تاثیر دبی طراحی و عملکرد زیرآبگذرها در بحران طبیعی سیل در تعدادی از حوزه‌های آبخیز منتخب استان یزد

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 دانشیار، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

4 استادیار، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

زیرآبگذر‌ها از جمله رایج‌ترین و مهم‌ترین سازه‌های انتقالی هستند که برای عبور جریان آب، مصالح، یا تأسیسات مدفون در زیر خاک به‌کار می‌روند. بنابراین در نظر گرفتن عوامل مختلف تأثیرگذار در طراحی و جانمایی این سازه‌ها به‌منظور بهبود عملکرد آن‌ها ضروری است. بر این اساس پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر دبی طراحی و عملکرد سازه‌های آبی تقاطعی جاده‌ای در بحران سیل در تعدادی از حوزه‌های آبخیز منتخب استان یزد انجام گرفت. در این راستا پس از جمع‌آوری و اخذ اطلاعات و آمارهای مورد نیاز مشخصات دقیق زیرآبگذر‌ها بررسی شده سپس با استفاده از مدل HEC-HMS اقدام به تعیین مقدار و حجم سیلاب شد و رفتار جریان در مقاطع این زیرآبگذر مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها نشان داد که ظرفیت هیدرولیکی زیرآبگذر‌های منتخب در برابر افزایش دوره بازگشت رفتار غیرخطی داشته به‌طوری که با افزایش شدت و فراوانی بارش نسبت Qc/Qd به سرعت کاهش یافته و منجر به ورود سازه مورد نظر به شرایط بحرانی می‌شود. بر این اساس در تعداد نه سازه مورد بررسی در شش حوزه آبخیز منتخب فقط زیرآبگذر جدیدالاحداث قوام‌آباد ایمن بوده و سایر زیرآبگذر‌ها بر اساس دوره بازگشت‌های مختلف بررسی شده در شرایط بحرانی قرار داشتند. بنابراین به‌منظور مدیریت و پیشگیری از تخریب و آسیب‌های احتمالی لازم است نسبت به ایمن‌سازی این سازه‌ها (ارتقای ظرفیت عبور جریان) بر اساس دوره بازگشت‌های استاندارد اقدامات مورد نیاز انجام شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع:
اصغری‌سراسکانرود، صیاد، و پیروزی، الناز (1403). برآورد دبی حداکثر جریان و تحلیل تغییرات هیدرولوژیکی رودخانه مطالعه موردی: بخش کوهستانی رودخانه قرانقوچای. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 56(1)، 25-40. doi: 10.22059/jphgr.2024.367818.1007793
باباخانی، علی، و مرسلی، مجتبی (1402). بررسی آزمایشگاهی تأثیر هیدرولیک جریان عبوری بر آبشستگی پائین‌دست سرریزکنگره‌ای مثلثی بدون کف‌بند، مهندسی آبیاری و آب ایران، (مقاله آماده انتشار). doi: 10.22125/iwe.2022.254669.1433
باقرزاده، سهیلا، و نوبخت، مسعود (1403). ارزیابی کارایی مدل HEC-GeoHMS در برآورد و پیش‌بینی سیلاب در حوضه‌های آبریز-مطالعه موردی حوضه آبریز رودخانه تجن. پیشرفت‌ها در علوم و مهندسی آب، 1(2)، 1-18.
بهیان‌مطلق، سودابه، پژوهش، مهدی، هنربخش، افشین، و صالحی‌هفشجانی نگار (۱۳۹۷). سنجش عملکرد مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS برای حوزه‌های نیمه‌توزیعی و یکپارچه (مطالعه موردی: حوزه آب‌خیز کوه‌سوخته). پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، ۹(۱۷)، 39-48. doi: 10.29252/jwmr.9.17.39.
جعفری، تیمور (1391). روش‌های سازه‌ای مدیریت سیلاب با توجه به قابلیت‌های ژئومورفولوژیک در مناطق روستایی مطالعه موردی: روستای فرطان از توابع شهرستان اسفراین. سپهر، 82، 27-35.
حیدری‌چناری، فاطمه، فضل‌اولی، رامین، و نیکزادتهرانی، اسماعیل (۱۴۰۱). واسنجی و ارزیابی پارامترهای مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS در شبیه‌سازی وقایع منفرد بارش رواناب (مطالعه موردی: حوزه آب‌خیز تجن). پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، ۱۳ (۲۶)، ۸۱-۶۹. http://dx.doi.org/10.52547/jwmr.13.26.69.
دانشور، محمدرضا، و دانائیان، محمدرضا (1390). بررسی رابطه میزان دبی طراحی و وسعت عرصه پخش سیلاب در ایستگاه پخش سیلاب میان کوه استان یزد. مهندسی و مدیریت آب‌خیز، 3(1)، 40-33.
رحیم‌زاده، زهرا و حبیبی، مینا (1397). شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب با مدل هیدرولوژیک HEC-HMS و پیش‌بینی دوره بازگشت در حوضه روانسرِ کرمانشاه. مجله جغرافیا و توسعه، 16(53)، 194-175. doi: 10.22111/gdij.2018.4186
رشیدی، نگین، موسوی، وحید و وفاخواه، مهدی (1404). پیش‌بینی رواناب روزانه با اسیتفاده از مدل‌های یادگیری ماشین. مجله علوم و مهندسی آب‌خیزداری ایران، 19(70)، 90-73. doi: 10.22034.19.70.5
شفیعی، مجتبی و قراری، شروان (1396). مروری بر مفاهیم مدل‌سازی هیدرولوژی در حوضه‌های آبریز : بخش اول معرفی فرآیند مدل‌سازی. آب و توسعه پایدار، 4(2)، 95-102. doi: 10.22067/jwsd.v4i2.62154
شفیعی‌کیگاسری، نیما، حسینی، سید عطااله، و پورقاسمی حمیدرضا (۱۴۰۳). ارزیابی حساسیت پذیری وقوع زمین لغزش و همبستگی آن با شبکه جاده های جنگلی (مطالعه موردی: شهرستان رامسر) پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، ۱۵(۱) :۷۷-۶۳. doi:10.61186/jwmr.15.1.63
شکری، سعید، بهنیا، علی‌اصغر، رادمنش، فرهاد، و آخوندعلی، علی‌محمد (1391). تخمین آبنمود سیلاب حوزه آب‌خیز با استفاده از مدل HEC-HMS  و سامانه اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: حوزه آب‌خیز ایدنک). پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 3(5)، ۸۰-۶۳.
عزیزی، کامران و حافظ‌پرست‌مودت، مریم (1403). شبیه‌سازی رواناب با مدل HEC-HMS و آنالیز حساسیت پارامترهای روندیابی هیدروگراف سیل با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی (مطالعه موردی : حوضه آبریز رودخانه مرک). تحقیقات آب و خاک ایران، 55(4)، 519-536. doi: 10.22059/ijswr.2024.371600.669656
عسگری، ابراهیم، نوری، محبوبه (1399). ارزیابی پایداری خاک و فرسایش مجاز در راستای مدیریت پایدار محیط ساحلی علوم و فنون آبخاکی، 1(2)، 55-33.
فضل‌اولی، رامین و آقایی‌کهلیک‌بالغی، الناز (1403). مروری بر مدل‌های هیدرولوژیکی مورد استفاده در شبیه‌سازی فرآیند بارش-رواناب. بیست و سومین کنفرانس هیدرولیک ایران،کرمانشاه، (13-1).
قرمزچشمه، باقر، نیکچه‌فراهانی، شمس‌الله، و آقارضی، حشمت (۱۳۹۸). ارزیابی تأثیر اقدامات مدیریتی آب‌خیزداری در تغییر برخی ا ز مشخصات سیلاب حوزه آب‌خیز هفتان. پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز. ۱۰ (۱۹) :۱۱۶-۱۰۶. doi:10.29252/jwmr.10.19.106.
کریمی، مریم، ملکی‌نژاد، حسین، عبقری، هیراد و عزیزیان، محمدصادق (1390). ارزیابی روش‌های مختلف شبیه‌سازی هیدروگراف سیل با استفاده از بسته نرم‌افزاری HEC-HMS (مطالعه موردی: حوضه آب‌خیز چهل‌گزی). پژوهش آب ایران، 5(2)، 38-29.
محمدحسنی، احسان (1404). بررسی توسعه پایدار در بخش حمل‌ونقل جاده‌ای بار: چالش‌ها و راهکارها در ایران. زیست سپهر، (مقاله آماده انتشار).
مرادنژادی، مریم، جورغلامی، مقداد، و ملکیان، آرش (1394). بررسی کارایی مدل هیدرولوژیک HEC- HMS در شبیه‏‌سازی هیدروگراف سیلاب حوضه‏ های آب‌خیز جنگلی (مطالعة موردی: جنگل خیرود).
جنگل و فرآورده‌های چوب، 68(3)، 639-625. doi: 10.22059/jfwp.2015.55594
مصطفی‌زاده، رئوف، سعدالدین، امیر، بهره‌مند، عبدالرضا، شیخ، واحدبردی و نظرنژاد، حبیب (1389). ارزیابی اثرات هیدرولوژیک طرح آب‌خیزداری جعفرآباد استان ‏گلستان با استفاده از مدل ‏HEC-HMS. مهندسی و مدیریت آب‌خیز، 2(2), 93-83. doi: 20.1001.1.22519300.1389.2.2.3.2
میرزایی‌ارجنکی، سیدیحیی، امیری، رقیه، و چیت‌سازان، منوچهر (1404). بررسی برتری مدل‌های هوش مصنوعی بر مدل‌های هیدرولوژیکی در مدل‌سازی بارش-رواناب (مطالعه‌ی موردی:حوضه‌ی آبریز رودخانه‌ی خرم‌آباد). مهندسی آبیاری و آب ایران، (مقاله آماده انتشار). doi: 10.22125/iwe.2025.555667.1905.
میکائیل‌زاده، حدیث، طالبی، علی، کریمیان، علی‌اکبر، و مختاری، ابوالفضل (1393). بررسی اثر اقدامات آب‌خیزداری مکانیکی بر کاهش دبی اوج سیلاب با بهره گیری از مدل HEC-HMS مطالعه موردی: حوزه آب‌خیز نهند آذربایجان شرقی، اولین همایش ملی توسعه پایدار منابع طبیعی تجدید شونده، 24 مهر 1393، همدان، ایران، 10-1.
نوری، محبوبه، و رضایی، محمدرضا (1402). کاربرد فناوری‌های زیستمحیطی در ایجاد روسازی بوم‌شهر اسفنجی (نمونۀ موردی: شهر شیراز). برنامه‌ریزی فضایی، 13(4)، 114-97. doi: 10.22108/sppl.2024.139409.1752.
وکیلی، شبنم، مقدم‌نیا، علیرضا (1401). بررسی مقایسه‌ای مدل بارش-رواناب HEC-HMS با روش‌های تجربی مختلف برآورد سیلاب. علوم و مهندسی آب‌خیزداری ایران، 16(58)، 41-32. doi: 20.1001.1.20089554.1401.16.58.2.3.
یوسفی، حسین، گلشن، محمد و پیرنیا، عبدالله (1397). ارزیابی مدل‌ هیدرولوژیکی HEC-HMS در تخمین هیدروگراف سیل مناطق خشک و مرطوب. اکوهیدرولوژی، 5(1)، 330-319. doi: 10.22059/ije.2018.240802.715.
 
 
 
References
Abedi, M., Moradi, S., & Karimi, A. (2023). Hydraulic capacity assessment of highway culverts along the Chalus–Karaj route using HEC RAS and long-term flood data. River Engineering Research, 5(1), 70-89. [In Persian].
