توسعۀ مدل ماسکینگام غیرخطی و مقایسۀ آن با مدل HEC-RAS جهت روندیابی سیل در رودخانه‌ها

شایان نژاد, محمد; اکبری, ناهید; هنربخش, افشین

doi:10.22059/ije.2014.53547

توسعۀ مدل ماسکینگام غیرخطی و مقایسۀ آن با مدل HEC-RAS جهت روندیابی سیل در رودخانه‌ها

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

² دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

³ دانشیار، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد

10.22059/ije.2014.53547

چکیده

روندیابی سیل در رودخانه‌ها فرایندی ریاضی است که برای تعیین هیدروگراف جریان در هر نقطه از رودخانه صورت می‌گیرد. یکی از روش‌های روندیابی، حل معادلات کامل سنت‌ونانت در تحلیل جریان غیرماندگار است که به‌دلیل پیچیدگی زیاد، نیازمند استفاده از کامپیوتر و مدل‌های توسعه‌یافته است. در مقابل این روش پیچیده، روش‌های ساده‌تر و با دقت مناسب توسعه یافته‌اند که از دیدگاه هیدرولوژیست‌ها نتایج قابل قبولی دارند. مدل ماسکینگام یکی از این روش‌هاست که دقت در تخمین پارامترهای آن بر هیدروگراف روندیابی‌شده، به‌خصوص بر حداکثر مقدار سیلاب، تأثیرگذار است. ازآنجا که الگوریتم ژنتیک گزینۀ مناسبی برای تعیین پارامترهای بهینۀ مدل غیرخطی ماسکینگام است، در این تحقیق ضرایب بهینۀ مدل غیرخطی ماسکینگام از این روش در برنامۀ MATLAB و برای دامنۀ وسیعی از هیدروگراف‌های خروجی به‌دست‌آمده از نرم‌افزار HEC-RAS حاصل آمد. با به‌دست آوردن مقادیر بهینۀ این پارامترها و داشتن خصوصیات فیزیکی و هندسی رودخانۀ مورد مطالعه، تغییرات این خصوصیات و همچنین تغییرات پارامترهای روابط مدل ماسکینگام-کانژ بر مقادیر ضرایب غیرخطی ماسکینگام بررسی شد. از این طریق، روابطی برای ضرایب مدل ماسکینگام غیرخطی ، و به‌صورت تابعی از مشخصات رودخانه و سیلاب ورودی ارائه شد. سپس روندیابی سیل از روش حل معادلات دیفرانسیلی مرتبۀ اول به‌روش رانگ-کوتای مرتبۀ 4 انجام گرفت. برای بررسی دقت روابط مدل توسعه‌یافته، هیدروگراف‌های خروجی از پنج سیلاب بازه‌ای از یک رودخانه، با هیدروگراف‌های خروجی محاسبه‌‌شده با روش توسعه‌یافته و نرم‌افزار HEC-RAS مقایسه و نتایج دو روش با استفاده از فاکتور RMSE و ضریب همبستگی تجزیه‌و‌تحلیل شد. نتایج نشان داد دقت مدل توسعه‌یافته مشابه نرم‌افزار HEC-RAS است، بنابراین می‌توان از مدل توسعه‌یافته در مطالعات آینده در زمینۀ روندیابی سیل استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

قبادیان، رسول (1387). «مدل ریاضی روندیابی هیدرولیکی سیلاب در رودخانۀ قرهسو با استفاده از حل عددی معادلات جریان غیرماندگار». هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، ایران، تهران، آبان ماه.
مرادی، حمیدرضا؛ وفاخواه، مهدی؛ اکبری باویل، علی (1386). «مقایسۀ روندیابی سیل با دو روش ماسکینگام و ماسکینگام-کانژ در بخشی از رودخانۀ لیقوان». مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، شمارۀ 42 :342-335.
1. Soentoro, Edya (1991). Comparison of Flood Routing Methods, Master of Applied Science. Department of Civil Engineering, University of British Columbia, pp.106.
2. Patricia, C.; Raimundo, S. (2005). “Solution of Saint-Venant Equation to Study Flood in Rivers through Numerical Methods”. 25^th Annual American Geophysical Union Hydrology Days, USA, Colorado, March.
3. Maidment, David R. (1992). Hand Book of Hydrology. New York, McGraw-Hill, pp. 1424.
4. Chow, Ven Te; Maidment, David R.; Mays, Larry W. (1998). Applied Hydrology. New York, McGraw-Hill, pp. 572.
5. Knebl, M.R.; Yang, Z.L.; Hutchison, K.; Maidment, D.R. (2005). “Regional Scale Flood Modeling Using NEXRAD Rainfall, GIS, and HEC-HMS/RAS: A Case Study for the San Antonio River Basin Summer 2002 Storm Event”. Journal of Environmental Management, 75, 325-336.
6. Sholtes, Joel (2009). Hydraulic Analysis of Stream Restoration on Flood Wave Propagation. Master of Applied Science, Department of Physical Geography, University of North Carolina.
7. Ponce, V.M.; Lugo, A. (2001). “Modeling Looped Rating in Muskingum-Cunge Routing”. Journal of Hydrologic Engineering (ASCE), 6(2), 119-124.

10. and Flood Routing”. In Proceedings of the Conference of the North Atlantic Division, U. S. Engineer Department, USA, New London, June.

11. Gill, M.A. (1978). “Flood Routing by Muskingum Method”. Journal of Hydrology, 36, 353-363.

12. Yoon, J.; Padmanabhan, G. (1993). “Parameter Estimation of Linear and Nonlinear Muskingum Models”. Journal of Water Resources Planning and Management, 119(5), 600-610.

13. Wilson, Eric Montgomery (1990). Engineering Hydrology. Washington, Scholium Intl, pp. 348.

14. Samani, H.M.V.; Shamsipour, G.A. (2004). “Hydrologic Flood Routing in Branched River Systems via Nonlinear Optimization”. Journal of Hydraulic Research, 42(1), 55-59.

15. Alhumoud, J.M.; Esen, I.M. (2006). “Approximate Methods for the Estimation of Muskingum Flood Routing Parameters”. Water Resources Management, 20(6), 979-990.

16. Karahan, H. (2012). “Predicting Muskingum Flood Routing Parameters Using Spreadsheets”. Computational Applications in Engineering Education, 20(2), 280-286.

17. Tung, Y.K. (1984). “River Flood Routing by Nonlinear Muskingum Method”. Journal of Hydraulics Division, 111(12), 1447-1460.

18. Mohan, S. (1997). “Parameter Estimation of Nonlinear Muskingum Models Using Genetic Algorithm”. Journal of Hydraulic Engineering (ASCE), 123(2), 137-142.

19. Cunge, J.A. (1969). “On the Subject of a Flood Propagation Computation Method (Muskingum Method)”. Journal of Hydraulic Research, 7(2), 205-230.

20. Goldberg, David E. (1989). Genetic Algorithm in Search, Optimization and Machine Learning. Boston, Addison Wesley, pp. 438.