Evaluation of Urban Development Impacts on Runoff Using SWMM Model (Case Study: Qom Province)

Subject Areas : Water and Environment

marziyeh nasehpour ¹ , Hossein Khozeymehnezhad ² , Elham Forootan ³

1 - M.Sc. Department of Water Science and Engineering, Birjand University, Birjand. *( Corresponding Author)
2 - Associate professor Department of Sciences and Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Birjand.
3 - Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University, Thran,Iran

Received: 2019-05-22 Accepted : 2019-10-16 Published : 2021-02-19

Keywords: Urban development, Runoff, Qom, SWMM,

Abstract :

Background and Objective: In a natural watershed, most of the surface is impervious and covered with vegetation, so a large amount of precipitation is lost through plant interception, infiltration into soil and evapotranspiration. However, in an urban watershed due to urbanization, impervious surface of the watershed increases, which tends to increase the volume of runoff and peak discharge, the erosion of the bed and the edges in the downward of canals, and decrease in water level as well as degradation of water quality. The purpose of this research is to apply SWMM simulation for estimating runoff and runoff hydrograph and the effects of land cover changes and low impact development tools on hydrologic response of urban watersheds. Method: In this research, implementation of SWMM model in one of the urban areas of Qom was considered. The study area is 256 hectares in northwestern part of Qom. Findings: In this study, it was concluded that in sub watershed of 2 and 6, the increase of 70% and 40% in impervious surfaces resulted in 30% increase in runoff volume. Also, 10% increase in impervious area of upstream and downstream of watershed tends to 6/51% and 6/87% increase in peak discharge volume, respectively. The use of storage devices has also had a significant impact on reducing urban runoff. Discussion and Conclusion: The results of SWMM model in urban runoff estimation indicate that in order to properly manage runoff in arid areas, the status and location effects of land use on urban runoff rate as well as the use of rain storage tools in these areas should be considered.  

References:

 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره دوازده، اسفند ماه 99

                                        

 

ارزیابی اثرات توسعه شهری بر رواناب با استفاده از مدل SWMM

(مطالعه موردی: استان قم)

 

مرضیه ناصح­پور[1]^*

[e-mail]

حسین خزیمه­نژاد[2]

الهام فروتن[3]

 

تاریخ دریافت:1/3/98

تاریخ پذیرش: 24/7/98

 

چکیده

زمینه و هدف: در یک حوزه آبخیز طبیعی بیشتر سطح زمین نفوذپذیر و به وسیله پوشش گیاهی پوشیده شده است، به همین جهت مقدار زیادی از بارش از راهگیرشگیاهی، نفوذ در خاک و تبخیر و تعرق از دست می­­­­­­­رود. اما در یک حوزه آبخیز شهری به دلیل شهر­سازی، سطح نفوذ­ناپذیر حوضه افزایش می­یابد که افزایش حجم رواناب و دبی اوج،  فرسایش کف و کناره­های کانال­های پایین دست وکاهش سطح آب زیرزمینی و تخریب کیفیت آب را به دنبال دارد. هدف از این تحقیق، کاربرد شبیه­سازیSWMMبرای برآورد ارتفاع رواناب و همچنین هیدروگراف رواناب وبررسی اثرات تغییرات پوشش اراضی و موقعیت پوشزش اراضی و ابزارهای توسعه کم اثر بر پاسخ هیدرولوژیکی حوزه آبخیز شهری با استفاده از مدل مورد نظر می­باشد.

روش بررسی: برای انجام این تحقیقاجرای مدل SWMM در یکی از مناطق شهری شهر قم مد نظر قرار گرفت. حوضه مورد مطالعه با وسعتی معادل 256 هکتار در بخش شمال غربی قم واقع شده است.

یافته­ها: در این تحقیق نتیجه­گیری شد که در دو زیرحوضه­­ دو و شش افزایش 70 و 40 درصدی سطوح نفوذناپذیر موجب افزایش 30 درصد در مقدار رواناب می­شود. همچنینافزایش 10 درصد سطح نفوذناپذیر در حوضه­ آبخیز بالادست و پایین دست حوضه به ترتیب موجب افزایش 51/6 و 87/6 درصد افزایش در دبی اوج می­شود. که بیانگر آن است که موقعیت مکانی سطح نفوذناپذیر تأثیر اندکی بر میزان رواناب دارد. استفاده از ابزار ذخیره­ای نیز تأثیر چشمگیری برکاهش میزان رواناب شهری داشته است.

بحث و نتیجه گیری: نتایج حاصل از مدل SWMM در برآورد رواناب شهری بیان می­دارد که به منظور مدیریت بهینه رواناب در مناطق خشک بایستی اثرات میزان و موقعیت کاربری اراضی بر میزان رواناب شهری و همچنین استفاده از ابزارهای ذخیره باران در این مناطق مدنظرقرارگیرد.

 

واژه­های کلیدی: توسعه شهری، رواناب، SWMM، قم.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 22, No.12,March, 2021

 

 

 

Evaluation of Urban Development Impacts on Runoff Using SWMM Model (Case Study: Qom Province)

 

Marziyeh Nasehpour[4]*

[e-mail]

Hossein Khozeymehnezhad[5]

Elham Forootan[6]

 

Admission Date:October 16, 2019

Date Received: May 22, 2019

 

Abstract

Background and Objective: In a natural watershed, most of the surface is impervious and covered with vegetation, so a large amount of precipitation is lost through plant interception, infiltration into soil and evapotranspiration. However, in an urban watershed due to urbanization, impervious surface of the watershed increases, which tends to increase the volume of runoff and peak discharge, the erosion of the bed and the edges in the downward of canals, and decrease in water level as well as degradation of water quality. The purpose of this research is to apply SWMM simulation for estimating runoff and runoff hydrograph and the effects of land cover changes and low impact development tools on hydrologic response of urban watersheds.

Method: In this research, implementation of SWMM model in one of the urban areas of Qom was considered. The study area is 256 hectares in northwestern part of Qom.

Findings: In this study, it was concluded that in sub watershed of 2 and 6, the increase of 70% and 40% in impervious surfaces resulted in 30% increase in runoff volume. Also, 10% increase in impervious area of upstream and downstream of watershed tends to 6/51% and 6/87% increase in peak discharge volume, respectively. The use of storage devices has also had a significant impact on reducing urban runoff.

Discussion and Conclusion: The results of SWMM model in urban runoff estimation indicate that in order to properly manage runoff in arid areas, the status and location effects of land use on urban runoff rate as well as the use of rain storage tools in these areas should be considered.

 

Keywords: Urban Development, Runoff, SWMM, Qom.

 

مقدمه

تغییرکاربری اراضی درحوزه آبخیز شهری تأثیرات نامطلوبی را بر رودخانه ها و آب­های ورودی دیگر دارد. سیستم­های زهکشی در این مناطق به دلیل کنش و واکنش فعالیت­های انسان و چرخه طبیعی به وجود می­آیند و این اندر کنش دو مشکل خارج ساختن آب از چرخه طبیعی برای تأمین نیازهای زندگی انسان و پوشاندن زمین به وسیله سطوحی نفوذناپذیر که باعث خروج آب باران از سیستم زهکشی طبیعی محلی می­شود را ایجاد می­نماید. در واقع می­توان گفت که این کنش و واکنش خود باعث به وجود آمدن دو نوع آب می­شود که نیاز به زهکشی دارد، نوع اول فاضلاب می­باشد. که شامل مواد غیر محلول، ذرات ریز و درشت حاصل از سرویس­های بهداشتی، شستن مواد و ظروف، صنعت و سایر موارد می­باشد. نوع دوم رواناب­های سطحی هستند که آب حاصل از باران و یا هر نوع ریزش جوی می­باشند که بایستی به درستی مدیریت گردند تا خطرات ناشی از سیل گرفتگی کاهش یابد، زیرا شهری شدن و افزایش سطوح نفوذناپذیری همچون بام ساختمان­ها، سطوح خیابان­ها و پارکینگ­ها و امثال آن که همانند مانعی در برابر نفوذ آب باران به داخل خاک عمل می­نمایند و همچنین حذف پوشش گیاهی سبب می­شود که بخش بیشتری از هر بارندگی به رواناب­های سطحی تبدیل شود و این رواناب­ها با سرعت بیشتری به سمت خروجی حرکت نمایند که موجب فرسایش کناری و رسوبگذاری در پایین دست و افزایش دبی پیک و کاهش تغذیه آب زیرزمینی و جریانات پایه می­گردد(1). شهرسازی و توسعه شهرها و تبدیل مناطق بایر به اراضی شهری (احداث ساختمان، خیابان و تأسیسات دیگر) امکان و فرصت نفوذ آب باران به درون زمین را به شدت کاهش می­دهد و در نتیجه رواناب با حجم و سرعت بیشتر به سمت جوی­ها و آبراهه­ها سرازیر می­گردد و این شرایط به نوبه خود ، تشدید قدرت فرسایش جریان آب و افزایش بار آلاینده در رواناب را به دنبال دارد(2). از متداول­ترین نرم­ افزارهای مورد استفاده SWMM  می­باشد که با استفاده از آن می­توان اثرات تغییرات موقعیت و میزان فضای سبز شهری و همچنین ابزارهای توسعه کم اثر را بر روی حجم و ارتفاع رواناب خروجی بررسی نمود. برآورد ویژگی­های جریان از اقدامات لازم به منظورمدیریت سیلاب و رواناب شهری است. از انواع روش­های توسعه کم اثر، روش شبکه­های ذخیره آب باران است که نوعی رویکرد نوین مدیریت رواناب تلقی می­شود(3). در این زمینه تحقیقات متعددی انجام شده است. به عنوان نمونه صوفی (1385) (4) در پژوهشی به این نتیجه رسید که توسعه شهری و تخریب پوشش گیاهی در غرب شهر شیراز باعث کاهش 50 درصدی در زمان تأخیر حوضه آبخیز شده است. این روش­ها بهترین سازه­های مدیریتی با توجه به شرایط حاکم بر ایران است و با راندمان قابل قبولی( در صورت تلفیق این سازه­ها می­توان میزان رواناب را تا 90 درصد تعدیل بخشید) کار کنترل و هدایت آب­های سطحی را انجام می­دهد (5). رستمی و همکاران (1391) (6) با استفاده از مدل  SWMMتأثیر تغییر کاربری اراضی بر میزان رواناب خروجی در حوزه آبخیزی واقع در شهر اراک را مورد بررسی قرار دادندبر اساس مطالعات انجام شده در این تحقیق، نتایج نشان داد تغییر کاربری اراضی در حوزه آبریز، منجر به افزایش حجم رواناب و کاهش زمان تا اوج می­گردد که دلیل این امر تغییر کاربری اراضی و افزایش 59/86% در سطوح نفوذناپذیر حوضه نسبت به شرایط قبل از توسعه می­باشد. بهرامی و همکاران (1396) (7) در مطالعه­ای مدل­سازی هیدرولیکی و هیدرولوژیکی با استفاده از ابزارهای سلول نگهداشت ذخیره، بشکه باران، بام سبز، جوی باغچه و اعمال سناریوهای مختلف بارشی در دوره­های بازگشت 2 تا 100 ساله در شهر سنندج را با استفاده از نرم افزار SWMM انجام دادند. از مهمترین نتایج این پژوهش می­توان به تغییر شکل هیدروگراف، کاهش 50 درصدی زمان تمرکز و کاهش 35 تا 50 درصدی دبی اوج با استفاده از روش­های توسعه کم اثر در شهر سنندج اشاره کرد. اسپی و همکاران (1966) (8) در تحقیق خود اثر تغییر کاربری اراضی بر روی زمان تأخیر را مطالعه نمودند و به این نتیجه رسیدند که تغییر کاربری اراضی و شهر نشینی باعث شده که زمان اوج کاهش و دبی سیلاب افزایش پیدا کند. سی برن (1969) (9) روی اثرتغییر کاربری اراضی بر مدت زمان سیلاب تحقیق نموده و به این نتیجه رسیدند که با تغییر کاربری اراضی و توسعه شهرنشینی دبی سیلاب افزایش می­یابد. کافمن و همکاران (2000) (10) ابزار توسعه کم اثر را برای اولین بار در مریلند آمریکا اعمال نموده و این ابزار را راهکاری برای مقابله با اثرات منفی شهرنشینی از جمله کاهش سطوح نفوذناپذیر مطرح نمودند و از مهمترین نتایج آن می­توان به کاهش چشمگیر دبی اوج اشاره کرد. جانگ و همکاران (2007) (11) از مدل SWMM برای مدیریت رواناب شهری در قبل و بعد از توسعه شهر استفاده کردند که نتایج مطالعه آنها در چهار منطقه نشان داد که این مدل می­تواند خطاهایی از قبیل دبی اوج کوچک­تر و زمان تا اوج طولانی­تر برای شرایط بعد از توسعه را برطرف کند و آثار هیدرولوژیکی توسعه شهری را به خوبی ارزیابی کند. سین و همکاران، (2014) (12) با تقسیم بندی کلی ابزارهای توسعه کم اثر به دو دسته ابزار نفوذ و ذخیره­ای به تأثیر این روش در کاهش عدد شماره منحنی پرداخته­اند و از مهمترین نتایج آن­ها کاهش 20 درصد حجم رواناب پس از استفاده از این ابزارها بوده است.

در این تحقیق کاربرد شبیه­سازیSWMMبرای برآورد ارتفاع رواناب و همچنین هیدروگراف رواناب و همچنین بررسی اثرات تغییرات پوشش اراضی و ابزارهای توسعه کم اثر بر پاسخ هیدرولوژیکی حوزه آبخیز شهری با استفاده از مدل SWMM مد نظر قرار گرفته است.

 

موقعیت جغرافیایی و منطقه­ای­ استان قم 

استان قم با وسعتی معادل 11240 کیلومتر مربع در مرکز کشور واقع شده و مرکز آن شهر قم است. مطابق شکل1 استان قم از شمال به استان تهران و از غرب به استان مرکزی و از شرق به اصفهان و از جنوب به استان اصفهان محدود است. مطابق شکل 2 حوضه مورد بررسی در بخش شمال­غربی قم در منطقه غربی قرار دارد. حوضه از جنوب به خیابان شاه ابراهیم، از شرق به 30متری شیرازی (مسیر دکلها) از غرب و شمال­غرب به کمربندی غربی قم و از شمال­شرق به راه­آهن محدود می­شود (گزارشات مطالعاتی شهرداری قم، 1379) (13).

 

 

 

شکل1- موقعیت جغرافیایی استان قم

Figure 1. Geographic location of Qom Province

 

 

شکل2- تصویر هوایی حوضه مورد مطالعه

Figure 2. Aerial image of the study watershed

روش تحقیق

شبیه­ساز SWMM

در این تحقیق از مدل SWMM استفاده شده است. در این مدل هر حوزه آبخیز به حوزه­های آبخیز کوچک­تر تقسیم می­شود و سطح هر زیر حوضه به عنوان مخزن غیرخطی عمل می­نماید و جریان ورودی از بارش و زیرحوضه­های بالادست نشأت می­گیرد. به منظور اجرای مدلSWMM ابتدا منطقه مورد مطالعه با توجه به نقشه شبکه زهکشی و نقشه کاربری اراضی 1:2000 به تعدادی زیر حوضه تفکیک گردیده است و سپس با استفاده از نقشه­های توپوگرافی دارای مقیاس 1:2000 نقشه شیب (شکل3 ) حوزه آبخیز تهیه گردیده و همینطور مشخصات زیر حوضه­ها  که شامل مساحت، شیب، عرض، ذخیره چالابی برای سطوح نفوذپذیر و سطوح نفوذناپذیر، ضریب مانینگ برای سطوح نفوذپذیر و نفوذناپذیر در مدل وارد می­گردد.

 

         

شکل3- نقشه شیب منطقه مورد مطالعه

Figure 3. The Slope map of the studied area

 

 

 

وارد کردن مشخصات ایستگاه باران سنجی، باران، شبکه زهکشی در محیط  SWMM

در این پژوهش مشخصات ایستگاه باران­سنجی، باران اعم از مقدار، شدت و یا بارش تجمعی، واحد بارش و همچنین مشخصات شبکه زهکشی همچون مشخصات مورد نیاز زیر حوضه­ها (مشخصات طول و عرض جغرافیایی، مساحت، عرض، شیب، درصد سطح نفوذ ناپذیر، مدل نفوذ پذیری) مشخصات مورد نیاز گره­ها (حداکثر عمق در گره مورد نظر، ارتفاع گره، طول آبگذر، زبری آبگذر، شکل هندسی آبگذر) و نیز مشخصات محل­های تقاطع (ارتفاع محل تقاطع نسبت به زمین،  عمق اولیه آب در ابتدای شبیه­سازی، جریان ورودی، حداکثر عمق محل تقاطع) در مدل وارد گردید. در هر زیر حوضه درصد سطح نفوذ ناپذیر را تغییر داده و درصد افزایش رواناب در حوضه مشخص شد. سپس برای بررسی تأثیر موقعیت مکانی اراضی نفوذناپذیر بر رواناب خروجی افزایش سطح نفوذناپذیر در مناطق بالادست و پایین دست مورد بررسی قرار گرفت. در قسمت سوم پژوهش، فرض شده است که از شبکه­های جمع­آوری آب باران (ابزار­های ذخیر­ه­ای) برای زیر حوضه یک استفاده شده است. همچنین در این پژوهش، مطابق جدول2 از بارش با دوره بازگشت 10 ساله که توسط سازمان آب منطقه­ای محاسبه شده، استفاده شده است و مقدار رواناب با استفاده از مدل برآورد شد (14).

 

 

جدول 2- مقدار بارش با دوره بازگشت 10ساله در ایستگاه باران سنجی سالاریه

Table2. The amount of precipitation With 10 year return period at salarieh rain gauge station

زمان بارش(ساعت: دقیقه)	مقدار بارش(میلی­متر)
03:05	40
03:10	27
03:15	21
03:20	18
03:25	16
03:30	14
03:35	13
03:40	12
03:45	11
03:50	10
03:55	10
4:00	10
4:05	9

 

یافته­ها

تأثیر پوشش اراضی بر میزان رواناب شهری

در مدل SWMM، در هر زیر حوضه درصد سطح نفوذ ناپذیر تغییر داده شد و درصد افزایش رواناب مطابق جدول 3 نسبت به حالت اولیه مدل به دست آمد.

 

 

جدول3- مقادیر درصد افزایش رواناب با افزایش سطح نفوذ ناپذیر

Table 3. Runoff increase percentage values with increase in impervious surface

8	7	6	2	1	زیر حوضه­ها
90	90	15	25	60	مقدار سطح نفوذناپذیر در شرایط اولیه حوضه
07/16	17/16	92/10	42/12	87/13	مقدار رواناب در شرایط اولیه حوضه
61/1	66/1	51/8	03/6	19/5	درصد افزایش رواناب با افزایش ده درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
68/1	66/1	3/16	51/11	89/11	درصد افزایش رواناب با افزایش بیست درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
-	-	69/20	5/16	62/13	درصد افزایش رواناب با افزایش سی درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
-	-	30	77/20	58/16	درصد افزایش رواناب با افزایش چهل درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
61/1	-	53/35	47/24	-	درصد افزایش رواناب با افزایش پنجاه درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
68/1	-	2/40	61/27	-	درصد افزایش رواناب با افزایش شصت درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
68/1	-	86/43	11/30	-	درصد افزایش رواناب با افزایش هفتاد درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
-	-	7/46	40	-	درصد افزایش رواناب با افزایش هشتاد درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه
-	-	71/47	-	-	درصد افزایش رواناب با افزایش نود درصدی سطح نفوذ ناپذیر نسبت به حالت اولیه حوزه

 

 

 در جدول3 مشاهده می­شود به عنوان مثال، در زیر حوضه شش افزایش50، 60، 70، 80 ،90 درصد سطح نفوذ ناپذیر به ترتیب موجب 53/35، 2/40، 86/43، 7/46، 71/47 درصد در افزایش رواناب شهری شده است. و نیز در زیر حوزه دو افزایش 70، 80 و 90 درصدی سطح نفوذناپذیر موجب درصد افزایش رواناب به ترتیب 11/30، 40 و 40 درحوضه می­شود. و لذا نتیجه گیری می­شود که در زیرحوضه­­های دو و شش افزایش 70 و 40 درصدی سطوح نفوذناپذیر موجب افزایش 30 درصد در مقدار رواناب می­شود.

 

 

 شکل 4- رابطه درصد افزایش رواناب و افزایش سطح نفوذ ناپذیر در زیر حوضه دو و شش

Figure 4. The relationship between the percentage of runoff increase and the impervious surface increase in the sub-watershed two and six

 

 

در شکل 4 رابطه درصد افزایش رواناب و افزایش سطح نفوذناپذیر در زیر حوضه دو و شش دیده می­شود. همان­طورکه در شکل 4 مشخص است ضرایب تبیین روابط رگرسیونی بالاتر از 9/0 می­باشد که بیانگر آن است که بین درصد سطح نفوذناپذیر و رواناب درحوضه های مورد نظر رابطه رگرسیونی قابل قبولی برقرار است.

 

 

 

 

 

تأثیر در موقعیت مکانی بر میزان رواناب شهری

 

جدول4- مقادیر دبی اوج و زمان تا اوج با تغییر سطح نفوذناپذیر در منطقه بالادست و پایین دست

Table4. Amounts of peak and time to peak discharge with impervious surface changes in upstream and downstream

30	زمان تا اوج در حالت اولیه (دقیقه)
44/8	دبی اوج در حالت اولیه (متر مکعب بر ثانیه)
30	زمان تا اوج با 10 درصد افزایش سطح نفوذ ناپذیر
99/8	دبی اوج با 10 درصد افزایش سطح نفوذناپذیر منطقه بالادست (متر مکعب بر ثانیه)
30	زمان تا اوج با 10 درصد افزایش سطح نفوذ ناپذیر
02/9	دبی اوج با 10 درصد افزایش سطح نفوذناپذیر منطقه پایین دست (متر مکعب بر ثانیه)

 

 

نتایج نشان می­دهد با 10 درصد افزایش سطح نفوذ ناپذیر در زیر حوزه های آبخیز بالادست افزایش 51/6 درصد در دبی اوج رواناب رخ می­دهد و افزایش ده درصدی سطح نفوذ ناپذیر در حوضه های آبخیز پایین دست موجب 87/6 درصد افزایش در میزان دبی اوج رواناب شده است که نزدیکی دو مقدار بیانگر آن است که موقعیت مکانی سطح نفوذناپذیر تاثیر اندکی بر میزان رواناب دارد. همچنین نتایج نشان می­دهد زمان تا اوج ثابت بوده و تغییری نداشته است.

تأثیر استفاده از ابزار توسعه کم اثر بر میزان رواناب شهری

مقایسه مقدار رواناب اولیه و مقدار روانابی که پس از در نظر گرفتن بشکه­های باران در پشت بام ساختمان­های زیر حوضه یک، در جدول 5 نشان می­دهد مقدار رواناب از 87/13 میلی­متر به مقدار 71/8 میلی­متر رسیده که بیانگر کاهش 20/37 درصد در مقدار رواناب می­باشد. لذا استفاده از بشکه­های باران در مدیریت رواناب و استفاده بهینه از منابع آب باران تأثیر چشمگیری برکاهش میزان رواناب خروجی دارد.

 

 

جدول5- مقدار رواناب پس از استفاده از ابزار ذخیره­ای

Table5. The amount of runoff after using the storage tool

13	12	5	زیر حوضه­ها
87/13	87/13	87/13	مقدار اولیه رواناب
71/8	71/8	71/8	مقدار رواناب پس از استفاده از بشکه باران

 

بحث و نتیجه گیری

با تبدیل حوزه­های آبخیز غیر شهری به شهری، تغییر در کاربری اراضی از حالت طبیعی( جنگلی، مرتعی و کشاورزی) به حالت­های مصنوعی و دست ساخته بشر، محیط­های بسیار پیچیده­ای از نظر زیست محیطی تحت عنوان آبخیز­های شهری را به وجود می­آورد، در یک حوزه آبخیز طبیعی بیشتر سطح زمین نفوذپذیر می­باشد که به وسیله پوشش گیاهی پوشیده شده است، به همین جهت مقدار زیادی از بارش از راه گیرش گیاهی، نفوذ در خاک و تبخیر و تعرق از دست می­رود، اما در یک حوزه آبخیز شهری به دلیل شهرسازی، سطح نفوذناپذیر حوضه افزایش می­یابد که برای کم نمودن خسارت و تأثیرات زیست محیطی یاد شده بالا، انجام عملیات کنترل رواناب شهری بسیار ضروری است (5). در این پژوهش سه فرضیه مورد بررسی قرار گرفت، فرضیه اول بررسی تغییرات پوشش اراضی می­باشد به این منظور سطح نفوذ ناپذیر حوضه در زیر حوضه­های منطقه از 10 تا 90 درصد افزایش داده شد. نتایج این پژوهش بیانگر آن است در زیر حوضه دو، درصد افزایش سطح نفوذناپذیر 88/63 موجب 30 درصد افزایش در مقدار رواناب شهری می­شود و در مقادیر 70، 80، 90 درصدی سطح نفوذناپذیر درصد افزایش رواناب به ترتیب برابر 11/30، 40، 40 می­شود. نتایج این پژوهش که مبین افزایش میزان رواناب با افزایش سطح نفوذناپذیر می­باشد، توسط تحقیقات رستمی و اسپی و سی برن نیز تأیید شده است (6 و 8 و 9). در این پژوهش تغییرات در موقعیت مکانی فضای سبز شهری بر روی میزان رواناب خروجی نیز بررسی شد که نتایج نشان داد 10 درصد افزایش سطح نفوذناپذیر در زیر حوزه آبخیز بالادست منجر به افزایش 51/6 درصد در دبی اوج رواناب می­شود و این در حالی است که افزایش 10 درصدی سطح نفوذناپذیر در حوضه پایین دست موجب 87/6 درصد افزایش در میزان دبی اوج رواناب می­شود. نزدیکی دو مقدار بیانگر آن است که موقعیت مکانی تغییر کاربری اراضی تاثیر چشمگیری برمیزان رواناب ندارد. همچنین نتایج نشان داد با تغییر سطح نفوذناپذیر زمان تا اوج هیدروگراف رواناب تغییری نمی­نماید و حال نتایج تحقیقات اسپی و سی برن و رستمی و بهرامی و صوفی (8 و 9 و 6 و 7 و 4 ) تغییر در زمان تا اوج هیدروگراف را نشان می­دهد. دلیل این تفاوت در کم بودن شیب در حوزه­های آبخیز منطقه مورد مطالعه است. در نهایت در نظر گرفتن ابزار ذخیره­ای در حوضه یک مقدار رواناب را از 87/13 میلی­متر به مقدار 71/8 میلی­متر کاهش داد که این نتیجه بیانگر آن است که مقدار رواناب در حوضه 20/37 درصد کاهش یافته است. بنابراین استفاده از ابزارهای توسعه کم اثر همچون بشکه­های باران تأثیر چشمگیری برکاهش میزان رواناب خروجی دارد. نتایج تحقیقات سین و همکاران در سال 2014 (12) نیز مؤید نتایج این تحقیق می­باشد. نتایج حاصل از مدل SWMM در برآورد رواناب شهری بیان می­دارد که به منظور مدیریت بهینه رواناب در مناطق خشک بایستی اثرات میزان و موقعیت کاربری اراضی بر میزان رواناب شهری و همچنین استفاده از ابزارهای ذخیره باران در این مناطق مدنظر قرارگیرد و با کمک این مدل می­توان مکان­های مناسب برای جمع­آوری آب باران و نصب بشکه­ها را نیز مشخص نمود.

 

تشکر و قدردانی

بدین وسیله از دانشگاه بیرجند و دانشگاه پیام نور مرکز قم، شهرداری شهر قم که امکان انجام این تحقیق را فراهم نمودند کمال تشکر و قدردانی دارم.

 

Reference

1. Taheri Behbaani, M.T., Bozorgzadeh, M., 1996. Urban Floods. ranian Center for Urban Planning and Architecture, page 536. (In Persian)


2. Dongquan, Z., Jining, C., Haozheng, W., Qingyuan, T., Shangbing, C., and Zheng, S., 2009. GIS-based urban rainfall-runoff modeling using an automatic watershed-discretization approach: a case study in Macau, Environmental Earth Sciences, 59(2), 465.


3. Abi Aad, M. P., Suidan, M. T., and Shuster, W. D., 2009. Modeling techniques of best management practices: Rain barrels and rain gardens using EPA SWMM-5. Journal of Hydrologic Engineering, 15(6), 434-443.


4. Sufi, M., 2006. Investigating the Factors Affecting Urban Flood Generation and Its Control Strategies, First National Conference on Oil Engineering, Mashhad, www.civilica.com. (In Persian)


5. Soltani, K., Soleymani Babersad, H and Ramezani Pourdastjerdi, F., 2014. New Approaches to Architecture and Urban Development in Low Impact Development, First National Conference on Civil Engineering and Sustainable Development, Tehran. (In Persian)


6. Rostami Khalaj, M., Khalighi, Sh., Mahdavi, M., and Salajeghe, A., 2015. Calibration and Evaluation of SWMM Model for Simulating Urban Runoff (Case Study: Imam Ali Township of Mashhad), Iranian Journal of Natural Resources, Volume 7, Number 1, Page 15-1. (In Persian)


7. Bahrami, J., Faroghi, F., Hosseyni, S.A., and Rafiei, D., 2016. The Influence of Influence Tools and Low-Expansion Reservoirs on Sanandaj Urban Runoff Management, Journal of Water and Wastewater, Volume 28, Number 5, pp. 124- 118. (In Persian)


8. Espey Jr, W. H., Morgan, C. W., and Masch, F. D., 1966. Study of some effects of urbanization on storm runoff from a small watershed Texas Water Development Board.


9. Seaburn, G. E., 1969. Effects of urban development on direct runoff to East Meadow Brook, Nassau County, Long Island, New York. US Government Printing Office.


10. Coffman, L., Clar, M., and Weinstein, N., 2000. Low impact development management strategies for wet weather flow (WWF) control. In Building Partnerships (pp. 1-7).


11. Jang, S., Cho, M., Yoon, J., Yoon, Y., Kim, S., Kim, G., and Aksoy, H., 2007. Using SWMM as a tool for hydrologic impact assessment. Desalination, 212(1-3), 344-356.


12. Sin, J., Jun, C., Zhu, J. H., and Yoo, C., 2014. Evaluation of flood runoff reduction effect of LID (Low Impact Development) based on the decrease in CN: case studies from Gimcheon Pyeonghwa district, Korea. ProcediaEngineering, 70, 1531-1538.


13. Unnamed, 2000. Municipality Studies Reports, Qom. (In Persian)

 

 

 

 

---

[1] - کارشناسی ارشد گروه علوم و مهندسی آب ، دانشگاه بیرجند، بیرجند. ^*(مسوول مکاتبات)

[2]- دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، بیرجند

[3]- استادیار گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

[4]- M.Sc. Department of Water Science and Engineering, Birjand University, Birjand. *( Corresponding Author)

[5]- Associate professor Department of Sciences and Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Birjand.

[6]- Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University, Thran,Iran