Hydrological drought response of regulated river flow under the influence of dam reservoir in Ardabil Province

Document Type : Research


1 M.Sc. Student, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

2 Associate Professor, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

3 Assistant Professor, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

4 Ph.D. Student, Department of Watershed management, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tarbiat Modares, Tehran, Iran


Due to the importance of rivers in water supply, it is crucial to understand the flow condition and river regime. The river flows are affected by dam construction, climate change, flow diversion, backwater and urban development, which cause various problems, such as drought, flow reduction and environmental issues. Hydraulic structures have great impacts on the hydraulic conditions of rivers downstream. The reservoir dams as the most important hydraulic structures constructed on rivers, have considerable changes on flow regime conditions, therefore, drought and river flow drying area are major impacts of dams on downstream rivers. One of the common types of droughts is the hydrological drought, which is followed by meteorological drought with a delayed time. The most commonly definition of hydrological drought is based on a truncation level. The hydrological drought occurs when the river flow falls below a defined threshold level. The Yamchi and Sabalan dams are two main important dams in Ardabil Province due to the water supply for drinking water and irrigated agricultural lands.
Due to the consequences of short and long-term socio-economic and environmental effects of droughts as a natural disaster, it is necessary to study the frequency, severity, and spatial extent of drought spells. Accordingly, the drought characterization plays an important role in macroeconomic planning and decision-making to achieve sustainable development goals. The purpose of this study is to evaluate the effect of the Yamchi and Sabalan dams on the flow regime and hydrological drought occurrence of the downstream rivers, areas.
The used data in this study were the daily discharges, which were obtained from four hydrometric stations located upstream and downstream of the dams under the study. In this study, the seasonal threshold of was chosen and drought characteristics of the upstream and downstream stations of each of the dams were evaluated and then the drought severity at different durations was calculated using the Runs theory. Then, the Easy Fit software was employed to calculate the drought intensity at different return periods. The drought severity amounts were plotted over different return periods and the Severity-Duration-Frequency curves that were drawn for the upland and downstream of the constructed dam reservoirs. The percent change in discharge at the upstream and downstream stations of the studied dams were calculated to quantify the degree of influence.
According to the results, the highest drought occurrence in both studied dams were observed at 1-month duration and at Pole-almas and Dost-beiglou river gauge stations. It can be concluded that the severity of the observed hydrological droughts increases under the influence of both Yamchi and Sabalan dams as the return period increases. Also, the most severe drought spells occurred is related to the Sabalan dam and its upstream station (Arbabkandi). According to SDF curves, the drought severity increases in higher drought durations in the upstream and downstream stations of the Yamchi dam. According to the results, the percentage of changes in the downstream hydrometery station of the Sabalan dam is positive in almost all water years, which confirms the positive effect of Sabalan Dam on hydrological drought reduction and flow regulation. The highest percentage of changes in both of these dams is for to June, which indicates the difference in discharge values in upstream and downstream of the dams. In other words, this indicates that both of the studied dams, especially the Sabalan Dam, have increased the monthly base flow rate over the downstream reaches.
It can be concluded that the construction of the Yamchi Dam caused a decrease in the flow amount in the downstream area and increased the occurrence of hydrological drought events. While, the Sabalan Dam regulated the flow regime of the Garesou river in the dam downstream and reduced the severity of hydrological drought spells and modifies the river flow regime for all months of the year.


Main Subjects

آذرنگ، ف.، تلوری، ع.ر.، صدقی، ح. و شفاعی بجستان، م.، 1396، اثرات احداث سدهای بزرگ بر شرایط جریان و پارامترهای هیدرولیکی رودخانه (مطالعه موردی: رودخانه کرخه پاییندست سد مخزنی)، نشریه آب و خاک، 31، 1، 27-11.
باقری، ر. و محمدی، ص.، 1391، بررسی تغییرات مکانی خشکسالی با استفاده از زمین آمار در استان کرمان در یک دوره آماری سی ساله (1379-1349)، تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 19، 2، 283-296.
بایزیدی، م. و ثقفیان، ب.، 1390، تجزیه و تحلیل منطقه‌ای خشکسالی جریان رودخانه‌ای در مناطق جنوب غرب کشور، علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 5، 14، 52-37.
پیرستانی، م. و شفقتی، م.، 1388، بررسی اثرات زیست محیطی احداث سد، جغرافیای انسانی، 1،3، 50-39.
خروشی، س.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی عوری، ا. و رئوف، م.، 1396، ارزیابی تغییرات زمانی و مکانی شاخص سلامت هیدرولوژیک رودخانه در حوضه‌های آبخیز استان اردبیل، اکوهیدرولوژی، 4، 2، 379-393.
رنجبر، م. و امینی، ت.، 1393، ارزیابی اثرسدها بر منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی سد سلمان فارسی-استان فارس)، جغرافیا،12،40، 206-187.
سالمی، ح. و راست، ه.، 1383، سیمای کلی هیدرولوژی حوضه آبخیر زاینده‌رود، آب و فاضلاب، 15، 2، 13-2.
سلاجقه، ع.، مصباح‌زاده، ط.، سلیمانی ساردو، ف. و علیپور، ن.، 1396. ارزیابی خشکسالی هیدرولوژیک با استفاده از روش حد آستانه (مطالعه موردی حوزه سد کرج)، علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 11، 39، 100-89.
سیفی زاده، م.، عمادی، ع. و فضل‌اولی، ر.، 1392، تغییرات مورفولوژی رودخانه پلرود در پایین‌دست سد، قبل و بعد از احداث سد در مقیاس کوتاه مدت، مهندسی آبیاری و آب، 12،3، 70-60.
شاعری کریمی، س.، یاری پیلمبرایی، ا. و یاسی، م.، ۱۳۹۰، بررسی تأثیر سدها بر تغییر رژیم جریان رودخانه با تمرکز بر جریان زیست‌محیطی، چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
عراقی نژاد، ش. و کارآموز، م.، 1393، هیدرولوژی پیشرفته، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، چاپ اول، 468 ص.
قاسم نژاد، م.، شایان، س. و یمانی، م.، 1392، اثرات احداث سد مخزنی گیلان غرب بر مورفولوژی بستر رود گیلان غرب محدوده بالادست و مخزن سد، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، 2، 1، 132-113.
کریمی جشنی، ا. و چمانچی، م.، 1386، مقایسه اثرات مخرب زیست محیطی سدها با کاربرد ماتریس وتن و رائو، اولین کارگاه تخصصی سد و محیط زیست، تهران، مرکز مدیریت بهسازی و بهره‌وری تاسیسات و ابنیه آبی ایران.
کریمی، م.، شاهدی، ک. و بایزیدی، م.، 1394، تحلیل خشکسالی هیدرولوژیکی با روش حد آستانه ثابت (مطالعه موردی: حوزه آبخیز کرخه)، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 6، 11، 72-59.
محمدی‌راد، ل.، 1397، مقایسه تغییرات شاخص‌های هیدرولوژیک جریان رودخانه‌ای در اثر احداث سد (مطالعه موردی: سد یامچی و سد سبلان استان اردبیل)، پایان‌نامه کارشناسی‌ ارشد ژئومورفولوژی و برنامه‌ریزی محیطی، دانشگاه محقق اردبیلی.
محمدی، ز.، 1392، بررسی خشکسالی هیدرولوژیکی با شاخص SWSI (مطالعه موردی: حوضه‌آبخیز سد زاینده‌رود)، پایان‌نامه کارشناسی ارشد جغرافیا، دانشگاه اصفهان.
مهری، س.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی عوری، ا. و قربانی، 1.، 1396، تغییرات زمانی و مکانی جریان پایه در رودخانه‌های استان اردبیل، فیزیک زمین و فضا، 43، 3، 634-623.
یوسفی، ی.، رورده، ه. و رضوی، س.م.، 1390، تغییرپذیری زمانی و مکانی جریان رودهای استان مازندران، جغرافیا و آمایش سرزمین، 1، 2، 88-75.
Delpla, I., Jung, A. V., Baures, E., Clement, M. and Thomas, O., 2009, Impacts of climate change on surface water quality in relation to drinking water production, Environmental International, 35 (8), 1225-1233.
Dongan, Li., Di, L., Jianshi, Zh., Hui, Lu. and Yang, H., 2017, Observed changes in flow regimes in the Mekong River basin, Journal of Hydrology, 551, 217-232.
Halwatura, D., Lechner, A. M. and Arnold, S., 2015, Drought severity–duration–frequency curves: a foundation for risk assessment and planning tool for ecosystem establishment in post-mining landscapes, Hydrology and Earth system Sciences, 19, 1069 - 1091
Khedun, C. P., Chowdhary, H., Giardino, J. R., Mishra. and Singh, V. P., 2011, Analysis of Drought Severity and Duration Based on Runoff Derived from the Noah Land Surface Model, Symposium on Data- Driven Approaches to Droughts. 42p.
Lopez-Moreno, J. I., Vicente-Serrano, S. M., Begueria, S., Garcia-Ruiz, J. M., Portela, M. M. and Almeida, A. B., 2009, Dam effects on droughts magnitude and duration in a transboundary basin: The Lower River Tagus, Spain and Portugal, Water Resources Research, 45: 1-13.
Mehta, R., Sharad, K., Jain, R. and Kumar, D. S. G., 2012, Hydrological impacts of Dams: A Review, National Institute of Hydrology, Roorkee, IJWREM, 3 (1), 75-97.
Mishra, A. K. and Singh, V. P., 2010, A review of drought concepts, Journal of Hydrology, 391, 202-216.
Mix, K., W. Groeger, A. and L.Lopes, V., 2016, Impacts of dam construction on streamflows during drought periods in the Upper Colorado River Basin, Texas, Lakes and reservoirs, 21: 329-337.
Rangecroft, S., Van Loon, A., Maureira, H., Verbist, K. and Hannah D. M., 2016, Multi-method assessment of reservoir effects on hydrological droughts in an arid region, Earth System Dynamics, 57:1-32.
Salmi, T., Maatta, A., Anttila, P., Ruoho-Airola, T. and Amnell, T., 2002. Detecting trends of annual values of atmospheric pollutants by the Mann-Kendall test and Sen,s slope estimates the excel template application MAKESENS, Finnish Meteorological Institute, 31, 1-35.
Sarailidis, G., Vasilides, L. and Loukas., 2015, The quantification of threshold level method on lows studies, Proceedings of the 14th International Conference on Environmental Science and Technology Rhodes, Greece, 1-5 p.
Tallaksen, L. M. 2000, Streamflow drought frequency analysis, In: Drought and Drought Mitigation in Europe (Ed. by Vogt, J. V. and F. Somma), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 103-117.
Van Loon, A. F. and Laaha, G., 2015, Hydrological drought severity explained by climate and Catchment Characteristics, Journal of Hydrology, 526: 3–14.
Zuoi, Q. And Liang., 2015, Shikui Effects of dams on river flow regime based on IHA/RVA, Remote Sensing and GIS for Hydrology and Water Resources (IAHS Publ. 368).