Evaluation of RVA Method to Determine the Environmental Flow Values Of Palangver River for Preserving the Ecological Values and Comparing It with Hydrological Approaches
Subject Areas : Water resources managementSeyed Mostafa Ebrahiminia 1 , Hadi Modaberi 2 , Morteza Karimi 3 , Behnaz Khatar 4
1 - MSc. Graduated student in Civil Engineering-Hydraulic Structure, Higher-Education Institute of the Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Rasht, Iran.
2 - Assistance Professor, Department of Water Resources Monitoring, Environmental Research Institute of Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Rasht, Iran.
3 - Researcher, Department of Water Resources Monitoring, Environmental Research Institute of Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Rasht, Iran.
4 - Ph.D. Graduated Student of Water Engineering Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
Keywords: Environmental water requirement, River Ecosystem Management, Range of Variability Approach, Palangver river,
Abstract :
Background and Aim: The effects of natural and human factors on changes in hydrological cycles in watersheds have threatened the safety and health of aquatic ecosystems and reduced biodiversity in rivers and wetlands. In recent years, in order to preserve natural ecosystems, functions and services related to them, increasing attention has been paid to the evaluation of environmental flows in these ecosystems. The present paper was carried out with the purpose of estimating the environmental water demand of Palangver river using simple ecohydrological methods that take into account the ecological characteristics of the river in addition to the hydrological characteristics.
Research Method: In this research, due to the existence of different ecological conditions and different habitat diversity in the upstream and downstream of Palangver river, the data of 2 hydrometric stations of Masjedpish in the upstream and Kolesar in the downstream were used at first. Then the effective meteorological parameters such as precipitation and the periods of wet and drought year were analyzed and by calculating the hydraulic regime of the flow, the flow rates in the river were analyzed in different months of the year. In the next step, the environmental flow of the river was calculated on a monthly basis using the variability curve method in minimum and maximum conditions and compared with the results of other hydrological methods such as Tennant, Texas, modified Texas and transfer of flow continuity curve methods.
Findings: The environmental flow values estimated by the RVA method in the Palangver River at two hydrometric stations of Masjedpish in the upstream and Kolesar in the downstream, in the conditions of minimum environmental flow were obtained 0.84 and 5.01 cubic meters per second, and in the conditions of maximum environmental flow were obtained 1.4 and 9.69 cubic meters per second, respectively. The estimated values of the environmental flow in minimum conditions at Masjidpish station show that the RVA method can completely maintain the ecological conditions of the river in a part of the year, because in the months of September to May, it covers a number between 60 and 80% of the monthly average. But in the months of June, July and August, when water withdrawal from the river is increased due to the agricultural uses, the RVA method has considered about 20-40% of the average flow; although this amount is far from the ideal conditions, it can be an acceptable amount to maintain minimum ecological conditions in the river considering the environmental conditions and water resource allocation management.
Also, the results of the estimated values of the environmental flow in the minimum conditions at Kolesar station in the downstream of the river showed that the RVA method can maintain the ecological conditions of the river because in the whole year, it has been able to include a number between 55 and 80% of the monthly average even in hot and critical months.
Results: In the condition of lack of data, using the values estimated from the flow variability range method in minimum average conditions can maintain the ecological conditions of the river to a large extent by providing reasonable values. Since the main spawning time of fishes in the Palangver ecosystem is in the months of March, April and May, therefore the results of the RVA method have been able to maintain the suitable conditions for this important ecological function in the minimum conditions in both upstream and downstream stations and the full scientific guarantee for this ecological value is to maintain fish spawning operations in this area. It is also recommended to use RVA methods in the maximum conditions and FDC-shifting method in the cold months of the year, i.e. from October to May, due to providing values close to the average or even higher. But in the critical months of the year, it is recommended to use RVA methods in the minimum conditions, modified Texas method, Texas method and FDC-shifting method respectively.
Abbasi, K. (2018). Report on Fish abundance and reproduction biology in Anzali wetland and its inlet rivers, (Cheklist, Dispertion, Abundance, IUCN status and Reproduction) for JICA.
Anonymous. (2004). Report on improvement of irrigation and drainage network Guilan Sefidrud. Guilan Regional Water Authority. (In Persian)
Anonymous. (2006). TEXAS instream flow studies: technical overview. Texas Commission on Environmental Quality Texas Parks and Wildlife Department Texas Water Development Board. 150 pages.
Arthington, A., Bunn, S., Poff, N., & Naiman, R. (2006). The challenge of providing environmental flow rules to sustain river ecosystems”. Ecological Applications 16:1311-1318.
Arthington, A., & Pusey, B. J. (2003). Flow restoration and protection in Australian rivers. River Research and Applications 19: 377–395.
Hashemi, Z., Darzi, A., Karandish, F., Ritzema, H., & Solaimani, K. (2023). The impact of Tajan Irrigation and Drainage Network on Meeting the Environmental Flow Requirements of Water Resources. Journal of Water and Soil Resources Conservation. 12(4): 73-85. (In Persian)
Karimi, S., Pourebrahim, Sh., Salajegheh, A., Malekian, A., Strauch, M., volk, M., & Witing, F. (2020). Environmental flow requirements of Karaj River’s sub-watersheds using Flow Duration Curve and Indicators of Hydrological Alteration. Journal of Range and Watershed Management. 74(2): 393-405. (In Persian)
Khatar, B., & Shokoohi, A. (2020) Evaluating and Modifying the Texas Method as a Hydrologic Method for Prescribing Ecological Regime in Perennial Rivers. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 9(3): 31-46. (In Persian)
Khanmohammady, S., & Shokoohi, A. (2018). Using RVA Model for Defining River Ecological Regime for Determining Environmental Flow. Iran-Water Resources Research, 14(2): 224-235. (In Persian)
King, J., Tharme, R., & De Villiers, M. (2008). Environmental flow assessment for rivers: Manual for the Building Block Method. WRC Report NoTT 354/08, 364p.
Modaberi, H., & Shokoohi, A. (2019). Determining Anzali Wetland Environmental Water Requirement Using Eco-Hydrologic Methods. Iran-Water Resources Research, 15(3): 91-104. (In Persian)
Modaberi, H., & Shokoohi, A. (2020). Evaluation of the Effects of Exploitation of Sefidrood Irrigation and Drainage Network on the Life of Anzali Wetland. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 6(14): 1939-1953. (In Persian)
Naderi, M., Alioghli, S., Jahandideh, O., Rajabizadeh, Y., & Salarijazi, M. (2020). Determination of Optimal and Desirable Environmental Flow Release from Latian Dam reservoir with Consideration of Ecohydraulic, Hydrological and Hydro morphological Characteristics to Protect the Habitat of the Jajrood River. Iranian Journal of Irrigation and Drainage 14(4):1277-1300. (In Persian)
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 Resource Manage, 30:4969–4984.
Poff, N., & Zimmerman, J. (2010). Ecological responses to altered flow regimes: a literature review to inform the science and management of environmental flows. Freshwater Biological, 55(1):194-205.
Razi, F., & Shokoohi, A. (2019). Determining and Estimating the Lag time between Meteorological and Hydrological Drought Using a Water Balance Model. Watershed engineering and management, 13(1). (In Persian)
Razzaghi Rezaeieh, A., Ahmadi, H., Haghdoust, N., & Hessari, B. (2019). The evaluation of river environmental flow by using the ecohydrological methods (Case study: Mahabad-Chai River). Journal of Water and Soil Conservation, 25(6): 47-65. (In Persian)
Richter, D., Baumgartner, V., Powell, J. & Braun, P. (1996). A method for assessing hydrologic alteration within ecosystems. Conservation Biology, 10(4): 1163-1174.
Richter, D., Baumgartner, V., Wigington, R. & Braun, P. (1997). How much water does a river need? Freshwater Biology, 37: 231-249.
Sarcheshmeh, B., Behmanesh, J., & Rezaverdinejad, J. (2020). Evaluation of Water Scarcity by Determining Quantity and Quality and Environmental Flow Requirement of Zarrinehrood. Journal of Water and Soil. 34(3): 565-577. (In Persian)
Shokoohi, A., & Amini, M. (2014) ‘Introducing a new method to determine rivers’ ecological water requirement in comparison with hydrological and hydraulic methods’, International Journal of Environmental Science and Technology, 11:3, 747-756.
Shokoohi, A., & Hong, H. (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.
Shokoohi, A., Modaberi, H., & Monjezi, H. (2023). Evaluation of the Effect of Flow Release Based on River Environmental Guidelines on the Water Balance of Anzali Wetland, Journal of Water and Soil Resources Conservation. 12(2): 31-49. (In Persian)
Smakhtin, V. U., & Anputhas, M. (2006). An assessment of environmental flow requirements of Indian river basins. IWMI Research Report 107, International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka.
Song, X., Zhuang, Y., Wang, X., Li, E., Zhang, Y., Lu, X. & Liu, X. )2020(. Analysis of Hydrologic Regime Changes Caused by Dams in China. Journal of Hydrologic Engineering, 25(4): 05020003.
Talukdar, S., & Pal., S. (2018). Impact of dam on flow regime and flood plain modification in Punarbhaba River Basin of Indo-Bangladesh Barind tract. Water Conservation Science and Engineering, 3(2): 59-77.
Tennant, D. L. (1976). Instream flow regimens for fish and wildlife. Recreation and related environmental resources. Journal of Fisheries, (1): 6–10.
Tharme, R. E. (2003). A global perspective on environmental flow assessment: emerging trends in the development and application of environmental flow methodologies for rivers. River Research and Applications, (19): 397–441
The Nature Conservancy. (2009). Indicators of Hydrologic Alteration – Version 7.1 User’s Manual. 81pp.
Verma, R. K., Murthy, S., & Tiwary, R. K. (2015) Assessment of environmental flows for various sub-watersheds of Damodar river basin using different hydrological methods. Journal Waste Resources, 5(182): 2.
Yang, Y., Yin, X., & Yang, Z. (2016). Environmental flow management strategies based on the integration of water quantity and quality, a case study of the Baiyangdian Wetland, China. Ecological Engineering, 96:150-161.
Zarakani, M., Shookohi, A., 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)
Evaluation of RVA Method to Determine the Environmental Flow Values Of Palangver River for Preserving the Ecological Values and Comparing It with Hydrological Approaches
Seyed Mostafa Ebrahimnia1, Hadi Modaberi2*, Morteza Karimi3 and Behnaz Khatar4
1) MSc. Graduated student in Civil Engineering-Hydraulic Structure, Higher-Education Institute of the Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Rasht, Iran.
2) Assistance Professor, Department of Water Resources Monitoring, Environmental Research Institute of Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Rasht, Iran.
3) Researcher, Department of Water Resources Monitoring, Environmental Research Institute of Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Rasht, Iran.
4) Ph.D. Graduated Student of Water Engineering Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
*Corresponding author email: modaberi8@gmail.com
Abstract:
Background and Aim: The effects of natural and human factors on changes in hydrological cycles in watersheds have threatened the safety and health of aquatic ecosystems and reduced biodiversity in rivers and wetlands. In recent years, in order to preserve natural ecosystems, functions and services related to them, increasing attention has been paid to the evaluation of environmental flows in these ecosystems. The present paper was carried out with the purpose of estimating the environmental water demand of Palangver river using simple ecohydrological methods that take into account the ecological characteristics of the river in addition to the hydrological characteristics.
