اثرات افزایش توسعه شهری روی رواناب حوضه سردآبرود کلاردشت با استفاده از مدل بارش-رواناب HEC-HMS

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری ، ساری، ایران

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

4 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، آبیاری و زهکشی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

گسترش روزافزون پهنه شهرها و ساخت­وسازهای شهری، با تبدیل زمین­های کشاورزی و منابع طبیعی، شدنی است. بنابراین پیامد آن گسترش پهنه­های نفوذناپذیر و افزایش رواناب­های سطحی خواهد بود، که در بلندمدت ممکن است سبب ایجاد سیلاب­های ویرانگر شهری شود. به­منظور کاهش این آسیب­ها، کنترل، هدایت و سرانجام مدیریت سیلاب­های شهری امری اجتناب ناپذیر می­باشد. بنابراین هدف این پژوهش ارزیابی تأثیر پهنه­سازهای شهری بر رواناب در حوضه آبخیز سردآبرود شهرستان کلاردشت است. در این مطالعه نخست سطح زمین­های مسکونی در زیرحوضه­های مورد مطالعه، با استفاده از آخرین تصاویر ماهواره­ای، تهیه شد. یافته­های این پژوهش نشان داد که پهنه زمین­های مسکونی در زیرحوضه پایین دست (S2) نسبت به زیرحوضه بالادست (S1) افزایش قابل ملاحظه­ای دارد. بدین ترتیب که اراضی مسکونی حدود 3/0 درصد سطح زیر حوضه S1 را تشکیل می­دهد، در صورتی که این نوع کاربری در زیرحوضه S2 نزدیک به 8 درصد آن را شامل می­شود. پس از تهیه نقشه­های پوشش گیاهی و تهیه نقشه گروه هیدرولوژیکی خاک و تعیین پارامترهای موردنیاز برای مدل HEC-HMS، اقدام به واسنجی مدل با استفاده از 4 واقعه سیلاب شد که آنالیز حساسیت مدل نشان داد تلفات اولیه نسبت به تغییرات پارامتر، حساسیت بیش­تری دارد و مدل با استفاده از این پارامتر واسنجی شد. نتایج RMSE، R و آزمون t- استیودنت نشان از همبستگی و تطابق بالای مدل در شبیه­سازی دبی اوج دارد. در نهایت جهت تأثیر اثرات اراضی مسکونی روی رواناب حوضه، خصوصیات رگبار براساس مقادیر شدت ـ مدت با استفاده از آنالیز فراوانی داده­های بارش حداکثر مقادیر حدی نوع یک انجام شده و دسته منحنی­های آن در دوره برگشت‌های 2، 5، 10، 25، 50 و 100 ساله به مدل هیدورولوژیکی معرفی شد. نتایج نشان داد که سیلاب با دوره بازگشت 25 ساله برای زیرحوضه S2 نزدیک به 4 برابر زیر حوضه S1 می­باشد. پتانسیل تولید رواناب برای زیرحوضه S2 نسبت به زیرحوضه S1 به دلیل توسعه اراضی مسکونی در حوضه رودخانه سردآبرود افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Impacts of Urbanization and Impervious Surfaces on Runoff of Sardaabrud Basin, Kalardasht, using HEC-HMS Rainfall-Runoff Model

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Khoshravesh 1
  • Mahmoud Raeini 2
  • Esmaeil Nikzad-Tehrani 3
  • Ali Koulaian 4
1 Assistant Professor, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University., Sari., Iran
2 Associate Professor, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University., Sari., Iran
3 MSc Graduated, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University ., Sari., Iran
4 MSc Graduated Irrigation and Drainage, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University., Sari., Iran
چکیده [English]

Urbanization development and residential constructions cause permanent changes in agricultural land use features. Therefore the outcome of these changes is an increase in impervious areas in cost of farm lands and natural resources ecosystems, which in turn results in devastating urban runoff. To reduce the cause of urbanization it is inevitable to control, conduct and manage urban flooding. Therefore, the aim of the present study is to assess the impacts of urbanization development on the watershed runoff of Sardaabrud basin, Kalardasht, using HEC-HMS hydrological model. Using the most recent satellite images the residential land areas in the sub-basin were determined. Results show that residential area in downstream of sub-basin (S2) has remarkable growth in compared to upstream sub-basin (S1). Residential area in S1 sub-basin includes 0.3 percent of total area, while in S2 sub-basin it took 8 percent of the total area. Four flooding events were employed to analyze the sensitivity of the model. Results showed that initial loss has high sensitivity compared to the other parameters. Based on this finding the model was validated. The RMSE, t-test and correlation coefficient (r) values were acceptable for peak flow in model simulation. Finally, in order to determine the impacts of urban area on watershed runoff, the thunderstorm characteristics were estimated based on intensity – duration. For this purpose the frequency analysis of rainfall data was employed using extreme value type 1 and its curves for 2, 5, 10, 25, 50, 100 years return period. The results show that 25 years flood for S2 sub-basin is almost 4 times of S1 sub-basin. The potential runoff producing of the S2 sub-basin has increased compared to the S1 sub-basin, which is due to development of residential areas. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Urbanization development
  • Urban Runoff
  • Rainfall-Runoff model
  • Sardaabrud river

بنی­هاشمی،م.1385. مدل­سازی هیدرولوژیکی حوضه آبخیز نکارود–زیرحوضه گلورد با استفاده از داده­های ماهواره­ای. طرح تحقیقات کاربردی. شرکت آب منطقه­ای مازندران، 162 ص.

