پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

تعیین مهم‌ترین پارامترهای موثر بر سیلاب شهری خرم‌آباد با استفاده از مدلSWMM

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران
10.22034/gmpj.2025.518647.1557
چکیده
کنترل آبگرفتگی، سیلاب و تحلیل پیچیدگی عملکرد هیدرولیکی و هیدرولوژیکی پارامترهای موثر بر سیلاب شهری‌، مستلزم استفاده از روش‌های محاسباتی پیشرفته و مدلسازی‌های جدید و کارآمدتر می باشد. هدف ازاین پژوهش شبیه‌سازی رواناب و تعیین مهم‌ترین پارامترهای موثر بر سیلاب شهری بخش‌هایی از شهر خرم‌آباد با استفاده از مدل SWMM است. ابتدا ضمن تعیین مقادیر رواناب برای بارش 24 ساعته با دوره بازگشت های مختلف بهترین توزیع آماری با توجه به نمودارهای شدت-مدت-فراوانی، پتانسیل سیلخیزی شهر خرم‌آباد بررسی و سپس شبیه سازی نفوذ از روش SCS و لایه اطلاعاتی خاکشناسی انجام و با استفاده از پارامترهای عرض معادل، درصد شیب، درصد مناطق نفوذ ناپذیر، ضریب زبری مانینگ مناطق نفوذ پذیر و نفوذ ناپذیر، عمق ذخیره چالابی برای مناطق نفوذ پذیر و نفوذ ناپذیر و درصد مناطق نفوذ ناپذیر بدون ذخیره چالابی، آنالیز حساسیت مدل SWMM انجام شد. با توجه به مقدار 994/0 رابطه نش-ساتکلیف ورابطه کلینگ-گوپتا به میزان913/0 نتایج واسنجی و ارزیابی مدل نشان داد که بین شاخص‌ ارزیابی کارایی مدل جهت برآورد ارتفاع رواناب شبیه‌سازی و مشاهداتی، رابطه معنی‌داری وجود دارد و مدل برای شبیه‌سازی بارش و رواناب از کارایی قابل قبولی برخوردار است. نتایج نشان داد به ترتیب درصد مناطق نفوذ ناپذیر، عمق ذخیره چالابی مناطق نفوذ ناپذیر و عرض معادل بیشترین تاثیر را بر تغییر عمق رواناب دارند .نتایج واسنجی مدل نشان داد بین عمق رواناب تولیدی مدل و محاسباتی روش SCS ارتباط معنا داری وجود دارد و مدل SWMM می‌تواند با مدلسازی نفوذ به روش های مختلف، ضریب رواناب و پتانسیل سیل‌خیزی را به خوبی شبیه‌سازی نماید‌. همچنین نتایج نشان داد برخی کانال‌ها و گره-هایی شبکه شهری خرم آباد به درستی رفتار نمی‌کنند و موجب رفتار مخاطره آمیز درموقعیت‌های حساس و پر رفت و آمد و متراکم شهر می شوند که پیشنهاد می شود جهت رفع نواقص هیدرولیکی بهسازی شوند
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Determination of the Most Important Parameters Affecting the Urban Runoff in Khorramabad City using SWMM Model

نویسندگان English

Hamid Reza Hashemi
Alireza Ildoromi
Behnoosh Farokhzadeh
Department of Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Iran‌.
چکیده English

In urban watersheds, the increase in impervious levels, which due to physical development, leads to an increase in the volume of runoff, peak discharge, and a decrease in the amount of permeability and an increase in urban flooding .and this is despite the fact that most of the urban watersheds do not have hydrometric stations and runoff statistics, hence determining the hydrological response of urban watersheds is essential considering the complexity of the drainage system (Yarahmadi et al. 2018).

Ghadri Dehkordi et al. (2019) using the SWMM model to determine the ability to collect and extract runoff in Babolsar city, showed that the runoff coefficient is directly related to the return period, and larger rainfalls have a higher runoff coefficient.. Yarahamdi et al. (1400) in evaluating the effectiveness of the SWMM model in order to investigate the drainage network flood nodes under the influence of climate change in the east of the six municipalities of Tehran, showed that the surface runoff collection system of the research area needs to be improved and modified, the slope of the passages and dimensions It has channels to transfer runoff caused by floods . .Zhang et al. (2020) designed and implemented a framework based on SWMM for urban runoff management. The results showed that the model can provide calculations in real-time, consistently, quickly and accurately, and can be effectively used in real-time management of urban runoff. In a research, Brown et al. (2021) investigated the impact of runoff management in small cities and showed that land use changes lead to hydrological changes in the city and will be intensify by climate change.



Methodology

Khorramabad city with an area of 50.28 km2 is located in Lorestan province.The purpose of this research is to simulate runoff and determine the most important parameters affecting urban flooding in parts of Khorramabad city using the SWMM model. .First, while determining the runoff values for 24-hour rainfall with different return periods, the best statistical distribution according to the intensity-duration-frequency diagrams, the flood potential of Khorramabad city was investigated.and then simulation of infiltration by SCS method and soil information layer and By using parameters of equivalent width, slope percentage,percentage of impenetrable areas Manning roughness coefficient of permeable zones and impenetrable,Pond storage depth for permeable and impervious areas and percentage of impervious areas without pond storage, SWMM model sensitivity analysis was performed. Therefore, in this research, the SWMM model was investigated and evaluated in order to simulate urban runoff and determine the most important parameters affecting the occurrence of floods in parts of Khorramabad city.



Results and Discussion

The results showed that there is a significant relationship between the model efficiency evaluation index related to the estimation of simulated and observed runoff height.and the evaluation of the efficiency of the model by the Kling-Gupta index provided an acceptable value and the model for simulating the resulting rainfall and runoff compared to the measured rainfall and runoff, as well as presenting the hydrological and hydraulic characteristics of urban watersheds, has an acceptable efficiency.The results of the model calibration showed that there is a significant relationship between the runoff depth produced by the model and calculated by the SCS method.and the SWMM model can simulate the runoff coefficient and flood potential well by modeling infiltration in different ways. The results of the model calibration showed that there is a significant relationship between the runoff depth produced by the model and calculated by the SCS method. and the SWMM model can simulate the runoff coefficient and flood potential well by modeling infiltration in differe.. The results showed that in Khorramabad urban watershed, which has a higher percentage of impermeability, the potential of runoff and flooding is also higher.and the percentage of impervious areas has the greatest effect in creating peak discharges.The results show that the most sensitive parameters, in order of priority, include the percentage of impervious areas, the depth of pond storage in impervious areas,equivalent width,Manning's roughness coefficient in impervious areas subbasin slope, the depth of pond storage in permeable areas, Manning's roughness coefficient in permeable area and the percentage of impervious areas without pond storage.



Conclusion

Today, many hydrological and hydraulic simulation models have been designed in connection with the simulation of flow and runoff patterns In the field of urban runoff, one of the best is the SWMM model, which is specially designed. Since the city of Khorramabad was built along the Khorram River channel, it is always subject to urban flooding; Therefore, in this research, the SWMM model was investigated and evaluated in order to simulate urban runoff and determine the most important parameters affecting the occurrence of floods in parts of Khorramabad city. on the results, it can be said that the SWMM model can estimate the runoff coefficient and flood potential well by modeling infiltration in different ways.In this research, considering the lack of access to infiltration data, the SCS method was used to estimate infiltration and the results showed that impervious surfaces including residential areas, roofs,the roads of asphalt etc. have the largest share in the flood potential of the study area.Theresults showed that some channels and nodes of Khorramabad urban network do not behave properly and cause risky behavior in sensitive and busy and dense situations of the city which is suggested to be improved in order to solve the hydraulic defects ,In addition, it is possible to reduce the impervious area to a minimum by measures such as reducing private parking lots and building public and multi-story parking lots, preventing the construction of very wide and unprincipled sidewalks and roads, especially in residential areas.

