پایداری | متن کامل رایگان | شبیه‌سازی سیل ناگهانی برای مخازن تپه‌ای با در نظر گرفتن مخازن بالادست-مطالعه موردی مخزن موشان - شهرساز | سایت تخصصی شهرسازی با هوش مصنوعی | شهرساز

بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی

بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی را از Urbanity.ir بخواهید

…

ادامه ...

خرید درب شیشه ای سکوریت با بهترین قیمت از تتراگلس

ادامه ...

Friday, 28 June , 2024
امروز : جمعه, ۸ تیر , ۱۴۰۳

آخرین اخبار »

شناسه خبر : 21855

ارسال

پرینتخانه » مقالات تاریخ انتشار : 12 ژوئن 2024 - 3:30 | 11 بازدید | ارسال توسط : riazat

پایداری | متن کامل رایگان | شبیه‌سازی سیل ناگهانی برای مخازن تپه‌ای با در نظر گرفتن مخازن بالادست-مطالعه موردی مخزن موشان

۱٫ معرفی با توسعه جامعه، بارندگی های شدید اغلب تحت تأثیر عوامل زیادی مانند تغییرات آب و هوا، شرایط سطحی زیرین و فعالیت های انسانی رخ می دهد. [۱,۲,۳]. در سال‌های اخیر، باران‌های شدید شدید اغلب در چین، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک شمال رخ داده است که باعث خسارات جدی شده است. [۴]; […]

۱٫ معرفی

با توسعه جامعه، بارندگی های شدید اغلب تحت تأثیر عوامل زیادی مانند تغییرات آب و هوا، شرایط سطحی زیرین و فعالیت های انسانی رخ می دهد. [۱,۲,۳]. در سال‌های اخیر، باران‌های شدید شدید اغلب در چین، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک شمال رخ داده است که باعث خسارات جدی شده است. [۴]; به عنوان مثال، از ۲۸ جولای تا ۱ اوت ۲۰۲۳، سیل رخ داده در منطقه رودخانه هایهه (به نام سیل “۲۳ · ۷” توسط وزارت منابع آب، پکن، چین) [۵]و در ۲۰ ژوئیه ۲۰۲۱، باران شدید [۶] که در ژنگژو، استان هنان رخ داد و منجر به تلفات جدی ناشی از سیل شد (یعنی سیل “۷ · ۲۰”). در نواحی تپه ای، سیل با شروع سریع، زمان پاسخ کوتاه، صعود و سقوط تند و پتانسیل تخریب بالا مشخص می شود. علاوه بر این، بسیاری از پروژه‌های حفاظت از آب مانند مخازن، قفل‌ها و سدها معمولاً در حوضه‌های رودخانه‌ای برای توسعه منابع آب ساخته شده‌اند. ساخت مخازن باعث تغییر خصوصیات هیدرولوژیکی طبیعی رودخانه ها و در نتیجه تغییر در مکانیسم تولید و تجمع می شود. [۷,۸,۹,۱۰,۱۱]، به ویژه برای رویدادهای طوفان شدید باران. علاوه بر این، اکثر مخازن کوچک و سدهای حوضچه ای در چین فاقد امکانات عملیاتی بوده و فاقد یک سری طولانی از داده های رصدی هستند. اما در فرآیند پیش‌بینی سیل مخازن، نه تنها فرآیند بارش و رواناب، بلکه تأثیر ذخیره و رهاسازی مخازن بالادست نیز باید در نظر گرفته شود. بنابراین، به منظور بهبود توانایی های پیشگیری از بلایای سیل، مطالعه روش های شبیه سازی سیل برای مخازن تپه ای که تأثیر پروژه های حفاظت از آب بالادست را در نظر می گیرد، بسیار مهم است. این امر ضمن کاهش تلفات، تلاش‌های پیش‌بینی و کنترل سیل را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.

برای شبیه‌سازی و پیش‌بینی سیل، پس از سال‌ها تحقیق، محققان داخلی و خارجی مدل‌های توده‌ای مانند مدل HBV، مدل مخزن و مدل Xin'anjiang را پیشنهاد کرده‌اند. [۱۲]. با توسعه فناوری اطلاعات و کامپیوتر، محققان مدل های هیدرولوژیکی توزیع شده مانند مدل Top، مدل VIC، مدل SWAT و HEC-HMS را ارائه کردند. [۱۳,۱۴,۱۵,۱۶,۱۷,۱۸]. با توجه به مناطق مختلف آب و هوایی و ویژگی های حوزه آبخیز کشورمان، محققان چینی مدل های هیدرولوژیکی پراکنده متعددی را با ویژگی های مختلف حوزه آبخیز ایجاد کردند. [۱۹,۲۰].

در مورد تأثیر فعالیت های انسانی، در کشورهای خارجی، مدل های هیدرولوژیکی عمدتاً برای مطالعه تغییرات رواناب از طریق تغییر کاربری/پوشش زمین استفاده می شود. [۲۱,۲۲,۲۳]. بسیاری از محققان داخلی در مطالعه و کاربرد مدل‌های مفهومی هیدرولوژیکی، تأثیر مخازن کوچک و متوسط را بر تولید و تلاقی مدنظر قرار دادند. به عنوان مثال، Guo Shenglian و همکاران. [۱۹] رهگیری مخازن کوچک و متوسط در حوضه را به ظرفیت ذخیره آب مدل رودخانه Xin'an تبدیل کرد. لینگ مینهوا و همکاران [۲۴] مدل رودخانه Xin'an را با در نظر گرفتن ذخیره‌سازی حوضچه برای شبیه‌سازی رواناب و تحلیل تأثیر ذخیره‌سازی حوضچه بر رواناب رودخانه ارائه کرد. چن جیان و همکاران [۲۵] مخازن کوچک و متوسط در حوضه را به مخازن مجازی تبدیل کرده و مدل بهبود یافته رودخانه Xin'an را پیشنهاد کرد.

در کاربرد عملی، روش پیش‌بینی سیل با در نظر گرفتن تأثیر فعالیت‌های انسانی، عمدتاً عوامل تأثیر فعالیت‌های انسانی را به مدل توده‌ای اضافه می‌کند. مثلا چنگ چونتیان و وانگ بنده [۲۶] ارزش خالص تجمعی بارندگی هر واحد در دوره های زمانی مختلف و همچنین ظرفیت رهگیری مخزن بالادست و شالیزار در طول دوره رشد بر اساس مرحله سیلابی و آبیاری محصول را برآورد کرد تا حداکثر ظرفیت رهگیری و ضریب تصحیح رواناب برآورد شود. . آنها سپس پارامترها را از طریق تعامل انسان و رایانه برای به دست آوردن پارامترهای تولید جریان و تأثیر فعالیت‌های انسانی تنظیم و بهینه‌سازی کردند و اشاره کردند که دقت پیش‌بینی بدون در نظر گرفتن تأثیر فعالیت‌های انسانی برای مخزن شیتوکومن ۹ درصد بیشتر از آن بود. در استان جیلین، منعکس کننده تأثیر فعالیت های انسانی بر پیش بینی رواناب است. گوا شنگلیان و همکاران [۱۹] پروژه های حفاظت از آب در حوضه را بر اساس ظرفیت ذخیره سازی طبقه بندی کرد، ظرفیت ذخیره سازی تجمعی همان نوع مخزن را به حداکثر ظرفیت ذخیره سازی تبدیل کرد و آن را به ظرفیت ذخیره سازی خاک مدل رودخانه شینان اضافه کرد تا یک طرح پیش‌بینی سیل با در نظر گرفتن تأثیر فعالیت‌های انسانی سان شینگو و همکاران [۲۷] بسیاری از پروژه های آبی در حوضه را به یک مخزن مجازی تجمیع کرد، قانون ذخیره و رهاسازی آب مخزن سنگدانه را تدوین کرد، تأثیر ذخیره و تخلیه مخزن را به طور موثر بر فرآیند سیلابی شدن حوضه کمی سازی کرد و ضریب کارایی نش را برای پیش بینی سیل افزایش داد. در حوضه مخزن فنگمن ۲۲ درصد. یائو شیقیان با هدف مشکل دقت شبیه سازی ضعیف سیلاب با مراکز بارندگی توزیع شده در بالادست [۲۸] تاثیر تغییرات کاربری زمین و ساخت و ساز حفاظت از آب را بر رواناب تجزیه و تحلیل و ارزیابی کرد.

مطالعات فوق که مدل توده‌ای را با ماژول مخزن همراه کرد، توزیع فضایی پروژه‌های حفاظت از آب در حوضه را به طور کامل در نظر نگرفت و عملکرد تنظیم و ذخیره‌سازی بسیاری از مخازن کوچک و متوسط را با دقت کافی توصیف نکرد. بنابراین، برخی از محققان مزایای مدل توده‌ای را با هم ترکیب کردند و مدل هیدرولوژیکی را برای ایجاد یک مدل هیدرولوژیکی مبتنی بر شبکه با توجه به تأثیر پروژه‌های حفاظت از آب برای بهبود بیشتر دقت پیش‌بینی سیلاب حوضه توزیع کردند. به عنوان مثال، یائو چنگ و همکاران. [۲۹] یک مدل جدید رودخانه آنجیانگ مبتنی بر شبکه (Grid-XAJ) برای در نظر گرفتن تأثیر ذخیره سازی و زهکشی Kutangdam بر روند تولید و همگرایی ایجاد کرد. فرآیند توزیع آب در طول مسیر رودخانه به خوبی شرح داده شده است.

مطالعات شبیه‌سازی سیل داخلی و پیش‌بینی تأثیر پروژه‌های صرفه‌جویی آب عمدتاً در مناطق مرطوب یا نیمه مرطوب انجام می‌شود، در حالی که مطالعات در مناطق خشک و نیمه‌خشک انجام می‌شود. [۹,۱۱,۲۸] فقط خشکسالی و شرایط مرطوب را در نظر بگیرید، اما نیمه خشکسالی را منعکس نکنید، و شبیه سازی و پیش بینی سیل را تحت سناریوهای طوفان شدید باران مطالعه نکنید. این مقاله یک روش شبیه‌سازی سیلاب برای حوضه‌های مخزنی در نواحی تپه‌ای با در نظر گرفتن ویژگی‌های توزیع مخازن بالادست و تأثیر آنها بر رواناب در مناطق نیمه مرطوب پیشنهاد می‌کند. این روش بر اساس یک مدل شبیه‌سازی سیل مخزن ایجاد شد، ظرفیت نگهداری سیل و تأثیر بر رواناب بسیاری از مخازن کوچک و متوسط بالادست را بیشتر مورد مطالعه قرار داد و فرآیند سیل را تحت بارندگی‌های مختلف قبل از نفوذ شبیه‌سازی کرد تا متوجه سیل شود. پیش‌بینی حوضه به‌عنوان یک واحد و ارائه مبنای برنامه‌ریزی کنترل سیلاب زیر. ابتدا با توجه به جغرافیای فیزیکی و خصوصیات هیدرولوژیکی، مدل هیدرولوژیکی حوضه مخزن موشان بر اساس HEC-HMS ساخته شد که در آن دو روش ترکیبی متفاوت تولید رواناب و تلاقی، یعنی روش نفوذ پایدار با روش خط واحد اسنایدر ساخته شد. (مجموعه روش ۱) و روش منحنی SCS-CN با روش خط واحد SCS (مجموعه روش ۲)، علاوه بر روش ماسکینگوم که برای تکامل سیل رودخانه استفاده شد، انتخاب شدند. سپس مشخصات توزیع مخازن در حوضه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، سه مخزن متوسط و ۹۳ مخزن کوچک در قسمت بالایی حوضه به هفت مخزن کل تعمیم داده شدند و با استفاده از ماژول «افزودن مخازن» در HEC به مدل هیدرولوژیکی ساخته شده اضافه شدند. -HMS. در نهایت، نه سیل تاریخی تحت تأثیر بارندگی های اولیه متفاوت شبیه سازی و تأیید شد که از این تعداد شش سیل برای کالیبراسیون پارامتر و سه سیل برای تأیید پارامتر بودند. خطای دبی اوج، خطای عمق رواناب، اختلاف جریان اوج و ضریب اطمینان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مقایسه بین نتایج حاصل از مجموعه روش‌های مختلف با سیل‌های مشاهده‌شده برای تأیید کاربرد و برتری این رویکرد انجام شد.

۳٫ روش ها

۳٫۱٫ مدل شبیه سازی سیل

حوضه آبگیر موشان منطقه ای نیمه خشک و نیمه مرطوب با شرایط سطحی زیرین پیچیده است. اساساً هیچ جریان پایه ای در مسیر رودخانه وجود ندارد و سیل ناشی از بارندگی عمدتاً توسط بارندگی هر رویداد ایجاد می شود، بنابراین تأثیر جریان پایه نادیده گرفته می شود.

علاوه بر این، بر اساس اصل پارامترهای کمتر، دسترسی آسان به داده ها و نتایج شبیه سازی پایدار و معقول، همراه با شرایط توپوگرافی، شرایط هواشناسی، شرایط خاک و شرایط پوشش گیاهی حوضه آبگیر مخزن موشان، روش ها با اثرات کاربردی بهتری همراه هستند. در مناطق نیمه خشک و نیمه مرطوب [۹,۱۰,۱۱] مقایسه و تجزیه و تحلیل می شوند و دو مجموعه از روش ها (نشان داده شده در میز ۱) برای محاسبه شبیه سازی انتخاب می شوند.

که در میز ۱SCS-CN مدل شماره منحنی خدمات حفاظت از خاک است که توسط وزارت کشاورزی ایالات متحده بر اساس تجربه عملی در سال ۱۹۷۲ پیشنهاد شده است. CN تعداد منحنی های رواناب است و ابعادی ندارد.

برای تولید رواناب، روش تلفات اولیه و نفوذ پایدار کاربرد قوی در شبیه‌سازی رواناب در سناریوهای بارش کوتاه‌مدت دارد و می‌تواند فرآیند رواناب رویدادهای کوتاه‌مدت بارندگی و الگوهای بلندمدت یا پیچیده بارش را شبیه‌سازی کند. دقت شبیه سازی این روش ممکن است محدود باشد. با این حال، روش SCS-CN ممکن است دقت شبیه‌سازی بالاتری را در الگوهای بارندگی طولانی‌مدت یا پیچیده نشان دهد و ممکن است منجر به خطاهای پیش‌بینی در مورد بارش شدید کوتاه مدت به دلیل فرضیات ساده‌سازی شده مدل شود. در منطقه مورد مطالعه، نوع خاک و توزیع آن پیچیده است، داده ها نسبتاً کم است، و رویدادهای بارش شدید کوتاه مدت معمولاً رخ می دهد. بنابراین از دو روش فوق به ترتیب برای محاسبه و تحلیل تولید رواناب استفاده می شود.

برای تلاقی، روش خط واحد SCS به طور گسترده در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است و پارامترهای آن را می توان با توجه به ویژگی های مختلف حوضه تنظیم کرد. ترکیب روش خط واحد SCS و روش تولید جریان SCS-CN به طور قابل توجهی دقت پیش‌بینی سیل را بهبود می‌بخشد. این ترکیب مدل را قادر می‌سازد تا ویژگی‌های ژئومورفیک حوضه را بهتر منعکس کند، به‌ویژه برای حوزه آبخیز کوچک در منطقه تپه‌ای که در آن داده‌ها وجود ندارد. روش خط واحد اسنایدر می تواند ویژگی های حوضه را به خوبی منعکس کند، از جمله تأثیر مساحت حوضه، توپوگرافی و سایر عوامل بر روند رواناب، اما تعیین پارامتر ممکن است پیچیده تر باشد و به بررسی و آزمایش های میدانی بیشتری نیاز است. پارامترهای مناسب را تعیین کنید. منطقه مورد مطالعه منطقه تپه ماهوری است و داده ها کم است، بنابراین از دو روش فوق برای تحلیل مقایسه ای استفاده می شود.

۳٫۱٫۱٫ تولید جریان با روش تلفات اولیه و نفوذپذیری ثابت

روش چند ضلعی تیسن برای تقسیم چند ضلعی تیسن بر اساس توزیع ایستگاه های اندازه گیری باران استفاده می شود. شکل ۵.

برای زیر حوضه در داخل چند ضلعی تیسن، میزان بارندگی منطقه، میزان بارندگی ایستگاه باران است. برای زیر حوضه هایی که چند ضلعی تیسن را در بر می گیرند، بارندگی سطحی با مساحت چند ضلعی به عنوان وزن ذکر شده در محاسبه می شود. جدول ۲. فرمول محاسبه به شرح زیر است:

$\bar{پ} = \sum_{من = ۱}^{n} \frac{آ_{من}}{اف} پ_{من}$

جایی که $\bar{پ}$ مساحت میانگین بارندگی زیرحوضه است من، میلی متر n تعداد ایستگاه های باران سنجی است. آ_من منطقه تحت کنترل است منایستگاه باران سنجی در زیرحوضه، کیلومتر^۲. اف مساحت زیرحوضه، کیلومتر است^۲. پ_من مقدار بارندگی در من ایستگاه، میلی متر

روش نفوذ پایدار تلفات اولیه قابلیت عملی قوی در شبیه‌سازی رواناب در سناریوهای بارش کوتاه‌مدت دارد و فرآیند تولید رواناب بارندگی را می‌توان به دو مرحله تلفات اولیه و پس از تلفات تقسیم کرد. فرمول محاسبه به شرح زیر است:

$پ_{ه تی} = \{\begin{matrix} ۰ \sum پ_{من} < {من}_{آ} \\ پ_{تی} - f_{ج} \sum پ_{من} > {من}_{آ} و پ_{تی} < f_{ج} \\ ۰ \sum پ_{من} > {من}_{آ} و پ_{تی} < f_{ج} \end{matrix}$

(۱)

جایی که $پ_{ه تی}$ بارندگی خالص، میلی متر است. $پ_{تی}$ میانگین بارندگی در سطح از زمان به زمان است t + Δ، میلی متر، که Δ مرحله زمانی است. ${من}_{آ}$ از دست دادن اولیه بارندگی، میلی متر است. $f_{ج}$ نرخ نفوذ خاک، mm/h است.

۳٫۱٫۲٫ تولید جریان با روش منحنی SCS-CN

روش منحنی SCS-CN فقط شامل یک پارامتر بدون بعد است CN مقدار، با پارامترهای کمی، و فرآیند محاسبه نسبتا ساده است. اما این مقدار مربوط به رطوبت خاک، نوع کاربری اراضی و نوع خاک در دوره قبل است و می تواند ویژگی های جامع سطح زیرین در منطقه مورد مطالعه را به شکل جامع تری منعکس کند. محدوده ارزش نظری از CN مقدار ۰-۱۰۰ است، و مقدار اولیه خاص به طور کلی بر اساس کتابچه راهنمای مهندسی ملی ایالات متحده محاسبه می شود. [۱۵]. در محاسبات شبیه سازی واقعی، محدوده مقدار مشترک ۴۰-۹۸ است [۶,۳۰]. هنگامی که چندین نوع کاربری اراضی و انواع خاک در حوضه وجود دارد، ترکیب

{CN}_{w}

ارزش حوضه بر اساس رابطه زیر محاسبه می شود:

${CN}_{w} = \frac{\sum آ_{j} {CN}_{j}}{\sum آ_{j}}$

(۲)

جایی که j تعداد انواع کاربری اراضی و انواع خاک در حوضه است. $آ_{j}$ مساحت نوع کاربری و نوع توده خاک است j. ${CN}_{j}$ هست CN ارزش نوع کاربری زمین و نوع جرم خاک j.

۳٫۱٫۳٫ روش محاسبه تلاقی – روش خط واحد اسنایدر

در شرایط ایده آل، رابطه زیر بین زمان تاخیر پیک سیل وجود دارد تی_پ و مدت بارندگی تی_r خط واحد:

در شرایط استاندارد، رابطه بین پیک جریان U_پ و زمان اوج تی_پ از خط واحد به شرح زیر است: کجا U_پ اوج جریان است، m³/s. تی_پ زمان اوج است، ساعت. آ حوضه آبریز، کیلومتر است^۲. سی ضریب تبدیل است. برای واحدهای SI، مقدار ۲٫۷۵ است. سی_پ ضریب پیک خط واحد با مقادیری از ۰٫۴ تا ۰٫۸ است.

هنگامی که حوضه واقعی با شرایط ایده آل بسیار متفاوت است، تغییرات زیر باید برای مدت زمان پیک خط واحد اعمال شود:

${تی}_{پ آر} = {تی}_{پ} - \frac{{تی}_{r} - {تی}_{آر}}{۴}$

(۵)

جایی که ${تی}_{پ آر}$ مدت زمان پیک مورد انتظار خط واحد است. ${تی}_{آر}$ دوره خط واحد مورد انتظار است. یعنی مرحله زمانی تعیین شده.

در سال ۱۹۹۲، Bedient و Huber [31] فرمول محاسبه مدت زمان پیک مورد انتظار خط واحد را به شرح زیر پیشنهاد کرد:

${تی}_{پ آر} = سی {سی}_{تی} {(L L_{ج})}^{۰٫۳}$

(۶)

جایی که L طول جریان اصلی یک حوضه است، ال سی فاصله مرکز حوضه تا خروجی حوضه است، سی ثابت تبدیل است که در واحدهای بین المللی ۰٫۷۵ است و سی_تی رکود ضریب حوضه است که معمولاً ۱٫۸ تا ۲٫۲ است.

۳٫۱٫۴٫ روش محاسبه تلاقی – روش خط واحد

رابطه بین پیک جریان و زمان وقوع پیک خط واحد به شرح زیر است:

${تی}_{پ} = \frac{∆ تی}{۲} + {تی}_{ل آ g}$

(۸)

جایی که ${سی}_{۱}$ ضریب تبدیل است. برای واحدهای SI، مقدار ۲٫۰۸ است. $∆ تی$ مدت زمان خالص بارندگی است. ${تی}_{ل آ g}$ زمان تاخیر حوضه است. یعنی اختلاف زمانی بین پیک خط واحد و محل مرکز خالص باران. ${تی}_{ل آ g}$ را می توان با فرمول به صورت زیر بدست آورد:

${تی}_{ل آ g} = \frac{ل^{۰٫۸} {(اس + ۲۵٫۴)}^{۰٫۷}}{۷۰۶۹٫۷ y^{۰٫۵}} و اس = \frac{۲۵۴۰۰}{CN} - ۲۵۴$

(۹)

جایی که ل طول کانال، متر است. اس حداکثر مقدار ممکن آب راکد در حوضه، میلی متر است. y شیب حوضه است که مقدار آن با ابزار HEC-GeoHMS قابل استخراج است.

۳٫۱٫۵٫ روش محاسبه تلاقی – روش ماسکینگوم

روش ماسکینگوم یک الگوریتم تلاقی کانال است که بر اساس معادله ذخیره مخزن و معادله تعادل آب است و به دلیل سادگی، راندمان بالا و نیاز به داده نسبتا کم، به طور گسترده در مسیریابی حوضه استفاده می شود. [۳۲]. روش ماسکینگن قطعه ای، روش ماسکینگم-کانج با حساب غیر خطی [۳۳,۳۴,۳۵]و محاسبات مش بندی و همچنین Muskingum–Cunge–Todini با روش پارامتر متغیر [۳۶,۳۷] به صورت متوالی پیشنهاد شدند.

دو پارامتر مهم مدل در روش ماسکینگوم وجود دارد: شیب ک منحنی ذخیره مخزن و ضریب وزن مخصوص تخلیه ایکس. فرمول های تخمین به شرح زیر است [۱۹]:

$ک = \frac{∆ L n^{۰٫۶}}{۱۹۴۴ ل {اس}_{۰}^{۰٫۳} س_{۰}^{۰٫۲}}$

(۱۰)

$ایکس = \frac{۱}{۲} - \frac{n^{۰٫۶} س_{۰}^{۰٫۳}}{۵٫۱۴ ل {اس}_{۰}^{۱٫۳} ∆ L}$

(۱۱)

جایی که $∆ L$ طول رودخانه، متر است. n ضریب زبری است. $ل$ ضریب تبدیل است. ${اس}_{۰}$ شیب بستر رودخانه است. $س_{۰}$ جریان ثابت است، m³/s.

۳٫۲٫ روش شبیه سازی تنظیم و ذخیره سازی مخازن در بالادست

۱ مخزن بزرگ وجود دارد که مخزن گائویا است، ۳ مخزن متوسط شامل مخزن داگوان، مخزن ییشان و مخزن شانگجوانگ، و ۹۳ مخزن کوچک در قسمت بالایی وجود دارد. این پروژه ها دشواری پیش بینی سیل را بسیار افزایش می دهد.

۳٫۲٫۱٫ مخزن بزرگ

برای مخزن بزرگ بالادست گائویا، از اطلاعات سطح آب پس از شروع و پایان هر سیل می توان دریافت که حداکثر سطح آب در حدود ۱۵۳٫۰ متر است. قوانین ذخیره و تخلیه آب با استفاده از مدل سرریز بالا در یک سد افقی شبیه سازی شده است. ظرفیت ذخیره آب مخزن با رابطه بین سطح آب و ظرفیت ذخیره سازی نشان داده می شود جدول ۳ و شکل ۶).

ظرفیت ذخیره اولیه با توجه به شرایط سطح آب اولیه ورودی مخزن به دست می آید. ارتفاع بالای سد در ۱۵۳٫۰ متر تعیین شده است. هنگامی که سطح آب کمتر از ۱۵۳٫۰ متر باشد، تمام آب ورودی قطع می شود و زمانی که سطح آب از ۱۵۳٫۰ متر بیشتر شود، آب اضافی تخلیه می شود و طول سرریز بالای سد ۴۰ متر تعیین می شود.

۳٫۲٫۲٫ مخازن کوچک و متوسط

به منظور ارزیابی تأثیر مخازن کوچک و متوسط، از مفهوم تجمع مجازی برای شبیه‌سازی تأثیر پروژه‌های حفاظت از آب بر تولید و تلاقی در حوضه با ایجاد مخازن سنگدانه استفاده می‌شود. مراحل مشخص به شرح زیر است:

(۱) تجمع مخازن کوچک و متوسط. منطقه مورد مطالعه به ۲۲ زیرحوضه تقسیم می شود. مخازن کوچک و متوسط واقع در همان زیرحوضه با تجزیه و تحلیل توزیع در یک مخزن مجازی جمع می شوند. آن مخازن بالادست سپس در هفت مخزن مجازی (AR1، AR2، AR3، AR4، AR5، AR6، و AR7) جمع می شوند، همانطور که در نشان داده شده است. شکل ۷.

(۲) تعیین رابطه سطح آب – ظرفیت ذخیره برای مخزن سنگدانه. ماژول “افزودن مخزن” در HEC-HMS برای اضافه کردن آن مخازن مجازی با استفاده از حالت سرریز بالای سد برای جایگزینی فرآیندهای ذخیره سازی و تخلیه آنها استفاده می شود. از آنجایی که یک مخزن سنگدانه از چندین مخزن کوچکتر تشکیل شده است، می توان آن را به عنوان یک سکوی مدور فرض کرد که حجم کل آن نشان دهنده ظرفیت کل ذخیره سازی است. با ایجاد این رابطه بر اساس یک مدل سکوی دایره ای (باریک در پایین و پهن در بالا)، می توانیم منحنی سطح آب ظرفیت ذخیره سازی را برای مخزن سنگدانه به دست آوریم، همانطور که در تصویر نشان داده شده است. شکل ۸.

(۳) رطوبت زمین را با توجه به بارندگی قبلی تعیین کنید. اگر سطح اولیه آب مشخص باشد، ظرفیت ذخیره اولیه و ظرفیت رهگیری مخزن سنگدانه را می توان از شکل ۸.

سطح اولیه آب ارتباط نزدیکی با میزان بارندگی قبلی، تبخیر و مصرف آب دارد و میزان بارندگی قبلی عامل مهمی است. اولاً با توجه به حوضه آبریز و ظرفیت ذخیره سازی موجود [۱۱] از مخازن کوچک و متوسط، ظرفیت رهگیری پ_تی مخزن کل و همچنین بارندگی تجمعی محاسبه می شود پ_۱f، پ_۲f، و پ_۳f از ۱۵ روز، ۳۰ روز و ۶۰ روز قبل از وقوع سيل به ترتيب محاسبه شده و بارندگي به سه دسته خشك، نيمه خشك و مرطوب تقسيم مي شود. [۱۲] طبق فرمول زیر:

$\{\begin{matrix} (پ_{۳ f} < پ_{تی}) یا (پ_{تی} \leq پ_{۳ f} < ۲ پ_{تی} و پ_{۳ f} > ک \times پ_{۲ f}) & خشک \\ (پ_{تی} \leq پ_{۳ f} < ۲ پ_{تی} و پ_{۳ f} \leq ک \times پ_{۲ f}) یا (۲ پ_{تی} \leq پ_{۳ f} \leq ۳ پ_{تی} و پ_{۳ f} > ک \times پ_{۲ f}) & نیمه خشک \\ (پ_{۱ f} \geq ۲ پ_{تی}) یا (۲ پ_{تی} \leq پ_{۳ f} \leq ۳ پ_{تی} و پ_{۳ f} \leq ک \times پ_{۲ f}) یا (پ_{۳ f} > ۳ پ_{تی}) & مرطوب \end{matrix}$

(۱۲)

جایی که ک ضریب وزن است، k ≥ ۲٫ $پ_{۳ f} \leq ک \times پ_{۲ f}$ نشان می دهد که بارندگی عمدتاً در ابتدای فصل سیل نسبت به ماه قبل متمرکز است. $پ_{۳ f} \leq ک \times پ_{۲ f}$ نشان می دهد که بارندگی عمدتاً یک ماه قبل از وقوع بارندگی رخ داده است.

(۴) سطح آب اولیه مخزن سنگدانه را تعیین کنید. هنگامی که در شرایط خشک، با فرض صفر بودن سطح آب مخزن کل، توانایی رهگیری مخزن قوی ترین است. هنگامی که مرطوب است، فرض می شود که سطح آب در ارتفاع قرار دارد اچ از سرریز پهن، و مخزن در حالت کامل است. در این زمان، مخزن تقریبا هیچ اثر رهگیری بر رواناب تولید شده توسط بارندگی ندارد. در مورد نیمه خشکسالی، با فرض اینکه سطح مخزن سنگدانه H/2، ظرفیت نگهداری نیمی از حداکثر ظرفیت نگهداری است.

کل حوضه آبریز مخازن کوچک و متوسط ۳۲۹ کیلومتر است^۲ و ظرفیت کل ذخیره سازی ۴۳٫۶۱ میلیون متر است^۳. ظرفیت رهگیری مخازن سنگدانه ها را می توان ۱۳۲٫۶ میلی متر محاسبه کرد. با توجه به روش های طبقه بندی فوق، ۹ سیل انتخاب شده برای تحقیقات شبیه سازی به صورت زیر طبقه بندی می شوند جدول ۴.

۳٫۳٫ کالیبراسیون پارامتر

دو روش برای تنظیم خودکار پارامترهای مدل استفاده می شود. اولی الگوریتم نلدر-مید است که توسط نلدر و مید برای یافتن مقدار شدید یک تابع چند بعدی پیشنهاد شده است، و دومی تابع پیک درصد خطا، یکی از هفت تابع هدف بهینه سازی ارائه شده در HEC-HMS است. مقادیر پارامترهای به‌طور خودکار به‌دست‌آمده اغلب معنای فیزیکی واقعی پارامترها را نادیده می‌گیرند و در نتیجه مقادیر نامعقولی ایجاد می‌کنند. سپس، مقادیر نامعقول با توجه به معنای واقعی پارامترها برای به دست آوردن مقادیر کالیبراسیون پارامترهای مدل، دقیق تنظیم می شوند. فرآیند کالیبراسیون پارامتر در نشان داده شده است شکل ۹، نتایج بهینه سازی پارامترهای تولید جریان و تلاقی در روش مجموعه ۱ و مجموعه ۲ نشان داده شده است. جدول ۵، و نتایج بهینه سازی تلاقی رودخانه در نشان داده شده است جدول ۶.

۴٫ نتایج و بحث

۴٫۱٫ نتایج شبیه سازی

۹ فرآیند سیلاب برای شبیه سازی انتخاب شدند که از میان آنها شش سیلاب برای تعیین پارامترهای مدل استفاده شد و سه سیلاب تایید و تجزیه و تحلیل شدند. نتایج شبیه سازی شش سیل مورد استفاده برای کالیبراسیون پارامترهای مدل در نشان داده شده است شکل ۱۰، شکل ۱۱، شکل ۱۲، شکل ۱۳، شکل ۱۴ و شکل ۱۵. پارامترهای مدل به دست آمده توسط کالیبراسیون فوق برای تأیید سه سیل استفاده می شود و نتایج شبیه سازی در زیر نشان داده شده است. شکل ۱۶، شکل ۱۷ و شکل ۱۸.

همانطور که می توان از شکل ۱۰، شکل ۱۱، شکل ۱۲، شکل ۱۳، شکل ۱۴، شکل ۱۵، شکل ۱۶، شکل ۱۷ و شکل ۱۸، فرآیندهای سیل شبیه سازی شده توسط دو مجموعه روش با موارد اندازه گیری شده مطابقت دارد. خطاهای دبی اوج سیل س و عمق رواناب اچ، تفاوت در زمان اوج مصرف

∆ تی

، و ضریب اطمینان سی نتایج شبیه‌سازی، همانطور که در نشان داده شده است، مقایسه و تجزیه و تحلیل شدند جدول ۷، جدول ۸ و جدول ۹.

(۱) خطاهای پیک سیل شبیه سازی شده با روش ۱ بین ۲٫۴٪ و ۱۵٪، با خطای متوسط ۵٫۶۳٪، و خطاهای شبیه سازی شده با روش مجموعه ۲ بین ۲٫۳٪ و ۱۲٫۳٪، با میانگین خطای ۵٫۷۲٪ است. . به جز سیل‌های ۱۱ اکتبر ۲۰۰۳ و ۱۰ اوت ۲۰۱۹، خطای پیک سیل در هفت میدان دیگر شبیه‌سازی‌شده با روش ۱ کوچک‌تر از سیل‌های شبیه‌سازی‌شده با مجموعه روش ۲ است. خطاهای عمق رواناب شبیه‌سازی‌شده مجموعه روش ۱ بین ۰٫۱ درصد و ۱۶٫۱% با مقدار متوسط ۵٫۸۷% و مقادیر روش مجموعه ۲ بین ۳٫۰% و ۱۹٫۶% با مقدار متوسط ۱۲٫۳۳% هستند. مشاهده می‌شود که دقت نتایج شبیه‌سازی دو مجموعه روش، الزامات دقت کلاس B «کد پیش‌بینی آب» را برآورده می‌کند. [۳۸]; یعنی می توان از دو مجموعه روش شبیه سازی برای پیش بینی سیلاب حوضه مخزن موشان استفاده کرد و مجموعه روش ۱ نتایج شبیه سازی بهتری را نسبت به روش ۲ نشان می دهد.

(۲) میانگین ضریب اطمینان شبیه‌سازی مجموعه روش ۱ و مجموعه ۲ هر دو بیشتر از ۰٫۷ است که الزامات دقت کلاس B را برآورده می‌کند و می‌تواند برای پیش‌بینی سیل استفاده شود. میانگین ضریب اطمینان شبیه سازی مجموعه روش ۱ ۰٫۸۹ و روش ۲ ۰٫۸۵ است که همچنین نشان می دهد که اثر شبیه سازی مجموعه روش ۱ بهتر از مجموعه روش ۲ است.

(۳) با توجه به شکل ۱۰، شکل ۱۱، شکل ۱۲، شکل ۱۳، شکل ۱۴، شکل ۱۵، شکل ۱۶، شکل ۱۷ و شکل ۱۸با توجه به عملکرد تنظیم و ذخیره سازی مخازن کوچک و متوسط، هر دو روش اثرات شبیه سازی بهتری دارند و فرآیند سیلاب شبیه سازی شده با فرآیند سیلابی واقعی سازگارتر است که مشکل دشوار شبیه سازی سیل را حل می کند و مرجعی برای سایر روش ها فراهم می کند. شبیه سازی سیلاب حوضه رودخانه

(۴) با استفاده از ماژول مخزن HEC-HMS، سطح آب اولیه مخزن کل با در نظر گرفتن سه حالت اولیه “خشکسالی، نیمه خشکسالی و مرطوب” تعیین می شود و از ظرفیت نگهداری دقیق سیل برای تطبیق با فرآیند سیل ورودی اطمینان حاصل می شود. منحنی ها و بهبود دقت پیش بینی سیل.

۴٫۲٫ بحث ها

برای آزمون اعتبار مدل پیشنهادی، بحث هایی در مورد مدل در زیر ارائه شده است.

(۱) تعمیم داده های بارندگی منجر به تفاوت بین مقادیر شبیه سازی شده و اندازه گیری شده می شود. توزیع ایستگاه های بارش در منطقه مورد مطالعه یکنواخت نیست و بارندگی منطقه ای هر زیرحوضه با روش چند ضلعی تیسن تعمیم داده می شود، اما بارندگی منطقه ای با وزن ناحیه کنترل هر ایستگاه بارش در زیرحوضه محاسبه می شود. حوضه آبخیز بیش از حد متوسط است، بدون توجه به تأثیر مرکز بارش باران. مرکز بارش باران یک اثر پیکینگ آشکار دارد که تأثیر زیادی بر پیک سیل و زمان تلاقی دارد، بنابراین بین مقادیر شبیه سازی شده و مقادیر اندازه گیری شده تفاوت وجود دارد.

(۲) تنظیم مخزن تجمع باعث تفاوت بین مقادیر شبیه سازی شده و مقادیر اندازه گیری شده می شود. در این مقاله کاستی هایی در توجه به نفوذ مخازن کوچک و متوسط وجود دارد. توزیع فضایی ناهموار مخازن کوچک و متوسط در مدل در نظر گرفته نشده است و ظرفیت ذخیره سازی مخازن کوچک تنها یک برآورد کمی است. بنابراین، با تقویت مخازن کوچک و افزایش ایستگاه‌های پایش در حوضه و غلبه بر کمبود داده‌ها در حال حاضر، باید یک مدل هیدرولوژیکی پراکنده برای شبیه‌سازی تأثیر تعداد زیادی از پروژه‌های حفظ آب بالادست بر فرآیند هیدرولوژیکی پایین دست ایجاد شود. و دقت شبیه سازی سیلاب حوضه می تواند بهبود یابد.

(۳) تفاوت در عمق رواناب بین نتایج شبیه سازی شده و مقادیر اندازه گیری شده. استانداردهای کنترل سیلاب مخازن کوچک در حوضه بالا نیست و این مقاله پدیده افزایش ناگهانی آبگیری در مخزن ناشی از شکستن سد و ریزش سد در شرایط شدید را در نظر نمی گیرد. علاوه بر این، تعداد زیادی مخزن کوچک در منطقه مورد مطالعه وجود دارد. این مقاله این مخازن را تعمیم می دهد و تا حد زیادی دقت شبیه سازی سیل را بهبود می بخشد. با این حال، نتایج تصفیه تعمیم یافته با وضعیت واقعی متفاوت است، به ویژه ساختمان های کوچک ذخیره آب مانند حوضچه ها و سدها، که تا حدی آب های سیل را قطع می کنند و در نتیجه عمق رواناب شبیه سازی شده به طور کلی کمی بزرگتر از وضعیت واقعی است.

(۴) دقت محاسبه ظرفیت ذخیره سازی مخازن کوچک و متوسط. مدل مخزن تجمع ایجاد شده در این مقاله تنها تأثیر مخازن کوچک و متوسط را بر سیل در نظر می‌گیرد و ظرفیت ذخیره‌سازی مخازن تجمع عمدتاً با توجه به محتوای آب خاک در مراحل اولیه محاسبه می‌شود. اما در واقع عوامل مؤثر مهندسی هیدرولیک را عموماً باید علاوه بر مخازن کوچک و متوسط بالادست و همچنین برکه ها و سدها، زمین های کشاورزی و پروژه های مسدودکننده آب رودخانه ها و غیره در نظر گرفت و عوامل مؤثر بر نهفتگی مخازن نه تنها ذخیره آب خاک در مراحل اولیه است. بنابراین، در مطالعات آتی، می توان تأثیر سایر پروژه های هیدرولیک و سایر شاخص های مؤثر بر ظرفیت ذخیره سازی را برای بهبود بیشتر مدل اضافه کرد.

با وجود تجزیه و تحلیل کاستی‌های فوق، نتایج شبیه‌سازی مدل ایجاد شده همچنان الزامات دقت را برآورده می‌کند و می‌تواند اطلاعات پیش‌بینی دقیق‌تری را برای تصمیم‌های دفاعی مانند برنامه‌ریزی کنترل سیل، با توجه به تحلیل نتایج در ۴٫۱ ارائه دهد. بدیهی است با توجه به کاستی های فوق، طرح تحقیقاتی زیر باعث افزایش دقت بیشتر خواهد شد.

(۵) طرح های تحقیقاتی بیشتر برای روش های شبیه سازی سیل ناگهانی. تجزیه و تحلیل و نتایج بحث بالا نشان می دهد که مرکز بارندگی و تنظیم مخزن سنگدانه تأثیر مهمی بر دقت شبیه سازی سیل دارد. بنابراین، برنامه ریزی شده است تا مطالعاتی در مورد اثر تنظیمی توزیع بارندگی و روش های تجمع مخازن بر روند تلاقی مخازن کوچک و متوسط انجام شود. برای مثال، محاسبه ظرفیت ذخیره‌سازی آب لایه‌های بالایی و پایینی خاک در حوضه با ایجاد مدلی برای شبیه‌سازی و رتبه‌بندی انواع سیلاب‌ها و سپس تعیین محتوای آب خاک در ۳۰ روز اول با استفاده از روش چندضلعی تیسن برای وزن‌دهی بارندگی هر زیر منطقه و محاسبه میزان اولیه پر شدن و ظرفیت ذخیره سازی مخزن سنگدانه برای بهبود دقت محاسبه دبی اوج سیل و زمان اوج.

(۶) تمرکز این مقاله چگونگی در نظر گرفتن تأثیر پروژه های حفاظت از آب بالادست و شبیه سازی سیل مخازن تپه ای در شرایط طوفان شدید باران است. تاثیر تغییر اقلیم بر بارش باران و شبیه سازی سیل در نظر گرفته نشده است. اگرچه تغییر اقلیم به عنوان یک عامل کلیدی مؤثر بر فراوانی و شدت رویدادهای شدید آب و هوایی شناخته شده است [۳۹]مطالعات نشان داده است که ارتباط معنی داری بین دما و بارندگی در شمال شرقی هیمالیا وجود دارد. [۴۰]، و تغییرات آب و هوایی بر توزیع فضایی بارش و بارش شدید تأثیر می گذارد [۴۱]، به طور بالقوه خطر سیل ناگهانی در حوضه را افزایش می دهد [۴۲,۴۳]. بنابراین، تحقیق در مورد پیش‌بینی تغییرات اقلیمی و عوامل محیطی و تأثیر آن‌ها بر بارندگی برای شبیه‌سازی سیلاب در مخازن مناطق تپه‌ای مفید است.

۵٫ نتیجه گیری ها

این مقاله حوضه مخزن موشان را به عنوان هدف تحقیق در نظر گرفته، تأثیر مخازن کوچک و متوسط را در بالادست حوضه بررسی کرده و آنها را به عنوان مخازن سنگدانه خلاصه می کند. HEC-HMS برای ساخت مدل هیدرولوژیکی حوضه استفاده می شود و دو نوع روش شبیه سازی تولید جریان و تلاقی توسعه داده شده است. اثرات دو مجموعه روش در شبیه سازی سیلاب حوضه مخزن موشان از نظر دبی اوج، عمق رواناب و زمان وقوع پیک و ضریب قطعیت مقایسه شده است. نتایج اصلی به شرح زیر است:

(۱) بر اساس HEC-HMS، مدل هیدرولوژی حوضه مخزن موشان با استفاده از دو مجموعه روش ترکیبی مختلف تولید – تلاقی ساخته شده است. هر دو روش برای شبیه سازی سیلاب و پیش بینی حوضه مناسب هستند. خطاهای پیک سیل شبیه سازی شده در روش ۱ بین ۲٫۴% تا ۱۵% و خطاهای روش ۲ بین ۲٫۳% و ۱۲٫۳% می باشد. خطاهای عمق رواناب شبیه سازی شده در روش ۱ بین ۰٫۱% تا ۱۶٫۱% و خطاهای موجود در روش ۲ بین ۳٫۰% و ۱۹٫۶% می باشد. دقت نتایج شبیه‌سازی دو مجموعه روش می‌تواند الزامات دقت کلاس B «کد پیش‌بینی آب» را برآورده کند.

(۲) از بین مدل های ایجاد شده توسط دو مجموعه روش، مجموعه روش ۱ می تواند سیلاب در حوضه مخزن موشان را بهتر شبیه سازی کند. میانگین خطای پیک سیل شبیه‌سازی شده با روش ۱ ۵٫۶۳ درصد و شبیه‌سازی شده با روش ۲ ۵٫۷۲ درصد است. میانگین خطای عمق رواناب شبیه سازی شده با روش ۱ و روش ۲ به ترتیب ۸۷/۵ و ۳۳/۱۲ درصد است. میانگین ضریب اطمینان شبیه سازی شده در مجموعه روش ۱ ۰٫۸۹ و ضریب اطمینان مجموعه روش ۲ ۰٫۸۵ است. بنابراین، اثر شبیه‌سازی روش اول در حوضه مخزن موشان از نظر ضریب قطعیت، دقت دبی اوج و دقت عمق رواناب بهتر از روش دوم است.

(۳) بسیاری از مخازن کوچک و متوسط در حوضه به عنوان مخازن کل خلاصه می شوند و پارامترهای دینامیکی برای انعکاس عملکردهای تنظیم و ذخیره سازی تحت سه سناریو خشکسالی، نیمه خشکسالی و مرطوب استفاده می شود که می تواند تأثیر را بهتر منعکس کند. پروژه های کوچک حفاظت از آب در محل تلاقی، مشکل مشکلات شبیه سازی سیلاب ناشی از مخازن کوچک و متوسط را حل کرده و تحقق پیش بینی سیل را برای حوضه تسهیل می کند. این زمینه را برای عملیات کنترل سیل بعدی فراهم می کند و اهمیت مرجع خاصی برای سایر حوضه های رودخانه های مرتبط دارد.

(۴) به منظور افزایش دقت شبیه‌سازی و پیش‌بینی سیلاب حوضه، تحقیقات بیشتر در مورد تأثیر تغییرات آب و هوایی بر توزیع و شدت بارندگی برای پرداختن به مشکل دقیق ناشی از بارندگی منطقه بالاتر از حد متوسط بسیار مهم است. همچنین برای محاسبه ظرفیت تجمع و ذخیره مخازن کوچک و متوسط باید فاکتورهای بیشتری را در نظر گرفت. بهبود مدل یا ایجاد یک مدل هیدرولوژیکی پراکنده حوضه ضروری است تا تأثیر مخازن کوچک و متوسط بر روند سیلابی حوضه را بهتر منعکس کند.

منبع:
۱- shahrsaz.ir , پایداری | متن کامل رایگان | شبیه‌سازی سیل ناگهانی برای مخازن تپه‌ای با در نظر گرفتن مخازن بالادست-مطالعه موردی مخزن موشان
,۲۰۲۴-۰۶-۱۲ ۰۳:۳۰:۰۰
۲- https://www.mdpi.com/2071-1050/16/12/5001