تأثیر سدهای گلستان و وشمگیر بر شاخص‏ های تغییرات هیدرولوژیکی رودخانۀ گرگان‌رود با استفاده از رویکرد دامنۀ تغییرپذیری

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور

2 استاد، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور

3 استادیار، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور

چکیده

احداث سدها به‏عنوان یکی از روش‏های مدیریت منابع آب، از جمله مهم‏ترین ساختارهای دست‏ساز انسانی در طول رودخانه هستند که می‏توانند تغییرات عمدۀ هیدرولوژیک در رژیم رودخانه و در نهایت، در کل حوضۀ زهکشی و در تنظیم جریان‏های سطحی را پدید آورند. بنابراین، ارزیابی‏ کمی تغییرات هیدرولوژیکی بر اثر فعالیت‏های انسان از جمله ساخت سد مورد نیاز است. از این‏رو، هدف پژوهش حاضر، بررسی آماری شاخص‏های تغییرات هیدرولوژیکی (IHA) تحت ‏تأثیر سدهای گلستان و وشمگیر در دوره‏های قبل و بعد از احداث این سدها با استفاده از نرم‏افزار IHA نسخۀ 1/7 است. به این منظور، ایستگاه‏های هیدرومتری گنبد و قزاقلی در پایین‏دست سد گلستان برای بررسی تأثیر احداث سد گلستان و ایستگاه هیدرومتری آق‏قلا به‏منظور بررسی تأثیر احداث سد وشمگیر در نظر گرفته شد. همچنین، به‏منظور بررسی وضعیت تغییر اقلیم در منطقۀ مطالعه‌شده، وجود روند در مقادیر متغیرهای اقلیمی بارش، دما و تبخیر و تعرق با استفاده آزمون من-کندال و شیب سن در سطح اطمینان یک و پنج درصد ارزیابی شد. سپس، تغییرات 33 شاخص هیدرولوژیکی در پنج گروه اصلی (مقدار، تداوم، زمان‏بندی، فراوانی و میزان تغییرات) قبل و بعد از احداث سدهای گلستان و وشمگیر با رویکرد محدودۀ تغییرپذیری (RVA) محاسبه شد. با توجه به نتایج آزمون روند، تغییر در متغیرهای اقلیمی اغلب به‏صورت افزایش بارش و دما و کاهش تبخیر و تعرق بوده است. براساس شاخص‏های گروه نخست (مقدار) می‏توان این گونه نتیجه گرفت که مقدار متوسط دبی ماهانۀ جریان رودخانه در دورۀ بعد از احداث سد گلستان نسبت به دورۀ قبل از احداث سد، در ایستگاه‏های هیدرومتری گنبد و قزاقلی کاهش داشته است، در حالی‏ که مقدار متوسط دبی ماهانۀ جریان رودخانه بعد از احداث سد وشمگیر از ماه مارس تا ژوئن کاهشی بوده و در باقی ماه‏ها افزایشی بوده است. در مورد شاخص‏های گروه دوم (مقدار دبی‏های حداقل و حداکثر)، می‏توان بیان کرد که همۀ شاخص‏های جریان به‌جز شاخص‏های حداقل جریان سه، هفت و 30 روزه و شاخص‏های حداکثر جریان یک، سه و هفت روزه در ایستگاه هیدرومتری گنبد و به‌جز شاخص‏های حداقل جریان یک و سه روزه و شاخص حداکثر جریان سه‌روزه در ایستگاه هیدرومتری قزاقلی در دورۀ بعد از احداث سد گلستان کاهش یافته، در حالی ‏که شاخص‏های حداکثر جریان یک، سه و هفت روزه در ایستگاه هیدرومتری آق‏قلا در دورۀ بعد از احداث سد وشمگیر افزایش یافته است. در نهایت، می‏توان نتیجه گرفت که تغییر رژیم جریان می‏تواند تهدیدهای مهمی برای گونه‏های گیاهی و جانوری (آبزیان و حیات وحش) ایجاد کند و به آثار محیط ‏زیستی نامطلوب منجر شود. درخور یادآوری است که تغییر در شاخص‏های هیدرولوژیکی جریان بیشتر تحت ‏تأثیر احداث سد بوده و نیز تغییر متغیرهای اقلیمی نیز در این خصوص تأثیرگذار بوده است و تفکیک آثار آن نیازمند مطالعات بیشتری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Impacts of the Golestan and Voshmgir Dams on Indicators of Hydrologic Alterations in the Gorganroud River Using Range of Variability Approach

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Daiechini 1
  • Mehdi Vafakhah 2
  • Vahid Moosavi 3
1 M.Sc. Student of Watershed Management Engineering. Faculty of Natural Resources and Marine Sciences. Tarbiat Modares University, Noor, Mazandaran Province, Iran
2 Professor, Department of Watershed Management Engineering. Faculty of Natural Resources and Marine Sciences. Tarbiat Modares University, Noor, Mazandaran Province, Iran
3 Assistant Professor, Department of Watershed Management Engineering. Faculty of Natural Resources and Marine Sciences. Tarbiat Modares University, Noor, Mazandaran Province, Iran
چکیده [English]

Dam construction as one of the methods in water resources management, is among the most important man-made structures along rivers that can make major hydrological changes in the river regime and ultimately in the entire drainage basin and surface flow adjustment. Therefore, the quantitative evaluation of hydrological changes caused by human activities such as dam construction is very important. Therefore, the purpose of this study is the statistical analysis of the indicators of hydrologic alterations affected by the Golestan and Voshmgir dams in the periods before and after the construction of these dams using the IHA software version 1.7. To do this, Gonbad and Ghazaghli hydrometric stations in downstream of Golestan Dam were considered to analyze the effect of Golestan dam and Agh Ghala hydrometric station to analyze the effect of Voshmgir dam. Also, in order to investigate the climate change situation in the study area, the trend of climatic Variables i.e. precipitation, temperature and evapotranspiration were evaluated using Mann-Kendall test and Sen’s slope. Then, the changes of 33 hydrological indicators in five main groups (magnitude-duration-timing-frequency- rate of change) before and after the construction of Golestan and Voshmgir dams were calculated using Range of Variability Approach (RVA) approach. According to the results of trend analysis, precipitation and temperature had an increasing trend while evapotranspiration hand a decreasing trend. Based on the indicators of group one (Magnitude), it can be concluded that average monthly discharge in the period after the construction of Golestan Dam has decreased compared to the period before the construction of the dam in Gonbad and Ghazaghli hydrometric stations. While the average monthly discharge has increased after the construction of the Voshmgir Dam except from March to June. For the indicators of group two (minimum and maximum discharges), it can be stated that all flow indicators except 3-, 7-, and 30-day minimum flow indicators and 1-, 3-, 7-day maximum flow indicators in Gonbad hydrometric station and 1- and 3-day  minimum flow indicators  and  3-day maximum flow indicators in Ghazaghli hydrometric station have decreased after the Golestan dam construction. While all flow indicators except 1-, 3-, 7-day maximum flow indicators in Agh Ghala hydrometric station have increased after the Voshmgir dam construction. Finally, it can be concluded that flow regime changes can pose significant threats to plant and animal species (aquatic and wildlife) and lead to adverse environmental effects. It should be noted that the variation in the hydrologic indicators is mainly influenced by dam construction and the change of climate variables has also been influential in this regard, and the separation of affecting factors need to be considered in further studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climate Variables
  • Flow regime
  • Indicators of Hydrologic Alterations
  • trend
  • Environmental Water Requirement
]1[. Gao Y, Vogel RM, Kroll CC, Poff NL, Olden JD. Development of representative indicators of hydrologic alteration. Journal of Hydrologic. 2009; 374: 136-147.
]2[. Nasiri Khiavi A, Mostafazadeh R, Esmali-Ouri A, Ghafarzadeh O, Golshan M. Changes in environmental flow components under the effect of Sabalan Dam in the Qarehsou River of Ardebil Province. Journal of Watershed Management Research. 2019; 10(19): 85-94. (In Persian)
]3[. Poff NL, Richter BD, Arthington AH, Bunn SE, Naiman RJ, Kendy E, Acreman M, et al. The ecological limits of hydrologic alteration (ELOHA): A new framework for developing regional environmental flow standards. Freshwater Biology. 2010; 55(1): 147-170.
]4[. Khorooshi S, Mostafazadeh R, Esmali-Ouri A, Raoof M. Assessment of temporal and spatial variations of the hydrologic index of river in the watersheds of Ardebil Province. Ecohydrology. 2017; 4(2): 379-393. (In Persian)
[5]. Nasiri Khiavi A, Esmali-Ouri A, Mostafazadeh R. Changes in the values of the river base index in four consecutive hydrometric stations located on the Qarasu River in Ardabil Province. The First National Conference on Water Resource Management Strategies and Environmental Challenges. 10 to 11 May 2018. Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources. 1-9 pp. (In Persian)
]6[. Zhang Q, Gu X, Singh VP, Chen X. Evaluation of ecological instream flow using multiple ecological indicators with consideration of hydrological alterations. Journal of Hydrology. 2015; 529: 711-722.
]7.[ Zhang Q, Xu C-Y, Singh VP, Yang T. Multiscale variability of sediment load and streamflow of the Lower Yangtze River Basin: Possible Causes and Implications. Journal of Hydrology. 2009; 368: 96–104.
 
