نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ‌ارشد مهندسی آبخیزداری، دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشیار گروه منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 استادیار گروه منابع طبیعی دانشگاه محقق اردبیلی

4 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

تمرکز اقدامات مدیریت آبخیز باید در جهت کنترل رواناب، پیش‌بینی سیلاب و تعیین سهم مشارکت زیرحوزه‌ها در تولید سیل با هدف کاهش خسارت باشد. ارائه راهکارهای مدیریتی و اجرایی کنترل سیل نیازمند توسعه مدل‌ها در زمینه مدل‌سازی بارش-رواناب و شبیه‌سازی هیدروگراف جریان به‌خصوص در حوزه‌های فاقد آمار است. هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی کارآمدی مدل HEC-HMS در شبیه‌سازی بارش-رواناب حوزه‌ آبخیز عموقین و تعیین سهم مشارکت زیرحوزه‌ها در جریان خروجی است. در این راستا، مدل HEC-HMS برای 9 رویداد متناظر بارش-رواناب با روش شماره‌ منحنی SCS در بخش تلفات، روش هیدروگراف واحد SCS در بخش تبدیل بارش به رواناب و روش Muskingum در بخش روندیابی اجرا شد. سپس پارامترهای ورودی مدل برای شش رویداد با تابع هدف Nash-Sutcliffe بهینه شده و میانگین مقادیر بهینه شده، برای سه رویداد دیگر در مرحله‌ اعتبارسنجی در نظر گرفته شد. در ادامه به‌منظور اولویت‌بندی سیل‌خیزی زیرحوزه‌ها مدل HEC-HMS برای بارش طرح 25 ساله با حذف یک به یک زیرحوزه‌ها اجرا گردید و شاخص‌های سیل‌خیزی F% و𝑓 محاسبه شد. بر اساس نتایج، میانگین معیار آماری نش-ساتکلیف به میزان 63/0 در مرحله‌ اعتبارسنجی نشان‌دهنده‌ توانایی مدل در شبیه‌سازی هیدروگراف جریان در حوزه‌ آبخیز عموقین بوده است. هم‌چنین نتایج شاخص‌های سیل‌خیزی نشان داد که زیرحوزه‌های B1، B2 و B4 بیش‌ترین سهم را در سیل‌خیزی حوزه آبخیز عموقین دارند. در مجموع بر اساس نتایج، می‌توان گفت که سیل‌خیزی زیرحوزه‌ها تنها متاثر از مساحت زیرحوزه مورد نظر نیست و عواملی از قبیل فیزیوگرافی، کاربری اراضی و حتی موقعیت مکانی زیرحوزه مورد نظر و روندیابی جریان خروجی زیرحوزه در پتانسیل سیل‌خیزی موثر است که باید در مطالعات درنظر گرفته شوند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Flow modelling and determination of sub-watersheds contribution in flood Hydrograph in Amoughin watershed, Ardabil province

نویسندگان [English]

  • Shahnaz Mirzaei 1
  • Abazar Esmali 2
  • Raoof Mostafazadeh 3
  • Ardavan Ghorbani 2
  • Sajjad Mirzaei 4

1 M.Sc. student of Watershed Managment Engineering, University of Mohaghegh Ardabili

2 Associate Professor, Department of Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil

3 Assistant Professor, University f Mohaghegh Ardabili

4 Ph.D Student of Watershed ‎Management Science and Engineering, Tarbiat Modares University

چکیده [English]

The focus of watershed management practices should be in the runoff control, flood prediction and determination of sub-watersheds contribution in producing flood with the aim of reduction its destructive losses. Proposing of practical management solutions of flood control needs the examining of rainfall-runoff models to simulate flow hydrograph, especially in ungauged watersheds. The aim of this study was to evaluate the effectiveness of HEC-HMS model in the rainfall-runoff simulation of Amoughin watershed and determination of sub-watersheds contribution in outlet flow hydrograph. Toward this attempt, the HEC-HMS model was run with SCS-CN method (loss module), SCS-Unit hydrograph method (rainfall-runoff transformation) and Muskingum method (flood routing) through 9 rainfall-runoff events. The input parameters of the model were optimized through applying 6 storm events considering Nash-Sutcliffe objective function and the mean values of the input parameters were used as input for three excluded storm events during the validation stage. In order to prioritize the potential flooding of sub-watersheds, the calibrated HEC-HMS model was employed by removing the sub-watersheds in each run with the 25-year design rainfall, then the flooding potential indices calculated. According to the results, the average value of Nash-Sutcliffe statistical criterion 0.63 in the validation stage demonstrates that the accuracy of HEC-HMS model in flood simulations of Amoughin watershed. The result of flooding potential indices showed that B1, B2, and B3 sub-watersheds have more effect on the flooding potential of Amoughin watershed. In conclusion, it can be said that flooding potential sub-watersheds are not affected only by sub-watersheds area. While, the physiographic characteristics, land use related factors, spatial location and flow routing through sub-watershed to outlet should be considered in determining the flooding potential of sub-watersheds in future studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rainfall-Runoff Simulation
  • Prioritize
  • Flooding Potential
  • Amoughin Watershed

