تعیین تغییرات بلندمدت رژیم جریان رودخانه کوهستانی خیاوچای با استفاده از رویکرد محدوده تغییرپذیری (RVA)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، گروه جغرافیای طبیعی ، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 دانشیار گروه آموزشی منابع طبیعی و عضو پژوهشکده مدیریت آب، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

10.22034/gmpj.2023.386970.1422

چکیده

هدف از این مطالعه تعیین تغییرات در شاخص‌های هیدرولوژیک جریان در رودخانه خیاوچای است که در این راستا، از آمار بلندمدت دبی جریان و رویکرد محدوده تغییرپذیری (RVA) استفاده شده است. تغییرات در آمار دبی سالانه در دوره‌ از 1348 تا 1398 ارزیابی شد و سپس بر اساس نرم‌‌افزار CPA، دوره‌های مورد مطالعه مشخص شدند. مقادیر شاخص‌های تغییر هیدرولوژیک با استفاده از نرم‌افزار IHA محاسبه و در دوره‌های مختلف مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان داد که سری زمانی رواناب سالانه در دو سال دچار تغییر شده است. مقادیر تغییرات مقادیر دبی میانه در ماه‌های مختلف در هر دو دوره مورد مطالعه سال کاهشی بوده است و میزان شاخص تغییر هیدرولوژیکی در مقایسه با دوره‌های قبلی منفی بوده است. نتایج نشان داد که مقادیر دبی‌های کمینه 1، 3، 7، 30 و 90 روزه کاهش پیدا کرده و این کاهش در دوره سوم نسبت به دوره دوم، از مقدار 01/0 به مقدار صفر کاهش رسیده است. تعییرات میانه شاخص جریان پایه نیز حاکی از کاهش از 02/0 به مقدار صفر بوده است. روند افزایشی نرخ ضربان‌های کم جریان و فروکش جریان نیز به سمت کاهش دبی است. در مجموع، الگوی تغییرات شاخص‌های جریان رودخانه‌ای بر اساس رویکرد دامنه تغییرپذیری در هر دو دوره مطالعاتی دارای روند مشابهی بوده است که نشان از تداوم عوامل موثر بر تغییر رژیم جریان رودخانه بوده است و این تغییرات در اثر برداشت و انحراف آب اتفاق افتاده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determining the long-term changes in the flow regime of the Khiavchai mountainous river using the the Range of Variability Approach (RVA)

نویسندگان [English]

  • Sayyad Asghari 1
  • Hassan setayeshi nesaz 2
  • Raoof Mostafazadeh 3
  • Aghil Madadi 1
1 Professor of Geomorphology, Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Ph.D Student in Geomorphology, Department of Physical Geography, Faculty of Social Science, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Associate Professor, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili
چکیده [English]

Introduction

The changes in the river flow regime are the main factor in the stability of the river ecosystem and may change due to factors such as dam construction, water abstraction, flow diversion, and climate change. The hydrological regime of the river is the main driving force of ecosystem dynamics and river functioning. In addition, hydrological regimes play a major role in changing the structure and ecological processes of river ecosystems. On the other hand, the morphological characteristics are constantly changing over time as a dynamic system and these changes will be different due to changes in river flow and sediment transport capacity. The management of the watershed according to the distribution of the annual values of each of the 33 parameters of hydrological changes within the range of natural changes of the parameters is the basis of the range of variability approach. When the purpose of river flow change analysis is different between two time periods, the IHA software allows users to use RVA change methods to calculate indicators and compare results. The effective management of the river ecosystem requires the description of the parameters of the hydrological regime of the natural flow and the determination of the degree of changes in the flow rate of the regulated flow compared to the natural flow. Based on the literature review, the assessment of changes in the regime of rivers in mountainous areas requires comprehensive research. Khiavchai River of Meshgin shahr is a snow-fed rivers and a typical mountainous river, which has been selected as the study area. The purpose of this study is to investigate the changes in hydrological flow indicators in Khiavchai River, in this regard, long-term discharge data and range of variability (RVA) are used.

