Skip to main content
SUPERVISOR
Kayvan Asghari
کیوان اصغری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Iman Setayeshfard
ایمان ستایش فرد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Analyzing the impact of green infrastructure on urban runoff and improving groundwater reserves using HSPF software
With the urban development of societies and increasing the human population, obviously, the consequences place an impact on land use and increased of runoff generation, especially in cities. Among these effects, we can mention the destruction of forest lands and the increase of areas with concrete and asphalt, and in general, intensification of lands permeability. Decreasing soil permeability increases all types of pollution, increases peak discharge, increases urban runoff sediments and reduces groundwater recharge, and ultimately causes damage to humans and nature. Humans have always attempted to reduce the negative effects of reducing soil permeability and disposal of urban runoff from the urban environment. Recently, in some countries, new methods called green infrastructure (GI) are used to drain and improve the quality of urban runoff. In this study, one of these methods has been used in new areas using Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF) in interface with Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint (BASINS). The study area in this research is the catchment area of ??Salt Lake City Valley watershed, Utah, USA. BASINS interface was used for initial preparation of information and HSPF software was used for rainfall-runoff simulation, with acceptable performance in rainfall-runoff modeling processes. Data from 1992 to early 2000 were used for calibration and from 2008 and 2009 for validation. In this simulation, to evaluate the accuracy of calibration and validation, the criteria of normalized root mean square error, Nash-Sutcliffe Efficiency and Coefficient of Determination have been used. The value of Coefficient of Determination in calibration is equal to 0.71 and in validation is equal to 0.75. The criterion of normalized root mean square error in calibration is 0.1 and in validation is 0.11, and the Nash-Sutcliffe Efficiency in calibration and validation is 0.71. In this study, six scenarios have been considered to investigate the effects of GI on peak discharge, runoff volume and deep layer water recharge in urban and non-urban areas. In the first scenario, runoff from four heavy and short-term precipitation was investigated. The peak discharge affected by the vegetated swale decreased from 38 to 49 percent. In this scenario, the total volume of runoff due to precipitation has decreased by 21 to 37 percent. In the second scenario, where longer and milder precipitations are considered, the total runoff volume is reduced from 5 to 14%. In the third scenario, where the effect of vegetated swale on runoff volume in the long period of time was investigated, it was observed that practice of vegetated swale can reduce runoff volume by up to 9%. In the fourth scenario, the impact of GI on non-urban areas that are naturally well-permeable was investigated and it was observed that the application of vegetated swale in these areas reduce runoff insignificantly, since it was dominated by agricultural and forest areas. In the fifth scenario, the effect of vegetated swale application on deep groundwater recharge was investigated. Active groundwater recharge was increased about 9% of total rainfall and Inactive groundwater recharge increased about 1% of total rainfall. In the sixth scenario, two vegetated swales were compared with rectangular and trapezoidal sections, both with equal in the horizontal dimension of the wet surface. It was observed that if the wet perimeter of different sections were equal, there would not be much difference in the final runoff volume results. Also, the water balance for 2004 to 2009 was estimated both for the entire catchment area and for the small urban sub-basin. The amount of error was 5% for the entire watershed and 2% for the urban sub-watershed. Keyword: Rainfall-Runoff Process, Green Infrastructure, Peak and Volume of Runoff, Infiltration
در گذشته با صنعتی شدن جوامع، جمعیت بشر افزایش یافته است که این افزایش جمعیت خصوصا در شهرها تاثیراتی بر کاربری اراضی از خود بجا گذاشته است. ازجمله این تاثیرات می توان به تخریب اراضی جنگلی و افزایش اراضی بتنی و آسفالته اشاره کرد و به طور کلی نفوذپذیری اراضی کاهش یافته است. کاهش نفوذپذیری اراضی موجب افزایش انواع آلودگی ها، افزایش دبی اوج، افزایش رسوبات رواناب شهری و کاهش تغذیه آبهای زیرزمینی می شود و در نهایت برای انسان و طبیعت خساراتی به همراه دارند. انسان همواره سعی در کاهش اثرات منفی کاهش نفوذپذیری اراضی و دفع رواناب شهری از محیط شهری داشته است. اخیرا در برخی کشورها از روش های نوینی تحت نام زیرساخت های سبز برای زهکشی و بهبود کیفیت رواناب شهری استفاده می شود. در این مطالعه نیز با بکارگیری یکی از این روشها در منطقه‌ای جدید و ابزاری که کمتر برای این منظور از آن استفاده شده است، پرداخته شده است. منطقه ی مورد مطالعه در این تحقیق، حوضه ی آبریز شهر سالت لیک سیتی واقع در ایالت یوتای ایالات متحده ی آمریکا است که به دلیل کمبود اطلاعات با فرمت مورد نیاز در مناطق داخل کشور از این منطقه برای تحقیق استفاده شد. برای آماده سازی اولیه اطلاعات از نرم افزار BASINS و برای شبیه سازی بارش-رواناب از نرم افزار HSPF استفاده شده است که برای شبیه سازی برف نتایج قابل قبولی داشته است و با توجه به واسنجی و اعتبارسنجی نتایج قابل قبولی بدست آمده است. برای واسنجی از داده های سال های 1992 تا ابتدای سال 2000 و برای اعتبارسنجی از سال های 2008 و 2009 استفاده شد. در این شبیه سازی برای بررسی دقت واسنجی و اعتبارسنجی از معیار های خطای نرمال شده ی جذر میانگین مربعات، نش‌ساتکلیف و ضریب همبستگی استفاده شده است. مقدار ضریب همبستگی در واسنجی برابر 71/0 و در اعتبارسنجی برابر 75/0 است. معیار خطای نرمال شده جذر میانگین مربعات در واسنجی برابر 1/0 و در اعتبارسنجی برابر 11/0 است و معیار نش‌ساتکلیف در واسنجی و اعتبارسنجی برابر 71/0 بدست آمد. در این تحقیق برای بررسی اثرات زیرساخت سبز بر روی دبی اوج، حجم رواناب و تغذیه ی لایه ی عمیق آبهای زیرزمینی در مناطق شهری و غیر شهری شش سناریو در نظر گرفته شده است. در سناریوی اول رواناب حاصل از چهار بارش شدید و کوتاه مدت مورد بررسی قرار گرفت. دبی اوج در چهار بارش تحت تاثیر جویبار سبز از 38 تا 49 درصد کاهش یافته است. در این سناریو حجم کل رواناب در این بارش ها 21 تا 37 درصد کاهش یافته است. در سناریو دوم که بارش های طولانی مدت و ملایم تر مورد بررسی قرار گرفته است حجم کل رواناب از5 تا 14 درصد کاهش یافته است. در سناریو سوم که تاثیر جویبار سبز بر روی حجم رواناب در طولانی مدت مورد بررسی قرار گرفته شد مشاهده شد که جویبار سبز در طولانی مدت می تواند حجم رواناب را تا 9 درصد کاهش دهد. در سناریو چهارم که تاثیر اعمال زیرساخت سبز بر روی مناطق غیر شهری که به طور طبیعی دارای نفوذپذیری مناسبی هستند مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که اعمال جویبار سبز در این مناطق برای کاهش رواناب بدلیل بزرگ مقیاس بودن و قالب بودن مناطق کشاورزی و جنگل در آن، بسیار کم اثر است. در سناریوی پنجم که تاثیر اعمال جویبار سبز بر روی تغذیه ی آبهای زیرزمینی عمیق مورد بررسی قرار گرفت مشاهده شد که با اعمال این زیرساخت ها می توان در طولانی مدت میزان تغذیه ی آبهای زیرزمینی فعال را تا 9 درصد بارش کل و تغذیه ی آبهای زیرزمینی غیر فعال حدود 1 درصد بارش کل افزایش داد. در سناریو ششم دو جویبار سبز با مقاطع مستطیلی و ذوزنقه ای که بعد افقی سطح مرطوب در هر دو برابر بودند، مقایسه و مشاهده شد که در صورت برابر بودن محیط مرطوب مقاطع مختلف، تفاوت چندانی در نتایج نهایی حجم رواناب بدست نمی آید ولی تفاوت در دبی اوج قابل توجه است. همچنین، بیلان آب برای سالهای 2004 تا 2009 یکبار برای کل حوضه ی آبریز و یکبار برای زیرحوضه ی کوچک شهری محاسبه شد و میزان خطا برای کل حوضه 5 درصد و برای زیرحوضه ی شهری 2 درصد بدست آمد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی