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

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو، تهران، ایران.

2 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران.

10.22059/jwim.2025.404101.1268

چکیده

پیچیدگی جریان‌های جزرومدی موجب می‌شود که تحلیل و پیش‌بینی دقیق رفتار آن‌ها با چالش‌های ویژه‌ای همراه باشد و برای غلبه بر این چالش‌ها، استفاده از مدل‌های تحلیلی و عددی پیشرفته ضروری است. در این پژوهش، قابلیت مدل هیدرولیکی دوبعدی HEC-RAS 2D در شبیه‌سازی هیدرودینامیک جریان‌های جزرومدی 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 شامل دو چرخه کامل جزرومدی جمع‌آوری شد. هندسه مدل براساس 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 جزرومدی دارد و شاخص‌های آماری عملکرد مدل در محدوده مطلوب قرار گرفتند (94/0=NSE، 079/0=RMSE و 61/0=MAE). نقشه‌های پهنه‌بندی عمق و سرعت جریان تطابق قابل‌قبولی با رفتار واقعی سیستم نشان دادند. به‌طورکلی، نتایج پژوهش نشان داد که مدل HEC-RAS 2D با بهره‌گیری از قابلیت‌های نسخه جدید خود می‌تواند ابزاری دقیق و کارآمد برای شبیه‌سازی فرایندهای هیدرودینامیکی در محیط‌های جزرومدی نظیر خور موسی باشد. اگرچه در شبیه‌سازی سرعت جریان در ورودی خور، محدودیت‌هایی مشاهده شد که ممکن است ناشی از عدم درنظرگرفتن 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 Department of Water Engineering, 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
  • Tidal Flow
  • Musa estuary

مراجع

  1. Barros, M. D. L. C., Goulart Pecly, J. O., S. Lima, L., Neu, V., Richey, J. E., & CC Rosman, P. (2025). Influence of boundary condition uncertainties on hydrodynamic simulations. Modeling Earth Systems and Environment, 11(5), 368.
  2. Campbell, W. H., Savant, G., Leon, A. S., & Bian, L. (2023). Applying HEC-RAS to Simulate the Complex Tidal Conditions for Estuaries and Bays: A Case Study of the San Francisco Bay. In World Environmental and Water Resources Congress, pp. 185-193.
  3. Chen, K., Lin, Y., Liu, J., He, Z., & Jia, L. (2024). Combined effects of massive reclamation and dredging on the variations in hydrodynamic and sediment transport in Lingdingyang Estuary, China. Frontiers in Earth Science, 18(1), 127-147. https://doi.org/10.1007/s11707-022-1050-x
  4. Chow, V. T. (1959). Open-channel hydraulics. New York: McGraw-Hill
  5. Han, Y., Dai, B., & Ding, H. (2024). Tidal dynamic response to riverbed evolution in the Yangtze River Estuary. Anthropocene Coasts, 7(1), 17.
  6. HEC-RAS User's Manual Version 6.6, (2024). Hydrologic Engineering Center, United States Army Corps of Engineers.
  7. Isma, F., Kusuma, M. S. B., Adityawan, M. B., & Nugroho, E. O. (2025). Spatiotemporal variations of Manning’s roughness coefficient in the estuary of Langsa River based on field measurements and hydraulic modeling. Journal of Hydrology: Regional Studies, 61, 102632.
  8. Muste, M., et al. (2017). Modeling Coastal Flow Dynamics: Applications to Tidal Energy and Environmental Impact. Environmental Modeling and Assessment, 22(3), 453-466.
  9. Okon, L. U. E., Seelam, J. K., Hemanath, L., Thomas, J., & Narine, R. (2025). Hypothesis-driven sensitivity analysis of Delft3D flexible mesh hydrodynamic model: insights into coastal processes in the monsoonal tropical Goa Coast, India. Ocean Dynamics, 75(9), 1-14.
  10. Pritchard, D.W. (1967) What Is An Estuary: Physical Viewpoint. In: Lauff, G.H., Ed., Estuaries, American Association for the Advancement of Science, Washington DC, Vol. 1, 149-176.
  11. Questo, L. I., & Rotor, M. A. (2025). Numerical hydrodynamic model of Awasan Bay, Surigao Del Norte, Philippines for tidal energy resource characterization. Discover Oceans, 2(1), 1-21.
  12. Shennan, I., et al. (2019). Modeling the Impact of Sea-Level Rise on Tidal Flows and Coastal Ecosystems. Nature Climate Change, 9(6), 465-473.
  13. Talebpour, N., Akbarinasab, M., Rasoolian, M., & Delbari, A. (2021). Simulation of Tidal in Khowr-e Musa by Using the TELEMAC Numerical‎International Journal Of Coastal, Offshore And Environmental Engineering (ijcoe), 6(3), 49-53.
  14. Veerapaga, N., Azhikodan, G., Shintani, T., Iwamoto, N., & Yokoyama, K. (2019). A three-dimensional environmental hydrodynamic model, Fantom-Refined: Validation and application for saltwater intrusion in a meso-macrotidal estuary. Ocean Modelling, 141, 101425.
  15. Yang, H., Li, B., Liu, F., Zhang, Y., Zhao, T., Lin, K., & Cai, H. (2025). Residual Water Level Dynamics in the Pearl River Estuary: Quantifying Riverine, Tidal, and Tide-river Contributions. Estuaries and Coasts, 48(6), 152.
مدیریت آب و آبیاری
دوره 15، شماره 4
اسفند 1404
صفحه 861-878

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار