کاربرد سنجش از دور در مدل سازی هیدرولیکی و تعیین حد بستر رودخانه‌ها (مطالعۀ موردی: رودخانه ارداک)

محورهای موضوعی : برنامه های کاربردی در مدیریت منابع آب

سیدحمید میرقاسمی ¹ , حسین بانژاد ^{2 *} , علیرضا فرید حسینی ³

1 - دانشجوی دکتری گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
2 - دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
3 - دانشیار گروه علوم و مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

تاریخ دریافت : 1400/06/01 تاریخ پذیرش : 1400/07/25 تاریخ انتشار : 1401/11/01

کلید واژه: HEC-RAS, تصاویر ماهواره‌ای, HEC-HMS, سیلاب, رودخانه ارداک,

چکیده مقاله :

پیشینه و هدف براساس اصل 45 قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران و ماده 2 قانون توزیع عادلانه آب، رودخانه‌ها ثروت ملی بوده و در اختیار حکومت اسلامی است. بنابراین دولت مکلف است مطالعه و تعیین حد بستر و حریم رودخانه‌ها را انجام و در صورتی که اعیانی‌های موجود در بستر و حریم آن‌ها را برای امور مربوط به آب یا برق مزاحم تشخیص دهد نسبت به تخلیه آن‌ ها اقدام نماید. امروزه به‌علت افزایش ارزش اقتصادی زمین و تقاضا جهت احداث اعیانی در اراضی حاشیه رودخانه‌ها و مجاری آبی متأسفانه روندتصرفات حدود بستر و حریم رودخانه‌ها افزایش یافته که خود تهدیدی برای دسترسی به آب سالم و حفاظت از آن برای نسل‌های آتی محسوب می‌شود. تصرف رودخانه‌ها با کاهش عرض و تغییر کاربری اراضی بستر آن‌ها همراه است. این اقدام باعث بهم خوردن رژیم طبیعی رودخانه و در نتیجه وقوع سیل و خسارت‌های اجتماعی، اقتصادی، زیست محیطی را به دنبال دارد. مدیریت منابع آب و به‌خصوص مدیریت سیل بدون شناخت و تحلیل جریان رودخانه‌ها، پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر و حریم آن‌ها میسر نمی‌باشد. در حال حاضر برای تعیین گستره سیلاب و مشخص کردند حد بستر رودخانه‌ها نقشه‌برداری زمینی انجام می‌شود. این روش بسیار زمان‌بر بوده و هزینه انجام آن زیاد می‌باشد. در همین راستا استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و عکس‌های هوایی به جای نقشه‌برداری زمینی برای سرعت بخشیدن به انجام مطالعات و کاهش هزینه‌ها می‌تواند راهگشا باشد. تحقیقات زیادی درکشور و دنیا درخصوص استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در حوزه‌های مختلف انجام شده است. به‌ویژه در پژوهش‌های متعددی از تصاویر ماهواره‌ای برای بررسی روند تغییرات کاربری اراضی حوضه‌های آبخیز و نیز مطالعه تغییرات مورفولوژی رودخانه استفاده شده است. پژوهش‌هایی پیرامون استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در مطالعات هیدرولوژی و حوضه‌های آبخیز انجام شده است، اما در این پژوهش برای اولین بار امکان استفاده از تصاویر ماهواره‌ای برای تهیه نقشه رودخانه و استخراج مقاطع عرضی آن برای پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه مورد بررسی قرارگرفته است. در سال‌های اخیر بستر رودخانه ارداک در بالادست سد اراداک، به طور گسترده تصرف و تغییر کاربری داده شده است. این امر باعث شده‌است تا تعداد حوادث سیل افزایش و کمیت و کیفیت آب سد ارداک که بخشی از آب شرب شهر مشهد را تامین می‌نماید، کاهش یابد. برای مدیریت سیل و حفاظت کمی و کیفی از سد ارداک، پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه ارداک ضروری می‌باشد. در حال حاضر برای انجام این کار ابتدا باید نقشه برداری زمینی انجام می شود. نقشه برداری زمینی برای تهیه نقشه رودخانه و استخراج مقاطع عرضی آن مستلزم صرف زمان طولانی و هزینه زیادی است. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی امکان استفاده از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28×28 متر به جای نقشه‌برداری زمینی به‌منظور افزایش سرعت انجام کار و کاهش هزینه‌های مطالعات طرح‌ها و پروژه‌های آبی و مهندسی رودخانه است.مواد و روش ها برای ترسیم حوضه آبریز و استخراج پارامترهای فیزیکی آن از تصاویر ماهواره‌ای ASTER و نرم‌افزار HEC-GeoHMS استفاده شد. نقشه بستر موجود رودخانه و حاشیه آن تهیه و به‌عنوان یک لایه جدید به نقشه کاربری اراضی حوضه اضافه شد. برای شبیه سازی بارش و رواناب از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS استفاده شد. ابتدا برای پنج واقعه بارش و رواناب مدل واسنجی و اعتباریابی گردید. سپس هایتوگراف بارش مربوط به دوره بازگشت‌های مختلف در پایه زمان تمرکز حوضه به مدل HEC-HMS معرفی شد. مدل اجرا و سیلاب با دوره بازگشت‌های مختلف شبیه‌سازی شد. اطلاعات هندسی رودخانه درقالب مقاطع عرضی هم از نقشه‌برداری زمینی و هم از تصاویر ماهواره‌ای و با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS استخراج گردید. اطلاعات حاصل از مدل‌سازی جریان رودخانه در نرم‌افزار HEC-RAS از طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به محیط GIS منتقل و درمحیط مذکور پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه به دو روش استفاده از اطلاعات نقشه‌برداری زمینی و بهره‌گیری از تصاویر ماهواره‌ای تعیین و با هم مقایسه شد.نتایج و بحث نتایج بیانگر آن است که پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه با استقاده از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28×28 متر قابل انجام است. در این مورد شاخص‌های آماری میانگین خطای نسبی و ضریب همبستگی رگرسیون به ترتیب 13.2 و 92 درصد بدست آمد. اگر در چند نقطه از مسیر رودخانه مقطع عرضی از طریق نقشه ‌برداری زمینی برداشت و جایگزین مقاطع عرضی که از روش تصاویر ماهواره‌ای بدست آمده اند، دقت پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه با استقاده از تصاویر ماهواره‌ای افرایش می‌یابد. به‌طوری‌که اگر به فاصله 150 متر و در طول 8 کیلومتر 47 مقطع عرضی جانمایی و به‌صورت برداشت زمینی انجام و در مدل HEC-RAS جایگزین مقاطع عرضی بدست آمده از تصاویر ماهواره‌ای شود، خطای استفاده از روش تصاویر ماهواره‌ای برای پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه به 8.1 درصد کاهش خواهد یافت.نتیجه گیری استفاده از تصاویر ماهواره‌ای با کیفیت 28×28 متر برای تعیین حد بستر رودخانه امکان‌پذیراست. این روش با میانگین خطای نسبی و ضریب همبستگی رگرسیون به ترتیب 13.2 و 92 درصد همراه است که این خطا را با مقطع‌برداری زمینی می‌توان تا 8 درصد کاهش داد.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective According to Article 45 of the Constitution of the Islamic Republic of Iran and Article 2 of the Law on Fair Water Distribution, rivers are a national asset. They are in possession of the Islamic State. Therefore, the government is obliged to study and determine the bed and river boundaries, and if it recognizes the aristocracy in the bed and their area for disturbing water or electricity issues, to evacuate or tin and suppress them. Today, due to the increase in the economic value of land and the demand for land construction in lands along rivers and waterways, unfortunately, the process of using the riverbed has increased, which is a threat to access to safe water and its protection for future generations. Occupying rivers is associated with reduced land use and land use change. This disrupts the natural flow of the river, resulting in flooding and social, economic, and environmental damage. It is not possible to manage water resources, especially flood management, without knowing and analyzing the flow of rivers, flood zoning, and determining their bed boundaries and boundaries. At present, a land survey is being conducted to determine the extent of the floods and to determine the extent of the riverbed. This method is very time-consuming and expensive to perform. In this regard, using satellite imagery and aerial photographs instead of terrestrial mapping can be helpful in speeding up studies and reducing costs. Much research has been done in our beloved country of Iran and the world on the use of satellite images in various fields. In particular, several studies have used satellite imagery to study the changes in land use in watersheds and to study the morphological changes of the river. As noted, research has been conducted on the use of satellite imagery in hydrological studies and watersheds, but for the first time in this study, it is possible to use satellite imagery to map the river and extract its cross-sectional areas for flooding and riverbed delimitation. Has been studied. In recent years, the bed of the Ardak River above the Eradak Dam has been extensively occupied and altered. This has led to an increase in the number of floods and a decrease in the quantity and quality of water in the Ardak Dam, which supplies part of Mashhad's drinking water. For flood management and quantitative and qualitative protection of the Ardak dam, flood zoning and determination of the Ardak riverbed is necessary. At present, the ground mapping must be done first. Land surveying to map the river and extract its cross sections requires a lot of time and money. Therefore, the aim of this study was to investigate the possibility of using satellite images with a resolution of 28.28 m instead of terrestrial mapping to increase the speed of work and reduce the cost of studies of water projects and projects and river engineering.Materials and Methods ASTER satellite imagery and HEC-GeoHMS software were used to draw the catchment area and extract its physical parameters. The existing riverbed map and its margin were prepared and added to the land use map of the basin as a new layer. The HEC-HMS hydrological model was used to simulate precipitation and runoff. First, a metering and validation model was used for five rainfall and runoff events. The precipitation histogram for different return periods was then introduced to the HEC-HMS model based on the basin concentration time. The execution and flood model were simulated with different return periods. The river's geometric information was extracted in transverse sections from both terrestrial mapping and satellite imagery using the HEC-GeoRAS appendix. Information from river flow modeling in HEC-RAS software was transferred to the GIS environment through HEC-GeoRAS extension and in the mentioned environment, flood zoning and riverbed boundary determination were determined by two methods of using land mapping information and using satellite images.Results and Discussion The results indicate that the flooding area and the determination of the riverbed can be done by using satellite images with a resolution of 28 × 28 m. In this case, the statistical indicators of the mean relative error and regression correlation coefficient were 13.2 and 92%, respectively. If cross-sectional crossings are taken at several points along the river route and replaced by cross-sections obtained by satellite imagery, the accuracy of flood zoning and riverbed delimitation will be enhanced by the use of satellite imagery. If at a distance of 150 meters and at a distance of 8 km, 47 cross-sections are located and grounded and replaced in the HEC-RAS model by cross-sections obtained from satellite images, the error of using the satellite imagery method for flood zoning and riverbed delimitation Will be reduced to 8.1%.Conclusion It is possible to use satellite images with a quality of 28 × 28 m to determine the river bed limit. This method is associated with the average relative error and regression correlation coefficient of 13.2% and 92%, respectively, which can be reduced by 8% with ground cutting.

منابع و مأخذ:

Alizadeh A. 2010. Principles of Applied Hydrology, Fifth Edition of Imam Reza University. 942 p. (In Persian).

Chang C, Huang W. 2013. Hydrological modeling of typhoon-induced extreme storm runoffs from Shihmen watershed to reservoir, Taiwan. Natural Hazards, 67: 747-761. https://doi.org/10.1007/s11069-013-0600-7.

Chen Y, Wang Y, Zhang Y, Luan Q, Chen X. 2020. Flash floods, land-use change, and risk dynamics in mountainous tourist areas: A case study of the Yesanpo Scenic Area, Beijing, China. International Journal of Disaster Risk Reduction, 50: 101873. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2020.101873.

Company IWRM. 2017. Analytical report on protection and exploitation and management of rivers and beaches. (In Persian). 178 p.

De Silva M, Weerakoon S, Herath S. 2014. Modeling of event and continuous flow hydrographs with HEC–HMS: case study in the Kelani River Basin, Sri Lanka. Journal of Hydrologic Engineering, 19(4): 800-806. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000846.

Farahani MS, Parveen K. 2020. Recognizing the concept of "public wealth" in Article 45 of the Constitution of the Islamic Republic of Iran. Journal of Knowledge of public law, 9(28): 19-44. https://doi.org/10.22034/qjplk.2020.195. (In Persian).

Gichamo TZ, Popescu I, Jonoski A, Solomatine D. 2012. River cross-section extraction from the ASTER global DEM for flood modeling. Environmental Modelling & Software, 31: 37-46. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.12.003.

Hashemyan F, Khaleghi M, Kamyar M. 2015. Combination of HEC-HMS and HEC-RAS models in GIS in order to simulate flood (case study: khoshke Rudan river in Fars province, Iran). Research Journal of Recent Sciences, 4(8): 122-127. (In Persian).

Imani S, Hassanoli SAM, Farkhnia A, Javadi F, Najafi MS. 2021. Evaluating the efficiency of WRF-hydro model for development of flood forecasting systems (Case study: Kashkan Watershed). Iran-Water Resources Research, 16(4): 225-240. (In Persian).

Khaghan AAM, Mojaradi B. 2016. The Integrate of HEC-HMS and HEC-RAS Models in GIS Integration Models to Simulate Flood (Case Study: Area of Karaj). Current World Environment, 11(Special Issue): 1-6.

Miri M. 2020. The Reflection on legal challenges Infringement to the river bed and Riparian Zone in Iran. Iran-Water Resources Research, 16(1): 428-446.

Nharo T, Makurira H, Gumindoga W. 2019. Mapping floods in the middle Zambezi Basin using earth observation and hydrological modeling techniques. Physics and chemistry of the earth, Parts A/B/C, 114: 102787. https://doi.org/10.1016/j.pce.2019.06.002.

Nikonorov A, Badenko V, Terleev V, Togo I, Volkova Y, Skvortsova O, Nikonova O, Pavlov S, Mirschel W. 2016. Use of GIS-environment under the Analysis of the Managerial Solutions for Flood Events Protection Measures. Procedia Engineering, 165: 1731-1740. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.916.

Paul A, Biswas M. 2019. Changes in river bed terrain and its impact on flood propagation–a case study of River Jayanti, West Bengal, India. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 10(1): 1928-1947. https://doi.org/10.1080/19475705.2019.1650124.

Pavanelli D, Cavazza C, Lavrnić S, Toscano A. 2019. The long-term effects of land use and climate changes on the hydro-morphology of the Reno river catchment (Northern Italy). Water, 11(9): 1831. https://doi.org/10.3390/w11091831.

Rahmani N, Shahedi K, Soleimani K, Miryaghoubzadeh M. 2016. Evaluation of the Land use Change Impact on Hydrologic Characteristics (Case Study: Kasilian Watershed). Journal of Watershed Management Research, 7(13): 23-32. https://doi.org/10.18869/acadpub.jwmr.7.13.32. (In Persian).

Saraskanrood SA, Pourfarrash Zadeh F. 2022. Study the landuse change and its effects on the hydrologic regime in main catchments of Binalood county. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 13(2): 84-106. https://doi.org/10.30495/girs.2022.683834. (In Persian).

Suriya S, Mudgal B. 2012. Impact of urbanization on flooding: The Thirusoolam sub watershed–A case study. Journal of Hydrology, 412: 210-219. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.05.008.

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. https://girs.bushehr.iau.ir/article_668470.html?lang=en. (In Persian).

Wiley M, Hyndman D, Pijanowski B, Kendall A, Riseng C, Rutherford E, Cheng S, Carlson M, Tyler J, Stevenson R. 2010. A multi-modeling approach to evaluating climate and land use change impacts in a Great Lakes River Basin. Hydrobiologia, 657: 243-262. https://doi.org/10.1007/s10750-010-0239-2.

Zope P, Eldho T, Jothiprakash V. 2016. Impacts of land use–land cover change and urbanization on flooding: A case study of Oshiwara River Basin in Mumbai, India. Catena, 145: 142-154. https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.06.009.

متن کامل:



کاربرد سنجش از دور در مدل سازی هیدرولیکی و تعیین حد بستر رودخانه‌ها

(مطالعه موردی: رودخانه ارداک)

 

 

چکیده

تغییر کاربری بستر رودخانه‌ها تهدیدی برای دسترسی به آب سالم و افزایش مخاطرات سیل محسوب می‌شود. برای حفاظت از رودخانه‌ها و کنترل سیل باید پهنای بستر آنها تعیین گردد. برای این کار در حال حاضررودخانه بصورت زمینی نقشه‌برداری می‌شود که زمانبربوده و هزینه زیادی دارد. بنابراین این پژوهش در سال 1396 در مشهد و در رودخانه ارداک با هدف بررسی دقت استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در پهنه‌بندی سیلاب و مطالعات تعیین حد بستر رودخانه‌ها انجام گرفت. برای ترسیم حوضه آبریز و استخراج پارامترهای فیزیکی آنها از تصاویر ماهواره‌ای انتشار گرمایی پیشرفته فضا برد و رادیومتر بازتاب و نرم‌افزار HEC-GeoHMS  استفاده شد. پس از تهیه نقشه‌های کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیکی خاک زیرحوضه‌ها و از تلفیق آنها در محیطGIS، نقشهCN  حوضه آبریز آماده گردید. با ورود اطلاعات به مدلHEC-HMS، مدل اجرا و سیلاب با دوره بازگشت‌های مختلف شبیه سازی شد. برای رسیدن به هدفاین پژوهش ابتدا اطلاعات هندسی رودخانه درقالب مقاطع عرضی هم از نقشه‌برداری زمینی و هم از تصاویر ماهواره‌ای با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS استخراج گردید.  بعد اطلاعات حاصل از مدل سازی جریان رودخانه در نرم‌افزار HEC-RAS از طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به محیط GIS منتقل و در محیط مذکور پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه به دو روش استفاده از اطلاعات نقشه‌برداری زمینی و بهره‌گیری از تصاویر ماهواره‌ای تعیین و با هم مقایسه شد. نتایج نشان داد استفاده از تصاویر ماهواره‌ای با کیفیت 28×28 متر در تعیین حد بستر رودخانه به جای نقشه برداری زمینی با میانگین خطای نسبی و ضریب همبستگی رگرسیون به ترتیب 2/13و 92 درصد همراه است که این خطا را با مقطع‌برداری زمینی می‌توان تا 8 درصد کاهش داد.

کلید واژه‌ها: تصاویر ماهواره‌ای، رودخانه ارداک، سیلاب، مدل سازی هیدرولوژیکی ، مدل سازی هیدرولیکی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

براساس اصل 45 قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران و ماده 2 قانون توزیع عادلانه آب، رودخانه‌ها ثروت ملی بوده و در اختیار حکومت اسلامی است(26). بنابراین دولت مکلف است مطالعه و تعیین حد بستر و حریم رودخانه‌ها را انجام و در صورتی که اعیانی های موجود در بستر و حریم آنها را برای امور مربوط به آب یا برق مزاحم تشخیص دهد نسبت به تخلیه یا قلع و قمع آنها اقدام نماید. امروزه به علت افزایش ارزش اقتصادی زمین و تقاضا جهت احداث اعیانی در اراضی حاشیه رودخانه‌ها و مجاری آبی متأسفانه روندتصرفات حدود بستر و حریم رودخانه‌ها افزایش یافته که خود تهدیدی برای دسترسی به آب سالم و حفاظت از آن برای نسلهای آتی محسوب می‌شود. تصرف رودخانه‌ها با  کاهش عرض و تغییر کاربری اراضی بستر آنها همراه است. این اقدام باعث بهم خوردن رژیم طبیعی رودخانه و در نتیجه وقوع سیل و خسارت‌های اجتماعی، اقتصادی، زیست محیطی را به دنبال دارد. مدیریت منابع آب و به خصوص مدیریت سیل بدون شناخت و تحلیل جریان رودخانه‌ها، پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر و حریم آنها میسر نمی باشد. در حال حاضر برای تعیین گستره سیلاب و مشخص کردند حد بستر رودخانه‌ها نقشه‌برداری زمینی انجام می‌شود سلطانی و جعفری(24). این روش بسیار زمانبر بوده و هزینه انجام آن زیاد می‌باشد. در همین راستا استفاده از تصاویر ماهواره ای و عکس‌های هوایی به جای نقشه‌برداری زمینی برای سرعت بخشیدن به انجام مطالعات و کاهش هزینه‌ها می‌تواند راهگشا باشد. تحقیقات زیادی درکشور عزیزمان ایران و دنیا درخصوص استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در حوزه‌های مختلف انجام شده است. به ویژه در پژوهش‌های متعددی از تصاویر ماهواره‌ای برای بررسی روند تغییرات کاربری اراضی حوضه‌های آبخیز و نیز مطالعه تغییرات مورفولوژی رودخانه استفاده شده است.

آنکیتا و مری (2) تغییرات در بستر رودخانه و تأثیر آن بر انتشار سیلاب( مطالعه موردی رودخانه جیانیتی) در غرب بنگال هند را مطالعه کردند. آنها گزارش دادند که در 101 سال اخیر تغییرات زیادی در مورفولوژی رودخانه جیانیتی اتفاق افتاده و باعث افزایش پهنه سیل در منطقه شده است.

اسماعیلی و حسونی زاده (8) رفتار هیدرولیکی رودخانه کنچانچم استان ایلام را در مقابل سیلاب های احتمالی برای کاهش خسارت وارده مورد مطالعه قرار دادند. آنها به منظورنمایش محدوده مورد مطالعه و استخراج اطلاعات مورد نیاز در تحلیل هیدرولیکی از نرم HEC-RAS ویکی از نرم افزارهای الحاقی آن با عنوان HEC-GeoRAS استفاده کردند. نتایج نشان داد تلفیق مدلهای هیدرولیکی نه تنهاعملی است بلکه موجب تسهیل مدلسازی هیدرولیکی می‌شود.

اعلمی و همکاران (1) رفتار هیدرولیکی 8000 متر از طول رودخانه قرنقو را مورد مطالعه قرار دادند. آنها از مدل هیدرولیکی HEC-RAS برای مطالعه سیلاب،  از نرم‌افزار ArcView  برای استخراج مقاطع عرضی رودخانه و از ابزار  HEC- GeoRAS به منظور بررسی نتایج مدل HEC-RAS و پهنه‌بندی سیلاب با دوره بازگشت‌های 2، 10 و 100 ساله استفاده کردند.

بیت اله پور و همکاران (4) امکانسنجی استفاده از تصاویر ماهواره‌اي در تعیین حد بستر رودخانه‌ها(مطالعه موردي: رودخانه گابریک) را مورد بررسی قرار دادند. در این مطالعه براي تعیین حد بستر رودخانه‌ي گابریک در استان هرمزگان و همچنین تهیـه‌ي نقشـه‌ي پهنـه بندي سیلاب از تلفیق نرم افزارهايArcGIS ، HEC-RAS و برنامه‌ي جانبی HEC- GeoRAS  استفاده شده اسـت. نتایچ نشان می دهد که تصاویر ماهواره‌اي قابلیت مناسب و خوبی جهت تخمین بستر رودخانـه‌هـا را دارا هستند.

پارک و کواکب (19) بررسی تهیه نقشه‌های مناطق سیلگیر در زمان سیلاب پرداخته‌اند. به طوری که در زمان وقوع سیل در کمترین  زمان ممکن این نقشه‌ها بتوانند تولید شوند و برای تحلیل ریسک بکار روند. نامبردگان در تحقیق خود با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS و استفاده از مدل رقومی ارتفاعی الگوریتم ساده‌ای را جهت شناسایی مناطق تحت سیل ارائه کرده‌اند.

پاوانلی و همكاران (20) اثر طولانی مدت تغییرکاربری اراضی و آب و هوا را بر روی جریان آب و مورفولوژی رودخانه رنو در شمال ایتالیا را بررسی و نتیجه‌گیری کردند که از سال 1950 به دلیل تغییر کاربری اراضی اندازه بستر رودخانه بین 40 تا 80 درصد و جریان رودخانه و مقدار رسوب به ترتیب 36 و 38 درصد کاهش داشته است. در حالی که تغییرات آب و هوایی تأثیرقابل توجه نداشته است.

