تاثیر توان تفکیک DEM و ضریب زبری مانینگ بر کارآیی مدلHEC-RAS-WMS در تعیین پهنه‌های مخاطره سیلاب مطالعه موردی رودخانه کشکان، استان لرستان، ایران

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه جفرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران

2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه شهید بهشتی

3 پژوهشگر پسا دکتری اقلیم دیرینه گروه جفرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران

10.30488/gps.2020.230991.3247

چکیده

پدیده سیلاب به عنوان یک رویداد هیدرواقلیمی و از مهم­ترین مخاطرات طبیعی در ایران است، در این راستا تهیه­ نقشه­های مناطق آسیب­پذیر مخاطره سیلاب در محدوده­های شهری از مهم­ترین دغدغه­های برنامه­ریزان محیطی است. پژوهشگران برای دستیابی به این هدف باید از داده­ها و مدل­های هیدرولوژی مناسب با بهترین کارآیی استفاده کنند. در واقع یکی از مهمترین مسائلی که بر نتایج حاصل از مدل­های مختلف هیدرولیکی که پهنه­های خطر سیلاب را مشخص می­کنند. تاثیرگذار است، نقش توان تفیک مدل رقومی ارتفاعی و ضریب زبری است. ضریب زبری هم یکی از مشخصه­های مهم در مطالعه خصوصیات جریان رودخانه­ای می­باشد، لذا تعیین ضریب زبری مناسب که معرف شرایط واقعی رودخانه باشد از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. در این پژوهش از مدل HEC-RAS در نرم­افزار WMS که از کاربردی­ترین مدل­های هیدرولوژیست استفاده شده است. در این مدل تاثیر مدل­های رقومی ارتفاع با توان تفکیک مختلف و میزان حساسیت مدل به تعیین ضریب زبری مانینگ در مساحت دقیق پهنه­های متاثر از سیلاب درخروجی مدل بررسی شده است. منطقه مورد مطالعه در این پژوهش حوضه آبخیز رودخانه کشکان با وسعت 9276 کیلومترمربع است که قسمتی از آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که افزایش توان تفکیک مدل رقومی ارتفاعی در تعیین پهنه­های آسیب­پذیر سیلاب در دقت این مدل بسیار تاثیرگذار است و برعکس کاهش آن دقت محدوده­ها را پایین آورده به طوریکه با واقعیت محیطی تطبیق ندارد، همچنین مدل HEC-RAS-WMS به تغییرات ضریب زبری مانینگ حساس بوده و باید برای تعیین پهنه­های سیلاب در این مدل به تغییرات ضریب زبری و تعیین آن دقت لارم به عمل آید. با توجه به این موضوع پژوهشگران این حوزه باید دقت کافی را در استفاده از داده­های مناسب در این موضوعات داشته باشند تا نتایج کاربرد مناسب را در برنامه­ریزی­های شهری و منطقه­ای داشته باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The impact of resolution DEM and Manning roughness coefficient of performance of the model HEC-RAS-WMS In determining flood risk areas (Kashkan River)

نویسندگان [English]

  • Seyed Musa Hosseini 1
  • nafise ashtari 2
  • Arefeh Shabani Araghi 3
1 Faculty of Geography, University of Tehran
2 Shahid Beheshti University
چکیده [English]

The flood phenomenon as a hydro-climatic event and one of the most important natural hazards in Iran, the preparation of maps of areas vulnerable to this danger in urban areas is one of the most important concerns of environmental crisis planners. To achieve this goal, researchers must use appropriate data and hydrology models with the best efficiency. In fact, one of the most important issues affecting the results of various hydrological models that determine the risk areas of floods is the role of digital elevation model and roughness factor. Roughness factor coefficient is one of the important characteristics in studying the characteristics of river flow, and determining the appropriate roughness coefficient that represents the real conditions of the river is of special importance. In this study, the HEC-RAS model was used in WMS software, which used the most practical hydrological models. In this model, the effect of digital elevation model with different resolution and sensitivity of the model to determine the Manning roughness coefficient in the exact area of flooded areas (flooding levels) in the model output has been investigated. The study area of this study is the Kashkan River watershed with an area of 9276 km, part of which has been studied. The results of this study show that increasing the resolution of the digital elevation model in determining the vulnerable areas of flooding is very effective in the accuracy of this model, reducing the accuracy of the range is very low so that it does not correspond to environmental reality. The HEC-RAS-WMS model was also sensitive to changes in the Manning roughness factor and in order to determine the flood zones in this model, the changes in the roughness factor must be carefully adjusted. the importance of this issue, researchers in this field should be careful enough to use the data used in such topics to have the results of appropriate application in urban and regional planning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Resolution
  • Manning roughness factor
  • Floods
  • model HEC-RAS-WMS
  1. آقاطاهر، رضا، صمدی، مهدی، لعلی، ایلیا، نجفی، ایمان، (1395). ارزیابی مقایسه‌ای صحت ارتفاعی مدل‌های رقومی ارتفاعی، فصلنامه علمی - پژوهشی اطلاعات جغرافیایی (سپهر) دوره، شماره 99، صص 113-103.
  2. آرمان، نسیم، (1385). کالیبره کردن ضریب زبری مانینگ در بازه­ای از رودخانه کرج و تجزیه و تحلیل آن با نرم افزار HEC-RAS پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشگاه تهران.
  3. ابراهیمی، نادر قلی، فتحی مقدم منوچهر، کاشفی­پور سید محمود، ابراهیمی کیومرث، صانعی سیدمجتبی، (1387). مطالعه تاثیر پوشش­گیاهی مستغرق بر ضریب زبری رودخانه­ای، پژوهش کشاورزی آب و خاک و گیاه در کشاورزی، جلد هشتم، شماره 1.
  4. افتخاری، امیرحسین. سلاجق، علی. حسینی، سیداحمد، (1390). ارزیابی پهنه­بندی سیل با تغییرات ضریب زبری مطالعه موردی: رودخانه اترک، فصل­نامه جغرافیای طبیعی، سال چهارم 12.
  5. اشرفی، علی، امیرعلیمی، محمد امیر، (1393). مقایسه روش­های مختلف تهیه مدل ارتفاع رقومی (مورد شناسی: حوضه آبخیز نوفرست، شهرستان بیرجند، استان خراسان جنوب، جغرافیا و آمایش شهری-منطقه­ای، 13.
  6. اصغری مقدم، محمدرضا، (1384). درآمدی بر جایگاه مطالعات عوامل طبیعی در برنامه ریزی روستایی، انتشارات سرا، تهران.
  7. بختیار فیضی زاده، بختیار، عبداله آبادی، سلیمه، ولیزاده، خلیل، (1396). مدل سازی عدم قطعیت حاصل از داده‌های ارتفاعی SRTM و ASTER و تاثیر آن بر طبقه بندی لندفرم‌ها در حوضه آبریز گرم چای، فصلنامه علمی-پژوهشی اطلاعات جغرافیایی (سپهر) دوره 26، شماره 103، پاییز 96 صص 41-29.
  8. بهرامی یاراحمدی، محمد. شفاعی بجستان، محمود. (1390). بررسی آزمایشگاهی اثر شکل ذرات رسوبی بستر بر ضریب زبری مانینگ، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد، شماره 1، فروردین.
  9. ثاقبیان، سید مهدی، روشنگر، کیومرث، (1398). تخمین ضریب زبری کل و زبری ناشی از فرم بستر در کانال‌های آبرفتی بر اساس داده‌های آزمایشگاهی با استفاده از روش رگرسیون فرآیند گاوسی، نشریه آبیاری و زهکشی ایران شماره 2، جلد 13، خرداد- تیر 1398، ص. 449-437.
  10. فرزام حسن‌نژاد شریفی امیرصمدی، اصغر عزیزیان. 1395. ارزیابی عملکرد روش پردازش تصویر در تخمین ضریب زبری مانینگ در لایه سطحی بستر رودخانه‌ها تحقیقات آب و خاک ایران، دوره 47، شماره 4، زمستان 1395 (ص 711-722).
  11. حسینی، سیدموسی. جعفربیگلو، منصور. گراوند، فاطمه، (1394). تعیین پهنه­های سیل گیر رود کشکان با استفاده از مدل هیدرولیکی به منظور کاهش مخاطرات سیل، مجله دانش مخاطرات، شماره 13، ص 355-369.
  12. حسین­زاده سید رضا، جهادی طرقی مهناز، 1389. ارزیابی دقت مدل­های رقومی ارتفاع و الگوریتم GIS در تحلیل­های مورفومتری رودخانه­ای (نمونه مورد مطالعه: حوضه آبریز رباط قره پیل در خراسان شمالی)، مجله جغرافیا و توسعه ناحیه­ای، شماره 14.
  13. خبازی، مصطفی،مهرابی، علی، اعرابی، جواد، (1398). ارزیابی دقت آزمایی مدل‌های رقومی ارتفاعیDEM ماهواره‌هایASTER و SRTM با مشاهدات دقیق زمینی DGPS مطالعه موردی: از سد آزاد به دشت
    قروه-دهگلان، سنندج فصلنامه علمی - پژوهشی اطلاعات جغرافیایی (سپهر) دوره 28، شماره 111، صص 174-163.
  14. سوری‌نژاد، علی، (1381). برآورد حجم رواناب حوضه آبخیز رودخانه کشکان با استفاده از GIS ،پژوهش­های جغرافیایی، 1381 (43): 80-57.
  15. شرکت آب منطقه­های استان لرستان، (1392). اطلاعات و مشخصات رودخانه­های استان لرستان.
  16. شفیعی خورشیدی فاطمه، متین فر حمید رضا، علوی پناه سید کاظم، فرخی مهدی، (1390). تولید مدل رقومی ارتفاع با استفاده از زوج تصویر سنجنده ASTER، مجله کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منایع طبیعی، سال دوم، شماره 3.
  17. شکوهی علیرضا، عزیزیان اصغر، (1393). ارزیابی اثر استفاده از مدل­های رقومی ارتفاع راداری و نقشه­های زمینی بر نتایج شبیه­سازی مدل­های ژئومورفولوژیکی، مجله مهندسی و مدیریت آبخیز، شماره 1، صفحات 52-62.
  18. شکوری، ع، (1385)، بررسی تاثیر روش­های مختلف ضریب زبری در میزان دقت پهنه­بندی سیل توسط نرم افزار­های HEC-RAS ,ARC VIEW با تاکید بر صحت سنجی داده­های هیدرومتری، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد واحد تحقیقات
  19. صفری، علیرضا، (1380). تعیین الگوی مدیریت بهینه در دشت­های سیلابی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
  20. عزیزیان، اصغر. شکوهی، علیرضا، (1392)، ارزیابی اثر توان تفکیک مدل­های رقومی ارتفاعی و آستانه شکل‌گیری آبراهه­ها بر نتایج مدل بارش-رواناب ژئومورفولوژی مبتنی بر موج سیستماتیک
    (Kw-giuh)، مجله هیدرولیک، سال 8، شماره 3.
  21. قهرودی‌تالی، منیژه، ثروتی، محمدرضا، صرافی، مظفر، پور­موسوی، موسی، درفشی، خه‌بات، 1391، ارزیابی آسیب‌پذیری ناشی از سیلاب در شهر تهران، فصلنامه علمی امداد و نجات، سال چهارم.
  22. کاویان، عطاله، محمدی، مازیار، (1398). اثر دقت مکانی مدل‌های رقومی ارتفاعی بر شبیه سازی هیدرولیکی، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز سال دهم شماره 19، صص 45-36.
  23. کیا، احمد،خالدی، شهریار، جانباز قبادی، غلامرضا، (1399). تعیین عوامل مؤثر در پتانسیل سیل‌خیزی مناطق همگن هیدرولوژیک. مطالعۀ موردی: حوضه‌های آبخیز سه‌هزار و دوهزار (چشمه‌کیله) تنکابن ، مجله آمایش جغرافیایی فضا، سال دهم، شماره 38، صص 258-235.
  24. گراوند، فاطمه، (1394). تحلیل هیدرولیکی رودخانه کشکان رود در زیر حوضه شیراوند و تعیین مرز سیلابدشت، پایان نامه کارشاسی‌ارشد به راهنمایی موسی حسینی و منصور جعفر بیگلو، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران.
  25. محمدی، حسین، (1390). مخاطرات جوی، تهران، انتشارات دانشگاه تهران.
  26. مروج، کامران، دلاور، محمد امیر، صادق بیگی، اکرم، (1394). اهمیت انتخاب مدل رقومی ارتفاعی مناسب در مدیریت و حفاظت منابع خاک و آب (مطالعه موردی: سد تهم، استان زنجان)، تحقیقات کاربردی خاک، جلد3 شماره 2 صص 42-54.
  27. موسوی بایگی ،سید مهدی، فرید حسینی، علیرضا، علیزاده امین، اینانلو محمد، (1391). بررسی تغییرات ضریب زبری مانینگ در پیش­بینی هیدرولیکی سیلاب (مطالعه موردی: اترک میانی)، نشریه آب و خاک (علوم صنایع و کشاورزی)، جلد 26 ، شماره 1، ص 183-192.
  28. Guan, Liyi, Pan, Hongbo, Zou, Siyuan, Hu, Jun, Zhu, Xiaoyong; Zhou, Ping. The impact of horizontal errors on the accuracy of freely available Digital Elevation Models (DEMs) October 2020, International Journal of Remote Sensing, 41 (19): 7383-7399.
  29. Li, J., and Wong, D.W.S. 2010. Effects of DEM Sources on Hydrologic Applications, Computers, Environment and Urban Systems, 34(3): 251–261.
  30. Mohammed Siwan shamkhi, Zainab Shakir Attab. Estimation of Manning's Roughness Coefficient for Tigris River by Using HEC-RAS model.2018. Wasit Journal of Engineering Sciences 6(3): 90-97.
  31. Phillips, J.D. (1998). Applied Geography, Incorporating Fluvial Change in Hydrologic Simulations, A Case Study in Coastal North Carolina, 8: 25-36.
  32. Pappenberger, F., Beven, K., Horritt, M. and Blazkova, S. (2005). Uncertainty in the Calibration of Effective Roughness Parameters in HEC-RAS Using Inundation and Downstream Level Observations, Journal of Hydrology, 302: 46-69.
  33. Raghad Hadi Hasan. Evaluation of the Accuracy of Digital Elevation Model Produced from Different Open Source Data. 2019. Journal of Engineering. 8(25).
  34. Sivasena Reddy, A. and Janga Reddy, M. 2015. Evaluating the influence of spatial resolutions of DEM on watershed runoff and sediment yield using SWAT. Indian Academy of Sciences, 124(7): 1517-1529.
  35. Sajjad M., Vatanchi & Mahmoud F. Maghrebi. Uncertainty in Rating-Curves Due to Manning Roughness Coefficient. (2019). Water Resources Management, 33: 5153-5167.
  36. Zhang Peipei Ruimin Liu Yimeng Bao. Jiawei Wang, )2014(. Uncertainty of SWAT model at different DEM resolutions in a large mountainous watershed. Water Research, 53(1): 132-144.