25- Naderi M.H., Zakerinia M., and Salarijazi M. 2020. Design and Analysis of Optimal Ecological Flow Regime Zarrin-Gol River Using Hydrological Methods and Ecohydraulic Habitat Simulation Model. Journal of Water and Soil 34(3): 515-532. (In Persian with English abstract)

26- Naderi M.H., Alioghli S., Jahandideh O., Rajabizadeh Y., and Salarijazi M. 2020. 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. Iranian Journal of Irrigation and Drainage 14(4):1277-1300 (In Persian with English abstract).

27- Panahi E, Bafkar A., and Hafezparast M. 2017. Assessment of Sustainable Mmanagement Alternatives of Jamishan Watershed in the Climate Scenarios. Iran-Water Resources Research 13(1): 139-151. (In Persian)

28- Poria M., Abdoli A., Kazemian M., Nori F., Khara H., and Ejraei F. 2012. Survey of some properties of population dynamic of Capoeta trutta in Alvand River in Kermanshah province (IR.Iran). Journal of Aquatic Animals and Fisheries 3(10): 17-26. (In Persian)

29- Richter B.D., Baumgartner J.V., Powell J., and Braun D.P. 1996. A method for assessing hydrologic alteration within ecosystems. Conservation Biology 10(4): 1163-1174.

30- Sarcheshmeh B., Behmanesh J., and Rezaverdinejad V. 2020. Evaluation of Water Scarcity by Determining Quantity and Quality andnd Environmental Flow Requirement of Zarrinehrood. Journal of Water and Soil 34(3): 565-577. (in Persian with English abstract)

31- 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.

32- Sofi M.S., Bhat S.U., Rashid I., and Kuniyal J.C. 2020. The Natural flow regime: A master variable for maintaining river ecosystem health. Ecohydrology 2247.

33- Steffler P., and Blackburn J. 2002. River2D: Two-Dimensional Depth Averaged Model of River Hydrodynamics & Fish Habitat. Introduction to Depth Averaged Modeling & User's Manual. University of Alberta, Edmonton, Canada.

34- Suwal N., Huang X., Kuriqi A., Chen Y., Pandey K.P., and Bhattarai K.P. 2020. Optimisation of cascade reservoir operation considering environmental flows for different environmental management classes. Renewable Energy 453-464.

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

36- Wen X., Fang G.H., Guo Y.X., and Zhou L. 2016. Adapting the operation of cascaded reservoirs on Yuan River for fish habitat conservation. Ecological Modeling 337: 221-230.

37- Zharong P.A.N., Xiao-hong R.U.A.N., and Jing X.U. 2013. A new calculation method of instream basic ecological water demand. Journal of Hydraulic Engineering 44(1): 119.

38- Zhang W., Di Z., Yao W.W., and Li L. 2016. Optimizing the operation of a hydraulic dam for ecological flow requirements of the You-shui River due to a hydropower station construction. Lake and Reservoir Management 32(1): 1-12.

39- Zhao C.S., Yang Y., Yang S.T., Xiang H., Ge Y.R., Zhang Z., and Yu Q. 2020. Effects of spatial variation in water quality and hydrological factors on environmental flows. Science of The Total Environment 138695.

40- Zhu Z.X., Li Y., Li K.F., Cheng B.X., Yang S.R., Liu Q.Y., and Liang, R.F. 2020. Study of quality maintenance of fish habitats in small-and medium-sized mountain rivers with low flow rate. Ecological Engineering 147: 105780.