مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

پهنه‌بندی سیلاب رودخانه شهرچای ارومیه با استفاده از مدل HEC-RAS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه جغرافیا و برنامه‌ریزی روستایی، دانشکده برنامه‌ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
چکیده
هدف: این پژوهش با هدف شبیه‌سازی جریان سیل در مسیر رودخانه شهرچای واقع در شهرستان ارومیه انجام شده است. رودخانه شهرچای که از داخل شهر ارومیه می‌گذرد در فصل بهار حالت طغیانی به خود گرفته و باعث وارد آمدن خسارت به ساختمان‌ها و زمین‌های کشاورزی اطراف خود می‌شود.
روش و داده: جهت تهیه نقشه پهنه‌های سیلابی برای سه بازه که در پایین‌دست سد شهرچای قرار دارند از مدل هیدرودینامیکی HEC-RAS استفاده گردید. پهنه‌های سیلابی برای دوره‌های بازگشت ۲، ۵، ۱۰، ۲۵، ۵۰ و ۱۰۰ بر اساس دبی‌های مختلف دو ایستگاه هیدرومتری بند و کشتیبان تهیه شدند. جهت هم‌پوشانی نقشه‌ پهنه‌های سیلابی با کاربری‌های منطقه از تصویر ماهواره‌ای لندست ۸ سنجنده OLI برای تهیه نقشه کاربری منطقه استفاده شده و انواع کاربری­‌های منطقه با استفاده از الگوریتم طبقه‌بندی نظارت‌شده در محیط نرم‌افزار ENVI تهیه شد.
یافته‌ها: نتایج تحقیق نشان داد که به­دلیل وجود سد شهرچای، آب ورودی به کانال رودخانه حالت تنظیمی داشته و در نتیجه در سیلاب‌های با دوره‌های بازگشت ۲ و ۵ ساله احتمال طغیانی شدن رودخانه پایین است. اما در دوره‌های بازگشت ۲۵ سال و بالاتر به دلیل افزایش دبی رودخانه، زمین‌های حاشیه رودخانه و دشت سیلابی دچار سیل گرفتگی می‌شوند.
نتیجه‌گیری: بررسی نقشه‌های نهایی نشان داد که در بازه اول در دوره‌های بازگشت ۲۵ سال و بالاتر بیشترین خسارت به اراضی کشاورزی و باغات وارد می‌شود. در بازه دوم مناطق مسکونی و تأسیسات شهری جزو مناطقی هستند که در دوره‌های بازگشت ۲۵ سال و بالاتر درگیر خطر سیل گرفتگی می‌شوند. در بازه سوم نیز اراضی کشاورزی بیشترین سیل گرفتگی را شاهد خواهند بود.
نوآوری، کاربرد نتایج: مطالعات کمی در ارتباط با بررسی رفتار هیدرولوژیکی رودخانه شهرچای ارومیه به‌ویژه محدوده شهری با استفاده از مدل HEC-RAS انجام شده است. لذا در این تحقیق از مدل هیدرولیکی HEC-RAS به‌منظور  شبیه­‌سازی جریان سیلاب در مسیر این رودخانه استفاده شده که نتایج به دست آمده از آن برای مدیریت این مخاطره کمک شایانی می‌کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Flood zoning of Shahrchai River in Urmia using HEC-RAS model

نویسندگان English

Abolghasem Tghizadeh fanid
Ali Lotfalizadeh Lahroudi
Geography and Rural Planning, Faculty of Planning and Environmental Sciences, Tabriz University, Tabriz, Iran
چکیده English

Aim: This research was conducted to simulate flood flow in the Shahrchai River in Urmia County, Iran. The Shahrchai River, which passes through the city of Urmia, experiences a flooding state during the spring season, causing damage to buildings and agricultural lands in its vicinity.
Materials & Methods: The hydraulic model HEC-RAS was used to generate floodplain maps for three sections located downstream of the Shahrchai Dam. Floodplain maps were prepared for return periods of 2, 5, 10, 25, 50, and 100 years based on different flow rates from two hydrometric stations. Satellite imagery from the Landsat 8 OLI sensor was utilized to create land use maps, which were classified using supervised classification in ENVI software.
Finding: The results showed that due to the presence of the Shahrchai Dam, the inflow of water to the river channel had a regulated state, resulting in a lower probability of flooding in the 2- and 5-year return period floods. However, in return periods of 25 years and above, due to the increase in river discharge, the lands along the river and the floodplain are flooded.
Conclusion: The final maps revealed that in the first interval, agricultural lands and orchards suffered the most damage during return periods of 25 years and above. In the second interval, residential areas and urban facilities are at risk of flooding during return periods of 25 years and above. In the third interval, agricultural lands are most susceptible to flooding.
Innovation: Few studies have been conducted to investigate the hydrological behavior of the Shahrchai River in Urmia, especially the urban area, using the HEC-RAS model. Therefore, in this research, the HEC-RAS model was employed to simulate flood hazards along this river, and the obtained results significantly contribute to managing this risk.

کلیدواژه‌ها English

Flood
Zoning
HEC-RAS
GIS
Shahrchai River

Extended Abstract

  1. Introduction

Rivers are active flows that face an increase in discharge after each heavy rainfall, and as a result, they become flooded. River flooding is a serious threat to farmlands and residential areas around it. Considering that after the construction of the Shahrchai Dam, numerous floods have occurred downstream of the dam every year and caused a lot of damage, especially to farmlands, the need to research to identify areas at hazard of flooding along the Shahrchai River is felt more than ever. Therefore, the present research attempts to prepare a flood hazard zoning map for periods with different returns along the Shahrchai River route of Urmia using the HEC-RAS model and geographic information system (GIS) technique. These maps can be useful in land management programs for sustainable development and dealing with the region's flood hazards.

  1. Materials and methods

Shahrchai River is considered one of the most important rivers in the Urmia Lake basin, which plays a significant role in supplying the water needed by the city of Urmia, the villages in the ​​Shahr Chai basin, as well as supplying water to Lake Urmia. This river originates from the border heights of Iran and Turkey, such as the Zarineh Mountains, with a height of 3100 meters, and Kamal Mountain, with a height of 3386 meters. After passing through Urmia city and irrigating the agricultural lands downstream of the basin, Shahrchai enters Urmia Lake from the east (Keshtiban village). The length of this river is about 60 km, and its basin area is 705 Km2. Shahrchai basin is located in Urmia county in terms of political situation. According to data from meteorological and hydrometric stations, the average annual rainfall in the basin is about 360 mm, and the average temperature is about 11 degrees Celsius.

In the present study, the HEC-RAS hydrodynamic model and various data and tools were used to investigate the hydrological behavior of the Shahrchai River in different return periods. In this way, the data of the hydrometric station of Urmia band and Keshtiban were used to study daily and monthly discharge during long-term statistics. To extract the land use map of the region, the Landsat 8 image of the OLI-TIRS sensor was used for July 2021 with the pass and row 169-34 and ENVI software. Supervised classification method and maximum likelihood algorithm were used to identify each user. Digital elevation model (DEM) with a pixel size of 12.5 meters were used to prepare the TIN layer. Next, HEC-RAS hydrodynamic software and HEC-GeoRAS extension were used to simulate the flood along the Shahrchai River.

  1. Discussion and results

The study and the maps showed that the Shahrchai River did not witness floods with higher discharge in the first reach during the return periods of 2 and 5 years. As a result, the river mainly floods in its bed, and during these periods, there is no damage to the farmlands and gardens along the river. However, in the return period of 25 years, we see flooding of the riverbanks and the floodplain, which will lead to damages. The evaluation of flood zones for different return periods shows that in the 10-year return period, 44 hectares of farmland and about 2 hectares of residential areas will be flooded, and damages will be caused to them. The second reach, also known as the urban reach due to its location inside the city of Urmia, is the only reach where residential areas suffer the most damage compared to other sections. The third reach has completely different conditions compared to the second reach. In this reach, farmlands include the most flood-prone areas. Also, due to the low slope of the area, the speed of the water flow decreases, and as a result, the depth of the water causes the flooding of the banks and the floodplain of the Shahrchai River to increase. The evaluation of the flood zones for the return period of 10 years shows that about 50 hectares of farmlands and 0.2 hectares of residential areas are flooded.

  1. Conclusion

In the present study, flood zone maps were prepared separately for the return periods of 2, 5, 10, 25, 50, and 100 years for the first, second, and third reaches. The maps showed that in the first reach, in the return periods of 25 years and above, the most damage is done to farmlands and gardens. So, in the return period of 25 years, about 57 hectares of farmlands and gardens face the hazard of flooding. In the second reach, residential areas and urban facilities are among the areas involved in the hazard of flooding in return periods of 25 years and above. During this period, about 8 hectares of urban areas are threatened by floods, with a return period of 25 years. In the third reach, farmlands will witness the most flooding. The area of ​​farmlands threatened by floods with a return period of 25 years reaches 87 hectares. In this reach, the village of Keshtiban and the agricultural lands suffered much damage from floods, with a return period of 25 years and more due to its location on the riverbank.

  1. Aknowledgmant & Funding
  • Authors are thankful to all interview participants for supporting this research.
  • The manuscript did not receive a grant from any organization.
  1. Conflict of Interest
  • The authors declare no conflict of interest.
اصغری سراسکانرود، صیاد (1392). بررسی و تحلیل الگوهای متفاوت رودخانه شهرچای ارومیه، ژئومورفولوژی کاربردی ایران، 1(1)، 88-75. https://civilica.com/doc/793720.
برخوردار مهرداد؛ چاوشیان، سید علی (1379). پهنه‌بندی سیلاب. مجموعه مقالات کارگاه فنی روش‌های غیر سازه‌ای مدیریت سیلاب، کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، 80-63.
بزرگ حداد، امید؛ خسروشاهی اصل، سارا، زارع زاده، محبوبه؛ جوان، پوریا (1392). توسعه مدل شبیه‌سازی – بهینه‌سازی در حفاظت مناطق سیل‌گیر، آب‌وخاک، 3، 471-462.
حجازی، سید اسداله؛ خدائی قشلاق، فاطمه؛ خدائی قشلاق، لیلا (1398). پهنه بندی خطر وقوع سیلاب در حوضه آبریز ورکش چای با استفاده از مدل HEC-RAS و الحاقیه HEC-GEO-RAS، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 19(53)، 155-137. https://jgs.khu.ac.ir/browse.php?a_id=2949&sid=1&slc_lang=fa
حکمتی فر، حسین؛ نظریها، مهرداد؛ گیوه چی، سعید (1388). ارزیابی خسارات کشاورزی ناشی از سیلاب با استفاده از مدل‌سازی HEC-RAS و ARC View، علوم و تکنولوژی محیط زیست، 11(4)، 108-95. https://sanad.iau.ir/fa/Article/839497?FullText=FullText
دامادی، سکینه؛ دهواری، عبدالحمید؛ دهمرده قلعه نو، محمدرضا؛ ابراهیمیان، محبوبه (1400). پهنه‌بندی سیلاب با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS در رودخانه سرباز استان سیستان و بلوچستان، مهندسی و مدیریت آبخیز، 13(3)، 601-590. https://doi.org/10.22092/ijwmse.2021.124028.1573
راد، مژگان؛ وفاخواه، مهدی؛ غلامعلی فرد، مهدی (1397). پهنه بندی سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS در پایین‌دست حوزه آبخیز خرم آباد، مخاطرات محیط طبیعی، 7(16)، 226-211. doi: 10.22111/jneh.2017.3343
رجبی، علی‌محمد؛ رجایی، طاهر؛ فلاح تفتی، علی (1397). پهنه‌بندی سیلاب رودخانه چالوس با تلفیق مدل HEC-RAS و سیستم اطلاعات جغرافیایی، انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، 2، 60-45. https://www.jiraeg.ir/article_84116.html
رحیم‌پور، توحید؛ رضائی‌مقدم، محمدحسین؛ حجازی، سید اسدالله؛ ولیزاده کامران، خلیل (1402). مدل‌سازی حساسیت خطر وقوع سیل در حوضه آبریز الندچای بر پایه یک رویکرد طبقه‌بندی ترکیبی نوین (FURIA-GA-LogitBoost)، جغرافیا و مخاطرات محیطی، 12(1)، 24-1. https://doi.org/10.22067/geoeh.2022.74170.1141
رضائی‌مقدم، محمدحسین؛ رحیم‌پور، توحید (1402). تهیۀ نقشۀ پتانسیل خطر وقوع سیل با استفاده از دو روش نسبت فراوانی و شاخص آماری (مطالعۀ موردی: حوضۀ آبریز آجی‌چای)، مدیریت مخاطرات محیطی، 10(4)، 308-291. doi: 10.22059/jhsci.2024.369163.803
رکن‌الدین افتخاری، عبدالرضا؛ صادقلو، طاهره، احمدآبادی، علی؛ سجاسی قیداری، حمدالله (1389). ارزیابی پهنه‌بندی روستاهای در معرض خطر سیلاب با استفاده از مدل HEC-GEO-RAS در محیط GIS مطالعه موردی: روستاهای حوضه گرگانرود، توسعه محلی (توسعه روستایی-شهری)، 1(1)، 182-157. https://jrd.ut.ac.ir/article_20819.html?lang=fa
روح اللهی، ماجده؛ سرائی تبریزی، مهدی؛ بابازاده، حسین (1402). پهنه‌بندی و شبیه‌سازی رفتار هیدرولیکی سیلاب با استفاده از نرم‌افزار HEC-RAS، مهندسی آبیاری و آب ایران، 14(53)، 214-202. https://doi.org/10.22125/iwe.2022.326215.1601
شعبانلو، سعید؛ صدقی، حسین؛ ثقفیان، بهرام؛ موسوی جهرمی، سید حبیب (1387). پهنه‌بندی سیلاب در شبکه رودخانه‌های استان گلستان با استفاده از GIS، پژوهش آب ایران، 2(2)، 22-11.
عسگری، شمس اله؛ احمدی، مهدی؛ همتی، موسی (1393). فرسایش کناری رودخانه چرداول با استفاده از مدل HEC-RAS و GIS، تحقیقات جغرافیایی، 30(116)، 80-71. http://georesearch.ir/article-1-261-fa.html
مختاری، داود؛ رضائی‌مقدم، محمدحسین؛ رحیم‌پور، توحید؛ معزز، سمیه (1399). تهیۀ نقشۀ خطر وقوع سیلاب در حوضۀ آبریز گمناب‌چای با استفاده از مدل ANP و تکنیک GIS، اکوهیدرولوژی، 7(2)، 509-497. https://doi.org/10.22059/ije.2020.298759.1298
همتی، موسی؛ مامی زاده، جعفر؛ قادری، جمیل (1394). پهنه‌بندی سیلاب رودخانه چرداول (بازه چناره) با استفاده از مدل HEC-RAS در محیط GIS، علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 9(29)، 74-71. http://jwmsei.ir/article-1-526-fa.html
HEC (Hydrologic Engineering Center). 2010. HEC-RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual. U. S. Army Corps of Engineers.
Hicking, E.J., Nanson, G.C. (1984). Lateral migration rates of river bends, Journal Hydraulic Engineering. Preceedings of the American Society of Civil Engineers, 110, 1557-67.
Karim, I., Hassan, Z., Hussein Abdullah, H., Alwan, I. (2021). 2D-HEC-RAS Modeling of Flood Wave Propagation in a Semi-Arid Area Due to Dam Overtopping Failure. Civil Engineering Journal, 7(9), 1501-1514. https://doi.org/10.28991/cej-2021-03091739
Martin, O., Rugumayo, R., Ovecharovichova, J. (2012). Application of HEC/RAS and GIS tools in flood modeling; A case study for river Sironki-Ubanda. Global Journal of Engineering, Design and Technology, 1(2), 19-31.
Mehta, D.J., Kumar, V.Y. (2021). Water productivity enhancement through controlling the flood inundation of the surrounding region of Navsari Purna river, India. Water Productivity Journal (WPJ), 1(2), 11- 20. https://doi.org/10.22034/wpj.2021.264752.1024
Merwade, V.M. (2004). Geospatial Description of River Channels in Three Dimensions. Doctoral thesis, The University of Texas at Austin. 237p.
Song, S., Britta, S., Nicola, F. (2014). Simulation and comparison of stream power in-channel and on the floodplain in a German lowland area. journal of hydrology and hydromechanics, 62(2), 133-144. https://doi.org/10.2478/johh-2014-0018
Tate, E. (1999). Floodplain Mapping Using HEC-RAS and ArcView GIS.
M.S.E thesis. The University of Texas at Austin. 215p.
Zope, P.E., Eldho, T.I., Jothiprakash, V. (2015). Impacts of urbanization on flooding of a coastal urban catchment: a case study of Mumbai City, India. Natural Hazards, 8, 887-908. https://doi.org/10.1007/s11069-014-1356-4

  • تاریخ دریافت 27 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری 22 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 25 اردیبهشت 1403
  • تاریخ انتشار 01 بهمن 1403