Methodology

First, the changes in annual discharge statistics were evaluated in the periods of 1969 to 2019 and then the studied periods were analyzed based on the change point analysis software. The range of variability approach is a type of hydrologically-based methods for river flow analysis. In this regard, management goals should be determined based on available ecological information regarding the river flow regime. In the absence of appropriate ecological information, it is recommended that the standard deviation range can be considered as a default for the initial determination of targets. In other words, the normal values of each of the IHA parameters in the normal state should be considered within the range of standard deviation (± STD) from the average values, or the 25% and 75% quartiles should be considered as the lower and upper limits of the parameters, respectively. The results of the changes in five groups of parameters of hydrological changes (IHA) in the range of range of variability changes were obtained at the Pol-Soltani hydrometric station, Khiavchai River using IHA software. In this regard, hydrologic change indicators are calculated using Indicator of Hydrologic Alteration software and compared and analyzed in different periods.

Results and Discussion

The results showed that the annual runoff series changes in two consequent periods. The changes in the average discharge variables in different months in both study periods of the year have been decreasing and the rate of change of the index has been negative compared to the previous periods. The results showed that the low flow discharge minimum 1, 3, 7, 30 and 90 days decreased and decreased to zero in the third period compared to the second period, to a value of 0.01. The mean changes of the base flow index also showed a decrease from 0.02 to zero. It is worth noting that the base flow index can lead to the reduction of snow storage or the destruction of vegetation, and as a result, it is upstream of the study area. The increasing trend of low flow pulses and recession rate also decreases considerably.

Conclusion

As a concluding remark, the pattern of changes in river flow indicators based on the changes of hydrologic indices in both study periods had a similar trend, which indicates the decreasing trend of changes in river flow regime components, and these changes have occurred as a result of water abstraction and river flow diversion. Although a part of the changes in discharge values can be related to the change in hydroclimatic variables, but due to lack of sufficient studies on changes in climatic variables, it is not possible to draw a firm conclusion in this regard. Determining changes in climate generators for the river flow regime can be suggested as one of influencing factors in river behavior changes as well as better management of surface water

کلیدواژه‌ها [English]

