ارزیابی خطر سیلاب در پردیس دانشگاه فردوسی مشهد و ارائه سناریو‌های مدیریتی با استفاده از مدل HEC-RAS

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد/ گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد/ گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 استادیار/ بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

چکیده

در میان انواع بلایای طبیعی،‌ سیل یکی از مخرب‌ترین پدیده‌هاست که تلفات جانی و مالی را در سراسر جهان بر­جای گذاشته است. گسترش خسارت سیلاب و پیامد‌های ناشی از آن اهمیت و لزوم اعمال مدیریت سیلاب‌ها را هرچه بیش‌تر آشکار می‌سازد. در این میان، تعیین محدوده پیش‌روی سیلاب و ارتفاع آن نسبت به مسیل اصلی و تعیین مشخصات سیلاب در دوره بازگشت‌های مختلف که تحت عنوان پهنه‌بندی سیلاب صورت می‌گیرد، حائز اهمیت فراوان است. با توجه به این‌که پردیس دانشگاه فردوسی مشهد یکی از مراکز علمی بزرگ و مهم در کشور است و در پایاب چند حوضه بزرگ شهری قرار دارد این پژوهش با هدف ارزیابی خطر سیلاب در پردیس دانشگاه فردوسی مشهد انجام گرفته است. در این راستا ابتدا داده‌های مورد نیاز، مانند دبی‌های سیلابی، لایه‌های اطلاعاتی و نقشه‌ها به‌همراه اطلاعات میدانی جمع‌آوری شد و با استفاده از رابطة دوم کریگر و ضرایب تبدیلی ارقام دبی سیلاب ورودی به پردیس دانشگاه فردوسی مشهد بر اساس دوره بازگشت مختلف محاسبه ‌شد. سپس با استفاده از مدل HEC-RAS و الحاقیه HEC-GeoRAS سیلاب‌ها با دوره بازگشت‌های مختلف پهنه‌بندی و شبیه‌سازی و مناطق سیل‌گیر مشخص شد. نتایج نشان داد کانال‌های موجود در محدوده مورد مطالعه توانایی انتقال سیلاب با دوره بازگشت‌های 2 و 10 ساله را دارد، ولی دوره بازگشت 25، 50 و 100ساله به‌‌علت ارتفاع کم پل‌ها در برخی مقاطع ورودی و محدود شدن مقاطع خروجی، دچار آب‌گرفتگی می‌شود. بر این اساس در محدوده خروجی انتهایی پردیس و کانال آب و برق، به‌دلیل وجود موانع مختلف، سیلاب با دوره بازگشت 25 سال به ‌بالا و در قسمت‌هایی از کانال پژوهش به‌دلیل انحناء مسیل، سیلاب با دوره بازگشت 50 سال به ‌بالا ایجاد خسارت می‌کند. بر این اساس برای افزایش ظرفیت پهنه‌بندی سیلاب با دوره‌ بازگشت‌های مختلف در نقاط آسیب‌پذیر به ‌بررسی ایجاد دیواره حفاظتی در ورودی آب و برق و قسمت‌هایی از مسیل پژوهش و بررسی سناریوهای مختلف در مقطع خروجی پردیس دانشگاه فردوسی مشهد که عمدتاً بر افزایش ظرفیت این مقطع متمرکز هستند پرداخته شد. تا بهترین حالت‌ها انتخاب و با انجام این موارد ظرفیت آب‌گذری این مناطق افزایش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


پورنبی درزی، سمیه، وفاخواه، مهدی، و رجبی، محمدرسول (1400). پهنه‌بندی خطر سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC- RAS و ArcGIS (مطالعه موردی: حوزه آبخیز چشمه کیله شهرستان تنکابن). مخاطرات محیط طبیعی، 10(28)، 15-28.
حجازی‌زاده، زهرا، اکبری، مهری، ساسانپور، فرزانه، حسینی، علیرضا، و محمدی، نیلوفر (1401). بررسی اثرات تغییر اقلیم بر بارش‌های سیل‌آسا در استان تهران. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(2)، 87-105. doi:10.22098/mmws.2022.9958.1075
حسن‌زاده، رضا، هنرمند، مهدی، حسینجانی‌زاده، مهدیه، و محمدی، صدیقه (1400). پهنه‌بندی سیلاب در نواحی شهری با استفاده از مدل هیدرولوژیکی و اطلاعات میدانی (مطالعۀ موردی: سیل بردسیر، استان کرمان). اکوهیدرولوژی، 8(2)، 331-344. doi:10.22059/ije.2021.314075.1423
شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی، (1398). مطالعات سیستم هشدار سیلاب شهر مشهد.
شیخ بیکلو اسلام، بابک (1400). شواهد و پیامدهای رویداد سیل در ایران از پیش از تاریخ تاکنون. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 1(1)، 24-40.  doi:10.22098/mmws.2021.1173
صفاری، امیر، احمدآبادی، علی، و صدیقی فر، زهرا (1399). تحلیل مخاطره ناشی از سیلاب با تکیه بر مدل WMS در حوضه‌های آبریز شهری مطالعه موردی: حوضه‌های دربند، گلابدره و سعدآباد کلان شهر تهران. تحقیقات کاربردی علوم، 20(57)، 317-334.
صیاد، دانیال، قضاوی، رضا، و امیدوار، ابراهیم (1400). ارائه استراتژی‌های مناسب مدیریتی زیرساخت‌های شهری در برابر سیلاب از منظر پدافند غیرعامل با استفاده از SWOT و QSPM (مطالعۀ موردی: شهر کاشان). مد‌ل ‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(1)، 52-42. doi:10.22098/mmws.2022.9651.1055
محمودی بابلان، سجاد، نسترنی عموقین، سعید، و رسول‌زاده، علی (1401). ارزیابی محصولات بارش ماهواره‌ای جهت برآورد رخدادهای بارشی سنگین در نوار ساحلی دریای خزر. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(4)، 107-122. doi:10.22098/mmws.2022.11147.1102
مهدوی، مهدی (1392). هیدرولوژی کاربردی (جلد2). چاپ هشتم، انتشارات دانشگاه تهران، 437 صفحه.
ولی‌زاده کامران، خلیل، دلیر حسن‌نیا، رضا، و آذری ‌آمقانی، خدیجه (1398). پهنه‌بندی سیلاب و تأثیر آن بر کاربری اراضی محیط پیرامونی با استفاده از تصاویر پهپاد و سیستم اطلاعات جغرافیایی. سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 10(3)، 59-75. dor:20.1001.1.26767082.1398.10.3.4.5
هزاره، وحید، و باخرزی قزلحصار، سیدمحمد (1397). پهنه‌بندی خطر سیلاب شهری در منطقه 9 شهرداری مشهد. جغرافیا و روابط انسانی، 1 (2)، 1140-1158. dor:20.1001.1.26453851.1397.1.2.69.2
 
References
 
Abdessamed, D., & Abderrazak, B. (2019). Coupling HEC-RAS and HEC-HMS in rainfall–runoff modeling and evaluating floodplain inundation maps in arid environments: case study of Ain Sefra city, Ksour Mountain. SW of Algeria. Environmental Earth Sciences, 78(19), 1-17. doi:10.1007/s12665-019-8604-6
Danumah, J.H., Odai, S.N., Saley, B.M., Szarzynski, J., Thiel, M., Kwaku, A., Kouame, F.K., & Akpa, L.Y. (2016). Flood risk assessment and mapping in Abidjan district using multi-criteria analysis (AHP) model and geoinformation techniques, (cote d’ivoire). Geoenvironmental Disasters, 3(10), 1-13. doi:10.1186/s40677-016-0044-y
Dazzi, S., Vacondio, R., Mignosa, P., & Aureli, F. (2022). Assessment of pre-simulated scenarios as a non-structural measure for flood management in case of levee-breach inundations. International Journal of Disaster Risk Reduction, 74, 102926. doi:10.1016/j.ijdrr.2022.102926
Echogdali, F.Z., Boutaleb, S., Kpan, R.B., Ouchchen, M., Id-Belqas, M., Dadi, B., & Abioui, M. (2022). Flood hazard and susceptibility assessment in a semi-arid environment: A case study of Seyad basin, south of Morocco. Journal of African Earth Sciences, 196, 104709. doi:10.1016/j.jafrearsci.2022.104709
Hassanzadeh, R., Honarmand, M., Hossinjanizadeh, M., & Mohammadi, S. (2021). Flood zoning in urban areas using hydrological modelling and survey data: Case study of Bardsir city, Kerman Province. Iranian Journal of Ecohydrology, 8(2), 331-344.  doi:10.22059/ije.2021.314075.1423 [In Persian]
Hejazizadeh, Z., Akbari, M., Sasanpour, F., Hosseini, A., & Mohammadi, N. (2022). Investigating the effects of climate change on torrential rains in Tehran province. Water and Soil Management and Modeling, 2(2), 87-105. doi:10.22098/mmws.2022.9958.1075 [In Persian]
Hezareh, V., & Bakharzi Qaz-Alhesar, S. (2018). Urban flood risk zoning in zone 9 of Mashhad. Geography and Human Relationships, 1(2), 1140-1158. dor:20.1001.1.26453851.1397.1.2.69.2 [In Persian]
Hossain, M.K., & Meng, Q. (2020). A thematic mapping method to assess and analyze potential urban hazards and risks caused by flooding. Computers, Environment and Urban Systems, 79, 101417. doi:10.1016/j.compenvurbsys.2019.101417
Kahl, D.T., Schubert, J.E., Jong-Levinger, A., & Sanders, B.F. (2022). Grid edge classification method to enhance levee resolution in dual-grid flood inundation models. Advances in Water Resources, 168, 104287. doi:10.1016/j.advwatres.2022.104287
Luo, K., & Zhang, X. (2022). Increasing urban flood risk in China over recent 40 years induced by LUCC. Landscape and Urban Planning, 219, 104317. doi:10.1016/j.landurbplan.2021.104317
Li, K., Wu, S., Dai, E., & Xu, Z. (2012). Flood loss analysis and quantitative risk assessment in China. Natural hazards, 63(2), 737-760. doi:10.1007/s11069-012-0180-y
Mahdavi, M. (2013). Applied Hydrology. 8th Edition: University of Tehran, Iran, 437 pages. [In Persian]
Mahmoudi Babolan, S., Nastarani Amoghin, S., & Rasoulzadeh, A. (2022). Evaluation of satellite precipitation products for estimating heavy precipitation in the Caspian coast. Water and Soil Management and Modeling, 2(4), 107-122.  doi:10.22098/mmws.2022.11147.1102 [In Persian]
Namara, W.G., Damisse, T.A., & Tufa, F.G. (2021). Application of HEC-RAS and HEC-GeoRAS model for Flood Inundation Mapping, the case of Awash Bello Flood Plain, Upper Awash River Basin, Oromiya regional state, Ethiopia. Modeling Earth Systems and Environment, 8, 1449-1460. doi:10.1007/s40808-021-01166-9
Nsangou, D., Kpoumié, A., Mfonka, Z., Ngouh, A.N., Fossi, D.H., Jourdan, C., Mbele, H.Z., Mouncherou, O.F., Vandervaere, J.P., & Ngoupayou, J.R.N. (2022). Urban flood susceptibility modelling using AHP and GIS approach: case of the Mfoundi watershed at Yaoundé in the South-Cameroon plateau. Scientific African, 15, e01043. doi:10.1016/j.sciaf.2021.e01043
Pathak, S., Liu, M., Jato-Espino, D., & Zevenbergen, C. (2020). Social, economic and environmental assessment of urban sub-catchment flood risks using a multi-criteria approach: A case study in Mumbai City, India. Journal of Hydrology, 591, 125216. doi:10.1016/j.jhydrol.2020.125216
Pornaby Darzi, S., Vafakhah, M., & Rajabi, M.R. (2021). Flood hazard zoning using HEC-RAS Hydraulic Model and ArcGIS (Case Study: CheshmehKileh River in Tonekabon County). Natural Environmental Hazards, 10(28), 15-28. [In Persian]
Rangari, V.A., Umamahesh, N.V., & Bhatt, C.M. (2019). Assessment of inundation risk in urban floods using HEC RAS 2D. Modeling Earth Systems and Environment, 5(4), 1839-1851. doi:10.1007/s40808-019-00641-8
Regional Water Company of Khorasan Razavi, (2019). Studies of Mashhad flood warning system. [In Persian]
Rezende, O.M., de Oliveira, A.K.B., Miranda, F.M., Jacob, A.C.P., de Sousa, M.M., & Miguez, M.G. (2020). Mapping the flood risk to socioeconomic recovery capacity through a multicriteria index. Journal of Cleaner Production, 255, 120251. doi:10.1016/j.jclepro.2020.120251
Roy, S., Bose, A., & Chowdhury, I.R. (2021). Flood risk assessment using geospatial data and multi-criteria decision approach: a study from historically active flood-prone region of Himalayan foothill, India. Arabian Journal of Geosciences, 14(11), 1-25. doi:10.1007/s12517-021-07324-8
Saffari, A., Ahmadabadi, A., & Sedighifar, Z. (2020). Analysis of flood risk based on WMS model in urban catchment area Case study: Damand basins, Golabdareh and Saadabad, Tehran metropolitan area. Journal of Applied researches in Geographical Sciences, 20(57), 317-334. [In Persian]
Saha, A.K., & Agrawal, S. (2020). Mapping and assessment of flood risk in Prayagraj district, India: a GIS and remote sensing study. Nanotechnology for Environmental Engineering, 5(2), 1-18. doi:10.1007/s41204-020-00073-1
Sayyad, D., Ghazavi, R., & Omidvar, E. (2022). Appropriate urban infrastructure management strategies against floods from the perspective of passive defense using SWOT and QSPM (Case study: Kashan City). Water and Soil Management and Modeling, 2(1), 42-52.  doi:10.22098/mmws.2022.9651.1055 [In Persian]
Shaikh Baikloo Islam, B. (2021). Evidence and consequences of the flood in Iran from prehistory to the present. Water and Soil Management and Modeling, 1(1), 24-40.  doi:10.22098/mmws.2021.1173 [In Persian]
Valizadeh Kamran, K., Delire Hasannia, R., & Azari Amghani, K. (2019). Flood zoning and its impact on land use in the surrounding area using unmanned aerial vehicles (UAV) images and GIS. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 10(3), 59-75. dor:20.1001.1.26767082.1398.10.3.4.5 [In Persian]
Wu, Y., Zhong, P.A., Zhang, Y., Xu, B., Ma, B., & Yan, K. (2015). Integrated flood risk assessment and zonation method: a case study in Huaihe River basin, China. Natural Hazards, 78(1), 635-651. doi:10.1007/s11069-015-1737-3