دانلود خلاصه طرح بازنگری سیستم جمع آوری رواناب‌های سطحی کلان شهر مشهد
با استفاده از مدل تلفیقی MIKE SWMM و GIS
کنترل وقایعی مانند آب گرفتگی معابر، اختلال در سیستم عبور و مرور، آلودگی منطقه بواسطه جاری شدن روانآب آلوده و سیل زدگی مناطق مسکونی و تأمین امنیت جانی، مالی و روانی شهروندان همواره دغدغه خاطر طراحان و برنامه ریزان شهری و مهندسین آب بوده است.
هدف از این مطالعات شبیه سازی و ارزیابی عملکرد سیستم زهکشی روان آب سطحی کلان شهر مشهد میباشد. ارزیابی عملکرد شبکه تحت بارش مورخ 09/03/1377 که یک بارش شدید بوده است، مورد بررسی قرار گرفته است. قابل ذکر است که مدل SWMM قبلاً نیز در ایران به صورت موردی استفاده شده است، اما به دو علت عمده این کار نسبت به تحقیقات مشابه ممتاز شده و ارزشمند میباشد. ابتدا آنکه به علت دیدگاه مجزای هیدرولوژیکی یا هیدرولیکی کارشناسان مربوطه، اصولاً یا از مدول رواناب سطحی و یا از مدول روندیابی پیشرفته آن استفاده شده است ولیکن در اینجا هر دو مدول آن به کار برده شده است. همچنین تخمین پارامترهای اولیه مدل (شامل پارامترهای فیزیکی زیرحوضه ها و انتقال دهنده ها) کار بسیار وقتگیری است و در اینجا روشی جدید برای تهیه این اطلاعات از طریق سیستم GIS معرفی و استفاده شده است.
در این تحقیق برای انجام محاسبات بارش – روانآب و ارزیابی عملکرد هیدرولیکی سیستم از مدل MIKE SWMM استفاده شده است. استفاده ترکیبی از مدل MIKE SWMM و سیستم GIS علاوه بر منتهی شدن به اطلاعات جالب، نتایج با اهمیتی را به دنبال خواهد داشت.
کلید واژه : شبکه زهکشی روانآب شهری، مدیریت روانآب شهری، سیستم اطلاعات جغرافیایی، MIKE SWM
2- مقدمه
در
سال 1370، وضعیت جمع‌آوری رواناب‌های سطحی شهر مشهد توسط یکی از شرکتهای
مشاور به صورت کلی مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعات می توانست مبنای
خوبی برای کلیه طراحی‌های کوچکتر در جهت طراحی مقاطع یک کانال هدایت
آب‌سطحی توسط دیگر مشاورین باشد. به عبارت دیگر مطالعات سال 70 به عنوان
مطالعات فاز صفر و فاز یک برای طراحی‌های دیگر به کارگیری شود. مطالعات
مذکور زیر حوزه‌های شهر مشهد را معین و ابعاد تقریبی کانال‌ها را برآورد
کرده بود.
با گذشت سالهای متمادی مطالعات صورت گرفته کارایی خود را از
دست داد. فرضیات به کارگیری شده و زیر‌حوزه‌های مستقل شده از هم و ...
دستخوش تغییرات شد. از سویی دیگر در برخی موارد پروژه‌های اجرا شده، تعهدی
به مطالعات صورت‌گرفته نداشتند، علی‌الخصوص که 70% از شبکه‌های ریزتر، هنوز
اجرایی نشده بود.
تاکنون به جهت مشکلات اعتباری تنها 80% از شبکه های
اصلی و 30% از شبکه های فرعی اجرا شده‌اند. لذا در حال حاضر شهر مشهد از
نظر شبکه‌های اصلی چندان دچار مشکل نیست و شاید به توان قالب مشکلات
آبگرفتگی را ناشی از عدم اجرای شبکه‌های فرعی دانست.
با عنایت به موارد
فوق و برخی الزامات دیگر در سال 85 و در قالب یک طرح پژوهشی، بازنگری
مطالعات انجام‌شده توسط مشاور به عهده مرکز پژوهشی منابع آب و محیط زیست
دانشگاه فردوسی گذاشته شد که نتیجه این مطالعات پس از 3 سال در سال 88 به
شهرداری مشهد ارائه گردید.
بنیان طرح پژوهشی مذکور، به‌کار‌گیری یک دید
جامع برای کل شهر و برهم نهاده شدن آبراهه‌های اصلی در حوزه‌های مختلف بر
روی یکدیگر و بررسی اثرات این برهم‌نهادگی میباشد. لذا ابتدا هر زیر حوزه
به تنهایی و سپس با ترکیب اثرات حوزه های مرتبط بررسی و مدل شده است. در
این طرح پژوهشی که سه سال به طول انجامید دو تیم به کار مشغول بودند.
1 . تیم میدانی که مسئولیت برداشت اطلاعات میدانی از وضع موجود را به عهده داشته اند.
2 . تیم مدلسازی که مسئولیت ساخت و پرداخت مدل را به عهده داشت.
در نهایت با تجزیه و تحلیل نتایج، گزارشات پایانی تهیه گردید.
مدل
(نرم افزار) بکار‌گیری شده MIKE SWMM بود. طرح پژوهشی مذکور،کل منطقه‌ی
شهری مشهد را مورد بررسی قرار داده است و با تخلیه‌ی آورد مسیلها به
کشف‌رود مدلسازی اتمام می‌یابد.
این مدل با شبیه سازی کامل حوزه و شبکه
زهکش آن و بر اساس باران طراحی مورد نظر، یک سیستم هوشمند از محیط بدست
می‌دهد که یکی از کاربردهای آن تحلیل وضع موجود میباشد. کاربرد اصلی و
غایی طرح پژوهشی در اختیار قراردادن یک مدل هوشمند از کل سیستم میباشد که
به فراخور تصمیمات مدیریتی پیش رو، قابلیت تجزیه و تحلیل شبکه را دارا بوده
و به کمک آن می‌توان اثرات هر گونه تغییر و یا توسعه ی شبکه را بررسی و
ملاحظه نمود.
به حجم 12.37 مگابایت
در فرمت پی دی اف (pdf)
لینک :
http://www.4shared.com/document/UySd1YDI/Mashhad_StormWater_Simulation_.htmlمنبع : مهندسی آب، هیدرولوژی،هیدرولیک و عمران آب
چنانچه هنگامی که در رودخانه به دلیل بارندگی‌های قبلی جریان آب وجود داشته و یا این که حوضه در مرحله فروکش کردن سیل قبلی باشد، بار دیگر بارندگی صورت گیرد، رواناب جدید با دبی موجود در رودخانه مخلوط می‌شود و لذا بخشی از دبی رودخانه مربوط به رواناب قبلی است. بنابراين در صورت نياز به تعيين هیدروگراف سیل جدید، لازم است ابتدا دبی قبلی رودخانه که تحت عنوان دبی پایه (Base flow) شناخته می‌شود از آن کسر گردد. این فرآیند را مجزا کردن یا جداسازی هیدروگراف (Hydrograph separation) گویند و همانطور که گفته شد، منظور از مجزا کردن هیدروگراف جدا ساختن جریان پایه که معمولاً قبل از وقوع سیل در رودخانه جاری بوده از هیدروگراف است که در تحلیل هیدروگراف نباید آن را به حساب دبی پایه سیل منظور کرد.
عموماً در استان خراسان بر روی رودخانه‌هایی ایستگاه هیدرومتری تاسیس شده است که دارای جریان پایه دائم باشد و یا حداقل بخش عمده سال جريان آب در رودخانه وجود داشته باشد. از طرف دیگر بخصوص در سالهای اخیر عمده سازه‌های آبی بر روی رودخانه‌هایی مورد بررسی قرار می‌گیرد که یا دبی پایه و جریان دائم ندارند و یا به خاطر رعایت شرایط اجتماعی پایین دست محل پروژه و رعایت حقوق مالکین، حق دخل و تصرف در جریان پایه رودخانه وجود ندارد. لذا مهمترین سوال مدیران، مهندسین هیدرولوژی و طراحان سازه این است که حجم جریانهای سیلابی که قابل کنترل و برنامه ریزی میباشد چقدر است؟
متاسفانه تاکنون مطالعه مدون و قابل استنادي بر روی دبی‌های پایه و سیلابی در رودخانه‌های استان خراسان و حتی کشور انجام نشده است، در حالی که نیاز به انجام چنین تحقیقاتی به شدت احساس می‌شود.
متدولوژي انجام پروژه :
برای جداسازی دبی پایه از یک هیدروگراف مجزا سه روش وجود دارد که شرح آن در منابع فارسی وجود دارد. اما هنوز برای جداسازی دبی پایه داده‌های روزانه ایستگاههای هیدرومتری در ایران اقدامی صورت نگرفته است. یکی از گروه‌های منابع آب وابسته به سازمان نقشهبرداری ایالات متحده(U.S.Geological Survey) برای جداکردن دبی پایه از داده‌های دبی‌های روزانه رودخانه‌ها در محل ایستگاه هیدرومتری گزارشی ارائه داده که در آنجا با توجه به نتایج بدست آمده از مطالعه حوضههای مختلف، 3 روش عمده بشرح زیر پیشنهاد شده است:
1- روش فواصل ثابت Fixed-Interval Method
2- روش فواصل متحرک Sliding -Interval Method
3- روش حداقل محلی Local-minimum method
در این روش‌ها فرض شده است که تعداد روزهایی که پس از واقعه سیلاب بر آب پایه رودخانه تاثیر گذاشته است با توانی از مساحت رابطه داشته باشد.
رابطه (1) :
N : تعداد روزهای جاری شدن رواناب پس از هر واقعه سیلابی(بر حسب روز) A : مساحت حوضه بالادست ایستگاه(کیلومتر مربع)
شکل 1 : روشهای پیشنهادی برای جداسازی دبی پایه از داده‌های ایستگاه هیدرومتری
روشهای فوق بر اساس حداقل دبی روزانه در فاصله زمانی برابر (در قبل و بعد از واقعه سیلابی) و مبنا قرار دادن آن به عنوان دبی پایه عمل می‌کنند. در مرجع اصلی مقدار آن برابر عددی فرد در بازه بین 3 تا 11 و در حقیقت نزدیک‌ترین عدد صحیح فرد به عدد اعشاری پیشنهاد شده است.
بر
اساس تجربیات کارشناسی محقق، مقدار N در رودخانه‌های استان خراسان حتی تا
31 روز نیز قابل افزایش میباشد. نمونه‌ای از خروجی‌های روش Sliding
-Interval Method به وسیله برنامه نویسی در محیط اکسل در ادامه نشان داده
شده است:
شکل 2: نمودار تغییرات جریان روزانه، سیلاب و پایه ایستگاه هیدرومتری چکنه علیا
در یک سال متوسط (74-1373)
شکل 3 : نمودار تغییرات جریان روزانه، سیلاب و پایه ایستگاه هیدرومتری چکنه علیا
در یک سال تر (77-1376)
به منظور بررسی و تحقیق دبی‌های پایه و سیلابی در رودخانه‌های استان خراسان ابتدا بایستی رژیم ماهیانه و روزانه جریان رودخانه‌ها به طور کامل بررسی و تحلیل گردد. به این منظور در ابتدای کار آمار دبی‌های روزانه تمامی ایستگاه‌ها جمع آوری می‌گردد. سپس بر اساس اطلاعات فوق و بر اساس تحقیقات، مقالات و استانداردهای انجام شده که نمونه‌ای از آنها در بالا آورده شد، دبی پایه ایستگاه‌ها به وسیله برنامه‌نویسی در محیط اکسل جداسازی می‌شود. سپس روشهای مختلف با یکدیگر مقایسه و تحلیل می‌گردد. لازم به توضیح است که صرفاً تاکید بر نتایج روشهای مختلف مناسب نیست. لذا بایستی نتایج با مشاهدات میدانی و پرس و جو با اهالی ساکن در مراکز جمعیتی اطراف ایستگاههای هیدرومتری مورد بررسی، کنترل گردد. لذا در انتها نتایج بازدیدها و برداشت‌های میدانی و تجربیات کارشناسی با نتایج روشهای فوق مقایسه می‌گردد. در این راستا بهترین روش انتخاب و برنامه کاربر دوست برای جداسازی دبی پایه از آمار ایستگاههای هیدرومتری استان تهیه و ارائه می‌گردد.سابقه پژوهش در ايران و جهان و منابع و مراجع موجود :
همانطور که اشاره شد، مهندسین سازمان نقشهبرداری ایالات متحده در موضوع جداسازی دبی پایه از آمار روزانه تحقیقات فراوانی انجام داده‌اند و حتی یک مدل رایانه‌ای به نام HYSEP توسط اين سازمان ارائه شده است که البته تنها روی بانک داده‌های ایالات متحده (DSS) قابل اجرا است.
در سال 1999 دپارتمان بوم شناسی ایالت واشنگتون تحقیق مشروحی روی تخمین خصوصیات رژیم پایه رودخانه ها و مسیل های ایالت واشنگتن انجام داده و نتایج را در قالب بولتن شماره 60 چاپ نمود و در آنجا نقشه های رقومی و جامع از حجم و درصد جریان کل، جریانهای پایه و سیلابی برای تمامی ایستگاههای مورد مطالعه ارائه نموده است.
آقای Smakhtin در سال 2001 روش ساده ای (Digital Filter Algorithm) برای جداسازی دبی پایه از آمار پیوسته ماهانه ایستگاههای هیدرومتری ارائه کرده است و آن را روی داده های 3 ایستگاه منتخب در آفریقای جنوبی اعمال نمود و در انتها آن را با روشهای مبتنی بر آمار روزانه مقایسه نمود.
آقای Hughes در سال 2002 روشهایی را برای جداسازی دبی پایه از آمار روزانه یا ماهانه ایستگاههای هیدرومتری ارایه و آنها را با هم مقایسه کرد و در انتها عنوان شد که کاربرد این روش با آمار روزانه نتایج بهتری به همراه دارد.
آقای Stewart در سال 2007 به وسیله روش ضریب هدایت موازنه جرم (Conductivity Mass-Balance (CMB)) روشهای جداسازی دبی پایه را که به وسیله مهندسین سازمان نقشهبرداری ایالات متحده و در نرم افزار HYSEP ارائه شده بود، کالیبره نمود. ایشان پارامتر را به وسیله رابطه اصلاحی کالیبره نمود و استفاده از این رابطه را توصیه کرد.
جناب Nyenjeدر سال 2009 تاثیر تغییر اقلیم را بر تغذیه آب زیرزمینی و رژیم پایه حوضه upper Ssezibwa در اوگاندا بررسی کرد. در این بررسی تغییرات بارندگی روزانه با دبی روزانه به تفصیل بررسی، مقایسه و تحلیل شده است.
فهرست منابع:
1- علیزاده، امین.، اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارت دانشگاه امام رضا(ع)، چاپ بیست و یکم، 1386
2- فلاح تفتی، ابراهیم.، رستمی، ع.، راهنورد، محمد رضا.، گزارش هیدرولوژی حوزه آبخیز نوروزی قوچان، مهندسین مشاور مهار سیلاب خراسان، 1389
3- Hysep: A Computer Program For Streamflow Hydrograph Sepration and Analysis, Ronald A., US Geological Survey, 1996
4- Boughton WC,. Partitioning streamflow by computer. Inst. Eng. Civ. Eng. Trans. CE30(5), 285-291, 1988
5- Boughton WC, 1993. A hydrograph-based model for estimating water yield of ungauged catchments. Institute of Engineers Australia National Conference. Publ. 93/14, 317-324
6- Chapman T, 1999. A comparison of algorithms for stream flow recession and baseflow separation. Hydrological Processes 13, 701-714.
