تأثیر بالقوه تغییرات آب و هوایی بر سطوح خطر سیل در سناریوی شکست سد

چکیده

هدف کلی این مطالعه تولید اطلاعات برای برنامه‌ریزی استفاده از زمین با توجه به خطرات سیل است. این مطالعه تأثیر بالقوه تغییر اقلیم را با شبیه‌سازی یک سناریوی شکست سد در یک رویداد بارندگی با شدت بالا ارزیابی می‌کند و خطر آسیب‌پذیری در منطقه پایین دست را با ادغام فناوری‌های سیستم تحلیل رودخانه ArcGIS و مراکز مهندسی هیدرولوژیک (HEC-RAS) ارزیابی می‌کند. در قرن گذشته، شواهدی از تغییرات اقلیمی از نظر افزایش رویدادهای بارندگی با شدت بالا مشاهده شده است. این رویدادها بسیار نگران کننده هستند، زیرا افزایش نرخ جریان ممکن است احتمال شکست سد را افزایش دهد، که منجر به حوادث سیل با بزرگی بالاتر با پیامدهای متعدد می شود. داده‌های بارندگی 100 ساله برای منطقه مرکزی می‌سی‌سی‌پی، روند افزایشی در شدت میزان بارندگی پس از دهه 1970 را نشان می‌دهد. با بیش از 10 درصد از سدهای پرخطر در منطقه مرکزی، خسارت می تواند بسیار انباشته باشد. این مطالعه وقوع رویداد بارندگی با شدت بالا را در 100 سال گذشته برای می سی سی پی مرکزی تعیین می کند و سناریوی شکست سد مخزن راس بارنت را شبیه سازی می کند و خطرات آسیب پذیری ناشی از آبگرفتگی در منطقه پایین دستی را که اتفاقاً پایتخت ایالت است، ارزیابی می کند. نتایج نشان می‌دهد که آبگرفتگی ناشی از شکست مخزن راس بارنت تحت رویداد بارندگی با شدت بالا با یک رویداد سیل فاجعه‌بار تجربه شده توسط منطقه در سال 1979 قابل مقایسه است که تقریباً برابر با بزرگی سیل 200 ساله است.

کلید واژه ها:

GIS ; شبیه سازی سیل ; شکستن سد ; تغییرات آب و هوایی ؛ HEC-RAS

1. مقدمه

طبق گزارش هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوا (IPCC)، در طول قرن بیستم، تغییرات دما و بارندگی مشاهده شده در ایالات متحده بسیار بیشتر از سایر نقاط جهان بود [ 1 ]. تغییرات دمای پیش‌بینی‌شده در مرکز آمریکای شمالی بالاتر از مقادیر میانگین جهانی [ 2 ] است، زیرا عرض‌های جغرافیایی بالاتر است. مرکز ایالات متحده آمریکا شاهد تغییرات قابل توجهی در دما و بارندگی بود و طبق گزارش آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (USEPA) [ 3 ]در طول قرن گذشته، سطح بارندگی در می سی سی پی نسبت به میانگین بارندگی سالانه حدود 20 درصد افزایش یافته است و پیش بینی می شود در قرن آینده در سراسر ایالت 5 تا 25 درصد افزایش یابد. شواهد تغییرات اقلیمی نه تنها از نظر افزایش میانگین بارندگی، بلکه از نظر افزایش شدت نیز مشاهده می شود (بیشترین عمق بارش برای یک مدت زمان معین که از نظر فیزیکی در یک منطقه معین در یک منطقه جغرافیایی خاص ممکن است. مکان در زمان معینی از سال) رویدادهای بارندگی، که نگرانی زیادی نسبت به مشکلات سیل دارد [ 1 ].

تغییرات اقلیمی پیامدهای فاجعه‌باری دارد که بر سیستم‌های فیزیکی، زیرساخت‌ها و سازمان‌های اجتماعی تأثیر می‌گذارد. سیل‌ها را می‌توان به‌عنوان رویدادهای پرتأثیر طبقه‌بندی کرد، زیرا پیامدهای متعددی مانند اختلال در بخش‌های حمل‌ونقل و ارتباطات، آسیب به اموال و غرق شدن طولانی‌مدت زمین‌های کشاورزی، تالاب‌ها و غیره دارد . فاجعه. از بین همه بلایای طبیعی، سیل را می توان به عنوان رویدادهای فاجعه بار توصیف کرد که تأثیر آنها برای مدت طولانی ادامه دارد. داده های بارندگی تاریخی 100 ساله برای منطقه مرکزی می سی سی پی روند افزایشی را در شدت نرخ بارندگی پس از دهه 1970 نشان می دهد ( شکل 1).). این رویدادها بسیار نگران کننده هستند، زیرا افزایش نرخ جریان ممکن است احتمال شکست سد را افزایش دهد، که منجر به حوادث سیل با بزرگی بالاتر با پیامدهای متعدد می شود. در گزارشی که توسط شهر روزویل، کالیفرنیا تهیه شده است، اثرات تغییرات آب و هوایی احتمال شکست سد را تحریک می کند، زیرا سدها بر اساس فرضیات مربوط به رفتار جریان رودخانه یا هیدروگراف ها طراحی شده اند. تغییرات در الگوهای آب و هوایی ناشی از اثرات تغییر اقلیم می تواند اثرات قابل توجهی بر هیدروگراف های مورد استفاده برای طراحی سد داشته باشد [ 4 ]. در صورت شکست سد در این رویدادهای بارندگی، خسارت می‌تواند به مراتب شدیدتر و انباشته‌تر به ایالت می‌سی‌سی‌پی با ۲۷۷ سد پرخطر باشد.

شکل 1. شدت رویدادهای بارندگی پس از سال 1970 در منطقه مرکزی می سی سی پی.

1.1. اطلاعات پس زمینه

در ایالات متحده، سیل های ناگهانی عامل اصلی مرگ و میر ناشی از آب و هوا هستند [ 5 ]، و منطقه ساحل خلیج به ویژه در معرض سیل های شدید است. ایالت می سی سی پی در رتبه هشتم [ 6 ] قرار دارد و در میان بدترین ایالت های سیل زده در این کشور قرار دارد، با تعداد مکرر سیل های ناگهانی که از حوادث کوتاه و شدید باران رخ می دهد. نرخ های ورودی شدید ناشی از این رویدادهای شدید باران، احتمال شکست نهایی سد و سیل های ناگهانی بعدی را افزایش می دهد [ 6 ]. بسیاری از سدهای موجود در ایالات متحده ظرفیت کافی برای مدیریت جریانات شدید ناشی از رویدادهای شدید بارندگی را ندارند [ 7 ]]. یکی از این حوادث زمانی اتفاق افتاد که یک رویداد بارندگی 70 ساله (13.54 سانتی متر از بارندگی در 24 ساعت) باعث شکست فاجعه بار سد آیوکس در رودخانه چاگرین در شمال شرقی اوهایو در سال 1994 شد [ 8 ]. زندگی در مناطق پایین دست سدهای پرخطر در چنین رویدادهای شدید بارندگی، پتانسیل خطر را دوچندان می کند و تهدیدی جدی برای جان انسان ها و آسیب به زیرساخت ها و اموال است. از نظر دلار بودجه به ازای هر سد، می سی سی پی رتبه 47 را دارد و هزاران می سی سی پی را در زیر سدهای پر خطر و با خطر بزرگ باقی می گذارد ( شکل 2 )، که بدون تعمیر و نگهداری و بازرسی به موقع، به بمب های ساعتی بالقوه کشنده تبدیل می شوند [ 9 ]]. برای مرکز می سی سی پی، با پایتخت ایالتی که در پایین دست یک سد پر خطر (سد مخزنی راس بارنت) واقع شده است، شیوع این سد در صورت بارش شدید باران می تواند ویرانگر باشد.

شکل 2. موقعیت مکانی سدهای پرخطر در ایالت می سی سی پی.

شهر جکسون در تاریخ خود یکی از فاجعه‌بارترین سیل‌ها را تجربه کرده بود، سیل رودخانه مروارید در سال 1979 که به «سیل عید پاک 1979» نیز معروف است. طبق گزارش مهندسان ارتش ایالات متحده [ 10 ]، جریان سیل سال 1979 از رکوردهای سیل گذشته فراتر رفت و بیش از 200 میلیون دلار خسارت به بار آورد. میزان خسارت شدید بود، زیرا اختلالات جدی در حمل و نقل و ارتباطات رخ داد که پایتخت ایالت را برای چند هفته مسدود کرد. سیل سال 1979 به عنوان یک رویداد سیل 200 ساله تخمین زده شد که شهر جکسون را با خسارات ویرانگری برجای گذاشت.

رادرفورد [ 11 ] خسارات ناشی از خطر سیل در شهر جکسون را به عنوان یک فاجعه سیاست عمومی توصیف می کند که به دلیل فعالیت های توسعه مستمر در دشت سیلابی پس از سیل 1961 رخ داده است. شکست در ادغام مکان های آسیب پذیر در برنامه ریزی کاربری زمین منجر به ایجاد شرایط ویرانگر در پایتخت ایالت شد.

1.2. تاریخچه سد مخزنی راس بارنت

مخزن راس بارنت در سال 1960 ساخته شد که در میان سه شهرستان پرجمعیت و مرکز اقتصادی می سی سی پی قرار دارد و یکی از سدهای پرخطر است که فاقد برنامه اقدام اضطراری است (MDEQ، بخش ایمنی سد، 2000). علاوه بر این، طول عمر طراحی سد پر از خاک که خطر بیشتری را برای منطقه پایین دست ایجاد می کند، نگرانی جدی دارد [ 12 ]. علیرغم بهبودهای کنترل سیلاب و پاکسازی، منطقه شهری جکسون، ام اس، زیر سد مخزنی راس بارنت، سالانه حدود 10 میلیون دلار خسارت ناشی از سیل ناشی از رودخانه پرل را متحمل می شود [ 10 ].

بررسی ادبیات نشان می‌دهد که تعدادی از مطالعات برای شبیه‌سازی سیلاب‌های شکست سد انجام شده است. Katopodes [ 13 ] الگوهای سیل را زمانی که یک مدل روش اجزای محدود (فرمولاسیون گالرکین) روی یک جریان کانال ناپیوسته اعمال می شود، بررسی می کند. با مقایسه نتایج با راه حل های تحلیلی، این مطالعه عملکرد مدل را ضعیف ارزیابی کرد. در مطالعه دیگری، Hromadka [ 14 ] یک مدل دوبعدی شکست سد را که برای یک دشت سیلابی توسعه یافته است، با معادلات جریان حل می کند که یک مدل انتشار همراه با معادله تداوم را حل می کند. این مطالعه نتیجه می‌گیرد که این رویکرد می‌تواند در یک دشت سیلاب دو بعدی سد بر روی یک دشت پهن و مسطح با دقت بیشتری نسبت به یک مدل یک بعدی پیش‌بینی کند. به همین ترتیب، آکانبی [ 15] مدلی را برای نشان دادن تغییرات رفتار آبهای سیلابی که در بستر خشک منتشر می شوند ارائه کردند و ژائو و همکارانش . [ 16 ] اثرات تغییرات ارتفاع بستر بر روی الگوهای سیل را با استفاده از سه حل کننده تعریف شده بررسی کرد و به این نتیجه رسید که این مدل ها برای مطالعه شکست خاکریزها یا شکستن سد به دلیل حوادث سیل شدید مفید هستند. قابلیت‌های مدل‌های عددی شبیه‌سازی سیلاب ناشی از شکست سد/مخزن در یک رودخانه طبیعی توسط شارما [ 17 ] ارائه شد. زوپو و رابرت [ 18]. بررسی اولیه این مقالات حاکی از آن است که این مطالعات بر تجزیه و تحلیل تفاوت بین معادلات مدل سیلابی که حل شده و میزان پایداری و دقت معادلات را تخمین زده اند، متمرکز شده است. این مطالعات فاقد کاربرد نتایج بر روی جوامع است که می تواند در شناسایی مکان های آسیب پذیر کمک کند.

از سوی دیگر، یک گزارش MEMA [ 12 ] نمونه هایی از دو مطالعه شکست سد را ارائه کرد که برای سد دریاچه اوک (شهرستان رنکین) و سد دریاچه آکاسیا وودز (شهرستان رانکین) اجرا شده است. در هر دو مورد، شبیه‌سازی شکست سد در شکست نرمال سطح آب انجام شد و شکست احتمالی سد در آینده را به دلیل جریان‌های شدید ورودی ناشی از رویدادهای شدید بارندگی در نظر نگرفته است. مطالعه دیگری بر روی مخزن راس بارنت توسط دیویس [ 19 ] از بعد تحلیل هیدرولیکی انجام شد. علی‌رغم مطالعات متعدد، شکاف دانشی در شناسایی مکان‌های آسیب‌پذیر ناشی از شکست سد و بکارگیری نتایج آن برای افزایش فعالیت‌ها در زمینه‌های برنامه‌ریزی و توسعه وجود دارد.

1.3. هدف تحقیق

هدف از این تحقیق تجزیه و تحلیل خطرات آسیب پذیری ناشی از خطر سیل بالقوه ناشی از شکست سد در یک رویداد بارندگی شدید است. در این زمینه، مطالعه حاضر، با ادغام فن‌آوری‌های ArcGIS و HEC-RAS، تجزیه و تحلیل شکست سد ناشی از جریان شدید ناشی از یک رویداد شدید باران را شبیه‌سازی کرد. این مطالعه ارزیابی ریسک آسیب پذیری را برای مناطق پایین دستی از منظر تأثیر فرهنگی، اجتماعی-اقتصادی و زیرساختی انجام داد.

1.4. شرح سناریوی شبیه سازی

داده های بارش تاریخی 100 ساله (1908-2007) برای منطقه مرکزی می سی سی پی از مرکز ملی داده های اقلیمی جمع آوری شده است ( http://www7.ncdc.noaa.gov/CDO/CDODivisionalSelect.jsp ). یک رویداد بارندگی با 16.75 اینچ در 24 ساعت (آوریل 1991) به عنوان رویداد با شدت بالا در 100 سال گذشته تعیین شد. داده‌های ورودی واقعی به سد مخزنی راس بارنت برای این رویداد بارندگی از ایستگاه 02486000 USGS (سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده) جمع‌آوری شده است، که اتفاقاً 16026 فوت مکعب در ثانیه است. از آنجایی که رویداد بارندگی در گذشته توسط منطقه تجربه شده است، شبیه‌سازی شکست سد تحت این رویداد خطرات آبگرفتگی را در مقیاس معمولی (سناریوی سیل پایه) ارائه می‌کند که احتمال وقوع آن در هر روز معین در سال بسیار زیاد است [ 20 ]].

1.5. مناسب بودن HEC-RAS برای شبیه سازی سناریوی شکست سد

از آنجایی که مطالعه حاضر بر شناسایی مکانی و توسعه شاخص آسیب‌پذیری برای خطر سیل متمرکز است، شبیه‌سازی سناریوهای سیل لازم است که در یک محیط جغرافیایی انجام شود. مدل‌ها باید قابلیت بکارگیری یک سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) را در شبیه‌سازی سیلاب تسهیل کنند و به تحلیل سطوح یا گستره‌های سیلاب به صورت مکانی کمک کنند. GIS به تجسم شبیه‌سازی‌های سیل در یک محیط تعاملی کمک می‌کند، جایی که تأثیر فضایی سناریوهای مختلف را می‌توان همراه با مکان تأسیسات حیاتی مشاهده کرد و بنابراین، به ارزیابی آسیب‌پذیری منطقه در برابر یک رویداد سیل به طور موثر کمک می‌کند [ 21 ]. در این رابطه باجوا و تیم [ 22] مدل های یک بعدی HEC-Geo (HEC-GeoRAS توسعه یافته توسط سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده) را به عنوان یک جعبه ابزار هیدرولوژی جغرافیایی توصیف می کند که قدرت محیط Arc-GIS در تولید و تجسم شبیه سازی سیل را تشخیص می دهد. محصول GeoRAS که توسط سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده توسعه یافته است، این مدل‌های شبیه‌سازی سیل را قادر می‌سازد تا با محیط ArcGIS سازگار باشند و ابزارهای ارزشمندی برای ارزیابی تأثیرات مرتبط با دشت‌های سیلابی ارائه کنند [ 23 ]. Hicks و Peacock [ 24 ] تناسب و قابلیت مدل‌های HEC-RAS را در شبیه‌سازی سیلاب با بیان اینکه شبیه‌سازی‌های سیل HEC-RAS، که از طریق یک برنامه مورد بررسی قرار می‌گیرند، دقتی قابل مقایسه با مدل‌های هیدرولیکی پیچیده‌تر را نشان می‌دهند، تقویت می‌کنند.

مطالعات متعددی از ابزار HEC-RAS برای ارزیابی شکست سد و خطرات سیل متعاقب آن در یک محیط جغرافیایی استفاده کرده‌اند. در حال حاضر، بسیاری از آژانس های ایالتی و فدرال از HEC-RAS برای شبیه سازی سناریوهای شکست سد برای تجسم نتایج در محیط GIS استفاده می کنند. دپارتمان ماهی و حیات وحش اورگان تأثیرات شکست سد Canyon Creek Meadows را با استفاده از HEC-RAS 4.0 ارزیابی کرد. دپارتمان ایالتی اورگان سناریویی را ایجاد کرده است که در آن شکست سد به دلیل رویدادهای بارندگی با شدت بالا که از داده های تاریخی 100 ساله تعیین شده است، رخ می دهد. یک مدل هیدرولیک برای کانیون کریک برای شبیه سازی شکستن سد از سد کانیون میدوز توسعه داده شد. مشخصات هندسی منطقه، مورد نیاز برای مدل شکست سد HEC-RAS، از مدل‌های ارتفاعی دیجیتال 30 متری USGS، سازه‌های درون خطی و کاربری زمین ساخته شد. شرایط مرزی خارجی (شیب) از DEM اندازه گیری شد و مدل با تنظیم پارامترهای شکست سد شبیه سازی شد. وزارت امور خارجه اورگان اعلام کرد که اجرای شبیه سازی شکست سد HEC-RAS برای یک رویداد بارندگی با شدت بالا با نتایج تجزیه و تحلیل شکست سد انجام شده به عنوان بخشی از برنامه اقدام اضطراری (EAP) برای سد کانیون کریک میدوز قابل مقایسه است. موفقیت HEC-RAS در شبیه‌سازی سناریوهای شکست سد قابل اثبات است، زیرا نتایج نتایج مشابهی با تجزیه و تحلیل شکست سد EAP ارائه می‌دهد. وزارت امور خارجه اورگان اعلام کرد که اجرای شبیه سازی شکست سد HEC-RAS برای یک رویداد بارندگی با شدت بالا با نتایج تجزیه و تحلیل شکست سد انجام شده به عنوان بخشی از برنامه اقدام اضطراری (EAP) برای سد کانیون کریک میدوز قابل مقایسه است. موفقیت HEC-RAS در شبیه‌سازی سناریوهای شکست سد قابل اثبات است، زیرا نتایج نتایج مشابهی با تجزیه و تحلیل شکست سد EAP ارائه می‌دهد. وزارت امور خارجه اورگان اعلام کرد که اجرای شبیه سازی شکست سد HEC-RAS برای یک رویداد بارندگی با شدت بالا با نتایج تجزیه و تحلیل شکست سد انجام شده به عنوان بخشی از برنامه اقدام اضطراری (EAP) برای سد کانیون کریک میدوز قابل مقایسه است. موفقیت HEC-RAS در شبیه‌سازی سناریوهای شکست سد قابل اثبات است، زیرا نتایج نتایج مشابهی با تجزیه و تحلیل شکست سد EAP ارائه می‌دهد.

USGS از طریق برنامه هماهنگی اطلاعات آب مطالعات متعددی را برای شکستن سد انجام داده است. در یکی از انتشارات خود، آژانس بیان می کند که HEC-RAS معادلات Saint-Venant را حل می کند، که برای محاسبه انتشار موج سیل ناشی از یک سناریوی شکست سد مناسب است [ 25 ]. آژانس ادعا می کند که ادغام ابزار HEC-RAS با ArcGIS به مدیران دشت سیلاب و مدیران اضطراری اجازه می دهد تا خطرات ناشی از آن را تجسم کنند و به افزایش فعالیت های حفاظتی و کاهش کمک می کند [ 23 ]. در خطوط مشابه، سناریوی شکست سد مخزنی Quebrada Beatriz تحت سه رویداد بارندگی با شدت بالا با استفاده از ابزار HEC-RAS برای تخمین حداکثر آب‌های سیلاب در منطقه مورد مطالعه شبیه‌سازی شد [ 26 ].].

1.6. محدودیت های مطالعه

تجسم مدل HEC-RAS 1D منجر به یک محیط دو بعدی می شود و شامل عدم قطعیت می شود، زیرا نتایج با اطلاعات منابع مختلف، مانند توپوگرافی (DEMs)، زیرساخت، کاربری زمین و مدل سازی ورودی/خروجی ها تکمیل می شود. این مطالعه به محدودیت‌های HEC-RAS وابسته است و عدم قطعیت‌های همراه با مدل را به همراه دارد.

2. روش شناسی

این مطالعه فناوری‌های مکانی را با مدل HEC-RAS ادغام می‌کند تا طغیان سیل شکستن سد را برای سناریوی بارندگی تعیین‌شده شبیه‌سازی کند. HEC-RAS 4.0، یک مدل شبیه‌سازی سیل که توسط سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده توسعه یافته است، شبیه‌سازی‌های جریان ثابت و جریان ناپایدار (شکست سد) را محاسبه می‌کند. پیش پردازش داده های هندسی (استخراج ویژگی های فیزیکی منطقه مورد مطالعه) و پس پردازش خروجی ها (برای تجسم تأثیر سیل) که توسط مدل شکست سد HEC-RAS مورد نیاز است با استفاده از HEC-GeoRAS انجام می شود. ( شکل 3 ). HEC-GeoRAS، توسعه ای در ArcGIS، ادغام و تجسم ورودی ها و خروجی های HEC-RAS را تسهیل می کند.

2.1. شبیه سازی سناریوی شکست سد مخزنی راس بارنت

داده های DEM برای منطقه مورد مطالعه از سیستم اطلاعات منابع خودکار می سی سی پی (MARIS) جمع آوری شده و با استفاده از عملکردهای ArcGIS به فرمت شبکه های نامنظم مثلثی (TIN) تبدیل می شوند ( شکل 4 ).

از داده های بارندگی 100 ساله برای مرکز می سی سی پی، رویداد بارندگی با شدت بالا مشخص می شود. داده های جریان واقعی برای این رویداد در مخزن راس بارنت از ایستگاه USGS به دست آمده است. با استفاده از HEC-GeoRAS، داده های هندسی منطقه مورد مطالعه (TIN، کاربری اراضی، خصوصیات فیزیکی سد، خاکریزها، پل ها، خطوط مقطع و غیره ) در ArcGIS برای منطقه مورد مطالعه تهیه شده است ( شکل 5).). لایه‌های RAS زمین‌فضایی پیش پردازش‌شده سپس به مدل HEC-RAS صادر می‌شوند. با ورودی داده‌های هندسی به‌دست‌آمده از HEC-GeoRAS، پردازش یک شبیه‌سازی سیل ناشی از شکست سد با استفاده از روش جریان ناپایدار HEC-RAS انجام می‌شود. برای بررسی هرگونه خطا قبل از وارد کردن اطلاعات شکست سد، این مطالعه یک شبیه‌سازی جریان ثابت انجام داد.

پس از شبیه سازی موفقیت آمیز جریان ثابت، پارامترهای شکست سد به مدل داده می شود. پارامترهای شکست سد با پیروی از اطلاعات ارائه شده توسط راهنمای کاربر USACE HEC-RAS در تخمین پارامترهای شکست برای یک سد خاکی تنظیم می شود. دستورالعمل پیشنهاد می کند که عرض شکاف باید 1/2 تا 3 برابر ارتفاع سد، شیب جانبی شکاف 0:1 تا 1:1 و زمان شکست 0.5 تا 4 ساعت باشد. برای خرابی مخزن راس بارنت، پارامترها با عرض شکاف 192 فوت (ارتفاع سد 64 فوت)، شیب جانبی 2:2 و زمان شکست روی 4 ساعت تنظیم شده است. نوع حالت شکست به‌عنوان لوله‌کشی، با ارتفاع اولیه لوله‌کشی روی 150 فوت تنظیم می‌شود. شرایط اولیه 4000 cfs، و شرایط مرزی پایین دست به‌عنوان عمق معمولی (شیب رودخانه محاسبه‌شده از بالادست به پایین‌دست -0). 001) تعیین می شوند. زمان شبیه سازی 7 روز داده شد تا سیل شکسته سد تا رسیدن به انتهای شهرستان هیندز ثبت شود. پس از اجرای موفقیت آمیز شبیه سازی، خروجی HEC-RAS برای پردازش پس از خروجی در ArcGIS به HEC-GeoRAS صادر می شود. در محیط ArcGIS، با استفاده از پسوند HEC-GeoRAS، نتایج وارد شده با TIN (داده های توپوگرافی) برای تولید گستره سطح آب سیل و فایل های عمق آب سیل برای سناریوی شبیه سازی شده پردازش می شوند.

شکل 3. پردازش جریان داده.

شکل 4. شبکه های نامنظم مثلثی (TIN) منطقه مورد مطالعه.

شکل 5. پیش پردازش لایه های RAS جغرافیایی.

2.2. ارزیابی سطح ریسک آبگرفتگی

با استفاده از قابلیت‌های ArcGIS، لایه‌های موضوعی منطقه مورد مطالعه برای تأسیسات کلیدی، مناطق تاریخی، شبکه جاده‌ها، جمعیت و واحدهای مسکونی نقشه‌برداری می‌شوند ( شکل 6 ، شکل 7 ، شکل 8 ، شکل 9 ، شکل 10).). داده ها از منابع مختلفی مانند اداره سرشماری، سیستم اطلاعات خودکار منابع می سی سی پی (MARIS) و شهر جکسون جمع آوری شده است. نقشه های تراکم جمعیت و واحدهای مسکونی با تقسیم کل جمعیت/واحدهای مسکونی در هر بلوک بر مساحت آن بلوک مربوطه ایجاد می شود. موقعیت مکانی تسهیلات کلیدی و مسیرهای حمل و نقل از MARIS دانلود شده و با استفاده از ابزارهای مدیریت داده در ArcGIS به منطقه مورد مطالعه بریده شده است.

همپوشانی داده‌های سیل با لایه‌های موضوعی منطقه مورد مطالعه در یک محیط جغرافیایی نه تنها نمایشی بصری از وسعت فضایی آب‌های سیلاب ارائه می‌دهد، بلکه ارزیابی کمی از خطر آسیب‌پذیری منطقه را در برابر خطر تسهیل می‌کند.

ارزیابی خطر خطر آبگرفتگی در منطقه پایین دست به دلیل شکست سد مخزن راس بارنت در یک رویداد بارندگی با شدت بالا در بخش (1) شناسایی خطر و (2) بخش ارزیابی آسیب‌پذیری مورد بحث قرار می‌گیرد. در حالی که شناسایی خطر شامل تخمین وسعت و عمق فضایی آب های سیلاب است، ارزیابی ریسک آسیب پذیری تاثیر آبگرفتگی بر شبکه های فرهنگی، اجتماعی-اقتصادی، تحولی و زیرساختی در منطقه پایین دست را تحلیل می کند.

شکل 6. جمعیت در سطح بلوک در Hinds، Rankin و Madison County، MS.

شکل 7. واحدهای مسکن در سطح بلوک در Hinds، Rankin و Madison County، MS.

شکل 8. مسیرهای حمل و نقل اصلی از طریق Hinds، Rankin و Madison County، MS.

شکل 9. امکانات کلیدی در Hinds، Rankin و Madison County, MS.

شکل 10. مناطق تاریخی در شهر جکسون (منبع: www.jacksonms.gov [ 27 ]).

3. نتایج و بحث

ادغام اطلاعات تولید شده علمی در فرآیند برنامه ریزی به افشای تهدیدات بلندمدت ناشی از خطرات سیل کمک می کند. این برنامه فعالیت های برنامه ریزی فعلی را برای طراحی آینده نگر تسهیل می کند و به حفظ عملکردهای اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی قابل دوام در مواجهه با خطر کمک می کند. به منظور دستیابی به جوامع ایمن و پایدار، برنامه ریزان شهری باید ویژگی های فیزیکی خطر را به عنوان یک شاخص مهم برای شناسایی مناطق آسیب پذیر ببینند و درک کنند [ 28 ].]. تعامل خطر با یک منطقه شهری می تواند تأثیر بالقوه ای بر کارکردهای فرهنگی، تاریخی، اجتماعی، زیرساختی و اقتصادی آن داشته باشد. تجزیه و تحلیل آسیب پذیری این عملکردها در مواجهه با یک رویداد سیل نه تنها بینشی در مورد اختلالاتی که ممکن است در این عملکردهای مرتبط به هم رخ دهد ارائه می دهد، بلکه عامل خطری را که بر اساس آن فعالیت های توسعه ای فعلی برنامه ریزی می شود، نشان می دهد. تحلیل این ارزیابی آسیب‌پذیری، همانطور که توسط Geertman [ 29 ] گفته می‌شود، می‌تواند به پیشبرد ماهیت فراگیر عوامل تغییر اقلیم در فرآیند برنامه‌ریزی کمک کند، در نتیجه تمرکز رویکرد پایدار را در فعالیت‌های توسعه‌ای آینده در پایین دست مخزن راس بارنت تقویت کند. سد.

از آنجایی که منطقه پایین دست (شهرستان هیندز) در برنامه بیمه ملی سیل FEMA (NFIP) شرکت می کند، تمام فعالیت های توسعه ای به شدت سیل 100 ساله محدود می شود. با وجود یک سد پرخطر در بالادست و با تأثیرات تغییرات آب و هوایی، برنامه ریزی فعالیت های توسعه ای با در نظر گرفتن سطح خطر سیل 100 ساله ممکن است خوب نباشد. در این زمینه، مکان‌های فضایی بلوک‌های با تهدید احتمالی سیل با محاسبه یک شاخص آسیب‌پذیری از یک عامل خطر یکپارچه به‌دست‌آمده از گستره فضایی خطر شناسایی‌شده و خطر آسیب‌پذیری منطقه ارزیابی می‌شوند.

این مطالعه نتایج شبیه‌سازی شکست سد را در دو بخش مورد بحث قرار می‌دهد: (1) شناسایی خطر و (2) ارزیابی آسیب‌پذیری. در حالی که بخش شناسایی خطر، گستره و عمق فضایی آب‌های سیلاب را مورد بحث قرار می‌دهد، ارزیابی آسیب‌پذیری تحت تأثیرات فرهنگی-تاریخی و اجتماعی-زیرساختی (جمعیت، واحدهای مسکونی، حمل‌ونقل، تأسیسات کلیدی) ناشی از طغیان توصیف می‌شود. در نهایت، این مطالعه ضریب خطر یکپارچه را محاسبه می‌کند و موقعیت مکانی بلوک‌های آسیب‌پذیر بالا/متوسط/کم را به دلیل شکست سد مخزنی راس بارنت تحت یک رویداد بارندگی با شدت بالا در شهرستان Hinds ارائه می‌کند.

3.1. شناسایی خطر

شناسایی خطر شامل تعریف گستره مکانی و بزرگی یک خطر است که ممکن است برای یک منطقه جغرافیایی خاص امکان پذیر باشد. برای سناریوی شبیه‌سازی‌شده، خطر بر حسب مساحت هکتارهای غرق‌شده و عمق آب سیل در منطقه پایین دست شناسایی می‌شود.

3.1.1. گستره فضایی

وسعت فضایی آبگرفتگی ناشی از شکست سد مخزنی راس بارنت تا انتهای شهرستان هیندز ادامه دارد ( شکل 11 ). با استفاده از قابلیت‌های ArcGIS، تخمین زده می‌شود که مساحتی به وسعت 50331 هکتار زمین زیر آبگرفته باشد. جالب توجه است که مقدار مساحتی که توسط شبیه‌سازی غرق شده است تقریباً برابر با 50955 هکتار از وسعت فضایی آب‌های سیلاب سیل سال 1979 است [ 30 ]. به همین ترتیب، از طریق یک مقایسه بصری انجام شده با همپوشانی گستره سیل فضایی شبیه‌سازی شکست سد و آب‌های سیل 1979 (به‌دست‌آمده از اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA))، الگوی طغیان در هر دو سناریو تقریباً مطابقت دارد و به نظر می‌رسد از یکسان پیروی کند. مسیر ( شکل 12). از آنجایی که سیل سال 1979 به عنوان یک سیل 200 ساله فاجعه آمیز در نظر گرفته می شود، می توان استنباط کرد که شکست سد مخزنی راس بارنت تحت یک رویداد بارندگی با شدت بالا می تواند باعث ایجاد سیلابی به بزرگی سطح سیل 200 ساله شود.

شکل 11. وسعت فضایی آبگرفتگی در پایین دست مخزن راس بارنت.

شکل 12. مقایسه الگوهای آبگرفتگی شبیه سازی شکست سد و طغیان سیل 1979.

احتمال عود تهدید سیل در شرایط بارندگی با شدت بالا کاملاً محتمل است. نتایج اطلاعات هشداردهنده‌ای را نشان می‌دهد، زیرا فعالیت‌های توسعه‌ای کنونی در شهرستان‌های پایین‌دستی به بزرگی سیل 100 ساله محدود می‌شود، در حالی که در معرض خطر احتمالی سیل 200 ساله قرار دارند.

3.1.2. شبکه های عمق

عمق آبهای سیلاب ناشی از شکست سد مخزنی راس بارنت در شکل 13 نشان داده شده است، با دامنه اعماق آب نشان داده شده است (قرمز-آبی: زیاد-کم).

حداکثر عمق آب های سیل برای سناریوی شبیه سازی شده تا 45.8 فوت می رسد. عمق آب سیل در همان مکان در وضعیت سیل سال 1979 برابر با 42.5 فوت اندازه گیری شد. عمق آب سیل به دست آمده از شکست سد بیشتر از سناریوی سیل سال 1979 است. مقادیر عمق آب شکست سد مخزنی راس بارنت در یک رویداد بارندگی با شدت بالا را می توان با یک سناریوی سیل سال 1979 مقایسه کرد که منجر به اعماق سیل تقریباً مشابه می شود. مقایسه با این فرض انجام می شود که تفاوت در مقادیر عمق به دلیل محاسبه شبکه های عمق از DEM های مربوطه مورد استفاده در شبیه سازی های مربوطه آنها ایجاد می شود.

شکل 13. شبکه عمق آبگرفتگی در پایین دست مخزن راس بارنت.

3.2. ارزیابی آسیب پذیری

ارزیابی آسیب‌پذیری به شناسایی عامل خطر و افشای اختلالی که ممکن است بر فعالیت‌های اقتصادی، اجتماعی/زیرساختی و زیست‌محیطی یک جامعه تأثیر بگذارد کمک می‌کند. بر اساس گزارش UNEP (2001)، اطلاعات حاصل از ارزیابی آسیب‌پذیری به ساخت جوامع مقاوم در برابر سیل با کاهش یا افزایش ظرفیت مقابله با خطر سیل با برنامه‌ریزی معقول فعالیت‌های توسعه کمک می‌کند. با استفاده از قابلیت‌های ArcGIS، این مطالعه آسیب‌پذیری منطقه پایین دست مخزن راس بارنت را در مواجهه با شکست آن (تحت رویدادهای بارندگی مشخص) تحت دو عامل مورد بحث قرار می‌دهد: (1) تأثیر بر ارزش‌های فرهنگی و تاریخی و (2) تأثیر بر اجتماعی و تاسیسات زیربنایی.

3.2.1. تأثیر بر ارزش های فرهنگی و تاریخی

پایتخت ایالت می سی سی پی به عنوان یک مرکز فرهنگی در نظر گرفته می شود و هر ساله حدود 700 رویداد در مجاورت آن برگزار می شود. اکثر این رویدادها در منطقه مرکز شهر جکسون در Fairgrounds و Coliseum برگزار می شود. مردم در سراسر ایالت و ملت از نظر فرهنگی با بزرگترین نمایشگاه جنوب، نمایشگاه ایالتی می سی سی پی، رودئوها، بازارهای تجاری، نمایشگاه های سهام زنده و بسیاری رویدادهای دیگر مرتبط هستند. جدای از این رویدادها، موزه های متعددی که غنای تاریخی و فرهنگی منطقه را به تصویر می کشند (موزه کاپیتول قدیم، موزه اوکس هاوس، گالری هنری شهرداری و غیره ).) در مرکز شهر جکسون و موزه علوم طبیعی و موزه کشاورزی در دریاچه لند درایو در منطقه خطر سیل در منطقه پایین دست سد مخزنی راس بارنت واقع شده است. تجسم نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد که عملکرد فرهنگی منطقه یا مستقیماً توسط آب‌های سیل یا غیرمستقیم از طریق شبکه‌های حمل‌ونقل مختل شده منتهی به تأسیسات تحت تأثیر قرار می‌گیرد ( شکل 14 ، شکل 15 ).

شکل 14. مخزن راس بارنت سیل آب در تقاطع Lake Land drive و I-55.

شکل 15. طغیان مناطق تاریخی در مرکز شهر جکسون.

طغیان کلیزئوم و میدان نمایشگاه می سی سی پی (از I-55 تا خیابان جفرسون در زیر آب های سیل) را می توان از شکل 15 در بالا مشاهده کرد. موانع این رویدادها می‌تواند بر قابلیت‌های اقتصادی کسب‌وکارها مانند هتل‌ها، رستوران‌ها و خدمات تاکسی تأثیر بگذارد که بقای آنها به رویدادهای فرهنگی بستگی دارد.

تلاش بخش برنامه ریزی و توسعه برای تقویت گردشگری، حفظ بناهای تاریخی و تثبیت محله ها منجر به شناسایی پنج منطقه تاریخی در شهر جکسون شده است که اکثر آنها در منطقه مرکز شهر واقع شده اند ( شکل 15).). میلیون ها دلار برای این پروژه ها توسط صندوق های اعتماد محلی، ایالتی و ملی به منظور حمایت از آنها برای حفظ و تثبیت آنها تأمین می شود. از ارقام فوق، می توان مشهود بود که شکست سد مخزنی راس بارنت در یک رویداد بارندگی با شدت بالا، مناطق تاریخی Belhaven، Medgar Evers و Farish Street را در معرض خطر سیل قرار می دهد. نتایج، تهدید احتمالی را که این مناطق تحت آن قرار گرفته‌اند شناسایی می‌کند و در نتیجه، مقامات برنامه‌ریزی را برای ادغام چنین اطلاعاتی تسهیل می‌کند تا برنامه‌ها را برای مقابله با چنین تهدیداتی هدایت کنند.

3.2.2. تأثیر بر تسهیلات اجتماعی و زیرساختی

جمعیت و واحدهای مسکونی : تجزیه و تحلیل جمعیت و واحدهای مسکونی یک عامل حیاتی در ارزیابی آسیب‌پذیری یک منطقه در برابر وقوع سیل است. ژنگ [ 31 ] آسیب پذیری اجتماعی، تعیین حضور جمعیت و واحدهای مسکونی را به عنوان عامل کلیدی در ارزیابی مقاومت هر جامعه در برابر تهدید سیل توصیف می کند. از داده های سطح بلوک سرشماری برای تخمین تعداد بالقوه واحدهای مسکونی و جمعیت در معرض خطر استفاده شد ( شکل 16 ، شکل 17 ).

شکل 16. جمعیت در معرض خطر سیل در پایین دست مخزن راس بارنت.

شکل 17. تعداد واحدهای مسکونی در معرض خطر سیل در پایین دست مخزن راس بارنت.

جدول 1 تعداد واحدهای مسکونی و جمعیتی که احتمالاً تحت تأثیر آبگرفتگی قرار می گیرند را نشان می دهد. تأثیر شکست سد مخزنی راس بارنت عمدتاً توسط شهرستان هیندز متحمل می شود، زیرا این شهرستان بیش از 60 درصد جمعیت و واحدهای مسکونی را در معرض خطر سیل قرار داده است. با توجه به اینکه پایتخت ایالت، شهر جکسون، در شهرستان هیندز قرار دارد، تأثیر این خطر سیل می تواند تجمعی باشد.

جدول 1. تعداد جمعیت در معرض خطر در منطقه پایین دست و شهرستان هندز.

حمل و نقل: اختلال در سیستم حمل و نقل ناشی از سیل می تواند عملکرد اجتماعی و اقتصادی منطقه را از سطح محلی به منطقه ای فلج کند. شکل 18 ، شکل 19 موقعیت مکانی طول طغیان در بزرگراه های اصلی و بین ایالتی را نشان می دهد که از منطقه پایین دست مخزن راس بارنت عبور می کند. بزرگراه 49 و I-55 بیشترین کریدورهای حمل و نقل را تحت تأثیر قرار می دهند.

شکل 18. موقعیت مکانی اختلالات احتمالی در کریدورهای حمل و نقل اصلی.

شکل 19. عمق آب های سیل در دریاچه لند درایو.

با اطلاعات شبکه عمق به‌دست‌آمده از نتایج HEC-RAS، این مطالعه اطلاعات را با شبکه جاده‌ها ادغام کرد و با طبقه‌بندی اعماق آب در سطوح 0-1 فوت، 1-3 فوت و بیش از 3 فوت، مکان‌های زیر محدوده‌های مختلف آب سیلاب را شناسایی کرد. . شکل 16 نشان می دهد که این اعماق آب سیل در I-55 و Hwy 25 بر دسترسی به مراکز بهداشتی اصلی منطقه، یعنی بیمارستان یادبود سنت دومینیک جکسون، مرکز پزشکی می سی سی پی، و امکانات فرهنگی مانند موزه کشاورزی و طبیعی تأثیر می گذارد. موزه علوم، که در امتداد این راهروهای حمل و نقل اصلی منطقه قرار دارد.

شبکه های عمق آب تولید شده توسط HEC-RAS در I-55 (منطقه مرکز شهر) نشان می دهد که طغیان آب های سیلابی با عمق بیش از 3 فوت می تواند بر عملکرد اقتصادی منطقه تأثیر بگذارد، زیرا اکثر عملکردهای تجاری و اداری انجام شده است. از این منطقه ( شکل 20 ).

شکل 20. آبگرفتگی در I-55 در نزدیکی منطقه مرکز شهر.

امکانات کلیدی : غرق شدن تاسیسات کلیدی بر کارایی عملیاتی هر منطقه تاثیر می گذارد. نتایج شبیه‌سازی مشخص می‌کند که حدود 33 تأسیسات کلیدی به طور مستقیم تحت‌تاثیر شکست سد مخزنی راس بارنت تحت تأثیر باران با شدت بالا قرار می‌گیرند ( شکل 21 ).

شکل 21. مکان های مکانی تاسیسات کلیدی آسیب دیده در پایین دست مخزن راس بارنت.

تنها تأسیسات آب آشامیدنی به منطقه پایین دست سد مخزنی راس بارنت زیر آب‌های سیل خواهد بود که جمعیت شهرستان هیندز را در معرض خطر قرار می‌دهد و اثرات طولانی مدت بر سلامتی دارد ( جدول 2 ). وجود 12 گیاه مواد خطرناک در منطقه طغیان خطر را تشدید می کند، زیرا شیوع یا حوادث شیمیایی در این گیاهان می تواند منابع طبیعی (مانند آب آشامیدنی، تالاب ها و غیره ) را آلوده کند.) رها کردن جمعیت و دام در محیط های آلوده. به نظر می‌رسد دو تأسیسات حمل‌ونقل اصلی پایتخت ایالت – خدمات حمل‌ونقل شهر جکسون (در خیابان پرزیدنت اس.) و ایستگاه جکسون آمتراک در خیابان دبلیو کاپیتول – در رویداد شبیه‌سازی‌شده به شدت تحت تأثیر قرار گرفته‌اند و ممکن است تعطیلی آن‌ها منجر شود. در فلج کردن کارکردهای اقتصادی سرمایه دولتی.

جدول 2. تأسیسات کلیدی تحت تأثیر.

یکی دیگر از تأثیرات عمده ای که منطقه می تواند به دلیل شکست سد مخزنی راس بارنت تجربه کند، تأثیر بر تنها فرودگاهی است که به منطقه پایتخت ایالت خدمات می دهد (فرودگاه بین المللی جکسون) که توسط آب های سیل احاطه شده است ( شکل 22 ). تجارت جهانی سرمایه دولتی با سایر نقاط جهان می تواند به بن بست برسد که حتی ممکن است پیامدهای گسترده ای از نظر توسعه اقتصادی منطقه داشته باشد.

شکل 22. نمایش فضایی آب های سیل در نزدیکی فرودگاه بین المللی جکسون.

3.2.3. شناسایی بلوک های بسیار آسیب پذیر در شهرستان هیندز

در حالی که شاخص‌های آسیب‌پذیری مورد بحث، ریسک‌ها را به صورت فردی نشان می‌دهند، برآورد یک شاخص ترکیبی، ریسک کلی مرتبط با منطقه را فراهم می‌کند. همانطور که توسط تیموتی [ 32 ] توضیح داده شد، این مطالعه دو نوع شاخص (شاخص های خطر و آسیب پذیری اجتماعی) را برای برآورد شاخص آسیب پذیری در نظر گرفت. در زیر نشانگر خطر، نقشه خطر سیل به یک سطح بلوک مقیاس می شود و حداکثر عمق سیل در هر بلوک برآورد می شود. سپس این اعماق سیل با تقسیم عمق سیل هر بلوک بر مقدار حداکثر عمق سیل استاندارد شد تا یک شاخص خطر یکپارچه ایجاد شود که از 0 تا 1 متغیر است.

وجود جمعیت در معرض خطر، واحدهای مسکونی و سطح دسترسی به امکانات حیاتی در یک منطقه خطر، آسیب‌پذیری اجتماعی را تعیین می‌کند [ 32 ].]. در این راستا، پژوهش چهار عنصر را برای نشان‌دهنده شاخص‌های آسیب‌پذیری اجتماعی در نظر گرفته است. تراکم جمعیت و وجود واحدهای مسکونی در هر بلوک در منطقه حادثه محاسبه می شود. هر چه تراکم افراد و واحدهای مسکونی بیشتر باشد، خطر بیشتر است. سپس مقادیر تراکم با تقسیم هر مقدار بلوک متناظر بر مقدار حداکثر تراکم استاندارد می‌شوند تا شاخصی از تراکم جمعیت و واحدهای مسکونی ایجاد شود که از 0 تا 1 متغیر است. دو عنصر دیگر که آسیب‌پذیری اجتماعی را تعیین می‌کنند، دسترسی به امکانات حیاتی و کارکرد جاده‌های منتهی به آن‌ها است. با استفاده از ابزارهای آنالیز ArcGIS (ابزار استخراج و روکش)، فایل های شکل آب های سیلاب، مکان تاسیسات بحرانی و شبکه حمل و نقل روی هم قرار می گیرند. و تأسیسات حیاتی زیر آبهای سیلابی و طول مسیرهای حمل و نقل تحت تأثیر (بر حسب مایل) برآورد شده است. استانداردسازی در سراسر بلوک ها با تقسیم هر مقدار بلوک با حداکثر مقدار برای به دست آوردن یک شاخص یکپارچه که از 0 تا 1 متغیر است انجام می شود.

هنگامی که مقادیر شاخص هر چهار عنصر محاسبه شد، مجدداً برای نمایه سازی مجدد در مقیاس جدیدی از 0-1 که به هر بلوک اختصاص داده می شود، جمع می شوند. شاخص نهایی آسیب پذیری در سطح بلوک در ArcGIS تجسم شده است.

برای هر بلوک در منطقه مورد مطالعه، شاخص ترکیبی با در نظر گرفتن سطح عمق سیل، درصد جاده‌های آب‌گرفته، تعداد جمعیت و واحدهای مسکونی آب‌گرفته و تعداد تأسیسات کلیدی تأثیرگذار محاسبه می‌شود. شکل 23 موقعیت مکانی بلوک ها را در زیر مناطق مختلف آسیب پذیر نشان می دهد.

شکل 23. سطوح آسیب پذیری در سطح بلوک سرشماری در شهرستان Hinds.

4. نتیجه گیری

هدف از این مطالعه ارزیابی تأثیر بالقوه تغییرات آب و هوایی بر سطوح خطر آبگرفتگی در سناریوی شکست سد مخزنی راس بارنت است. اکثر مطالعات قبلی که در مورد اثرات شکست سد انجام شده است عمدتاً بر بعد تحلیل هیدرولیکی متمرکز بوده و علل شکست طراحی سد را تجزیه و تحلیل می کند. بنابراین، با پر کردن شکاف، مطالعه حاضر تاثیر شکست سد مخزنی راس بارنت را تحت یک رویداد بارندگی با شدت بالا در منطقه پایین دست شبیه‌سازی می‌کند و یک شاخص آسیب‌پذیری سیل بلوک‌ها را انجام می‌دهد.

داده‌های بارندگی 100 ساله برای منطقه مرکزی می‌سی‌سی‌پی، روند افزایشی در شدت میزان بارندگی پس از دهه 1970 را نشان می‌دهد. این رویدادها بسیار نگران کننده هستند، زیرا افزایش نرخ جریان ممکن است احتمال شکست سد را افزایش دهد و منجر به رویدادهای سیل با بزرگی بیشتر شود که پیامدهای متعددی را در پی دارد. یک رویداد بارندگی با 16.75 اینچ در 24 ساعت (آوریل 1991) به عنوان رویداد با شدت بالا در 100 سال گذشته تعیین شد. داده‌های ورودی واقعی به سد مخزنی راس بارنت برای این رویداد بارندگی از ایستگاه 02486000 USGS (سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده) جمع‌آوری می‌شود که اتفاقاً 16026 فوت مکعب در ثانیه است. همانطور که رویداد بارندگی توسط منطقه در گذشته تجربه شده است، شبیه‌سازی شکست سد تحت این رویداد خطرات آبگرفتگی را در مقیاس معمولی فراهم می‌کند.

این مطالعه فناوری‌های مکانی را با مدل HEC-RAS ادغام می‌کند تا طغیان سیل شکستن سد را برای سناریوی بارندگی تعیین‌شده شبیه‌سازی کند. ادغام فناوری‌های زمین فضایی (ArcGIS) با مدل شبیه‌سازی سیل HEC-RAS 1-D نشان‌دهنده قابلیت شبیه‌سازی رویدادهای سیل و نشان‌دهنده فضایی درجه قرار گرفتن در معرض یا آسیب‌پذیری منطقه نسبت به یک رویداد خطرناک از نظر وسعت و عمق سیلاب است. سطوح آب

شبیه‌سازی شکست سد مخزنی راس بارنت تحت یک رویداد بارندگی با شدت بالا نتایجی را به همراه داشت که تأثیر خطر سیل (گستره فضایی و شبکه‌های عمقی) تا انتهای شهرستان هیندز ادامه داشت. نتایج اطلاعات هشداردهنده ای را نشان داد که نشان می دهد شبکه های فضایی و عمقی خطر سیل برابر با سیل 200 ساله است. تعداد هکتارهای زیر آب های سیل و حداکثر عمق تقریباً با سیل فاجعه بار 1979 مطابقت دارد. این نتایج بسیار حائز اهمیت است، زیرا فعالیت‌های توسعه‌ای کنونی در شهرستان‌های پایین دستی محدود به بزرگی سیل 100 ساله است، در حالی که تحت یک تهدید احتمالی سیل 200 ساله قرار دارد. ارزیابی آسیب پذیری در این رویداد خطر سیل 200 ساله، اختلالات احتمالی را که می تواند برای فرهنگی، اقتصادی، امکانات حمل و نقل و زیرساختی، که بر عملکردهای به هم پیوسته آنها تأثیر می گذارد. در نهایت، این مطالعه یک شاخص ترکیبی برای شناسایی موقعیت مکانی مناطق آسیب‌پذیر با استانداردسازی شاخص‌های فردی در سطح بلوک سرشماری ایجاد کرد.

هدف کلی این تحقیق، تولید اطلاعات برای برنامه‌ریزی کاربری اراضی بهبودیافته یا افزایش یافته با توجه به خطرات سیل است. این مطالعه با افشای تهدیدات سیلاب درازمدت، به مقامات برنامه‌ریزی در سطح محلی یا شهرستانی در شناسایی مناطق آسیب‌پذیر و گنجاندن ماهیت اطلاعات در فعالیت‌های توسعه‌ای آتی خود کمک می‌کند. هدف اصلی برنامه‌ریزی یا استراتژی‌های توسعه، ایجاد جوامع ایمن‌تر از طریق مکان‌یابی توسعه‌ها دور از مناطق مستعد خطر است. شناسایی مناطق آسیب پذیر تحت سناریوهای مختلف ممکن نقش مهمی در فرآیند تصمیم گیری ایفا می کند.

منابع

IPCC، خلاصه ای برای سیاستگذاران. In Climate Change 2007: The Physical Science Base ; سلیمان، س. کین، دی. منینگ، ام. چن، ز. مارکیز، م. Averyt، KB; تیگنور، ام. Miller, HL (Eds.) انتشارات دانشگاه کمبریج: کمبریج، انگلستان/نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 2007; پ. 996.
ایسترلینگ، ویلیامز. انطباق کشاورزی آمریکای شمالی با تغییرات آب و هوایی. Agr. هواشناسی جنگلی 1996 ، 80 ، 1-53. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، تغییرات آب و هوا و می سی سی پی ؛ US EPA: واشنگتن، دی سی، ایالات متحده آمریکا، 1998.
شهر روزویل. شکست سد. در دسترس آنلاین: http://www.roseville.ca.us/civica/filebank/blobdload.asp?BlobID=19067 (در 19 نوامبر 2012 قابل دسترسی است).
زو، NH; ترنر، ای آر. دویل، تی. عبداللهی، ک . پیامدهای بالقوه تغییرپذیری و تغییر اقلیم . خدمات گرافیکی GCRCC و LSU: باتون روژ، لس آنجلس، ایالات متحده آمریکا، 2003. [ Google Scholar ]
FEMA. خطرات سیل می سی سی پی را هدف قرار می دهد. در دسترس آنلاین: http://www.fema.gov/news-release/grants-target-mississippi-flood-risks (در 21 اوت 2012 قابل دسترسی است).
آزمایشگاه ملی آیداهو، ارزیابی وقایع و اثرات احتمالی سیل در سایت‌های پیشنهادی INL برای دفع زباله‌های سطح پایین از راه دور ؛ وزارت انرژی ایالات متحده: آیداهو فالز، ID، ایالات متحده آمریکا، 2010.
جامی، ای. اسکودکر، م. یوهان، جی. ویلفرد، جی. درس هایی از شکست سد. J. Sci. 2000 ، 100 ، 121-131. [ Google Scholar ]
اقدامات پیشگیرانه مورد نیاز برای جلوگیری از بلایای سدهای آینده ؛ انجمن مقامات ایمنی سدهای ایالتی: لکسینگتون، کی‌ای، ایالات متحده آمریکا، 2004.
سپاه مهندسین ارتش آمریکا مطالعه حوضه آبخیز رودخانه مروارید . 2004. در دسترس آنلاین: http://www.mvk.usace.army.mil/offices/pp/projects/prws/background.htm (در 17 اوت 2012 قابل دسترسی است).
رادرفورد، PH سیل جکسون در سال 1979 یک فاجعه سیاست عمومی. جی. عامر. طرح. Assn. 1982 ، 48 ، 219-231. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
MSMEMA، طرح کاهش استاندارد ایالت می سی سی پی ؛ MSMEMA: جکسون، ام اس، ایالات متحده آمریکا، 2012.
کاتوپودها، ND نوسانات دو بعدی و شوک ها در کانال های باز. جی هیدرول. بخش 1984 ، 110 ، 794-812. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
هرمادکا، تلویزیون; برنبروک، م. Freckleton، JR; Guymon, GL یک مدل دشت سیلابی دو بعدی سد شکن. Adv. منبع آب 1985 ، 8 ، 7-14. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
اکبانی، مدل AA برای انتشار سیل در زمین های اولیه خشک. جی هیدرول. مهندس 1988 ، 114 ، 689-706. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ژائو، حل‌کننده تقریبی ریمان DH در FVM برای مدل‌سازی موج شوک هیدرولیکی دوبعدی. جی هیدرول. مهندس 1996 ، 122 ، 692-702. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
شارما، AK مطالعه جریان دوبعدی منتشر شده از دهانه رودخانه دایک . دانشگاه Gauhati: Gauhati، هند، 1999. [ Google Scholar ]
زوپو، سی. رابرت، اس. حل عددی شکست سد ناپایدار دو بعدی. Appl. ریاضی. مدل 2000 , 24 , 457–475. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
دیویس، TR; خطر سیل شکستن سد اسکات، BK از رودخانه Callery. جی هیدرول. 1997 ، 36 ، 1-13. [ Google Scholar ]
موسسه تحقیقات آب و جو نیوزیلند. در روشی برای ارزیابی تأثیرات تغییر آب و هوا بر خطر سیل در نیوزیلند ؛ وزارت محیط زیست: ولینگتون، نیوزلند، 2005.
برناردو، آر. راموس، I. GIS در مدیریت ریسک سیل . در دسترس آنلاین: http://libraries.maine.edu/Spatial/gisweb/spatdb/egis/eg94056.html (دسترسی در 11 اوت 2009).
باجوا، اچ اس. تیم، ایالات متحده به سمت محیط‌های مجازی فراگیر برای مدل‌سازی و تجسم Floodplain مبتنی بر GIS. در مجموعه مقالات بیست و دومین کنفرانس کاربران ESRI، سن دیگو، TX، ایالات متحده آمریکا، 8 تا 12 ژوئیه 2002.
کامرون، AT قابلیت‌های مکانی HEC RAS برای توسعه مدل و نقشه‌برداری. در مجموعه مقالات دومین کنفرانس مشترک بین سازمانی فدرال، لاس وگاس، NV، ایالات متحده، 27 ژوئن تا 1 ژوئیه 2010.
هیکس، FE; Peacock, T. مناسب بودن HEC-RAS برای پیش بینی سیل. می توان. Water Res. J. 2005 ، 30 ، 159-174. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کامرون، AT; گری، دبلیو. Brunner، تجزیه و تحلیل شکست سد پلی اتیلن با استفاده از Hec-Ras و Hec-Georas . در دسترس آنلاین: http://www.gcmrc.gov/library/reports/physical/Fine_Sed/8thFISC2006/3rdFIHMC/11F_Ackerman.pdf (در 23 سپتامبر 2008 قابل دسترسی است).
موریس، GL Dam Break Flood Hazard Hazard برای مخزن Quebrada Beatriz . مرجع تامین مالی زیرساخت پورتوریکو: کاگواس، پورتوریکو، 2007. [ Google Scholar ]
شهر جکسون نواحی تاریخی در دسترس آنلاین: http://www.jacksonms.gov/assets/planning/historic%20districts.pdf (در 24 اوت 2009 قابل دسترسی است).
Burby، RJ همکاری با طبیعت: مقابله با مخاطرات طبیعی با برنامه ریزی کاربری زمین برای جوامع پایدار . جوزف هنری/ انتشارات آکادمی ملی: واشنگتن، دی سی، ایالات متحده آمریکا، 1998. [ Google Scholar ]
گیرتمن، اس. استیلول، جی. سیستم های پشتیبانی برنامه ریزی: مقدمه. در برنامه ریزی سیستم های پشتیبانی در عمل ; Springer: برلین، آلمان، 2003; صص 25-55. [ Google Scholar ]
Yerramilli, S. یک رویکرد ترکیبی از یکپارچه سازی HEC-RAS و GIS به منظور شناسایی و ارزیابی آسیب پذیری خطر سیل در شهر جکسون، ام اس. صبح. جی. جئوگر. به اطلاع رساندن. سیستم 2012 ، 1 ، 7-16. [ Google Scholar ]
ژنگ، ن. تاکارا، ک. تاچیکاوا، ی. Kozan، O. تجزیه و تحلیل آسیب پذیری در برابر خطر سیل بر اساس استفاده از زمین و توزیع جمعیت در حوضه رودخانه Huaihe، چین. ان فاجعه قبلی بازگرداندن. 2008 ، 20 ، 83-91. [ Google Scholar ]
تیموتی، CW آسیب پذیری در برابر خطرات زیست محیطی در کلانشهر سیوداد خوارز (مکزیک) – ال پاسو (ایالات متحده آمریکا): مدلی برای ارزیابی ریسک فضایی در زمینه فراملی. Appl. Geogr. 2009 ، 29 ، 448-461. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]

© 2013 توسط نویسندگان; دارنده مجوز MDPI، بازل، سوئیس. این مقاله یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت شرایط و ضوابط مجوز Creative Commons Attribution ( http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ ) توزیع شده است.

;کاربردهای GIS مقالات

درخواست مشاوره

09120049370

8 صبح تا 12 شب