بررسی قابلیت مدل دوبعدی HEC-RAS در تهیه نقشه خطر سیلاب در رودخانه قره‌چای رامیان، استان گلستان

جغرافیا و مخاطرات محیطی

مقاله 9، دوره 12، شماره 4 - شماره پیاپی 48، بهمن 1402، صفحه 187-203   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/geoeh.2022.75557.1185

نویسندگان

محبوبه بای¹؛ ناصر طهماسبی پور^{* 2}؛ حسین زینی وند²؛ امیر سعدالدین³؛ مهدی کاهه⁴

¹دانشجوی دکتری مهندسی آبخیزداری، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

²دانشیار، هیدرولوژی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

³استاد، مدیریت آبخیز، دانشگاه علوم‌کشاورزی و منابع‌طبیعی گرگان، گرگان، ایران

⁴دکتری منابع آب (سازه‌های هیدرولیکی)، شرکت سهامی آب منطقه‌ای گلستان، گرگان، ایران

چکیده

تغییرات در الگوها و شدت‌های بارش ناشی از تغییر اقلیم جهانی موجب تشدید رخدادهای سیل به‌عنوان یکی از رایج‌ترین بلای طبیعی در سطح دنیا شده است. این در حالی است که بشر نمی‌تواند جلوی بروز سیل را بگیرد، اما می‌تواند اثرات این مخاطره را با شناسایی دقیق مناطق مستعد سیل و اجرای اقدامات مدیریت ریسک محور کاهش دهد. حوزه آبخیز قره‌چای یکی از سرشاخه‌های حوضه گرگانرود در استان گلستان به‌عنوان منطقه موردمطالعه انتخاب شد که رخدادهای سیلابی متعددی را تجربه نموده است. در این مطالعه خطر سیل با استفاده از مدل هیدرولیکیHEC-RAS  دوبعدی ارزیابی شده است. بدین‌منظور مقادیر دبی رخداد سیلابی سال ۱۳۹۷ به‌عنوان ورودی مدل مذکور انتخاب شدند و بهینه‌سازی ضرایب زبری مانینگ مطابق با شواهد موجود انجام شد و سپس واسنجی مدل انجام شد. شاخص‌های آماری مورد استفاده در ارزیابی مدل همگی توصیف‌کننده شبیه‌سازی خوب آن می‌باشند. نتایج نشان داد با افزایش دوره بازگشت سیل، گستره، عمق و میزان خطر ناشی از آن افزایش می‌یابد؛ به‌طوری‌که با در نظر گرفتن دوره بازگشت صدسال در مطالعه حاضر، پهنه سیلاب بخش‌هایی از روستای سیدکلاته را تحت‌تأثیر قرار داده است. در نقشه پهنه‌بندی خطر سیل، حدود نیمی از بازه موردمطالعه در کلاس بسیار کم‌خطر (کلاس یک) قرار دارند. نتایج مطالعه به‌منظور اتخاذ راهبردها و برنامه‌های مناسب با هدف سازگاری با شرایط تغییر اقلیم و به‌عنوان ابزار مناسب برای شناسایی مناطق مستعد و در معرض خطر سیل کاربرد دارد.

کلیدواژه‌ها

نقشه خطر سیل؛ مدل HEC-RAS دوبعدی؛ مدیریت ریسک سیل؛ رودخانه قره‌چای؛ استان گلستان

مراجع

اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان؛ 1386. مطالعه هیدرولوژی حوزه آبخیزه قره‌چای رامیان. مهندسی مشاور شمال. 28 ص.

وزیری، فریبرر؛ صیاد مشتاق، شاهین؛ ناصری نوع‌دوست، میرناظر؛ پیمان، بهروز؛ فتحی، ولی‍الله؛ 1363. تجزیه‌وتحلیل رگبارها در نقاط مختلف ایران، جهاد دانشگاهی دانشـگاه خواجـه نصـیرالدین طوسـی، واحـد طـرح و تحقیقات. 205 ص. https://www.sid.ir/paper/789303/fa

 

Amrei, D. and Britta, S., 2020. Flood hazard analysis in small catchments: comparison of hydrological and hydrodynamic approaches by the use of direct rainfall. Journal of flood risk management, 13: 26 p. https://doi.org/DOI:10.1016/j.jhydrol.2013.02.010.

