هیدروفیزیک

هیدروفیزیک

مدل‌سازی و تحلیل دو بعدی هیدرولیک رودخانه کارده با استفاده از HEC-RAS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه فردوسی مشهد، ایران
چکیده
بدلیل قرارگیری ایران در اقلیم خشک و نیمه خشک و با توجه به خسارات سیلاب‌های اخیر، مطالعات مدیریت سیلاب بسیار حائز اهمیت است. با شبیه‌سازی رفتار هیدرولیکی رودخانه‌ها از طریق مدل‌های هیدرولیکی و ریاضی می‌توان حجم، سرعت و عمق سیلاب را در شرایط و مقاطع مختلف رودخانه پیش‌بینی کرده و تأثیرات آن را بر روی بستر و مناطق سیل‌گیر اطراف رودخانه مورد بررسی قرار داد. بنابراین در این پژوهش سیلاب با دوره بازگشت 25 سال در رودخانه کارده با استفاده از نرم‌افزار HEC-RAS2D شبیه‌سازی شد. با توجه به تحلیل حساسیت‌های انجام شده، مشخص شد که مدل هیدرولیکی HEC-RAS به عواملی همچون ضریب زبری مانینگ، ابعاد شبکه محاسباتی و روش حل معادلات حاکم بر جریان حساسیت نشان می‌دهد. نتایج بدست آمده از این پژوهش بیانگر عملکرد بهتر مدل در شبیه‌سازی سیلاب با استفاده از روش حل معادلات موج دینامیک نسبت به روش حل موج پخشیده است. به‌طوریکه با ارزیابی هیدروگراف‌های مشاهده‌ای و شبیه‌سازی‌شده در پایین‌دست بازه مطالعاتی، شاخص‌های آماری مانند درصد خطا، ضریب تعیین و ضریب نش- ساتکلیف در روش موج دینامیک به‌ترتیب برابر با 5، 95/0، 93/0 اما در روش موج پخشیده برابر با 34، 96/0، 64/0 بدست آمدند. در جهت مدیریت بستر روخانه، ناحیه‌بندی خطر سیل انجام شد و مسیر اصلی رودخانه به‌دلیل دارا بودن عمق و شیب بیشتر و پوشش گیاهی کمتر دارای بیش‌ترین سطح خطر شناسایی شد. درنهایت، برای جلوگیری از ورود سیلاب به زمین‌های زراعی، باغ‌ها و روستاهای اطراف رودخانه با توجه به میزان سیل‌گرفتگی آن‌ها، استفاده از سیستم ترکیبی (دیواره و بندهای سیل‌بند) در چند بازه از رودخانه برای مهار سیلاب و درنتیجه کاهش خسارات ناشی از آن پیشنهاد شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Simulation and Analysis of Flood in Kardeh River Using 2D Hydraulic HEC-RAS Model

نویسندگان English

Mahmoud Maghrebi 1
Mahdieh Eslamitabar 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
2 Master student of Ferdowsi University of Mashhad,Iran
چکیده English

Given Iran's location in arid and semi-arid climates and considering recent flood-related damages, studies in flood management have gained significant importance. Through hydraulic and mathematical modeling, the hydraulic behavior of rivers can be simulated, enabling the prediction of flood characteristics such as volume, velocity, and depth in different river sections and conditions, as well as their impact on riverbeds and surrounding flood-prone areas.
In this research, a 25-year return period flood in the Kardeh River was simulated using HEC-RAS 2D software. Sensitivity analyses indicated that the hydraulic model, HEC-RAS, is sensitive to factors including Manning's roughness coefficient, computational network dimensions, and solution methods for governing flow equations. Results revealed that the model performs better in flood simulation using the dynamic wave equation method compared to the kinematic wave method. Evaluation of observed and simulated hydrographs within the study domain's lower range yielded statistical indices of 5, 0.95, and 0.93 for percentage error, coefficient of determination, and Nash-Sutcliffe coefficient, respectively, using the dynamic wave method, and 34, 0.96, and 0.64 for the kinematic wave method.
For riverbed management, flood hazard zoning was implemented, identifying the primary river path as the area of highest risk due to its greater depth, steeper gradient, and lower vegetation coverage. To prevent flood ingress into agricultural, orchard, and nearby village areas, a hybrid system (levees and flood barriers) was proposed for multiple river segments to mitigate floods and subsequently reduce associated damages.