Research Method: In this research, due to the existence of different ecological conditions and different habitat diversity in the upstream and downstream of Palangver river, the data of 2 hydrometric stations of Masjedpish in the upstream and Kolesar in the downstream were used at first. Then the effective meteorological parameters such as precipitation and the periods of wet and drought year were analyzed and by calculating the hydraulic regime of the flow, the flow rates in the river were analyzed in different months of the year. In the next step, the environmental flow of the river was calculated on a monthly basis using the variability curve method in minimum and maximum conditions and compared with the results of other hydrological methods such as Tennant, Texas, modified Texas and transfer of flow continuity curve methods.
Findings: The environmental flow values estimated by the RVA method in the Palangver River at two hydrometric stations of Masjedpish in the upstream and Kolesar in the downstream, in the conditions of minimum environmental flow were obtained 0.84 and 5.01 cubic meters per second, and in the conditions of maximum environmental flow were obtained 1.4 and 9.69 cubic meters per second, respectively. The estimated values of the environmental flow in minimum conditions at Masjidpish station show that the RVA method can completely maintain the ecological conditions of the river in a part of the year, because in the months of September to May, it covers a number between 60 and 80% of the monthly average. But in the months of June, July and August, when water withdrawal from the river is increased due to the agricultural uses, the RVA method has considered about 20-40% of the average flow; although this amount is far from the ideal conditions, it can be an acceptable amount to maintain minimum ecological conditions in the river considering the environmental conditions and water resource allocation management.
Also, the results of the estimated values of the environmental flow in the minimum conditions at Kolesar station in the downstream of the river showed that the RVA method can maintain the ecological conditions of the river because in the whole year, it has been able to include a number between 55 and 80% of the monthly average even in hot and critical months.
Results: In the condition of lack of data, using the values estimated from the flow variability range method in minimum average conditions can maintain the ecological conditions of the river to a large extent by providing reasonable values. Since the main spawning time of fishes in the Palangver ecosystem is in the months of March, April and May, therefore the results of the RVA method have been able to maintain the suitable conditions for this important ecological function in the minimum conditions in both upstream and downstream stations and the full scientific guarantee for this ecological value is to maintain fish spawning operations in this area. It is also recommended to use RVA methods in the maximum conditions and FDC-shifting method in the cold months of the year, i.e. from October to May, due to providing values close to the average or even higher. But in the critical months of the year, it is recommended to use RVA methods in the minimum conditions, modified Texas method, Texas method and FDC-shifting method respectively.
Keywords: Environmental water requirement, River Ecosystem Management, Range of Variability Approach, Palangver river
ارزيابي روش RVA به منظور تعيين مقادير جريان محيطزيستي رودخانه پلنگور جهت حفظ ارزشهاي اکولوژيکي و مقايسه آن با رويکردهاي هيدرولوژيکي
سيد مصطفي ابراهيم نيا1، هادي مدبري2*، مرتضي کريمي3و بهناز ختار4
1) دانش آموخته کارشناسي ارشد مهندسي عمران سازههاي هيدروليکي، موسسه آموزش عالي جهاد دانشگاهي رشت، ايران.
2) استاديار گروه پايش منابع آب، پژوهشکده محيط زيست جهاد دانشگاهي، رشت، ايران.
3) پژوهشگر گروه پايش منابع آب، پژوهشکده محيط زيست جهاد دانشگاهي، رشت، ايران.
4) دانش آموخته دکتري مهندسي آب، دانشکده کشاورزي و منابع آب دانشگاه امام خميني (ره) قزوين، ايران.
* ايميل نويسنده مسئول: modaberi8@gmail.com
چکيده:
زمينه و هدف: اثرات عوامل طبيعي و انساني بر تغييرات چرخههاي هيدرولوژيکي در حوضههاي آبريز سبب تهديد در امنيت و سلامت اکوسيستمهاي آبي و کاهش تنوع زيستي در رودخانهها و تالابها شده است. در ساليان اخير به منظور حفظ اکوسيستمهاي طبيعي، کارکردها و خدمات وابسته به آنها توجه فزايندهاي به ارزيابي جريانات محيطزيستي در اين زيستبومها شده است. مقاله حاضر با هدف برآورد نياز آبي محيط زيستي رودخانه پلنگور با استفاده از روشهاي اکوهيدرولوژيکي ساده که علاوه بر خصوصيات هيدرولوژيکي ويژگيهاي اکولوژيکي رودخانه را نيز در نظر ميگيرد، صورت پذيرفت.
روش پژوهش: در اين تحقيق ابتدا به دليل وجود شرايط اکولوژيکي مختلف و تنوع زيستگاهي متفاوت در بالادست و پايين دست رودخانه پلنگور از دادههاي 2 ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش در بالادست و کلسر در پاييندست استفاده شد. سپس پارامترهاي موثر هواشناسي مانند بارش، دورههاي ترسالي و خشکسالي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت و با محاسبه رژيم هيدروليکي جريان، مقادير دبي جريان در رودخانه در ماههاي مختلف سال تحليل گرديد. در مرحله بعد جريان زيستمحيطي رودخانه به صورت ماهانه از روش منحني تغييرپذيري در شرايط حداقل و حداکثر محاسبه شد و با نتايج حاصل از ساير روشهاي هيدرولوژيکي مانند روشهاي تنانت، تگزاس، تگزاس اصلاحشده و انتقال منحني تداوم جريان مقايسه گرديد.
يافتهها: مقادير جريان محيطزيستي برآورد شده از روش RVA در رودخانه پلنگور در دو ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش در بالادست و کلسر در پاييندست به ترتيب در شرايط حداقل جريان محيطزيستي برابر 84/0 و 01/5 مترمکعب بر ثانيه و در شرايط حداکثر جريان محيطزيستي برابر 4/1 و 69/9 مترمکعب بر ثانيه به دست آمد. مقادير برآورد شده جريان محيطزيستي در شرايط حداقل در ايستگاه مسجدپيش نشان ميدهد که روش RVA ميتواند شرايط اکولوژيکي رودخانه را در بخشي از سال به طور کامل حفظ نمايد زيرا در ماههاي شهريور تا ارديبهشت عددي بين 60 تا 80 درصد ميانگين ماهانه را دربرميگيرد. اما در ماههاي خرداد، تير و مرداد که افزايش برداشت آب از رودخانه به دليل مصارف کشاورزي زياد است عملا روش RVA حدود 20 تا 40 درصد متوسط جريان را درنظرگرفته است که اين مقدار اگرچه با شرايط مناسب کمي فاصله دارد اما با توجه به شرايط محيطي و مديريت تخصيص منابع آب، ميتواند مقداري قابل قبول براي حفظ شرايط اکولوژيکي حداقلي در رودخانه باشد. همچنين نتايج مقادير برآورد شده جريان محيطزيستي در شرايط حداقل در ايستگاه کلسر در پاييندست رودخانه نشان داد که روش RVA ميتواند شرايط اکولوژيکي رودخانه را حفظ نمايد زيرا در کل سال حتي در ماههاي گرم و بحراني توانسته است عددي بين 55 تا 80 درصد ميانگين ماهانه را دربربگيرد. مقادير برآورد شده از ساير روشهاي هيدرولوژيکي استفاده شده در اين مطالعه نتوانست جوابگوي نياز آبي محيطزيستي در رودخانه در ماههاي گرم سال باشد.
نتايج: در شرايط کمبود داده، استفاده از مقادير برآورد شده از روش محدوده تغييرپذيري جريان در شرايط حداقل ميانگين ميتواند با ارائه مقادير منطقي، شرايط اکولوژيکي رودخانه را تا حد زيادي حفظ نمايد. از آنجا که زمان اصلي تخمريزي ماهيان در زيست بوم پلنگور در ماههاي اسفند، فروردين و ارديبهشت است لذا نتايج حاصل از روش RVA در شرايط حداقل در هر دو ايستگاه بالادست و پايين دست توانسته است به خوبي شرايط مناسب براي اين کارکرد مهم اکولوژيکي را حفظ نمايد و ضمانت علمي کامل براي اين ارزش اکولوژيکي يعني حفظ عمليات تخمريزي ماهيان در اين منطقه باشد. همچنين استفاده از روشهاي RVA در شرايط حداکثر و روش FDC-shifting در ماههاي سرد سال يعني از ماه مهر تا ارديبهشت به دليل ارائه مقادير نزديک به ميانگين و يا حتي بيشتر از آن توصيه ميشود. اما در ماههاي بحراني سال به ترتيب استفاده از روشهاي RVA در شرايط حداقل، روش تگزاس اصلاح شده، روش تگزاس و روش FDC-shifting توصيه ميگردد.
کليد واژهها: نياز آبي محيط زيستي، مديريت اکوسيستم رودخانه، روش محدوده تغييرپذيري جريان، رودخانه پلنگور
مقدمه
رژيم جريان نقش اصلي را در ساختار و عملکرد اکوسيستم هاي آبي ايفا ميکند. تقريباً تمامي اکوسيستم هاي آبي ازجمله رودخانهها، درياچهها و تالابها تا حد زيادي توسط رژيم هيدرولوژيکي کنترل ميشوند (Arthington et al., 2006). تغيير در مقادير جريان آب در يک اکوسيتم آبي مانند رودخانه موجب تغييرات در مطلوبيت زيستگاه شده و به طور قابل توجهي بر کيفيت آب، دما، چرخه مواد مغذي و حتي در دسترس بودن اکسيژن براي موجودات زنده تأثير ميگذارد. رژيمهاي جريان طبيعي، محدوده تغييرپذيري را در طيفي از مقياسهاي زماني از جمله ماهانه، فصلي و سالانه نشان ميدهند و موجودات آبزي در اين زيستگاهها با اين تنوع سازگار شدهاند (Richter et al., 1997). نتايج مطالعات متعدد نشان داد که چهار اصل مهم در چگونگي تأثير تغيير رژيم جريان بر تنوع زيستي آبزيان در رودخانهها وجود دارد (Richter et al., 1996). اين چهار اصل شامل ضروري بودن حفظ الگوهاي طبيعي رژيم جريان براي زنده ماندن جمعيت گونهها، تکامل گونههاي آبزي در واکنش مستقيم با رژيم هيدرولوژيکي و شرايط مورفولوژيکي طبيعي رودخانه، تسهيل در حضور گونههاي مهاجم و جديد در اکوسيستم با تغيير رژيمهاي هيدرولوژيکي و از همه مهمتر اينکه رژيم هيدرولوژيکي يک عامل تعيينکننده مهم در مطلوبيت زيستگاه، ترکيب زيستي و زمان اتفاق توابع اکولوژيکي براي زيستمندان است (Richter et al., 1996). بنابراين ميتوان گفت که رژيم هيدرولوژيکي طبيعي نقش اصلي را در حفظ تنوع زيستي، توليد و پايداري اکوسيستم هاي آبي ايفا ميکند (Tharme, 2003). اين يک اصل کلي و ثابت شده است که به عنوان پارادايم جريان طبيعي شناخته مي شود.
تغيير در حد و آستانههاي غيرقابل قبول در رژيم طبيعي جريان در رودخانهها و اکوسيستمهاي طبيعي سبب بوجود آمدن اختلالات زيادي در عملکرد آنها ميشود (King et al., 2008). اين تغييرات سبب تغيير در فرآيندهاي محيط زيستي و در نهايت ايجاد عوامل استرسزا شده و فشار مضاعفي بر اکوسيستم وارد ميکند. فعاليتهاي انساني مانند برداشت مستقيم آب از رودخانهها و آبهاي زيرزميني مرتبط با آن، عمليات آبگيري مانند ساخت سد براي اهداف مختلف، رژيم طبيعي جريان بسياري از رودخانهها را تا حد زيادي تغيير داده است (Poff and Zimmerman, 2010). با فرض اينکه رژيم جريان از اهميت محوري در حفظ يکپارچگي اکولوژيکي سيستمهاي آب شيرين برخوردار است در نتيجه تغيير در اين رژيم جريان نيز منجر به تخريب محيط زيست مي شود. هنگامي که هيچ تغييري در جريان وجود ندارد، شرايط طبيعي بر اکوسيستم آبي حاکم است. با اين حال، افزايش بزرگي تغيير جريان، ساختار و عملکرد سيستمهاي آبي را از شرايط طبيعي به شرايط به شدت تغيير يافته منحرف ميکند (Poff and Zimmerman, 2010). به منظور حفظ رژيم طبيعي جريان و اينکه چقدر ميتوان از يک رژيم طبيعي تاريخي انحراف پيدا کرد تا اثرات زيانباري بر سيستم وارد نشود از مفهوم ارزيابي جريانهاي محيطزيستي در اکوسيستمهاي آبي استفاده گرديد (Tharme, 2003). تشخيص نياز به حداقل مقدار آب براي باقي ماندن در يک رودخانه به نحوي که گونه هاي ماهي شاخص (مانند ماهي قزل آلا) در آن حفظ گردد سبب ايجاد تعاريفي مانند حداقل جريان آب مورد نياز، جريان زندهماني و جريان موردنظر براي زندگي يک گونه خاص ماهي شد. بررسي جنبههاي اکولوژيکي در رودخانهها و نقش حياتي رژيم طبيعي جريان بر ساختار و عملکرد يک اکوسيستم سبب شد تا واژههاي ديگري مانند جريان زيستمحيطي، جريان ذخيره اکولوژيکي، تخصيص يا نياز آبي محيطزيستي ، تقاضاي آب اکولوژيکي ابداع گردد که هرکدام بنابرشرايطي در مناطق مختلف مورد استفاده قرار ميگيرند و توسط گروههاي مختلف براي تامين نيازهاي جريان محيطزيستي اکوسيستمهاي آبي به کار ميرود (Arthington et al., 2003).
علاوه بر تعاريف مختلف، روشهاي زيادي نيز براي تعيين مقدار جريان زيستمحيطي براي رودخانهها توسعهيافتهاند که بعضي از اين روشها همچنان در حال بازبيني و اصلاح ميباشند (Tharme, 2003). صاحبنظران علم جريانات زيستمحيطي در رودخانهها اين روشها را به چهار دسته اصلي شامل هيدرولوژيکي، هيدروليکي، شبيهساز زيستگاه و جامعنگر تقسيمبندي ميکنند. در عمل همه اين روشها براي برقراري درجهاي معين از حفاظت به تعيين يک جريان حداقل ميپردازند. سادهترين روشهاي تعيين جريان زيستمحيطي معروف به روش هيدرولوژيکي يا جدولي هستند که بر پايه استفاده از اطلاعات و آمار هيدرولوژيکي استوار بوده و معمولاً بهصورت ثبت دادههاي تاريخي جريان روزانه يا ماهانه ميباشند (Nikghalb and Shokoohi, 2013). در اين روشها نياز آبي محيطزيستي رودخانه براساس استفاده از آمار و اطلاعات موجود تعيين شده و معمولا اين محاسبات بدون هرگونه جمع آوري اطلاعات جديد صورت ميپذيرد (Shokoohi and Amini, 2014).
به منظور برآورد حداقل جريان محيطزيستي رودخانه کارون از روشهاي هيدرولوژيکي تنانت، جريان پايه آبريان، آرکانزاس و محدوده تغييرپذيري استفاده گرديد و با استفاده از مدل هيدروديناميکي شبيهسازي زيستگاه River2D نشان داده شد که در استفاده از روش تنانت در فصل تابستان بايد محتاط بود چرا که معيار اين روش بازهي بين 9 تا 96 درصد متوسط جريان سالانه ميباشد (Naderi et al., 2020). وزارت نيرو طي ابلاغيه 31/8349/م مورخ 28/11/86 روش مونتانا (تنانت) در سطح 10% آورد ساليانه را بهعنوان حداقل نياز زيستمحيطي رودخانهها و حفظ شرايط اکوسيستم پايين دست سدها تعيين کرده است لذا ضروري است که توضيحات لازم در مورد استفاده از اين روش در اين مقاله ارائه و بررسي شود.
در مطالعهاي ديگر، ختار و شکوهي (1399) به ارزيابي و اصلاح روش تگزاس به عنوان يک روش هيدرولوژيکي براي ارائه رژيم اکولوژيکي در رودخانههاي دائمي پرداختهاند. در اين تحقيق ضمن اثبات ارزش روش تگزاس و همچنين تفاوت بين نتايج اين روش با رژيم تاريخي مشاهده شده در قالب يک مطالعه موردي، روش تگزاس توسعه داده شد و توانست رژيم اکولوژيکي رودخانه بعد از برداشت جريان را بين دو محدودهي حداقل و ميانگين جريان تاريخي در مقياس ماهانه تضمين و تأمين نمايد. مهمترين دستاورد اين تحقيق آن بود که نشان داد هر دو روش تگزاس و تگزاس اصلاح شده به عنوان يک روش هيدرولوژيکي ميتوانند جايگزين روش تنانت شوند و در عين حال رژيم بهنگام رودخانه را همانند روشهاي پيچيده شبيهسازي زيستگاه، مشابه رژيم نابهنگام و تاريخي رودخانه بدست دهند.
در بعضي از اين روشها سعي ميشود تا ارتباط تجربي بين کيفيت و مقدار جريان آب موجود در رودخانه با وضعيت اکوسيستم آبي مرتبط با آن برقرار گردد (Yang et al., 2016) و دادههاي هيدرولوژيکي براي تعيين مقادير جريان آب و درصد رواناب ورودي به رودخانه به صورت ساليانه، فصلي و ماهانه مورد نياز ميباشد. از تحقيقات صورت گرفته در اين زمينه ميتوان به مطالعه هاشمي و همکاران (1402) که به بررسي تاثير شبکه آبياري و زهکشي تجن بر تامين نيازهاي جريان محيط زيستي منابع آب پرداختند، اشاره نمود. بدين منظور مقدار نياز آبي محيطزيستي رودخانه تجن با استفاده از چهار روش هيدرولوژيکي محاسبه شد. مقدار نياز آبي محيطزيستي اين رودخانه نيز بر مبناي سه آلاينده اصلي آبهاي سطحي در منطقه شامل نيتروژن، فسفر و شوري تعيين شد. مقايسه روشهاي تحليل جريانات زيستمحيطي با رويکردهاي هيدرولوژيکي با درنظرگرفتن مسائل کيفي نشان داد که روش تنانت که عموما در فرآيندهاي توسعه منابع آب و حتي وزارت نيرو به کار گرفته ميشود مطلوبيت لازم را براي حفاظت کمي و کيفي رودخانه ندارد. در مقايسه با ساير روشهاي هيدرولوژيکي، روش اسماختين تا حدي بهتر از بقيه بود. همچنين براي حفاظت کيفي رودخانه حتما بايد ميزان جريان محيطزيستي تعريف شده براساس بحرانيترين آلاينده مدنظر قرار گيرد. براساس نتايج حاصل از اين تحقيق، با توجه به کمبودهاي قابل توجه در تامين نياز آبي محيطزيستي، منطقه تجن در وضعيت ناپايدار قرار دارد و ادامه شرايط موجود سبب تشديد ناپايداري خواهد شد. سرچشمه و همکاران (1399) نيز در مطالعهاي به بررسي کمبود آب با درنظرگرفتن همزمان کميت و کيفيت آب و جريان محيطزيستي پرداختند. براساس دادههاي ماهانه کميت آب، نياز آبي جريان محيطزيستي از روش تنانت محاسبه گرديد و دادههاي کيفي و کمي آب براي ارزيابي کمبود آب به وسيله يک شاخص جامع بدست آمد. نتايج نشان داد که هردو شاخص کمي و کيفي در حال تحمل کمبود آب براي مقدار معين نياز آبي محيطزيستي ميباشند.
در برخي ديگر از اين روشها با برقراري ارتباط بين آمارههاي مختلف هيدرولوژي و ساختار و کارکرد اکوسيستمهاي آبي مربوطه دقت بيشتري در محاسبات حاصل ميشود ولي برآوردها به صورت کلي بوده و در حد تعيين حجم آب سالانه، جريانات ماهانه يا فصلي ميباشد (Verma et al., 2015). اين روشهاي هيدرولوژيکي خاص درنظر دارند تا با معرفي و استفاده از يک سري شاخصهاي هيدرولوژيکي ساده بتوانند نتايجي را بدست آورند که بسيار نزديک به روشهاي اکولوژيکي باشد. روشهاي انتقال منحني تداوم جريان (FDC-shifting) و محدوده تغييرپذيري (RVA) نمونههايي از اين روشها هستند که به طور عمده در تحقيقات مختلف از آن استفاده ميگردد. شکوهي و همکاران (1400)، تاثير رهاسازي جريان براساس دستورالعملهاي زيستمحيطي رودخانهها بر بيلان تالاب انزلي را مورد ارزيابي قرار دادند. بخشي از نتايج اين مقاله نشان داد که بهترين روش هيدرولوژيکي که بتواند دبي جريان زيستمحيطي را طوري محاسبه نمايد که بهترين عملکرد بر روي بيلان تالاب بوجود آيد روش FDC-shifting بوده و کمترين مقدار نيز از اعمال سناريوي محافظهکارانه از روش تنانت بدست ميآيد. خانمحمدي و شکوهي (1397) مطالعهاي را با عنوان استفاده از مدل RVA در تبيين رژيم اکولوژيکي رودخانهها به منظور تعيين جريان زيستمحيطي انجام دادند. نتايج نشان داد که روشهاي هيدرولوژيکي ساده نظير تنانت و Q95 اگرچه هزينه مالي ندارند اما از دقت و سازگاري لازم با محيط زيست رودخانه برخوردار نيستند. در اين تحقيق علاوه بر روشهاي هيدرولوژيکي از روش RVA با اين فرض که از سادگي روشهاي هيدرولوژيکي برخوردار است و درعين حال ميتواند شرايط اکولوژيکي رودخانه را حفظ نمايد مورد آزمون قرار گرفت. بررسي آماري بر روي دبيهاي ماهانه رودخانه نشان داد که براي دادههاي داراي چولگي بهتر است از ميانه جريان ماهانه تاريخي به جاي ميانگين استفاده به عمل آيد. همچنين نتيجه شد که دبي حاصل از روش River2D در رودخانه در همه ماهها قابل تأمين نيست، در حالي که دبي حاصل از روش RVA جريان زيستمحيطي حداقلي را بدست ميآورد که ميتواند تمام معيارهاي مورد انتظار براي حفظ محيط زيست در رودخانه را ارضا نمايد. کريمي و همکاران (1401) مطالعهاي را درخصوص تعيين نياز آبي محيطزيستي زيرحوضههاي رودخانه کرج انجام دادند. در آن تحقيق، حقابه محيطزيستي رودخانه در سطح زيرحوضه و در مقياس زماني ماهانه با استفاده از روشهاي منحني تداوم جريان و شاخص تغييرپذيري محاسبه گرديد. نتايج نشان داد که روش منحني تداوم جريان (Q95) بالاترين و تنانت اضلاح شده کمترين مقادير را برآورد ميکند. همچنين پيشنهاد گرديد تا مقادير به دست آمده از روش منحني تداوم به عنوان حد بالا و شاخص تغييرپذيري جريان به عنوان حد پايين حقابه رودخانه کرج به صورت ماهانه درنظر گرفته شود.
بررسي مطالعات گذشته در مورد روشهاي هيدرولوژيکي موجود نشان داد که اگرچه اين روشها براي مديريت دقيق روزانه آب در اکوسيستمها کافي نيست اما برآوردهاي کلي آنها براي مقياس برنامهريزي در سطح حوضه آبريز بسيار مناسب است. وضعيت اکولوژيکي رودخانههاي ورودي به تالاب انزلي در حوضه آبريز اين تالاب نشان ميدهد که اين رودخانهها داراي مشکلات محيط زيستي متعدد مانند برداشتهاي بيرويه شن و ماسه، ايجاد بندهاي انحرافي در مسير رودخانه و ورود آلودگيهاي شهري و روستايي به داخل رودخانه هستند (Modaberi and Shokoohi, 2020) لذا بايد با آگاهي کامل به شناسايي مقدار آب مورد نياز براي حفظ اين اکوسيستمهاي با ارزش پرداخت. رودخانه پلنگور يکي از رودخانه هاي مهم ورودي به تالاب انزلي است که منبع مهم تامين کننده نياز آبي کشاورزي بخصوص اراضي شاليزاري در حوضه آبريز فومنات است. در سالهاي اخير به دليل توسعه کشاورزي و دست درازي به مقدار آب جريان يافته در رودخانه اثرات نامطلوبي بر روي حيات زيستمندان وابسته به آن اتفاق افتاده است (Modaberi and Shokoohi, 2020). مقاله حاضر درنظر دارد نياز آبي محيط زيستي رودخانه پلنگور را با تکيه بر آمارهاي تاريخي جريان رودخانه و با صرف هزينه و وقت کمتر محاسبه نمايد و همچنين با استفاده از روشهاي اکوهيدرولوژيکي مرسوم مانند روش محدوه تغييرپذيري جريان، توانايي حفظ توابع اکولوژيکي مهم براي مهمترين زيستمندان رودخانه يعني ماهيان را نيز درنظر بگيرد. در اين راستا ابتدا نياز آبي محيط زيستي رودخانه با روش محدوده تغييرپذيري جريان در دو ايستگاه در بالادست و پايين دست رودخانه با استفاده از دادههاي دبي ماهانه جريان در بازه زماني 30 ساله مورد بررسي قرار گرفت. سپس با استفاده از روشهاي هيدرولوژيکي تنانت، تنانت اصلاح شده، تگزاس، تگزاس اصلاح شده و منحني انتقال جابجاشونده نيز، نياز آبي رودخانه تخمين زده شد و در انتها بهترين روش براي حفظ توابع اکولوژيکي رودخانه انتخاب گرديد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه
رودخانه پلنگور به طول حدود 31 کيلومتر يکي از رودخانههاي دائمي حوضه تالاب انزلي است که از دامنههاي شمال شرقي کوههاي ماسوله با ارتفاع 3050 متر از سطح دريا که در 28 کيلومتري غرب شهرستان فومن در استان گيلان قرار دارد، سرچشمه ميگيرد و پس از عبور از روستاهاي متعدد در بخش فومنات در نهايت در محدوده روستاي کلسر در شهرستان صومعهسرا به تالاب انزلي ميريزد (Modaberi and Shokoohi, 2019). رودخانه پلنگور با توجه به شرايط ديواره و بستر رودخانه جز رودخانههاي آبرفتي محسوب کرد. دانه بندي بستر رودخانه از قلوه سنگ و گراول تشکيل شده است و اين موضوع سبب شده است که پلنگور داراي پراکنش گونهاي مختلف ماهيان بومي منطقه و محلي مناسب براي تخمريزي ماهياني همچون کپور معمولي، سس ماهي سرگنده، لاي ماهي، اسبله، ماهي سفيد، سياه کولي و شاه کولي باشد (Abbasi, 2018). رودخانه پلنگور شرايط مهاجرت براي ماهيان را باتوجه به آبدهي مناسب و شرايط سيلابي در تمامي فصول سال دارد. متوسط بارندگي در حوضه آبريز رودخانه پلنگور حدود 1755
شکل 1. موقعيت، محل قرارگيري ايستگاههاي هيدرومتري و واحدهاي عمراني موجود در حوضه رودخانه پلنگور
ميليمتر است. همچنين مقدار بيشينه بارش با ميزان 311 ميليمتر در آبان ماه و کمترين سهم از ميزان بارش با 28 ميليمتر در خرداد ماه رخ داده است. به منظور انجام محاسبات هيدرولوژيکي در حوضه آبريز رودخانه پلنگور از دادههاي اندازهگيري شده 2 ايستگاه هيدرومتري که يکي در بالادست رودخانه با نام ايستگاه مسجدپيش و ديگري در پاييندست رودخانه با نام ايستگاه کلسر استقرار يافته است، استفاده شد تا بتوان با آگاهي از شرايط هيدرولوژيکي رودخانه به صورت روزانه، تحليل بهتري از وضعيت حوضه آبريز داشت. اطلاعات مربوط به دبي رودخانهها در دوره آماري از سال 1371 تا سال 1401 از شرکت سهامي آب منطقهاي گيلان دريافت شد. جدول (1)، مشخصات عمومي رودخانه و شکل (1)، نمايي از رودخانه پلنگور را نشان ميدهد.
جدول 1. مشخصات عمومي رودخانه پلنگور
نام شهر | مختصات ابتداي بازه | مختصات ابتداي بازه | ||||||||||
محل شروع | طول جغرافيايي | عرض جغرافيايي | محل خاتمه | طول جغرافيايي | عرض جغرافيايي | |||||||
فومن | سياه ور آليان | 337701 | 4125573 | کلسر | 354354 | 4141593 | ||||||
بررسي مديريت يکپارچه منابع آب در حوضه رودخانه پلنگور و تعيين حقابه محيطزيستي آن مستلزم شناخت کليه مصارف و منابع مربوط به حوضه اين رودخانه ميباشد. ازآنجاکه کشاورزي اصليترين بخش مصرف در حوضه رودخانه پلنگور بوده و مهمترين منبع تأمين آب اين اراضي که عمدتاً اراضي شاليزاري است، رودخانه پلنگور ميباشد (Modaberi and Shokoohi, 2020) لذا سعي گرديد که درباره واحدهاي عمراني مرتبط با اين رودخانه که به نحوي با حقابه زيستمحيطي تالاب در تعارض هستند، توضيحاتي ارائه گردد. واحدهاي عمراني F2 و F3 از زيرحوضه هاي مهم بخش فومنات با اين رودخانه در ارتباط هستند. واحد عمراني F2، دومين واحد عمراني شبکه آبياري زهکشي استان گيلان در بخش فومنات بوده که از شمال به تالاب انزلي، از جنوب به کانال فومن، از شرق به رودخانه پيشروبار و از غرب به رودخانه پلنگور محدود است. مطالعات اين واحد از شبکه در سال 1349 انجام گرفت و در سال 1351 ساختهشده است (Anonymous, 2004). در حال حاضر تمامي شبکههاي موجود در آن اعم از درجه 1 و 2 دردست بهرهبرداري ميباشد. مشخصات واحد F2 در جدول (2) آمده است.
همچنين واحد عمراني F3، سومين واحد عمراني از شبکه آبياري زهکشي استان گيلان است که در مجاورت واحدهاي عمراني F2 و F4 قرار دارد. اين واحد از شمال به رودخانه مرغک، از شمال شرقي به تالاب انزلي، از غرب به کانال فومن و از شرق و جنوب به رودخانه پلنگور محدودشده است. مطالعات اين واحد از شبکه در سال 1349 انجام گرفت و در سال 1351 ساختهشد (Anonymous, 2004). در حال حاضر تمامي شبکههاي موجود در آن اعم از درجه 1 و 2 در دست بهرهبرداري است. مشخصات واحد F3 در جدول (3) آمده است.
روش انجام کار
در اين مطالعه، به منظور تعيين جريان زيستمحيطي رودخانه پلنگور، ابتدا به تجزيه و تحليل پارمتر بارش به عنوان مهمترين فاکتور هواشناسي تاثيرگذار بر ميزان جريان رودخانه پرداخته شد. سپس با محاسبه رژيم هيدروليکي جريان، مقادير
جدول 2. مشخصات واحد F2 (پايگاه داده شرکت آب منطقهاي گيلان)
مصارف موجود در واحد F2 | منابع موجود در واحد F2 | |||||||||||||
مساحت اراضي شاليزاري | مساحت ساير کشتها | مساحت کل | کانال فومن | رودخانه ماسوله رودخان | رودخانه پيشرودبار | |||||||||
هکتار | درصد | هکتار | درصد | هکتار | درصد | حجم آب تحويلي (MCM) | درصد | حجم آب تحويلي (MCM) | درصد | حجم آب تحويلي (MCM) | درصد | |||
19684 | 3/70 | 8329 | 7/29 | 28013 | 100 | 9/117 | 65 | 7/41 | 23 | 5/20 | 12 | |||
جدول 3. مشخصات واحد F3 (پايگاه داده شرکت آب منطقهاي گيلان)
مصارف موجود در واحد F3 | منابع موجود در واحد F3 | ||||||||||||||||
مساحت اراضي شاليزاري | مساحت ساير کشتها | مساحت کل | کانال فومن | رودخانه پلنگور | رودخانه خالکائي | ||||||||||||
هکتار | درصد | هکتار | درصد | هکتار | درصد | حجم آب تحويلي (MCM) | درصد | حجم آب تحويلي (MCM) | درصد | حجم آب تحويلي (MCM) | درصد | ||||||
9208 | 5/67 | 4433 | 5/32 | 13641 | 100 | 9/57 | 52 | 2/27 | 25 | 4/25 | 23 | ||||||
دبي جريان در رودخانه در هر دو ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش و کلسر در ماههاي مختلف سال آناليز گرديد. در انتها نياز آبي محيطزيستي رودخانه در هر دو ايستگاه ابتدا با روش RVA محاسبه شد و با ساير روشهاي هيدرولوژيکي به دست آمده در اين تحقيق نيز مقايسه گرديد و بهترين روش هيدرولوژيکي که بتواند ضامن حفظ توابع اکولوژيکي رودخانه باشد، انتخاب شد. درباره هريک از روشهاي مورد استفاده در اين تحقيق توضيحات مختصري ارائه شده است.
روش محدوده تغييرپذيري
يکي از روشهاي سريع و ساده هيدرولوژيکي در تعيين جريانات محيطزيستي رودخانهها، رهيافت محدودة تغييرپذيري است که به تمام پارامترهاي هيدرولوژيکي رژيم جريان توجه کرده و براساس تحليل آماري براي جريان محيطزيستي يک رژيم هيدرولوژيکي معرفي ميکند (Richter et al., 1996). اين روش بيشتر در رودخانه هايي که حفاظت از تنوع زيستي و حفظ کارکرد خدمات از اهداف مديريتي آن هستند به کار گرفته ميشود. رهيافت محدوده تغييرپذيري براي پرکردن فاصله ميان مديريت هيدرولوژيک رودخانه و مباني اکولوژيک و بويژه درنظرگرفتن شرايط آبزيان تدوين شده است (Khanmohammady and Shokoohi, 2020). اين روش از 6 گام اصلي تشکيل شده است. در گام اول، محدوده طبيعي تغيير هيدرولوژيکي با استفاده از چندين شاخص هيدرولوژيکي مناسب از نظر اکولوژيکي مشخص ميگردد. اين شاخصها معروف به شاخصهاي تغيير هيدرولوژيکي هستند که در جدول (4) نشان داده شده است. در گام دوم، براي هريک از پارامترهاي شاخص تغيير هيدرولوژيکي، يک هدف مديريتي انتخاب ميشود. فرض اساسي اين است که مقدار ساليانه هريک از پارامترهاي منتخب بايد در محدوده تغيير طبيعي رودخانه قرار گيرد. هدفهاي مديريتي براساس اطلاعات موجود اکولوژيکي رودخانه است. در گام سوم، محدوده تغييرپذيري جريان براساس اهداف مديريتي مشخص شده و در گام چهارم، به ارزيابي اثرات اکولوژيکي وارد بر رودخانه در سيستم جديد مديريت منابع آب پرداخته ميشود. گام پنجم به مشخص کردن تغييرات واقعي جريان با استفاده از همان پارامترهاي هيدرولوژيکي و سپس مقايسه با اهداف کمي رهيافت محدوده تغييرپذيري ميپردازد. در گام ششم، تکرار پنج گام اول با منظور کردن نتايج مديريت سال هاي گذشته و يافته هاي پژوهش جديد اکولوژيکي يا اطلاعات پايش براي بازنگري سيستم مديريت يا هدفهاي کمي رهيافت محدوده تغييرپذيري است. به منظور انجام روش RVA با هدف بررسي شاخصهاي تغييرات هيدرولوژيکي در اين مقاله از نرم افزار IHA software 7.1 استفاده شد (The Nature Conservancy, 2009). اين نرمافزار با هدف پردازش سريع دادههاي هيدرولوژيکي روزانه براي تعيين شرايط جريان طبيعي و محاسبه مقادير 33 پارامتر تغييرات هيدرولوژيکي طراحي شده است (Song et al., 2020). دليل اصلي استفاده از شاخصهاي هيدرولوژيکي در روش RVA، نگهداري شرايط جريان در محدوده تغييرات طبيعي آن و مرتبط کردن شاخصهاي گياهي و جانوري رودخانه با 5 گروه از متغيرهاي هيدرولوژيکي است به طوري که با حفظ هرکدام از اين متغيرها در محدوده ميانه يا ميانگين جريان رودخانه، شرايط اکولوژيکي براي زيستمندان موجود در رودخانه حفظ گردد (Talukdar and Pal., 2018).
جدول 4. شاخصهاي تغيير هيدرولوژيکي
گروه | عنوان | ويژگي گروه | پارامترها |
گروه 1 | بزرگي جريان ماهانه | بزرگي مقدار زمان رخداد جريان | مقادير متوسط ماهانه جريان |
گروه2 | بزرگي و مدت دوام وقايع حدي سالانه | بزرگي مدت دوام جريان | حداقل سالانه و حداقل متوسط هاي 1 روزه حداقل سالانه و حداقل متوسط هاي 7 روزه حداقل سالانه و حداقل متوسط هاي 30 روزه حداقل سالانه و حداقل متوسط هاي 90 روزه |
گروه3 | مقدار زمان جريان حدي سالانه | مقدار زمان رخداد جريان | شماره روز وقوع هر حداقل و يا حداکثر جريان 1 روزه در سال |
گروه4 | فراواني و مدت تدوام پالسهاي کم و زياد جريان | تناوب مدت دوام جريان | تعداد پالسهاي جريانات کم و زياد در هر سال متوسط تداوم پالسهاي کم و زياد جريان |
گروه 5 | نرخ و فراواني تغييرات جريان | سرعت تغييرات | متوسط تفاوتهاي مثبت بين مقادير روزانه متوسط همه تفاضلهاي منفي بين مقادير روزانه |
روش تنانت
روش تنانت يکي از سادهترين روشهاي هيدرولوژيکي براي تعيين نياز حداقل آب زيستمحيطي معرفي شده است که در آن درصدهاي مختلفي از متوسط جريان ساليانه رودخانه در قالب سطوح مختلف کيفيت زيستبوم رودخانه در نظر گرفته ميشود. بر طبق پيشنهاد تنانت 10%، 30% و 60% درصد متوسط جريان ساليانه به ترتيب به عنوان حداقل جريان براي بقاي کوتاهمدت ماهيها، حفظ وضعيت بقاي نسبتاً خوب و حفظ زيستگاه مناسب تخصيص مييابد (Tennant, 1976). جدول (5)، درصدهاي پيشنهادي روش تنانت را براي سناريوهاي مختلف مديريت جريان و تخصيص نشان ميدهد.
جدول 5. دبيهاي زيستمحيطي پيشنهادي به روش تنانت
دبي پايه توصيه شده | نوع جريان | ||
فروردين- شهريور | مهر- اسفند | ||
200% | جريان ماکزيمم يا شست و شو (flushing or maximum) | ||
100%-60% | مقدار بهينه جريان (optimum rang) | ||
60% | 40% | بسيار عالي (out standing) | |
50% | 30% | عالي (Excellent) | |
40% | 20% | خوب (Good) | |
30% | 10% | عادلانه (Fair or degrading) | |
10% | 10% | ضعيف (Poor or minimum) | |
10%- 0 | تخريب شديد (severe degradation) | ||
روش تگزاس
روش تگزاس به عنوان روشي مشتق شده از روش تنانت به منظور ارزيابي جريان زيستمحيطي استفاده ميشود. در روش تگزاس جريان آب رودخانه در فصول بهار و تابستان اهميت بيشتري از فصول ديگر سال دارد؛ به همين جهت 40% درصد از ميانگين جريان ماهانه بهعنوان جريان زيستمحيطي از اکتبر تا فوريه اختصاص داده ميشود، در حالي که اين مقدار از ماه مارس تا سپتامبر برابر 60% است (Anonymous, 2006). در اين روش برخلاف روش تنانت که جريان زيستمحيطي را به صورت درصدي از متوسط جريان در مقياس سالانه در نظر ميگيرد، جريان موردنظر به صورت درصدي از جريان متوسط در مقياس ماهانه ميباشد (Shokoohi and Hong, 2011). اگرچه از روش تگزاس در ايران کمتر استفاده شده است اما دلايلي مانند سادگي مفهوم، نياز کم به دادههاي اوليه و نهايتا سهولت کاربرد اين روش سبب شده است تا محققين به استفاده از آن ترغيب گردند. تخمين جريان محيطزيستي به صورت ماهانه و همچنين ارزيابي نتايج ارزشمند حاصله از مطالعات Naderi et al., 2020، Shokoohi and Hong., 2013، Razzaghi Rezaeieh., 2019 و Khatar and Shokoohi., 2021 در محدودههايي ديگر، سبب شد تا از روش تگزاس براي ارزيابي جريان زيست محيطي رودخانه پلنگور استفاده شود.
روش تگزاس اصلاح شده
وفادار ماندن به رژيم تاريخي رودخانه از طريق روشهاي اکولوژيکي در شرايط کمبود داده و بودجه و زمان محدود براي مطالعات محيطزيستي و اکولوژيکي در اکوسيستمهاي آبي امکانپذير نيست (Khatar and Shokoohi, 2020). بدين منظور ميتوان با بوميسازي يا توسعه روشهاي هيدرولوژيکي مانند تگزاس نتايجي تقريبا مشابه با روشهاي اکولوژيکي بدست آورد که نياز به صرف هزينه و زمان بيشتري دارند. در روش تگزاس اصلاح شده که در ايران توسعه داده شد استفاده از ميانگين دبي ماهانه به جاي ميانه آنها توصيه گرديد (Khatar and Shokoohi, 2020). لذا در اين تحقيق نيز از اين روش هم به عنوان يکي از روشهاي تعيين جريان زيستمحيطي که براي رودخانه هاي ايران، بوميسازي شده است، استفاده گرديد.
روش انتقال منحني تداوم جريان
روش انتقال منحني تداوم جريان (FDC-shifting) يک روش هيدرولوژيکي به منظور ارزيابي اوليه و سريع نياز آبي زيستمحيطي رودخانهها است که داراي چهار مرحله اصلي (Smakhtin and Anputhas, 2006) شامل شبيهسازي شرايط هيدرولوژيکي مرجع که در آن منحني تداوم جريان براي رودخانه در يک سري زماني ماهانه برآورد ميشود در مرحله اول، تعريف کلاسهاي مديريت زيستمحيطي در مرحله دوم، توليد منحنيهاي تداوم جريان محيطزيستي در مرحله سوم و توليد سري زماني جريان محيطزيستي ماهانه ميباشد. براساس مفاهيم روش انتقال منحني تداوم جريان، نرمافزار GEFC که در مطالعه حاضر از آن استفاده شده، توسعه داده شد (Smakhtin and Anputhas., 2006). مراحل کار در اين نرمافزار به ترتيب شامل انتخاب منبع دادههاي ورودي، نمايش مشخصات هيدرولوژيکي، محاسبه جريان زيستمحيطي و انتخاب کلاس مديريت زيستمحيطي پيشفرض و نمايش محاسبه سري زماني جريان مرجع و جريان زيستمحيطي است. اين نرمافزار با استفاده از دادههاي جريان ماهانه، مقادير جريان زيستمحيطي را به ترتيب از چپ به راست در کلاسهاي زيستمحيطي A تا F در اختيار ما قرار ميدهد. نمونهاي از منحنيهاي روش انتقال تداوم جريان در شکل (2) ارائه شده است.
شکل 2. نمونهاي از منحنيهاي روش انتقال تداوم جريان
شکل 3. مقادير ميانگين سالانه بارش در ايستگاه انزلي
شکل 4. منحني تغييرات بارش سالانه به همراه ميانگين متحرك 3 و 5 ساله براي ايستگاه انزلي
نتايج و بحث
در اين مطالعه، ابتدا به دليل اهميت تغييرپذيري مکاني و زماني بارش و نقش مهم آن در تعيين نياز آبي رودخانه ها، اين پارامتر اقليمي مورد توجه محققين قرار گرفت. بهمنظور بررسي بارندگي در محدوده مورد مطالعه، مقادير بارندگي سالانه ايستگاه انزلي براي يک دوره بلندمدت آماري 30 ساله تحليل شد. از آنجايي که کل حوضه آبخيز تالاب انزلي داراي شرايط همگن است لذا ميتوان از ايستگاه سينوپتيک انزلي به عنوان ايستگاه معرف کل حوضه آبخيز جهت برآورد و تخمين دادههاي هواشناسي استفاده نمود و تعميم داد (Razi and Shokoohi, 2019). مقادير ميانگين بارندگي سالانه در ايستگاه انزلي براي دوره آماري 30 ساله در شکل (3) درج گرديده است. همانطور که ملاحظه ميشود ميانگين بارندگي بلندمدت سالانه در ايستگاه انزلي 2/1755 ميليمتر ميباشد. براي تحليل دوره ترسالي و خشکسالي و تعيين درجه خشکسالي منطقه از روش SPI استفاده گرديد. همچنين بهمنظور بررسي دورههاي خشك و تر در محدوده مورد مطالعه، منحنيهاي تغييرات بارش سالانه به مدت 30 سال به همراه ميانگين متحرك 3 ، 5 و 7 ساله براي ايستگاه سينوپتيک انزلي در شکل (4) ترسيم گرديد. بررسي اين نمودار نشان ميدهد که بجز يک تغيير شديد در بين سالهاي 85 تا 90 که به صورت ترسالي نمود پيدا کرده، تغييرات بارندگي چنداني در طول دوره 30 ساله مشاهده نشده است.
رژيم آبدهي جريان در رودخانه پلنگور
به منظور بررسي تصادفي بودن، عدم وجود روند و بررسي همگني دادههاي ثبت شده دبي رودخانه پلنگور در ايستگاههاي هيدرومتري مسجدپيش و کلسر به ترتيب از آزمونهاي ران تست، من کندال و ويلکاکسون استفاده گرديد که نتايج آن در جدول (4) آمده است. نتايج نشان داد که دادههاي مورد استفاده همگن و تصادفي بوده و در سطح اطمينان 5 درصد فاقد روند معني دار ميباشند. در اين حالت ميتوان براي تحليل جريان زيستمحيطي به روش RVA و با استفاده از نرم افزار IHA از روش پارامتريک استفاده نمود. در تحليل پارامتري، رژيم جريان با استفاده از دبي ماهانه تعيين ميگردد. در اين حالت حدود RVA که شامل نوسانات قابل قبول جريان است، با اضافه و کم کردن يک انحراف معيار به ميانگين جريان ماهانه بدست ميآيد.
جدول 4. نتايج آزمون بررسي تصادفي بودن، همگني و روند دادههاي دبي در رودخانه پلنگور
ايستگاه هيدرومتري | آزمون | Statistic value | p-value | نتيجه آزمون |
مسجدپيش | ران تست | 83/1 | 176/0 | تصادفي بودن داده ها |
من کندال | 32/0 | 86/0 | بدون روند | |
ويلکاکسون | 21/0 | 79/0 | همگن بوده داده ها | |
کلسر | ران تست | 38/1 | 123/0 | تصادفي بودن داده ها |
من کندال | 212/0 | 604/0 | بدون روند | |
ويلکاکسون | 15/0 | 77/0 | همگن بوده داده ها |
در اين مرحله، ارزيابي رژيم آبدهي رودخانه پلنگور براساس تجزيه و تحليل دادههاي اندازهگيري شده دبي جريان در دو ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش در بالادست و کلسر در پايين دست رودخانه صورت پذيرفت. ميانگين دبي بلندمدت و کوتاهمدت رودخانه در ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش در دوره شاخص به ترتيب حدود 18/1 و 09/1 مترمکعب بر ثانيه بود و در ماههاي آبان و مرداد به ترتيب بيشترين و کمترين آبدهي را دارد. همچنين ميانگين دبي بلندمدت و کوتاهمدت در ايستگاه هيدرومتري کلسر به ترتيب حدود 47/6 و 86/5 مترمکعب بر ثانيه ميباشد و بيشترين و کمترين آبدهي آن در ماههاي آبان و مرداد جريان دارد. در شکلهاي (5)، (6)، (7) و (8) ميانگين دبي سالانه ماهانه در ايستگاههاي هيدرومتري رودخانه پلنگور ارائه شده است.
شکل 5. ميانگين دبي سالانه، بلندمدت و کوتاهمدت رودخانه پلنگور ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش
شکل6. ميانگين دبي ماهانه رودخانه پلنگور ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش
شکل 7. ميانگين دبي سالانه، بلندمدت و کوتاهمدت رودخانه پلنگور ايستگاه هيدرومتري کلسر
شکل 8. ميانگين دبي ماهانه رودخانه پلنگور ايستگاه هيدرومتري کلسر
تعيين نياز آبي محيط زيستي رودخانه پلنگور
در اين بخش ابتدا نياز آبي محيطزيستي رودخانه پلنگور در ايستگاههاي هيدرومتري بالادست و پاييندست با استفاده از روش RVA محاسبه شد و سپس مقادير تخصيص نياز آبي زيستمحيطي با ديگر روشهاي هيدرولوژيکي نيز بررسي گرديد.
تعيين نياز آبي محيط زيستي رودخانه پلنگور با استفاده از روش RVA
نتايج تغييرات پارامترهاي شاخص تغييرات هيدرولوژيکي در روش RVA براي ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش در رودخانه پلنگور در جدول (5) ارائه شده است. ميانگين حداقل جريان محيطزيستي برابر 84/0 مترمکعب بر ثانيه و ميانگين حداکثر جريان محيطزيستي برابر 4/1 مترمکعب بر ثانيه برآورد گرديد. حجم جريان محيطزيستي مورد نياز سالانه رودخانه در ايستگاه مسجدپيش به صورت حداقل(پايه) و حداکثر به ترتيب برابر 51/22 و 18/44 ميليون مترمکعب تخمين زده شد. نتايج مقادير برآورد شده جريان محيطزيستي در شرايط حداقل نشان داد که روش RVA ميتواند شرايط اکولوژيکي رودخانه را حفظ نمايد زيرا در ماههاي شهريور تا ارديبهشت عددي بين 60 تا 80 درصد ميانگين ماهانه را دربرميگيرد. اما در ماههاي خرداد، تير و مرداد که افزايش برداشت آب از رودخانه به دليل مصارف کشاورزي زياد است عملا روش RVA حدود 20 تا 40 درصد متوسط جريان را درنظرگرفته است که اين مقدار اگرچه با شرايط مناسب کمي فاصله دارد اما با توجه به شرايط محيطي و مديريت تخصيص منابع آب، ميتواند عددي قابل قبول برا ي حفظ شرايط اکولوژيکي حداقلي در رودخانه را تضمين نمايد. نکته قابل توجه اين است که در زيست بوم پلنگور، زمان اصلي تخمريزي ماهيان در ماههاي اسفند، فروردين و ارديبهشت است (Abbasi, 2018) که نتايج حاصل از روش RVA در شرايط حداقل توانسته است به خوبي شرايط اکولوژيکي مناسب را حفظ نمايد و ضمانت علمي کامل براي اين ارزش اکولوژيکي يعني حفظ عمليات تخمريزي ماهيان در اين منطقه باشد.
جدول 5. تغييرات پارامترهاي شاخص تغييرات هيدرولوژيکي در روش RVA براي ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش
پارامترها | رژيم جريان | برآورد جريان محيطزيستي RVA | ||||||||
ميانگين | حداقل | حداکثر | حداقل | حداکثر | ||||||
ميزان آبدهي ماهانه برحسب مترمکعب برثانيه | ||||||||||
مهر | 47/1 | 07/0 | 33/3 | 13/1 | 63/1 | |||||
آبان | 76/1 | 23/0 | 77/5 | 08/1 | 34/2 | |||||
آذر | 54/1 | 32/0 | 49/2 | 1/1 | 57/1 | |||||
دي | 99/0 | 47/0 | 12/2 | 78/0 | 24/1 | |||||
بهمن | 1/1 | 39/0 | 05/2 | 96/0 | 28/1 | |||||
اسفند | 55/1 | 53/0 | 24/3 | 26/1 | 79/1 | |||||
فروردين | 57/1 | 33/0 | 06/3 | 46/1 | 08/2 | |||||
ارديبهشت | 12/1 | 24/0 | 59/2 | 87/0 | 62/1 | |||||
خرداد | 56/0 | 16/0 | 43/1 | 25/0 | 83/0 | |||||
تير | 99/0 | 1/0 | 08/2 | 21/0 | 93/0 | |||||
مرداد | 48/0 | 02/0 | 11/2 | 19/0 | 37/0 | |||||
شهريور | 02/1 | 09/0 | 35/2 | 74/0 | 16/1 | |||||
ميانگين | 84/0 | 4/1 | ||||||||
جدول 6. تغييرات پارامترهاي شاخص تغييرات هيدرولوژيکي در روش RVA براي ايستگاه هيدرومتري کلسر
پارامترها | رژيم جريان | برآورد جريان محيطزيستي RVA | ||||||||
ميانگين | حداقل | حداکثر | حداقل | حداکثر | ||||||
ميزان آبدهي ماهانه برحسب مترمکعب برثانيه | ||||||||||
مهر | 45/8 | 48/0 | 77/27 | 32/7 | 58/10 | |||||
آبان | 85/9 | 24/1 | 39/21 | 78/6 | 51/11 | |||||
آذر | 31/9 | 49/1 | 05/20 | 34/7 | 16/10 | |||||
دي | 53/5 | 32/2 | 01/19 | 7/4 | 54/6 | |||||
بهمن | 73/6 | 73/2 | 97/15 | 35/5 | 73/7 | |||||
اسفند | 42/7 | 21/2 | 94/14 | 54/6 | 54/9 | |||||
فروردين | 58/7 | 34/0 | 79/15 | 82/6 | 87/10 | |||||
ارديبهشت | 52/7 | 21/1 | 79/20 | 76/5 | 19/10 | |||||
خرداد | 69/3 | 05/1 | 17/13 | 05/2 | 41/5 | |||||
تير | 78/3 | 31/0 | 02/11 | 17/2 | 38/6 | |||||
مرداد | 91/2 | 2/0 | 98/8 | 6/1 | 53/3 | |||||
شهريور | 89/4 | 07/0 | 95/16 | 73/3 | 64/6 | |||||
ميانگين | 01/5 | 69/9 | ||||||||
تعيين نياز آبي محيطزيستي رودخانه پلنگور با استفاده از ساير روشهاي هيدرولوژيکي
نياز آبي محيطزيستي رودخانه پلنگور در ايستگاههاي هيدرومتري مسجدپيش و کلسر به روشهاي هيدرولوژيکي مرسوم مانند انتقال منحني تداوم جريان، تگزاس، تگزاس اصلاح شده و روش تنانت با سناريوهاي مختلف در اين بخش محاسبه گرديد. در گام اول، جهت تعيين مقادير نياز زيستمحيطي ايستگاه مسجدپيش به روش انتقال منحني تداوم جريان از نرمافزار GEFC استفاده شد که نتايج حاصل از آن به صورت ماهانه در شکل (9) آمده است. مقايسه وضعيت مديريتي رودخانه پلنگور با استفاده از مرور منابع (Shokoohi et al., 2023) و نظر کارشناسان خبره نشان داد که کلاس مديريتي C ميتواند جوابگوي مشکلات محيط زيستي و مديريتي اين منطقه باشد. نتايج حاصل از روش انتقال منحني تداوم جريان در ماههاي مختلف در جدول (7) ارائه شده است.
شکل هاي (10) و (11) مقادير جريان زيستمحيطي بدست آمده با روش تنانت و تگزاس را در ايستگاه مسجدپيش نشان ميدهد. مقايسه نتايج حاصل از روش تنانت در کليه سناريوها با مقادير متوسط و ميانه درازمدت رودخانه نشان داد که در فصول سرد سال از ماههاي مهر تا اسفند مقادير ماهانه بدست آمده از اين روش اگرچه درصد کمي از ميانگين بلندمدت رودخانه را نشان ميدهد اما ميتواند نياز آبي محيطزيستي رودخانه را در شرايط خاص تامين نمايد اما در ماههاي گرم سال به خصوص در ماههاي خرداد، تير و مرداد که هم مصارف کشاورزي در رودخانه پلنگور به دليل برداشت مستقيم آب افزايش مييابد و از طرف ديگر گرماي هوا زياد ميشود، مقادير مذکور نميتواند جوابگوي نياز آبي زيستمحيطي رودخانه باشد و استفاده از اين روش منجر به اتفاق فجايع محيطزيستي در رودخانه ميشود. به علت نرمال بودن دادهها و اختلاف ناچيز بين مقادير بدست آمده از روش تگزاس و تگزاس اصلاحشده ميتوان نتيجه گرفت که به جز در ماههاي بحراني مانند خرداد، تير و مرداد، جايگزيني يکي از اين روشها نسبت به ديگري ميسر است و در ماههاي گرم سال بايد از روشي استفاده نمود که بتواند مقادير منطقيتري را محاسبه کند. در مقام مقايسه روشهاي تگزاس با سناريوهاي مختلف روش تنانت ميتوان اذعان نمود که روش تگزاس اعداد قابل قبولتري را نسبت به روش تنانت بيان ميکند. در مجموع، مقادير جريان زيستمحيطي به روشهاي هيدرولوژيکي در رودخانه پلنگور در جدول (7) آمده است.
شکل 10. جريان زيستمحيطي بدست آمده با روش تنانت در ايستگاه مسجدپيش
شکل 11. جريان زيستمحيطي بدست آمده با روش تگزاس و تگزاس اصلاحشده در ايستگاه مسجدپيش
جدول 7. مقادير جريان زيستمحيطي به روشهاي هيدرولوژيکي در رودخانه پلنگور در ايستگاه مسجدپيش برحسب متر بر ثانيه
تنانت عادلانه | تنانت خوب | تنانت عالي | تنانت بسيار عالي | تگزاس اصلاح شده | تگزاس | منحني انتقال جابجا شده | آمارههاي دبي بلندمدت | ||||||||
متوسط | ميانه | بيشينه | كمينه | ||||||||||||
مهر | 12/0 | 24/0 | 35/0 | 47/0 | 53/0 | 59/0 | 1 | 47/1 | 33/1 | 33/3 | 07/0 | ||||
آبان | 12/0 | 24/0 | 35/0 | 47/0 | 56/0 | 7/0 | 6/1 | 76/1 | 41/1 | 77/5 | 23/0 | ||||
آذر | 12/0 | 24/0 | 35/0 | 47/0 | 65/0 | 62/0 | 09/1 | 54/1 | 62/1 | 49/2 | 32/0 | ||||
دي | 12/0 | 24/0 | 35/0 | 47/0 | 36/0 | 39/0 | 43/0 | 99/0 | 9/0 | 12/2 | 47/0 | ||||
بهمن | 12/0 | 24/0 | 35/0 | 47/0 | 42/0 | 44/0 | 66/0 | 1/1 | 04/1 | 05/2 | 39/0 | ||||
اسفند | 12/0 | 24/0 | 35/0 | 47/0 | 64/0 | 62/0 | 07/1 | 55/1 | 59/1 | 24/3 | 53/0 | ||||
فروردين | 35/0 | 47/0 | 59/0 | 71/0 | 6/0 | 63/0 | 25/1 | 57/1 | 5/1 | 06/3 | 33/0 | ||||
ارديبهشت | 35/0 | 47/0 | 59/0 | 71/0 | 4/0 | 45/0 | 85/0 | 12/1 | 1 | 59/2 | 24/0 | ||||
خرداد | 35/0 | 47/0 | 59/0 | 71/0 | 2/0 | 23/0 | 42/0 | 56/0 | 51/0 | 43/1 | 16/0 | ||||
تير | 35/0 | 47/0 | 59/0 | 71/0 | 3/0 | 4/0 | 44/0 | 99/0 | 49/0 | 08/2 | 1/0 | ||||
مرداد | 35/0 | 47/0 | 59/0 | 71/0 | 14/0 | 19/0 | 48/0 | 48/0 | 35/0 | 11/2 | 02/0 | ||||
شهريور | 35/0 | 47/0 | 59/0 | 71/0 | 32/0 | 41/0 | 02/1 | 02/1 | 81/0 | 35/2 | 09/0 | ||||
همچنين در گام دوم، به منظور تعيين مقادير نياز آبي زيستمحيطي رودخانه پلنگور در ايستگاه هيدرومتري کلسر به روش انتقال منحني تداوم جريان از نرمافزارGEFC استفاده گرديد که نتايج حاصل از آن در شکل (12) آمده است. مقايسه وضعيت مديريتي رودخانه پلنگور در پاييندست رودخانه با استفاده از مرور منابع (Shokoohi et al., 2023) و نظر کارشناسان خبره نشان داد که کلاس مديريتي C ميتواند جوابگوي مشکلات محيط زيستي و مديريتي در ايستگاه کلسر باشد. نتايج حاصل از روش تغيير منحني تداوم جريان در ماههاي مختلف در جدول (8) ارائه شده است.
شکلهاي (13) و (14) مقادير جريان زيستمحيطي بدست آمده با استفاده از روشهاي تنانت در سناريوهاي مختلف، تگزاس و تگزاس اصلاح شده را در مقايسه با مقادير ميانگين، حداقل و حداکثر جريان در بلند مدت را در ايستگاه کلسر نشان ميدهد. نتايج حاصل از سناريوهاي تنانت نشان داد که اين روش مقادير کمي را به جريان محيطزيستي اختصاص ميدهد و حتي در سناريوي عادلانه خود نيز نتوانسته است شرايط اکولوژيکي رودخانه را حفظ نمايد. روشهاي تگزاس و تگزاس اصلاحشده اگرچه مقادير قابل قبولي را با توجه به شرايط تخصيص در حوضه رودخانه پلنگور در ماههاي گرم سال به خصوص در ماههاي خرداد، تير و مرداد بدست ميآورند اما در ماههاي سرد سال با توجه به اينکه هيچگونه تخصيصي مانند شرب، صنعت و کشاورزي در رودخانه وجود ندارد، مقادير کمي را به دست ميدهد به طوري که شرايطي مانند شرايط سيلابي و اثرات استفاده از سيلابههاي بلندمدت به عنوان يکي از ارکان حفظ رژيم طبيعي جريان را درنظر نميگيرد. در مجموع، مقادير جريان زيستمحيطي به روشهاي هيدرولوژيکي در ايستگاه کلسر در جدول (8) آمده است.
جدول 8. مقادير جريان زيستمحيطي به روشهاي هيدرولوژيکي در رودخانه پلنگور در ايستگاه کلسر برحسب متر بر ثانيه
| تنانت عادلانه | تنانت خوب | تنانت عالي | تنانت بسيار عالي | تگزاس | تگزاس اصلاح شده | منحني انتقال جابجا شده | آمارههاي دبي بلندمدت | |||||||
ماه | متوسط | ميانه | بيشينه | كمينه | |||||||||||
مهر | 65/0 | 29/1 | 94/1 | 59/2 | 38/3 | 05/3 | 5/6 | 45/8 | 62/7 | 77/27 | 48/0 | ||||
آبان | 65/0 | 29/1 | 94/1 | 59/2 | 94/3 | 05/3 | 96/7 | 85/9 | 77/8 | 39/21 | 24/1 | ||||
آذر | 65/0 | 29/1 | 94/1 | 59/2 | 73/3 | 51/3 | 6/7 | 31/9 | 18/9 | 05/20 | 49/1 | ||||
دي | 65/0 | 29/1 | 94/1 | 59/2 | 21/2 | 67/3 | 1/3 | 53/5 | 04/5 | 01/19 | 32/2 | ||||
بهمن | 65/0 | 29/1 | 94/1 | 59/2 | 69/2 | 02/2 | 44/3 | 73/6 | 6 | 97/15 | 73/2 | ||||
اسفند | 65/0 | 29/1 | 94/1 | 59/2 | 97/2 | 4/2 | 25/4 | 42/7 | 01/8 | 94/14 | 21/2 | ||||
فروردين | 94/1 | 59/2 | 24/3 | 88/3 | 03/3 | 21/3 | 54/5 | 58/7 | 61/6 | 79/15 | 34/0 | ||||
ارديبهشت | 94/1 | 59/2 | 24/3 | 88/3 | 01/3 | 65/2 | 9/4 | 52/7 | 28/6 | 79/20 | 21/1 | ||||
خرداد | 94/1 | 59/2 | 24/3 | 88/3 | 47/1 | 51/2 | 34/2 | 69/3 | 5/2 | 17/13 | 05/1 | ||||
تير | 94/1 | 59/2 | 24/3 | 88/3 | 51/1 | 1 | 38/2 | 78/3 | 44/3 | 02/11 | 31/0 | ||||
مرداد | 94/1 | 59/2 | 24/3 | 88/3 | 16/1 | 38/1 | 3/2 | 91/2 | 34/2 | 98/8 | 2/0 | ||||
شهريور | 94/1 | 59/2 | 24/3 | 88/3 | 96/1 | 93/0 | 62/2 | 89/4 | 73/3 | 95/16 | 07/0 | ||||
شکل 13. جريان زيستمحيطي بدست آمده با روش تنانت در ايستگاه کلسر
شکل 14. جريان زيستمحيطي بدست آمده با روش تگزاس و تگزاس اصلاحشده در ايستگاه کلسر
نتيجهگيري
برآورد جريان محيطزيستي با روشهاي هيدرولوژيکي به دليل نياز حداقلي به داده و هزينه کم و سريع بودن آنها سبب شده است که به عنوان يک روش ايدهآل در ارزيابي هاي اوليه در سيستم مديريت منابع آب و محيط زيست قرار گيرد. در اين تحقيق نياز آبي محيطزيستي رودخانه پلنگور به عنوان يکي از رودخانههاي ورودي به تالاب انزلي مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به اهميت رودخانه پلنگور در حوضه آبريز تالاب انزلي، 2 ايستگاه هيدرومتري يکي در بالادست رودخانه با نام ايستگاه مسجدپيش و ديگري در پاييندست رودخانه با نام ايستگاه کلسر استقرار يافته است تا بتوان با آگاهي از شرايط هيدرولوژيکي رودخانه به صورت روزانه، تحليل بهتري از وضعيت حوضه آبريز داشت. بر اساس آمار ايستگاه هيدرومتري مسجدپيش در بالادست اين رودخانه، ميانگين دبي بلندمدت و کوتاهمدت رودخانه در دوره شاخص به ترتيب حدود 18/1 و 09/1 مترمکعب بر ثانيه است و در ماههاي آبان و مرداد به ترتيب بيشترين و کمترين آبدهي را دارد. همچنين ميانگين دبي بلندمدت و کوتاهمدت در ايستگاه هيدرومتري کلسر در پاييندست اين رودخانه به ترتيب حدود 47/6 و 86/5 مترمکعب بر ثانيه ميباشد و بيشترين و کمترين آبدهي آن در ماههاي آبان و مرداد جريان دارد. روش RVA در شرايط حداقل را ميتوان روشي مناسب هم براي بالادست و هم پايين دست رودخانه پلنگور تجويز نمود. البته بايد متذکر شد که چون در ماههاي مهر تا اريبهشت هرسال هيچگونه برداشتي از آب اين رودخانه براي ساير مصارف استفاده نميگردد ميتوان از مقادير حاصل از روش RVA با شرايط حداکثر استفاده نمود که اين کار باعث ميشود تا نياز زيستمندان رودخانه به سيلابهاي بزرگ نيز تامين گردد. Zarakani and Shokoohi, 2017 در تحقيق خود با معرفي رژيم جامع اکولوژيکي در شرايط کمبود داده براي تعيين حقابه زيستمحيطي رودخانهها بيان نمودند که رودخانهها براي حفظ شرايط زيستگاهي زيستمندان نياز به چند دوره سيلابي به منظور فراهم آوردن شرايط مناسب هيدروليکي براي موجودات زنده درون رودخانه، حفظ مورفولوژي بستر رودخانه، حفاظت از شکل آبراهه اصلي، نگهداري از پوشش گياهي اطراف رودخانه و همسويي با اقليم حاکم بر حوضه آبريز دارند. همچنين نکته قابل توجه اين است که در زيست بوم پلنگور، زمان اصلي تخمريزي ماهيان در ماههاي اسفند، فروردين و ارديبهشت است که نتايج حاصل از روش RVA در شرايط حداقل در هر دو ايستگاه بالادست و پايين دست توانسته است به خوبي شرايط اکولوژيکي مناسب را حفظ نمايد و ضمانت علمي کامل براي اين ارزش اکولوژيکي يعني حفظ عمليات تخمريزي ماهيان در اين منطقه باشد. استفاده از روشهاي تگزاس و تگزاس اصلاحشده در ماههاي گرم و بحراني سال به دليل محاسبه منطقي جريان محيطزيستي با توجه به شرايط تخصيص در منطقه، توصيه ميشود اما در ماههاي سرد سال به خصوص در شش ماهه اول سال آبي يعني ماههاي مهر تا اسفند و حتي فروردين و ارديبهشت ميتوان از روشهايي مانند انتقال منحني تداوم يا RVA در شرايط حداکثر که اعداد به مراتب بزرگتري را نشان ميدهد و درصد بيشتري از ميانگين بلندمدت جريان را به خود اختصاص ميدهند، استفاده نمود. در مقام مقايسه روشهاي تگزاس با روش تنانت ميتوان اذعان نمود که روش تگزاس اعداد قابل قبول تري را نسبت به روش تنانت بيان ميکند. همچنين نتايج مقادير نياز زيستمحيطي رودخانه پلنگور در هر 2 ايستگاه با استفاده از روش انتقال منحني تداوم جريان از نرمافزارGEFC، مرور منابع و نظر کارشناسان خبره نشان داد که باتوجه به وضعيت مديريتي رودخانه پلنگور کلاس مديريتي C ميتواند جوابگوي مشکلات محيط زيستي و مديريتي باشد.
در انتها بايد خاطر نشان کرد که با توجه به بررسيها و مقايسه کلي بين مقادير نياز آبي محيطزيستي حاصل از تمامي روشهاي استفاده شده در اين تحقيق ميتوان نتيجه گرفت که اولا در شرايط کمبود داده، استفاده از مقادير برآورد شده از روش محدوده تغييرپذيري جريان در شرايط حداقل ميانگين ميتواند با ارائه مقادير منطقي، شرايط اکولوژيکي رودخانه را تا حد زيادي حفظ نمايد. ثانيا روشهايي مانند RVA در شرايط حداکثر و روش FDC-shifting اگرچه شرايط اکولوژيکي رودخانه را درنظر ميگيرد اما به دليل عدم توجه به مديريت تخصيص در حوضه آبريز به خصوص در زماني که فعاليتهاي کشاورزي افزايش مييابد و در موارد تخصيص منابع آب، ملاحظات اقتصادي-اجتماعي و سياسي نيز وجود دارد، توصيه نميشود. استفاده از روشهاي RVA در شرايط حداکثر و روش FDC-shifting در ماههاي سرد سال يعني از ماه مهر تا ارديبهشت به دليل ارائه مقادير نزديک به ميانگين و يا حتي بيشتر از آن توصيه ميشود. اما در ماههاي بحراني سال به ترتيب استفاده از روشههاي RVA در شرايط حداقل، روش تگزاس اصلاح شده، روش تگزاس و روش FDC-shifting توصيه ميگردد. در انتها توصيه ميشود که سازمانهاي دولتي که در جايگاه تصميمگيري در مورد مسائل مربوط به منابع آب و مديريت حوزههاي آبخيز کشور هستند، با شناسايي حوزههاي مهم نسبت به تخصيص صحيح آب در بخشهاي مختلف تصميمگيري نمايند تا اين تصميمات شرايط را براي بقاي اکولوژيکي رودخانهها در هر حوضه آبريز حفظ نمايد.
Reference:
Abbasi, K. (2018). Report on Fish abundance and reproduction biology in Anzali wetland and its inlet rivers, (Cheklist, Dispertion, Abundance, IUCN status and Reproduction) for JICA.
Anonymous. (2004). Report on improvement of irrigation and drainage network Guilan Sefidrud. Guilan Regional Water Authority. (In Persian)
Anonymous. (2006). TEXAS instream flow studies: technical overview. Texas Commission on Environmental Quality Texas Parks and Wildlife Department Texas Water Development Board. 150 pages.
Arthington, A., Bunn, S., Poff, N., & Naiman, R. (2006). The challenge of providing environmental flow rules to sustain river ecosystems”. Ecological Applications 16:1311-1318.
Arthington, A., & Pusey, B. J. (2003). Flow restoration and protection in Australian rivers. River Research and Applications 19: 377–395.
Hashemi, Z., Darzi, A., Karandish, F., Ritzema, H., & Solaimani, K. (2023). The impact of Tajan Irrigation and Drainage Network on Meeting the Environmental Flow Requirements of Water Resources. Journal of Water and Soil Resources Conservation. 12(4): 73-85. (In Persian)
Karimi, S., Pourebrahim, Sh., Salajegheh, A., Malekian, A., Strauch, M., volk, M., & Witing, F. (2020). Environmental flow requirements of Karaj River’s sub-watersheds using Flow Duration Curve and Indicators of Hydrological Alteration. Journal of Range and Watershed Management. 74(2): 393-405. (In Persian)
Khatar, B., & Shokoohi, A. (2020) Evaluating and Modifying the Texas Method as a Hydrologic Method for Prescribing Ecological Regime in Perennial Rivers. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 9(3): 31-46. (In Persian)
Khanmohammady, S., & Shokoohi, A. (2018). Using RVA Model for Defining River Ecological Regime for Determining Environmental Flow. Iran-Water Resources Research, 14(2): 224-235. (In Persian)
King, J., Tharme, R., & De Villiers, M. (2008). Environmental flow assessment for rivers: Manual for the Building Block Method. WRC Report NoTT 354/08, 364p.
Modaberi, H., & Shokoohi, A. (2019). Determining Anzali Wetland Environmental Water Requirement Using Eco-Hydrologic Methods. Iran-Water Resources Research, 15(3): 91-104. (In Persian)
Modaberi, H., & Shokoohi, A. (2020). Evaluation of the Effects of Exploitation of Sefidrood Irrigation and Drainage Network on the Life of Anzali Wetland. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 6(14): 1939-1953. (In Persian)
Naderi, M., Alioghli, S., Jahandideh, O., Rajabizadeh, Y., & Salarijazi, M. (2020). Determination of Optimal and Desirable Environmental Flow Release from Latian Dam reservoir with Consideration of Ecohydraulic, Hydrological and Hydro morphological Characteristics to Protect the Habitat of the Jajrood River. Iranian Journal of Irrigation and Drainage 14(4):1277-1300. (In Persian)
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 Resource Manage, 30:4969–4984.
Poff, N., & Zimmerman, J. (2010). Ecological responses to altered flow regimes: a literature review to inform the science and management of environmental flows. Freshwater Biological, 55(1):194-205.
Razi, F., & Shokoohi, A. (2019). Determining and Estimating the Lag time between Meteorological and Hydrological Drought Using a Water Balance Model. Watershed engineering and management, 13(1). (In Persian)
Razzaghi Rezaeieh, A., Ahmadi, H., Haghdoust, N., & Hessari, B. (2019). The evaluation of river environmental flow by using the ecohydrological methods (Case study: Mahabad-Chai River). Journal of Water and Soil Conservation, 25(6): 47-65. (In Persian)
Richter, D., Baumgartner, V., Powell, J. & Braun, P. (1996). A method for assessing hydrologic alteration within ecosystems. Conservation Biology, 10(4): 1163-1174.
Richter, D., Baumgartner, V., Wigington, R. & Braun, P. (1997). How much water does a river need? Freshwater Biology, 37: 231-249.
Sarcheshmeh, B., Behmanesh, J., & Rezaverdinejad, J. (2020). Evaluation of Water Scarcity by Determining Quantity and Quality and Environmental Flow Requirement of Zarrinehrood. Journal of Water and Soil. 34(3): 565-577. (In Persian)
Shokoohi, A., & Amini, M. (2014) ‘Introducing a new method to determine rivers’ ecological water requirement in comparison with hydrological and hydraulic methods’, International Journal of Environmental Science and Technology, 11:3, 747-756.
Shokoohi, A., & Hong, H. (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.
Shokoohi, A., Modaberi, H., & Monjezi, H. (2023). Evaluation of the Effect of Flow Release Based on River Environmental Guidelines on the Water Balance of Anzali Wetland, Journal of Water and Soil Resources Conservation. 12(2): 31-49. (In Persian)
Smakhtin, V. U., & Anputhas, M. (2006). An assessment of environmental flow requirements of Indian river basins. IWMI Research Report 107, International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka.
Song, X., Zhuang, Y., Wang, X., Li, E., Zhang, Y., Lu, X. & Liu, X. )2020(. Analysis of Hydrologic Regime Changes Caused by Dams in China. Journal of Hydrologic Engineering, 25(4): 05020003.
Talukdar, S., & Pal., S. (2018). Impact of dam on flow regime and flood plain modification in Punarbhaba River Basin of Indo-Bangladesh Barind tract. Water Conservation Science and Engineering, 3(2): 59-77.
Tennant, D. L. (1976). Instream flow regimens for fish and wildlife. Recreation and related environmental resources. Journal of Fisheries, (1): 6–10.
Tharme, R. E. (2003). A global perspective on environmental flow assessment: emerging trends in the development and application of environmental flow methodologies for rivers. River Research and Applications, (19): 397–441
The Nature Conservancy. (2009). Indicators of Hydrologic Alteration – Version 7.1 User’s Manual. 81pp.
Verma, R. K., Murthy, S., & Tiwary, R. K. (2015) Assessment of environmental flows for various sub-watersheds of Damodar river basin using different hydrological methods. Journal Waste Resources, 5(182): 2.
Yang, Y., Yin, X., & Yang, Z. (2016). Environmental flow management strategies based on the integration of water quantity and quality, a case study of the Baiyangdian Wetland, China. Ecological Engineering, 96:150-161.
Zarakani, M., Shookohi, A., 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)
