تعيين مهم ترين پارامترهاي تأثيرگذار بر ميزان رواناب شهري با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردي: شهر مشهد، منطقه 9)

Determination of the Most Important Parameters Affecting the Urban Runoff using SWMM Model (Case Study: Mashhad City, District 9)

با توجه به رشد سريع شهرسازي و شهر­نشيني در ايران، مشكلاتي از جمله آب­گرفتگي معابر سطح شهر، انتشار آلودگي‌هاي زيست محيطي و خطرات ناشي از گسترش سيلاب به واسطه عدم وجود سيستم زهكشي مناسب و نابساماني كانال­ ها و مسيل­ ها از معضلات اساسي بسياري از حوزه‌هاي شهري ايران به شمار مي­ آيند، كه شهر مشهد نيز از اين قائده مستثني نبوده ­است. هدف از انجام تحقيق حاضر تعيين مهم ترين پارامترهاي تأثيرگذار (درصد اراضي نفوذ‌ناپذير، ضريب زبري مانينگ مناطق نفوذناپذير، ضريب زبري مانينگ مناطق نفوذپذير، عرض معادل، ارتفاع ذخيره مناطق نفوذناپذير، ارتفاع ذخيره مناطق نفوذپذير، شيب زيرحوزه و درصد مناطق نفوذناپذير بدون ذخيره سطحي) بر ايجاد رواناب در منطقه 9 شهر مشهد و ارزيابي عملكرد مدل SWMM مي­ باشد. در تحقيق حاضر براي شبيه­ سازي رواناب و مشخص كردن نقاط حساس به آب­گرفتگي از مدل SWMM استفاده گرديد. براي تعيين زمان تداوم رگبار طراحي، زمان تمركز حوزه با مساحت 74/41 كيلومتر مربع محاسبه و تداوم رگبار طرح برابر زمان تمركز حوزه در نظر گرفته شد. با انجام آناليز حساسيت مشخص شد از بين 8 پارامتر استفاده شده بيشترين تأثير را درصد مناطق نفوذناپذير روي ميزان دبي اوج دارد بعد از اين به‌ترتيب پارامتر ضريب زبري مانينگ در مناطق نفوذ‌پذير، عرض معادل، شيب، ارتفاع ذخيره در مناطق نفوذ‌‌ناپذير و مناطق نفوذ‌‌ناپذير بدون ذخيره سطحي در رتبه بعدي قرار داشته­ اند. نتايج حاصل از واسنجي مدل نشان داد كه شبيه‌سازي چهار واقعه بررسي شده انطباق خوبي دارد كه مقدار NS براي وقايع بيشتراز 5/0 مي­باشد. نتايج ارزيابي مدل SWMM كارايي و دقت مدل را با مقدار NS بالاتر از 5/0 تاييد مي­ كند. همچنين مقادير RMSE براي وقايع شبيه‌سازي حاصل از واسنجي و ارزيابي مدل SWMM به ترتيب برابر 6/0، 65/0، 58/0 و 91/80 و 61/0 و 14/1 شد، كه نشان دهنده نتايج قابل قبول مدل است. در نتيجه مي‌توان گفت انطباق خوبي بين رواناب شبيه‌سازي شده و مشاهده‌اي وجود دارد و اين مي‌تواند نشان دهنده‌ اين باشد كه مدل SWMM دقت مورد نياز براي شبيه‌سازي رواناب شهري را دارد و مي‌توان از اين مدل براي طرح‌هاي مديريت رواناب شهري و طراحي شبكه زهكشي رواناب شهري با تعيين اثرات مهم ­ترين پارامترهاي تأثيرگذار بر ميزان رواناب شهري در منطقه مورد مطالعه استفاده نمود.

Due to the rapid urbanization in Iran, different issues have emerged in its major cities such as street flooding, dispersal of dangerous chemicals and flood-related risks due to the lack of a proper drainage network and disorders in the flood channels; and, Mashhad is not exempt from these issues. The aim of this study is to determine the most important parameters affecting (area of impermeable surfaces has the highest impact, followed by the Manning roughness coefficient in permeable areas, the equivalent width, slope, height of storage in impermeable areas, and impermeable areas without surface storage) runoff generation in District 9 of Mashhad city and to evaluate the performance of the SWMM model. The SWMM model was used to simulate runoff and identify critical areas. In order to determine the duration of the design storm, time of concentration was measured and used as a surrogate. Sensitivity analysis showed that among the eight considered parameters, area of impermeable surfaces has the highest impact, followed by the Manning roughness coefficient in permeable areas, the equivalent width, slope, height of storage in impermeable areas, and impermeable areas without surface storage. The model calibration results showed a good agreement between the simulations of the four incidents with a NS higher than 0.5. The obtained NS confirms the SWMM model’s performance and accuracy. The RMSE was measured 0.6, 0.65, 0.58 and 0.91 respectively for the incidents dated 2015/1/10, 2015/2/15, 2015/2/21 and 2015/3/6, as well as 0.61 and 1.14 for the incidents dated 1394/1/7 and 1394/1/11, which suggest an acceptable model performance. Given the results, there is a good agreement between the simulated and actual runoff volumes which is an indication of the good performance of the SWMM model in predicting urban flood and the model could then be used in urban flood management projects and drainage network planning in Mashhad.