کلیدواژه‌ها English

sensitivity analysis
model evaluation
urban runoff
Khorramabad city
SWMM model calibration
امیدی ارجنکی، مجید؛ ظریف صنایعی­، حمیدرضا، ر و حیدرزاده­، هیثم. (1400). بررسی عملکرد و تعیین ابعاد بهینه شبکه جمع‌آوری رواناب سطحی با استفاده از مدل­SWMM. نشریه مهندسی عمران دانشگاه امیرکبیر­، 53، (6)، 2561-2580.
رحیمی، محمدعلی؛ امامقلی زاده­، صمد؛ کرمی، غلام­حسین؛ دلقندی، مهدی و گنجی نوروزی­، زهرا. (1402). ارزیابی شبکه زهکشی شهری با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردی: شهر شاهرود). نشریه آبیاری و آب ایران، 14(2)، 146-163.
رفیع رفیعی، محمد؛ رسولی، داریوش؛ ذوالقدر، مسیح و مهبد­، مهدی. (1401). ارزیابی عملکرد مدل‌های EPA SWMM و ASSA و SewerGEMS در تحلیل سیلاب شهری جمع­آوری شده توسط شبکه زهکش‌های سطحی (مطالعه موردی شهر جدید لار). نشریه مهندسی آب­، 15(54)، 107-124.
رضائی­مقدم­، ­محمدحسین، ح؛ مختاری­، داود؛ رحیم پور، توحید و اسکندری­، ­میثم. (1404). پهنه­­بندی جریان سیلاب برای دوره­های بازگشت مختلف با استفاده از مدل هیدرودینامیکی HEC-RAS (مطالعه موردی: رودخانه گمناب چای­). نشریه پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی­، 13(4).
رضایی مقدم، محمد حسین و رحیم پور، توحید. (1403). ارزیابی پتانسیل خطر وقوع سیلاب با استفاده از روش تحلیل آماری دو متغیره (مطالعه موردی: حوضه آبریز آجی چای)­. نشریه پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی­، 12(4)، 91-107.
رضایی، فاطمه؛ بهره مند، عبدالرضا؛ بردی شیخ، واحد؛ دستورانی، محمد تقی و تاج بخش، محمد. (1397). تعیین مهم ترین پارامترهای تأثیرگذار بر میزان رواناب شهری با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردی: شهر مشهد، منطقه9). پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 9(18)، 135 تا 145.
زاهدی خامنه­، حامد و خداشناس­، سیدرضا. (­1400).  بررسی عملکرد سیستم جمع­آوری آب­های سطحی و تحلیل حساسیت پارامتر­های موثر بر آن (­مطالعه مناطق 10 و 11 مشهد). نشریه ابیاری و زهکشی ایران­، 15(5)،  1067-1080.
شهبازی، علی؛ فرجی، محمد و دهداری، سمیه. (1398). اثر توسعه شهری بر تولید رواناب با استفاده از مدل SWMM، مطالعه موردی: شهرستان ایذه، استان خوزستان. نشریه مهندسی و مدیریت آبخیز،  11(3)، 750 تا 758.
شهبازی، علی؛ خلیقی­سیگارودی، شهرام؛ ملکیان، آرش و سلاجقه، علی. (1396). تجزیه و تحلیل حساسیت پارامترهای ورودی مدل مدیریت رواناب شهری SWMM (مطالعه موردی: شهر ماهدشت). پژوهش­های آبخیزداری، 30(14)، 67 تا 75.
صفری نامیوندی­، مهدی؛ گنجائیان­، حمید؛ نصرتی­، مژگان و محمدیان، کلثوم. (1403). شناسایی مناطق سیل­زده و تحلیل عوامل موثر در وقوع آن (مطالعه موردی: جنوب شرق استان سیستان و بلوچستان)­. نشریه پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی­، 13(2)، 181-194.
حجازی،­ اسدا...؛ نگهبان­، سعید؛ موسوی­، سیده معصومه و ­امین­زاده، محمدهادی. (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). نشریه پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی­، 13(2)، 51-70.
حیدرزاده، مریم و نوحه­گر، احمد. (1396). ارزیابی و آنالیز حساسیت کمیت رواناب و سیستم زهکشی در حوضه شهری ساحلی با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردی: بخشی از شهر بندرعباس). نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک (علوم کشاورزی و منابع طبیعی)، 24(3)، 203 تا 218.
فرخ­زاده، بهموش؛ بذرافشان، ام­البنین و کیانی، آرمان. (1396). مدیریت رواناب­های شهری با استفاده از مدل هیدرولوژیکی-هیدرولیکی SWMM (مطالعه موردی: منطقه 12 شهرداری تهران). وزارت علوم، تحقیقات و فناوری -دانشگاه ملایر- دانشکده مرتع و آبخیزداری و شیلات و محیط زیست. پایان­نامه کارشناسی ارشد، 113ص.
قادری دهکردی، نگین؛  سلیمانی­، کریم؛ کاویان، عطاا... و رشیدپور­، مصطفی . (1399). بهره گیری از مدل SWMM در تعیین قابلیت جمع آوری و استحصال رواناب شهر بابلسر، استان مازندران. نشریه مهندسی و مدیریت آبخیز، 12­(4)، دو 1055-1064.
ناصح پور­، مرضیه؛ خزیمه نژاد، حسین و فروتن، الهام. (1399). ارزیابی اثرات توسعه شهری بر رواناب با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردی: استان قم). علوم و تکنولوژی محیط زیست­، 22(12)، 79-89.
نوری، محبوبه.؛ حسینی، سیدموسی و منصوریان، حسین. (1402). تبیین ضرورت کاربست روش‌های نوین در مدیریت رواناب‌های شهری با رویکرد افزایش تاب‌آوری در برابر سیلاب (نمونه موردی: شهر شیراز). پژوهش­های جغرافیای برنامه­ریزی شهری، 38 (27)، 27 - 49 .
یاراحمدی، یزدان؛ یوسفی، حسین؛ جهانگیر، محمدحسین و ساداتی­نژاد، جواد. (1398­). ارزیابی عملکرد شبکۀ جمع­آوری و هدایت آب­های سطحی با استفاده از مدل هیدرولیکی هیدرولوژیکیSWMM . نشریه اکوهیدرولوژی، 6(2)، 415- 425 .
یاراحمدی­، یزدان؛ قضاوی­، رضا و قاسمیه، هدی. (1400). ­ارزیابی کارایی مدل SWMM به منظور بررسی گره­های سیل­گیر شبکه زهکشی تحت تاثیر تغییر اقلیم (مطالعه موردی: شرق منطقه شش شهرداری تهران). 4(4)، ­ 326-330.
یاراحمدی، یزدان؛ قضاوی­، رضا و قاسمیه­، هدی. (1401). ارزیابی عملکرد شبکۀ جمع­‏آوری رواناب­‏های شهری مناطق نیمه‌خشک تحت تأثیر تغییر اقلیم. نشریه اکوهیدرولوژِی، 9(4)، 783-795.
Abdul-Aziz, O., & Al-Amin, S. (2015). Climate, land use and hydrologic sensitivities of stormwaterquantity and quality in a complex coastal-urban watershed. Urban Water J. Pub.Online: 03 Jan 2015.
Aldiansyah, S.,  & Wardani, F.(2023). Evaluation of flood susceptibility prediction based on a resampling method using machine learning. Journal of Water and Climate Change, 14(3), 937-961.
Beck, N.G., Conley, G., Kanner, L., & Mathias, M. (2017). An urban runoff model designed to inform stormwater management decisions. J Environ Manage, 193, 69-257.
Browne, S., Lintern, A., Jamali, B., Leitão, J. P., & Bach, P. M. (2021). Stormwater management impacts of small urbanising towns: The necessity of investigating the ‘devil in the detail’. Science of The Total Environment, 757, 143835.
Braud, I., Fletcher, T.D., & Andrieu, H. (2013). Hydrology of Peri-Urban catchments:
processes and modeling. J. Hydrol. 485,1-4.
De Almeida, I.K., Almeida, A.K., Steffen, J.L., & Sobrinho, T.A. (­2016). Model for Estimating the Time of Concentration in Watersheds. Water Resour Manage, DOI­10.1007/s11269-016-1383-x.
Farokhzadeh, B., Kiani, A., & Omolbanin Bazrafshan, O. (2021). Evaluation of SWMM hydrological-hydraulic model in urban runoff management (Case study: District 12 of Tehran Municipality), Urban Economics and Planning­, 1(4), 243-251. [In Persian].
Ghaderi, N., Soleimani , K., Kavian , A., & ­Rashidpoor, M. (2021). ­The use of SWMM model in determining the ability to collect and extract runoff in Babolsar­, Mazandaran Province. Watershed Engineering and Management, 12(4)­, 1055-1064. [In Persian].
Hejazi­, A., Negahban­, S., Mousavi­, M., & Aminzadeh, M. ­(2024). Assessment and mapping of urban watershed flood by using fuzzy VIKOR and weighted linear combine models (Case study: Catchment Izeh- Khuzestan).­ Quantitative Geomorphological Research, 13(2), 51-70. [In Persian].
Heydarzadeh­, M., & Nohegar, A. (2017). Assessment and Sensitivity analysis quantity of runoff and drainage system in coastal urban area by SWMM Model (case study:part of Bandar Abbas city). Water and Soil Conservation, 24(3), 203-218. [In Persian].
Jiang, L., Chen, Y., & Wang, H. (2015). Urban flood simulation based on the SWMM model. Proc Int Assoc Hydrol Sci, 368, 91-186.
Kang, N., Kim, S., Kim, Y., Noh, H., Hong, S., & Kim,­ H. (2016). Urban drainage system improvement for climate change adaptation. Water, 8(7), 268.
Le, i., & Mathias, M. (2017). An urban runoff model designed to inform stormwater management decisions. J Environ Manage. 193, 69-257.
Liu, G., Chen, L., Shen, Z., Xiao, Y., & Wei, G.­(2019). A fast and robust simulation-optimization methodology for stormwater quality management. Journal of Hydrology, 576, 520-527
Li, C., Wang Xiong, J.Z., & Chen, P. (2014). Sensitivity Analysis for Urban Drainage
Modeling Using Mutual Information. Entropy. 16:5738-5752. Doi: 10.3390/e16115738.
Nasehpour­, M., Khozeymehnezhad­, H., & ­Forootanm, E. (2021). Evaluation of Urban Development Impacts on Runoff Using SWMM Model (Case Study: Qom Province). Journal Environmental science and technology, Published­: 2021-02-19. [In Persian].
Noori­, M., ­Rezaei­, M.R., Hosseini­, S.M., & Mansourian, H. ­(2023). Explaining the necessity of using modern methods in the management of urban runoff with the approach of increasing resilience against floods (case study: Shiraz city). Geographical Urban Planning Research (GUPR), 11(1), 27-49. [In Persian].
Omidi Arjenaki­, M., ­Zarif Sanayei­, H.R., & ­Heidarzadeh, H. (2021). ­Investigation of Performance and Determination of Optimal Dimensions of Surface Runoff Collection Network Using SWMM Model, Amirkabir Journal of Civil Engineering (Amirkabir J Civil Eng), 53(6), 2561-2580. [In Persian].
Palanisamy, B., & Chui, T.F.M. (2015). Rehabilitation of concrete canals in urban
catchments using low impact development techniques. J. Hydrol. 523:309-319.
Rahimi­, M.A., Emamgholizadeh­, S., karami­, Gh., Delghandi­, M., & ­Ganji Norouzi­, Z. (2024). Evaluation Urban Drainage Network Using SWMM Model (Case Study: Shahrood City), Journal of Irrigation and Water Engineering, 14(2), 146-163. [In Persian].
Rafie Rafiee­, M., ­Rasouli­­, D.,  zolghadr, M., &  Mahbod­, M. (2022). Evaluation of EPA SWMM, ASSA and Sewer GEMS Models in Analysis of Urban Flood Collected by Surface Drainage Network (Case Study: Lar New City), Water Resources Engineering , Published : 2022-10-23. [In Persian].
Rezaei Moghaddam­, M.R., ­Mokhtari­, D., ­Rahimpoor­, ­T., & Skandar­, M. ­(2025). Flood Flow zoning for different return periods using hydrodynamic model HEC-RAS (Case Study:  Gomanab Chai River), Quantitative Geomorphological Research, 13(4), 23-36. [In Persian].
Rezayi moghadam­ , M.R., &  Rahimpour, T. (2024). Evaluating of Flood hazard potential using bivariate statistical analysis method (Case study: Aji Chai basin). Quantitative Geomorphological Research, 12(4), 91-107. [In Persian].
Rezayi­, F., Bahremand­, A., Berdi Sheikh­, V.,­ Dastorani­, M., & Tajbakhsh­, M. (2019). Determination of the Most Important Parameters Affecting the Urban Runoff using SWMM Model (Case Study: Mashhad City, District 9), Journal of Watershed Management Research, 9(18). [In Persian].
Safari namivandi­, M., Ganjaeian­, H., ­Nosrati­, M., & Mohammadian, K. ­­(2024). Identification of flooded areas and analysis of factors influencing its occurrence (Case study: Southeast of Sistan and Baluchestan province), Quantitative Geomorphological Research, 13(2), 181-194. [In Persian].
Shahbazi­, A., faraji­, M., & dehdari­, S. (2019). Effect of urban development on runoff generation by SWMM, case study: Khuzestan Province, Izeh, Watershed Engineering and Management­, 11(3), 750-758. [In Persian].
Shahbazi­, A.,  Khalighi Sigarodi­,  Sh., Malekian , A., & Salajegh­, A. (2017).  Sensitivity analysis of input parameters of SWMM model to urban runoff management (Case study: Mahdasht town). Whatershed Management Research, 30(114). [In Persian].
Tikkanen, H. (2013). Hydrological modeling of a large urban catchment using a stormwatermanagement model (SWMM). M.Sc. Thesis. Aalto University, 165p.
Winz, I., Brierley, G., & Trowsdale, S. (2011). Dominant perspectives and the shape of
urban storm water futures. Urban Water J, 8(6), 337-349.
Wang, M., Zhang, D.Q., Adhityan, A., Ng, W.J., Dong, J.W., & Tan, S.K. (2018). Conventional and holistic urban stormwater management in coastal cities: a case study of the practice in Hong Kong and Singapore, J Water Resour Dev, 34(2), 192–212.
Walsh, C. J., Booth, D. B., Burns, M. J., Fletcher, Wang, Y., Wang, H., Wang, M., Wu, Y., Liu, H., & Huang, H. (2020). Study on the Simulation and Evaluation of LID Adaptation Measures Based on SWMM, Journal of Water Resources Research, 9(1), 22-32.
Wu, J.B., Guo, K.Z., Wang, M.X., & Xu, B. (2011). Research and extraction of
the hydrological characteristics based on GIS and DEM
. Proceedings of the 2011 IEEE
2nd International Conference on Computing, Control and Industrial Engineering. Wuhan, Pp: 371-374.
Yarahmadi­, Y., ­Yousefi­, H., ­Jahangir­, M.H., ­& Sadatineghad, S.J. ­(2019). Evaluation of the network performance of surface water collection and guidance using the SWMM Hydrological Model (Case Study: District 6 of Tehran Municipality). Iranian Journal of Eco Hydrology, 6 (­2). [In Persian].
Yarahmadi­, Y.,  ghazavi­, R., &  ghasemiyeh , H. (2022). Evaluating the efficiency of the SWMM model in order to investigate the flooding nodes of the drainage network under the influence of climate change (Case study: East of Six District of Tehran Municipality), Journal of Meteorology and Atmospheric Sciences (JMAS)­, 4(4). [In Persian].
Yarahmadi­, Y., ­ghazavi , R., &  ghasemiyeh , H. (2023). Evaluate the performance of urban runoff collection network in semi-arid areas affected by climate change, Iranian Journal of Eco Hydrology, 9(4), 783-795. [In Persian].
Zahedi Khameneh, H., & ­Khodashenas, S.R. (2022). Performance Evaluation of stormwater collection system and sensitivity analysis of parameters affecting it (study of districts 10 and 11 of Mashhad), Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 15(5), 1067-1080. [In Persian].