روندیابی سیلاب در رودخانه‌های چندشاخه‌ای با استفاده از روش ماسکینگام چندبازه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی گرگان

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران

چکیده
تاکنون کاربرد روش ماسکینگام در رودخانه‌های چندشاخه‌ای به دلیل کمبود داده‌های مشاهداتی سیلاب محدود بوده است. در روش ماسکینگام برای کل بازه رودخانه، دو پارامتر x و K واسنجی می‌شوند. در این مطالعه از روش ماسکینگام چندبازه‌ای برای روندیابی سیل در یک رودخانه چندشاخه‌ای استفاده شد. به این منظور، سیستم رودخانه چندشاخه‌ای شامل آبراهه اصلی، شاخه فرعی و بازه انتهایی رودخانه بعد از تلاقی به چند بازه تقسیم شده و برای هر بازه، محاسبات مدل ماسکینگام به صورت مجزا اجرا می‌شود. در این صورت پارامترهای ماسکینگام چندبازه‌ای به‌دست خواهند آمد. اجرای مدل ماسکینگام چندبازه‌ای در سیستم چندشاخه‌ای رودخانه تجن واقع در استان مازندران نشان داد که مدل سه‌بازه‌ای دارای بهترین دقت است. مجموع مربعات خطا برای مدل‌های ماسکینگام یک بازه‌ای، دوبازه‌ای و سه‌بازه‌ای به‌ترتیب حدود 422، 262 و 222 (m3/s)2 بدست آمد که بیانگر دقت قابل قبول نتایج روندیابی سیل در حالت ماسکینگام چندبازه‌ای است. دبی اوج هیدروگراف مشاهداتی سیلاب خروجی از حوضه رودخانه حدود 7/61 مترمکعب بر ثانیه و در حالت ماسکینگام یک، دو و سه‌بازه‌ای حدود 7/55، 3/58 و 9/58 مترمکعب بر ثانیه بدست آمد. به این ترتیب خطای این مدل در برآورد دبی اوج هیدورگراف خروجی در سه حالت یک، دو و سه‌بازه‌ای حدود 7/9، 5/5 و 5/4 درصد است. همچنین حجم واقعی سیلاب خروجی از حوضه مورد مطالعه حدود 53/2 میلیون مترمکعب بدست آمد در حالی‌که این حجم در حالت‌های ماسکینگام یک، دو و سه‌بازه‌ای به‌ترتیب حدود 50/2، 55/2 و 54/2 میلیون مترمکعب می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Multi-branched river flood routing by multiple-reach Muskingum model

نویسنده English

Fahimeh Mostakhdemin 2
2 Graduated student in Master of Science, Civil Engineering
چکیده English

Among the hydrological flood routing methods, due to simplicity and few required data, Muskingum model has always been considered. Until now, the application of this method in multi- branched rivers has been limited due to the lack of flood data. In Muskingum method, two parameters (x and K) are calibrated throughout the river. In this study, the Muskingum method was used to route floods in a multi-branched river. For this purpose, the multi-branched river system including the main waterway, tributary and the end of the river after the confluence is divided into several intervals and for each interval, the calculation procedure of the Muskingum model are performed separately. In this case, the multiple-reach Muskingum parameters will be obtained. The implementation of the multiple-reach Muskingum model in the branched system of Tajen River located in Mazandaran province showed that the triple reach model has the best accuracy. The sum of squared the errors for the single, double and triple Muskingum models were approximately 422, 262, and 222 (m3/s)2, respectively, indicating an acceptable accuracy of the flood routing results in the multiple-reach Muskingum model. The observed peak flow discharge of the outflow hydrograph from the Tajen river is about 61.7 m3/s and in single, double and triple Muskingum models are about 55.7, 58.3 and 58.9 m3/s, respectively. Also, the actual flood volume of outflow hydrograph was about 2.53 mcm while this volume in single, double and triple Muskingum is obtained as 2.50, 2.55 and 54 mcm, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Flood routing
Multi-branched river
Multipe-reach Muskingum model
Tributary
عمادی، م.، مسعودیان، م.، و راتچر، ک. (1398). عملکرد سد لاستیکی تجن واقع در پارک ملل ساری در سیلاب اسفند 1397. نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب، (4)4.
ظهیری، ع.، اصغری، س.، و دهقانی، ا.ا. (1396). روندیابی سیلاب رودخانه­ها به روش ماسکینگام چندبازه­ای. مجله آب و توسعه پایدار، (8)4،  88-81.
ظهیری، ع.، شریفان، ح.، و تمدنی کناری، س. (1391). بهینه­سازی روش ماسکینگام در روندیابی سیل در رودخانه­های سیلابی. پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، ۳ (۶)، ۱۴-۱.
نودهی، س. (1386). بررسی اثرات زیست محیطی سد شهید رجائی ساری. پایان­ نامه کارشناسی ارشد علوم زمین گرایش زیست­محیطی، دانشگاه صنعتی شاهرود.
 
Alhumoud, J. 2022. Analysis and evaluation of flood routing using Muskingum method. J. Applied Engineering Science, 20(4), 1366-1377.
Atashi, V., Barati, R. Lim, Y.H. 2023. Development of a distributed nonlinear Muskingum model by considering snowmelt effects for flood routing in the Red River. Scientific Report, 13, 21356, https://doi.org/10.1038/s41598-023-48895-8
Barati, R. 2013. Application of excel solver for parameter estimation of the nonlinear Muskingum models. J. Civil Engineering, KSCE, 17(5), 1139-1148.
Bozorg-Haddad, O., Sarzaeim, P. Loáiciga, H.A. 2021. Developing a novel parameter-free optimization framework for flood routing. Scientific Report, 11, 16183, https://doi.org/10.1038/s41598-021-95721-0
Das, A. 2004. Parameter estimation for Muskingum models. J. Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 130(2), 140-147.
Dooge, J.C.I.  1973.  Linear theory of hydrologic systems. USDA, Agric. Res. Serv., Tech, Bull., No. 1468.
Emadi, M.M., Masoudian, M., Rottcher, K. 2019. The Performance of Tajan rubber dam in Mellal park in city of Sari during March 2019 flood. J. Water and Wastewater Science and Engineering, 4(4), 60-68. (In Farsi)
Farzin, S., Singh, V.P., Karami, H., Farahani, N., Ehteram, M., Kisi, O., Falah Allawi, M., Syuhadaa Mohd, N., El-Shafie, A. 2018. Flood routing in river reaches using a three-parameter muskingum model coupled with an improved Bat Algorithm. Water, 10, 1-24.
Hosseini, S.M. 2009. Application of spreadsheets in developing flexible multiple-reach and multiple-branch methods of Muskingum flood routing. Computer Applications in Engineering Education, 17(4), 448–454.
Karahan, H. 2012. Predicting Muskingum flood routing parameters using spreadsheets.  Computer Applications in Engineering Education, 20(2), 280–286.
Mohan, S. 1997. Parameter estimation of nonlinear Muskingum models using genetic algorithm. J. Hydraulic Engineering, ASCE, 123(3), 137-142.
Norouzi, H., Bazargan, J. 2022. Flood routing using the Muskingum-Cunge method and application of different routing parameters. Sādhanā 47, 282.
Nodehi, S. 2007. Studying the environmental impacts of Shahid Rajaei dam in Sari. MSc Thesis in Geology, Sharoud University of Technology. (In Farsi)
Perumal, M. 1994. Hydrodynamic derivation of a variable parameter muskingum method: 2. Verification. Hydrological Sciences Journal, Oxford, U.K., 39(5), 431-441.
Samani, H.M.V., Jebelifard, S. 2003. Design of circular urban storm sewer systems using multilinear Muskingum flow routing method. J. Hydraulic Engineering, ASCE, 129(11), 832-838.
Samani, H.M.V., Shamsipour, G.A. 2004. Hydrologic flood routing in branched river systems via nonlinear optimization. J. Hydraulic Research., IAHR, 42(1), 55-59.
Salvati, A., Moghaddam Nia, A., Salajegheh, A., Shirzadi, A., Shahabi, H., Ahmadisharaf, E., Han, D., and Clague, J.J. 2024. A systematic review of Muskingum flood routing techniques. Hydrological Sciences Journal, 69(6), 810-831.
Tali, P.A. 2011. Land use/land cover change and its impact on flood occurrence: A case study of upper Jhelum floodplain. Master of Philosophy in Geography, University of Kashmir.
Zahiri, A., Asghari, S., Dehghani, A.A. 2017. Flood routing in rivers using multiple-reach Muskingum model. Water and Sustaniable Development Journal, 4(1):51-58. (In Farsi)
Zahiri, A., Sharifan, H., Tamodoni Kenari, S. 2012. Optimization of Muskingum flood routing in flooded rivers. J. Watershed Management Research, 3(6): 1-14. (In Farsi)