کلیدواژه‌ها English

Flood Zoning
Kardeh River
HEC-RAS 2D Model
Flood Hazard Zoning
1[ Abedi Koupai J, Babaiee B. Determination of the Boundaries of Zayandehrud River Bed Using Arc GIS, HEC-RAS and Hec-GeoRAS Extension. JWSS-Isfahan University of Technology. 2019 Dec 10; 23(4):361-76.
[2] راهنمای کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه. نشریه 548 وزارت نیرو، دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا؛ 1391.
]3[ Horritt MS, Bates PD. Evaluation of 1D and 2D numerical models for predicting river flood inundation. Journal of hydrology. 2002 Nov 1; 268(1-4):87-99.
]4 [Desalegn H, Mulu A. Flood vulnerability assessment using GIS at Fetam watershed, upper Abbay basin, Ethiopia. Heliyon. 2021 Jan 1;7(1).
 [5] باباخانی سمیرا. ارزیابی روش‌های برآورد دبی 25ساله در تعیین حریم و بستر رودخانه در مناطق خشک و نیمه‌خشک (مطالعه موردی: رودخانه کشف رود). دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی؛1395.
[6] خواجویی فهیمه. بررسی تأثیر ساخت‌وسازهای غیرمجاز در حریم و بستر رودخانه بر روی جریان (مطالعه موردی: رودخانه فاروب‌رومان). دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی؛ 1399.
[7] نمازی راد اکرم.  شناسایی و پهنه‌بندی مناطق پرخطر سیلاب سال 1398 گلستان با بهره‌گیری از تصاویر سنتینل و مدل HEC-RAS. دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده ادبیات و علوم انسانی دکتر علی شریعتی؛1400.
]8[ Kalra A, Joshi N, Baral S, Nhuchhen Pradhan S, Mambepa M, Paudel S, Xia C, Gupta R. Coupled 1D and 2D HEC-RAS floodplain modeling of Pecos River in New Mexico. In:World Environmental and Water Resources Congress; 2021. p. 165-178.
]9[ Ghimire E, Sharma S, Lamichhane N. Evaluation of one-dimensional and two-dimensional HEC-RAS models to predict flood travel time and inundation area for flood warning system. ISH Journal of Hydraulic Engineering. 2022 Jan 2; 28(1):110-26.
 [10] عباس‌پور انسیه. پهنه‌بندی خطر سیل‌گرفتگی با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS و سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS  و مقایسه نتایج آن با نرم‌افزارCES  (مطالعه موردی:  رودخانه زشک). دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی؛ 1399.
]11[ Ongdas N, Akiyanova F, Karakulov Y, Muratbayeva A, Zinabdin N. Application of HEC-RAS (2D) for flood hazard maps generation for Yesil (Ishim) river in Kazakhstan. Water. 2020 Sep 24; 12(10):2672.
 [12] عزیزیان اصغر، صمدی امیر.  شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5.0 .  تهران:  نشر پارسیا؛ 1401.
]13[ Gassman PW, Reyes MR, Green CH, Arnold JG. The soil and water assessment tool: historical development, applications, and future research directions. Transactions of the ASABE. 2007; 50(4):1211-50.
 [14] راهنمای تهیه نقشه‌های خطرپذیری سیلاب. ضابطه شماره 821 سازمان برنامه‌وبودجه کشور، دفتر استانداردها و طرح‌های آب و آبفا؛ 1399.

  • تاریخ دریافت 09 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری 09 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 17 شهریور 1402