پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پهنه بندی جریان سیلاب برای دوره های بازگشت مختلف با استفاده از مدل هیدرودینامیکی HEC-RAS (مطالعه موردی: رودخانه گمناب چای )

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد گروه ژئومورفولوژی، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی ، دانشگاه تبریز.
2 دانشجوی پسا دکتری ژئومورفولوژی، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی ، دانشگاه تبریز.
10.22034/gmpj.2024.480574.1523
چکیده
رودخانه‌ها سیستم‌های پویایی هستند که به دلیل بارش‌های سنگین و ناگهانی با افزایش قابل‌توجهی از میزان دبی‌ مواجه شده و حالت سیلابی به خود می‌گیرند. هدف اصلی این پژوهش پهنه‌بندی جریان سیلاب برای دوره‌های بازگشت در طول رودخانه گمناب‌چای به طول تقریبی 5 کیلومتر (از روستای آناخاتون تا تلاقی رودخانه آجی‌چای) است. به همین منظور، از مدل هیدرودینامیکی HEC-RAS استفاده شده است. جهت پهنه‌بندی و تهیه نقشه پهنه‌های سیلابی برای دوره‌های بازگشت 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200 و 500 ساله از آمار دبی ایستگاه‌ هیدرومتری آناخاتون استفاده شده و دبی‌های حداکثر برای دوره‌های مذکور با استفاده از نرم‌افزار آماری EasyFit پیش‌بینی شد. لایه‌های مورد نیاز تحقیق جهت پهنه‌بندی سیلاب از قبیل خطوط مرکزی جریان، مقاطع عرضی و سواحل سمت چپ و راست رودخانه با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS و در محیط نرم‌افزار ArcGIS تهیه شدند. نتایج تحقیق نشان داد که در سیلاب‌های با دوره‌های بازگشت 25، 50، 100 و 500 ساله به ترتیب حدود 150، 175، 190 و 225 هکتار از اراضی محدوده دشت سیلابی دچار آب‌گرفتگی می‌شوند. همچنین نتایج نشان داد که جریان سیلابی در بازه مورد مطالعه در دوره بازگشت‌های مختلف از حداقل 10 متر تا حداکثر 225 متر از کانال اصلی رودخانه خارج شده و وارد محدوده‌ی دشت سیلابی می‌گردد. لذا با توجه به نتایج به دست آمده، ضرورت دارد که اقدامات حفاظتی جهت جلوگیری از وقوع سیلاب در طول مسیر رودخانه از قبیل لایروبی بستر، حفظ حریم بستر رودخانه از تصرف انسان و ایجاد دیوار ساحلی صورت گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

flood flow zoning for different return periods using hydrodynamic model HEC-RAS (Case Study: Gomanab Chai River)

نویسندگان English

Mohammad Hossein Rezaei Moghaddam 1
Dawood Mokhtari 1
Tohid Rahimpoor 2
Meisam Skandar 2
1 Dept of Geomorphology University of Tabriz
2 Dept of Geomorphology University of Tabriz
چکیده English

Extended Abstract



Introduction

Floods occur as a result of rapid population growth, land destruction, and climate changes and cause harmful damages to people and property. These damages can be minimized by flood risk measures and zoning. One of these measures is to identify flood risk areas. Therefore, this study was conducted in order to map the flood inundation areas along the Gomanabchai River using GIS and HEC_RAS. Flood zoning is used to identify areas of a river during a flood stage that exceed the river reach and are susceptible to flooding. Considering the location of the highway under construction in Tabriz, Armenia, which runs parallel to the main river in most parts, as well as the development of villa and tourism areas and the administrative and residential areas of Tabriz airport, it is necessary to study the flood plains and land use changes and the hydrological characteristics of the area.







Methodology

This study was conducted in the Gomanab Chai River, which originates from the watershed with the same name. This river drains the northwestern lands of Tabriz, east of Anakhatun to the villages of Spiran, Gomanaj, Nusrat Abad, Kaznaq, and Oli Kandi. this basin is in terms of political and geographical location in East Azarbaijan province and in the northwest of Iran between the coordinates of 38 ′58 ′06 ′ to 38 ′ 28 ′ north latitude and 12 ′15 ′ 46 to 02 ′28 °46 east longitude is located. The area of the basin is about 420 square kilometers. The average height of this area is 1750 meters above sea level. The annual temperature ranges from -5 to 25 degrees Celsius with an average of 11 degrees Celsius. The main slope classes are 0-8% (10% of the total area) and 8-19% (18% of the total area). The climate of the region is semi-arid according to Dumarten's climate classification. And its average annual rainfall is about 300 mm (General Meteorology Department of East Azarbaijan province), the maximum amount of which occurs in spring and about 100 mm in winter. The maximum height of the region is 2827 meters in the northern heights of the region and the minimum height is 1352 meters at the outlet of the basin. Gomanab Chai catchment area is one of the sub-basins of Urmia lake catchment area.





Results and Discussion

According to the simulation of Gomanab Chai river flood using HEC-RAS hydraulic model, it was concluded that the spatial variability of flood risk along this river is somewhat high. This variability originates from the variable geomorphological conditions along the river. The results showed that floods with a return period of two and five years do not pose a serious risk to the communities and human facilities living near the Gomanabchai River and mainly affect the agricultural lands along the river. With the increase of flood return periods, the risk of floods will also increase.

The increase in the area of the flood zones of the river up to the return period of 100 years is more intense than in the higher return periods. Also, the output of the spatial distribution of simulated floods shows that in the event of floods with return periods of 100 and 200 years, the residential and industrial areas on the outskirts of Anakhatun village will be exposed to flood risk. The study of floods of Gomanabchai river was investigated in an interval of about 4800 meters.

From the point of view of geomorphology, this part can be classified as a part of the head plain and the junction of the plain and the mountains. Upon entering the plain, the waterway network quickly spreads to a divergent state in the plain. The comparison of floods recorded in Anakhaton hydrometric station with the results of simulated floods with different return periods in the HEC-RAS model and its spatial distribution in the GIS environment shows the high compatibility of the two with each other, which indicates the high accuracy of the simulated floods. It shows by this model.



Conclusion

Gomanab River is one of the seasonal rivers located in the northwest of Tabriz city, which is prone to large floods in recent years due to the change of land use and the indiscriminate grazing of pastures. In this research, the floods of Gomnab Chai river were investigated and analyzed using HEC-RAS hydraulic model and in GIS environment, and the spatial distribution of these floods was simulated by considering the return period of floods. Considering the encroachment and occupation of the river bed and privacy by villa builders and small industries and workshops, the management of the floodplain and the liberation of the lands around the river should be on the agenda of the trustees. In this research, the studied area with a length of about 5 kilometers was studied. During the field studies, occupations of the bed area and boundary of Gomnab Chai river caused the narrowing of the river channel and the risk of flooding will increase in the future. The analysis performed with HEC-RAS software showed that with a flood with a return period of 2, 5, 10, 25, 50, 100, 200 and 500 years, respectively, about 80, 100, 120, 149, 174, 191, 210 and 226 hectares of fertile lands of the flood plain will face the risk of flooding.

