روندیابی سیل به روش موج سینماتیک در بستر GIS (مطالعه موردی: رودخانه قره‌چای)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی و مدیریت منابع آب، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلامشهر، ایران

2 استادیار گروه مهندسی عمران، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلامشهر، ایران

3 دانشیار گروه زمین شناسی، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلامشهر، ایران

چکیده

هدف پژوهش حاضر، روندیابی سیل رودخانه قره‌چای به‌روش موج سینماتیک بود که در محیط برنامه‌نویسی MATLAB انجام شد. با فراهم‌آوردن داده‌های موردنیاز، مدل‌سازی روندیابی سیل هر ایستگاه به‌روش موج سینماتیک در حوضه رودخانه قره‌چای صورت گرفت. نتایج حاصل از مشخصات فیزیکی رودخانه حاکی از آن بود که محدوده موردمطالعه دارای شیب و ضریب زبری کم و شماره منحنی خاک بالایی است. به‌منظور بهبود روندیابی به روش موج سینماتیک، با داشتن هیدروگراف ورودی به‌عنوان شرط اولیه و در نظر گرفتن مقدار صفر برای تمامی دبی‌های با زمان صفرثانیه به‌عنوان شرط مرزی، مدل‌سازی انجام شد. گراف‌های به‌دست‌آمده، نشان‌دهنده تطابق مدل‌سازی انجام‌شده با داده‌های مشاهداتی بود. برای ارزیابی توانایی مدل، از شاخص‌های نش-ساتکلیف (NS)، ضریب تعیین(R2) ، جذر میانگین مربعات خطای استاندارد شده (NRMSE)، استفاده شد، در نتایج ارزیابی کارایی مدل برای ایستگاه هیدرومتری ازنا، بازنه، توره و پل دوآب با مقدار بالای ضریب نش و ضریب تعیین و مقدار خطای پایین NRMS، حاکی از آن است که مدل موج سینماتیک در شبیه‌سازی روندیابی سیل موفق عمل کرده و از دقت مطلوبی برخوردار است و می‌توان نتایج مدل حاضر را به حوضه‌های با این نوع شکل تعمیم داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Flood Routing via Kinematic Wave Theory based on GIS (Case Study: Ghareh-Chay River)

نویسندگان [English]

  • Mina Rezaee Anvar 1
  • Mahmoud Zakeri Niri 2
  • Masoumeh Sohrabi MollaYousefi 3
1 Water Resources Management and Engineering Graduated, Islamshahr Branch, Islamic Azad University, Islamshahr, Iran
2 Department of Civil Engineering, Islamshahr Branch, Islamic Azad University, Islamshahr, Iran
3 Department of Geology, Islamshahr Branch, Islamic Azad University, Islamshahr, Iran
چکیده [English]

The purpose of the present study was to determine the flood Routing kinematics of the Ghareh-chay River that is done in the MATLAB programming environment. by providing the required data, the flood flow routing modeling of each station was performed by the kinematic wave method in the Ghareh-chay River basin. The results of physical characteristics of the river indicated that the study area had low slope and roughness coefficient and high soil curve number. In order to improve the kinematic wave routing, modeling was performed with input hydrograph as the initial condition and considering zero value for all zero-second discharges as the boundary condition. The obtained graphs show the conformity of the modeling performed with the observed data. Nash–Sutcliffe (NS), Coefficient of Determination (R2) and Normal Root Mean Square Error (NRMSE) indices were used to evaluate the model capability. In the results of the model performance evaluation for the Hydrometric Azna, Bazaneh, Toure and Pole Doab with the high value of Nash coefficient and Coefficient of Determination and the low error value of NRMS indicate that the model The kinematic wave has been successful in simulating flood flow and has good accuracy. and it was determined that the results of the present model can be generalized to basins with this type of shape.

کلیدواژه‌ها [English]

  • routing
  • Ghareh Chay River
  • Manning Roughness coefficient
  • Kinematic Wave
امیدوار، ا. 1393. شبیه‌سازی توزیعی رواناب، فرسایش و انتقال رسوب در حوضه داراب کلا با استفاده از حل عددی تقریب موج سینماتیک جریان. رساله دکتری، دانشگاه مازندران.
آقایی دانشور، ف. و خانجانی، م. 1395. کاربرد مدل‌های یک و دوبعدی جریان سطحی و نفوذ برای حوضه آبریز دره مارون استان فارس. نشریه دانش آب و خاک، 26 (3/1): 248-235.
روشنگر، ک، اعلمی، م. و ثاقبیان، م. 1397. پیش‌بینی ضریب زبری مانینگ در کانال‌های روباز با فرم بستر تلماسه با استفاده از روش الگوریتم تکاملی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 12 (2): 457-446.
قنبرآبادی، ح. 1391. بررسی کارایی روندیابی حوضه آبخیز به روش موج سینماتیک به وسیله GIS در حوضه آبخیز جعفرآباد، استان گلستان. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
کریمیان کاکلی، ر.، هنربخش، ا.، ساداتی­نژاد، ج. و عبداللهی، خ. 1391. روندیابی سیلاب در رودخانه‌ها با استفاده از مدل موج سینماتیک و ماسکینگام- کانژ )مطالعه موردی: رودخانه دوآب صمصامی(. مجله پژوهش آب ایران، 6 (10): 9-1.
مهدوی، م. 1392. هیدرولوژی کاربردی. جلد دوم. تهران: انتشارات دانشگاه تهران. 442 ص.
Alley, W.M., Dawdy, D.R. and Schaake, J.C. 1980. Parametric-deterministic urban watershed model. Journal of Hydraulic Engineering. 106, (HY5): 679–690.
Chow, V.T. 1959. Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill Pub. Co., USA, 680pp.
Chua, L and Wong, T. 2010. Improving event-based rainfall–runoff modeling using a combined artificial neural network–kinematic wave approach. Journal of Hydrology. 390: 92–107.
Liu, Y.B., and De Smedt, F. 2005. Flood modeling for complex terrain using GIS and remote sensed information. Journal of Water Resources Management, 19(5): 605-624.
Maidment, D.R. 1996. GIS and Hydrologic Modeling - an Assessment of Progress. The Third International Conference on GIS and Environmental Modeling .January 22-26, Santa Fe, New Mexico.
Rai, R.K., Upadhyay, A. and Sing, V.P. 2010. Effect of variable roughness on runoff. Journal of Hydrology. 382: 115-127.
Vergara, H., Kirstetter, P.E., J. Gourley, J., L. Flamig, Z., Hong, Y., Arthur, A. and Kolar, R. 2016. Estimating a-priori kinematic wave model parameters based on regionalization for flash flood forecasting in the Conterminous United States. Journal of Hydrology. 541: 421-433.
Wong, T.S.W. 1992. An Introduction to Kinematic Wave Method for Storm Drainage Design. Hillview Publishers, Singapore.
Wong, T.S.W. 2009. Kinematic-Wave Rainfall–Runoff Formulas. Nova Science, New York, USA.