ارزیابی قابلیت مدل هیدرولیکی HEC-RAS2D در شبیه‌سازی دوبعدی هیدرودینامیک جریان جزر و مدی (مطالعه موردی: خور موسی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی، موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو، تهران، ایران

2 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام

10.22059/jwim.2025.404101.1268

چکیده

پیچیدگی جریان‌های جزر و مدی موجب می‌شود که تحلیل دقیق رفتار آنها با چالش‌های ویژه‌ای همراه باشد و برای غلبه بر این چالش‌ها، استفاده از مدل‌های عددی پیشرفته ضروری است. در این پژوهش، قابلیت مدل هیدرولیکی دوبعدی HEC-RAS 2D در شبیه‌سازی هیدرودینامیک جریان‌های جزر و مدی در خور موسی واقع در شمال خلیج‌فارس مورد ارزیابی قرار گرفت. هدف از انجام این مطالعه، بررسی دقت مدل در بازتولید الگوهای زمانی و مکانی سرعت جریان و تراز سطح آب در یک سیستم مصبی پیچیده بود. به‌منظور شبیه‌سازی، داده‌های تراز آب و سرعت جریان از چهار ایستگاه هیدرودینامیکی در بازه زمانی ۴۴ روزه جمع‌آوری شد. هندسه مدل بر اساس تلفیق داده‌های هیدروگرافی محلی و مدل ارتفاعی ۳۰ متری کوپرنیک تهیه و با دقت ۲۰ متری در محیط GIS پردازش گردید. برای افزایش پایداری عددی و انطباق مش با توپوگرافی واقعی، از سیستم مش‌بندی توپولوژیکی نسخه جدید HEC-RAS 2025 استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل پس از کالیبراسیون، دقت بالایی در بازنمایی الگوی جزر و مدی دارد و شاخص‌های آماری عملکرد مدل در محدوده مطلوب قرار گرفتند (NSE=0.94، RMSE=0.079 وMAE=0.61 ). نقشه‌های پهنه‌بندی عمق و سرعت جریان تطابق قابل قبولی با رفتار واقعی سیستم نشان دادند. به‌طورکلی، نتایج تحقیق نشان داد که مدل HEC-RAS 2D با بهره‌گیری از قابلیت‌های نسخه جدید خود می‌تواند ابزاری کارآمد برای شبیه‌سازی فرآیندهای هیدرودینامیکی در محیط‌های جزر و مدی نظیر خور موسی باشد. اگرچه در شبیه‌سازی سرعت جریان در ورودی خور، محدودیت‌هایی مشاهده شد که ممکن است ناشی از عدم در نظر گرفتن کامل تأثیر نیروهای خارجی باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the HEC-RAS 2D Model's Capability in Two-Dimensional Simulation of Tidal Flow Hydrodynamics (Case Study: Musa estuary)

نویسندگان [English]

  • Hosein Ardalan 1
  • Javad Sarvarian 2
1 Water Research Institute, Tehran, Iran
2 Water engineering department, Faculty of agriculture, Ilam university, Ilam, Iran
چکیده [English]

The inherent complexity of tidal flows poses significant challenges for accurate analysis and prediction, necessitating the use of advanced analytical and numerical models. In this study, the capability of the two-dimensional hydraulic model HEC-RAS 2D was evaluated for simulating the hydrodynamics of tidal currents in the Musa Estuary, located in the northern Persian Gulf. The main objective was to assess the model’s accuracy in reproducing the temporal and spatial patterns of flow velocity and water surface elevation in a highly complex estuarine system. For the simulation, water level and flow velocity data were collected from four hydrodynamic stations over a 44-day period, covering two complete tidal cycles. The model geometry was generated by integrating local hydrographic survey data with the 30 m Copernicus digital elevation model, and further processed in a GIS environment with a horizontal resolution of 20 m. To enhance numerical stability and ensure better conformity of the mesh, the topological mesh-generation system of the latest HEC-RAS 2025 version was used. After calibration, the model demonstrated high accuracy in reproducing tidal behavior, with performance indices within an acceptable range (NSE = 0.94, RMSE = 0.079, MAE = 0.61). The depth and velocity distribution maps also showed good agreement with the actual dynamics of the system. Overall, the findings indicate that HEC-RAS 2D, particularly when using the advanced features of its latest release, can serve as a reliable and efficient tool for simulating hydrodynamic processes in tidal environments such as the Musa Estuary. However, some limitations were identified in simulating flow velocity near the estuary entrance, which may be due to the incomplete representation of external forcing effects.

کلیدواژه‌ها [English]

  • HEC-RAS2D model
  • Hydrodynamic
  • Musa estuary
  • Tidal Flow