تجزیه و تحلیل حساسیت پارامترهای مدل دو بعدی HEC-RAS بر پهنه خطر سیل مطالعه موردی: (محدوده پایین دست سد امیرکبیر)

زمینه و هدف: تهیه نقشه های دقیق خطر سیل، یکی از چالش های مهم در مدیریت مخاطرات طبیعی است که تحت تاثیر انتخاب صحیح پارامترهای مدل سازی و عدم قطعیت های مرتبط قرار دارد. این پژوهش با هدف ارزیابی حساسیت مدل دوبعدی HEC-RAS نسبت به پارامترهای کلیدی، به بررسی تاثیر آن ها بر دقت شبیه سازی سیلاب در بازه ای شش کیلومتری پایین دست سد امیرکبیر (استان البرز) می پردازد؛ دلیل انتخاب بازه مورد مطالعه، وقوع مکرر و شدت زیاد رخدادهای سیلابی و وجود تراکم زیاد سکونتگاه های انسانی در حاشیه رودخانه است. روش مورد بررسی: برای دو رخداد جریان آب شامل دبی جریان اندازه گیری شده در آبان ۱۴۰۲ برابر با ۲/۱۱ مترمکعب بر ثانیه و همچنین رخداد سیل خرداد ۱۴۰۲ معادل ۱۴۲ مترمکعب بر ثانیه، حساسیت پارامترهای مدل شامل تعیین ضریب زبری، معادلات محاسباتی (موج کاملا دینامیک و موج پخشیده) و ابعاد شبکه محاسباتی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج شبیه سازی شامل عمق و سرعت جریان آب بر اساس سه مولفه فوق الذکر با مقادیر اندازه گیری شده در پنج مقطع عرضی از بازه مورد مطالعه برای دبی های مذکور مقایسه گردید. تحلیل های انجام شده از طریق ارزیابی پارامترهای اندازه گیری شده (عمق، سرعت و عرض گسترش جریان) و نتایج شبیه سازی پنج مقطع مشاهداتی، به همراه استفاده از شاخص های آماری RMSE و MAPE، انجام شد. یافته ها: نتایج تحلیل های انجام شده نشان داد که عملکرد مدل هیدرولیکی دوبعدی HEC-RAS در شبیه سازی سیلاب به شدت تحت تاثیر سه پارامتر کلیدی است که به ترتیب اهمیت عبارت اند از: روش حل معادلات جریان، ضریب زبری مانینگ، و ابعاد شبکه محاسباتی. در شبیه سازی جریان با دبی پایین (۱۱.۲ مترمکعب بر ثانیه در آبان ۱۴۰۲)، مدل زمانی بهترین تطابق را با داده های میدانی ارائه داد که از روش حل موج پخشیده استفاده شده بود، ضریب زبری مانینگ در بازه ۰.۰۳۲ تا ۰.۰۶۸ انتخاب شده و ابعاد شبکه محاسباتی برابر با ۵ متر در نظر گرفته شده بود. این دقت به ویژه در مناطق خمیده و قوسی رودخانه که رفتار جریان پیچیده تر است، ملموس تر بود. در مقابل، برای رخداد سیلابی شدیدتر در خرداد ۱۴۰۲ با دبی ۱۴۲ مترمکعب بر ثانیه، استفاده از روش حل معادلات موج دینامیک به همراه همان بازه ضریب زبری، و شبکه های محاسباتی با ابعاد ۵ و ۱۰ متر، نتایج دقیق تری نسبت به سایر ترکیب ها ارائه داد. این یافته ها نشان می دهند که انتخاب روش حل معادلات باید متناسب با شدت جریان و گسترش عرضی آن صورت گیرد تا مدل بتواند رفتار واقعی سیلاب را به درستی بازسازی کند. بحث و نتیجه گیری: نتایج این تحقیق نشان داد که انتخاب بهینه پارامترهای مدل به ویژه در شرایط مختلف دبی و هندسه رودخانه، تاثیر قابل توجهی بر دقت شبیه سازی های سیلاب دارد. نتایج حاکی از آن است در شرایطی که کانال رودخانه قابلیت عبور دبی ورودی را داشته باشد، به طوری که جریان آب از مقطع پر لبریز نشود و حداقل گسترش عرضی داشته باشد، عملکرد روش حل موج پخشیده بهینه تر بوده است. درحالی که برای دبی های با دوره بازگشت بالا و در شرایطی که الگوی جریان گسترش عرضی زیادی داشته باشد، روش حل معادلات موج دینامیک عملکرد بهتری نشان داده است. علاوه بر اهمیت انتخاب معادلات محاسباتی، نتایج این تحقیق نقش انتخاب بهینه ضریب زبری و ابعاد شبکه محاسباتی را نیز نشان می دهد.

کلیدواژه ها:

سیل ، تجزیه و تحلیل حساسیت ، مدل HEC-RAS ، عدم قطعیت.