شبیه‌سازی سیلاب بر روی اشکال تراکمی به روش شاخص‌های ژئومورفولوژیکی و مدل هیدرولیکی hec-ras(مطالعه موردی شهرک پردیسان قم)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه ژئومورفولوژی، دانشکده برنامه‌ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز.

2 دانشجوی دکتری مخاطرات ژئومورفولوژیک، دانشکده برنامه‌ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز.

10.22034/gmpj.2022.318954.1321

چکیده

. این پژوهش در محدوده شهرک پردیسان قم با هدف شبیه‌سازی سیلاب انجام گرفته است. در این پژوهش جهت رسیدن به هدف از تصاویر میدانی و ماهواره‌ای، گزارش‌ها، نقشه‌های کاربری اراضی و توپوگرافی، بعنوان داده‌های اولیه و از شاخص‌های ژئومورفولوژیکی و مدل هیدرولیکیHEC-RAS بعنوان روش و ابزار کار استفاده شده است. بدلیل گستردگی محدوده مطالعاتی، محدوده به 15 حوضه تقسیم گردید. در ابتدا وجود مخروطه‌افکنه‌ها در منطقه شناسایی و سپس مناطق فعال از مناطق غیرفعال با استفاده شاخص‌های ژئومورفولوژیکی مجزا شدند. در گام بعدی مناطق دارای سیلاب 100 ساله روی مخروطه افکنه‌ها با استفاده مدل هیدرولیکیHEC-RAS پهنه‌بندی گردید. نقشه های خطر سیل مستخرج از هرکدام از این روش‌ها با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. مقایسه های صورت گرفته تناقض هایی را بین این نقشه ها نشان داد که دلیلش این است که هر روش بخشی از واقعیت سیل گیری را بیان می‌کند؛ نقشه حاصل از شاخص‌های ژئومورفولوژیکی یک دید کلی در خصوص محدوده خطر ارائه می دهد، در مقابل مدل هیدرولیکیHEC-RAS جزئیات بیشتری از محدوده خطر به نمایش می‌گذارد. در اقدام بعدی نتایج حاصل از نقشه‌ها با هم همپوشانی و یک نقشه نهایی حاصل شد. نقشه نهایی جزئیات بیشتری از محدوده‌های خطر را برایمان به نمایش می‌گذارد. نتایج مبین این نکته است که علیرغم تازه تأسیس بودن شهرک پردیسان، نه‌تنها عملیات مکانیابی جهت بنای شهرک به درستی صورت نگرفته، بلکه عملیات اصلاحی در بالادست نیز بر شدت سیلاب افزوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Flood simulation on compaction forms by geomorphological indices and hec-ras hydraulic model (Case study of Pardisan town, Qom)

نویسندگان [English]

  • shahram roostaei 1
  • davoud Mokhtari 1
  • abolfazl faraji 2
1 University of Tabriz
2 Tabriz university
چکیده [English]

. Alluvial fan flooding occurs as a flood occurring on the surface of an alluvial fan or similar terrestrial shape that originates from the source at the peak and is characterized by high velocity flows, active erosion processes, sediment transport and unpredictable flow paths, any point in the Active alluvial fan may be at risk of flooding, and flooding changes over time.

Lack of attention to the geographical features of an area in relation to urban development causes instability of landscapes and geographical phenomena. Floods are one of the Risks that have challenged Pardisan town. Floods cause a lot of damage to the area every year. The location of this area of Qom city in the area of floods and its acceptance, as well as its rapid development, requires comprehensive studies in this place. There is access from the slope, air conditioning, access to transportation roads as well as smooth space in urban development, so that this area can be studied logically and in principle. The purpose of this study is to answer the question whether the development of Qom city in the study of geographical features has been done or not? To answer this question, it is necessary to conduct field evaluation and review patterns and models.

Methodology

The study area is located in the area of Qamroud river and in longitude 50°41'14" west and50°54'17" east and latitude34°18'50"south and 34°34'15" north. The desired area is 222 hectares. The general slope of the region is south to north, where the southern part is mainly composed of old alluvial fan deposits and the northern part is composed of new deposits. Field and satellite images, reports, land use maps and topography of the regional water organization and natural resources of Qom province are among the important sources used in this research. Due to the size of the area, we divided the area into 15 basins. In this research, two qualitative and quantitative methods have been used. In the qualitative method, geomorphological indices of flood risk zones were determined and in the quantitative method, using numerical data in hec-Ras software environment, a 100-year flood risk map was drawn and finally the results of both methods overlapped and a final map was presented.

Results and Discussion

The term active refers to areas of the alluvial fan where deposition, erosion, and instability of flow paths are possible. If floods and sedimentation have occurred areas of the alluvial fan over the last 100 years, such areas can clearly be considered active.

Such conclusions can be drawn from historical data, photographs, aerial photographs taken at different times, and engineering and morphological data. To study the flood zones, we first need to analyze the current situation in the region. To do this, using hazardous images, vegetation maps, waterway network maps and field visits, hazard zone analysis was performed on alluvial fans. Taking into account the desired indicators, the initial flood risk area in the area of Pardisan town was drawn. The indicators presented can give us an overview of the current situation, which is basically accompanied by flaws and shortcomings. We need mathematical modeling for better and more accurate representation.

Before entering the flood modeling, it is necessary to prepare hydrometric data from the study area. For this purpose, we will first extract this data. In this study, due to the lack of a hydrometric station in the study area, a Rational method has been used to calculate the maximum flood flow

Equation(1) Q=1/360 CIA

Q= peak flood discharge in cubic meters per second C = surface runoff coefficient, I = maximum rainfall intensity in millimeters per A = basin area per hectare

To analyze the intensity, amount and duration of floods for flood warning programs, we need a flow diagram. Which is obtained from the following relations;

Equation(2) Qp=0.208A/Tp

Equation(3) tp=D/2+ti

E D is the required continuity for rainfall (hours), t is the latency of the basin (hours), A is the area of the basin (square kilometers), Qp is the peak flow rate of the unit hydrograph in cubic meters per second for one millimeter of runoff, and tp is the peak time.

Equation(4) D=0.133Tc

Equation(5) ti=Tc/1.66

Tc is the precipitation concentration time which is used in SCS method with delay method using the following formula.

Equation(6) Tc=0.000142L^0.8 〖(25400/CN-228.6)〗^0.7 S^(-0.5)

Where L is the length of the canal in meters, S is the slope of the main canal in percent. The curve number (CN) is determined by the soil characteristics, the type of land use and the previous soil moisture conditions. According to the diagram, 15p, 14p, 9p, 7p, 9p, 2p basins introduce the largest volume of flood into the alluvial fans.

After obtaining hydrological data from the existing relationships, we proceed to simulate floods from the study area. After creating the geometric model, a one-dimensional model was created for all the main channels. For this purpose, riverbeds, shorelines, flow path determination, cross sections and surfaces resulting from the intersection of cross sections were extracted. After constructing the geometric model of the main channel, it should be combined with the geometric model of the entire study area (floodplain) and an integrated model suitable for hydraulic modeling should be obtained. In creating a computational network, it is necessary to enter the desired cell dimensions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood
  • Geomorphological Indices
  • Hec-ras
  • Alluvial fan
  • Pardisan Qom
آبروش، ز.، یمانی، م.،1395، پهنه‌بندی خطر سیل در منطقه پردیسان قم با رویکرد مکان‌گزینی پایگاه امداد و نجات، رشته هیدروژئومورفولوژی در برنامه‌ریزی محیطی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
بهرامی، ش.، بهرامی.، ک.، 1390. ارزیابی تکنیک های ژئومورفولوژی جهت شناسایی مخروط­افکنه های قدیمی و جدید به منظور تعیین مناطق مستعد سیل خیزی در چهار مخروط­افکنه در زاگرس چین خورده، جغرافیا و توسعه، دوره43،  شماره 22، صص51-70.
بهرامی، ش.، یمانی، م.، علوی پناه، س ک.،1387. تحلیل مورفومتری و مورفولوژی شبکه زهکشی در مخروط آتشفشانی تفتان، جغرافیای طبیعی، شماره 65، صص61-72.
پور ‌احمد، ا.، مهدی، ع.، مهدیان بهنمیری، م.، 1396. مطالعه و بررسی روند و گسترش کالبدی- فضایی شهر قم با استفاده از مدل- های آنتروپی شانون، هلدرن و جینی، جغرافیا (برنامه ریزی منطقه ای)، دوره هفتم، شماره 4، صص59-76.
جبلی‌فرد، س.، امیدوار، آ.، نجفی‌جیلانی، ع.، 1387. ترجمه کتاب«سیستم تحلیل رودخانه»، انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر، چاپ سوم.
جمالی، م.، مقیمی، ابراهیم.، جعفر پور، ز.، کردوانی، پرویز.، 1394. تحلیل فضایی مخاطرات ژئومورفولوژی توسعه شهر در حریم رودخانه خشک کلان شهر شیراز، تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال دوم، شماره 3، صص51-61.
 رضایی‌مقدم، م‌.ح.، یاسی، مهدی.، نیکجو، م ر.، رحیمی، م.، 1397. پهنه‌بندی و تحلیل مورفولوژیکی سیلاب‌های رودخانه قرسو با استفاده از مدل هیدرودینامیکی Hec- ras، جغرافیا و مخاطرات محیطی،دوره هفتم، شماره بیست و پنج، 1-15 
روستایی، ش.، علیزاده گرجی، غ ر.، موسوی، ر.، 1396. تهیه نقشه پهنه‌بندی سیلاب حوضه آبخیز نکا رود با استفاده از مدل GIS/RS  وSCS-CN، پژوهش های کمی، سال ششم، شماره 1، صص107-118.
سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور.(1394). راهنمای تعیین ضریب زبری هیدرولیکی رودخانه ها( دفتر استانداردهای فنی، مهندسی، اجتماعی و زیست محیطی آب و آبفا).
سالاری، م.، نیری، هادی.، امانی، خ.، گنجائیان، ح.، 1396. ارزیابی ژئومورفولوژیکی تناسب زمین برای گسترش کالبدی شهر سنندج با اعمال مناطق ممنوعه، دوره 5، شماره1، صص127-145.
شیخ علیشاهی، نجمه.، جمالی، ع ا.، حسن‌زاده نفوتی، م.، 1395. پهنه بندی سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی تحلیل رودخانه، حوضه آبریزمنشاد استان یزد، فضای جغرافیایی، دوره16، شماره53، صص77-96.
صفوی، ح.،1388. هیدرولوژی مهندسی، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه اصفهان، اصفهان.
عزیزیان، ا.، صمدی، ا.، 1396. شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط عددی HEC-RAS6، چاپ اول، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی قزوین، قزوین.
علیزاده، ا.، 1391. اصول هیدرولوژی کاربردی، چاپ سی و چهارم،  انتشارات آستان قدس رضوی، مشهد.
غفاری‌زرین م رنورالهی بسطام.، ا بشاش‌سقزچی.، م.، 1397. توان سنجی اکولوژیکی زمین جهت شناسایی مناطق مستعد توسعه، دهستان آق سو شهر کالله، رویکردهای نوین در مهندسی عمران،   دوره 2 ، شماره 1،33-54.
ملایی، ز.، داوری، ک.، انصاری، ح.، 1391. بررسی پدیده سیل گیری با استفاده از  ویژگی‌های ژئومورفولوژی و هیدروژئومورفولوژی، پایان نامه کارشناسی ارشد، مهندس آب، دانشگاه فردوسی مشهد.
ملایی، ز.، داوری، ک.، انصاری، ح.، فرید حسینی، ع.، هاشمی‌نیا. س م.، 1398. تهیه نقشه ریسک سیلاب با استفاده مدل هیدرولیکی و اطلاعات ژئومورفولوژیکی،  مخروط‌افکنه  فریزی در استان خراسان رضوی، پژوهش آب ایران، دوره13، شماره1، صص19-28.
منابع طبیعی استان قم.؛ 1395. نقشه توپوگرافی 5 متری محدوده پردیسان استان قم.
مهدوی، م.، 1378. هیدرولوژی کاربردی، جلد 2، چاپ دوم،  انتشارات دانشگاه تهران،
مهندسین مشاور فنون آب هستی.، 1388. گزارش مطالعات هیدرولوژی، هواشناسی و کاربری اراضی حوضه پردیسان قم.
نیکرو، پ.، کاویانپور، م.ر.، پورحسن، م. ع.، 1394. بررسی کاهش خسارت سیل در  مخروط‌افکنه‌ها در بندر عباس، انجمن علوم و مهندسی منابع آب، دوره11، شماره 1، صص87-91.
Chen, B.  Witold F. K. Goska,  R, Nathan, Y.,2017.  Using LiDAR surveys to document floods: A case study of the 2008 Iowa flood, Journal of Hydrology,553(1), 338-349.
Dawdy, D., 1979.  Flood frequency estimates on alluvial fans, Journal of  Hydraulic Engineering, 105: 1407-1412.
Di Baldassarre, G.(2012). Floods in a changing climate: Inundation modelling (Vol. 3). Cambridge University Press.
Feiznia, S. and Darvishi, N., 2015.  Flood Hazard Zonation using the Fema Instructions Case Kurdan Alluvial Fan, Journal of Earth Science & Climatic Change.18(4), pp1159-1171.
Han, Y and Jia, H.,2017. “Simulating the spatial dynamics of urban growth with an integrated modeling approach: A case study of Foshan, China”, Ecological Modelling, 353(23), pp, 107-116.
Hasheminia, S. M. Mollaei, Z, Davary, K. Faridhosseini, A. and Pourmohamad, Y., 2018. Enhancing flood hazard estimation methods on alluvial fans using an integrated hydraulic, geological and geomorphological approach. Nathral hazard and eard system sciences, 18(4), pp1159-1171.
Hirabayashi, Y., & Kanae, S.(2009). First estimate of the future global population at risk of flooding. Hydrological research letters, 3(6)9.
Hose, k.,2005. using geology to improve flood hazard manegment on alluvial fans an example from Laughlin, Nevada, jornal of the American water resources association.41(6), pp1431-1447.
Jha. A, Robin Bloch,R. Lamond.J ., 2012. "cities and Flooding, A Guide to Integrated Urban Flood Risk Management for the 21st Century", published by World Bank .
Pelletier, J. Larry, M.  Philip, A. Pearthree, H. Karen, J. E.  Kirk. R. V,. 2005. An integrated approach to flood hazard assessment on alluvial fans using numerical modeling, field mapping, and remote sensing . GSA Bulletin.117 (9), pp1167-1180.
Sutanta, H., Rajabifard, A., & Bishop, I. D.,2009.  An Integrated Approach for Disaster Risk Reduction Using Spatial Planning and SDI Platform", Proceedings of the Surveying & Spatial Sciences Institute Biennial International Conference. Adelaide: urveying & Spatial Sciences Institute.p7
U.S. Army Corps of Engineers (2016). River Analysis System Users Manual. Version5.0. California.
U.S. Army Corps of Engineers. (2021).  2D Modeling User's Manual,  Version 6.0 California.
Wilby, R. L., & Keenan, R.(2012). Adapting to flood risk under climate change. Progress in Physical Geography, 36(3), 348-378
Wohl, E. E. (Ed.).(2000). Inland flood hazards: human, riparian, and aquatic communities. Cambridge University Press.