شبیه‌سازی جریان سیلاب در پایین‌دست سد کرخه و ارایه راهکارهای کنترل آن با نگاهی بر جایگاه زمین‌شناسی حوضه آبخیز
محورهای موضوعی :نورالدین بازگیر 1 , علی محمد آخوندعلی 2 * , کاظم حمادی 3
1 - دانشجوی دکتری، گروه هیدرولوژی و منابع آب، دانشکده آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز
2 - گروه هیدرولوژی و منابع آب دانشگاه شهید چمران اهواز
3 - مدیریت مطالعات پایه منابع آب سازمان آب و برق خوزستان
کلید واژه: حوضه آبریزکرخه, سیلاب, زمین‌شناسی, شبیه‌سازی دوبعدی.,
چکیده مقاله :
حوضه آبریز کرخه با وسعت بیش از 50 هزار کیلومترمربع در غرب کشور واقع است. با این همه وجود سد‌های مخزنی بالادست بخصوص سد مخزنی بزرگ کرخه، دشت‌ها و شهرهای پایین‌دست آن هنوز از مخاطرات سيل در امان نیست. با توجه به جایگاه زمین‌شناسی حوضه آبریز رود کرخه، در بارش‌های شدید بیش از 70 درصد مساحت حوضه آبریز پتانسیل تولید سیلاب دارد. هدف پژوهش جاری شبیه‌سازی جریان سیلاب توسط مدل یک- دو بعدی و استفاده از کانال‌های سیلاب بر و حوضچه‌های ذخیره‌ای برای انحراف و ذخیره بخشی از سیلاب به‌طوری‌که خسارات پایین‌دست را در حد قابل قبول تقلیل دهد. به‌منظور مدلسازی هیدرولیک جریان در شرایط سیلابی از مدل MIKE FLOOD استفاده شد. این مدل توانایی شبیه‌سازی جریان‌های پیچیده در رودخانه و سیلاب‌دشت‌ها را به‌صورت هیدرودینامیکی دارد. داده‌های هیدرولوژیکی و هندسی مورد نیاز مدل آماده‌سازی شد؛ همچنین دبی‌های سیلابی 500 تا 2500 مترمکعب بر ثانیه با تداوم 11 روزه و حجم معادل 475 تا 2376 میلیون مترمکعب طی پنج سناریو به‌عنوان مرز بالادست به مدل برای شبیه‌سازی معرفی شد. نتایج پژوهش نشان داد که از میان گزینه‌های مورد بررسی، حوضچه و سیلاب‌بر "شاکریه" در تمامی سیلاب‌های بزرگ رودخانه کرخه فعال است و از نظر حجم نگهداشت 50 درصد از کل حجم ذخیره پیشنهادی کل سامانه را تامین می‌کند. همچنین این حوضچه در نهایت به تالاب هورالعظیم منتهی می‌شود و علاوه بر کمک به تامین نیاز زیست‌محیطی تالاب، مکان مناسبی برای نگهداشت و ذخیره حجم قابل توجه سیلاب نیز می‌باشد. این گستره به‌عنوان موثرترین (اولویت اول) محل حوضچه تاخیری از نظر حجم ذخیره و مستعد بودن شرایط توپوگرافی تعیین شد.
The Karkheh basin is located in the west of the country with an area over than 50 thousand square kilometers. Despite the presence of upstream reservoir dams, especially the large Karkheh Reservoir Dam, its downstream plains and cities are still not safe from flood hazards. Considering the geological positioning of the Karkheh River basin, during heavy rainfall, over 70% of the basin area has the potential to produce flooding. The aim of the current research is to simulate flood flow using a one- and two-dimensional model and to use flood channels and storage ponds to divert and store part of the flood in a way that reduces downstream damage to an acceptable level. In order to hydraulically model the flow in flood conditions, the MIKE FLOOD model was used. This model has the ability to simulate complex flows in the river and floodplains hydrodynamically. The hydrological and geometric data required for the model were prepared; Also, flood discharges of 500 to 2500 cubic meters per second with a duration of 11 days and a volume equivalent to 475 to 2376 million cubic meters were introduced as the upstream boundary to the model for simulation in 5 scenarios. The results of the study showed that among the options studied, the "Shakariyeh" pond and floodgate are active in all major floods of the Karkheh River and provide 50% of the total proposed storage volume of the entire system in terms of storage volume. Also, this pond ultimately leads to the Hur-e-Azim wetland, which in addition to helping to meet the environmental needs of the wetland, is also a suitable place to store and store a significant volume of floodwater. This area was determined as the most effective (first priority) location for the delay pond in terms of storage volume and susceptibility to topographic conditions.
احمدی شرف، ا. و تجریشی، م.، 1393. جانمایی حوضچه‌های ذخیره با استفاده از مدل شبیه‌ساز SWMM و تصمیم‌گیری چند معیاره مکانی. نشريه آب و فاضلاب، 25، 6، 94، 57-66.
امور نظام فنی معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رئیس‌جمهور.، 1391. دستور العمل و ضوابط تقسیم‌بندی و کدگذاری حوضه‌های آبریز و محدوده‌های مطالعاتی در سطح کشور .شرکت مدیریت منابع ایران. 6.
بختیاری، م. و جهانتاب، ز .، 1401. مدلسازی مکانی سیلاب با استفاده از الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی و توابع تحلیلیGIS. پژوهشهای اقلیم‌شناسی. 194-177، 49.
تقیان، م.، 1396. برآورد آبدهی مطمئن در سیستمهای منابع آب با استفاده از بهینه‌سازی خطی. مجله علوم و مهندسی آبياری، مجله¬ی علمی- پژوهشی، 40 ، 1، 82-73.
چمن پیرا، غ.، روغنی، م.، ویسکرمی، ا. و پیامنی، ک.، 1394. ارزیابی تأثیر حوضچه‌های ذخیره آب در کنترل سیلاب حوزه آبخیز داد آباد لرستان، سومین کنفرانس ملی مدیریت و مهندسی سیلاب با رویکرد سیلاب‌های شهری، تهران، 9.
حسین زاده، م. و اسماعیلی، ر.، 1397. برآورد فرسایش کناره¬ای رودخانه با استفاده از مدل BSTEM. فصلنامه زمین‌شناسی ایران. 45. 53- 70.
حسینخانی، ح.، 1392. ارزیابی خطر فرسایش و پتانسیل رسوبدهی حوضه آبریز سد شهریار میانه با استفاده از تکنیک‌های GIS و مدل EPM. فصلنامه زمین‌شناسی ایران. 26. 96- 87.
حمادي، ك و ذاكري حسيني، ف. 1398. تحلیل وضعيت سیلاب¬هاي تاريخي رودخانه كرخه در استان خوزستان با تأكيد بر واقعه سیل فرودين 1398، کنفرانس ملی "سیلاب 98-97، اگر تکرار شود" اهواز، 9.
حمادي، ك. و نوذريان، ل.، 1400. ارزيابي سياست¬هاي بهره¬برداري سد مخزني كرخه توسط يك تابع خسارات نسبي طي سیلاب تاريخي فرودين 1398. هشتمين كنفرانس جامع مديريت و مهندسي سيلاب، تهران، 12.
رجایی، ف.، 1402. مقایسه روش‌های مختلف برآورد سیلاب به‌منظور طراحی ابعاد کانال (مطالعه موردی: شهرک صنعتی علویجه در حوزه آبخیز زاینده‌رود). پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی, 12(1), 260-273. doi: 10.22034/gmpj.2023.377849.1397
رجبی، ع.، یاوری، ع. و سلوکی، ح.، 1398. کاربرد مدل EPM در ارزیابی فرسایش خاک (مطالعه موردی، حوزه شازند). فصلنامه زمین‌شناسی ایران. 50. 98- 89.
سازمان زمین‌شناسی. نقشه‌های 1:250000. شیت‌های NI38-7,8,11,12,15, و NI39-5,9,13 و NH38-4 وNH 39-1.
شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس.، 1381. دستورالعمل بهره‌برداري و نگهداري سد كرخه، 142.
شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس.، 1381. مطالعات بهنگام سازي مرحله سوم سد کرخه، 382.
شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس.، 1383. طرح بهینه‌سازی تخصیص منابع آب کرخه، 253.
شریفی سیستانی، ع. و صنعی،ا .، 1397. ارزیابی استفاده از حوضچه‌های تاخیری جهت کاهش دبی پیک سیلاب در حوضه آبریز شهری کال سرافرازان. سومین کنفرانس بین‌المللی عمران، معماری و طراحی شهری، تبریز، 11.
فیض نیا، س.، موسویان، م.، عبدالهیان دهکردی، ز. و ابراهیمی درچه، خ.، 1394. بررسی اثر زمین‌شناسی بر سیل‌خیزی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز جونقان واقع در شهرکرد). مجله منابع طبیعی ایران، مرتع و آبخیزداری، 69، 4، 1395. 10177-1029.
قبادی، ف.، خداشناس، س. و مساعدی، ا.، 1397. مدیریت سیلاب شهری با احداث حوضچه‌های ذخیره‌ای (مطالعه موردی: منطقه 10 شهرداری مشهد). اولین همایش ملی راهبردهای مدیریت منابع آب و چالشهای زیست‌محیطی، ساري، 10.
کارآموز، م.، احمدي، آ. و نظيف، س.، 1385. چالش‌ها و فرصت‌هاي بکارگيري مدل‌هاي بهره‌برداري بهينه از سيستم‌هاي منابع آب. اولين همايش منطقه¬اي بهره¬برداري بهينه از منابع آب حوضه¬هاي کارون و زاینده‌رود شهرکرد. دانشگاه شهرکرد، 16.
محمدپور، م.، بهنیا، ع.، آخوند علی، ع. و تلوری، ع .، 1387. تاثیر سد مخزنی کرخه بر میزان خطرپذیری اراضی پایین‌دست و حریم قانونی رودخانه. مجله علوم و صنایع کشاورزی ویژه آّب و خاک، 22، 1، 96-79.
معمارزاده، ر.، 1398. مبانی مدیریت سیلاب در رودخانه‌ها و سیلاب‌دشت‌ها. هجدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، تهران، 9.
مهندسین مشاور ساز آب اهواز، کارفرما سازمان آب و برق خوزستان.، 1396. مطالعات پهنه‌بندی سیلاب رودخانه کرخه از سد کرخه تا تالاب هورالعظیم، 429.
Abrishamchi, A., Dashti M. and Tajrishy M., 2011. Development of a multi-reservoir flood control optimization model; Application to the Karkheh river basin, Iran. World Environmental and Water Resources Congress, Palm Springs, California, United States. 3048-3056.
Azarang, F., Telvari, A., Sedghi, H. and Shafai Bajestan, M ., 2015. Large dam effects on flow regime (case study: Karkheh river, downstream of reservoir dam). International Journal Available at www.cibtech.org/sp.ed/jls/ 2015/03/jls.htm. 5 (S3). 1970-1984.
Barr, T., 2002. Application of tools for hydraulic power plant presentation. 105- Upper Gotvand Hydroelectric Power Project Feasibility Study. Reservoir Operation Flood,14.
Carvalho Barreto, I.D., Stosic, T., Filho, M.C., Delrieux, C. P., Singh, V. and Stosic, B., 2020. Complexity Analyses of Sao Francisco River Streamflow: Influence of Dams and Reservoirs. American Society of Civil Engineers. J. Hydrol. Eng., 25(10): 05020036 . DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001996.
Hamidi Machekposhti, K., Sedghi, H., Telvari, A. and Babazade, H., 2016. Determination of Suitable Probability Distribution for Annual Discharges Estimation (Case Study: Karkheh River at Iran) International Journal of Probability and Statistics 2016, 5(3): 73-81.
Hamidi Machekposhti, K., Sedghi, H., Telvari, A. and Babazade, H., 2017. Flood Analysis in Karkheh River Basin using Stochastic Model. 3, 9, 794-808.
Labadi, J. W., 2004. Optimal Operation of Multi Reservoir Systems: State-of-the-art Review, Journal of Water Planning and Management. 130(2). 93-111.
Liu, l., Zhou, l., Li, x., Chen, T. and Ao, T., 2020. Screening and Optimizing the Sensitive Parameters of BTOPMC Model Based on UQ-PyL Software: Case Study of a Flood Event in the Fuji River Basin, Japan. American Society of Civil Engineers. Journal of Hydrologic Engineering. 25, 9 . DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001970.
McCollum, J. and Beighley, E., 2019. Flood Frequency Hydrology with Limited Data for the Weser River Basin, Germany, American Society of Civil Engineers. Journal of Hydrologic Engineering., 24(3): 05019002.
Moglen, G. E., Hood, K. and Hromadka, T.V., 2018. Examination of Multiple Predictive Approaches for Estimating Dam Breach Peak Discharges. American Society of Civil Engineers, Journal of Hydrologic Engineering., 24(2): 04018065.
Mondal, A. and Daniel, D., 2018. Return Levels under Nonstationarity: The Need to Update Infrastructure Design Strategies. American Society of Civil Engineers. DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001738. 43-52.
Smith, A., Sampson, C. and Bates, P., 2015. Regional flood frequency analysis at the global scale. Water Resources Research. 51 (1): 539–553. https://doi.org/10.1002/2014WR015814.
Yilmaz, M., Tosunoglu, F. and Kaplan, N.H., 2020. Evaluation of Trends and Dominant Modes in Maximum Flows in Turkey Using Discrete and Additive Wavelet Transforms. American Society of Civil Engineers. Journal of Hydrologic Engineering., 25(11): 05020037 . DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0002000.