کلیدواژه‌ها English

Flood zoning
Hec Geo Ras
return period
HEC-RAS numerical model
Gomanab chai
ابراهیمی مقدم، فهیمه؛ موسی اکبری، احمد؛ کردی کریم‌آبادی، فاطمه، 1403، پهنه‌بندی خطر سیلاب با استفاده از مدل دوبعدی HEC-RAS و نرم‌افزار GIS (منطقه مورد مطالعه : رودخانه سغدر، حوضه آبریز شور جیرفت)، ششمین کنفرانس بین‌المللی و هفتمین کنفرانس ملی عمران، معماری، هنر و طراحی شهری، تبریز، ایران.
اسفندیاری درآباد، فریبا؛ نظافت تکله، بهروز؛ پاسبان، امیرحسام، 1401، شبیه‌سازی مورفولوژیکی وقوع سیلاب در رودخانه نوران چای با استفاده از مدل هیدرولیکیHEC-RAS . پژوهش‌های فرسایش محیطی، شماره 47. صص 190-210.
حجازی، اسدالله؛ نگهبان، سعید؛ موسوی، سیده معصومه؛ امین زاده، محمد هادی، 1403، بررسی و پهنه‌بندی خطر سیلاب حوضه‌های آبریز شهری با استفاده از مدل‌های فازی ویکور و روش خطی وزنی (مطالعه موردی: حوضه آبریز ایذه- خوزستان)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، سال 13، شماره 2.
حجازی، اسداله؛ خدائی قشلاق، فاطمه؛ خدائی قشلاق، لیلا، 1398، پهنه‌بندی خطر وقوع سیلاب در حوضه‌ی آبریز ورکش چای با استفاده از نرم‌افزار HEC-RAS و الحاقیه HEC-GEO-RAS. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، شماره 53، صص 56-137.
حکمتی فر، حسین؛ نظریها، مهرداد؛ گیوه چی، سعید (1388). ارزیابی خسارات کشاورزی ناشی از سیلاب با استفاده از مدل‌سازی HEC-RAS و ARC View، علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، سال 11، شماره 4، صص 108-95.
دامادی، سکینه؛ دهواری، عبدالحمید؛ دهمرده قلعه نو، محمدرضا؛ ابراهیمیان، محبوبه، 1400، پهنه‌بندی سیلاب با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS در رودخانه سرباز استان سیستان و بلوچستان، مهندسی و مدیریت آبخیز، سال 13، شماره 3، 601-590.
راد، مژگان؛ وفاخواه، مهدی؛ غلامعلی فرد، مهدی، 1397، پهنه‌بندی سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS در پایین‌دست حوزه آبخیز خرم‌آباد، مخاطرات محیط طبیعی، سال 7، شماره 16، 226-211.
رضائی مقدم، محمدحسین؛ حجازی، سیداسداله؛ ولیزاده کامران، خلیل؛ رحیم‌پور، توحید، 1399، بررسی حساسیت سیل‌خیزی حوضه‌های آبریز با استفاده از شاخص‌های هیدروژئومورفیک (مطالعه موردی: حوضه آبریز الندچای، شمال غرب ایران)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، سال نهم، شماره 2. صص 214-195. 10.22034/gmpj.2020.118241
رضائی مقدم، محمدحسین؛ مهدی، یاسی؛ نیکجو، محمدرضا؛ رحیمی ، مسعود، 1397، پهنه‌بندی و تحلیل مورفولوژیکی سیلاب‌های رودخانه قره‌سو با استفاده از مدل هیدرودینامیکی HEC-RAS (از روستای پیرازمیان تا تلاقی رودخانه اهر چای). جغرافیا و مخاطرات محیطی، شماره 25، صص 15-1.
رضائی‌مقدم، محمدحسین؛ رحیم‌پور، توحید، 1402، تهیۀ نقشۀ پتانسیل خطر وقوع سیل با استفاده از دو روش نسبت فراوانی و شاخص آماری (مطالعۀ موردی: حوضۀ آبریز آجی‌چای)، مدیریت مخاطرات محیطی سال10، شماره 4، صص 308-291. 10.22059/jhsci.2024.369163.803
روح اللهی، ماجده؛ سرائی تبریزی، مهدی؛ بابازاده، حسین، 1402، پهنه‌بندی و شبیه‌سازی رفتار هیدرولیکی سیلاب با استفاده از نرم‌افزار HEC-RAS، مهندسی آبیاری و آب ایران، سال 14، شماره 53، صص 214-202.
شیخ علیشاهی، نجمه؛ علی‌اکبر، جمالی؛ محمد، حسن‌زاده نفوتی، 1395، پهنه‌بندی سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی رودخانه (مطالعه موردی : حوضه آبریز منشاد- استان یزد)، فضای جغرافیایی اهر، سال شانزدهم، شماره 53، صص96-77.
عسگری، شمس اله؛ احمدی، مهدی؛ همتی، موسی، 1393، فرسایش کناری رودخانه چرداول با استفاده از مدل HEC-RAS و GIS، تحقیقات جغرافیایی، سال 30، شماره 116، صص 80-71.
مهرورز، ارسلان؛ مددی، عقیل؛ اسفندیاری در آباد، فریبا؛ رحیمی، مسعود، 1399، شبیه‌سازی سیلاب‌های رودخانه دره ائورت با استفاده از مدل هیدرولیکی  HEC-RAS در محیط GIS (محدوده مورد مطالعه: از روستای شورستان تا تلاقی رودخانه ارس). پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، شماره 4، صص 131-146.
Aynalem SB., 2020. Flood Plain Mapping and Hazard Assessment of Muga River by Using ArcGIS and HEC-RAS Model Upper Blue Nile Ethiopia. Landscape Architecture and Regional Planning 5: 74-85.
Dorji K, Dorji K, Choosumrong S., 2019. River Flood modeling of Amochu River using GIS and HEC-RAS: A case study in Phuntsholing city, Chukha, Bhutan. Naresuan University.
HEC (Hydrologic Engineering Center). 2010. HEC-RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual. U. S. Army Corps of Engineers.
Khattak MS, Anwar F, Saeed TU, Sharif M, Sheraz K, Ahmed A., 2016. Floodplain mapping using HEC-RAS and ArcGIS: A case study of Kabul River. Arabian Journal for Science and Engineering, 41, 1375- 1390.
Ma, M.. Liu, C., Zhao, G., Xie, H., Jia, P., Wang, D., Wang, H., Hong, Y., 2019. Flash Flood Risk Analysis Based on Machine Learning Techniques in the Yunnan Province, China. Remote Sens 11: 170. https://doi.org/10.3390/rs11020170.
Nikoo,m. R,M. et al. 2020. Analyses of land use land cover (LULC) change and built-up expansion in the suburb of a metropolitan city: Spatio-temporal analysis of Delhi NCR using landsat datasets. Journal of Urban Management 9 (2020) 347–359.
Ongdas N, Akiyanova F, Karakulov Y, Muratbayeva A, Zinabdin N., 2020. Application of HEC-RAS (2D) for flood hazard maps generation for Yesil (Ishim) river in Kazakhstan. Water 12: 1-20.
Tate, E. 1999. Floodplain Mapping Using HEC-RAS and ArcView GIS. M.S.E thesis. The University of Texas at Austin. 215p.
Trinh, M. X., and Molkenthin, F., 2021. Flood hazard mapping for data-scarce and ungauged coastal river basins using advanced hydrodynamic models, high temporal-spatial resolution remote sensing precipitation data, and satellite imageries. Natural Hazards, 109:441–469.