چن و همکاران(5)سیل های ناگهانی، تغییر کاربری زمین و خطر سیل در مناطق توریستی کوهستانی Yesanpo ، پکن ، چین بررسی کردند. مدل سازی خطر سیل با استفاده از HEC-HMS و FlO-2D انجام شد. سه سناریوی سیل (یک رویداد واقعی که در سال 2012 رخ داد ، یک سیل فرضی در سال 2017 و یک سناریوی سیل در آینده) با استفاده از ابزارهای سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) ارزیابی شد. نتایج نشان می دهد که از سال 2012 تا 2017 ، به دلیل توسعه گردشگری و تغییر کاربری اراضی در منطقه ، خطر سیل ناگهانی 28 درصد افزایش یافته است. در طول این دوره شش ساله ، بیشتر زمین های کشاورزی اطراف رودخانه جمعه به کاربری گردشگری تغییر یافته و ارزش زمین 38 درصد افزایش یافته است.

چنگ و همكاران (6) براي پيش بيني سيلاب هاي شديد در حوضه آبخيز شيمن در تايوان از مدل هيدرولوژيكي HEC-HMS استفاده كردند. آنها با استفاده از داده هاي سه سيلاب خطرناك با دوره بازگشتهاي 1 تا90 ساله رواناب حاصل از بارش هاي سيل آسا را در مدل HEC-HMS شبيه سازي كردند. آنها با توجه به رضايت بخش بودن يافته هايشان به اين نتيجه رسيدند كه مدل هيدرولوژيكي كاليبره و تأييدشده HEC-HMS قادر به پيش بيني سيلاب‌ها مي باشد.

حسيني و همکاران (12)  امکان پيش بيني سيلاب هاي رودخانه كشكان با استفاده از مدل هيدرولوژيكي HEC-HMS را بررسی کردند. نتايج به دست آمده نشان داد كه مدل مذکور كارآيي بالايي در شبيه سازي رواناب روزانه طي دوره ترسالي و همچنين در حداكثر دبي لحظه‌اي سيلاب به ازاي دوره بازگشتهاي كمتراز 300 سال دارد.

خانقان و مجردی (14) روش تلفیق مدل‌های HEC-HMS  و HEC-RAS برای شبیه سازی سیل در منطقه کرج را مورد مطالعه قرار دادند. با استفاده از داده های بارندگی و رواناب مدل HEC-HMS کالیبره شد. سپس آنها با بهره‌گیری از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS و مدل هیدرولیکی HEC-RAS در محیط GIS، پهنه‌بندی سیلاب با دوره بازگشت‌‌های 10 ، 20 و 50 سال را انجام دادند.

دسیلوا و همکاران (7) با به کارگیري مدل اقدام به شبیه سازي هیدرولوژیکی HEC-HMS حوضه‌ی رودخانه‌ي کلانی در سریلانکا کردند که نتایج حاصله از شبیه سازي حاکی از دقت بالاي مدل مذکور داشت.

رحمانی و همکاران (21) ارزیابی تأثیر تغییر کاربري اراضی بر ویژگی‌هاي هیدرولوژیک حوضه آبخیز کسیلیان را انجام دادند. از تصاویر سنجنده‌های MSS،  ETM+ وLISSIII  به ترتیب مربوط به سال‌هاي1356، 1380 و 1386 براي ارزیابی تغییرات کاربري اراضی حوضه و از مدل HEC-HMS برای شبیه سازی بارش و رواناب استفاده گردیده است. نتایج نشان می‌دهد طی این دوره 30 ساله 8/98 میلیون مترمکعب به حجم رواناب و 2/11 مترمکعب برثانیه به دبی اوج افزوده شده که ناشی از کاهش252 هکتار از سطح جنگل‌هاي منطقه می باشد. بنابراین، تغییرات اندك روي کاربري منطقه باعث تغییرات محسوس بر دبی اوج و حجم رواناب حوضه کسیلیان گردیده است.

زوپ و همکاران (29) تأثیر تغییر کاربری اراضی به کاربری مسکونی بر روی سیل در حوضه رودخانه اوشیوارا در بمبئی هند را با استفاده از مدل‌های HEC-GeoHMS و HEC-HMS مورد بررسی قرار دادند. آنها به این نتیجه دست یافتند که در 43 سال گذشته ( بین سالهای 1966 و 2009 (به دلیل تغییر کاربری اراضی، حجم و دبی حداکثر رواناب به ترتیب 3/3 و 45/4 درصد برای دوره بازگشت 100 ساله و 4/10 و 2/12درصد برای دوره بازگشت 2 ساله افزایش یافته است.

سراسکانرود و پورفراش‌زاده (23). تغییرات کاربری زمین و اثرات آن بر رژیم هیدرولوژیک حوضه‌های اصلی شهرستان بینالود را با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست بررسی کردند. نتایج حاصل نشان داد کاهش سطح مراتع و افزایش زمین‌های بایر بسیار چشمگیر بوده است و رابطه معنی‌داری بین تغییرات مساحت کاربری‌های و تغییرات دبی حوضه زیربند گلستان وجود دارد که همبستگی منفی حاصل بین مساحت کاربری مرتع و دبی حوضه از نتایج مهم پژوهش بود.

سوریا و مادگال (25) تأثیر تغییرات کاربري اراضی روي سیلاب در حوضه آبخیز تیروسولام را مطالعه کردند. پژوهش آنها در چهار سناریو انجام شده است. در ابتدا با استفاده از تکنیک سنجش از دور و روش طبقه بندي، کاربري‌هاي اراضی حوضه مورد نظر در دو سال 1976 و 2005 میلادي استخراج شده تا آشکارسازي تغییرات انجام گیرد. در سناریوي دوم، مدل سازي  بارش  -رواناب با استفاده از مدل HEC-HMS انجام شده و سناریوي سوم نقشه خطر سیل محدوده مورد مطالعه با استفاده از GIS و RS تهیه گردیده است. درنهایت نقشه پهنه بندي سیل با به کارگیري مدل یک بعدي HEC-RAS تهیه شده است.

صادقي و همكاران (22) از تلفيق مدل HEC-RAS  و GIS  به منظور پهنه­بندي سيلاب در رودخانه دارآباد استفاده نمودند كه نتايج تحقيق دلالت بركارايي مدل مذكور در پهنه­بندي سيلاب دارد.

گیچامو و همکاران (10) برای استخراج مقاطع عرضی در بخشی از رودخانه Tisza واقع در مجارستان از HEC-RAS و HEC- GeoRAS استفاده کردند و به این نتیجه دست یافتند که یك روش برای تولید مقاطع عرضی، مدل رقومی ارتفاع است و در مناطقی که کمبود داده های توپوگرافی دارند پتانسیل خوبی برای استفاده از این روش می‌باشد.

ویلی و همکاران(28) اثرات تغییر اقلیم و کاربری اراضی بر اکوسیستم رودخانه در حوضه آبریز رودخانه دریاچه‌های بزرگ آمریکای شمالی به مساحت 7600 کیلومتر مربع را ارزیابی کردند. آنها نتیجه گرفتند، در مدل سازی مبتنی بر سناریو، تغییرات آب و هوایی و کاربری اراضی چندین ویژگی اکوسیستم را تغییر می دهد. جامعه بیولوژیکی نسبت به تغییرات آب و هوایی در مقایسه با تغییر کاربری اراضی حساس تر بودند.

نهارو و همکارن (17) پهنه‌بندی سیلاب در حوضه آبریز زامبزی با استفاده از روش های مشاهده زمین، تصاویر MODIS NDVI ، مدل سازی هیدرولوژیکی HEC-HMS و مدل هیدرولیک تک بعدیHEC-RAS انجام دادند.مناطق آبگیری نقشه برداری شده برای دوره 2005 تا 2015 نشان داد که 16 ژانویه 2006 بیشترین سیلاب 1934 کیلومتر مربع را داشته است.

نیکونوروف و همکاران (18) استفاده از محیط GIS تحت تجزیه و تحلیل راه حل‌های مدیریتی برای اقدامات حفاظت از حوادث سیل در حوضه رودخانه باكستر را بررسی و از داده های سنجش از دور و فن‌آوری‌های GIS برای نظارت بر سیلاب و مدل سازی سیل استفاده کردند. نتایج نشان می دهد، خروجی مدل از پهنه سیلاب دقت لازم را ندارد. زیرا خروجی مدل با وضعیت واقعی تفاوت قابل توجهی داشت.

هاشميان و همکاران(11) براي شبيه سازي سيل در حوضه خشکه رود استان فارس از ترکیب دو مدل HEC-HMS، HEC-RAS و GISاستفاده و مدل ها را با داده هاي بارش با دوره بازگشت ١٠و٢٠ ، ١٠٠،٥٠ ساله ايستگاه ها و باران سنج کاليبره کردند. نتايج نشان داد که استفاده از اين مدل ها به همراه نرم افزاراز کارايي بالايي برخوردار است. آنها استفاده از اين مدل ها را براي برنامه ريزي مناطق مسکوني و کشاورزي مناسب مي دانند.

ولیزاده و همکاران (27) پهنه‌بندی سیلاب و تأثیر آن بر کاربری اراضی محیط پیرامونی با استفاده از تصاویر پهپاد و سیستم اطلاعات جغرافیایی را انجام دادند. نتایج نشان داد با افزایش دوره بازگشت که مطابق با آن دبی نیز زیاد می‌شود؛ پهنه‌های سیل‌خیز افزایش‌یافته و همچنین مشخص گردید به ترتیب باغات، اراضی بایر و مناطق مسکونی بیش‌تر از سایر کاربری‌ها تحت تأثیر سیل قرار می‌گیرند.

همان طورکه ملاحظه شد، پژوهش‌هایی پیرامون استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در مطالعات هیدرولوژی و حوضه‌های آبخیز انجام شده است، اما در این پژوهش برای اولین بار امکان استفاده از تصاویر ماهواره‌ای برای تهیه نقشه رودخانه و استخراج مقاطع عرضی آن برای پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه مورد بررسی قرارگرفته است. در سال‌های اخیر بستر رودخانه ارداک در بالادست سد اراداک، به طور گسترده تصرف و تغییر کاربری داده شده است. این امر باعث شده‌است تا تعداد حوادث سیل افزایش و کمیت و کیفیت آب سد ارداک که بخشی از آب شرب شهر مشهد را تامین می‌نماید، کاهش یابد. برای مدیریت سیل و حفاظت کمی و کیفی از سد ارداک، پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه ارداک ضروری می باشد. در حال حاضر برای انجام این کار ابتدا باید نقشه برداری زمینی انجام می شود. نقشه برداری زمینی برای تهیه نقشه رودخانه و استخراج مقاطع عرضی آن مستلزم صرف زمان طولانی و هزینه زیادی است. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی امکان استفاده از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28×28 متر به جای نقشه‌برداری زمینی به منظور افزایش سرعت انجام کار و کاهش هزینه‌های مطالعات طرح‌ها و پروژه‌های آبی و مهندسی رودخانه می باشد. تصاویرASTER-DEM  مدل رقومی ارتفاع با توان تفکیک 28×28متر که بصورت رایگان از طریق درگاه اینترنتی قابل دسترس می‌باشد، دریافت گردید. سنجنده استرASTER; Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)) فضای پیشرفته ناشی از انتشار و بازتاب حرارتی که روی ماهواره‌ی‌Terra نصب گردیده به طور مشترک توسط آژانس فضایی آمریکا (ناسا) و آژانس فضایی ژاپن در مدار قرار گرفته است. این ماهواره پوشش کاملی از توپوگرافی سطح زمین در اختیار قرار می‌دهد.

