مقاله مدیریت سیلاب در حوضه های شهری با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری(مطالعه موردی: منطقه ۲۲ تهران)

word قابل ویرایش
12 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

چکیده
از جمله اهداف مهم شبیه سازی سیلاب در حوضه های شهری میتوان به مواردی همچون تحقیق در مورد وقوع رواناب در زیرحوضه های مختلف، تعیین زیرحوضه هایی که بیشترین سهم را در تولید دبی اوج هیدروگراف خروجی دارند و همچنین بررسی حرکت رواناب در اجزای مختلف سیستمهای زهکشی و بازتاب آن در روشهای مدیریتی کنترل سیلاب در محدوده های شهری و نیز بررسی کفایت و یا عدم کفایت سیستم زهکشی موجود جهت تخلیه سیلاب در هنگام بروز بارش با دوره بازگشت طراحی، اشاره نمود. با توجه به موارد ذکر شده، شبیه سازی سیستم زهکشی منطقه ۲۲ تهران با استفاده از مدل کامپیوتری در اولویت انجام این تحقیق قرار گرفت. برای انتخاب مدل کامپیوتری مناسب، پس از بررسی مدلهای کامپیوتری متعدد موجود، مدلMIKE SWMM با توجه به قابلیتهای بالای آن در شبیه سازی سیستمهای زهکشی شهری، در نظر گرفته شد. نتایج آنالیزها با استفاده از مدل مذکور نشان داد که شیب حوضه ها و نیز نواحی با تراکم بالا بیشترین تأثیر را در دبی اوج هیدروگراف خروجی داشتهاست. همچنین در این تحقیق قسمتهایی از سیستم جمع آوری آبهای سطحی منطقه ۲۲ تهران که با شرایط فعلی توانایی عبور دادن سیلاب طراحی را نداشتند پس از شبیه سازی کامپیوتری، شناسایی شده و ابعاد بهینه تیپ برای آنها پیشنهاد شد و به این ترتیب استفاده از مدل مدیریت سیلاب(MIKE SWMM) به عنوان ابزاری موثر و کارآمد جهت مدیریت سیلاب در حوضه های شهری ارزیابی و پیشنهادگردید.
کلید واژهها: مدیریت سیلاب شهری، شبیه سازی، مدلMIKE SWMM

-۱ مقدمه
تخمینها نشان میدهد در سال ۲۰۰۰ بیش از نیمی از جمعیت جهان در نواحی شهری سکونت داشتهاند.[۱] این در حالی است که در بسیاری از کشورها مساحت اشغال شده توسط مراکز شهری، اغلب کمتر از ۵ درصد کل سطح کشور را در بر میگیرد. در نتیجه این واقعیت که به مفهوم تمرکز بالای فعالیتهای انسانی در مناطق شهری میباشد موجب تشدید رقابت برای دستیابی به همه انواع منابع از جمله آب (به عنوان ضروریترین منبع حیات) در نواحی شهری شدهاست. از سوی دیگر علی رغم این که آب برای بقای بشر و شهرنشینی ضروری میباشد ولی میتواند روی فعالیتهای انسانی تاثیرمنفی نیز داشته باشد که از جمله آنها میتوان به سیلاب، زهآب، فرسایش و رسوبگذاری اشاره نمود. این مشکلات در حوضه های شهری در اثر تغییر و اصلاح آبروهای طبیعی و افزایش سطوح نفوذناپذیر تشدید میشود. رواناب حاصل از سیلاب در حوضه های شهری موجب بروز مشکلات کمی و کیفی متعددی میشود[۲] که در این تحقیق تنها مشکلات کمی ناشی از سیلاب مورد بررسی قرار گرفته و برای این منظور مطالعه موردی براساس اطلاعات مربوط به یکی از مناطق۲۲ گانه کلان شهر تهران (منطقه (۲۲ انجام پذیرفت. منطقه بیست و دو تهران با مساحتی حدود ۶۲۰۰ هکتار پذیرنده جمعیتی بالغ بر ۷۰۰ هزار نفر در سالهای آتی خواهد بود و منطقه نسبتاً بزرگی را در غرب تهران تشکیل خواهد داد. با توجه به اهمیت منطقه، سطح وسیع و نیز وجود کاربریهای مختلف اراضی، بررسی کفایت شبکه موجود جمعآوری آبهای سطحی در عبور دادن سیلاب طراحی از اهمیت فوقالعادهای برخوردار بوده و به همین دلیل شبیه سازی سیستم زهکشی موجود با استفاده از مدل کامپیوتری در اولویت انجام این تحقیق قرار گرفت.

-۱-۱ اهداف تحقیقاتی
در این تحقیق شبیه سازی هیدرولوژیکی و هیدرولیکی سیستم جمع آوری آبهای سطحی در منطقه ۲۲ تهران به منظور نیل به اهداف تحقیقاتی زیر انجام شد:
-۱ تعیین زیرحوضه هایی که بیشترین سهم را در تولید دبی اوج هیدروگراف خروجی داشتهاند.
-۲ بررسی کفایت سیستم زهکشی موجود جهت تخلیه سیلاب در هنگام بروز بارش با دوره بازگشت طراحی.
-۳ پیشنهاد ابعاد تیپ مناسب برای سیستم جمع آوری آبهای سطحی منطقه ۲۲ تهران براساس سیلابهای طراحی بادوره بازگشتهای ۲، ۵ و ۱۰ سال.

-۲-۱ مدلهای شبیه سازی رواناب سطحی و سیلاب
مدلهای ریاضی و کامپیوتری در عمل ابزار بسیار سودمندی برای تجزیه و تحلیل مشکلات کمی و کیفی ناشی از سیلاب در حوضه های شهری میباشند. در این مدلها روابط ریاضی بیان کننده رفتار سیستم به کمک کامپیوتر حل می-شود.[۳] مدلهای موجود در زمینه شبیه سازی رواناب سطحی در محدوده های شهری در سه دسته طبقهبندی میشوند. دسته اول مدلهای شبیه سازی هیدرولوژیکی سیلاب هستند که به کمک آنها حجم و هیدروگراف سیلاب استخراج میگردد.
دسته دوم مدلها در زمینه شبیه سازی هیدرولیکی سیلاب و طراحی شبکه میباشند و قابلیت حل معادلات جریان در مسیر مربوطه را دارند و دسته سوم مدلهایی هستند که قابلیت شبیه سازی کیفی جریان و مدل کردن آلودگی در داخل شبکه را دارند. در این نوع مدلها شکل شبکه عمدتاً از قبل به منظور طراحی مشخص گردیده و شبیه سازی هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و کیفی بر اساس آن انجام میگیرد. تا کنون مدلهای متعددی تهیه شدهاند که دارای قابلیت شبیه سازی هیدرولوژیکی، هیدرولیکی یا کیفی و یا ترکیبی از آنها میباشند. از جمله این مدلها میتوان به مدلهای BRRL،ILLUDAS، MIDUSS، STORM، MOUSE، Infoworks CS، CEDRE، SWMM، MIKE SWMM، MIKE URBAN و RisUrSim اشاره نمود. پس از مطالعه مدلهای فوق و با توجه به وجود پیچیدگیهای مختلف در شبیه سازی شبکه جمعآوری آبهای سطحی منطقه ۲۲ تهران، استفاده از یک مدل قوی و مناسب در اولویت قرار گرفت که بر این اساس از میان گروه مدلهای فوق مدل MIKE SWMM، جهت انجام این تحقیق در نظر گرفته شد.

-۳-۱ مروری بر پژوهشهای انجام شده
اسمیت (۱۹۹۹)، از مدل کامپیوتری MIDUSS 98 برای تعیین ابعاد شبکه جمع آوری و تعیین ذخیره و تغذیه آب زیرزمینی در شبکه زهکشی شهری استفاده نمود.[۴] هسو و همکاران (۲۰۰۰)، برای شبیه سازی سیلاب در حوضه شهریتایپه مدل SWMM و مدل دو بعدی پخشیدگی جریان سطحی را تلفیق نمودند و به این نتیجه رسیدند که مدل تلفیقی، ابزار مناسبی برای تجزیه و تحلیل سیلاب ناشی از سرریز شدن آب از شبکه های جمع آوری آبهای سطحی و سیلاب ناشی از تخریب ایستگاههای پمپاژ میباشد.[۵] کامپانا و توچی (۲۰۰۱)، به منظور پیشبینی سیلاب در اثر توسعه شهرسازی از مدل هیدرولوژیکی IPH IV به همراه GIS استفاده نمودند و رابطه میان پارامترهای مدل هیدرولوژیکی و مشخصههای توسعه شهری را بر اساس طرح تفصیلی شهر دیلوویو در کشور برزیل بدست آوردند. نتایج شبیه سازی آنها نشان داد که علت اصلی پخش سیلاب در سطح شهر به دلیل انسداد مسیر جریان توسط پلها بوده است.[۶] وائس و همکاران (۲۰۰۴)، برای مدلسازی سیلاب در سیستمهای زهکشی شهر لوون در کشور بلژیک از دو مدل هیدرودینامیک یک بعدی Infoworks CS و MOUSE استفاده نمودند. آنها شبکه جمعآوری آبهای سطحی را در دو حالت: الف– با یک مسیر جمعآوری در هر خیابان و ب– با دو مسیر جمعآوری برای هر خیابان شبیه سازی نمودند و به این نتیجه رسیدند که در هر دو حالت دبیهای اوج سیلاب تفاوت زیادی نخواهد کرد اما زمان ماندگاری سیلاب در سطح خیابان تفاوت معنیداری خواهد داشت.[۷] اشمیت و همکاران (۲۰۰۴)، در قالب یک پروژه تحقیقاتی اروپایی که در کشور آلمان به انجام رسید مدل RisUrSim را برای تجزیه و تحلیل و مدلسازی سیلاب در سیستمهای زهکشی شهری تهیه نمودند. سپس مدل تهیه شده را به طور موردی در شهر کایزرس لاترن آلمان به کار بردند و پیشنهاداتی را در ارتباط با دادههای مورد نیاز برای مدلسازی، تایید مدل و نتایج شبیه سازی ارائه نمودند.[۸]

-۲ مواد و روشها
محدوده مورد مطالعه در این تحقیق، منطقه ۲۲ تهران به مساحت ۶۲۰۰ هکتار بوده است؛ حدود جغرافیایی این منطقه براساس سیستم تصویر جهانی UTM از شمال به مرز حوضه های میانی (حوضه های باغ اناری و دانشگاه) به مختصات عرضی ۳۹۵۸۵۳۰ متر، از جنوب به مرز اتوبان تهران کرج به مختصات عرضی ۳۹۵۲۳۳۴ متر، از شرق به رودخانه کن به مختصات طولی ۵۲۶۲۰۰ متر و از غرب به حد نهایی محدوده شهری تهران به مختصان طولی ۵۰۷۶۷۲ متر، محدود میگردد. شکل (۱) موقعیت منطقه ۲۲ در شهر تهران و نمایی از طرح تفصیلی آن را نشان میدهد. با توجه به شکل مذکور ملاحظه میشود که منطقه ۲۲ تهران با توجه به وسعت زیاد خود در برگیرنده شهرکهای مسکونی پراکندهای در سطح منطقه بوده که اغلب آنها دارای شبکه های نامنظم جمعآوری آبهای سطحی میباشند.

شکل -۱ موقعیتمنطقه ۲۲ درشهرتهرانونماییازطرحتفصیلیآندرسیستمتصویرجهانیUTM

۱-۲ معرفی مدل MIKE SWMM

نام این مدل از دوکلمه MIKE و SWMM تشکیل شده که اولی نشان دهنده موسسه تهیه کننده آن و دومی مخفف کلمات Storm Water Management Model به معنای مدل مدیریت سیلاب میباشد در حقیقت این مدل یک بسته نرم افزاری جهت شبیه سازی و آنالیز شبکه های جمعآوری آبهای سطحی و فاضلاب است که توسط مؤسسه هیدرولیک دانمارک به عنوان یک پردازنده قوی اطلاعات برای برنامه EPA SWMM تهیه شده و با دریافت اطلاعات ورودی مورد نیاز در محیط ویندوز، آنرا به فرمت مناسب برای مدل SWMM4.4 تبدیل مینماید. این مدل حاوی سه بلوک رواناب۱، انتقال۲ و انتقال توسعه یافته۳ میباشد. بلوک رواناب جهت شبیه سازی هیدرولوژیکی رواناب سطحی به کار میرود. بلوک انتقال به منظور بررسی انتقال آلودگی در شبکه زهکشی کاربرد دارد و بلوک انتقال توسعه یافته در شبیه سازی هیدرولیکی شبکه جمعآوری آبهای سطحی به کار میرود.[۹] که در تحقیق حاضر، جهت شبیه سازی هیدرولوژیکی و هیدرولیکی سیلاب به ترتیب از بلوکهای رواناب و انتقال توسعه یافته استفاده شد.

-۲-۲ معادلات اساسی و روشهای محاسباتی در مدل MIKE SWMM
در این مدل، مقدار جریان سطحی بر اساس روش موج سینماتیکی و روندیابی در داخل واحدها براساس روش مخزن غیرخطی مطابق شکل (۲) انجام میشود. بر این اساس مقدار جریان خروجی از زیر حوضه ها با استفاده از رابطه زیر بدست میآید:
که در آن: Q دبی خروجی از زیر حوضه ، W عرض واح
شکل-۲نحوه محاسبه رواناب سطحی و انجام روندیابی در مدل هیدرولوژیکی[۹]

همچنین در این مدل محاسبات مربوط به هیدرولیک جریان در مجاری آبرو براساس معادلات سنت ونان به صورت زیر میباشد:
که در آن: Q مقدار دبی، A سطح مقطع جریان، V سرعت، h ارتفاع جریان، S0 و Sf به ترتیب شیبهای کف وهیدرولیکی و t زمان است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 12 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد