Investigating the flood susceptibility in Amuqin Watershed using analytical hierarchy process method

Hoseini, Yaser Investigating the flood susceptibility in Amuqin Watershed using analytical hierarchy process method. University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
طرح 12.pdf

Download (612kB)

Abstract

Flood discharge is of high importance in studies regarding water resource exploitation, flood control, construction of dams, basin management, and hydrologic studies. Therefore, the accuracy of these studies and the safety of waterworks and water structures depend on the methods of studies to a large extent. It is impossible to manage water resources in basins without the accurate determination of the peak flood discharge. The advances in flood estimation techniques has made it possible to use rainfall-runoff models to assess the hydrographic properties of the flood in watersheds and decrease the risks of the flood. It is of high importance to determine the flood discharge of different basins, in studies on water resources. Therefore, the current research mainly aims to assess Analytical Hierarchy Process (AHP) method to provide flood susceptibility map and also determining of peak flood discharge of Amughin using the SCS and HEC-1 method of the WMS model (watershed modeling system). Amughin basin is located in Northwest Iran. The basin is surrounded by mountains and is considered as a basin of Ardabil Province. It lies within 47°53'59" to 48°10'34" longitude and 38°15'4" to 38°15'32" latitude. Its height is almost 3573 m with a general slope from the East to west and Its area is approximately 78 km2. To determine the mean CN coefficient on the surface of the design basin, the surface geological status of the basin, vegetation and land applications were studied accurately and the CN coefficient was estimated. In general, soil hydrologic groups were divided into three subgroups: B, C and D. Based on geological studies, permeability, vegetation and hydrologic conditions of basin soil, the CN value of the Amughin basin was estimated that to be 78.7. In this study, different factors, e.g. elevation classes, the percentage of slope, land curvature, distance from the river, topographic wetness index (TWI), stream power index (SPI), curve number are used in the Amughin watershed in Ardabil province. The raster maps of these layers were provided by using ArcGIS10.1. The effective layers on flooding susceptibility were classified to nine classes and importance of each factor was evaluated in comparison with other factors according to the expert opinions, and then the related weights were calculated in the expert choice software. Furthermore, the obtained. weights of each factor were applied to every layer using Geographic Information Systems (GIS) to provide flood susceptibility map. Finally, the flood susceptibility map was prepared and classified into very low, low, moderate, high, and very high susceptibility. The results showed that the curve number had the highest effects on the flood susceptibility, and also distance of the river and the rain classes are in the next priorities. The lowest factor in the flood is related to plan curvature. Moreover, the results indicated that about 0.64% and 4.4% of the study area were recognized with high sensitivity and very low sensitivity, respectively. Also study was carried out to Comparison of HEC-1 to determine the peak flood discharge using the WMS model and SCS Unit Hydrograph Method in Amughin basin. The model calibration results comparison with rainfall-runoff phenomena in the area was determined (RE= 7.17، RMSE = 0.44) and for validation results was determined as (RE%= 2.51, RMSE= 0.0042), showed good correspondence with the observed values in HEC-1 method. The obtained results of peak discharge from SCS and HEC-1 method in 25, 50 and 100 years return period were compared, the results showed that the average estimates of the SCS method are approximately 15% higher than the HEC-1 method. according to paired T-test of difference between HEC-1 and SCS values in the return periods in the level confidence of 0.01 are not significant. the results obtained from this method can be pushed closer to the actual values if the watershed lag time is calculated more accurately using floods occurred in the basin studied. Given the high sensitivity of this method to rainfall distribution across the region, an analysis of rainfall across the region is required to obtain desirable results and the rainfall distribution and its time distribution should be pushed close to the corresponding values in the region. According to the results, it can be argued that, the results obtained from the WMS model shows a little bit less than the Actual values have been seen. In fact, WMS model requires calibration in the study region. And in Amuqhin basin the results of HEC-1 model are closer to reality comparison with the SCS method. Also results showed that AHP method have a better accuracy in comparison with other methods. The results of present study could be useful to managers, researchers, and designers for better managing the flood affected areas and to reduce its damage.

Item Type: Other
Persian Title: بررسی حساسیت به ‌وقوع سیل در حوزه آبریز عموقین با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP)
Persian Abstract: دبی سیل در مطالعات مربوط به بهره برداری از منابع آب، کنترل سیل، ساخت سدها، مدیریت حوضه و مطالعات هیدرولوژیکی اهمیت زیادی دارد. بنابراین، تا حد زیادی دقت این مطالعات و ایمنی تاسیسات آبی بستگی به روش های مطالعاتی دارد. مدیریت منابع آب در حوضه ها بدون تعیین دقیق دبی سیلاب امکان پذیر نیست. پیشرفت تکنیک های تخمین سیلاب امکان استفاده از مدل های بارش - رواناب را برای ارزیابی خصوصیات هیدروگراف سیل در حوزه های آبخیز و کاهش خطرات سیل ایجاد کرده است. در تحقیقات منابع آب، تعیین دبی سیلاب حوزه های مختلف اهمیت بسیار زیادی دارد. بنابراين، اين مطالعه با هدف استفاده از سیستم تحلیل سلسله مراتبی جهت تعیین مناطق پر خطر از نظر سیلاب در حوضه آبریز عموقین صورت گرفته است.. علاوه بر این حداکثر سیلاب به روشهای HEC-1 و SCS نیز با استفاده از نرم افزار WMS برآورد گردید. حوضه عموقین در شمال غربی ایران واقع شده است. این حوضه توسط کوه ها احاطه شده است و به عنوان یک از حوضه های استان اردبیل محسوب می شود. این حوضه در مختصات جغرافیایی،E= 47°53'59.49" , N= 38°15'32.49" تا E=48°10'34.61" , N= 38°15'4.90" واقع شده است. حداکثر ارتفاع آن تقریبا 3573 متر با شیب عمومی از شرق به غرب است و مساحت حوضه حدود 78 کیلومتر مربع می باشد. برای تعیین متوسط ضریب CN بر روی سطح حوضه، وضعیت زمین شناسی سطح حوضه، پوشش گیاهی و کاربرد زمین به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفت و ضریب CN برآورد شد. به طور کلی، گروه های هیدرولوژیکی خاک حوضه به سه زیرگروه B ، C و D تقسیم شدند. بر اساس مطالعات زمین شناسی، نفوذ پذیری، پوشش گیاهی و شرایط خاک حوضه، مقدار CN برای حوضه عموقین برای سال 2015 به دست آمد که برابر 78.7برآورد گردید. در این پژوهش، فاکتورهای مختلفی که بر سیلاب موثرند از جمله، شیب، شماره منحنی، فاصله از رودخانه، توان فرسایش آبراهه ای، شاخص رطوبت ارتفاع، جهت شیب، بارندگی و ارتفاع برای حوضه عموقین در استان اردبیل مورد توجه قرار گرفت. نقشه رستری این عوامل با استفاده از نرم افزار ArcGIS10.1 تهیه گردید و لایه های موثر بر خطر سیلخیزی به 9 کلاس طبقه بندی گردید و اهمیت هر لایه با مقایسه با سایر لایه ها تعیین شد و وزن هر لایه، با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی برای تعیین نقشه خطر سیل تعیین شد. در تهایت نقشه پهنه بندی خطر سیلاب با پنج کلاس خیلی کم، کم، متوسط، زیاد، و خیلی زیاد بدست آمد.نتایج نشان داد شماره منحنی نفوذ دارای بیشترین تاثیر بر خطر سیل پذیری حوضه می باشد و فاصله از رودخانه ومیزان بارندگی در مکانهای بعدی اهمیت قرار گرفتند.کمترین فاکتور تاثیر بر خطر سیل خیزی حوضه مربوط به شکل شیب بود.نتایج نشان داد تقریبا64/0 و 4/4 درصد از منطقه مورد مطالعه به ترتیب مربوط به مناطق با خطر بالا و خیلی پایین تعلق گرفت. اين مطالعه با هدف مقایسه روش‌های HEC-1 در تعیین بیشینه دبی سيلاب با استفاده از مدل WMS و روش هیدروگراف واحد مصنوعی SCS در حوضه عموقین، انجام شده است. نتایج واسنجی (RE= 7.17، RMSE = 0.44) و اعتبار‌سنجی مدل (RE = 2.51، RMSE = 0.0042 ) با وقایع بارندگی رواناب در منطقه نشان‌داد که میزان حداکثر دبی سیلاب و حجم سیلاب برآورد شده توسط روش HEC-1 به‌خوبی با مقادیر مشاهده شده مطابقت دارد. همچنین نتایج حداکثر دبی روش‌های SCS و HEC-1 در دوره بازگشت‌های 25، 50 و 100 ساله مقایسه شد و نتایج نشان داد میانگین برآوردهای روش SCS تقریبا 15 درصد بیش از روش HEC-1 می‌باشد و بر اساس آزمون T استیودنت، تفاوت بین مقادیر HEC-1 و SCS در دوره بازگشتهای مختلف، در سطح اطمینان یک‌درصد معنی‌دار نگردید. نتایج نشان‌داد در صورتی که زمان تاخیرحوضه با درنظر گرفتن سیلاب واقعی حوضه، محاسبه گردد، روش HEC-1 دقیقتر از روش هیدروگراف مصنوعی SCS قادر به شبیه‌سازی سیلاب در منطقه می‌باشد، با توجه به حساسیت بالای این مدل به توزیع بارندگی در سرتاسر منطقه، تحلیل بارندگی در منطقه مورد مطالعه، برای دستیابی به نتایج مطلوب لازم بوده و توزیع باران و توزیع زمانی آن باید حتی‌الامکان نزدیک به مقادیر واقعی در منطقه باشد. بر اساس نتایج، می توان گفت که نتایج مدل WMS مقادیر سیلاب را کمی کمتر از مقادیر واقعی نشان می دهد و در واقع، مدل WMS نیاز به کالیبراسیون در منطقه مطالعه دارد. نتایج نشان داد که در حوضه عموقین، مدل HEC-1 دقیقتر ازروش هیدروگراف مصنوعی SCS می باشد. علاوه بر این نتایج نشان داد که سیستم سلسله مراتبی دارای نتایج دقیقتری نسبت به روشهای دیگر داشته و نتایج این روش می تواند برای مدیریت خطرات سیل برای مهندسان و طراحان باشد.
Subjects: Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Divisions > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Divisions: Subjects > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Natural Resources
Date Deposited: 07 Nov 2020 09:04
Last Modified: 07 Nov 2020 09:04
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/12123

Actions (login required)

View Item View Item