  • Base flow index
  • Low flow
  • Water yield
  • Indicator of Hydrologic Alteration
  • Flow abstraction
احمدی، ن.، مصطفوی، ح.، پیری، خ.، زینی‌وند، ح. 1401. ارزیابی تغییرات هیدرواکولوژیک رودخانه هلیل رود و تحلیل نقش توسعه انسانی در ایجاد آن. علوم محیطی، doi: 10.52547/envs.2022.1228
اصغری سراسکانرود، ص. 1393. تحلیل تأثیرات برداشت شن و ماسه بر مورفولوژی رودخانه قرنقو (محدوده بعد از سد سهند تا روستای خراسانک). هیدروژئومورفولوژی، 1(1): 39-21.
اصغری سراسکانرود، ص. 1397. تحلیل شکل مجرای رودخانه کلقان چای (حد فاصل سد کلقان تا الحاق به رودخانه قرنقو). پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، 6(2): 132-116.
امینی، ح.، اسمعلی‌عوری، ا.، مصطفی‌زاده، ر.، شرری، م.، ذبیحی، م. 1398. واکنش خشکسالی هیدرولوژیک در جریان تنظیمی رودخانه تحت تأثیر احداث سد در استان اردبیل. فیزیک زمین و فضا، 45(2): 486-473. doi: 10.22059/jesphys.2019.272671.1007078
پرچمی، ن.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی‌عوری، ا.، ایمانی، ر. (1401). تغییرات مکانی خشکسالی هیدرولوژیک جریان در مقیاس‌های مختلف زمانی در رودخانه‌های استان اردبیل. هیدروژئومورفولوژی، 9(33): 36-21. doi: 10.22034/hyd.2022.51550.1637
پیروزی، ا.، مددی، ع.، اصغری سراسکانرود، ص. 1399. بررسی تغییرات هیدرولوژیکی و مورفولوژیکی رودخانۀ گیوی‌‌چای ناشی از احداث سد گیوی. نشریه جغرافیا و توسعه 18(61): 58-29. doi: 10.22111/gdij.2021.5833
خان‌محمدی‌فلاح، س.، و شکوهی، ع. 1397. استفاده از مدل RVA در تبیین رژیم اکولوژیکی رودخانه‌ها به‌منظور تعیین جریان زیست محیطی. تحقیقات منابع آب ایران، 14(2): 241-231.
خسروی، غ.، سعدالدین، ا.، اونق، م.، بهره‌مند، ع.، مصطفوی، ح. (1398). طبقه‎بندی و تعیین تغییرات رژیم جریان آب رودخانه‎ای با استفاده از شاخص‏های هیدرولوژیکی IHA (مطالعۀ موردی: رودخانۀ خرمارود، استان گلستان). اکوهیدرولوژی، 6(3): 671-651.
شاکری‌زارع، ح.، کرم، ا.، صفاری، ا.، کیانی، ط. 1399. ارزیابی نیاز جریانی زیست‌محیطی بستر رودخانه مرزی هریرود بعد از احداث و آبگیری سد سلما افغانستان (با روش‌های هیدرولوژیکی). جغرافیا و مخاطرات محیطی، 9(2): 207-224. doi: 10.22067/geo.v9i2.85447
عسگری، ا.، مصطفی‌زاده، ر.، حاجی، خ. 1398. تحلیل نقاط تغییر در سری زمانی دبی برخی ایستگاه‌های هیدرومتری استان گلستان. علوم و تکنولوژی محیط زیست، 21(5): 93-81.
عیوضی، م.، علایی، ن.، مصطفی‌زاده، ر.، 1401. تغییرات زمانی رواناب و رسوب جریان رودخانه‌های کوهستانی سبلان. پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، ۱۳(۲۶): 43-57.
کاظمی، م.، ذبیحی سیلابی، م.، قره‌محمودلی، س.، جعفرپور، ع.، محمدی، ف. (1402). تأثیر احداث سد بر شاخص‌های هیدرولوژیکی سد شمیل و نیان استان هرمزگان. اکوهیدرولوژی، انتشار آنلاین. doi: 10.22059/ije.2023.354193.1709
مرادی‌نژاد.، و حسینی، س.ا. 1401. روند تغییرات هندسی رودخانه قره‌چای در سال‌های 1347 تا 1400. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(4): 90-77. doi: 10.22098/mmws.2022.10941.1092
مصطفی‌زاده، ر.، اسفندیاری‌درآباد، ف.، محمدی‌راد، ل.، حاجی، خ. 1399. تغییرات کمی و مقایسه آماری شاخص‌های هیدرولوژیک جریان رودخانه‌ای بعد از احداث سد یامچی اردبیل. محیط زیست و مهندسی آب، 6(2): 121-107. doi: 10.22034/jewe.2020.230926.1359
نادری، م.، شیخ، و.، بهره‌مند، ع.، کمکی، چ.، و قانقرمه، ع. 1402. تحلیل تغییرات رژیم جریان آب رودخانه‌ای با استفاده از شاخص‌های تغییرات هیدرولوژیکی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز حبله‌رود). مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 3(3): 19-1. doi: 10.22098/mmws.2022.11430.1129
نادری، م.، علی‌اوغلی، س.، پورغلام آمیجی، م.، فضل‌اولی، ر.، قجقی، آ. 1399. تحلیل تغییرات شاخص‌های هیدرولوژیک جریان رودخانه کارون در دوره‌های قبل و پس از احداث سد گتوند با استفاده از رویکرد محدوده تغییرپذیری. آبیاری و زهکشی ایران، 14(3): 782-765.