تلوری،ع. 1375. مدل­های هیدرولوژی به زبان ساده. انتشارات موسسه تحقیقات جنگل­ها و مراتع کشور. 120 صفحه.

خلیقی سیگارودی،ش.، ثقفیان،ب. 1384. بررسی اثر تغییر کاربری اراضی بر سیل­خیزی با مدل (NRCS) مطالعه موردی حوضه آبخیز باراندوز چای در آذربایجان غربی، مجله منابع طبیعی ایران. 58.4: 742-733.

رحیمیان،ر.، زارع،. 1374. کاربرد هیدروگراف واحد لحظه­ای ژئومرفولوژی جهت سنتز هیدروگراف در حوضه­های فاقد آمار. مجموعه مقالات سومین سمینار هیدرولوژی وزارت نیرو. ص 227-203.

رئیسی،.ح. 1388. مدیریت آب­های سطحی در طرح­های جامع شهر تهران. مجموعه مقالات اولین همایش آبخیزداری.

رزمخواه،ه. بهارلو،م.ع. 1388. بررسی تأثیر توسعه شهری بر پاسخ هیدرولوژیکی حوضه آبریز و افزایش سیلاب رودخانه مارون. همایش ملی میریت بحران آب، 8 ص.

صادقی،ح.ر.، جلالی راد،ر.، حاجی قلی زاده،م. 1388. شبیه­سازی سیل در حوضه آبخیز شهر تهران، مجموعه مقالات اولین همایش آبخیزداری شهری.

علیزاده،ا. 1382. اصول هیدرولوژی کاربردی. انتشارات دانشگاه امام رضا(ع)، چاپ شانزدهم. 912 صفحه.

قدوسی،ج. 1388. تحلیل راهبردها، امکانات و روش­های استحصال آب با رویکرد آبخیزداری شهری. مجموعه مقالات اولین همایش آبخیزداری شهری. 10 ص.

کریمی،م.، ملکی­نژاد،ح.، عبقری،ه.، عزیزیان،م.ص. 1390. ارزیابی روش­های مختلف شبیه­سازی هیدروگراف سیل با استفاده از بسته نرم­افزاری HEC-HMS(مطالعه موردی: حوضه آبخیز چهل­گزی). مجله پژوهش آب ایران. 9: 38-29.

کریمی،و.، سلیمان،ک.، حبیب نژاد روشن،م.، شاهدی،ک. 1392. مقایسه برخی روش­های تعین الگوی توزیع زمانی بارش جهت برآورد سیلاب­های شهری مطالعه موردی بابلسر. 13: 112-102.

محمدصالحی،پ.، رائینی سرجاز،م.، ضیاء تبار احمدی،م.خ. 1386. شبیه­سازی بارش-رواناب با مدل ریاضی مبتنی بر سامانه اطلاعات جغرافیایی برای حوضه آبریز امامه. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 15 صفحه.

مطیعی،ه. 1388. مدل­سازی و مدیریت سیلاب در حوضه­های آبریز شهری، مجموعه مقالات اولین همایش آبخیزداری شهری. 8 ص.

هادیانی،م. 1386. نقش تغییر کاربری اراضی بر دبی سیلاب­های منطقه­ای (مطالعه موردی در حوضه آبخیز مادرسو، محیط شناسی، 42: 16-9.

یمانی،م.، مهرجونژاد،ا. 1391. اثر تغییر کاربری اراضی بر بیلان هیدرولوژیکی حوضه کردان با استفاده از مدل HEC-HMS، جغرافیا وپایداری محیط.4: 16-1.

Ahrens,S.R and Maidment,D.R. 1999. Flood Forecasting for the Buffalo Bayou using CRWR-PrePro and HEC-HMS (CRWR Report 99-6). Center for Research in Water Resources, Austin.

Chiang,Y.M., Chang,L.C., Tsai,M.J. Wang,Y.F and Chang,F.J. 2010.  Dynamic neural networks for real-time water level predictions of sewerage systems-covering gauged and ungauged sites. Hydrology and Earth System Sciences,  14.7: 1309-1319

Espey,W.H., Morgan,C.W., Masch,F.D. 1965. A study of some effects of urbanization on storm runoff from a small watershed. Techology Report. 44D 07–6501 CRWR-2,. In Water Resource., Univercity. Texas, Austin

Field,R., Sullivan,D. 2008. Wet-Weather flow in the Urban Watershed: Technology and Management. (Edited), Lewis Publication.

Pappas,E.A., Smith,D.R., Huang,C., Shuster,W.C and Bonta,C. 2008. Impervious surface impacts to runoff and sediment discharge under laboratory rainfall simulation. Catena Journal. 72.1: 146–152.

Pathirana,A., Tsegaye,S., Gersonius,B. and Vairavamoorthy,K. 2011. A simple 2-D inundation model for incorporating flood damage in urban drainage planning. Hydrology and Earth System Sciences. 15.8: 2747-2761.

Ranzi,R., Bochicchio,M and Bacchi,B. 2002.Effects on floods ofrecent afforestation and rbanization in the Mella River (ItalianAlps), Hydrology and Earth System Sciences,6: 239–254.