Flood Hazard Zonation by Combining Mod-Clark and HEC-RAS Models in Bustan Dam Basin, Golestan Province

Document Type : Research Article

Authors

• Z. Parisay
• V. Sheikh
• M. Ownegh
• A. Bahremand

Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources

https://doi.org/10.22067/jsw.v0i0.28016

Abstract

Flood is one of the devastating phenomena which every year incurs casualties and property damages. Flood zonation is an efficient technique for flood management. The main goal of this research is flood hazard and risk zonation along a 21 km reach of the Gorganrud river in Bustan dam watershed considering two conditions: present landuse condition and scenario planning. To this end a combination of a hydrologic model (the distributed HEC-HMS with the Mod-Clark transform option) and a hydraulic model (HEC-RAS) were used. The required inputs to run the Mod-Clarck module of HEC-HMS are gridded files of river basin, curve number and rainfall with the SHG coordinate system and DSS format. In this research the input files were prepared using the Watershed Modeling System (WMS) at cell size of 200 m. Since the Mod-Clark method requires rainfall data as radar format (NEXRAD), the distributed rainfall mapseries with time intervals of 15 minutes prepared within the PCRaster GIS system were converted to the DSS format using the asc2dss package. also the curve number map was converted to the DSS format using HEC-GeoHMS. Then, these DSS files were substituted with rainfall and curve number maps within the WMS. After calibration and validation, model was run for return periods of 2, 5, 10, 25, 50, 100 and 200 years, in two conditions of current landuse and scenario planning. The simulated peak discharge data, geometric parameters of river and cross section (at 316 locations) data prepared by the HEC-GeoRAS software and roughness coefficients data, were used by the HEC-RAS software to simulate the hydraulic behavior of the river and flood inundation area maps were produced using GIS. The results of the evaluation showed that in addition to the percent error in peak flow, less than 3.2%, the model has a good performance in peak flow simulation, but is not successful in volume estimation. The results of flood zones revealed that from the total area in floodplain with return period of 200 years, 96.94% of the area is exposed to the return period of 25 years floods, and a main part of damages go to the floodplains which are under a return period of 25 years floods.

Keywords

• MadClark
• WMS
• HEC-HMS
• HEC-RAS
• zonation
• Hazard
• Bustan dam

20.1001.1.20084757.1393.28.4.8.0

References

1- آذری ح.، متکان ع.ا.، شکیبا ع.ر. و پورعلی س.ح. 1388. شبیه‌سازی و هشدار سیل با تلفیق مدل‌های آبشناس در GIS و برآورد بارش از طریق سنجش از دور، فصلنامه زمین‌شناسی ایران، سال سوم، شماره نهم، ص 39– 51.

2- برخوردار م. و چاوشیان س.ع. 1379. پهنه بندی سیلاب. مجموعه مقالات کارگاه فنی روش های غیرسازه ای مدیریت سیلاب، کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، ص 63- 80.

3- بزرگی ب. و ابراهیمی لویه ع. 1385. بررسی نقش آموزش و ارتباطات در ارتقاء آگاهی‌های عمومی با هدف مدیریت ریسک سیلاب، کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، اولین کارگاه فنی همزیستی با سیلاب، تهران، 25 مرداد ماه، ص 59– 74.

4- بهرامی س.ع. 1388. بررسی اثر تغییر کاربری اراضی بر خصوصیات هیدرولوژیک حوضه آبخیز سد بوستان – استان گلستان با استفاده از مدل HEC-HMS، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، 161 ص.

5- پریسای ز.، شیخ و.، اونق م. و بهره‌مند ع. 1391. مقایسه روش‌های پیل‌گریم و هاف برای تعیین الگوی زمانی بارش در حوضه آبخیز سد بوستان، فصلنامه علمی – پژوهشی جغرافیا (برنامه‌ریزی منطقه‌ای)، سال سوم، شماره 1، زمستان 91، ص 119-126.

6- خلیلی زاده م.، مساعدی ا. و نجفی نژاد ع. 1384. پهنه بندی خطر سیل در بخشی از محدوده رودخانه زیارت در حوضه آبخیز شهری گرگان. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، سال دوازدهم، شماره 4، ص 138- 146.

7- شریفی منش ح. و ابوالقاسمی م. 1378. راهنمای استفاده از نرم افزار HEC-RAS. مرکز تحقیقات آب. 115ص.

8- شعبانلو س. و همرنگ م.ر. 1390. مقایسه هیدروگراف های سیلاب برآورد شده توسط مدل های یکپارچه و توزیعی (مطالعه موردی حوضه آبخیز کارون)، دومین کنفرانس ملی پژوهش های کاربردی منابع آب ایران، شرکت آب منطقه ای زنجان، ص 1-8.

9- علیزاده ا. 1387. اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارات دانشگاه تهران، 437ص.

10- غفاری گ. و امینی ع. 1389. مدیریت دشت های سیلابی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) مطالعه موردی: رودخانه قزل اوزن، فصلنامه علمی- پژوهشی فضای جغرافیایی، سال دهم، شماره 32، ص 117- 134.

11- غفاری گ.، سلیمانی ک. و مساعدی ا. 1386. پهنه بندی خطر و ارزیابی خسارت سیل با استفاده از HEC-GeoRAS (مطالعه موردی رودخانه بابلرود)، نشریه دانشکده منابع طبیعی، دوره 60، شماره 2، ص 439- 451.

12- قمی اویلی ف.، صادقیان م.ص.، جاوید ا.ح. و میرباقری س.ا. 1389. شبیه سازی پهنه بندی سیل با استفاده از مدل HEC-RAS (مطالعه موردی: رودخانه کارون حدفاصل بند قیر تا اهواز)، فصلنامه علوم و فنون منابع طبیعی، سال پنجم، شماره 1، ص 105- 115.

13- کلانتری اسکوئی ع.، ثقفیان ب. و آل شیخ ع.ا. 1389. راه حلی برای استفاده از مدل هیدرولوژیکی مادکلارک در محیط HEC-HMS در ایران با استفاده از GIS، مجله مهندسی فناوری اطلاعات مکانی، سال یکم، شماره سوم، ص 1- 14.

14- موسوی ندوشنی س. و داننده مهر ع. 1384. سیستم مدل‏سازی هیدرولوژیکی (HEC-HMS)، انتشارات دیباگران تهران، 295 ص.

15- وزیری ف. 1371. تعیین روابط منطقه‌ای بارندگی‌های کوتاه‌ مدت در ایران. طرح پژوهشی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی. 28 ص.

16- ولیزاده کامران خ. 1386. کاربرد GIS در پهنه بندی خطر سیلاب (مطالعه موردی: حوضه رود لیقوان)، مجله فضای جغرافیایی، سال هفتم، شماره 20، ص 153-169.

17- وهابی ج. 1385. پهنه بندی خطر سیل با استفاده از مدل های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی (مطالعه موردی طالقان رود)، مجله پژوهش و سازندگی، شماره 71، ص 33– 40.

18- یمانی م.، تورانی م. و چزغه س. 1391. تعیین پهنه های سیل گیر با استفاه از مدل HEC-RAS (مطالعه موردی: بالادست سد طالقان از پل گلینک تا پل وشته)، مجله جغرافیا و مخاطرات محیطی، شماره اول، ص 1– 16.

19- Ghavidelfar S., Alvankar S.R. and Razmkhah A. 2011. Comparison of the lumped and quasi-distributed clark runoff models in simulating flood hydrographs on a semi-arid watershed. Water Resour Manage, 25: 1775–1790.

20- Hill M. 2001. Floodplain delineation using the HEC-GeoRas extension for ArcView. Brigham Young University, 514 p.

21- Hoblit B.C. and Curtis D. 2002. Integration of radar rainfall into hydrologic models, 9th International Conference on Urban Drainage, Portland, Oregon, USA, Pp: 1-9.

22- Knebl M.R., Yang Z.L., Hutchison K. and Maidment D.R. 2005. Regional scale flood modeling using NEXRAD rainfall, GIS, and HEC-HMS/RAS: a case study for the San Antonio river basin summer 2002 storm event, Journal of Environmental Management, 75: 325–336.

23- Kull D. and Feldman A. 1998. Evolution of Clark’s unit graph method to spatially distributed runoff, Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 3(1): 9-19.

24- Muller A. and Reinstorf F. 2011. Exploration of land-use scenarios for flood hazard modeling – the case of Santiago de Chile, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 8: 3993–4024.

25- Napraden I. and Chira R. 2006. The hydrological modeling of the Usturoi valley-using two modeling programs -WetSpa and HEC-RAS. J. of Earth and Environmental Sciences, 1(1): 53 – 62.

26- Paudel M., Nelson E.J. and Scharffenberg W. 2009. Comparison of lumped and quasi-distributed Clark runoff models using the SCS curve number equation. Journal of Hydrologic Engineering, 14(10): 1098-1106.

27- Peters J. and Easton D. 1996. Runoff simulation using radar rainfall data, Water Resource Bulletin, AWRA, 32(4): 753-760.

28- Pilgrim D.H. and Cordery I. 1975. "Rainfall Temporal Patterns for Design Floods", Journal of Hydraulic- Division, ASCE, 101: 1. 81-95.

29- Slobodan P.S. 2009. Managing Water Resources. Unesco Publishing, Pp. 295-429.