شبیه‌سازی رواناب سطحی شهری با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردی: زیرحوضه خضر همدان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم خاک و آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

مدیریت یکپارچه حوضه‌های آبریز، تضمین کننده استفاده بهینه از منابع آب می‌باشد. تغییر ویژگی‌های حوضه‌های آبریز طبیعی مانند درصد نفوذناپذیری و ضریب زبری موجب تغییر هیدروگراف رواناب خروجی حوضه‌های شهری شده است. مدل‌ها میتوانند با شبیه‌سازی و ارزیابی سناریوهای مختلف بدون نیاز به آزمون و خطا به سیاست‌گذاران در طراحی راهکارهای بهتر مدیریت رواناب شهری کمک نمایند. هدف از تحقیق حاضر، شبیه‌سازی رواناب ناشی از بارش در زیرحوضه خضر شهر همدان با استفاده از مدل مدیریت رواناب سطحی (SWMM) است. برای این منظور، ثبت مقادیر دبی رواناب خروجی در طی هفت رخداد بارش انجام گرفت. آنالیز حساسیت پارامترهای ورودی مدل نشان داد، مقادیر درصد ناحیه نفوذناپذیر، عرض معادل، ضریب زبری مانینگ ناحیه نفوذناپذیر و شیب بیشترین تأثیر را بر روی حجم و دبی اوج رواناب دارند. نتایج صحت‌سنجی مدل در تخمین دبی اوج و حجم جریان با استفاده از ضریب نش- ساتکلیف (95/0-69/0)، جذر میانگین مربع خطا (29/0-14/0) و درصد بایاس (8/18-6/13-) بر روی سه رخداد بارش نشان داد، مدل تهیه شده در برآورد حجم و دبی اوج رواناب زیرحوضه خضر شهر همدان عملکرد مناسبی دارد. در نهایت دو سناریو بر اساس درصد توسعه مناطق نفوذناپذیر و شدت بارش برای سال 1420 تعریف و اجرا شد. نتایج نشان داد، افزایش رواناب و بار آلودگی حاصل از آن قابل ملاحظه بوده، و لزوم پیش‌بینی و مدیریت آن برای کاهش خسارات احتمالی در آینده ضروری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation of urban surface runoff using SWMM (Case study: Khezr sub-basin of Hamedan)

نویسندگان [English]

  • Amin Toranjian 1
  • safar marofi 2
1 Department of soil and water science, Faculty of agriculture, Malayer university, Malayer, Iran
2 Department of water engineering, Faculty of agriculture, Bu-Ali sina, Hamedan, Iran
چکیده [English]

Integrated catchment management ensures optimal use of the water resources. Change in the natural catchments' characteristics like percentage of impermeability, Manning coefficient have caused change in the runoff hydrograph at the outlet of urban basin. Models could help the policy makers in design of better solutions for management of the urban runoff using simulation and assessment of different scenarios without needing trial and error. The goal of this present research is, simulating of runoff due to precipitation in the sub-basin khezr of Hamedan city using the Storm Water Management Model (SWMM). For this purpose, the quantitative amounts of runoff during seven precipitation events were recorded. The sensitivity analysis of input parameters showed that the values of impervious areas' percentage, equivalent width, and Manning coefficient of the impervious area have the highest effects on the runoff volume and peak flow. The results of the verification to estimating the peak flow and volume using the coefficients of Nash-Sutcliffe (0.69-0.95), RMSE (0.14-0.29) and %BIAS (-13.6-18.8) on the three precipitation events showed that the model has good performance for simulating the volume and peak flow of runoff in sub-basin Khezr. Finally two scenarios were defined and applied based on the percentage of extension of impervious areas for year 2041 and precipitation intensity. The results showed, Increasing runoff is significant and its prediction and management for reducing probable damages in the future is necessary.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood
  • Management
  • Sensitivity analysis
  • Verification
  • Water resources

مراجع

احمدزاده، ح.، ر، سعیدآبادی و ا. نوری. 1394. بررسی و پهنه‌بندی مناطق مستعد به وقوع سیل با تأکید بر سیلاب‌های شهری (مطالعه‌ موردی: شهر ماکو). هیدروژئومورفولوژی، دوره 2، شماره 2، ص 1-24.
بدیعی‌زاده، س.، ع. بهره مند و ا. دهقانی. 1395. کالیبراسیون و ارزیابی مدل هیدرولیکی- هیدرولوژیکی SWMM به منظور شبیه سازی رواناب سطحی (مطالعه موردی: شهر گرگان). پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، دوره 7، شماره 14، ص10-1.
بدیع زادگان، ر.، س.ر. خداشناس و ک. اسماعیلی. 1400. آنالیز حساسیت پارامترهای تاثیرگذار بر نتایج رواناب شهری در مدل SWMM(مطالعه موردی : حوضه آبریز شمال شهر تهران). نشریه مهندسی عمران مدرس، دوره 21، شماره 5، ص 73-63.
ترنجیان، ا. 1396. مدل‌سازی کمی و کیفی رواناب در حوضه شهری همدان با استفاده از مدل مدیریت رواناب سطحی (SWMM)، رساله دکتری گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بوعلی سینا، 195 ص.
جمشیدی، ب.، ی. طهماسبی بیرگانی، م. جعفرپور، ن. علوی بختیاروند، ع.ا. بابایی، ع. حقیقی و غ گودرزی. 1399. تعیین پارامترهای مدل کمی- کیفی رواناب شهر شوشتر با استفاده از واسنجی مدلSWMM . مجله پژوهش در بهداشت محیط، دوره 6، شماره 3، ص 239-249.
فرخ زاده، ب.، ا. کیانی و ا. بذرافشان. 1399. ارزیابی مدل هیدرولوژیکی - هیدرولیکی SWMM در مدیریت رواناب‌‌های شهری (مطالعه موردی: منطقه 12 شهرداری تهران. مجلیه اقتصاد و برنامه ریزی شهری، دوره 1، شماره 4، ص 251-243.
یوسفی، ع.، ص. خلیلیان و ح. بلالی. 1390. بررسی اهمیت راهبردی منابع آب در اقتصاد ایران با استفاده از الگوی تعادل عمومی. مجله اقتصاد و توسعه کشاورزی، دوره 25، شماره 1، ص 120-109.
Abdul-Aziz, O. and Al-Amin, S (2015). Climate, land use and hydrologic sensitivities of stormwater quantity and quality in a complex coastal-urban watershed”. Urban Water J. Pub. online
Cai, Q.-C.; Hsu, T.-H.; Lin, J.-Y. (2021). Using the General Regression Neural Network Method to Calibrate the Parameters of a Sub-Catchment. Water, 13, 1089. https:// doi.org/10.3390/w13081089
Chen J, Theller L, Gitau MW, Engel BA, Harbor JM. (2017). Urbanization impacts on surface runoff of the contiguous United States. Journal of environmental management. (187):470-81.
Donquan, Z. Jining, C. Haozheng, W. Qingyuan, T. shangbing, C. and Zheng, S. (2009) .GIS-based urban rain fall-run off modeling using an automatic catchment-discretization approach: a case study in Macaa. Environ. Earth Sci. 59: 465-472.
Gautam, D.K., and K .P., Holz. (2001). Rainfall runoff modeling using adaptive neuro-fuzzy systems, J. Hydro Information, 3:3-10.
 Nicole, G. Beck, G. C., Kanner, L., Mathias, M. (2017). An urban runoff model designed to inform stormwater management decisions. Journal of Environmental Management, 193, 257-269.
Parson, P., Baldassareeg, G., Shrodor, J. (2015). HydroMeteorological Hazards,Risks and Disaster. Elsivier, 35-64.
Santhi, C. Arnold, J.G. Williams, J.R. Dugas, W.A. Srinivasan, R. and Hauck, L.M. (2001). Validation of the SWAT model on a large river basin with point and nonpoint sources. J. Am Water Resour Assoc 37(5):1169-1188
Shen, J. and Zhang, Q. (2014). Parameter Estimation Method for SWMM under the Condition of Incomplete Information Based on GIS and RS. EJGE. Pp: 6095-6108.
Sourisseau, S. Basser, A. Perie, F. and Caquet, T. (2008). Calibration, validation and sensitivity analysis of an ecosystem model applied to artificial streams. Water Research, 42(4):1167-1181.
Temprano, J. Arango, O. Cagiao, J. Suarez, J. and Tejero, I. (2006). Stormwater quality calibration by SWMM: A case study in Northern Spain”.Water SA. 32(1):55-63.
Tolson, B.A. and Shoemaker, C.A. (2007). Cannonsville reservoir watershed SWAT2000 model development, calibration and validation. J Hydrol 337(1–2):68–86.
Yao, L., Chen, L., Wei, W., Sun, R. (2015). Potential reduction in urban runoff by green spaces in Beijing: A scenario analysis. Urban Forestry & Urban Greening, 14(2), 300-308.
Yazdi, M. N., Ketabchy, M., Sample, D. J., Scott, D., & Liao, H. (2019). An evaluation of HSPF and SWMM for simulating streamflow regimes in an urban watershed. Environmental Modelling & Software, 118, 211-225.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار