روندیابی هیدرولیکی سیلاب به روش موج دینامیکو مقایسه با روندیابی هیدرولوژیکی ماسکینگام خطی و غیرخطی (مطالعه موردی : لیقوان چای)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز

چکیده

روندیابی جریان یک روش ریاضی برای پیشبینی تغییرات حجم، سرعت و شکل یک موج سیل در یک کانال به صورت
تابعی از زمان میباشد که اهمیت زیادی در مهندسی رودخانه، کنترل و کاهش خطرات سیل، حفاظت رودخانه، مدلسازی
جریان در مخازن و سرریزها دارد. حل مسئله روندیابی سیلاب بسته به شرایط و اطلاعات موجود از رودخانه میتواند
به روشهای هیدرولیکی و هیدرولوژیکی انجام پذیرد. در تحقیق حاضر روندیابی هیدرولیکی با استفاده از روش
تفاضلات محدود 4 نقطهای ماسکینگام بر مبنای معادله موج دینامیک سنت-ونانت انجام پذیرفت. بعلاوه، روشهای
هیدرولوژیکی ماسکینگام به صورت مدلهای خطی و غیرخطی به منظور مقایسه بکار گرفته شد که در آن برای تخمین
پارامترهای مدل ماسکینگام از روشکمترین مربعات خطاها استفاده شد. در مسیر مهرانرود بین ایستگاههای
هیدرومتری لیقوان و هروی با استفاده از هیدروگرافهای ورودی بالادست (ایستگاه لیقوان) و هیدرگرافهای خروجی
پایین دست (ایستگاه هروی) سه رویداد سیل برای روندیابی سیلاب انتخاب گردید. در روندیابی هیدرولیکی با استفاده از
هیدروگراف ورودی و مشخصات هیدرولیکی مسیر، هیدروگراف خروجی بدست آمد. مشخصات هیدرولیکی بکار گرفته
شده در این روش شامل شیب طولی، شیب دیوارههای جانبی، عرضکف و طول مسیر میباشد. در روندیابی
هیدرولوژیکی یکی از هیدروگرافهای سیلاب ورودی به انضمام هیدروگراف سیلاب خروجی مربوطه جهت محاسبه
پارامترهای مدلهای خطی و غیرخطی ماسکینگام بکارگرفته شد. سپس پارامترهای نتیجه شده برای ارزیابی برازش
نکویی مدلها با بکارگیری دو رویداد دیگر سیلاب ورودی و خروجی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که
هیدروگرافهای خروجی بدست آمده از روندیابی هیدرولیکی به روش موج دینامیک (روش تفاضلات محدود 4 نقطهای
ماسکینگام) سازگاری و تطبیق بیشتری با هیدروگراف خروجی مشاهداتی در مقایسه با روشهای هیدرولوژیکی
ماسکینگام دارند. همچنین کارائی ضعیف مدل خطی در مقایسه با مدلهای غیرخطی ماسکینگام مشاهده گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Hydraulic Flood Routing Using Dynamic Wave Method and Comparison with Linear and Nonlinear Hydrologic Muskingum Routing Methods (Case Study: Lighvan-Chai)

نویسندگان [English]

  • A Oladghaffari
  • A Fakheri-Fard
  • AH Nazemi
  • MA Ghorbani
چکیده [English]

Flow routing is a mathematical procedure for predicting volume change, speed, and shape of a flood
wave in a channel as a function of time which is of great importance in river engineering, flood
control and hazard reduction, river conservation, and modeling of flow in weirs and reservoirs. The
solution of flood routing can be carried out using hydrologic or hydraulic procedure depending on
conditions and existing information. In this research, hydraulic routing was carried out using
4-point finite difference Muskingum method based on St Venant dynamic wave equations.
Furthermore, Muskingum linear and nonlinear hydrological approaches were applied for the
purpose of comparing results of the methods and the parameters of Muskingum models were
estimated using least square errors procedure. Along the reach of Mehranrood between Lighvan and
Hervi hydrometer stations using upstream input hydrographs (Lighvan station) and downstream
output hydrographs (Hervi station) 3 flood events were selected for flood routing. In hydraulic
routing procedure, output hydrograph was obtained using input hydrograph and hydraulic
characteristics of the reach. Hydraulic characteristics used in this method were longitudinal slope,
side slope, bottom width and length of reach. In hydrologic routing procedure, one of the input
flood hydrographs associated with the related output one were used for estimation of linear and
nonlinear Muskingum models parameters. The resulted parameters then were used to evaluate the
goodness of fit of the models by application of the two other input and output flood hydrographs.
Results showed that hydraulic flood routing using dynamic wave method (4-point finite difference
Muskingum method) was more compatible with the observed output hydrograph than Muskingum
hydrological methods. Weak efficiency of the linear Muskingum model was also observed in
comparison with the nonlinear one.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dynamic wave
  • Hydraulic routing
  • Hydrological routing
  • Muskingum model
صالحی نیشابوری عا و تقدیسیان سم، 1376 . جریان در کانالهای باز(ترجمه).چاپ اول و انتشارات جزیل.
نیازی ف، فاخریفرد ا و حسینزاده دلیر ع، 1387 . مقایسه روشهای کلارک و ماسکینگام در روندیابی سیلاب رودخانه.
. دانشکشاورزی دانشگاه تبریز، شماره 2 جلد 18 ، صفحات 11 تا 25
Chow VT, 1973. Open Channel Hydraulics. Third Edition. McGraw Hill Book Company. New York.
Inc.
Cunge JA, 1969. On the subject of a flood propagate computational method. J Hydraul Res 7 (2),
205–230.
Das A, 2004. Parameter estimation for Muskingum models. Journal of Irrigation and Drainage
Engineering. ASCE. 130(2): 140-147.
Fennema RJ and Chaudhry MH, 1986. Explicit numerical schemes for unsteady free surface flows
with shocks. Water Resources Research. 22(13): 1923-30.
20 شماره 3 / سال 1389 / 60 اولادغفاری، فاخری فرد و ... مجله دانش آب و خاک/ جلد 1
Geem ZW, 2006. Parameter estimation for the nonlinear Muskingum model using the BFGS
technique. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. ASCE. 132(5): 474-478.
Gill MA, 1978. Flood routing by the Muskingum method. Journal of Hydrology. 36: 353-363.
Koussis AD, 1980. Comparison of Muskingum method difference schemes. Journal of Hydraulic.
ACSE. 106(HY5): 925-929.
Linsely RK and Kohler MA and Paulhus JLH, 1982. Hydrology for Engineers. Third Edition.
McGraw Hill Book Company. New York.
Mays LW, 2001. Water Resources Engineering. First Edition. John Wiley and Sons, Inc. New York.
McCarthy GT, 1938. The unit hydrograph and flood routing. New London. Conference North
Atlantic Division. US Army Corporation of Engineers.
Mohan S, 1997. Parameter estimation of nonlinear Muskingum models using genetic algorithm.
Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 123(2): 137-142.
Montgomery DC and Runger GC, 2003. Applied Statistics and Probability for Engineers. Third
Edition. John Wiley and Sons, Inc. Printed in the United States of America.
Moretti G, 1979. The lambda scheme. Journal of Computers and Fluids 7: 191-205.
Ponce VM and Lugo A, 2001. Modeling looped ratings Muskingum-Cunge routing. ASCE 6(2): 119-
124.
Sturm TW, 2001. Open Channel Hydraulics. MCGraw Hill Higher Education.
Tung YK, 1985. River flood routing by nonlinear Muskingum method. Journal of Hydraulic
Engineering, ASCE 111(12): 1447-1460.
Wang GT and Chen S, 2003. A semianalytical solution of the Saint-Venant equations for channel
flood routing. Journal ofWater Resources Research. 39(4): SWC 1-10.
Wang GT and Chen S, Boll J and Singh VP, 2003. Nonlinear convection-diffusion equation with
mixing-cell method for channel flood routing. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 8(5):
259-265.
Wang GT and Singh VP, 1992. Muskingum method with variable parameters for flood routing in
channels. Journal of Hydrology 134: 57-76.
Wang GT, Yao C, Okoren C and Chen S, 2006. 4-Point FDF of Muskingum method based on the
complete St Venant equations. Journal of Hydrology 324: 339-349.
Wilson EM, 1985. Engineering Hydrology. Third Edition. MACMILLAN Publishers LTD. Printed in
Hong Kong.
Yoon J and Padmanabahan G, 1993. Parameter estimation of linear and nonlinear Muskingum
models. Journal ofWater Resources Planning and Management ASCE 119(5): 600-610.