انتخاب بهترین فرمول تجربی برای برآورد زمان تمرکز در حوزه‌های آبخیز شهری (مطالعة موردی: شهر ماهدشت)

شهبازی, علی; خلیقی سیگارودی, شهرام; ملکیان, آرش; سلاجقه, علی

doi:10.22059/jrwm.2014.52835

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری آبخیزداری، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران

² استادیار دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران

³ استاد دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران

https://doi.org/10.22059/jrwm.2014.52835

چکیده

اتخاذ روش‌های صحیح در مدیریت آبخیزهای شهری برای کاهش خطرها امری انکارناپذیر و ضروری است. لازمة این امرْ برآورد میزان رواناب با درجة اطمینان بالاست. یکی از عواملی که بدون شک، تأثیر زیادی در دبی اوج و حجم رواناب دارد زمان تمرکز است. هدف از این تحقیق انتخاب بهترین روش از میان فرمول‏های تجربی برآورد زمان تمرکز است. برای تعیین زمان تمرکز واقعی از روش صحرایی مبتنی بر اندازه‌گیری زمان پیمایش آب با استفاده از جسم شناور استفاده شد. به منظور انتخاب بهترین فرمول تجربی از معیارهای آماری‌ـ شامل درصد خطای نسبی (RE)، میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین درصد خطای نسبی (RME)، ناش‏ساتکلیف (NS)، و ضریب تبیین (R²)‌ـ استفاده شد. سپس، درصد اختلاف مقادیر به‌دست‌آمده از فرمول‏های تجربی با مقادیر واقعی اندازه‏گیری‌شده مقایسه شد. در این مطالعه، بر اساس نتایجِ مقایسة درصد خطای نسبی در هر بازه، فرمول‏های تجربی کالیفرنیا، چاو، کارتر، و فدرال به‌تربیب با درصد خطای 7_/2، 9_/2، 4_/4، و 7_/4 برای بازة ۲، رابطة کربای- هات‏وی با درصد خطای 1 برای بازة ۳، رابطة ونتورا با درصد خطای 5_/8 برای بازة ۹، و، در نهایت، رابطة هیدروگراف استدلالی با درصد خطای 8_/4 برای بازة ۱۰ بهترین برآورد را داشته‏اند. در نتیجه، پیشنهاد می‏‌شود در مناطقی که خصوصیاتی نظیر این بازه‏ها دارند، با توجه به اطلاعات موجود، از رابطه‏ای استفاده شود که کمترین درصد خطا را دارد. در نهایت، مشخص شد فقط روش هیدروگراف استدلالی برای کل حوضه کمترین خطا را دارد و جواب مناسبی ارائه داده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Selection of the best empirical formula to estimate time of concentration in urban watersheds (Case study: Mahdasht town)

نویسندگان [English]

ali shahbazi ¹
Shahram khaliqi sygarodi ²
Arash Malekian ²
Ali Salajegheh ³

¹ PhD. Candidate, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

² Assistant Professor, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

³ Professor, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran In

چکیده [English]

In order to decrease the risks associated with the management of urban watersheds, the use of proper methods is an essential task to estimate the runoff with a high degree of confidence. Time of concentration is one of factors that impacts on peak discharge and runoff volume. The objective of this study is to select the best method among the empirical formulas for estimating the time of concentration. In this study, for determination of actual time of concentration, the field method based on measuring the travel time by using floating-object method was employed. To select the best empirical formula of the time of concentration, the statistical criteria including percentage Relative Error (RE), Root Mean square error (RMSE), Average percentage Relative Error (RME), Nash - Sutcliffe criteria (NS) and determination coefficient were used. Then, differences among the estimations obtained from empirical equations were compared with the actual values. The results of this study based on comparison of the relative error in each interval showed that in the reach No. 2, empirical formulas of California, Chow, Carter and Federal Aviation, with percentage error of 2.7, 2.9, 4.4 and 4.4 have showed the best estimation, respectively. The equation proposed by Kirby with percentage error of 1 in the reach No. 3, the equation of Ventura with percentage error 8.5 in the reach No. 9 and the equation of rational hydrograph with percentage error 4.8 in the reach No. 10 have showed the best estimates. Therefore, it is recommended to use the empirical formula that has the lowest percentage of error for areas with features similar to the studied reaches. In general, the results show that only rational hydrograph method in all of the reaches has the lowest error and then provides the most proper estimates compared than others.

کلیدواژه‌ها [English]

empirical formula
rational hydrograph
time of concentration
travel time
Urban Watershed

مراجع

[1] Abustan, I., Sulaiman, A.H., Abdul Wahid, N. and Baharudin, F. )2008(. Determination of Rainfall-Runoff Characteristics in An Urban, (Case study: Sungai Kerayong Catchment, Kuala Lumpur). 11th International Conference on Urban Drainage.

[2] Alizadeh, A. )2006(. Principles of applied hydrology. 20ed Edition, University of Mashhad Press, 807p.

[3] Arabi, M. and Govindaraju, R.S. and Hantush, M.M. )2007(. A probabilistic approach for analysis of uncertainty in the evaluation of watershed management practice. Journal of Hydrology, 333, 459-471.

[4] Azadnia, F., Rostami, N. and Kamali Moghaddam, R. )2009(. Comparison of empirical equations for estimating time of concentration of the basin Meimeh Ilam. Iranian Water Research Journal, 3(4), 1-8.

[5] Chin, D.A. )2000(. Water-resources engineering. Prentice Hall, New Jersey, 750p.

[6] Dastorani, M.T., Abdullah Wand, A., Talabi, A. and Moghadamnia, A.R. ) 2014(. Evaluate the use of empirical equations for estimating the focus time navigating time streams. Journal Research and development, 103(93), 1-8. In press.

[7] Dongquan, Z., Jining, C., Haozheng, W., Qingyuan, T., Shangbing, C. and Zheng, S. )2009(. GIS-based urban rainfall-runoff modeling using an automatic catchment-discretization approach, (Case study in Macau). Environ Earth Sci, 59, 465- 472.

[8] Eslamian, S. and Mehrabi, A. )2005(. Empirical relations for estimating the time of concentration mountainous watersheds. Journal of Natural Resources and Agricultural Sciences, 12, 36-45.

[9] Fang, X., Thompson, D.B., Cleveland, T.G., Pradhan, P. and Malla, R. )2008(. Time of concentration estimated using watershed parameters determined by automated and manual methods. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 134(2), 202-211.

[10] Green, J. and Nelson, E. )2002(. Calculation tim of Concentration for hydrologic design and analysis using geographic information system vector objects. Journal of Hydro informatics, 4, 75-81.

[11] Jamshidi, S. (2011). Compared to the estimated time of concentration using empirical relations (Case study: Watershed basin Srfyrvz Abad). 2th Geoscience Conference, 9p.

[12] Li, M.H., and Chibber, P. (2008). Overland flow time of concentration on very flat terrains. Transportation Research Record 2060. Transportation Research Board, Washington, DC, 133-140p.

[13] Mahdavi, M. (2011). Applied hydrology. 7ed Edition, Thesis. University of Tehran Press, 439p.

[14] McCuen, R. (1984). Eestimating urban time of concentration. Hydraulic Engineering ASCE, 100, 633-638.

[15] Mobaraki, J. (2006). Accuracy in the estimation of empirical relationships time to peak concentration Hydrograph (Case study: Tehran Province). MSc. Thesis. University of Tehran, 151p.

[16] Moghadamnia, A.R. (1997). A comparative study on the time-delay and time to reach peak flood hydrograph based on experimental methods and analysis of two regional climate. MSc. Thesis. University of Tarbiat Modarres, 163p.

[17] Motamedvaziri, B. (2004). Evaluation of some empirical relations to estimate the time of concentration (Case study: Karaj watershed). MSc. Thesis University of Tehran, 125p.

[18] Najafi, A. (2009). Factors of flood basin catchment Esfahan- Sirjan the factor analysis. Journal of Geography and Environmental Planning, 4, 101-118.

[19] Pavlovic, S.B. and Moglen, G.E. (2008). Discretization issues in travel time calculation. J. Hydrol. Eng., 13(2), 71-79.

[20] Shafai Bajestan, M. (2005). Principles and application of physical models – hydraulic, 1ed Edition, University of Martyr Chamran Press, 292p.

[21] Sharifi, S. and Hosseini, S.M. (2011) .Methodology for Identifying the Best Equations for Estimating the Time of Concentration of Watersheds in a Particular Region. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 137(11), 712-719.

[22] Sepahvand, A., Taei Semirom, M., Myrnya, Kh. and Moradi, H.R. (2011). Evaluate the model sensitivity to the variability of soil moisture. Journal of Soil and Water, 25(2), 338-346.

[23] Sourisseau, S.A., Basser, S.F. and Perie, T. (2007). Calibration, validation and sensitivity analysis of an ecosystem model applied to artificial streams. Water Research, 42, 1167-1181.

[24] Wong, T.S.W. (2005). Assessment of time of concentration formulas for overland flow. J. Irrig. Drain Eng., 131(4), 383-387.

[25] Wong, T.S.W. (2009). Evaluation of kinematic wave time of concentration formulas for overland flow. Journal of Hydraulic Engineering, 14(7), 739-744.

نشریه علمی - پژوهشی مرتع و آبخیزداری

انتخاب بهترین فرمول تجربی برای برآورد زمان تمرکز در حوزه‌های آبخیز شهری (مطالعة موردی: شهر ماهدشت)

مراجع

مراجع

دوره 67، شماره 3 - شماره پیاپی 3
آبان 1393
صفحه 419-435

انتخاب بهترین فرمول تجربی برای برآورد زمان تمرکز در حوزه‌های آبخیز شهری (مطالعة موردی: شهر ماهدشت)

مراجع

مراجع

دوره 67، شماره 3 - شماره پیاپی 3آبان 1393صفحه 419-435

دوره 67، شماره 3 - شماره پیاپی 3
آبان 1393
صفحه 419-435