]8.[ Zhang Q, Zhou Y, Singh VP, Chen X. The influence of dam and lakes on the Yangtze River streamflow: Long-range correlation and complexity analyses. Hydrology Process. 2012; 26 (3): 436–444.
]9[. Zhang Y, Shao Q, Zhao T. Comprehensive assessment of dam impacts on flow regimes with consideration of interannual variations. Journal of Hydrology. 2017; 1-47.
]10 .[Zuo Q, Liang SH. Effects of dams on river flow regime based on IHA/RVA. Remote Sensing and GIS for Hydrology and Water Resources (IAHS Publ). 2015; 368: 275-280.
]11[. Wang Y, Wang D, Wu J. Assessing the impact of Danjiangkou Reservoir on ecohydrological conditions in Hanjiang River, China. Ecological Engineering. 2015; 81: 41-52.
]12[. Sojka M, Jaskuła J, Wicher-Dysarz J, Dysarz T. Assessment of dam construction impact on hydrological regime changes in Lowland River–A Case of Study: The Stare Miasto Reservoir Located on The Powa River. Journal of Water and Land Development. 2016; 30(1): 119-125.
]13[. Lu W, Lei H, Yang D, Tang L, & Miao Q. Quantifying the impacts of small dam construction on hydrological alterations in the Jiulong River Basin of Southeast China. Journal of Hydrology. 2018; 567: 382-392.
]14[. Uday Kumar A, Jayakumar KV. Hydrological alterations due to anthropogenic activities in Krishna River Basin, India. Ecological Indicators. 2020; 108: 1-8.
]15[. Nasiri Khiavi A, Rajabi M R. The effect of Bukan Dam on environmental flow in Zarrinehrood River using hydrologic methods and EFC. The 14th National Conference on Watershed Management Science and Engineering, Iran. 25-26 July 2019. University of Urmia. 1-7 pp. (In Persian)
]16.[ Esfandiari in Abad F, Mustafazadeh R, Shahmoradi R, Nasiri Khiavi A, Ebadi E. Investigating the effect of Bukan's Dam construction on hydrological indices of Zarrinehrood River based on the flow duration curve. Journal of Water and Soil Sciense. 2020; 29(4): 147-159. (In Persian)
]17[. Azari M, Moradi HR, Saghafian B, Faramarzi M. Assessment of hydrological effects of climate change in Gourganroud River Basin. Journal of Water and Soil. 2013; 27(3): 537-547. (In Persian)
]18.[ Hosseini Dooki SR, Seyedian SM, Rouhani H, Farasati M. Investigation of the relationship between base flow index with temperature and rainfall using wavelet coherence (Case Study: Gorganroud River Basin). Journal of Water and Soil Conservation. 2019; 26(1): 1-25. (In Persian)
]19[. Mostafazadeh R, Haji K, Esmali-Ouri A, Mirzaei S. Estimating the monthly flow deficit during hydrological drought periods in Gorganroud River Basin. Journal of Watershed Management Research. 2017; 10(18): 190-196. (In Persian)
]20[. Mostafazadeh R, Vafakhah M, Zabihi M. Analysis of monthly dry spell occurrence by using Power Laws in Golestan Province, Iran. Ecohydrology. 2016; 2(4): 429-443. (In Persian)
]21[. Ghasabfeiz M, Eslami H. Variations trend evaluation of rainfall using mann-kendall and linear regression in Khuzestan Province. Journal on Water Engineering. 2018; 5(2): 113-121. (In Persian)
]22.[ Gheisoori M, Soltani-Gerdefaramarzi S, Ghasemi M. Investigation and prediction of the changing trend of climate parameters on discharge (Case Study: Godarkhosh Subbasin). Journal of Natural Environmental Hazards. 2018; 7(17): 137-154. (In Persian)
]23.[ Amirrezaeieh AR, Porhemmat, Ahmadi F. Investigation of precipitation and temperature trend across the North West of Iran in recent half of the century. Iranian Journal of Irrigation and Drainage. 2017; 10(6): 797-809. (In Persian)
]24[. Rostam Zadeh H, Rezaei Banafsheh M, Hosseinnejad A. Identification of non-spatial patterns hourly variations of temperature on a monthly, seasonal and annual basis (Case Study: Synoptic Station of Tabriz). Climate Change & Climate Disasters. 2019; 1(2): 56-76. (In Persian)
]25[. Chen YD, Yang T, Xu CY, Zhang Q, Chen X, Hao ZC. Hydrologic alteration along the middle and upper east river (Dongjiang) Basin, South China: A visually enhanced mining on the results of RVA method. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2010; 24(1): 9-18pp.
]26.[ The Nature Conservancy. Indicators of hydrologic alteration. Version 7.1. User's Manual. 2009; 1-76.
]27[. Zeng S, Zhan C, Sun F, Du H, Wang F. Effects of climate change and human activities on surface runoff in the Luan River Basin. Advances in Meteorology. 2015; 1-12.