تحلیل دینامیکی مخاطره سیلاب با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS (مطالعه موردی: رودخانه‌ شاهین‌شهر، استان اصفهان)

جغرافیا و مخاطرات محیطی

مقاله 5، دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 41، اردیبهشت 1401، صفحه 77-97   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/geoeh.2021.71679.1093

نویسندگان

سید میثم مشعشعی¹؛ رویا پناهی^{* 2}؛ میترا مشعشعی³

¹کارشناس مهندسی رودخانه، شرکت مهندسین مشاور آب پردازان نواندیش، کردستان، ایران

²دکتری ژئومورفولوژی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

³کارشناسی ارشد نقشه‌برداری (سنجش‌ازدور)، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه کردستان، کردستان، ایران

چکیده

وقوع سیل یک ‌پدیده ‌طبیعی ‌است‌ و خطر وقوع آن در مناطق شهری یک مسئله جهانی است. رشد شهرنشینی و تغییرات آب و هوایی مخاطره سیلاب­های شهری را افزایش داده و باعث ایجاد خسارت به زیرساخت­ها و صدمات جانی شده است. هدف این پژوهش تحلیل دینامیکی مخاطره سیلاب رودخانه شاهین­شهر (استان اصفهان) است؛ بنابراین جهت شبیه‌سازی مخاطره سیلاب از مدل یک بعدیHEC_RAS  استفاده گردید و از طریق الحاق HEC–GEORAS در محیطGIS  پردازش داده­های ژئومتری انجام­ شد. جهت محاسبه دبی برای دوره بازگشت­های 25، 50 و 100 ساله، حوضه آبریز منطقه موردمطالعه به داخل محیط نرم­افزار  HEC- HMSوارد شد و مشخصات فیزیوگرافی حوضه آبریز از قبیل: مساحت، طول آبراهه اصلی، شماره منحنی خاک (CN)، زمان تمرکز و زمان تأخیر وارد گردید. بر این اساس، نتایج خروجی حداکثر دبی سیلاب با دوره­های بازگشت­های متفاوت محاسبه شد نتایج حاصل از مدل نشان می­دهد که با توجه به شرایط رودخانه، منطقه به سه بازه مختلف تقسیم­بندی شد که ضریب زبری مانینگ با استفاده از روش کوان برای بازه­های مختلف هر بخش جداگانه محاسبه گردید. نتایج حاصل از مطالعات نشان می­دهد که پهنه سیلاب در دور بازگشت 25 ساله 948/0 کیلومتر مربع، در دوره بازگشت 50 ساله 13/1 و در دوره بازگشت 100 ساله 34/1 کیلومتر مربع از اراضی حاشیه رودخانه شاهین‌شهر را در بر گرفته­اند؛ و در بازه آخر به دلیل کاهش میزان شیب و کاهش سرعت جریان پهنه سیلاب از سایر بازه­ها گسترده­تر شده است.

کلیدواژه‌ها

شبیه‌سازی سیلاب؛ رودخانه شاهین‌شهر؛ HEC_RAS

مراجع

پناهی، رؤیا؛ حسین زاده، محمدمهدی؛ 1400. پهنه‌بندی و تحلیل ژئومورفولوژیکی سیلاب رودخانه دینور (استان کرمانشاه) با استفاده از مدل هیدرولیکیHEC-RAS. جغرافیا و مخاطرات محیطی، شمارۀ سی و ششم. صص 45 -64.

 https://dx.doi.org/10.22067/geoeh.2021.71679.1093

پور نبی درزی، سمیه؛ وفاخواه، مهدی؛ رجبی، رسول؛ 1400. پهنه‌بندی سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS و GIS ، (مطالعه موردی: حوزه آبخیز چشمه کیله شهرستان تنکابن). مجله علمی پژوهشی مخاطرات محیط طبیعی. دوره دهم. شماره بیست و هشتم. صص 15-28.

https://www.doi.org/10.22111/jneh.2021.28694.1603

حسین زاده، محمدمهدی؛ اسماعیلی، رضا؛ 1394. ژئومورفولوژی رودخانه­ای، مفاهیم اشکال و فرایند­ها. چاپ اول. تهران: مرکز چاپ و انتشارات دانشگاه شهید بهشتی.