نصیری خیاوی، ع.، فرجی، ع.، مصطفی‌زاده، ر. (1398). پاسخ دبی جریان به تغییرات بارندگی با استفاده از شاخص الاستیسیته اقلیمی در برخی از ایستگاه‌های هیدرومتری استان اردبیل. هیدروژئومورفولوژی، 6(21): 22-1.
نصیری خیاوی، ع.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی‌عوری، ا.، غفارزاده، ا.، و  گلشن، م. 1398. تغییر شاخص‌های هیدرولوژیک جریان رودخانه بالخلوچای ناشی از تأثیر ترکیبی تغییر مولفه‌های اقلیمی و احداث سد یامچی اردبیل با استفاده از رویکرد دامنه تغییرپذیری. مهندسی و مدیریت آبخیز، 4(11): 865-851. doi: 10.22092/ijwmse.2018.116873.1413
Ghabelnezam, E., Mostafazadeh, R., Hazbavi, Z., & Huang, G. (2023). Hydrological drought severity in different return periods in rivers of Ardabil Province, Iran. Sustainability, 15(3), 1993.
Ge, J., Peng, W., Huang, W., Qu, X., and Singh, S. K. 2018. Quantitative assessment of flow regime alteration using a revised range of variability methods. Water, 10(5), 597.
Guo, W., Jiao, X., Zhou, H., Zhu, Y., and Wang, H. 2022a. Hydrologic regime alteration and influence factors in the Jialing River of the Yangtze River, China. Scientific Reports, 12(1), 11166.
Guo, W., Yao, L., Xu, J., Shao, J., OuYang, S., Cui, F., and Yang, Y. 2022b. Study on water regime assessment and prediction of stream flow based on an improved RVA. Open Geosciences, 14(1), 1347-1355.
Li, Y., Zhao, L., Zhang, Z., Li, J., Hou, L., Liu, J., and Wang, Y. 2022. Research on the Hydrological Variation Law of the Dawen River, a Tributary of the Lower Yellow River. Agronomy, 12(7), 1719.
Mathews R, Richter B.D. 2007. Application of the indicators of hydrologic alteration software in environmental flow setting. Journal of American Water Resources Association, 43: 1400–1413.
Mostafazadeh, R., Nasiri Khiavi, A., & Ghabelnezam, E. (2023). Temporal changes and flow pattern analysis using Colwell indices in mountainous rivers. Environment, Development and Sustainability, 1-18.
Pettitt, A.N. 1979. A non-parametric approach to change point problem. Applied Statistics, Vol. 28, No. 2, pp. 126-135.
Richter B.D, Baumgartner J.V, Wigington R, and Braun D. P. 1997. How much water does a river need? Freshwater Biology, 37: 231-249.
Richter B.D, Davis M.M, Apse C, Konrad C. 2018. A presumptive standard for environmental flow protection. River Research, 28: 1312–1321.
Sheikh, V., Sadoddin, A., Najafinejad, A., Zare, A., Hollisaz, A., Siroosi, H., Tajikim M., Gholipour, M. and Sheikh, J. 2022. The density difference and weighted RVA approaches for assessing hydrologic regime alteration. Journal of Hydrology, 613, 128450.
The Nature Conservancy. 2009. Indicators of Hydrologic Alteration Version 7.1 User's Manual. 81pp.Available online at: https://www.conservationgateway.org
Wang, X., Ma, W., Lv, J., Li, H., Liu, H., Mu, G., and Bian, D. (2022). Analysis of changes in the hydrological regime in Lalin River basin and its impact on the ecological environment. Frontiers in Earth Science, 10, 987296.
Yuqin, G., Pandey, K. P., Huang, X., Suwal, N., and Bhattarai, K. P. 2019. Estimation of hydrologic alteration in Kaligandaki River using representative hydrologic indices. Water, 11(4), 688.
Zhang, H., Wang, B., Lan, T., Shi, J., and Lu, S. 2016. Change-point detection and variation assessment of the hydrologic regime of the Wenyu River. Toxicological & Environmental Chemistry, 98(3-4), 358-375.