شبیه‌سازی هیدرولیکی سیمینه‌رود‌ با بهره‌گیری از نرم‌افزارهای HEC-RAS و ArcGIS

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی عمران- هیدرولیک و مکانیک مهندسی رودخانه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه.

2 دانش آموخته دورة کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه.

چکیده

رودخانه‌ها یکی از منابع مهم آب‌های سطحی هستند که با توجه به نقش مهم آنها در زندگی بشر ‌باید مورد توجه قرار گیرند. هدف این تحقیق، مطالعه ویژگی‌های هیدرولیکی سیمینه‌رود و فرآیندهای حاکم بر آن با استفاده از تلفیق مدل HEC-RAS، در بستر نرم‌افزار  ArcGISاز طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به­منظور شبیه‌سازی پارامترهای هیدرولیکی آن رودخانه با مساحت حوضه‌ی آبریز 3726 کیلومترمربع می‌باشد. نظر به اینکه مدل‌های چندبعدی نیاز به زمان و هزینه‌ی بالایی دارند، در قوس رودخانه با استفاده از تلفیق تصاویر ماهواره‌ای و مدل تک‌بعدی HEC-RAS شبیه‌سازی چند بعدی انجام پذیرفت. در این میان، 58 مقطع عرضی در مسیر رودخانه در نظر گرفته شده است که داده‌های اصلی مورد نیاز در این پژوهش شامل: نقشه‌های ارتفاعی، تصاویر ماهواره‌ای، شرایط مرزی و داده‎های هیدرومتری سیمینه‌رود می‌باشند. نتایج حاصل نشان داد، در بالادست رودخانه مقدار دبی برابر با 3/316 مترمکعب بر ثانیه و تراز سطح آب 85/12 متر و در پایین دست مقادیر دبی جریان و تراز سطح آب به ترتیب 6/313 مترمکعب بر ثانیه و 52/11 متر محاسبه شد. در دو طرف قوس رودخانه نیز تغییرات سطح آب نزدیک به 50 سانتی‌متر بوده و سرعت جریان با مقدار فاصله از ساحل رودخانه نسبت مستقیم دارد؛ به طوری‌که بیشینه سرعت جریان با مقدار 20/2 متر بر ثانیه در فاصله‌ی حدود 50/1 متر اتفاق افتاده است. در صحت‌سنجی مدل، پارامتر آماری NSE در سطح آب و عمق جریان دارای مقادیر به ترتیب 805/0 و 845/0 بدست آمد که دقت بالای مدل‌سازی را نشان می‌دهد. این نتایج حاکی از دقت بالای مدل هیدرولیکی HEC-RAS در شبیه‌سازی هیدرولیک جریان سیمینه‌رود را دارد. در نتیجه ملاحظه می‌شود تلفیق نرم‌افزارهای HEC-RAS و ArcGIS قابلیت بالایی در مدیریت دشت سیلابی داشته و باعث افزایش دقت، سرعت و کاهش هزینه‌های مطالعاتی مهندسی رودخانه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

On the Hydraulic Simulation of River Simineh using HEC-RAS and ArcGIS Software,

نویسندگان [English]

  • Mirali Mohammadi 1
  • Mahsa Mohtadi 2
1 Associate prof. in Civil Eng. (Hydraulics & River Eng. Mechanics), Faculty of Eng., Urmia University, Urmia, Iran.
2 MSc. in Watershed Management Eng., Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran.
چکیده [English]

The purpose of present research work is to study the hydraulic properties of River Simineh and its process using HEC-RAS model, in a combination with ArcGIS software using HEC-GeoRAS extension to simulate the hydraulic parameters of river having a catchment area of 3726 km2. For that mean, since multi-dimensional models require long time and high cost in river bends, by using a combination of satellite images and HEC-RAS model a multi-dimensional simulation was prepared. Among those, 58 cross-sections are considered along the river lane that main data required in this research are elevation maps, satellite images, boundary conditions and River Simineh hydrometric stations. The results showed that at the upstream of river, the discharge was 316.3 m3/s and water level was 12.85 m, and at the downstream the flow rate and water level are 313.6 m3/s and 11.52 m, respectively. On the other side of the river bend, the water level variation is around 50 cm and the flow velocity is directly proportion to a distance from the river bank; so that the maximum flow velocity of 2.2 m/s occurred at a distance nearby 1.5 m. To verifying the model, a statistical parameter of NSE coefficient for the water level and flow depth were 0.805 and 0.845, respectively; which shows the accuracy of model. Those results indicate a high accuracy of HEC-RAS model in hydraulic simulation of River Simineh flow. Also, simulations prepared in GIS background have significant impacts on the accuracy of outputs

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydromorphology
  • River Simineh
  • flow simulation
  • HECRAS
  • ArcGIS
  • Northwestern Iran

مراجع

Alizadeh, A. (2015). Principles of Applied Hydrology, Astan-Quds Razavi Publications Press, Meshad, Iran.
Asadi, F. Z., Fazl Owla, R., & Emadi, A. (2017). Investigation of river bed changes using HEC-RAS4.0 model (Case study: Hall River), J. Watershed Management Research, 8(15): 35-25.
Barzegari, F., & Dasturani, M.T., (2015) Forecasting the suspended load of the river using time series models and artificial neural network (Case study: Kazakh station of GorganRood River, J. Watershed Management Research, 6(12): 225-216.
Benavides, J A., Pietruszewski, B., Kirsch, B., Bedient, P. (2001). Analyzing flood control alternatives for the clear creek watershed in a geographic information systems framework. In Bridging the Gap: Meeting the World Water and Environmental Resources Challenges, pp. 1-10.
Chang, H.H. (1982). Mathematical model for erodible channels. ASCE Journal of Hydraulics Division, 108(5): 678-689.
Cook, A. C. (2008). Comparison of one-dimensional HEC-RAS with two-dimensional FESWMS model in flood inundation mapping. Graduate School of Purdue University, West Lafayette, USA.
Eshghi, P., Farzad Mehr, J., Dasturani, M.T., & Arab Asadi, Z., (2016). Investigation of efficiency of intelligent models in estimating suspended river sediments (case study: Babaman Watershed, North Khorasan), J. Watershed Management Research, 7(14): 88-95.
Gibson, S., Nygaard, C., & Sclafani, P. (2010). Mobile bed modeling of the Cowlitz river using HEC-RAS: Assessing flooding risk and impact due to system sediment. In 2nd Joint Federal Interagency Conference, Vol. 27, Las Vegas, NV, USA.
Haghiabi, A.H. & E. Zaredehdasht. (2012). Evaluation of HEC-RAS ability in erosion and sediment transport forecasting, World Applied Sciences Journal, Vol. 17: 1490-1497.
Hamzehpour, R., & Yasi, M. (2006). Estimating the amount of bed load in rivers with pebble beds, 7th Seminar on River Engineering, Shahid Chamran University, Ahwaz, Iran.
Honarbakhsh., A, Hedayatipour., C, & Samadi., H. (2020). Investigation of the effects of sand harvesting on hydromorphological behavior of river canal case study of dry river Farsan, Quantitative Geomorphology Researches, Vol. 9: 216-214.
Khalfallah, C. B., & Saidi, S. (2018). Spatiotemporal floodplain mapping and prediction using HEC-RAS-GIS tools: Case of the Mejerda river, Tunisia. Journal of African Earth Sciences, 142: 44-51.
Mohammadi, M., (2020). Applied Hydraulics, Urmia University Publications Press, Urmia, Iran.
Mohammadi, M., Mohammadi, F., Fakherifard, A., & Bijanvand, S. (2020). Extraction of flood risk zoning control curve (case study: Baranduz-chay River, Urmia). J. Hydrogeomorphology, University of Tabriz, 6(22): 87-108.
Moludi, M., & Mohammadi, M. (2021). Derivation of rule curve for flood risk zone (case study: Baranduz-chay River). J. Water and Soil Science, University of Tabriz, Iran. doi:10.22034/ws.2021.1225.
Pappenberger, F., Beven, K., Horritt, M., & Blazkova, S. J. J. O. H. (2005). Uncertainty in the calibration of effective roughness parameters in HEC-RAS using inundation and downstream level observations. J. Hydrology, 302(1-4): 46-69.
Rasuli, A. (1998). Necessity of creating the tendency of geographical information systems in geographical groups of the country; No.166.
Samadian, M., Hessari, B., Mohammadi, M. and Alami, M.T. (2020). Assessment of river training plans using MIKE11 model (a case study: Zarineh River in Shahindezh city conjunction). J. Hydrogeomorphology, University of Tabriz, 7(22): 21-41.
Shayan., S, Sharifi Kia., M, & Naseri, N. (2007). Analysis of morphological factors in spatial-spatial pattern changes of Alvand river; Geographic Research Quarterly, 32nd Year, Issue 1: 36-25.
Sun, M., Quan, H., Lin, Z. (2021). Research on flood disaster simulation of Hongqi river basin based on HEC-RAS, 5th International Symposium on Resource Exploration and Environmental Science, 781(2): 42-51. doi:10.1088/1755-1315/781/2/022017.
Termini, D. (2021). Investigation of a gravel-bed river’s pattern changes: Insights from satellite images. Applied Sciences, 11(5): 1-17. doi:10.3390/app11052103.
Uddin, K., Basanta, S., & Shamsul Alam, M. (2011). Assessment of morphological changes and vulnerability of river bank erosion alongside the river Jamuna using remote sensing. J. Earth Science and Engineering, 1(1): 29-34.
Vaezipour, H.A, & Taleb Bidakhti, N. (2011). Simulation of morphological changes of Sistan river (Hirmand bifurcated distance to Zahak dam).
Winterbottom, S.J. (2000). Medium and short-term channel planform changes on the rivers Tay and Tummel, Scotland, Geomorphology, 34(3-4): 195-208.
Wu, Y., Wang, Y., Yang, Y., Wang, J., Liu, H., & Fu, G. (2020). Flood simulation and disaster loss assessment of flood storage and detention areas based on HEC-RAS. J. Water Resources Research, 9(1): 42-51.
Young, R.A., & Loomis, J. B. (2014). Determining the economic value of water: concepts and methods. Routledge.
Zahiri, J. & Ashnavar, M. (2021). Efficiency of HEC-RAS and GIS in one-dimensional simulation of river hydrodynamics. J. Civil Engineering and Environment, 51(2): 63-72.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 آذر 1400
  • تاریخ بازنگری: 19 بهمن 1400
  • تاریخ پذیرش: 08 اسفند 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار