تحلیل حساسیت مدل دوبعدی HEC-RAS نسبت به معادلات حاکم در پهنه بندی خطر سیل: مطالعه موردی رودخانه خرم آباد (مقاله علمی وزارت علوم)
درجه علمی: نشریه علمی (وزارت علوم)
آرشیو
چکیده
علیرغم پیشرفت های قابل توجه در مدل های هیدرولیکی، عدم درک کامل فرآیندهای سیلاب و تغییرات مکانی-زمانی ورودی های مدل (مانند توپوگرافی و زبری سطح)، دقت پیش بینی سیلاب را محدود کرده است. در پژوهش حاضر، تأثیر معادلات محاسباتی بر دقت مدل HEC-RAS در تهیه نقشه خطر سیل بررسی شد. به همین منظور متغیرهای جریان آب برای دبی های 15، 34 و ۱۰۰۰ مترمکعب بر ثانیه در یک بازه ۳ کیلومتری از رودخانه پایین دست شهر خرم آباد شبیه سازی شدند. نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که این مدل به عواملی نظیر ضریب زبری مانینگ، ابعاد شبکه محاسباتی و روش حل معادلات حاکم بر جریان حساسیت بالایی دارد. در میان خصوصیات هیدرولیکی مختلف، تراز سطح آب کمترین حساسیت را نسبت به معادلات محاسباتی نشان داد. عملکرد مدل در شبیه سازی جریان اندازه گیری شده در ماه فروردین و آبان ۱۴۰۳، با استفاده از روش حل موج پخشیده، به مراتب بهتر بود. در مقابل، برای سیلاب فروردین ۱۳۹۸، روش حل معادلات موج دینامیک نتایج بهتری را ارائه داد. تحلیل های انجام شده از طریق ارزیابی پارامترهای اندازه گیری شده (عمق، سرعت و عرض گسترش جریان) و نتایج شبیه سازی چهار مقطع مشاهداتی، با استفاده از شاخص های آماری RMSE و MAPE، انجام گردید. نتایج نشان داد که در اکثر مقاطع، سیلاب به کرانه ها گسترش یافته و در مقطع پل (مقطع D) به دلیل محدودیت عرضی، عمق و سرعت بیشتری به ثبت رسیده است. به طور کلی، در شرایطی که کانال مقطع پر ظرفیت مناسبی برای دبی ورودی داشته باشد، روش حل موج پخشیده انتخاب بهتری است. در مقابل، برای دبی های با دوره بازگشت بالا و در شرایطی که جریان به سمت سیلاب دشت گسترش می یابد، انتخاب معادلات موج دینامیک برتر خواهد بود.Sensitivity Analysis of the Two-Dimensional HEC-RAS Model to Governing Equations in Flood Hazard Mapping: A Case Study of Khorramabad River
Despite significant advances in hydraulic models, the incomplete understanding of flood processes and the spatial-temporal variations of model inputs (such as topography and surface roughness) has limited the accuracy of flood predictions. In this study, the impact of computational equations on the accuracy of the HEC-RAS model in mapping flood hazard zones was examined. To this end, water flow variables for discharges of 15, 34, and 1000 cubic meters per second were simulated over a 3-kilometre stretch of the downstream river of Khorramabad. The sensitivity analysis results indicated that this model is highly sensitive to factors such as Manning's roughness coefficient, the dimensions of the computational grid, and the method used to solve the governing flow equations. Among various hydraulic properties, water surface elevation exhibited the least sensitivity to the computational equations. The model's accuracy in simulating the discharge measured in March and November 2024 was significantly better when using the wave dispersion method. Conversely, for the flood event in March 2019, the dynamic wave method yielded more accurate results. The analyses were conducted by evaluating the measured parameters (depth, velocity, and flow width) and the simulation results of four observation sections, using statistical indicators RMSE and MAPE. The results indicated that in most sections, the flood extended to the banks, and at the bridge section (Section D), greater depth and velocity were observed due to lateral constraints. Overall, when the channel cross-section has a sufficiently high capacity for the inflow discharge, the wave dispersion method is the preferred choice. Conversely, for high-recurrence discharges and in situations where the flow extends into the floodplain, the dynamic wave equations would be the superior choice.
تبلیغات
