نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه آبخیزداری -دانشکده منابع طبیعی- دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری- ایران
2 استاد گروه مهندسی آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ص.پ 578 ساری
3 استاد دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
4 عضو هیات علمی دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
چکیده
مدلهای متعددی برای شبیه‌سازی سیلاب ورودی به مناطق شهری از بازه های روستایی طراحی شده که مدل EPASWMM یکی از آنها می باشد. حوزه آبخیز شهری مشهد (بازه های هیدرولوژیکی روستایی مشرف به شهر مشهد) با 8 زیرحوزه مستقل و با مساحت 2472 هکتار در جنوب شهر مشهد واقع شده و محدوده مورد مطالعه، منطقه مسکونی شهرک پایداری مشهد با مساحت 6/95 هکتار در پایین دست زیرحوزه های M2، M3 و M4 می‌باشد. بدلیل دبی پیک زیاد سیلاب زیرحوزه های M2، M3 و M4 ، ظرفیت کانالهای انتقال شهری در منطقه شهرک پایداری کافی نبوده و پس از هر بارندگی، رواناب زیادی وارد مناطق مسکونی می شود. هدف از این پژوهش ارزیابی کارایی مدل EPASWMM در شبیه‌سازی رواناب می‌باشد. محدوده مطالعاتی به 12 واحد هیدرولوژیک (OUT1 الی OUT12) تفکیک شده وشبکه جمع آوری رواناب در قالب گره ها- کانالها وارد مدل شد. از چهار واقعه بارندگی برای ارزیابی و واسنجی مدل استفاده شده که در بخش واسنجی ، مقدار نمایه نش- ساتکلیف (NS) برای متغیر دبی در واقعه اول و سوم به ترتیب 94/0 و 92/0 و برای ارتفاع رواناب به ترتیب 9/0 و 86/0بوده و نشاندهنده بالابودن دقت شبیه سازی رواناب شهری با استفاده از مدل EPASWMM در هر دو متغیر می‌باشد. نتایج بخش ارزیابی مدل برای دو واقعه دوم و چهارم نشان می‌دهد که نمایه های (NS) و (R2) برای سه متغیر دبی، ارتفاع و سرعت رواناب به ترتیب از 78/0 تا 9/0 و 73/0 تا 89/0 متغیر بوده که نشاندهنده همبستگی زیاد داده‌های مشاهده ای و شبیه سازی شده می‌باشد. سناریوهای کاهش سیلاب در واحدهای هیدرولوژیکی با توجه به نتایج شبیه سازی بررسی شده و نتایج نشان داد که اتصال- گره های کد 5 ، 8، 11 و 12 ظرفیت انتقال رواناب در سرعتهای بالا را نداشته و بر اساس نتایج روندیابی مدل، تغییر ابعاد گره و کانال انجام شده است.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Application of EPASWMM model to simulate incoming floods into urban areas of rural hydrological catchments by using mathematical relations,Case Study: Paydari Town of Mashhad
نویسندگان [English]
- alireza memari 1
- Karim Solaimani 2
- mahmood habibnejad 3
- Ali Golkarian 4
1 Department of Watershed Management- Natural Resources Faculty- Sari University of Agriculture and Natural Resources- Iran
2 Dept. of Watershed Management Sari University of Agric.&Natural Res. PoBox 578 Sari-Iran
3 Professor of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, University of Agricultural and Natural Resources, Sari, Iran
4 Assistant Professor of Watershed Management Department, Faculty of Natural and Environmental Sciences Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده [English]
Abstract
Different models have been designed to simulate incoming floods into urban areas from rural areas, one of the models is the EPASWMM. Mashhad urban watershed with 8 inde-pendent subbasins and area of 2,472 hectares, located in south of Mashhad city . Study area is the residential area of Mashhad Paydari township (Area= 95.6 ha) that located below the M2, M3 and M4 subbasins. Due to high peak flood events in M2, M3 and M4 subbasins, the capacity of urban transmission channels in the Paydari township is’nt suf-ficient and after every rain, a lot of runoff enters the residential areas. The purpose of this research is evaluate the efficiency of EPASWMM model in simulating runoff. The study area was divided into 12 hydrological units (OUT1 to OUT12) and after determine of input parameters of the model, the runoff gathering network in the form of nodes-channels was introduced into the model. Four rainfall events were used to evaluate and calibrate the model with (NS), (RMSE) and (R2) coefficients. In the calibration section of the model, the value of the (NS) coefficient for discharge in the first and third events was 0.94 and 0.92 respectively and for runoff height, 0.9 and 0.86, respectively and indicates simulation accuracy of EPASWMM model in both parameters. The results of the model evaluation section for the second and fourth events shows that the NS and R2 coefficients for three parameters of discharge, height and runoff were from 0.78 to 0.9 and 0.73 to 0.89 and indicates a large correlation between observational and simulated data. Flood reduction scenarios in hydrological units have been investigated according to the simulation results.
