محاكات شبكة الامطار بأستخدام برنامج EPA SWMM في منطقة مستجمعات المياه غير الحضرية في مدينة كربلاء

رسالة ماجستير

اسم الباحث : زهراء صبري وحيد

اسم المشرف : أ.م.د حيدر حسين علوان ;أ.د واقد حميد حسن

الكلمات المفتاحية : Return period,Flood,SWMM,LID,Rainwater

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية هندسة البنى التحتية‏

سنة نشر البحث : 2025

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تتأثر أنماط هطول الأمطار بتغير المناخ في المنطقة مما يؤدي إلى زيادة الجريان السطحي وبالتالي إغراق شبكة مياه الأمطار في الحي. وقد تبنت معظم المدن تدابير وأهداف إدارة مياه الأمطار المستدامة للحفاظ على الموارد المائية. أدت الظروف المناخية المتغيرة والتقلبات الموسمية إلى زيادة مستويات هطول الأمطار وتراكمها على الأرصفة والطرق وتجمعها داخل الطرق. تهدف هذه الدراسة إلى إيجاد طريقة حديثة للتحول من أساليب إدارة مياه الأمطار التقليدية إلى أساليب أكثر استدامة، بناءً على اختيار مدينة كربلاء في العراق، وبشكل أكثر دقة، حي الوفاء الواقع جنوب غرب المدينة، والاعتماد على جمع البيانات التاريخية (بيانات الأمطار والشبكة) لبناء نموذج محاكاة لشبكة مياه الأمطار في المنطقة باستخدام برنامج نموذج إدارة مياه الأمطار (SWMM) ودراسة تأثير الفيضانات على شبكة مياه الأمطار في حي الوفاء. تم تقييم فعالية شبكة مياه الأمطار في المنطقة قبل وبعد هطول الأمطار لعدة فترات تكرارية لمدة 2 و 5 و 10 و 20 عامًا. كما تم معايرة النموذج بعد تحليله بتعديل خصائص الأحواض الفرعية الهامة التي تم حسابها بناء على التصريفات النمذجية والمرصودة، وقد بلغ حجم الفيضان في الشبكة بعد التحليل 6921م3 في فترة العودة 2 سنة ثم ارتفع إلى 9956م3 عند تمديد فترة العودة إلى 20 سنة، وذلك بسبب تغير المناخ وبالتالي أدى إلى حدوث فيضانات في شبكة مياه الأمطار في المناطق المجاورة مما يؤثر سلبا على البنية التحتية للشبكة، وقد تم تحديد مواقع الفيضانات في الشبكة من خلال البرنامج واقتراح الحلول المناسبة لهذه المشكلة مع الحفاظ على قيمة خطأ متوسط المربعات الطبيعي (NMSE) الذي بلغ 1.16 في فترة العودة 2 سنة ومعامل التحديد (R2) 0.934، أما في فترة العودة 20 سنة فقد بلغ خطأ متوسط المربعات الطبيعي (NMSE) 0.93 ومعامل التحديد (R2) 0.899 ضمن الحدود المقبولة. تم اقتراح ثلاثة خطوط تصريف إضافية للشبكة، وتم إضافة تقنية LID لتحقيق الاستدامة، مما أدى إلى انخفاض وتيرة الفيضانات. تعد حدائق الأمطار من الطرق الأساسية للسيطرة الكاملة على جريان المياه السطحية أثناء الفيضانات. كما تم تطبيق هذه الطريقة في منطقة كربلاء الوفاء للسيطرة على الفيضانات الأولية الناجمة عن شبكة مياه الأمطار. تم التأكد من الحد الأقصى للتصريف من خلال محاكاة المنطقة قبل وبعد إضافة حدائق الأمطار. بعد المحاكاة، كان انخفاض الفيضانات 10.47٪، 19.4٪، 15.99٪، و 15.46٪ على مدى فترات العودة 2 و 5 و 10 و 20 عامًا على التوالي. أظهرت النتائج فرقًا واضحًا في تقليل الفيضانات. لوحظ أن الحد الأقصى لعدد فتحات الصرف المغمورة خلال فترة العودة لمدة عامين كان 31 فتحة بدون حدائق مطرية، بينما بعد إضافة حدائق الأمطار انخفض العدد إلى 14 فتحة. وهذا يوضح فعالية حدائق الأمطار في الحد من الفيضانات.

Simulation of Storm Network by Using EPA SWMM Program in Un–urban Catchment Area in Karbala City

Abstract
Rainfall patterns are affected by climate change in the region, which
leads to increased surface runoff and thus flooding the stormwater network
in the neighborhood. Most cities have adopted sustainable stormwater
management measures and objectives to conserve water resources. Changing
climatic conditions and seasonal fluctuations have led to increased rainfall
levels and accumulation on sidewalks and roads and their collection inside
roads. This study aims to find a modern way to shift from traditional
stormwater management methods to more sustainable methods, based on the
selection of Karbala city in Iraq, and more precisely, the Al-Wafa
neighbourhood located southwest of the city, and relying on collecting
historical data (rainfall and network data) to build a simulation model for the
stormwater network in the region using the Stormwater Management Model
(SWMM) program and studying the impact of floods on the stormwater
network in Al-Wafa neighbourhood. The effectiveness of the stormwater
network in the region was evaluated before and after rainfall for several
recurrence periods of 2, 5, 10, and 20 years. In addition, the model was
calibrated after its analysis by adjusting the characteristics of the important
sub-basins that were calculated based on the modelled and observed
discharges. The flood volume in the network after analysis reached 6921 m3
in the return period of 2 years and then increased to 9956 m3 when the return
period was extended to 20 years; this is due to climate change and thus led to
floods in the rainwater network in the vicinity, which negatively affects the
network infrastructure. The flood locations in the network were identified
through the program, and appropriate solutions were proposed for this
problem while maintaining the value of the normalized mean square error
(NMSE), which reached 1.16 in the return period of 2 years, and the
coefficient of determination (R2) 0.934, while in the return period of 20
years, the normalized mean square error (NMSE) was 0.93 and the
coefficient of determination (R2) 0.899 within the acceptable limits. Three
additional drainage lines were proposed for the network, and LID
technology was added to achieve sustainability, which led to a decrease in
the frequency of floods. Rain gardens are one of the basic methods for
complete control of surface water runoff during floods. This method was
also applied in the Karbala Al-Wafa area to control the initial floods caused
by the rainwater network. The maximum discharge was confirmed by
simulating the area before and after adding rain gardens. After simulation,
the flood reduction was 10.47%, 19.4%, 15.99%, and 15.46% over the return
periods of 2, 5, 10, and 20 years, respectively. The results showed a clear
difference in flood reduction. It was observed that the maximum number of
flooded manholes during the 2-year return period was 31 manholes without
rain gardens, while after adding rain gardens, the number decreased to 14
manholes. This demonstrates the effectiveness of rain gardens in reducing
floods