علوم آب و خاک

امروزه در پی تغییر اقلیم و گرم‌شدن کره زمین و باتوجه‌به تغییراتی که در نوع بارش‌ها اتفاق افتاده و عموماً از برف به باران تبدیل شده، مشکلات مربوط به سیل و آبگرفتی به‌ویژه در مناطق شهری افزایش یافته و به دنبال آن توجه به مدل‌های شبیه‌سازی بارش – رواناب به‌منظور مدیریت، کاهش و حل این مشکلات نیز افزایش یافته‌است. در این پژوهش با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS، سناریو‌های مختلف با هدف عملکرد این مدل باتوجه‌به مساحت و تعداد زیر‌حوضه‌ها (2 و 8)، دوره‌های بازگشت مختلف (2 و ۵ساله) و همچنین مقایسه چهار روش محاسبه زمان تمرکز (SCSlag، Kirpich، Bransby Williams، Carter) برای شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب در شهر شهرکرد بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که با تغییر دوره بازگشت از 2 به 5 سال، دبی اوج تقریباً در همه سناریو‌ها افزایش یافته‌است. همچنین باتوجه‌به میزان خطای پیوستگی محاسبه‌شده، روش Kirpich در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر‌حوضه‌های بیشتر با مساحت‌های کوچکتر، ارجحیت دارد. برای سناریوی 2 زیر‌حوضه، 4 درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 19 درصد برای دوره بازگشت ۵ ساله، میزان خطای پیوستگی محاسبه شده‌است. روش SCSlag در برآورد زمان تمرکز برای تعداد زیر‌حوضه‌های کمتر با مساحت‌های بزرگتر، ارجحیت دارد. در سناریوی 8 زیر‌حوضه، 16درصد برای دوره بازگشت ۲ ساله و 11 درصد برای دوره بازگشت ۵ساله، محاسبه شده ‌است.

رواناب شهری به‌دلیل شهرنشینی و تغییرات آب‌وهوایی به‌عنوان یک مسئله جدی دارای اهمیت است و به این دلیل توجه به مدل‌های شبیه‌سازی بارش - رواناب برای مدیریت و کاهش پیامدهای ناگوار مهم است. در پژوهش حاضر با استفاده از نرم‌افزار SewerGEMS، حالت‌های مختلف برای بررسی عملکرد این نرم‌افزار بر اساس تعداد و مساحت زیرحوضه‌ها در دو حالت نه و هفده زیرحوضه و مدت بارندگی مختلف 6 و 12 ساعته و همچنین مقایسه عملکرد سه روش محاسبه زمان تمرکز (کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز، کارتر) به‌منظور شبیه‌سازی هیدروگراف سیلاب در شهر میناب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان حجم کل رواناب تولیدی در حالت نه زیرحوضه، 4 درصد نسبت به حجم کل رواناب تولیدی در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین مقدار بیشینه دبی اوج رواناب در حالت نه زیرحوضه، 20 درصد نسبت به بیشینه دبی اوج رواناب در حالت هفده زیرحوضه بیشتر است. همچنین برای محاسبه زمان تمرکز از سه روش کرپیچ، برنس‌بای - ویلیامز و کارتر استفاده شد که نتایج نشان داد، میزان خطای پیوستگی نرم‌افزار در همه حالت‌ها برای روش برنس‌بای - ویلیامز کمتر از دو روش دیگر است و روش کارتر بیشترین خطای پیوستگی را دارد. اما از آنجایی که مقدار زمان تمرکز محاسبه شده از این روش در بعضی از زیرحوضه‌ها بیشتر از مدت بارندگی 6 ساعته است، بین داده‌های دبی اوج حاصل از روش کرپیچ و روش برنس‌بای – ویلیامز، آزمون t-Test انجام شد و باتوجه‌به اینکه داده‌های دو روش در سطح 95 (0/05 >p) درصد با یکدیگر اختلاف معناداری نداشته و همچنین روش کرپیچ برای محاسبه زمان تمرکز در حوضه‌های کوچک کاربرد خوبی دارد، برای محاسبه زمان تمرکز در حالت مقایسه بین دو حالت نه و هفده زیرحوضه از روش کرپیچ استفاده شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده مشاهده شد که با ادغام زیرحوضه‌ها و کاهش تعداد آن‌ها از هفده به نه زیرحوضه و در نتیجه افزایش مساحت زیرحوضه‌ها، حجم کل رواناب تولیدی از حدود 123839 مترمکعب به 128446 مترمکعب و بیشینه دبی اوج رواناب از حدود 2/400 مترمکعب بر ثانیه به 2/884 مترمکعب بر ثانیه می‌رسد که نشان‌دهنده افزایش حجم کل رواناب تولیدی و بیشینه دبی اوج رواناب است.

سیلاب‌ و رواناب شهری به‌ عنوان یکی از مهم‌ترین چالش های زیست محیطی و اجتماعی در مناطق شهری، ناشی از تجمع آب های باران و عدم کفایت شبکه های جمع‌آوری آب های سطحی هستند. در این راستا، ارزیابی عملکرد نرم افزار SewerGEMS در تحلیل رخداد بارش و کفایت شبکه جمع آوری آب های سطحی در شهرکرد تحت حالت های مختلف بررسی شده است. از بین 6 رخداد بارش مشاهده ای، تنها امکان شبیه سازی دو رخداد وجود داشت. در رخداد 1403/11/06 دبی اوج مشاهده ای حدود 1850 لیتر بر ثانیه دیده شد؛ درحالی‌که مقدار شبیه سازی‌شده برای سناریوی 2 زیر حوضه، حدود 1750 و برای سناریوی 8 زیر حوضه، حدود 1350 لیتر بر ثانیه است که نشان می دهد نتایج برای سناریوی 2 زیرحوضه به واقعیت نزدیک تر است. در رخداد 1403/11/27 دبی اوج مشاهده ای حدود 2000 لیتر بر ثانیه دیده شد؛ درحالی‌که مقدار شبیه سازی‌شده برای سناریوی 2 زیرحوضه، حدود 1850 و برای سناریوی 8 زیرحوضه، حدود 1400 لیتر بر ثانیه است که نشان می دهد نتایج برای سناریوی 2 زیر حوضه به واقعیت نزدیک تر است. سپس کفایت شبکه با دوره های بازگشت2 سال و 5 سال بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که شبکه جمع‌آوری آب‌های سطحی شهرکرد به طور کلی کفایت لازم را داراست؛ هرچند در برخی مناطق همچون نقاطی در کانال بوعلی و 13 آبان، نارسایی هایی دارد که منجر به بروز آب‌گرفتگی‌های محلی می‌شود. درنهایت راهکارهایی از جمله ارائه چند مکان برای ایجاد حوضچه تغذیه مصنوعی و همچنین پایش مستمر کانال‌ها و نظارت بر آنها به‌ویژه قبل از فصل بارش، برای بهبود عملکرد شبکه جمع‌آوری آب های سطحی شهرکرد و کاهش خطرات ناشی از سیلاب، پیشنهاد می شود.