تحليل و استخراج شدت و تداوم بارشهاي كوتاه مدت از بارشهاي حداكثر روزانه و ساليانه با استفاده از توابع مفصل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

آگاهي از شدت بارش‌ها در تداوم‌هاي متفاوت به‌عنوان رگبار طرح براي دوره بازگشت‌هاي معين، در طراحي سازه‌هاي هيدروليكي و بهره‌برداري از شبكه‌هاي جمع‌آوري و استحصال رواناب‌هاي شهري، سيلاب و مديريت و كنترل و ذخيره‌ي منابع آبي به هنگام سيل و خشكسالي، همواره از اهميت ويژه‌اي برخوردار بوده است؛ ازاين‌رو مي‌بايست حداكثر دقت در تعيين شدت بارش‌هاي با تداوم مختلف صورت گيرد. به‌ويژه در شرايط تغييرات اقليمي ايجادشده، با توجه به تغيير مقدار و توزيع زماني سه متغير بارش‌هاي روزانه و ساليانه، حداكثر شدت بارش‌هاي كوتاه‌مدت نيز تغيير كرده است؛ فلذا تحليل و بررسي همزمان اين سه متغير حائز اهميت مي‌باشد. نظر به اينكه بارش پديده‌اي چند متغيره‌اي است كه متغيرهايش داراي وابستگي هستند، استفاده از تحليل‌هاي چند متغيره براي آن نيز تفسير دقيق‌تري را نسبت به تحليل تك متغيره مي‌دهد. بدين منظور از توابع مفصل كوپلا كه به ‌دور از محدوديت‌هاي توابع توزيع احتمالات كلاسيك هستند، جهت تحليل ساختار وابستگي ميان متغيرها استفاده‌شده است. در اين راستا ابتدا داده‌هاي حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي كوتاه‌مدت (ازپايان نامه دادجو)، حداكثر بارش روزانه و مجموع بارش ساليانه از ايستگاه سينوپتيك اصفهان به‌عنوان ايستگاه معرف منطقه فلات مركزي ايران طي دوره آماري 53 ساله (1967-2020) دريافت و ميزان همبستگي ميان متغيرها توسط سه ضريب كندال، اسپيرمن و پيرسون ارزيابي شد؛ كه ضرايب همبستگي مثبت قابل‌ملاحظه‌اي ميان جفت متغيرها به دست آمد. در ادامه از ميان 9 تابع توزيع برازش شده، تابع مقدار حدي تعميم‌يافته بر روي حداكثر شدت بارش‌ها با تداوم كوتاه‌مدت و مجموع بارش ساليانه و تابع لوگ نرمال بر روي حداكثر بارش روزانه بهترين برازش را نشان دادند. سپس 5 تابع مفصل خانواده‌ي ارشميدسي شامل كلايتون، فرانك، گامبل هوگارد، علي ميكائيل الحق و جو به سه حالت دومتغيره، سه متغيره‌ي نامتقارن و متقارن بر روي متغيرها برازش شده و با استفاده از روش حداكثر درستنمايي و سلسله مراتبي پارامتر مفصلشان تخمين زده شد. درنهايت با به‌كارگيري آزمون‌هاي نيكويي برازش گرافيكي (Q-Q plot) و عددي (NSE, RMSE, AIC, MLE) بهترين توابع مفصل برازش شده بر روي متغيرها برگزيده شدند. بدين گونه در حالت دومتغيره، تابع مفصل كلايتون براي جفت متغيرهاي حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي كوتاه‌مدت 10، 60، 120 و 180 دقيقه‌اي و حداكثر بارش روزانه و تابع مفصل فرانك بر روي جفت متغير حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي 30، 240، 360 و 540 دقيقه‌اي و حداكثر بارش روزانه، بهترين برازش را نشان دادند و در حالت سه متغيره‌ي نامتقارن و متقارن تابع مفصل فرانك بهترين برازش را بر روي كليه‌ي جفت متغيرهاي مفصل شده به متغير سوم و همچنين سه متغيره باهم، نشان داد. سپس از نتايج حاصل از توابع مفصل برگزيده جهت برآورد احتمالات مشترك و شرطي دو و سه متغيره استفاده شد و درنهايت دوره بازگشت‌هاي توأم عطفي، فصلي و شرطي دو و سه متغيره به‌عنوان يك معيار براي طراحي سازه‌هاي هيدروليكي محاسبه و ترسيم شدند. بدين شكل با تعيين دوره بازگشت عطفي و يا فصلي معين، مقادير مختلفي از جفت متغيري كه آن دوره بازگشت را نتيجه مي‌دهند به دست مي‌آيند و بالعكس. همچنين با تعيين دوره بازگشت‌هاي شرطي معين، مقدار حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي كوتاه‌مدت به دست آمدند. نتايج نشان داد طي دوره بازگشت شرطي سه متغيره‌ي 20 سال، حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي 30،10، 60، 120، 180، 240، 360 و 540 دقيقه‌اي به ترتيب 3/40، 2/18، 3/12، 8، 1/6، 8/4، 9/3 و 1/3 (ميلي‌متر بر ساعت) خواهند شد. با مقايسه‌ي نتايج حاصل از دوره بازگشت‌هاي دومتغيره با سه متغيره مشخص شد كه، حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي كوتاه‌مدت حاصل از دوره بازگشت‌هاي شرطي دومتغيره‌ تا 7 سال، بزرگ‌تر يا مساوي حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي كوتاه‌مدت حاصل از دوره بازگشت‌هاي شرطي سه متغيره مي‌باشند و به‌عنوان يك معيار براي طراحي سازه‌هاي هيدروليكي (براي دوره‌ي كوتاه‌مدت) از قابليت اطمينان بالايي برخوردار هستند و پس از گذشت 7 سال اين نتيجه صادق نمي‌باشد و حداكثر شدت بارش در تداوم‌هاي كوتاه‌مدت در دوره بازگشت شرطي سه متغيره، مساوي يا بزرگ‌تر از حالت دوره بازگشت شرطي دومتغيره مي‌باشد و به‌عنوان معيار طراحي براي دوره‌ي بلندمدت، بسيار قابل‌اطمينان‌تر از حالت دومتغيره مي‌باشد.

210361

مديريت منابع آب

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمدحسين گل محمدي، رامتين معيني

حميدرضا صفوي