 

مواد و روشها

مشخصات اقلیمی و جغرافیایی محدوده مورد مطالعه

مشخصات اقلیمی و جغرافیایی محدوده مورد مطالعه این مطالعه در حوضه آبریز رودخانه ارداک در فاصله 75 کیلومتری شمال غرب شهرستان مشهد طی سال های 1396 تا 1397 انجام شد. این منطقه در مختصات جغرافیایی، "4  '5 °59 تا  "18 تا '28 و °59  طول شرقی و "4 '47 °36 تا  "4 '59 °36 عرض شمالی قراردارد. وسعت حوضه آبریز تا محل ایستگاه هیدرومتری میان مرغ 356 کیلومتر بوده و به 15 زیرحوضه تقسیم شده است(شکل1). در داخل حوضه آبریز و در روستای تلغور یک ایستگاه باران سنجی به همین نام وجود دارد که از دادههای دو ایستگاه مذکور در شبیه سازی بارش رواناب استفاده گردید. متوسط دما و رطوبت نسبی در حوضه به ترتیب 7/7 درجه سانتی گراد و 58 درصد بوده و میانگین بارندگی سالانه 304 میلی متر و تعداد روزهای یخبندان حدود 100 روز در سال می باشد. متوسط رواناب سالانه 33 میلیون متر مکعب و دبی پایه رودخانه 540 لیتر در ثانیه برآورد گردیده است. بر اساس اقلیم نمای آمبرژه حوضه آبریز مورد مطالعه در اقلیم نیمه سرد خشک قرار می گیرد شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی(13)

 

 

شکل 1. موقعیت محدوده مورد مطالعه در استان و ایران و تقسیم بندي زیرحوضه ها

Figure 1- Location of the study area in the province and Iran

فیزیوگرافی حوضه آبریز 

برای ترسیم حوضه آبریز و زیرحوضه‌ها و همچنین استخراج پارامترهای فیزیکی آنها از تصاویر ماهواره‌ای ASTER  مربوط به سال 1395و نرم افزار HEC-GeoHMS استفاده شد. در این پژوهش از مدل D8 برای تعیین مرز حوضه آبریز و زیرحوضه‌ها و استخراج پارمترهای فیزیکی از DEM استفاده شد. برای مکانیزه کردن فرایند تهیه فیزیوگرافی حوضه آبریز و زیرحوضه‌ها مدل هیدرولوژیکی HEC-GeoHMS به کار گرفته شد. به منظور شناخت بهتر خصوصیات هیدرولوژیکی واحد‌‌های مختلف و به کارگیری مدلهای هیدرولوژیکی و هیدرولیکی در برآورد و پهنه‌بندی دقیق‌تر سیل، حوضه آبخیز به 15 زیرحوضه‌ کوچکتر تقسیم‌بندی شد(جدول 1و شکل2).

 

شکل2. مدل رقومی ارتفاع (DEM) محدوده مورد مطالعه

Figure 2.  Digital height model (DEM) of the study area

 

جدول1. مشخصات فیزیکی زیرحوضه‌ها

Table 1. Physical characteristics of sub-basins

ردیف		نام زیرحوضه	مساحت (KM^2)		محیط (KM)		طول آبراهه (KM)		زمان تمرکز (MIN)		زمان تاخیر (MIN)
1		W240	53		54		14		45		27
2		W390	32		34		12		55		33
3		W340	19		34		13		38		23
4		W290	14		31		12		75		45
5		W160	14		25		9		45		27
6		W170	18		25		10		75		45
7		W180	6		15		7		89		53
8		W190	12		23		8		104		62
9		W200	13		23		6		76		46
10		W210	27		39		11		81		49
11		W220	29		35		11		76		46
12		W250	41		49		15		95		57
13		W300	21		31		10		61		37
14		W350	20		28		9		56		34
15		W400	36		48		15		80		48
کل حوضه			356		154		57		345		207

 

نقشه کاربری اراضی 

نقشه اولیه کاربری اراضی مربوط به سال 1395 از اداره کل منابع طبیعی استان اخذ گردید. برای دقیق کردن نقشه کاربری اراضی، بستر موجود رودخانه و حاشیه آن که پوشیده از اراضی زراعی و باغی بود در محیط گوگل ارث ترسیم و با بازدید میدانی در طی یک ماه در سال 1395 و پیمایش صحرایی رودخانه اصلی به طول 25 کیلومترو نیز از طریق تصویربرداری به وسیله پهباد کاربری اراضی حوضه آبریز کنترل شد. بدین ترتیب که با استفاده از مشاهدات صحرای و برداشت‌های میدانی و با بهره گیری از تصاویری که با پهباد تهیه شده بود کاربری اراضی زیرحوضه ها در مکان هایی که با واقعیت مطابقت نداشت روی نقشه اصلاح گردید. همچنین نقشه بستر موجود رودخانه وحاشیه آن به مساحت 1312 هکتار معادل 7/3 مساحت کل حوضه تهیه واین نقشه به عنوان یک لایه جدید به نقشه کاربری اراضی حوضه اضافه شد. در نهایت روی نقشه کاربری اراضی مرز زیرحوضه‌ها در محیط GIS  مشخص و رقومی گردید)شکل3 (.

 

شکل3. نقشه کاربری ارضی محدوده مورد مطالعه

 Figure 3.  land use map of the study area

 

نقشه گروه هیدرولوژیکی خاک 

نقشه گروه هیدرولوژیکی خاک منطقه مورد مطالعه از اداره کل منابع طبیعی استان تهیه شد. نقشه مذکور در محیط GIS رقومی و سپس مرز زیرحوضه‌ها بر روی نقشه مشخص گردید. در نتیجه گروه هیدرولوژیکی خاک زیرحوضه ها در گروههای B، C و D قرار گرفتند) شکل 4(. 

 

شکل4. نقشه گروه هیدرولوژیکی خاک محدوده مورد مطالعه

Figure 4. Soil Hydrological Group Map of the study area

نقشه شماره منحنی (CN) 

بعد از تهیه نقشه های کاربری ارضی و گروه هیدرولوژیکی خاک زیرحوضه‌ها، با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی نقشه‌های یادشده با یکدیگر تلفیق و در نتیجه نقشه CN  حوضه آبریز برای شرایط رطوبتی متوسط تهیه گردید. بر روی این نقشه مرز زیرحوضه‌ها تعیین و پس از آن متوسط CN  هر زیرحوضه محاسبه شد شکل5).

 

شکل5. نقشه CN  متوسط زیرحوضه ها برای شرایط رطوبتی متوسط

Figure 5. Medium CN sub-maps for medium humidity conditions

اجرای مدل HEC-HMS

ساختار مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS برای  شبیه سازی بارش و رواناب شامل 3 بخش اصلی مدل حوضه، مدل هواشناسی و شاخص کنترلی زمان می باشد.

مدل حوضه: در این قسمت، حوضه بصورت شماتیک مشتمل بر زیرحوضه ها، اتصال آنها  به یکدیگر و بازه ها که از طریق الحاقیهHEC-GeoHMS  تهیه شده بود به مدل معرفی گردید. سپس باید روش مناسبی برای تعیین تلفات اولیه رواناب، آب پایه و روندیابی سیل در رودخانه انتخاب و اطلاعات فیزیکی حوضه آبریز وارد مدل گردد. در این پژوهش برای شبیه سازی رواناب و روند یابی سیل که به ترتیب از روش  SCS و ماسکینگام استفاده شده است علیزاده (3).

 )1(                                                                                                                                           

 )2(                                                                                                                                        

(3(                                                                                                                                                          

(4(                                                                                                                             

A: مساحت حوضه (هکتار)، R: مقدار رواناب (سانتی متر)، : زمان رسیدن به حداکثر دبی (ساعت)، S: نگهداشت سطحی آب(سانتی متر)، : زمان تمرکز (ساعت)، CN: شماره منحنی حوضه، P: مقدار بارش (سانتی متر)

معادله ماسکینگام مورد استفاده براي محاسبات روندیابی بصورت زیر است علیزاده(3):

(5)

(6)

(7)

(8 )

 دبی جریان خروجی درانتهاي هر گام زمانی،  دبی جریان خروجی در ابتداي هر گام روندیابی،  ،  و  ضرایب روندیابی،  و   دبی جریان ورودي در ابتدا و انتهاي هر گام زمانی روندیابی، T∆ گام زمانی روندیابی، K ضریب تناسب یا ثابت ذخیره می‌باشد که داراي بعد زمان بوده و معادل زمان عبور سیل در بازه آبراهه است، X ضریب بدون بعدي است که درجه اهمیت I و O را در تعیین ظرفیت رودخانه نشان می‌دهد.

 مدل هواشناسی: در بخش مدل هواشناسی حوضه باید داده‌های بارندگی، تبخیر و تعرق و داده‌های مشاهده‌ای سیلاب برای شبیه سازی وارد شود.

شاخص کنترلی زمان: تاریخ و ساعت شروع و پایان شبیه سازی بارش و رواناب در فاصله زمانی مورد نظر در این بخش به مدل معرفی می‌شود. کار اصلی مشخصه‌‌های کنترل، کنترل سرعت و دقت محاسبات است.

محاسبه زمان تمرکز: برای محاسبه زمان تمرکز یعنی مدت زمان رسیدن رواناب از دورترین نقطه حوضه به نقطه خروجی از روش کرپیج استفاده شد. معادله کرپیچ برای تخمین زمان تمرکز بصورت زیر است :

  )9(                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

 tc  زمان تمرکز بر حسب ساعت، L  طول آبراهه اصلی به کیلومتر و H اختلاف ارتفاع بین بلندترین و پایین‌ترین نقطه حوضه

محاسبه زمان تاخیر: زمان تاخیر، فاصله زمینی بین مرکز ثقل بارش مازاد و مرکز ثقل هیدروگراف می باشد و غالبا به جای آن زمان تاخیر تا اوج هیدروگراف در نظر گرفته می شود که به طریق زیر طبق پیشنهاد سازمان حفاظت خاک امریکا قابل محاسبه است .

(10)                                                                                                                          

واسنجی و اعتبار یابی مدل HEC-HMS  

برای تکمیل مدل بارش و رواناب، هیدروگراف‌های مشاهده‌ای، هایتوگراف متناظر آن و دبی مشاهده‌ای ماهانه ایستگاه هیدرومتری در خروجی حوضه آبخیز به مدل HEC-HMS  معرف گردید. از کل داده‌های موجود ایستگاه باران سنجی تلغور و ایستگاه هیدرومتری میان مرغ در مجموع 21 واقعه بارش و رواناب بررسی و در نهایت تعداد 5 واقعه با شرایط لازم و مناسب برای واسنجی و اعتباریابی مدل انتخاب گردید(جداول2 و3). تاریخ و زمان شروع و پایان شبیه سازی بارش و رواناب با فاصله زمانی 15 دقیقه‌ای(فاصله زمانی بایستی از 29 درصد زمان تاخیر حوضه کمتر باشد)، به مدل معرفی شد. كارايي مدل هيدرولوژي درشبيه‌سازي هيدروگراف سيل درمرحله واسنجي و اعتباريابی، با استفاده از شاخص‌هاي ناش – ساتكليف رابطه  (11) و اريبي مدل  رابطه (12)  مورد ارزيابي قرارگرفت.

 

جدول2. توزیع بارش‌ها برای مرحله واسنجی مدلHEC-HMS

Table 2. Distribution of precipitation for the HEC-HMS model calibration step 

                 توزیع بارش در تاریخ 11/03/93                   توزیع بارش در تاریخ 21/03/90              توزیع بارش در تاریخ 1/12/93  

ردیف	زمان	مقدار بارش(MM)	ردیف	زمان	مقدار بارش(MM)	ردیف زمان مقدار بارش(MM)
1	18:02	0	1	16:00	0	1	21:30	0
2	18:17	3	2	16:15	5/2	2	21:45	2/1
3	18:32	5/5	3	16:30	7/4	3	22:00	2
4	18:47	4/7	4	16:45	1/5	4	22:15	4/2
5	19:02	6/7	5	17:00	2/5
6	19:17	6/7
7	19:32	6/7

جدول3. توزیع بارش‌ها برای مرحله اعتباریابی مدلHEC-HMS

Table 3. Distribution of precipitation for the HEC-HMS model validation Step                 

   توزیع بارش در تاریخ 03/01/94                         توزیع بارش در تاریخ 25/03/95 

ردیف	زمان	مقدار بارش(MM)		ردیف		زمان	مقدار بارش(MM)
1	1:15	0			1	15:34	0
2	1:30	8/2			2	15:49	2/5
3	1:45	8/4			3	16:04	7
4	2:00	8/6			4	16:19	4/7
5	2:15	3/7
6	2:30	8/7
7	2:45	8

 

                                                                       

ضـريب نـش- سـاتکليف(NS) اخـتلاف نـسبي مقـاديرمشاهدهاي و شبيه سازي شده را نـشان مـی‌دهـد و مقـدار ايـن فاکتور بين يک تا منفی بي نهايت تغيير می‌کند. مقـدار بيـشتر از ۵/۰ اين فاکتور نشان دهنده شبيه سازی خوب و مقـدار بيـشتر از 7۵/۰ بیانگر کارایی عالی توسط مدل اسـت. فرمول آن عبارت است از:

(11)                                

به انحراف سیستماتیک برآورد‌های انجام شده از یک صفت از مقدار واقعی آن، اریبی گفته می شود که فرمول آن به شکل زیر است:

(12)                                                                                                  

   و   به ترتیب مقادیر مشاهده‌ای و شبیه‌ سازی شده و    مقدار دبی متوسط مشاهده‌ای می باشد.

تعیین رگبارهای طرح و توزیع زمانی بارش

 برای ارزیابی پاسخ حوضه آبخیز به رگبارهای با دوره بازگشت‌های مختلف یا به عبارتی تعیین هیدروگراف‌های سیل با دوره برگشت‎های متفاوت، لازم بود رگبارهای با دوره بازگشت‌های مختلف و توزیع زمانی بارش تعیین گردند. برای این منظور جدول شدت مدت و فراوانی ایستگاه باران سنجی تلغور مورد استفاده قرار گرفت قهرمان و همکاران(9.). بنابراین بارش‌‌های با دروه بازگشت‌های 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200 و500 سال از روی جدول یادشده در پایه زمان تمرکز زیرحوضه‌‌ها استخراج گردید.درمرحله بعد هایتوگراف با فواصل زمانی 15 دقیقه‌ای برای دوره بازگشت‌های مذکور محاسبه و توزیع زمانی بارش برای ورود به مدل HEC-HMS تعیین شد. 

پاسخ حوضه آبریز به رگبارهای با دوره بازگشت‌های مختلف 

پس از آن که با لحاظ پارامترهای بهینه هایتوگراف بارش مربوط به دوره بازگشت‌های یادشده در پایه زمان تمرکز حوضه وارد مدل HEC-HMS گردید، مدل اجرا و سیلاب با دوره بازگشت‌های مختلف شبیه سازی شد.

ایجاد لایه های RAS با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS 

اطلاعات هندسی رودخانه در قالب مقاطع عرضی یکی از مهمترین اجزای مدل سازی هیدرولیکی به شمار می رود. از این حیث برای استخراج پارمترهای هندسی مدل HEC-RAS و الحاقیه HEC-GeoRAS  به کارگرفته شد. برای اطلاعات رقومی محدوده مورد مطالعه و ایجاد لایه TIN هم از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28×28 متر وهم از نقشه‌ی توپوگرافی رودخانه با مقیاس 1:2000، استفاده گردید. با بهره‌گیری از الحاقیه HEC-GeoRAS در محیط GIS فایل هندسی برای استفاده در مدل HEC-RAS شامل اطلاعاتی در مورد خط مرکزی رودخانه، خطوط سواحل، مسیرهای جریان و مقاطع عرضی رودخانه تهیه شد. در پروژه حاضر در شاخه امرودک از آنجاییکه مقرر بود پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای انجام و با روش نقشه برداری زمینی مقایسه شود، در طول 8کیلومتر از رودخانه 200 مقطع عرضی از تصاویر ماهواره‌ای و200 مقطع عرضی دیگر با موقعیت‌های مشابه از نقشه برداری زمینی استخراج گردید.

تهیه مقاطع عرضی با استفاده از نقشه برداری زمینی

تهیه مقاطع عرضی به دو روش برداشت نقاط زمینی مقاطع عرضی و یا از طریق انجام عملیات نقشه برداری زمینی و تهیه نقشه توپوگرافی منطقه و در نهایت استخراج مقاطع عرضی برمبنای آن امکان پذیر است. در این پژوهش برای تهیه نقشه‌ی توپوگرافی با مقیاس 1:2000، عملیات نقشه‌برداری در طول 8 کیلومتر از رودخانه با استفاده از GPS سه فرکانسه اجرا گردید. پس از آن مقاطع عرضی رودخانه از مدل رقومی زمینی در قالب شبکه نامنظم مثلثی (TIN) استخراج شد.

تهیه مقاطع عرضی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای

مدل رقومي ارتفاع (DEM) هم می‌تواند از نقشه‌های توپوگرافی و هم از تصاویر ماهواره‌ای تهیه شود. با توجه به اینکه مقاطع عرضی از مدل رقومی زمینی در قالب شبکه نامنظم مثلثی (TIN) قابل استخراج می‌باشد، بنابراین به منظور تهیه نقشه TIN، تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28×28 متر از سایت https://earthexplorer.usgs.gov دریافت شد. با به کارگیری الحاقیه HEC-GeoRAS وDEM  دریافتی از آدرسی که گفته شد مقاطع عرضی رودخانه در همان موقعیتی که مقاطع عرضی با استفاده از نقشه توپوگرافی تهیه شده بود، استخراج گردید. این مقاطع دقت لازم را نداشته و قابل استفاده در نرم افزار HEC-RAS برای مدل سازی هیدرولیکی نبودند. بنابراین به منظور بهبود کیفیت تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28×28 متر و افزایش دقت آنها مراحل زیر اجرا شد.

1- ابتدا خط القعر رودخانه با پیمایش مسیر رودخانه و برداشت مختصات آن با استفاده از GPS سه فرکانسه تهیه گردید.

2- لایه خط القعر رودخانه در محیط GIS معرفی شد.

3- در نرم افزار HEC-GeoHMS  با اجرای مرحله Reconditioning نسبت به اصلاح مسیر رودخانه و مدل رقومی ارتفاع(DEM) اقدام شد.

4-  در این مرحله با استفاده از ابزارRaster to TIN  مدل شبكه نامنظم مثلث بندي (TIN) حوضه آبخيز مورد مطالعه  از روی DEM  تولید شد.

5- برای رودخانه تعداد 200 مقطع عرضی به فواصل تقریبی هر 40 متر یک مقطع عرضی از طریق الحاقیه HEC-GeoRAS استخراج شد.

اجرای مدل هیدرولیکی HEC-RAS 

برای مدل سازی هیدرولیک جریان رودخانه از مدل HEC-RAS  استفاده وگام‌های به شرح ذیل اجراشد.

1-انتقال اطلاعات هندسی رودخانه از الحاقیه HEC-GeoRAS که در بخش قبلی راجع به آن توضیح داده شد به مدل HEC-RAS .

2-وارد نمودن مقادیر ضریب زبری مانینگ سواحل راست و چپ و کانال اصلی رودخانه. میانگین مقادير ضريب مانينگ براي بستر 035/0و سيلابدشت‌هاي چپ و راست 055/0 تعیین گردید. 

3-ورود داده‌های مربوط به جریان رودخانه شامل دبی سیلاب با دوره بازگشت های 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200 و500 ساله که از اجرای مدل HEC-HMS حاصل شده بود.

4-معرفی شرایط مرزی جریان (در این تحقیق با توجه به شیب، شرایط منطقه و اطلاعات موجود روش عمق نرمال انتخاب شد). ميزان شيب درنظر گرفته شده براي بالادست و پايين‏دست بازه به ترتیب 017/0 و014/0 است.

5-اجرای مدل و انجام محاسبات برای جریان ماندگار و رژیم جریان مختلط (جریان بحرانی و زیر بحرانی). 

پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه 

نتایج حاصل از مدل سازی جریان رودخانه در نرم افزار HEC-RAS از طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به محیط GIS منتقل گردید. در محیط مذکور با هدف پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه مراحلی به شرح ذیل صورت پذیرفت .

1-تولید لایه گستره سیل یا همان محدوده آب گرفتگی رودخانه و زمین‌های اطراف آن

2- ایجاد لایه تغییرات سرعت و عمق جریان آب

3-تولید لایه حاصلضرب عمق در سرعت جریان آب (این لایه در تعیین حدبستر رودخانه کاربرد خواهد داشت)

5-استخراج لایه تغییرات حاصلضرب عمق در سرعت جریان آب برای شرایطی که حاصل آن کمتر از1 می‌باشد(V×D<1) و سپس ترسیم حد بستر رودخانه. آن بخش از سطح مقطع جریان که حاصلضرب سرعت جریان در عمق در آن کمتر از 1 مترمربع بر ثانیه است، بستر رودخانه محسوب نمی‌شود سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی( 16).  

نتایج و بحث

مدل سازی بارش و رواناب

اطلاعات مربوط به مدل حوضه، مدل هواشناسی و مدل شاخص کنترلی به مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS معرفی و مدل اجرا گردید. با توجه به آمار و اطلاعاتی که در اختیار بود، برای سه واقعه بارش و رواناب ، مدل واسنجی و برای دو واقعه بارش و رواناب دیگر مدل اعتباریابی شد در این مرحله هیدروگراف‌های شبیه سازی شده با هیدروگراف‌های مشاهده شده، مقایسه گردید (شکل6). کارایی مدل در شبیه سازی هیدروگراف در مرحله واسنجی و اعتبار یابی با استفاده از شاخص‌های ناش ساتکلیف و اريبي مدل مورد ارزیابی قرارگرفت. با توجه به اینکه مقادیر شاخص‌ ناش ساتکلیف بیش از 75/0  بدست آمد، بنابراین نتایج نشان دهنده کارایی بسیار بالای مدل در شبیه سازی بارش و رواناب است(شکل7) و  (جدول4). 

 

 

 

شکل6. هیدروگراف سیل مشاهداتی و شبیه سازی شده حوضه آبریز در مرحله واسنجی

Figure 6. Hydrographic flood of observed and simulated flood in the calibration stage

 

 

 

شکل 7. هیدروگراف سیل مشاهداتی و شبیه سازی شده حوضه آبریز در مرحله اعتباریابی

Figure 7. Hydrographic flood of observed and simulated flood in the validation stage

 

جدول4. نتایج ارزیابی کارایی مدل HEC-HMS در مراحل واسنجی و اعتباریابی

Table 4. Results of HEC-HMS model performance evaluation in the calibration and validation stages

مرحله مدل	تاریخ	Nash	Bias
واسنجی	1/12/93	88/0	14/0-
واسنجی	11/3/93	99/0	22/0
واسنجی	21/3/90	85/0	23/0
اعتباریابی	25/3/95	98/0	026/0
اعتباریابی	3/1/94	89/0	29/0

 

رگبارهای با دوره بازگشت های مختلف

برای تعیین هیدروگراف سیل با دوره بازگشت های مختلف از اطلاعات جدول شدت –مدت-فراوانی ایستگاه باران سنجی تلغور واقع در حوضه آبریز مورد مطالعه استفاده شد. بر همین اساس و بر پایه زمان تمرکز زیر حوضه ها شدت بارش های با دوره برگشت‌های 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200 و500 ساله محاسبه شد نتایج نشان داد حدقل شدت بارش در دوره بازگشت 2 ساله 6 و حداکثر شدت بارش  در دوره بازگشت 500 ساله 51 میلی متر در ساعت می باشد(جدول5).

 

 

 

 

جدول5. شدت بارش(میلی متر در ساعت) بر پایه زمان تمرکز زیر حوضه‌ها برای دوره بازگشت‌های مختلف

Table 5. Intensity of precipitation based on the concentration time of sub-basins for different return periods

	نام زیرحوضه	مساحت (KM^2)	زمان تمرکز (MIN)	دوره بازگشت (سال)
ردیف				2	5	10	25	50	100	200	500
1	W160	14	45	12	19	24	30	35	39	41	47
2	W170	18	55	10	16	20	26	29	33	34	39
3	W180	6	38	12	19	24	30	35	39	45	51
4	W190	12	75	8	12	14	18	20	23	26	29
5	W200	13	45	12	19	24	30	35	39	41	47
6	W210	27	75	8	12	14	18	20	23	26	29
7	W220	29	89	6	10	12	14	16	18	20	23
8	W240	53	104	6	8	10	13	14	16	18	20
9	W390	32	76	8	12	14	18	20	23	26	29
10	W340	19	81	8	12	14	18	20	23	24	27
11	W290	14	76	8	12	14	18	20	23	26	29
12	W250	41	95	6	10	12	14	16	18	20	23
13	W300	21	61	9	14	17	21	25	28	31	36
14	W350	20	56	9	14	17	21	25	28	34	39
15	W400	36	80	8	12	14	18	20	23	24	27

 

هیدروگراف سیل برای دوره بازگشت های مختلف

پس از ورود اطلاعات به نرم افزار HEC-HMS و واسنجی و اعتبار یابی مدل، اطلاعات رگبارهای با دوره بازگشت‌های 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200 و500 ساله و برای تداوم‌های معادل با زمان تمرکز هر زیرحوضه وارد مدل گردید، مدل  اجرا و هیدروگراف سیل با دوره بازگشت‌های یادشده تعیین شد خروجی مدل نشان داد حدقل دبی سیلاب  در دوره بازگشت 2 ساله 43  مترمکعب در ثانیه و حداکثر دبی سیلاب  در دوره بازگشت 500 ساله 295 مترمکعب در ثانیه می باشد که از این مقادیر برای تعیین حداقل و حداکثر پهنای بستر رودخانه استفاده گردید (شکل 8).

 

شکل8 . هیدروگراف سیل با دوره بازگشت‌های 2 تا 500 ساله حوضه آبخیز

Figure 8. Flood hydrograph with 2 to 500 year return period

 

استخراج اطلاعات هندسی رودخانه با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS 

با توجه به تهیه نقشه  TINاز تصاویر ماهواره‌ای و با بهره‌گیری از الحاقیه HEC-GeoRAS، در طول 8 کیلومتر مسیر رودخانه ارداک در شاخه امرودک به فاصله حدود هر40 متر یک نقطه و در مجموع به تعداد 200 نقطه برای تهیه مقاطع عرضی رودخانه مشخص و جانمایی گردید(شکل9). سپس مشخصات هندسی این مقاطع، هم با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و هم از طریق نقشه برداری زمینی با مقیاس 1:2000 استخراج شد. اشکال(10و11) نمونه مقطع عرضی رودخانه و تفاوت آنها را در یک نقطه که هم با استفاده از نقشه برداری زمینی و هم از طریق تصاویر ماهوره‌ای استخراج گردیده است، نمایش می‌دهد. 

 

شکل9. جانمایی و استخراج مقاطع عرضی رودخانه در محیط HEC-GeoRAS

Figure 9. Location and extraction of river crossings in HEC-GeoRAS

 

 

 

شکل10. نمونه مقطع عرضی و تراز سطح آب رودخانه استخراج شده از نقشه برداری زمینی

Figure 11. . Cross-sectional sample and river water level extracted from ground map

 

محاسبات هیدرولیکی اجرای مدل HEC-RAS

پس از اینکه اطلاعات هندسی رودخانه، مقادیر ضریب زبری مانینگ ، داده‌های مربوط به جریان رودخانه با دوره بازگشت‌های 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200و 500 ساله و شرایط مرزی جریان به مدل HEC-RAS معرفی شد، مدل برای جریان ماندگار و رژیم جریان مختلط (جریان زیر بحرانی و فوق بحرانی ) اجرا گردید. برای مقایسه در شکل (12) نمونه استخراج مقطع عرضی و محاسبه تراز سطح آب رودخانه با استفاده از نقشه زمینی(تصویر سمت راست) و تصویر ماهواره‌ای(تصویر سمت چپ)  نشان داده شده است.

 

 

شکل 11. نمونه مقطع عرضی و تراز سطح آب رودخانه استخراج شده از تصاویر ماهواره‌ای

Figure 12. Cross-sectional sample and river water level extracted satellite images

 

 پهنه‌بندی سیل و تعیین حد بستر رودخانه 

بعد از اجرای مدل HEC-RAS نتایج آن به الحاقیه HEC-GeoRAS منتقل گردید. درمحیط این نرم افزار لایه‌های پهنه‌بندی سیل، تغییرات عمق و سرعت جریان آب، لایه حاصلصرب عمق در سرعت جریان آب (V×D) تولید و در نهایت خط بستر رودخانه با استفاده از عرض بالایی سطح آب، ترسیم شد. در واقع در این مرحله پهنه‌بندی سیل و تعیین حد بستر رودخانه با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و نقشه برداری زمینی انجام و عرض بالایی سطح آب در 200 مقطع عرضی که در موقعیت مشابه در طول مسیر رودخانه جانمایی شده بودند، مورد بررسی و مقایسه قرارگرفت( اشکال12و 13 و جدول6).

 

 

شکل12. مکان هندسی نقاطی از پهنه سیل که حاصلضرب سرعت در عمق جریان کمتر از 1 می‌باشد

Figure 14. Mapping flood and determining the riverbed using satellite images

 

 

 

جدول6. نمونه (از 200مقطع عرضی)مقادیر عرض بستر رودخانه(متر) استخراج شده از دو روش نقشه بردرای زمینی(1) و تصاویر ماهواره ای(2)

Table 6. Sample (of 200 cross sections) River bed width (m) values extracted from two methods of ground vector mapping (1) and satellite imagery (2)

شماره مقطع	فاصله‌‌ از خروجی‌حوضه (M)	عرض‌بستر رودخانه(1)	عرض‌بستر رودخانه(2)	اختلاف	درصدخطای نسبی
1	7800	91	107	-15	-17
2	7753	93	107	-13	-14
3	7716	85	81	4	5
4	7682	89	87	2	3
5	7644	88	88	0	0
6	7606	72	81	-9	-12
7	7559	87	90	-4	-4
8	7524	91	94	-4	-4
9	7480	84	93	-9	-10
10	7442	76	82	-5	-7
ادامه تا 200	65	50	72	-21	-42

 

 

شکل13. مقایسه استخراج عرض بستر رودخانه از دو روش نقشه بردرای زمینی و تصاویر ماهواره‌ای

Figure 15. Comparison of riverbed width extraction by two methods of terrestrial mapping and satellite imagery

 

براي انجام اعتبارسنجي تعیین حد بستر رودخانه با استفاده از تصاویرماهواره‌ای از شاخص اعتبارسنجي ميانگين خطاي نسبي به صورت زير استفاده گرديد.

(13)                                                                                                                              

x: تعیین عرض بستر در هرمقطع از رودخانه با استفاده از نقشه‌برداری زمینی جدول(6) ستون سوم، xi: تعیین عرض بستر در هرمقطع از رودخانه با استفاده از تصاویرماهواره‌ای جدول(6) ستون چهارم، n: تعداد مقاطع عرضی رودخانه

با توجه به حاصل رابطه بالا مشاهده می شود که میانگین خطای نسبی تعیین حد بستر رودخانه ارداک در طول 8 کیلومتر از آن در شاخه امرودک با استفاده از تصاویرماهواره‌ای در مقایسه با روش استفاده از نقشه‌برداری زمینی 2/13 درصد بدست آمده است. این مقدار خطا با در نظر داشتن عدم قطعیت پارامترهای هیدرولوژیکی به ویژه تعیین دبی حداکثر سیلاب در مطالعات پهنه بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه‌ها قابل قبول خواهد بود. اضافه بر این دسترسی به تصاویرماهواره‌ای با کیفیت 28×28 متر آسان، سریع و رایگان بوده، در صورتی که تهیه نقشه زمینی برای تعیین حد بستر رودخانه پرهزینه، زمانبر و در مواردی با مشکلات اجرایی و اجتماعی همراه می‌باشد.

ترکیبی از نقشه زمینی و تصویر ماهواره‌ای در پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر رودخانه 

برای اینکه بتوان دقت استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر رودخانه را افزایش داد، در نقاطی از مسیر  رودخانه برداشت زمینی مقاطعی عرضی انجام و در هنگام مدل سازی هیدرولیکی جریان رودخانه در محیط HEC-RAS جایگزین مقاطع عرضی حاصل از تصاویر ماهواره‌ای شد. سپس مدل برای حالت‌های مختلف برای 6 مرتبه اجرا و نتایج اجرای مدل برای شرایط مختلف به شرح جدول(7) وشکل(14) بدست آمد. دقت تعیین حد بستر رودخانه ارداک در رابطه با تعداد مقاطع عرضی را که از نتایج این پژوهش می‌باشد از رابطه(14) می‌شود، برآورد نمود.

(14)                                                                                                     y=0/063x+11/95

X : تعداد مقاطع عرضی رودخانه، Y : درصد خطای استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در پهنه بندی سیل و تعیین حد بستر رودخانه

 

جدول7. رابطه  فاصله و تعداد مقاطع عرضی با خطای تعیین حد بستر رودخانه با استفاده از تصاویر ماهوره ای

Table 7. The relationship between distance and number of cross sections with error in determining river bed limit using satellite images

درصد خطا	تعداد مقاطع عرضی	فاصله مقاطع عرضی(متر)	ردیف
13	0	8000	1
12/3	10	800	2
10/2	14	550	3
9/5	22	350	4
8/1	47	150	5
0	200	40	6

 

 

شکل14. رابطه تعداد مقاطع عرضی با خطای تعیین حد بستر رودخانه با استفاده از تصاویر ماهوره ای

Figure 16. The relationship between the number of cross sections and the error of determining the riverbed using satellite images

 

بحث

در سالهای اخیر تصرف روز افزون بستر و حریم رودخانه‌ها و تغییر کاربری آنها سبب شده است تا کمیت و کیفیت منابع آب با چالش جدی مواجه باشند. از طرفی افزایش تعداد حوادث سیل به دلیل کاهش عرض رودخانه مشکل دیگری است که باید به آن توجه شود. پس برای حفاظت و مدیریت یکپارچه و پایدار منابع آب، شناخت و تعیین حد بستر و حریم رودخانه‌ها ضروری به نظر می رسد. این پژوهش به منظور بررسی امکان استفاده از تصاویرماهوار‌ه‌ای در مدل سازی هیدرولیکی و تعیین حد بستر رودخانه‌ها در رودخانه ارداک که در بالادست سد ارداک قراردارد، اجرا شد. آب جاری در رودخانه مذکور در سد ارداک ذخیره شده و از آن برای آب شرب شهر مشهد استفاده می ‌شود. از این جهت حفاظت کمی و کیفی از آب سد ارداک بسیار ضروری خواهد بود. برای ترسیم حوضه آبریز و استخراج پارامترهای فیزیکی آن از تصاویر ماهواره ای ASTER و نرم افزار HEC-GeoHMS استفاده شد. نقشه بستر موجود رودخانه و حاشیه آن تهیه و به عنوان یک لایه جدید به نقشه کاربری اراضی حوضه اضافه شد. برای شبیه سازی بارش و رواناب از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS استفاده شد. ابتدا برای پنج واقعه بارش و رواناب مدل واسنجی و اعتبار یابی گردید. سپس هایتوگراف بارش مربوط به دوره بازگشت‌های مختلف در پایه زمان تمرکز حوضه به مدل HEC-HMS معرفی شد. مدل اجرا و سیلاب با دوره بازگشت‌های مختلف شبیه سازی شد. اطلاعات هندسی رودخانه درقالب مقاطع عرضی هم از نقشه‌برداری زمینی و هم از تصاویر ماهواره‌ای و با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS استخراج گردید. اطلاعات حاصل از مدل سازی جریان رودخانه در نرم‌افزار HEC-RAS از طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به محیط GIS منتقل و درمحیط مذکور پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه به دو روش استفاده از اطلاعات نقشه‌برداری زمینی و بهره‌گیری از تصاویر ماهواره‌ای تعیین و با هم مقایسه شد. نتایج بیانگر آن است که پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه با استقاده از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28 ×28 متر قابل انجام است. در این مورد شاخص‌های آماری میانگین خطای نسبی و ضریب همبستگی رگرسیون به ترتیب 2/13و 92 درصد بدست آمد. اگر در چند نقطه از مسیر رودخانه مقطع عرضی از طریق نقشه برداری زمینی برداشت و جایگزین مقاطع عرضی که از روش تصاویر ماهواره‌ای بدست آمده اند، گردند دقت پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه با استقاده از تصاویر ماهواره‌ای افرایش می‌یابد. بطوریکه اگر به فاصله 150 متر و در طول 8 کیلومتر 47 مقطع عرضی جانمایی و بصورت برداشت زمینی انجام و در مدل HEC-RAS جایگزین مقاطع عرضی بدست آمده از تصاویر ماهواره‌ای شود، خطای استفاده از روش تصاویر ماهواره‌ای برای پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه به 1/8 درصد کاهش خواهد یافت. اعلمی و همکاران( 1387)، اسماعیلی و همکاران (1387)، خانقان و همکاران (1395)، صادقي و همكاران(1382) و هاشميان و همکاران( 1395) رفتار هیدرولیکی رودخانه را بررسی و پهنه­بندي سيلاب را با استفاده از نقشه‌برداری زمینی با مقیاس‎‌های مختلف انجام دادند. بیت اله پور و همکاران(1397) با استفاده از تصاویر ماهواره‌اي و از طریق پردازش آنها و نه از روش مدل سازی هیدرولیکی، لکه آبگیري بر اثر سیلاب را تخمین زدند. پارک و کواکب (2011) و سوریا و مادگال )2011( با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره‌ای و فن‌آوری‌های GIS  نقشه پهنه بندي سیل را تهیه کردند اما تفاوت خروجی مدل با وضعیت واقعی پهنه سیلاب را مورد مقایسه قرار ندادند. نیکونوروف و همکاران (2016) از داده های سنجش از دور برای نظارت بر سیلاب و مدل سازی سیل استفاده کردند. نتایج نشان می‌دهد، خروجی مدل از پهنه سیلاب دقت لازم را ندارد. زیرا خروجی مدل با وضعیت واقعی تفاوت قابل توجهی داشت. گیچامو و همکاران (2012) امکان استفاده از تصاویرماهواره‌ای با کیفیت پایین برای تولید مدل رقومی ارتفاع در مناطقی که کمبود داده‌های توپوگرافی دارند را در مجارستان بررسی و به نتایج مشابه و قابل مقایسه با نتایج پژوهش حاضر رسیدند.

منابع

 

1-       Aalami M, Mostafa Pour H.  2008. Litter and Land Use Zoning (Case Study of the Kornqu River), Third Water Resources Management Conference. (In Persian).

2-       Ankita Pو Mery B. 2019. .Changes in riverbed terrain and its impact on flood propagation – a case study of River Jayanti, West Bengal, India, Geomatics, Natural Hazards and Risk, 10:1, 1928-1947

3-       Alizadeh Aو. 2010. Principles of Applied Hydrology, Fifth Edition of Imam Reza University. (In Persian).

4-       Beitollahpour, et al. 2018. Feasibility of Using Satellite Images to determine Riverbeds (Case Study: Gabrik River). 11th International Seminar on River Engineering. (In Persian).

5-       Chen Y, Wang Y, Zhang Y, Luan Q, Chen X. 2020. Flash floods, land-use change, and risk dynamics in mountainous tourist areas: A case study of the Yesanpo Scenic Area, Beijing, China, International Journal of Disaster Risk Reduction, Volume 50.

6-       Chang CH, Huang W .2013. Hydrological modeling of typhoon-induced extreme storm runoffs from Shihmen watershed to reservoir, Taiwan. Nat Hazards, 67: 747–761.15- Chen Y, et all. 2009. Impacts of Land Use Change Scenarios on Storm-Runoff Generation in Xitiaxi Basin, China. Quaternary International, 208: 121-128.

7-       De Silva M. Weerakoon S.2014. Modeling of Event and Continuous Flow Hydrographs with HEC–HMS: Case Study in the Kelani River Basin, Sri Lanka. Journal of Hydrologic Engineering, 19: 800-806.

8-       Esmaili F, Vahsonizadeh H. 2008. Flood risk assessment using mathematical and GIS models (Case study: Kanchancham River (cow)) of Ilam province. The second national conference of the country's hydropower plants. (In Persian).

9-       Ghahreman Bو et al. 2006.  Short-term rainfall analysis in Khorasan province, Khorasan Razavi Regional Water Applied Research Committee. (In Persian).

10-       Gichamoa T, Popescua I, Jonoski A, Solomatinea D. 2012. "River cross section extraction from the ASTER global DEM for flood modeling".

11-       Hashemyan Fو Khaleghi Mو Kamyar M. 2015. Combination of HEC-HMS and HEC-RAS models in GIS in order to simulate flood (case study: Khoshke Rudan river in Fars province, Iran). International Science Congress Association. 4(8): 122-127. (In Persian).

12-       Hosseini SM, Jafaribigloo M, Yamani M, Gravand F. 2015. Forecasting of Historical Floods in Kashkan River Using HEC-HMS Hydrological Model, Quantitative Geomorphological Researches, 4(1): 118-138. (In Persian)

13-       Iran Water Resources Management Company. 2017. Analytical report on protection and exploitation and management of rivers and beaches. (In Persian).

14-       Khaghan A وMojaradi B. 2016. The Integrate of HEC-HMS and HEC-RAS Models in GIS Integration Models to Simulate Flood (Case Study: the Area of Karaj). Special Issue of Curr World Environ.11(Special Issue 2((In Persian).

15-       .Khorasan Razavi Regional Water Company. 2017.  Khorasan Razavi Water Company, No. 24, 22. (In Persian)

16-       Management and Planning Organization of the country. 2005. Flood zoning guide and river bed boundary determination, 104(In Persian).

17-       Nharo T, Makurira H, Gumindoga W. 2019. Mapping floods in the middle Zambezi Basin using earth observation and hydrological modeling techniques, Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, Volume 114.

18-       Nikonorov A, et al. 2016. Use of GIS-environment under the Analysis of the Managerial Solutions for Flood Events Protection Measures. Procedia Engineering 165. 1731 – 1740

19-       Pakbaz Hو Shafiei Yو Shahbazi Hو Pilvieh S. 2015. Survey the effect of Land use change on Catchment Hydraulic response (case study Chelchai Basin). Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences. 5(3): 606-611. (In Persian).

20-       Pavanelli Dو Cavazza Cو Lavrnić Sو Toscano A. 2019. The Long-Term Effects of Land Use and Climate Changes on the Hydro-Morphology of the Reno River Catchment (Northern Italy). Water 2019, 11, 1831.

21-       Rahmani N, Shahedi K, Soleimani K, Yaghoubzadeh M. 2013. Evaluation of the effect of land use change on hydrological characteristics of Kasilian watershed. Journal of Watershed Management Seventh Year, No. 13, 32-23. (In Persian).

22-       Sadeghi S, Jalalirad R, Alimohamadi A. 2003. Zoning Using HEC-RAS Software and Geographic Information System (Study Area: Darabad Urban Watershed, Tehran), Caspian Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 2: 34-47. (In Persian).

23-       Saraskanrood S, Pourfarashzadeh F. 2021. Investigation of land use changes and its effects on the hydrological regime of the main basins of Binalood city. Remote sensing and GIS in natural resources, In Persian).

24-       Soltani S, Jafari G. 2011. Rivers and Beaches in the Mirror of Law, Iranian Water Resources Management Company. (In Persian).

25-       Suriya S. Mudgal B. 2011. Impact of urbanization on flooding: the Thirusoolam subwatershed-A case study, Hydrology Journal doi 10.1016/j.jhydrol, Vol. 412–413, PP.210–219. 

26-       The law of fair distribution of water approved by the Islamic Consultative Assembly in 1982, available on the website of the Research Center of the Islamic Consultative Assembly. (In Persian).

27-       Valizadeh K, Khalil Dalir Hassannia R, Azari Amghani Kh. 2019. Flood zoning and its impact on the use of surrounding lands using UAV images and GIS. Remote Sensing and Geographic Information System in Natural Resources, 10 (3), 59-75. (In Persian).

28-       Wiley M., Hyndman D, Pijanowski B. 2010. A multi-modeling approach to evaluating climate and land use change impacts in a Great Lakes River Basin Hydrobiologia Volume 657, Issue 1, pp 243–262

29-       Zope P, Eldho T, Jothiprakash V. 2016. Impacts of land use–land cover change and urbanization on flooding: A case study of Oshiwara River Basin in Mumbai, India. Catena, 145, 142-154.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Application of remote sensing in hydraulic modeling and determination of riverbed boundaries (Case study: Ardak River)

 

Abstract

Changing riverbeds poses a threat to access to safe water and increases flood risk. To protect rivers and control floods, their bed width must be determined. To do this, the river is currently mapped on the ground, which is time consuming and costly. This research was conducted in 2017 in Mashhad and in Ardak river. Images of ASTER satellites and HEC-GeoHMS software were used to draw the catchment area and extract their physical parameters. After preparing the land use maps and the soil hydrological group of the sub-basins and combining them in the GIS environment, the CN map of the catchment area was prepared. Upon entering the HEC-HMS model, the execution and flood model were simulated with different return periods. The river's geometric information was extracted in transverse sections from both terrestrial mapping and satellite imagery using the HEC-GeoRAS appendix. The HEC-RAS model was used to analyze water flow and identify the hydraulic behavior of the river. Information on river flow modeling in HEC-RAS software was transferred to the GIS environment through HEC-GeoRAS add-on, and in this environment, flood zoning and riverbed delimitation were determined by two methods of using ground mapping information and using satellite imagery. The results showed that the use of low-quality satellite images in hydraulic modeling and riverbed limitation was associated with a relative error and regression correlation coefficient of 13.2 and 92 Percent , respectively, which can be reduced by up to 8 Percent with terrestrial cross-section.

Keywords: Ardak River, Flood, Satellite images, HEC-HMS, HEC-RAS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

چکیده مبسوط

کاربرد سنجش از دور در مدل سازی هیدرولیکی و تعیین حد بستر رودخانه‌ها

(مطالعه موردی: رودخانه ارداک)

 

 

طرح مسئله: . براساس اصل 45 قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران و ماده 2 قانون توزیع عادلانه آب، رودخانه‌ها ثروت ملی بوده و در اختیار حکومت اسلامی است. بنابراین دولت مکلف است مطالعه و تعیین حد بستر و حریم رودخانه‌ها را انجام و در صورتی که اعیانی های موجود در بستر و حریم آنها را برای امور مربوط به آب یا برق مزاحم تشخیص دهد نسبت به تخلیه یا قلع و قمع آنها اقدام نماید. امروزه به علت افزایش ارزش اقتصادی زمین و تقاضا جهت احداث اعیانی در اراضی حاشیه رودخانه‌ها و مجاری آبی متأسفانه روندتصرفات حدود بستر و حریم رودخانه‌ها افزایش یافته که خود تهدیدی برای دسترسی به آب سالم و حفاظت از آن برای نسلهای آتی محسوب می‌شود. تصرف رودخانه‌ها با کاهش عرض و تغییر کاربری اراضی بستر آنها همراه است. این اقدام باعث بهم خوردن رژیم طبیعی رودخانه و در نتیجه وقوع سیل و خسارت‌های اجتماعی، اقتصادی، زیست محیطی را به دنبال دارد. مدیریت منابع آب و به خصوص مدیریت سیل بدون شناخت و تحلیل جریان رودخانه‌ها، پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر و حریم آنها میسر نمی باشد. در حال حاضر برای تعیین گستره سیلاب و مشخص کردند حد بستر رودخانه‌ها نقشه‌برداری زمینی انجام می‌شود. این روش بسیار زمانبر بوده و هزینه انجام آن زیاد می‌باشد. در همین راستا استفاده از تصاویر ماهواره ای و عکس‌های هوایی به جای نقشه‌برداری زمینی برای سرعت بخشیدن به انجام مطالعات و کاهش هزینه‌ها می‌تواند راهگشا باشد. تحقیقات زیادی درکشور عزیزمان ایران و دنیا درخصوص استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در حوزه‌های مختلف انجام شده است. به ویژه در پژوهش‌های متعددی از تصاویر ماهواره‌ای برای بررسی روند تغییرات کاربری اراضی حوضه‌های آبخیز و نیز مطالعه تغییرات مورفولوژی رودخانه استفاده شده است.

 

هدف: همان طورکه ملاحظه شد، پژوهش‌هایی پیرامون استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در مطالعات هیدرولوژی و حوضه‌های آبخیز انجام شده است، اما در این پژوهش برای اولین بار امکان استفاده از تصاویر ماهواره‌ای برای تهیه نقشه رودخانه و استخراج مقاطع عرضی آن برای پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه مورد بررسی قرارگرفته است. در سال‌های اخیر بستر رودخانه ارداک در بالادست سد اراداک، به طور گسترده تصرف و تغییر کاربری داده شده است. این امر باعث شده‌است تا تعداد حوادث سیل افزایش و کمیت و کیفیت آب سد ارداک که بخشی از آب شرب شهر مشهد را تامین می‌نماید، کاهش یابد. برای مدیریت سیل و حفاظت کمی و کیفی از سد ارداک، پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه ارداک ضروری می باشد. در حال حاضر برای انجام این کار ابتدا باید نقشه برداری زمینی انجام می شود. نقشه برداری زمینی برای تهیه نقشه رودخانه و استخراج مقاطع عرضی آن مستلزم صرف زمان طولانی و هزینه زیادی است. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی امکان استفاده از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28×28 متر به جای نقشه‌برداری زمینی به منظور افزایش سرعت انجام کار و کاهش هزینه‌های مطالعات طرح‌ها و پروژه‌های آبی و مهندسی رودخانه می باشد.

 

روش تحقیق: برای ترسیم حوضه آبریز و استخراج پارامترهای فیزیکی آن از تصاویر ماهواره ای ASTER و نرم افزار HEC-GeoHMS استفاده شد. نقشه بستر موجود رودخانه و حاشیه آن تهیه و به عنوان یک لایه جدید به نقشه کاربری اراضی حوضه اضافه شد. برای شبیه سازی بارش و رواناب از مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS استفاده شد. ابتدا برای پنج واقعه بارش و رواناب مدل واسنجی و اعتبار یابی گردید. سپس هایتوگراف بارش مربوط به دوره بازگشت‌های مختلف در پایه زمان تمرکز حوضه به مدل HEC-HMS معرفی شد. مدل اجرا و سیلاب با دوره بازگشت‌های مختلف شبیه سازی شد. اطلاعات هندسی رودخانه درقالب مقاطع عرضی هم از نقشه‌برداری زمینی و هم از تصاویر ماهواره‌ای و با استفاده از الحاقیه HEC-GeoRAS استخراج گردید. اطلاعات حاصل از مدل سازی جریان رودخانه در نرم‌افزار HEC-RAS از طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به محیط GIS منتقل و درمحیط مذکور پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه به دو روش استفاده از اطلاعات نقشه‌برداری زمینی و بهره‌گیری از تصاویر ماهواره‌ای تعیین و با هم مقایسه شد.

 

نتایج و بحث: نتایج بیانگر آن است که پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه با استقاده از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک 28 ×28 متر قابل انجام است. در این مورد شاخص‌های آماری میانگین خطای نسبی و ضریب همبستگی رگرسیون به ترتیب 2/13و 92 درصد بدست آمد. اگر در چند نقطه از مسیر رودخانه مقطع عرضی از طریق نقشه برداری زمینی برداشت و جایگزین مقاطع عرضی که از روش تصاویر ماهواره‌ای بدست آمده اند، گردند دقت پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه با استقاده از تصاویر ماهواره‌ای افرایش می‌یابد. بطوریکه اگر به فاصله 150 متر و در طول 8 کیلومتر 47 مقطع عرضی جانمایی و بصورت برداشت زمینی انجام و در مدل HEC-RAS جایگزین مقاطع عرضی بدست آمده از تصاویر ماهواره‌ای شود، خطای استفاده از روش تصاویر ماهواره‌ای برای پهنه‌بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه به 1/8 درصد کاهش خواهد یافت. اعلمی و همکاران( 1387)، اسماعیلی و همکاران (1387)، خانقان و همکاران (1395)، صادقي و همكاران(1382) و هاشميان و همکاران( 1395) رفتار هیدرولیکی رودخانه را بررسی و پهنه­بندي سيلاب را با استفاده از نقشه‌برداری زمینی با مقیاس‎‌های مختلف انجام دادند. بیت اله پور و همکاران(1397) با استفاده از تصاویر ماهواره‌اي و از طریق پردازش آنها و نه از روش مدل سازی هیدرولیکی، لکه آبگیري بر اثر سیلاب را تخمین زدند. پارک و کواکب (2011) و سوریا و مادگال )2011( با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره‌ای و فن‌آوری‌های GIS  نقشه پهنه بندي سیل را تهیه کردند اما تفاوت خروجی مدل با وضعیت واقعی پهنه سیلاب را مورد مقایسه قرار ندادند. نیکونوروف و همکاران (2016) از داده های سنجش از دور برای نظارت بر سیلاب و مدل سازی سیل استفاده کردند. نتایج نشان می‌دهد، خروجی مدل از پهنه سیلاب دقت لازم را ندارد. زیرا خروجی مدل با وضعیت واقعی تفاوت قابل توجهی داشت. گیچامو و همکاران (2012) امکان استفاده از تصاویرماهواره‌ای با کیفیت پایین برای تولید مدل رقومی ارتفاع در مناطقی که کمبود داده‌های توپوگرافی دارند را در مجارستان بررسی و به نتایج مشابه و قابل مقایسه با نتایج پژوهش حاضر رسیدند.

 

نتیجه­گیری: استفاده از تصاویر ماهواره‌ای با کیفیت 28×28 متر برای تعیین حد بستر رودخانه امکان پذیراست. این روش با میانگین خطای نسبی و ضریب همبستگی رگرسیون به ترتیب 2/13و 92 درصد همراه است که این خطا را با مقطع‌برداری زمینی می‌توان تا 8 درصد کاهش داد.

 

کلید واژه‌ها: تصاویر ماهواره‌ای، رودخانه ارداک، سیلاب، HEC-HMS، HEC-RAS

 

Extended abstract

Application of remote sensing in hydraulic modeling and determination of riverbed boundaries (Case study: Ardak River)

 

 

Statement of the Problem: According to Article 45 of the Constitution of the Islamic Republic of Iran and Article 2 of the Law on Fair Water Distribution, rivers are a national asset and are in the possession of the Islamic State. Therefore, the government is obliged to study and determine the bed and river boundaries, and if it recognizes the aristocracy in the bed and their area for disturbing water or electricity issues, to evacuate or tin and suppress them. Today, due to the increase in the economic value of land and the demand for land construction in lands along rivers and waterways, unfortunately, the process of using the riverbed has increased, which is a threat to access to safe water and its protection for future generations. Occupying rivers is associated with reduced land use and land use change. This disrupts the natural flow of the river, resulting in flooding and social, economic, and environmental damage. It is not possible to manage water resources, especially flood management, without knowing and analyzing the flow of rivers, flood zoning and determining their bed boundaries and boundaries. At present, a land survey is being conducted to determine the extent of the floods and to determine the extent of the riverbed. This method is very time consuming and expensive to perform. In this regard, the use of satellite imagery and aerial photographs instead of terrestrial mapping can be helpful in speeding up studies and reducing costs. Much research has been done in our beloved country of Iran and the world on the use of satellite images in various fields. In particular, several studies have used satellite imagery to study the changes in land use in watersheds and to study the morphological changes of the river..

 

Purpose: As noted, research has been conducted on the use of satellite imagery in hydrological studies and watersheds, but for the first time in this study it is possible to use satellite imagery to map the river and extract its cross-sectional areas for flooding and riverbed delimitation. Has been studied. In recent years, the bed of the Ardak River above the Eradak Dam has been extensively occupied and altered. This has led to an increase in the number of floods and a decrease in the quantity and quality of water in the Ardak Dam, which supplies part of Mashhad's drinking water. For flood management and quantitative and qualitative protection of Ardak dam, flood zoning and determination of Ardak riverbed is necessary. At present, ground mapping must be done first. Land surveying to map the river and extract its cross sections requires a lot of time and money. Therefore, the aim of this study was to investigate the possibility of using satellite images with a resolution of 28.28 m instead of terrestrial mapping to increase the speed of work and reduce the cost of studies of water projects and projects and river engineering.

 

Methodology: ASTER satellite imagery and HEC-GeoHMS software were used to draw the catchment area and extract its physical parameters. The existing riverbed map and its margin were prepared and added to the land use map of the basin as a new layer. The HEC-HMS hydrological model was used to simulate precipitation and runoff. First, a metering and validation model was used for five rainfall and runoff events. The precipitation histogram for different return periods was then introduced to the HEC-HMS model based on the basin concentration time. The execution and flood model were simulated with different return periods. The river's geometric information was extracted in transverse sections from both terrestrial mapping and satellite imagery using the HEC-GeoRAS appendix. Information from river flow modeling in HEC-RAS software was transferred to GIS environment through HEC-GeoRAS extension and in the mentioned environment, flood zoning and riverbed boundary determination were determined by two methods of using land mapping information and using satellite images. Was

 

Results and discussion: The results indicate that the flooding area and the determination of the riverbed can be done by using satellite images with a resolution of 28 × 28 m. In this case, the statistical indicators of the mean relative error and regression correlation coefficient were 13.2 and 92%, respectively. If cross-sectional crossings are taken at several points along the river route and replaced by cross-sections obtained by satellite imagery, the accuracy of flood zoning and riverbed delimitation will be enhanced by the use of satellite imagery. If, at a distance of 150 meters and at a distance of 8 km, 47 cross-sections are located and grounded and replaced in the HEC-RAS model by cross-sections obtained from satellite images, the error of using satellite imagery method for flood zoning and riverbed delimitation Will be reduced to 8.1 percent. Alami et al. (2008), Ismaili et al. (2008), Khanghan et al. (2016), Sadeghi et al. (2003) and Hashemian et al. (2016) examined the hydraulic behavior of the river and the flooding area using land mapping. They did it on different scales. Beitollahpour et al. (1397) used satellite imagery to estimate the flood spot due to flooding by processing them and not by hydraulic modeling method. Park and Kwakab (2011) and Surya and Madgal (2011) used satellite imagery and GIS technologies to map the flood zone, but did not compare the difference in model output with the actual flood zone status. Nikonurov et al. (2016). Remote sensing data was used to monitor floods and flood modeling. The results show that the model output from the flood zone is not accurate because the output of the model was significantly different from the real situation. Gichamo et al. (2012) can be used. From low quality satellite images to produce digital height models in areas where topographic data shortages Arend in Hungary reviews and outcomes similar and comparable to the results achieved.

 

Conclusion: It is possible to use satellite images with a quality of 28 × 28 m to determine the river bed limit. This method is associated with the average relative error and regression correlation coefficient of 13.2% and 92%, respectively, which can be reduced by 8% with ground cutting..

 

Keywords: Ardak River, Flood, Satellite images, HEC-HMS, HEC-RAS

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

---

مقالات مرتبط