آذری، محمود؛ صادقی، سیدحمیدرضا؛ و تلوری، عبدالرسول (1387). تعیین مشارکت زیرحوضه‌های آبخیز جاغرق در دبی اوج و حجم رواناب به منظور اولویت‌بندی در کنترل سیلاب، جغرافیا و توسعه، شماره 12، صص 212-199.

امیراحمدی، ابوالقاسم؛ محمدنیا، ملیحه؛ و گلشنی، نگار (1394). تحلیل حساسیت متغیرهای ژئومورفولوژی موثر بر سیلاب با استفاده از مدل HEC-HMS (مورد مطالعه: زرچشمه هونجان، استان اصفهان)، هیدروژئومورفولوژی، شماره 3، صص 42-21.

خسروشاهی، محمد؛ و ثقفیان، بهرام (1384). اولویت‌بندی مکانی مناطق سیل‌خیز راهکاری برای عملیات اجرایی مهار و کنترل سیل در حوضه‌های آبخیز، علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دوره 12، شماره 2، صص 138-128.

رفیعی ‌ساردویی، الهام؛ خلیقی سیگارودی، شهرام؛ آذره، علی؛ و رستمی‌خلج، محمد (1394). گزارش فنی: کاربرد مدل HEC-HMS در اولویت‌بندی پتانسیل سیل‌خیزی حوزه آبخیز بالادست سد کرج، علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، سال 9، شماره 28، صص 56-53.

سلیمانی ساردو، فرشاد؛ سلطانی کوپایی، سعید؛ و سلاجقه، علی (1392). انتخاب شاخص سیل‌خیزی مناسب با استفاده از مدل بارش-رواناب HEC-HMS و تکنیک‌های GIS و RS (مطالعه موردی: حوزه سد جیرفت)، مدیریت حوزه آبخیز، سال 4، شماره 8، صص 105-90.

علیزاده، امین. (1391). اصول هیدرولوژی کاربردی. دانشگاه امام رضا، چاپ 35، 928 ص.

مصطفی‌زاده، رئوف (1387). شبیه‌سازی تاثیرات هیدرولوژیکی سازه‌های اصلاحی به منظور ارزیابی سناریوهای سازه‌ای کنترل سیل در آبخیز جعفرآباد، استان گلستان، پایان‌نامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، 124 ص.

مصطفی‌زاده، رئوف؛ بهره‌مند، عبدالرضا؛ و سعدالدین، امیر (1388). شبیه‌سازی هیدروگراف رواناب سطحی با مدل هیدروگراف لحظه‌ای کلارک (مطالعه موردی؛ آبخیز جعفرآباد استان گلستان)، پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، جلد 16، شماره 3، صص 122-105.

مصطفی‌زاده، رئوف؛ سعدالدین، امیر؛ بهره‌مند، عبدالرضا؛ شیخ، واحدبردی؛ و نظرنژاد، حبیب (1389). ارزیابی اثرات هیدرولوژیک طرح آبخیزداری جعفرآباد استان گلستان با استفاده از مدل HEC-HMS، مهندسی و مدیریت آبخیز، جلد 2، شماره 2، صص 93-83.

میرزایی، شهناز (1395). شبیه‌سازی جریان سیل و تحلیل ارتباط سنجه‌های سیمای سرزمین و مولفه‌های هیدروگراف (مطالعه‌ موردی: حوزه‌ آبخیز عموقین)، پایان‌نامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه محقق اردبیلی، 90 ص.

وهاب‌زاده، قربان؛ نویدی فر، یونس؛ حبیب نژاد روشن، محمود؛ و عبقری، هیراد (1393). بررسی تاثیر تغییر کاربری اراضی بر دبی روزانه رودخانه با استفاده از مدل HEC-HMS (مطالعه موردی: حوضه آبخیز آجرلو، استان آذربایجان غربی)، دانش آب و خاک، جلد 24، شماره 4، صص 236-227.

Chatterjee, C., Jha, M.ISH.R., Lohani, A.K., Rakesh Kumar, M.ISH., and Singh, R. (2002), Estimation of SCS curve number for a basin using rainfall-runoff data. Journal of Hydraulic Engineering, 8(1), 40-49.

Foody, G.M., Ghoneim, E.M., and Arnell, W.N. (2004), Predicting Location Sensitive to Flash Flooding in Arid Environment, Journal of Hydrology, 292, 48-58.

Halwatura, D., and Najim, M.M.M. (2013), Application of the HEC-HMS model for runoff simulation in a tropical catchment. Environmental Modelling and Software, 46, 155-162.

Hawkins, R.H. (1993), Asymptotic determination of runoff curve number from data. Irrigation Drainage Engineering, 119, 334-345.

Kotsifakis, K.G., Psomas, A.G., Feloni, E.G., and Baltas, E.A. (2015), Rainfall-runoff modeling in an experimental watershed in Greece. International Conference on Environmental Science and Technology Rhodes, Greece, 1-5.

Legesse Gebre, S. (2015), Application of the HEC-HMS model for runoff simulation of upper Blue Nile river basin. Hydrology: Current Research, volume 6(2), 1-8.

Majidi, A., and Shahedi, K. (2012), Simulation of rainfall-runoff process using Green-Ampt method and HEC-HMS model (Case study: Abnama watershed, Iran). Hydraulic Engineering, 1(1), 5-9.

Mockus V. (1964), Estimation of direct runoff from storm rainfall. Chapter 10. National Engineering Handbook, 29p.

Mostafazadeh, R., Sadoddin, A., Bahremand, A., Sheikh, V.B., and ZareGarizi, A. (2017), Scenario analysis of flood control structures using a multi-criteria decision-making technique in Northeast Iran. Natural Hazards, 87(3): 1827-1846. DOI: 10.1007/s11069-017-2851-1.

Pilgrim, D.H., and Cordery, I. (1975), Rainfall temporal patterns for design floods. Hydraulic Division, 101, 81-95.

Raghunath, H.M. (2006), Hydrology, Principles Analysis Design. New Age International (P) Limited, Publishers. 463.

Ramly, S., and Tahir, W. (2016), Application of HEC-GeoHMS and HEC-HMS as rainfall-runoff model for flood simulation. ISFRAM 2015, 181-192.

Sampath, D.S., Weerakoon, S.B., and Herath, S. (2015), HEC-HMS model for runoff simulation in a tropical catchment with intra-basin diversions – case study of the Deduru Oya river basin, Sri Lanka. ENGINEER, XLVIII(1), 1-9.

Scharffenberger, W.A., and Fleming, M.J. (2010), Hydrologic modeling system HEC-HMS User’s. Manual, USACE, 1-306.

Tlapakova, L., Stejskalova, D., Karasek, P., and Podhrazka, J. (2013), Landscape metrics as a tool for evaluation landscape structure (Case study: Hustopece). European Countryside, 1, 52-70.

USDA, Natural Resources Conservation Service. (1986), Urban hydrology for small watersheds. Technical Release 55, 164p.

USDA, Natural Resources Conservation Service. (2004), Estimation of direct runoff from storm rainfall. Chapter 10. Part 630 Hydrology. National Engineering Handbook, 79p.

USDA, Natural Resources Conservation Service. (2010), Time of concentration. Chapter 15. Part 630 Hydrology. National Engineering Handbook, 29p.

USDA, Natural Resources Conservation Service. (2014), Flood Routing. Chapter 17. Part 630 Hydrology. National Engineering Handbook, 78p.

Walker, JW. (2002), A Comparison of storm hydrographs from small urban watersheds with different landuse patterns in Baton Rouge. B.S., University of Southern Mississippi. 1-67.

Wan Nor Azmin, S., Heshmatpoor, A., and Mod Hafiz, R. (2010), Identification of flood source area in Pahang river basin, Peninsular Malaysia. Environment Asia 3, Special Issue. 73-78.

Wanielista, M.P. (1997), Hydrology Water Quantity and Water Quality Control. University of Central Florida. 565p.