Ahmadi, M., & Soleimani, R. (2022). Hydraulic performance analysis of road culverts in western Golestan using SWMM and HEC RAS models. Flood Engineering Journal, 4(2), 50-68. [In Persian].
Akan, A. O., & Houghtalen, R. J. (2016). Urban hydrology, hydraulics, and stormwater quality: Engineering applications and computer modeling (2nd ed.). Wiley.
Amatya, D. M., Trettin, C., & Williams, T. (2024). Updated design flows and climate‑resilient culvert sizing for rural and urban drainage systems in forested environments. Journal of Climate‑Responsive Water Infrastructure, 2(1), 1-22.
Asadi, A. & Boustani, F. (2013). Performance evaluation of the HEC-HMS hydrologic model for lumped and semi-distributed stormflow simulation (Study Area: Delibajak Watershad). American Journal of Engineering Research, 2(11), 115-121.
Asgari, E., & Noori, M. (2021). Evaluation of Soil Sustainability and Soil Loss Tolerance to Sustainable Management of Soil Resources. Journal of Amphibious Science and Technology, 1(2), 33-55. [In Persian].
AsghariSaraskanroud, S., & Piroozi, E. (2024). Estimating the peak discharge and analyzing the hydrological changes of the river case study: The mountainous section of the Qaranqoo Chay river. Physical Geography Research, 56(1), 25-40. doi: 10.22059/jphgr.2024.367818.1007793. [In Persian].
Azizi, K., & HafezparastMavedat, M. (2024). Runoff simulation with HEC-HMS model and sensitivity analysis of flood hydrograph trending parameters using differential evolution algorithm (case study: Merck River catchment). Iranian Journal of Soil and Water Research, 55(4), 519-536. doi: 10.22059/ijswr.2024.371600.669656.
Babakhani, A., & Morsali, M. (2024). Laboratory investigation of the hydraulic flow's impact on underwash at the downstream of a triangular weir without a bottom plate. Journal of Irrigation and Water Engineering, doi: 10.22125/iwe.2022.254669.1433. [In Persian].
BagherZadeh, S., & Nobakht, M. (2024). Assessment of HEC-GeoHMS Model Efficiency in Flood Estimation and Prediction in Watersheds - Case Study: Tajen River Watershed. Advances in Water Science and Engineering, 1(2), 1-18. [In Persian].
BehyanMotlagh, S., Pajoohesh, M., Honarbakhsh, A., & SalehiHafshejani, N. (2018). Assessment performance of HEC-HMS hydrological model for the lumped and semi-distributive watershed (case study: Kohsukhteh Catchment). Journal of Watershed Management Research. 9(17), 39-48. doi:10.29252/jwmr.9.17.39. [In Persian].
Bodhaine, G.L. (1982). Techniques of water resources investigations of the United States geological survey chapter A3: Measurement of peak discharge at culverts by indirect methods, USGS Publications. 361-614.
Chu, X., ASCE, A.M. & Steinman, A., (2009). Event and continuous hydrologic modeling with HEC-HMS. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 135, 119-125. doi:10.1061/(ASCE)0733-9437(2009)135:1(119).
Conesa‑García, C., & García‑Lorenzo, R. (2012). Hydraulic performance and blockage risk assessment of roadway cross‑drainage culverts in temporary streams. Geomorphological Hydraulics Review, 6(2), 145-162.
Daneshvar, M.R. & Danaeian, M.R. (2011). Investigating the relationship between design discharge and ‎floodwater spreading area in the Miankoh Staion, Yazd province. Watershed Engineering and Management, 3(1), 33-40. doi: 10.22092/ijwmse.2011.101786. [In Persian].
Fazlola, R., & Aghayee Kahlikbalighi, E. (2024). A Review of Hydrologic Models Used in Rainfall-Runoff Process Simulation, 23rd Iranian Hydraulic Conference, Iran, Kermanshah, 1-13. [In Persian].
Gautam, D. K., & Holz, P. (2001). Rainfall runoff modeling using adaptive neuro fuzzy system. Journal of Hydrologic Information, 3, 3-100.
Ghermermezcheshmeh, B., Nikchehfrahani, S.O., & Agha-Razi, H. (2019). Effects of Watershed Management Practices on Some of Flood Characteristics Change in Haftan Watershed. J Watershed Manage Res. 10(19), 106-116. doi:10.29252/jwmr.10.19.106. [In Persian].
Harlan, D., Wangsadipura, M., & Munajat, C.M. (2010). Rainfall-runoff modeling of Citarum Hulu river basin by using GR4J. Proceedings of the World Congress on Engineering, 2(1-5). 1607-1611.
HeidariChenari, F., Fazloula, R., & NikzadTehrani, E. (2022). Calibration and evaluation of HEC-HMS hydrological model parameters in simulation of single rainfall-runoff events (Case study: Tajan watershed). Journal of Watershed Management Research, 13(26), 69-81. doi:10.52547/jwmr.13.26.69. [In Persian].
Jafari, T. (2012). Flood management instrument methods considering geomorphological capabilities in rural areas: A case study: Fartan village, Asfarin county, SEPEHR, 21(82), 27-35. [In Persian].
Kadam, A.K., Wagh, V.M., Tanpure, P.B., Kanade, R.S., & Umrikar, B.N. (2021). Hydrologic response of an urbanizing watershed to extreme rainfall events using HEC HMS and GIS. Urban Water Journal, 18(3), 207-217.
Karimi, M., Malekinejad, H., Abghari, H., & Azizian, M.S. (2011). Evaluating the methods of flood hydrograph simulation using HEC-HMS software (A case study, Chelgazi watershed). Iranian Water Research Journal, 5(2), 29-38. [In Persian].
Mikaelzadeh, H., Talebi, A., Karimian, A.A., & Mokhtari, A. (2014). Investigating the effect of mechanical watershed management measures on reducing peak flood discharge using the HEC-HMS model, case study: Nahand watershed of East Azerbaijan, 1st National Conference on Sustainable Development of Renewable Natural Resources, October 14, 2014, Hamadan, Iran, 1-10. [In Persian].
Miller, T., Johnson, K., & Carter, B. (2017). Evaluating the effects of land‑use change and flood‑control structures on runoff using HEC‑HMS in the United States. Water Resources Systems Engineering, 14(3), 120-139.
MirzaeiArjanki, S.Y., Amiri, R., & Chitsazan, M. (2025). Comparison of Artificial Intelligence Models' Superiority to Hydrological Models in Rainfall-Runoff Modeling (Case Study: Khorram-Abad River Basin). Journal of Irrigation and Water Engineering, doi: 10.22125/iwe.2025.555667.1905. -. [In Persian].
MohammadHassani, E. (2025). Investigating sustainable development in the road freight transportation sector: Challenges and solutions in Iran. Zist Sepehr Student Magazine, [In Persian].
Moradi, S., Karimi, A., & Yousefi, H. (2021). Vulnerability assessment of roadway culverts during the 2019 Gorgan Rud flood using GIS. Journal of Water and Soil Studies, 29(4), 110-128. [In Persian].
Moradnezhadi, M., Jourgholami, M., & Malekian, A. (2015). Evaluating the HEC-HMS hydrologic model in order to simulating flood hydrograph in forest basin (Case study: Kheyrud Forest). Forest and Wood Products, 68(3), 625-639. doi: 10.22059/jfwp.2015.55594. [In Persian].
Mostafazadeh, R., Sadoddin, A., Bahremand, A., Sheikh, V., & Nazarnejad, H. (2010). Assessing hydrological effects of Jafar-Abad watershed management ‎project in Golestan province using HEC-HMS model. Watershed Engineering and Management, 2(2), 83-93. doi: 20.1001.1.22519300.1389.2.2.3.2 [In Persian].
Mukherjee, S., Thompson, J., & Walker, D. (2024). Hydrologic hazard assessment for roadway‑stream crossings in small forested watersheds: Design discharges and culvert hydraulic capacity under flood risk. Journal of Hydrologic Infrastructure Engineering, 9(1), 33-58.
Noori, M. & Rezaei, M. R. (2024). Application of Environmental Technologies in the Creation of the Pavement of the Sponge Eco-City (Case Study: Shiraz City). Spatial Planning, 13(4), 97-114. doi: 10.22108/sppl.2024.139409.1752. [In Persian].
Rahimzadeh, Z., & Habibi, M. (2018). Simulation of hydrograph of flood with hydrological model HEC-HMS and prediction of return period in Kermanshah Ravansar Basin. Geography and Development, 16(53), 175-194. doi: 10.22111/gdij.2018.4186. [In Persian].
Rashidi, N., Moosavi, V., & Vafakhah, M. (2025). Daily runoff prediction using artificial intelligence models. Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, 19(70), 73-90. doi: 10.22034.19.70.5. [In Persian].
Rinsema, J.G. (2014). Comparison of rainfall-runoff models for the Florentine Catchment. University of Tasmania, 1-54
Shafieekigasari N, Hosseini A O, & Pourghasemi H R. (2024). Spatial Assessment of the Sensitivity of Landslide Occurrence and their Correlation with the Forest Road Network (Case study: Ramsar County). Journal of Watershed Management Research, 15(1), 63-77. doi:10.61186/jwmr.15.1.63
Shafiei, M. & Gharari, S. (2018). A Review on Hydrological Modelling Concepts: Part 1 - Introduction of Modelling Process. Journal of Water and Sustainable Development, 4(2), 95-102. doi: 10.22067/jwsd.v4i2.62154.
Shokri, S., Behnia, A.A., Radmanesh, F., & AkhondAli, A.M. (2012). Watershed flood hydrograph estimation using HEC-HMS and geographic information system (Case study: Idanak watershed). Journal of Watershed Management Research. 3(5), 63-80. [In Persian].
Soleimani, F., Soltani, S., & Salajegheh, A. (2011). Identification of areas sensitive to flash floods in Jiroft Dam Watershed using the HEC-HMS model. In Proceedings of the 7th National Conference on Watershed Science and Engineering, Isfahan University of Technology. [In Persian].
Šraj, M., Rusjan, S., & Petkovšek, G. (2023). Lessons from the 2023 extreme flood in Slovenia: Implications for updating design discharges and safety factors in hydraulic structures. Hydrology and Extreme Events Journal, 5(3), 200-218.
Teng, J., Jakeman, A. J., Vaze, J., Croke, B. F. W., Dutta, D., & Kim, S. (2017). Flood inundation modelling: A review of methods, recent advances and uncertainty analysis. Environmental Modelling & Software, 90, 201-216.
Vakili, S., & Moghaddamnia, A. (2022). Comparative study of HEC-HMS rainfall-runoff model with different experimental methods of flood estimation. Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, 16(58), 32-41. doi: 20.1001.1.20089554.1401.16.58.2.3.
Yazdi, J., Moghaddam, M. S., & Saghafian, B. (2018). Optimal design of check dams in mountainous watersheds for flood mitigation. Water Resources Management, 32(14), 4793-4811.
Yousefi, H., Ahmadi, M., & Soleimani, R. (2020). Hydraulic evaluation of culverts along the Tehran–Firuzkuh corridor under extreme flood events. Road and Hydraulic Structures Engineering Journal, 3(2), 90-108. [In Persian].
Yousefi, H., Golshan, M., & Pirnia, A. (2018). Performance of HEC-HMS hydrological model in simulation of flood hydrograph in arid and humid watersheds. Journal of Ecohydrology, 5(1), 319-330. doi: 10.22059/ije.2018.240802.715. [In Persian].
Zhang, L., Chen, Y., & Wu, H. (2019). Assessing culvert discharge capacity under changing rainfall patterns in urban catchments. Journal of Hydrologic Engineering, 24(6), 04019018.