Arcement, G. J., and Schneider, V. R. 1989. Guide for selecting Manning’s roughness coefficients for natural channels and flood plains: U. S. Geological Survey Water-Supply Paper 2339, 38 p. https://doi.org/10.3133/wsp2339

Arnell, N,W., Gosling, S. N., 2013. The impacts of climate change on river flow regimes at the global scale. J. Hydrology, 486: 351–364. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.02.010.

Association of state floodplain managers., 2004. Reducing flood losses: is the 1% chance (100-year) flood standard sufficient? National Academies Disasters Roundtable, Assembly of the Gilbert F. White National Flood Policy Forum, Washington DC, 142. https:// biotech.law. lsu.edu/blog/nrcs143_009401.pdf

Brunner, G.W., 2016. HEC-RAS river analysis system, hydraulic reference manual. Version 5.0; Hydrologic Engineering Centre: Davis, CA, USA, 547. https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/documentation/HEC-RAS_4.1_Reference_Manual.pdf

Chow VT., 1959. Open-Channel hydrulics. McGRAW·hill book company; I: 350. https:// heidarpour. iut.ac.ir/ sites/heidarpour.iut.ac.ir/ files/u32/open-chow.pdf

Costabile. P., Costanzo, C., Ferraro, D., Macchione, F., and Petaccia, G., 2020. Performances of the new HEC-RAS version 5 for 2-D Hydrodynamic-Based Rainfall-Runo Simulations at basin scale: comparison with a State-of-the Art Model.Water, 12 (2326): 19 p.  https://doi.org/10.3390/w12092326.

 Di Baldassarre, G., Schumann, G., Bates, P. D., Jim, E.,a nd Beven, J., 2010. Flood-plain mapping: a critical discussion of deterministic and probabilistic approaches. Hydrological Sciences Journal, 55 (3): 364-376. https://doi.org/10.1080/02626661003683389.

Dinh, Q., Balica, S., Popescu, I., and Jonoski, A., 2012. Climate change impact on flood hazard, vulnerability and risk of the Long Xuyen Quadrangle in the Mekong Delta. International Journal of River Basin Management, 10: 103-120. https://doi.org/10.1080/15715124. 2012.663383.

Ferri, M., Wehnm U., See, L., Monego, M., and Fritz, S., 2020. The value of citizen science for flood risk reduction: cost–benefit analysis of a citizen observatory in the Brenta-Bacchiglione catchment. Hydrology and Earth System Sciences, 24 (12): 5781-5798. https://doi.org/10.5194/hess-24-5781-2020.

Ghanbarpour, M. R., Salimi, S.h., Mohseni, S. M., and Zare, M., 2011. Calibration of river hydraulic model combined with GIS analysis using ground-based observation data. Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 3 (5): 456-463. https://portal.research.lu.se/en/publications/calibration-of-river-hydraulic-model-combined-with-gis-analysis-u.

Guha-Sapir, D., Hoyois, P. h, and Below, R., 2016. Annual disaster statistical review 2015: The numbers and trends. Brussels: Centre for Research on the Epidemiology of Disasters  (CRED), 59p.https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKE0&opi=89978449.

HEC-RAS River Analysis System., 2016. User's Manual Version 5.0. U. S Army Corps of Engineers Institute for Water Resources Hydrologic Engineering Centre (HEC). 538 p. https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/documentation/HEC-RAS%205 .0% 20 Users% 20Manual.pdf

Krause, P., Boyle, D. P., and Base, F. 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment. Advances in Geosciences, 5: 89–97. https://doi.org/10.5194/ adgeo-5-89-2005.

 Kumar, N., Kumar, M., Sherring, A., Suryavanshi, S., Ahmad, A., and Lal, D., 2019. Applicability of HEC-RAS 2D and GFMS for flood extent mapping: a case study of Sangam area, Prayagraj, India. Model. Earth Syst. Environ, 6: 397–405. https://doi.org/10.1007/ s40808-019-00687-8.

McIntyre, N., and Al-Qurashi, A., 2009. Performance of ten rainfall–runoff models applied to an arid catchment in Oman.Environmental Modeling and Software, 24 (6): 726-738. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2008.11.001.

Mihu-Pintilie, A., Cimpianu, C. I.; Stoleriu, C. C., Pérez, M. N., and Paveluc, L. E., 2019. Using high-density LiDAR data and 2D streamflow hydraulic modeling to improve urban flood hazard maps: A HEC-RAS multi-scenario approach. Water, 11 (9) 1832: 24 p. https://doi.org/10.3390/w11091832.

