HEC-RAS

در این مقاله به منظور تحلیل شرایط گذشته مورفولوژی مجرای رودخانه لیقوان (حدفاصل ایستگاه لیقوان و هروی)، داده های مقاطع عرضی رودخانه برای محاسبه پارامترهای مورفولوژیکی مانند نسبت عرض به عمق، شاخص گود افتادگی بستر، مساحت مقطع عرضی در بده لبریز، عرض بده لبریز، حداکثر عمق، عرض دشت سیلابی و شیب سطح آب به نرم افزار HEC-RAS معرفی شد و پارامترهای دیگری چون، ضریب انحنا و اندازه متوسط رسوبات بستر، برای طبقه بندی سطح II راسگن برای هر بازه به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که رودخانه از نوع سینوسی بوده و بر اساس طبقه بندی راسگن بازه های ۲، 6، 20، ۲۱ و ۲۶ از نوع B ، بازه های 1، 4، ۵، ۷، ۸، 9، 10، 11، 12،۱۳،۱4،۱۷، 18، 19، 23، ۲۴، 25، 27 و 28 از نوع C، بازه 3، 15 و ۱۶ از نوع E هستند. در بازه نوع B، بستر و ساحل نسبتاً پایدار بوده و سیستم محدودی از ذخیره رسوبی دارند. در نوع C نسبت عرض به عمق بیش از ۱۲ بوده و میزان گودافتادگی بستر متوسط بوده و در زمان رویدادهای بزرگ، سیلاب ، دشت سیلابی را فرامی گیرد. در نوع E نسبت عرض به عمق کم بوده و میزان ضریب انحنا بالاست و این رودخانه ها پایدار هستند. در نهایت تعدادی از مجراها به خوبی با این طبقه بندی سازگار بوده و تعدادی دیگر این قابلیت را نداشته اند. بنابراین این روش توانایی پیش بینی کمی ژئومورفیکی رودخانه لیقوان را دارد. درنتیجه این نوع طبقه بندی مورفولوژیکی از مجرای رودخانه، می تواند در توسعه طرح های مهندسی و بحث های مدیریتی و احیای رودخانه مورد استفاده قرار گیرد.

ارائه راه حل مناسب در کوتاه ترین زمان ممکن، هدفی است که یک برنامه ریزی استراتژیک از بین عوامل خطر آفرین محیطی دنبال می کند. تغییر کاربری اراضی، از جمله خطرهای نامحسوس و خطرآفرینی است که پهنه سیلاب و دوره بازگشت آن را افزایش می دهد. در این پژوهش، با بهره گیری از تصاویر ماهواره ای سنجنده ETM+ سال 2000 و سنجنده IRS-1D سال 2012، درصد تغییرات کاربری اراضی حوضه آبریز «نکا» در استان مازندران و سطح وقوع سیل گیری با دوره بازگشت 2، 5، 10، 25، 50، 100 و 200 ساله در محیط نرم افزار HEC-RAS و ENVI تعیین شد. سپس نتایج حاصل به محیط GIS انتقال یافت و مشاهده شد در دهه گذشته، علاوه بر تغییر کاربری اراضی، پهنه سیل گیری در دوره بازگشت های مشخص شده نیز افزایش یافته است و در اثر این تغییرات، نتایج نشان داد کاربری اراضی کشاورزی 27/2 درصد، اراضی غیر قابل استفاده 31/7، شهری 91/1 افزایش و در مقابل جنگل 22/10 درصد و مرتع 27/1 درصد کاهش یافته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد HEC-RAS و HEC-GeoRAS با استفاده از ARC GIS می تواند مقادیر عددی و گرافیکی مناسبی را جهت مطالعه خصوصیات هیدرولیکی جریان در رودخانه ها و نیز کارایی تلفیق مدل های مذکور را جهت پهنه بندی سیلاب با دقت بالا توصیه می کند.

مطالعات ریخت شناسی دارای اهمیت ویژه ای در ساماندهی رودخانه و تعیین حریم و بستر رودخانه می باشد. عوامل متعدد هیدرولیکی باعث می شود که پدیده آبشستگی درمحل سازه های آبی که در ساحل رودخانه ها احداث می شوند، تشدید شود. فرسایش دیواره ساحلی رودخانه توسط آب از جمله پدیده های شناخته شده و بسیار شایع در رودخانه های استان خوزستان است. در این راستا اجرای عملیات حفاظتی و تثبیت دیواره های کناری رودخانه بسیار ضرورت دارد. در این تحقیق در نظر است با شبیه سازی و مقایسه روش های گوناگون حفاظت سواحل برترین روش جهت تثبیت ساحل را بر مبنای منطقه مورد مطالعه بدست آوریم. به همین منظور بازه ای از رودخانه زهره به طول 60 کیلومتر به عنوان منطقه مدل با حضور سازه های حفاظت سواحل مورد مطالعه قرار گرفت. روش های ساماندهی تحقیق شامل احداث آبشکن، پوشش سنگچین، احداث دیواره بتنی، پوشش گیاهی، گوره و صفحات مستغرق می باشد. در ابتدا با استفاده از نقشه های توپوگرافی، رودخانه بر روی نرم افزار ArcView مدل گردید و نتایج حاصل از آن جهت افزودن شرایط هیدرولیکی، وارد نرم افزار HEC-RAS گردید و پارامترهای مختلف جریان در شرایط وجود روش های ساماندهی با وضع موجود رودخانه مقایسه گردید. در نهایت گزینه آب شکن- گوره با کاهش 5/13 درصدی تنش برشی نسبت به شرایط موجود که دلیلی بر کاهش فرسایش در سواحل رودخانه می باشد به عنوان روش برتر از نظر هیدرولیکی از بین روش های مذکور در بازه مورد نظر انتخاب و معرفی شد.

امروزه تحلیل و شبیه سازی طغیان و انتقال رسوب با مدل های مهندسی رودخانه کاربرد فراوانی در هیدرولیک جریان دارند. هدف از این تحقیق، شبیه سازی تأثیر تغییر شکل هندسی مقاطع عرضی -رودخانه آبشینه همدان بر فرآیندهای جریان و انتقال رسوب با استفاده از نرم افزار SMADA و شبیه-سازی هیدرولیکی رودخانه با مدل HEC-RAS می باشد. بررسی ها نشان می دهد که تغییرات عرضی رودخانه آبشینه به تغییرات مکانی الگوی کنش (فرسایش و رسوب گذاری) نسبت داده می شود که به دلیل تکرار و فراوانی وقوع سیلاب های منفرد و بزرگ می باشد. همچنین به دلیل فرآیند فرسایش، افزایش سرعت آب و شیب زیاد، مقاطع عرضی بالا دستV شکل بوده و مقاطع میانی به دلیل فرآیند فرسایش و رسوبگذاری به شکلU و در انتهای مسیر به دلیل وجود سد اکباتان و باز شدگی بستر فرآیند انباشت رخ می دهد. نتایج حاصل از مدل HEC-RAS نشان می دهد که مقدار ظرفیت انتقال رسوب با رواناب و سرعت جریان رابطه مستقیم داشته و میزان رسوب از مقدار دبی و بارش تأثیر می-پذیرد و بیانگر این است که در مقطع عرضی از دوازده کیلومتری پایین دست تا مقطع عرضی موجود در نزدیکی سد، میزان جریان رسوب نمی تواند از بستر رودخانه و کناره ها طغیان کند لذا خطری برای مناطق حاشیه رودخانه در پی نخواهد داشت. اما در مقطع عرضی هشت کیلومتری پایین دست حوضه میزان دبی عبوری و رسوب از ظرفیت این مقطع بالا بوده و برای جلوگیری از انباشته شدن رسوبات و بالا آمدن بستر و طغیان رودخانه در این بازه، باید مدیریت لازم و ساماندهی مهندسی رودخانه انجام گیرد.

امروزه مصالح حاصل از رودخانه ها در زندگی بشر و به ویژه فعالیت های عمرانی و صنعتی بسیار حیاتی بوده و از اهمیت بسزایی برخوردار است. برداشت بی رویه و خارج از ظرفیت شن و ماسه موجب تغییر مورفولوژی رودخانه ها می شود که واکنش رودخانه در جهت برقراری موازنه جدید را به دنبال دارد. در این تحقیق بخشی از رودخانه خشکه رود واقع درشهرستان فارسان (استان چهارمحال و بختیاری) که تحت برداشت بی رویه شن و مصالح است مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه اثرات برداشت مصالح در پائین دست رودخانه در شرایط قبل و بعد از برداشت مصالح با استفاده از مدل HEC-RAS و 7 روش انتقال رسوب در شرایط سیلاب با دوره بازگشت های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد در فاصله شرایط قبل و بعد از برداشت (از سال1381 تا 1388) بستر رودخانه با متوسط 02/2 متر از حداقل 05/0 متر تا حداکثر 4 متر کف کنی داشته است. همچنین حجم خروجی رسوب از مقطع آخر در شرایط بعد از برداشت نسبت به شرایط قبل از برداشت 12/0 درصد کاهش و مقدار تنش برشی26/0 درصد افزایش داشته است. بطورکلی نتایج این پژوهش نشان داد که رودخانه خشکه رود فارسان به سمت یک تعادل نسبی از نظر فرسایش و رسوبگذاری پیش می رود و لازم است از برداشت بی رویه مصالح شن و ماسه جلوگیری به عمل آید.

در فرهنگ بین المللی، سیلاب به جریان آب با دبی بالا گفته می شود که طی آن آب بالا آمده و زمینهای اطراف را که معمولاً زیر آب نیستند غرقاب می کند و به تبع آن مخاطراتی را به همراه خواهد داشت. از دیر باز به علت وجود شرایط مناسب، اکثر فعالیت های اقتصادی و اجتماعی در این گونه مناطق صورت می گیرد. لذا در این مناطق تعیین میزان پیشروی سیلاب و ارتفاع آن نسبت به رقوم سطح زمین با توجه به دبی سیلاب با دوره های برگشت مختلف که تحت عنوان پهنه بندی سیلاب صورت می گیرد حائز اهمیت فراوانی است. در این راستا، رودخانه چشمه کیله شهرستان تنکابن دارای پهنه های وسیع حاشیه رودخانه می باشد و اکثر فعالیت های اقتصادی و اجتماعی در آن صورت می گیرد که با توجه به شرایط طغیانی و سیل های اتفاق افتاده، برای پهنه بندی خطر سیلاب انتخاب شد. در این تحقیق ابتدا مقاطع عرضی با استفاده از نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:1000 در محیط Arc/GIS و الحاقیه HEC-GeoRAS استخراج شدند. سپس خروجی های حاصل از HEC-GeoRAS به نرم افزار هیدرولیکی HEC- RAS وارد شد. در مدل HEC-RAS، با وارد کردن ضرایب زبری مانینگ، دبی سیل با پنج دوره بازگشت 2، 5، 10، 25، 50 و 100 ساله مدل اجرا شده، پروفیل سطح آب در مسیر جریان برآورد شده و با استفاده از اطلاعات خروجی این نرم افزار پهنه سیل گیر برای دوره برگشت های مختلف در سیستم اطلاعات جغرافیایی ترسیم شد. نتایج بدست آمده در این تحقیق نشان داد که هر چه دوره بازگشت طولانی تر شود سطح وسیع تری از اراضی تحت تاثیر سیل قرار می گیرد. همچنین بیشترین سطح سیلابی مربوط به اراضی زراعی به وسعت 24/6 هکتار می باشد و بعد از آن اراضی مسکونی با وسعت 94/3 هکتار، جنگلی 92/2 هکتار و باغی 8/0 هکتار می باشد.

شبیه سازی ظرفیت انتقال رسوب رودﺧﺎﻧﻪ ﻫﺎ با ارزیابی پارامترهای هندسی و هیدرولیکی جهت انجام هرگونه فعالیت بسیار مهم می باشد. هدف از این پژوهش مدل سازی ظرفیت انتقال رسوب رودخانه خرم آباد با استفاده از مدل HEC-RAS و پارامترهای هندسی و هیدرولیکی رودخانه شامل دبی (Q) و عرض (W)، عمق (D)، سطح مقطع (A) و سرعت (V) می باشد. ابتدا از رابطه روبی جهت تعیین سرعت سقوط و انتقال رسوبات و از رابطه رگرسیونی بین پارامترها جهت تحلیل آماری و رابطه سازی روابط استفاده شد. سپس بر اساس مقادیر سطح معنی داری، ضریب تعیین و خطای استاندارد، مدل های خطی ساده، درجه2، درجه3 و نمایی و روابط حاکم بر خصوصیات هندسی و عوامل مربوط به فرآیندهای مؤثر بر فرسایش و رسوبگذاری رودخانه مورد بررسی قرار گرفتند . نتایج حاصل از مدل HEC-RAS برای دوره بازگشت 25 ساله نشان می دهد که وضعیت عرض مقاطع رودخانه از بالادست به پایین دست به دلیل تغییرات مکانی الگوی فرسایش و رسوب گذاری از روند ثابتی پیروی نمی کند. همچنین مدل نمایی به دلایل هم خطی نبودن، P-value کمتر از1 % و خطای استاندارد کمتر نسبت به مدل های دیگر، از دقت بیشتری برخوردار است. نتایج نشان داد که مقدار متوسط قدرت جریان در بازه ابتدایی ، میانی و انتهایی به ترتیب برابر با 862، 678 و463 و تنش برشی 43/ 32 ، 79/28 و 86/22 نیوتن بر مترمربع می باشد و از بالا دست به پایین دست در حال کاهش است. بررسی توابع نمایی نشان می دهد که ظرفیت انتقال رسوب، با دبی، سرعت جریان و تنش برشی و دبی با سرعت رابطه مستقیم و با سطح مقطع ، عرض رودخانه و عمق جریان رابطه معکوس دارد. و بیانگر این است که رواناب بیش ترین تأثیر را در فرسایش و رسوبگذاری دارد . بررسی تغییر پارامترهای هندسی- هیدرولیکی و قطر ذرات رسوبی نشان داد که در قسمت های میانی فرسایش و در ساحل راست بالا و پایین دست رودخانه رسوبگذاری رخ می دهد.

هدف اصلی پژوهش حاضر بررسی بازه زمانی عقب نشینی آب از پهنه های سیلابی مربوط به سیلاب سال 1398 استان گلستان با استفاده از تصاویر سنتینل و همچنین مدلسازی پاسخ مناطق مستعد به سیلاب به تغییرات دبی رودخانه در بخشی از گرگانرود با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS می باشد. با استفاده از تصاویر Sentinel-1 در بازه های قبل، حین و بعد از سیلاب، تغییر جریانات سطحی و روند آب گرفتگی بررسی شده است. در مرحله بعد به کمک داده هایی نظیر ضریب مانینگ و مقادیر دبی پیک سیلاب برای دوره های بازگشت 25، 50 و 100 ساله از نرم افزار HEC-RAS استفاده شده است. مقایسه تصاویر سه ماه بعد از وقوع سیلاب با تصاویر یک ماه بعد از وقوع نشان می دهد که کانال ها و مجاری، مزارع و دشت های سیلابی واقع در نواحی مرکزی دشت گرگان بین یک تا سه ماه بعد از اتمام سیل همچنان تحت آب گرفتگی قرار داشتند. نتایج مدل نیز نشان داده است سرعت جریان در دشت های سیلابی سمت راست که میزان شیب آن ها از دشت های سیلابی سمت چپ بیشتر بوده، افزایش داشته است. همچنین در دوره های بازگشت 25 و 50 ساله، اگر بستر کانال رودخانه به طور مرتب لایروبی شود و رسوبات تجمعی از کف آن حذف شوند، حجم سیلاب از بستر اصلی رودخانه تجاوز نمی کند، و فقط در دوره بازگشت 100 ساله و بالاتر از آن شاهد آب گرفتگی محدوده های خارج از بستر رودخانه خواهیم بود. به کارگیری دو تکنیک سنجش از دور و مدلسازی هیدرولیکی می تواند در جهت انجام اقدامات بازدارنده و کاهش شدت سیلاب راه گشا باشد.

وقوع سیل یک پدیده طبیعی است و خطر وقوع آن در مناطق شهری یک مسئله جهانی است. رشد شهرنشینی و تغییرات آب و هوایی مخاطره سیلاب های شهری را افزایش داده و باعث ایجاد خسارت به زیرساخت ها و صدمات جانی شده است. هدف این پژوهش تحلیل دینامیکی مخاطره سیلاب رودخانه شاهین شهر (استان اصفهان) است؛ بنابراین جهت شبیه سازی مخاطره سیلاب از مدل یک بعدیHEC_RAS  استفاده گردید و از طریق الحاق HEC–GEORAS در محیطGIS  پردازش داده های ژئومتری انجام شد. جهت محاسبه دبی برای دوره بازگشت های 25، 50 و 100 ساله، حوضه آبریز منطقه موردمطالعه به داخل محیط نرم افزار  HEC- HMSوارد شد و مشخصات فیزیوگرافی حوضه آبریز از قبیل: مساحت، طول آبراهه اصلی، شماره منحنی خاک (CN)، زمان تمرکز و زمان تأخیر وارد گردید. بر این اساس، نتایج خروجی حداکثر دبی سیلاب با دوره های بازگشت های متفاوت محاسبه شد نتایج حاصل از مدل نشان می دهد که با توجه به شرایط رودخانه، منطقه به سه بازه مختلف تقسیم بندی شد که ضریب زبری مانینگ با استفاده از روش کوان برای بازه های مختلف هر بخش جداگانه محاسبه گردید. نتایج حاصل از مطالعات نشان می دهد که پهنه سیلاب در دور بازگشت 25 ساله 948/0 کیلومتر مربع، در دوره بازگشت 50 ساله 13/1 و در دوره بازگشت 100 ساله 34/1 کیلومتر مربع از اراضی حاشیه رودخانه شاهین شهر را در بر گرفته اند؛ و در بازه آخر به دلیل کاهش میزان شیب و کاهش سرعت جریان پهنه سیلاب از سایر بازه ها گسترده تر شده است.

بارش یکی از اصلی ترین عوامل وقوع سیلاب هاست که به علت عدم پراکندگی مناسب ایستگاه های باران سنجی و تازه تأسیس بودن برخی از این ایستگاه ها در اکثر حوضه های کشور، استفاده از داده های بارش با چالشی جدی روبروست. ازاین رو روش های دورسنجی می توانند یکی از گزینه های مورداستفاده در این زمینه باشند. در پژوهش حاضر، داده های بارش بازتحلیل شده برای حوضه آبریز کشف رود در گام های زمانی روزانه و ماهانه مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس هیدروگراف و پهنه سیلاب آن، با استفاده از داده های بارش ایستگاه زشک و پارامترهای مربوط به حوضه آبخیز زشک در نرم افزارهای HEC-HMS و HEC-RAS ، موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که داده های بارش ERA5 دارای کم برآوردی می باشد و داده های بارش در گام زمانی ماهانه ([0.92-0.68]= R ) دقت بالاتری نسبت به روزانه ([0.081-0.52]= R ) داشت و هیدروگراف جریان آن در مقایسه با هیدروگراف مشاهداتی غیرقابل قبول (0.47- NSE= و 55.16-= PBias ) بود. پهنه سیلاب دبی داده های بارش بازتحلیل شده نیز نسبت به پهنه سیلاب دبی مرجع معادل 0.19- به دست آمد که به دلیل کم برآوردی داده های بارش و به دنبال آن کم برآورد شدن دبی اوج هیدروگراف آن در مدل HEC-HMS این نتیجه به دست آمده است. مطالعات آینده می توانند در خصوص ارزیابی پهنه سیلاب حاصل از داده های بارش محصولات مختلف در نرم افزار HEC-RAS باشند.

رودخانه ها از نظر شکل کانال و میزان پویایی بسیار متعددند با توجه به ویژگی های فیزیکی مشترک قابل طبقه بندی هستند روش طبقه بندی راسگن پایداری نسبی انواع رودهای مختلف را با استفاده از روابط رسوب و هیدرولیک مورد بررسی قرار می دهد. در این پژوهش به بررسی رفتار ریخت شناسی رودخانه مِرِگ (ماهیدشت) با استفاده از روش تجربی راسگن پرداخته شده است در ابتدا جهت استخراج متغیرهای ریخت شناسی مجرا از قبیل شاخص گودافتادگی، نسبت عرض به عمق، ضریب خمیدگی، شیب کانال، در محیط نرم افزار  HEC-RAS(ورژن 5.0.7) استخراج و مواد بستر حاصل بررسی های میدانی گردآوری شد. با توجه به تفاوت شیب رودخانه مِرِگ به چهار بازه تقسیم گردید میزان ضریب خمیدگی و شعاع انحنا در محیط GIS (ورژن 10.5) برای هر بخش محاسبه شد. جهت محاسبه رودخانه در سطح II راسگن 44 مقطع عرضی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که رودخانه مِرِگ در بازه ی اول در رده F6، در بازه ی دوم و سوم در رده C6 و در بازه ی چهارم رودخانه در رده B6 قرار گرفته است. مقاطع قرار گرفته در رده F6، میزان شیب بستر زیاد، شاخص گودافتادگی کم و دشت سیلابی کمتر توسعه یافته است و پتانسل فرسایش کناره خیلی زیاد بوده است. در مقاطع رده C6 میزان شیب کاهش یافته است علاوه بر آن شاخص گودافتادگی افزایش یافته و دشت سیلابی گسترش پیدا کرده است و تاثیر کنترلی پوشش گیاهی در ثبات دامنه خیلی زیاد است. مقاطع دارای رده B6، میزان شیب کمتر از سایر بازه ها است، شاخص گودافتادگی متوسط و در نهایت پتانسیل فرسایش کناره کم بوده است. بنابراین الگوهای مجرای رودخانه مِرِگ (ماهیدشت) و به تبع آن متغیرهای مؤثر در طبقه بندی و تفکیک مجراها درغالب مقاطع با مدل راسگن مطابقت دارند.

مخروط افکنه ها به واسطه ویژگی های ژئومورفولوژیکی جزء محدوده با خطر سیلاب محسوب می شوند و فعالیت های انسانی در این محدوده ها عاملی بر تشدید ناپایداری جریانها است. در این پژوهش با روش کاربردی - تجربی به بررسی و جانمایی فعالیت های انسانی در فضای جغرافیایی پردیسان در محدوده سیلاب پرداختیم. جهت رسیدن به این هدف از مدل هیدرولیکی HEC-RAS-6 بعنوان ابزار کار و از تصاویر میدانی و ماهواره ای، گزارش ها، نقشه های کاربری اراضی و توپوگرافی بعنوان مواد در این پژوهش استفاده شده است. با جانمایی پدیده ها و اجرای مدل با دوره بازگشت 100 ساله مشخص گردید؛ حوضه های 15p و 14p و 9p، 7p، 2p بیشترین حجم جریان را وارد منطقه می کنندکه نیاز به توجه بیشتری در مباحث توسعه شهری دارد. سیلاب در محدوده خطوط ریلی و ارتباطی، بخش شرقی کانال اصلی و همچنین زمین های کشاورزی دارای نرخ آسیب پذیری بالایی است. همچنین تعبیه خاکریزها بعنوان محدود اقداماتی است که اثر مثبتی در کنترل سیلاب در منطقه داشته است. در بحث تعبیه سازه هایی مثل پل ها، شرایط با جریان سیلاب100 ساله مطابقت دارد و در برخی سازه ها مثل کانال اصلی به سبب عدم مطابقت حجم سیلاب با ابعاد کانال، قابلیت عبور کل جریان را نداشته و از حاشیه شرقی خود طغیان می کند. علاوه بر این مسیر انتخابی کانال نیز بدرستی انتخاب نشده است. همچنین اکثر بندهای احداثی در بالادست پردیسان بخاطر شرایط زمین شناسی و حجم سیلاب، انباشته از مواد آواری و در واقع فاقد عملکرد مناسب است. در مجموع علیرغم تازه تأسیس بودن شهرک پردیسان، طراحی شهری و متعاقب آن مطالعه و اصلاح مسیر با ویژگی های جغرافیایی منطقه همخوانی نداشته و چشم انداز ناپایداری بر فضای جغرافیایی محدوده حاکم گردیده است. جهت توسعه آتی شهر پیشنهاد می شود اصلاح و نظارت مسیر سیلاب در بالادست جهت حفظ پایداری محیطی صورت گیرد.