کلیدواژه‌ها [English]
- Evaluation
- Connection-node
- Urban flood
- Calibration
- Hydrograph
- Mashhad
- Ahmadi, A.R. 2014. Video tutorials and EPASWMM tricks for drainage and runoff management in urban areas. First edition, Kalk Zarrin Publication, Tehran, 259 pages (in Persian).
- Alibakhshi, R., Fazleola and M. ziatabarahmadi. 2015. Flood management in urban areas using computer simulation. Iranian Journal of Water Resources Research, 11(3): 39-48 (in Persian).
- Del Giudice, G. and Padulano. 2016. Sensitivity analysis and calibration of a rainfall-runoff model with the combined use of EPA-SWMM and Genetic algorithm. Acta Geophysica, 64: 1755-1778.
- Dankan J., Blumensaat, W. Wang, P. Krebs and O. Kolditz. 2018. Coupling hydrogeological with surface runoff model in a Poltva, case study in Western Ukraine. Environmental Earth Sciences, 65: 1439–1457.
- Ghaforifard, K. 2014. Simulation of rainfall-runoff model using uncertainty analysis of hydrometer station data in EPASWMM Model, case study: urban area of Birjand. MSc Thesis, Faculty of Natral Resources, Birjand University, 168 pages (in Persian).
- Ghasemian, A. 2015. Study of changes in precipitation characteristics in urban rising runoff using the EPASWMM 5.1 calibration model. MSc Thesis, Faculty of Natural Resources, Torbat Heydarie University, 147 pages (in Persian).
- Hashemi, R. and N. Moradi. 2018. Investigating the effects of urban development on hydrological reactions in watershed areas, case study: Torqabeh, Hesar and Dehb. MSc Thesis, Faculty of Natural Resources, Kashan University, 154 pages (in Persian).
- Javaheri, M. and S. Nazif. 2015. Emission model of urban runoff based on sensitivity analysis. Journal of Water Resources Research, 8(4): 54-62 (in Persian).
- Nagaran, A. and Biswajeet Pradhan. 2019. Monitoring and predicting land use change in Tripoli Metropolitan City using an integrated Markov chain and cellular automata models in GIS. Arabian Journal of Geosciences, 7: 4291-4301.
- Rasoolinia, N. and Jahedi. 2019. Efficiency of SWMM Model in preparation of production runoff map in urban basins, Marivan Urban Watershed. National Conference on Flood Management and Engineering, Tehran, 290-299.
- Roostaee, S., M. Ahadnejad and S. Farrokhi. 2014. Spatial measurement of urban sprawl with emphasis on land use change using multi-time satellite images. Geography and Planning Scientific Journal, 18(4): 22-34 (in Persian).
- Siavoshi, N. 2016. Investigation of SWMM Model calibration methods and their effects on urban runoff fluctuations. MSc Thesis, Faculty of Natural Resources, Birjand University, 198 pages (in Persian).
- Singh Bisht, D.,H. Chatterjee,S.h. Kalakoti,P. Upadhyay,M. Sahoo andA. Panda. 2016. Modeling urban floods and drainage using SWMM and MIKE URBAN, a case study. Natural Hazards, 84: 749–776.
- Soleimani, K. 2010. Hydrology and quantitative modeling of urban flood in GIS and SWMM environments. First edition, Haraz Institute of Higher Education, 312 pages (in Persian).
- Veysipanah, M., Majidi and G. Salehi. 2019. Comparison of logical methods and SWMM in determining flood discharge in Zavareh Basin. Second National Conference on Applied Resources of Water Resources in Iran, Zanjan, 255-245.
- Vanrooj, M. and Rutten. 2018. Identification of potential soil water retention using hydric numerical model at arid regions by land-use changes. Science Direct, International Soil and Water Conservation Research, 3: 305–315.
- Wook Jung, Y., Sh.I. Han and D. Jo. 2015. Optimal design of permeable pavement using harmony search algorithm with SWMM. Harmony Search Algorithm, 382: 385-394.
- Zhang, W. and Li. 2016. The influence of objective function and acceptability threshold on uncertainty assessment of an urban drainage hydraulic model with generalized likelihood uncertainty estimation methodology. Water Resources Management, 29: 2059–2072.
)