نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

مدیریت و کنترل سیلاب با استفاده از تلفیق مدل شبیه ساز SWMM و الگوریتم فراکاوشی NSGA_II (مطالعه موردی : حوضه آبریز شهری غرب تهران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
غلامحسین اکبری 1
ایمان لطفی 2
محمد یوسفی رباطی 3
1 دانشیار گروه مهندسی عمران، آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران
3 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران
10.22125/iwe.2024.437852.1787
چکیده
در تحقیق حاضر حوضه آبریز شهری غرب تهران (رودخانه درکه) مورد مطالعه قرار گرفته است. طرح سامان دهی و مدیریت ‏کنترل و انتقال آب‌های سطحی کلان شهر تهران از مهمترین طرحهای عمرانی و گسترش توسعه شهری مناطق شمال و شمال ‏غرب استان تهران می باشد. در این مقاله، به منظور‎ ‎ارائه‌ی طرح بهینه‌ی بهسازی شبکه جمع آوری سیلاب شهری از یک مدل ‏تلفیقی بهینه‌سازی و شبیه‌سازی توسعه یافته استفاده شده است. بکارگیری اصول مهندسی در طراحی سامانه انتقال سیلاب‌ها، ‏از جمله تحلیل‌های لازم برای رفع مشکلات و پیشگیری از خسارات سیل راهکارهایی است که موجب کم کردن مسائل ‏بهداشتی و رفاهی میلیون‌ها نفر از ساکنین پاییتخت می‌شود. با تکیه بر طراحی و بهسازی اصولی و صحیح سامانه انتقال ‏رواناب‌ها می‌توان خسارات ناشی از آن‌ها را کاهش و استفاده از این نوع هرزآب‌ها را تا حدودی افزایش داده و امنیت ناشی از ‏بحران‌های احتمالی این جریان‌ها را بخوبی مدیریت نمود. برای این منظور از مدل تلفیقی هیدرولیکی ‏SWMM‏ برای روندیابی ‏سیلاب درکانال‌ها و مسیل‌ها استفاده گردیده است. از تلفیق مدل ‏SWMM‏ و الگوریتم فراکاوشی چندهدفه ‏NSGA-II، ابعاد ‏بهینه کانال عبور سیلاب تعیین گردیده، و آنالیزهای مربوط به حداقل‌سازی هزینه‌ها و جلوگیری از فرارآب در شبکه ‏محاسباتی انجام گردیده است. نتایج نشان می‌دهد در دوره بازگشت 50 ساله، درحالت اول (فقط تغییرات درارتفاع وعرض ‏پلها) کاهش 34.2 درصدی ودرحالت دوم (تغییرات ارتفاع و عرض درکانال + پل‌ها) تا کاهش 100 درصدی درمیزان فرارآب ‏ازشبکه بدست می‌آید که برتری هردو حالت را نسبت به حالت بدون طرح نشان داده شده است.‏
کلیدواژه‌ها
الگوریتم‌های تلفیقی
سیلاب‌های شهری
راهکارهای عددی
NSGA-II
&‌rlm
SWMM&‌rlm
.&‌rlm
موضوعات

عنوان مقاله English

Flood Management and Control Using SWMM Simulation Model Integration and NSGA_II Meta-Exploration Algorithm (Case Study: West Tehran Urban Catchment)

نویسندگان English

Gholamhossein Akbari 1
Iman Lotfi 2
mohammad yousefirobati 3
1 Associate Professor Department of Civil Engineering, Water and Hydraulic Structures, Technical and Engineering Faculty, Bojnourd University, Bojnourd, Iran
2 Master's student, Department of Civil Engineering, Water and Hydraulic Structures, Technical and Engineering Faculty, Bojnourd University, Bojnourd, Iran
3 Masters, Department of Civil Engineering, Water and Hydraulic Structures, Technical and Engineering Faculty, Bojnourd University, Bojnourd, Iran
چکیده English

the use of hydraulic and hydrological models can solve the need of officials to ‎reduce flood damage for a specific area, and if they have time and cost ‎limitations, it can Use optimization algorithms to solve this problem, In such a way ‎that according to the available cost and budget, in the shortest time by linking the simulation and optimization models, they reach ‎the desired logical and reasonable answer and reduce the amount of damages to ‎the lowest possible amount. For this purpose, the combined hydraulic model ‎SWMM has been used to determine the flood trends in canals and canals. From ‎the combination of SWMM model and NSGA-II multi-objective meta-exploratory ‎algorithm, the optimal dimensions of the flood channel have been determined, ‎and the analyzes related to the minimization of costs and the prevention of water ‎runoff have been performed in the computational network. The results show that ‎in the return period of 50 years, in the first case (only changes in the height and ‎width of the bridges), there is a 34.2% reduction, and in the second case (changes ‎in the height and width of the canal + bridges), up to a 100% reduction in the ‎amount of water leakage from the network is obtained, which shows the ‎superiority of both cases compared to the case without The design is shown.‏

کلیدواژه‌ها English

Combined algorithms
NSGA-&‌lrm
II
numerical solutions
&‌lrm
SWMM
Urban floods.&‌lrm
اکبری، خ.، مهاجری، س.ح.، مهرآیین، م.، براتی، ر.، صمدی، ا.(1401). تحلیل حساسیت روندیابی ماسکینگام نسبت به مدل رقومی ارتفاع با استفاده از نرم افزار HEC_HMS (مطالعه موردی : حوضه آبریز سد دز). پژوهش‌های مهندسی آب ایران، دوره2 شماره1، صص 19-31.
امینی یزدی، م و فغفور مغربی، م. (1402). بررسی استفاده از حوضچه تاخیری بر روی جمع آوری آب‌های سطحی به وسیله شبیه‌سازی (مطالعه موردی: کال اقبال شرقی مشهد). سامانه سطوح آبگیر باران، دوره11، شماره 2، صص 1-16.
بدیعی زاده, ا.، بهره مند, ب.، دهقانی, د.، امیر احمد، ا.(1396). کالیبراسیون و ارزیابی مدل هیدرولیکی-هیدرولوژیکی SWMM به منظور شبیه سازی رواناب سطحی (مطالعه موردی: شهر گرگان). (پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز (علمی-پژوهشی, 7(14), 10-1.‎
حصامی, ز.، دستورانی, م.ت.، و رضایی، ف. (1402). بررسی کارایی مدل SWMM در شبیه سازی و ارزیابی ظرفیت کانال‌های شهری کلات نادری جهت عبور جریان‌های سیلابی. جغرافیا و مخاطرات محیطی.‎
حیدری، م.(۱۳۹۷)، "توسعه یک مدل شبیه سازی بهینه سازی برای بهسازی و تقویت سامانه جمع آوری سیلاب شهری"، هفتمین کنفرانس ملی مدیریت منابع آب ایران، یزد، دانشگاه یزد - انجمن علوم ومهندسی منابع آب ایران.
رفیعی، م.ر.، رسولی، د.، ذوالقدر، م. و مهبد، م. (1401). ارزیابی عملکرد مدل‌های SWMM و SewerGEMS در تحلیل سیلاب شهری جمع آوری شده توسط شبکه زهکش‌های سطحی(مطالعه موردی شهر جدید لار). نشریه مهندسی منابع آب،دوره 15، شماره 54، صص 107-124.
روستایی,ش.،  افتخار, ح، کرمی,ف.، و نگهبان,س.(1401). سیر سیبرنتیک ضریب سیل‌خیزی حوضه‌های آبخیز شهری با استفاده از مدل توزیع نرمال (مطالعه موردی: حوضه آبخیز شیراز). پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی, 11(3), 23-38.
زنجانیان,ح.(1401). مدلسازی کمی و کیفی رواناب شهری با بهره‌گیری از روش‌های توسعه کم اثر (مطالعه موردی: منطقه 10 شهرداری تهران). مطالعات علوم محیط زیست, 7(1), 4521-4530.
کوهی, ح.(1402). بررسی اثر تغییر اقلیم بر سیلاب شهری و کاهش آسیب‌پذیری با بهره‌گیری از ابزارهای توسعه کم اثر. مدیریت جامع حوزه‌های آبخیز, 3(2), 30-46.
کاظمی، م.ج.، خزایی، ص.(1395). مدل سازی زمان رسیدن آلودگی فسژن اکسیم به حداکثر میزان در رواناب (مطالعه موردی: مناطق مجاور رودخانه کن و شمال سیل برگردان غرب تهران).‎
کرمی,م.، اردشیر, ع.، و بهزادیان,ک.(1394). مدیریت خطرپذیری آبگرفتگی و آلودگی ناشی از سیلاب شهری با استفاده از راهکارهای بهینه متداول و نوین. تحقیقات منابع آب ایران, 11(3), 100-112.
مقدم,م.ر.، ناهید,م.، و کرکه‌آبادی,ز.(1400). ارزیابی خطر آبگرفتگی در سیستم‌های شهری با مدل مدیریت سیلاب؛ مطالعه موردی منطقه 4 تهران. تحقیقات جغرافیایی, 36(4), 419-428.
موسسه تحقیقات آب (1399)، "پروژه مدیریت یکپارچه سیلاب، حوضه آبریز کن"، پژوهشکده منابع آب.
مرکز مطالعات و برنامه‌‌ریزی شهر تهران. (1398)، "طرح جامع مدیریت آب‌‌های سطحی شهر تهران " گزارش 231.
ناصح پور,م.،  خزیمه نژاد,ح.، و فروتن,ا.(1399). ارزیابی اثرات توسعه شهری بر رواناب با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردی: استان قم). علوم و تکنولوژی محیط زیست, 22(12), 79-89.
یزدی، ج و صالحی نیشابوری، س.ع.ا.(1392)، " استخراج طرح‌‌های بهینه مدیریت سیلاب بادر نظرگرفتن خطر تلفات جانی به کمک الگوریتم ژنتیک دو هدفه "، مجله علمی پژوهشی عمران مدرس، دوره سیزدهم، شماره 1.
یزدی، ج.، طالبی، شقایق. و شاه سوندی، م. (1402). جانمایی مخازن تعدیل سیلاب و طراحی سیستم انحراف رودخانه به منظور ایمن‌سازی سیلاب‌دشت (مطالعه موردی رودخانه گرگانرود). نشریه سد و نیروگاه برق آبی ایران، دوره10، شماره2، صص 48-66.
Alam, S. and Rahman, M.A. (2024). January. Inconsistent using FLOOD and Flooding Development of EPA SWMM for Assessing Flood Occurrences in Vulnerable Urban Watershed Considering Extreme Rainfall Events. In Journal of the Civil Engineering Forum (pp. 85-98).
Jun, S., Xue, L., & Jiali, Y. (2019). Evaluation of drainage capacity in old urban area of Tongshan County Based on SWMM Model. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 358, No. 2, p. 022084). IOP Publishing.
Kumar, N., Liu, X., Narayanasamydamodaran, S., & Pandey, K. K. (2021). A systematic review comparing urban flood management practices in India to China’s sponge city program. Sustainability, 13(11), 6346.
Nkwunonwo, U. C., Whitworth, M., & Baily, B. (2020). A review of the current status of flood modelling for urban flood risk management in the developing countries. Scientific African, 7, e00269.
Rezende, O. M., de Oliveira, A. K. B., Jacob, A. C. P., & Miguez, M. G. (2019). A framework to introduce urban flood resilience into the design of flood control alternatives. Journal of Hydrology, 576, 478-493.
Sun, H., Dong, Y., Lai, Y., Li, X., Ge, X. and Lin, C. (2022). The Multi-Objective Optimization of Low-Impact Development Facilities in Shallow Mountainous Areas Using Genetic Algorithms. Water, 14(19), p.2986.
Taheriyoun, M., Fallahi, A., Nazari-Sharabian, M. and Fallahi, S. (2023). Optimization of best management practices to control runoff water quality in an urban watershed using a novel framework of embedding-response surface model. Journal of Hydro-environment Research, 46, pp.19-30.
Wang, L., Cui, S., Li, Y., Huang, H., Manandhar, B., Nitivattananon, V., ... & Huang, W. (2022). A review of the flood management: from flood control to flood resilience. Heliyon, 8(11).
Zhang, X., Qiao, W., Xiao, Y. and Lu, Y. (2023). Analysis of regional flooding in the urbanization expansion process based on the SWMM model. Natural Hazards, 117(2), pp.1349-1363.