Moriasi, D., Arnold, J., Van, L., Michael, W., Bingner, R., Harmel, R. D, and Veith, T L., 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE, 50 (3): 885-900. http://dx.doi.org/10.13031/ 2013.23153.

Moya Quiroga, V., Kure, S., Udo, K., and Mano, A., 2016. Application of 2D numerical simulation for the analysis of the February 2014 Bolivian Amazonia flood: Application of the new HEC-RAS version 5. Revista Iberoamericana Del Agua (RIBAGUA), 3 (1): Pages 25-33. https://doi.org/ 10.1016/j.riba.2015.12.001.

Naeem, B., Azmat, M., Ahmad, S. H., Khattak, M. U, Haider, S., Ahmad, S., Khero, Z., and Goodell, Ch. R., 2021. Flood hazard assessment for the Tori Levee Breach of the Indus River Basin, Pakistan. Water, 13 (5): 19 p. https://doi.org/ 10.3390/w13050604.

Ongdas, N., Akiyanova, F., Karakulov, Y., Muratbayeva, A., and Zinabdin, N., 2020. Application of HEC-RAS (2D) for flood hazard maps generation for Yesil (Ishim) River in Kazakhstan. Water, 12 (10): 20 p.  https://doi.org/10.3390/w12102672.

Phogat, V., Skewes, M. A., Cox, J. W, and Simunek, J., 2016. Statistical assessment of a numerical model simulating agro hydro-chemical processes in soil under Drip Fertigated Mandarin Tree. Irrigat Drainage Sys Eng, 5: 155. 9 p. https://doi.org/10.4172/2168-9768.1000155.

Pinos, Juan., and Timbe, Luis., 2019. Performance assessment of two-dimensional hydraulic models for generation of flood inundation maps in mountain river basins. Water Science and Engineering, 12 (1): 11-18. https://doi.org/10.1016/j.wse.2019.03.001.

Plate, E. J., 2002. Flood risk and flood management. Journal of Hydrology, 267: 2–11. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(02)00135-X.

Rangari, V. A, Umamahesh, N. V, and Bhatt, C. M., 2019. Assessment of inundation risk in urban foods using HEC RAS 2D. Modeling Earth Systems and Environment, Springer Nature Switzerland AG. 13 p. https://Doi.org/10.1007/s40808-019-00641-8.

Raposo, J. R, Molinero J, and Dafonte J., 2012. Parameterization and quantification of recharge in crystalline fractured be rocks in Galicia-Costa (NW Spain). Hydrol, Earth Syst. Sci. Discuss, 9: 1919–1960. https://doi.org/10.5194/hess-16-1667-2012.

Sahoo, S. N, and Sreeja, P., 2017. Sensitivity of imperviousness determination methodology on runoff prediction, ISH Journal of Hydraulic Engineering, Taylor and Francis, 23 (3): 276-282. https://doi.org/10.1177/ASWR.S36089.

Shahiri Parsa, A., Nori, M., Heydari, M., and Rashidi, M., 2016. Floodplain zoning simulation by using HEC-RAS and CCHE2D Models in the Sungai Maka River. Air, Soil and Water Research, 9: 55–62. https://doi.org/10.4137/ASWR.S3608.

Soler, C., Sentelhas, P., and Hoogenboom, G., 2007. Application CSMCERES maize model for planting date evaluation and yield forecasting for maize grown off season in a subtropical environment. Eur. J. Agron, 27:165-177. https://doi.org/10.1016/j.eja.2007.03.002.

Tabarak, W., Ali, N., and Ali, A.A., 2021. Development and classification of flood hazard map using 2D hydraulic model. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 9 p. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1090/1/012122.

Tellman, B.; Sullivan, J. A.; Kuhn, C.; Kettner, A. J; Doyle, C. S. Brakenridge, G. R., Erickson, T. A., and Slayback, D.A., 2021. Satellite imaging reveals increased proportion of population exposed to floods. Nature, 596: 80–86. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03695-w.

Trinh, M. X., and Molkenthin, F., 2021. Flood hazard mapping for data‑scarce and ungauged coastal river basins using advanced hydrodynamic models, high temporal‑spatial resolution remote sensing precipitation data, and satellite imageries. Natural Hazards, 109:441–469. https://doi.org/10.1007/s11069-021-04843-1.

Viglione, A. and M. Rogger., 2015. Flood Processes and Hazards. Paron P, Baldassarre GD, (Editors). Hydro-Meteorological Hazards, Risks and Disasters, 289. https://doi.org/10.1016/ B978-0-12-394846-5.00001-1.