دامادی، سکینه؛ دهواری، عبدالحمید؛ دهمرده قلعه نو، محمدرضا؛ ابراهیمیان، محبوبه؛ 1399. پهنه­بندی سیلاب با استفاده از مدل هیدرولیکی (HEC-RAS) در رودخانه سرباز استان سیستان و بلوچستان. نشریه علمی- پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز، جلد 13. شماره 3. صص 590 – 610.

https://dx.doi.org/10.22092/ijwmse.2021.124028.1573

روستایی، شهرام؛ ایاسه، فریبا؛ رضایی مقدم، محمد. حسین؛ 1399. شبیه‌سازی دو بعدی سیلاب رودخانه لیقوان با تأکید بر دشت سیلابی. پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی. سال نهم. شماره 1. صص 41 -28.

magiran.com/p2149697

ریاحی مدوار، حسین؛ فکوری، بهمن؛ 1400. تحلیل عدم قطعیت نتایج مدل  HEC-RAS در شبیه‌سازی فراسنجه­ای هیدرولیکی جریان رودخانه کارون با رویکرد مونت‌کارلو. نشریه هیدرولیک انجمن هیدرولیک ایران. دوره 16. شماره 1. صص 1-22.                                  https://dx.doi.org/10.30482/jhyd.2021.253266.1483

شفیعی، خسرو؛ عبادتی، ناصر؛ 1399. پهنه­بندی سیلاب و شبیه­سازی رفتار هیدرولیک رودخانه با استفاده از نرم‌افزار (HEC-RAS مطالعه موردی رودخانه مارون – جنوب غرب ایران). مجله اکوهیدرولوژی. دوره 7. شماره 2. صص 397 – 409.                                         https://dx.doi.org/10.22059/ije.2020.298473.1293

علیزاده، امین؛ 1388. اصول هیدرولوژی کاربردی. چاپ بیست و هفتم. مشهد: انتشارات دانشگاه امام رضا (ع).

مختاری، داود؛ رضایی مقدم، محمدحسین؛ معزز، سمیه؛ 1400. تحلیل دینامیکی مخاطره سیلاب در مخروط افکنه­های فعال با استفاده از مدل هیدرودینامیکی HEC-RAS و تکنیکGIS  مطالعه موردی: مخروط افکنه لیلان، شمال غرب ایران. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی. سال نهم. شماره 4. صص 169-185.

 https://www.doi.org/10.22034/gmpj.2021.131021

 

Abderrezzak, k.e.k., Paquier, A., and E. Mignot., 2009. Modelling flash flood propagation in urban areas using a two-dimensional numerical model. Natural Hazards, 50: 433–460. https://doi.org/10.1007/s11069-008-9300-0

Avand, M.T., Moradi, H.R., and M, Ramazanzadeh., 2021. Spatial modeling of flood probability using geo-environmental variables and machine learning models, case study: Tajan watershed, Iran. Advances in Space Research, 67: 3169-3186. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.02.011

Brierley, G,L., and Fryirs, K., 2005. geomorphology and river management application of the river style framework. Blackwell Publishing, Malden. MA. pp 398. DOI:10.1002/ 9780470751367

Brunner, G.W., 2001. HEC-RAS River Analysis System: User's Manual. US Army Corps of Engineers, Institute for Water Resources. Hydrologic Engineering Center.

Chang, H.S., Chen, T.L., 2016. Spatial heterogeneity of local flood vulnerability indicators within flood prone areas in Taiwan. Environmental Earth Sciences, 75(23): 1-14. https://doi.org/ 10.1007/s12665-016-6294-x

Clarke, S.E., Burnett, K.M., and D.J. Miller., 2008. Modeling Streams and Hydrogeomorphologic Attributes in Oregon from Digital and Field Data. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 44:  459-477.DOI:10.1111/j.1752-1688.2008.00175.x

COON, W.F., 1996. Estimates of Roughness Coefficients for Selected Natural Stream Channels with Vegetated Banks in New York. U.S. DEPARTMENT OF THE INTERIOR BRUCE BABBITT, Secretary. https://doi.org/10.3133/ofr93161

Ezz, H., 2018. Integrating GIS and HEC-RAS to model Assiut plateau runoff. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 2: 219 -227. https:// doi.org/ 10.1016/ j.ejrs.2017.11.002

Ezzine, A., Saidi, S., Hermassi, T., Kammessi, I., Darragi, F., Rajhi, H., 2020. Flood mapping using hydraulic modeling and Sentinel-1 image: Case study of Medjerda Basin, northern Tunisia: The Egyptian. Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 23: 303-310. https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2020.03.001

Geravand, F., Hosseinia, SM., Ataie-Ashtiani, B., 2020. Influence of river cross-section data resolution on flood inundation modeling: Case study of Kashkan river basin in western Iran. Journal of Hydrology, 584: 124743. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124743

Ibrahimkhan, P.A., Agnihotri, P.G., 2021. Application of new HEC‑RAS version 5 for 1D hydrodynamic flood modeling with special reference through geospatial techniques: a case of River Purna at Navsari, Gujarat, India. Modeling Earth Systems and Environment, 7:1133–1144. https://doi.org/10.1007/s40808-020-00961-0

Khosravi, K.h., Panahi, M., Golkarian, A., Keesstra, S.D., Saco, P.M., Tien, B.D., Lee, S., 2021. Convolutional neural network approach for spatial prediction of flood hazard at national scale of Iran. Journal of Hydrology, 591: 2-35. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125552

Khosravi, K.h., Pham, B.T., Chapi, K., Shirzadi, A., Shahabi, H., Revhaug, I., Prakash, I., Tien Bui, D., 2018. A comparative assessment of decision trees algorithms for flash flood susceptibility modeling at Haraz watershed, northern Iran. Science of The Total Environment, 627: 744-755. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.01.266

Pietron, J., Jarsjo, J., Romanchenko, A.O., Chalov, SR., 2015. Model analyses of the contribution of in-channel processes to sediment concentration hysteresis loops. Journal of Hydrology, 527: 576-589. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.05.009

S.C.S. (SCS)., 1972. National Engineering Handbook, Section 4: Hydrology, Washington, DC.

Termeh, S.V.R., Kornejady, A., Pourghasemi, H.R., Keesstra, S., 2018. Flood susceptibility mapping using novel ensembles of adaptive neuro fuzzy inference system and metaheuristic algorithms. Science of the Total Environment, 615: 438-451. https:// doi.org/ 10.1016/ j. scitotenv. 2017.09.262 

Yerramilli, S.A., 2012. Hybrid Approach of Integrating HEC-RAS and GIS Towards the Identification and Assessment of Flood Risk Vulnerability in the City of Jackson, MS. American Journal of Geographic Information System, 1(1): 7-16. https:// doi.org/ 10.5923/ j.ajgis.20120101.02

Yousefi, S., Pourghasemi, H.R., Rahmati, O., Keesstra, S.D., Emami, S.N., Hooke, J., 2021. Geomorphological change detection of an urban meander loop caused by an extreme flood using remote sensing and bathymetry measurements (a case study of Karoon River, Iran). Journal of Hydrology, 597: 2-34. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125712

Zelenakova, M., Fijko, R., Labant, S., Weiss, E., Markovic, G., Weiss, R., 2019. Flood risk modelling of the Slatvinec stream in Kru _ zlov village, Slovakia. Journal of Cleaner Production, 212:109-118. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.12.008