شبيه‌سازي دو بعدي سيل با استفاده از مدل Nays 2D Flood و مقايسه آن با تصوير ماهواره سنتينل2 (مطالعه موردي: سيل اسفند 1398 در بازه انتهايي رودخانه ارازكوسه، استان گلستان)

2D Flood Simulation Using the Nays 2D Flood Model and Comparison with the Sentinel 2 Satellite Image (Case Study: Flood of March 2019 at the end of Arazkuse River, Golestan Province)

سابقه و هدف: وقوع سيلاب با دوره بازگشت‌هاي نادر در بيشتر مناطق كشور و اثرات زيان‌بار جاني و مالي ناشي از آن‌ كه اغلب نيز به دليل اقدامات انساني تشديد مي‌شوند، باعث شده تا به مقوله مديريت سيلاب بيش‌ازپيش پرداخته شود. در اين راستا شبيه‌سازي پهنه سيلاب يكي از اقدامات مؤثر در كاهش ميزان اين خسارات مي‌باشد. به‌منظور شبيه‌سازي اين پهنه مدل‌هاي متعدد هيدروليكي توسعه‌يافته‌اند. مدل‌هاي عددي هيدروليكي مي‌توانند يك‌بعدي، دوبعدي و سه‌بعدي باشند. ازآن‌جهت كه در اجراي اقدامات مهندسي و مديريتي مربوط به سيل، لازم است تا پهنه آن با دقت كافي و با هزينه كم شبيه‌سازي شود، در تحقيق حاضر از يك مدل هيدروليكي دوبعدي با عنوان Nays 2D Flood استفاده ‌شده است. مواد و روش‌ها: مدل فوق در بازه كوتاهي از شاخه ارازكوسه قبل از الحاق آن به رودخانه گرگان‌رود براي رخداد سيل 26 اسفندماه 1398، به عنوان يك واقعه نادر، مورداستفاده قرار گرفت. بدين منظور يك لايه DEM با قدرت‌تفكيك يك متر و هيدروگراف سيل با گام زماني يك ساعت به مدل معرفي گرديد. پس از انتخاب شبكه سلولي مناسب و تهيه نقشه زبري كانال و دشت سيلابي از روي تصاوير Google Earth، مدل مذكور اجرا گرديد. يافته‌ها: نتايج اين شبيه‌سازي شامل نقشه‌هاي عمق، پهنه سيل و سرعت جريان مي‌باشد. ارزيابي نتايج مربوط به پهنه‌بندي در پژوهش حاضر از طريق محاسبه ضريب F و مقايسه پهنه شبيه‌سازي‌شده توسط مدل با تصاوير مشاهده‌شده از آن كه توسط ماهواره سنتينل2 در تاريخ 16 فروردين 1398 ثبت گرديده است، صورت پذيرفت. ميزان آماره F در تحقيق حاضر 0/78 محاسبه گرديد. اين رقم گواه اين است كه تطابق قابل‌قبولي بين پهنه محاسبه‌شده توسط مدل و پهنه مشاهده‌شده توسط ماهواره مذكور وجود دارد. مساحت پهنه سيل در تصوير ماهواره‌اي 13/95 هكتار مي‌باشد، در حاليكه پهنه شبيه‌سازي‌شده توسط مدل 14/30 هكتار برآورد گرديد. جهت ارزيابي نتايج مربوط به عمق، از داده هاي منحني سنجه استفاده گرديد. ميزان عمق محاسبه‌شده، توسط مدل در تاريخ 16 فروردين 1398 برابر 6/22 متر مي‌باشد. در همين تاريخ عمق آب طبق منحني سنجه معادل 6/63 متر، مشاهده شده است. ميزان خطا در اين ارزيابي 6/18 درصد محاسبه گرديد. نتيجه‌گيري: اين نتايج، حاكي از اين است كه مدل Nays 2D flood عملكرد قابل‌قبولي داشته است و مي‌توان از آن در تحقيقات آينده نيز استفاده كرد. با توجه به اينكه حركت سيل در دشت سيلابي در طول و عرض مي‌باشد، مد‌ل‌هاي دو بعدي كه اين واقعيت را لحاظ مي‌كنند بر مدل‌هاي يك بعدي ارجحيت پيدا مي‌كنند. نتايج اين تحقيق و تحقيقات مشابه، نشان از دقت خوب اين مدل‌ها در شبيه‌سازي پهنه سيل در خارج از مجراي رودخانه مي‌باشند. مدل مذكور با در اختيار داشتن يك لايه DEM با قدرت تفكيك بالا بدون نياز به داده‌هاي مقاطع كانال در مواقعي كه سيل از بستر رودخانه خارج شده باشد، با دقت مناسب قابل استفاده است.

Background and Objectives: Flooding occurrence with rare return periods in most regions of the country, and its harmful human and financial effects which are intensifying often due to human actionshas brought the issue of flood management under more attention. Numerous numerical models have been developed to simulate flooding. These hydraulic models are three types, i.e., one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional. Due to the fact that it is necessary to simulate inundation accurately with low cost, a two-dimensional horizontal hydraulic model called Nays 2D Flood was used in the present study. Materials and Methods: aforementioned model was used for a short period of time, it's before joining the Gorganrood River for the flood event occurred on March 20, 2019, as this phenomenon is one of the rare floods for region. For this purpose, a DEM with one meter resolution and flood hourly hydrograph were given to the model. Then an appropriate grid was determined and the roughness of the channel and flood plain were mapped using the Google Earth images in the model software environment. Results: The results of this simulation include maps of depth and flood zone and flow rate. The results were evaluated by computing the F coefficient and comparing the area calculated by the model with the images recorded by Sentinel2 satellite on the same date. The F statistic was calculated to be 0.78 in the present study. This number indicates that there is an acceptable match between the area calculated by the model and the area observed by the satellite. The flood area is 13.95ha in the satellite image, while the simulated area was estimated 14.30ha by the model. To evaluate depth results, from rating curve data were used. The depth calculated by the model is 6.22 m on 5 April 2019. At that date, the depth of water was observed according to the rating curve measuring 6.63 meters. The error rate in this evaluation was calculated 6.18%. Conclusion: These results suggest that the Nays 2D flood model has an acceptable function and it can also be used in future research. Since the flood movement in the flood plain is in length and width, two-dimensional models that take into account this fact are preferred one-dimensional models. The results of this study and similar research indicate the good accuracy of these models in simulating the flood zone outside the river channel. Having a high resolution DEM, the model can be used successfully without channel sections data when the flood has spread out of the channel bed.