ارزیابی دقت مدل مبتنی بر توپوگرافی HAND در برآورد پهنه های سیل گیر رودخانه

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین

2 دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)

3 رئیس موسسه تحقیقات آب دانشگاه یوتا، آمریکا

10.30482/jhyd.2021.283845.1524

چکیده

از آنجاییکه تعیین پهنه‌های سیلابی رودخانه از اهمیت بالائی به ویژه در مطالعات مهندسی رودخانه، هشدار سیل و مدیریت سیلاب برخوردار است، در پژوهش حاضر به ارزیابی کارائی مدل متکی بر توپوگرافی HAND و مدل هیدرولیکی HEC-RAS در برآورد پهنه‌های سیلاب رودخانه سیمره، پرداخته شده است. همچنین برای به چالش کشیدن عملکرد دو مدل مذکور از تصاویر ماهواره‌ای Sentinel-2 برای سیلاب مورخه 1/4/2019 رودخانه سیمره استفاده شد. نتایج بدست آمده از مدل واسنجی شده HAND در رودخانه سیمره، حاکی از عملکرد مناسب مدل مذکور در بدست آوردن پهنه سیلاب است. طبق نتایج بدست آمده از مدل HAND، میزان انطباق پهنه سیلاب در مقایسه با تصاویر ماهواره‌ای بالاتر از 92 درصد و این در حالیست که در صورت استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS این میزان انطباق به حدود 83 درصد محدود می‌گردد. همچنین متوسط اختلاف برآورد پهنه‌های سیلاب در طول بازه مطالعاتی بر اساس دو مدل HAND و HEC-RAS به ترتیب در حدود 5/8 و 13 درصد بدست آمد. همانطور که ملاحظه می‌گردد، مدل HAND علی‌رغم ساختار نسبتاً ساده و تعداد کم پارامترهای ورودی از عملکرد به مراتب بهتری نسبت به مدل هیدرولیکی برخوردار می‌باشد و لذا از آن می‌توان برای استخراج پهنه‌های سیلگیر رودخانه در کمترین زمان ممکن بهره برد. این مساله در رودخانه‌های بزرگ و عریض که مدل هیدرولیکی نیازمند زمان محاسباتی قابل توجهی است، نمود بیشتری دارد. همچنین در سامانه‌های هشدار سیل که امکان اجرای مدلهای هیدرولیکی به صورت آنلاین با چالشهای زیادی روبرو است از مدل HAND برای این منظور استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


Azizian, A. (2019). The Effects of Topographic Map Scale and Costs of Land Surveying on Geometric Model and Flood Inundation Mapping. Water Resource Management, 33(4), 1315–1333.
Azizian, A. and Samadi, A. (2017). 2D flood simulation in the environment of HEC-RAS 5 numerical model, Parsia Publications. (In Persian)
Garousi-Nejad, I., Tarboton, D., Aboutalebi, M. and Torres-Rua, A. (2019). Data For Terrain
Analysis Enhancements to the Height Above Nearest Drainage Flood Inundation Mapping Method. HydroShare Database.
Godbout, L.D. (2018). Error assessment for Height Above the Nearest Drainage Inundation Mapping. Master of Science in Engineering thesis, The University of Texas at Austin.
HEC (Hydrologic Engineering Center). (2010). HEC-RAS River Analysis System-User manual. Version 4.1. Davis, CA: US Army Corps of Engineering, Hydrologic Engineering Center.
Liu, Y.Y., Maidment, D.R., Tarboton, D.G., Zheng, X. and Wang, S. (2018). A CyberGIS Integration and Computation Framework for High-Resolution Continental-Scale Flood Inundation Mapping. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 54(4), 770-784.
Liu, Y.Y., Maidment, D.R., Tarboton, D.G., Zheng, X., Yildirim, A., Sazib, N.S. and Wang, S. (2016). A CyberGIS Approach to Generating High-resolution Height above Nearest Drainage (HAND) Raster for National Flood Mapping, in CyberGIS 16, The Third International Conference on CyberGIS and Geospatial Data Science, edited, Urbana, Illinois.
Nobre, A.D., Cuartas, L.A., Hodnett, M., Rennó, C., Rodrigues, G.O., Silveira, A., Waterloo, M. and     Saleska, S. (2011). Height above the nearest drainage hydrologically relevant new terrain model. Journal of Hydrology, 404, 13-29. 
Nobre, A.D., Cuartas, L.A., Momo, M.R., Severo, D.L., Pinheiro, A. and Nobre, C.A. (2016). HAND contour: a new proxy predictor of inundation extent. Hydrological Processes, 30(2), 320-333.
Nobre, A.D., Cuartas L. A., Hodnett M., Rennó C. D., Rodrigues G., Silveira A., Waterloo
M., & Saleska S. (2011). Height Above the Nearest Drainage – a hydrologically relevant new terrain model. Journal of Hydrology, 404(1–2), 13-29.
Nobre CA, Young AF, Saldiva P, Marengo JA, Nobre AD, Alves S, Silva GCM, Lombardo M. (2010). Vulnerabilities das Megacities Brasileiras às Mudanças Climáticas: Região Metropolitana de São Paulo.
Rahmati, O., Kornejady A., Samadi M., Nobre A. D., and Melesse A. M. (2018). Development of an automated GIS tool for reproducing the HAND terrain model. Environmental Modelling & Software, 102, 1-12.
Speckhann, G.A., Borges Chaffe, P.L., Fabris Goerl, R., Abreu, J.J.D., Altamirano Flores, J.A. (2017). Flood hazard mapping in Southern Brazil: a combination of flow frequency analysis and the HAND model. Hydrol. Sci. J. 8 (10), 200-215.
Tarboton, D. G. (2017). Terrain Analysis Using Digital Elevation Models (TauDEM), Utah
Water Research Laboratory, Utah State University.
Tarboton D. (1997). A new method for the determination of flow directions and contributing areas in grid digital elevation models. Water Resources Research 33, 309–319.
USGS (US Geological Survey) (2016). Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 1 Arc Second Global. Available from: https://lta.cr.usgs.gov/ SRTM1Arc [Accessed 4 December 2017].
Zheng, X. (2015).Hydraulic Fabric: An Information Framework for River Channel Cross Section Data.” Master’s dissertation, University of Texas at Austin, Austin, TX.
Zheng, X., D. Maidment, Y. Liu, D.G. Tarboton, and P. Lin. (2016). “From Forecast Hydrology to Real-Time Inundation Mapping at Continental Scale.” American Geophysical Union (AGU), Fall Meeting 2016.
Zheng, X., Tarboton, D.G., Maidment, D.R., Liu, Y.Y. and Passalacqua, P. (2018). River Channel Geometry and Rating Curve Estimation Using Height Above the Nearest Drainage. JAWRA Journal of the American Water Resources Association.
Zheng, X., Maidment, D.R., Tarboton, D.G., Liu, Y.Y. and Passalacqua, P. (2018). GeoFlood: Large-Scale Flood Inundation Mapping Based on High-Resolution Terrain Analysis. Water Resources Research, 54(12), 10013-10033.