7- Mark Stewart, Joseph Cimino, Calibration of Base Flow Separation Methods with Streamflow Conductivity, Vol. 45, No. 1—GROUND WATER—January–February 2007 (pages 17–27)
8- Denis A Hughes, Pauline Hannart, Continuous baseflow separation from time series of
9- daily and monthly streamflow data, ISSN 0378-4738 = Water SA Vol. 29 No. 1 January 2003
10-Kirk A. Sinclair, Charles F. Pitz, Estimated Baseflow Characteristics of Selected Washington Rivers and Streams, Water Supply Bulletin No. 60, Department of Ecology of the state of Washington, October 1999
11-VU Smakhtin, Estimating continuous monthly baseflow time series and their possible applications in the context of the ecological reserve, ISSN 0378-4738 = Water SA Vol. 27 No. 2 April 2001
12-PHILIP M. NYENJE , OKKE BATELAAN, Estimating the effects of climate change on groundwater recharge and baseflow in the upper Ssezibwa catchment, Uganda, Hydrological Sciences–Journal–des Sciences Hydrologiques, 54(4) August 2009 Special issue: Groundwater and Climate in Africa
سوابق پژوهشي پژوهشگر به ويژه در مورد پروژه پيشنهادي :
پژوهشگر بخصوص در دهه اخیر از عمده ایستگاههای هیدرومتری استان خراسان بزرگ بازدید نموده است و به منظور جداسازی دبی پایه از آمار روزانه ایستگاههای هیدرومتری برنامه ای به وسیله ماکرو نویسی در محیط اکسل نیز توسعه داده است. در این راستا جلسات مشورتی با بسیاری از کارشناسان هیدرولوژی و مهندسی آب برگزار و نظرات آنها در انتخاب ضریب N در برنامه ذکر شده، لحاظ شده است. از جمله کارشناسان فوق می‌توان به برخی از اساتید دانشگاه، کارشناسان ناظر هیدرولوژی سازمان آب منطقه‌ای ، کارشناسان معاونت مطالعات پایه منابع آب سازمان آب منطقه ای، مدیریت آب و خاک جهاد و مدیریت آبخیزداری سازمان جهاد کشاورزی استان خراسان بزرگ اشاره نمود.
پيشنهادي پژوهشگر جهت استفاده كاربردي از نتايج :
همانطور که به نحوی در قبل اشاره شد، متاسفانه برنامه رایانه ای موجود در محیط اکسل که تاکنون توسعه یافته، تنها با روش دوم (SIM) کار می کند. در حالی که طبق تحلیل منابع موجود، روش سوم (LMM) دقیقتر و مناسبتر است. این روش پیچیدگیهایی دارد که توسعه برنامه برای آن نیاز به حمایت مالی دارد. حتی اخیراً روشهای بهتر و دقیقتری از LMM نیز ارایه شده که بایستی نتایج آنها روی داده های ایستگاههای استان بررسی و کنترل شود.
از طرف دیگر در صورتی که تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر، در تعیین روش دقیق و مناسب و قابل کاربرد برای رودخانه های استان خراسان بکار گرفته شود، نتایج حاصل از طرح فوق مورد علاقه و کاربرد عموم مهندسین هیدرولوژی، منابع آب و طراحان سازه های آبی قرار خواهد گرفت.
در این طرح یک برنامه جهت جداسازی دبی پایه توسعه داده خواهد شد که کاربر دوست بوده و پس از ورود داده ها، نتایج روشهای مختلف، را محاسبه خواهد نمود. سپس با توجه به اقلیم و خصوصیات فیزیوگرافی حوضه بالادست ایستگاه، روش مناسب را نیز پیشنهاد خواهد کرد.
