بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این تحقیق تجزیه و تحلیل حداکثر دبی سالانه اتفاق افتاده در حوزه خیاوچای و تعیین حداکثر دبی 24 ساعته آن با دوره بازگشت مختلف میباشد. برای تعیین مناسب ترین تابع توزیع احتمالی حداکثر روزانه ایستگاه از نرم افزارهای Spss و Easy Fit استفاده شد. برای این کار از آمار ایستگاه هیدرومتری پل سلطان و هفت تابع توزیع رایج در هیدرولوژی یعنی نرمال، لوگ نرمال 2 و 3 پارامتری، پیرسون تیپ3 و لوگ پیرسون تیپ 3، گامای 2 پارامتری و گامبل استفاده شد. با استفاده از آزمونهای نکویی برارزش کای اسکوئر، کلموگراف – اسمیرنف و اندرسون دارلینگ مناسبترین تابع توزیع احتمالاتی حداکثر بارش روزانه تعیین شد. نتایج نشان داد توزیع گامای دو پارامتری و نرمال کمترین تطابق را دارد و غالب ترین توابع توزیع به ترتیب لوگ نرمال 3 پارامتری، لوگ پیرسون و پیرسون تیپ 3 در ایستگاه مورد مطالعه است. تبعیت مینمایند. در پیشبینی حداکثر دبی روزانه، تابع توزیع لوگ نرمال 3 پارامتری با داشتن حداقل خطای آماری، برای ایستگاه مناسبتترین تابع توزیع بوده و پیشنهاد داده میشود برآورد مقادیر حداکثر دبی روزانه در دوره بازگشتهای مختلف با این تابع توزیع صورت گیرد.
1. مقدمه
با توجه به محدودیت منابع آب در عصر حاضر و نیز قرار گرفتن کشور ما در منطقه نیمه خشک کره زمین لزوم مدیریت و برنامهریزی جهت استفاده بهینه از منابع آب بدیهی به نظر میرسد، بدین جهت کارشناسان و متخصصان منابع آب همواره در پی آن بودهاند تا بتوانند روابطی را بین مقادیر بارندگی و رواناب حاصل از آن در حوزههای آبریز و در شرایط مختلف زمانی و مکانی بیابند - جهاندیده، [ 1]. - 1389 .سطح مناطق سیل خیز کشور حدود 91 میلیون هکتار برآورد گردیده است به عبارت دیگر 55 درصد از سطح کشور در ایجاد رواناب مستقیم سریع نقش داشته که حدود 42 میلیون هکتار آن دارای شدت سیل خیزی متوسط تا خیلی زیاد هستند - شعبانلو، .[2]. - 1387 مطالعه، تجزیه و تحلیل و محاسبات هیدرولوژیکی به منظور برنامه ریزی و اجرای عملیات مهندسی آب و آبخیزداری در کشوری نظیر ایران با توجه به موقعیت جغرافیایی و عوامل بوم شناختی، فوق العاده حائز اهمیت است. بهطوری که اجرای هرگونه فعالیت های مهندسی در زمینه بهره برداری اصولی و علمی از منابع آب و کنترل هرزآبهای سطحی و سیلاب ها بدون مطالعه دقیق و شناخت خوب از خصوصیات هیدرولوژیکی منطقه غیرممکن است - ایزانلو،.[3] . - 1390 تاکنون مطالعات زیادی در خصوص سیل خیزی انجام شده است، از جمله در بعد بین المللی می توان به تحقیقات ساهو و همکاران - [4]. - 2006 اشاره نمود که با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی
در رودخانههای کوهستانه حوزه مشخصه منطقه اهایو آمریکا به پیشبینی پارامترهای کیفیت آب - دما،کدورت،اکسیژن،محلول و - PH و نیز سیلاب ناگهانی منطقه پرداختند. مطالعه فراوانی متوسط دبی های حداکثر ماهانه و اطلاع از احتمال وقوع و یا دوره بازگشت سیلابها و همچنین اطلاع از محدوده گسترش سیل می تواند برنامهریزان و متخصصان را در زمینه ایجاد راهکارهای کنترل این پدیده مخرب یاری نماید تعیین بهترین تابع احتمالاتی جهت برآورد مقادیر متغیرهای هیدرولوژیکی در دوره بازگشت های مختلف بسیار مهم است، اولین گام در آنالیز منطقهای سیلاب، مشخص کردن همگنی نواحی برای داشتن تحلیل درست از نتایج است - علیزاده، .[5]. - 88 یکی از روشهای متداول در برآورد دبیها با دوره بازگشتهای مختلف، استفاده از توزیعهای آماری است - خسروی[6] . - 1395، در روش تحلیل فراوانی وقایع حدی هیدرولوژیک، با تحلیل سوابق تاریخی و با تکیه بر آمار و اطلاعات موجود، ارتباط بین مقادیر حدی با احتمال وقوع - یا دوره بازگشت - حداکثر بارش روزانه از طریق توزیعهای احتمالاتی بررسی میشود. بهطوریکه حتی برای تحلیل فراوانی سیل نیز به طور وسیعی در مطالعات هیدرولوژیکی مورد استفاده قرار گرفتهاست Hadad and Rahman, 2011 - ؛ .[7] . - Hassanzadeh et al, 2010 زاهدی و همکاران - .[8]. - 1391 به تحلیل فراوانی متوسط دبی های حداکثرماهانه رودخانه های استان چهارمحال و بختیاری از طریق انتخاب بهترین توزیع آماری پرداختند، نتایج نشان داد که از بین توزیع های آماری موجود در نرم افزار Easy Fit توزیع ویکبی با فراوانی بیشتر و بعد از آن توزیع بور بهترین توزیع برای برآورد متوسط دبی حداکثر رودخانهای استان چهارمحال و بختیاری با استفاده از آزمون برازش کلموگراف- اسمیرنف میباشد. علی رحیمی و رئوفی . [9] . - 1391 - در پژوهشی بهترین توزیع آماری برای تحلیل فراوانی متوسط دبیهای حداکثر ماهانه در رودخانه های استان مازندران را بررسی کردند ومشاهدات با نتایج زاهدی و همکاران .[10]. - 1391 - یکسان بوده است.
زارع و همکاران - [9]. - 1388، نیز به برآورد دبی اوج سیلاب در دوره بازگشتهای مختلف با استفاده از روابط تجربی برای حوزههای کوچک پرداختند، نتایج بدین صورت بود که از بین روشهای مورد استفاده روش دیکن دارای کمترین خطا - - R.S.S و روش کریگر دارای بیشترین خطا می باشد، بنابراین جهت برآورد دبی اوج سیل روش دیکن پیشنهاد شده، البته استفاده از این روشها را باید محدود به شرایطی ساخت که آمار و اطلاعات کافی برای بررسی و تحلیل دقیق در دسترس نباشد. شیخ و همکاران - [11]. - 1395، فراوانی منطقهای سیلاب با استفاده از روش کریجینگ متعارف در حوزه های آبخیز استان مازندران را تحلیل کردند و نتایج نشان داد کاربرد روش کریجینگ متعارف، رویکرد مؤثر و کارآمدی برای تحلیل فراوانی منطقه ای سیلاب است. اکبری و همکاران - [12] . - 1389، در تحقیقی به تحلیل منطقه ای سیلاب در حوزه آبریز کشف رود با استفاده از روش گشتاورهای خطی پرداختند و نتایج نشان داد با توجه به دیاگرامهای L-moment و آماره نکویی برازشی توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته به عنوان بهترین توزیع منطقهای است. ثقفیان و همکاران [13] . - 1392 - ، دبی سیلاب را براساس شبیه سازی مدل بارش- رواناب و توزیعهای آماری تحلیل کردند و به این نتایج رسیدند که تحلیل فراوانی آماری با توزیع جنرال پارتو تطابق بیشتری با روش بارش- رواناب نسبت به توزیع لوگ پیرسون نوع سوم دارد، به طوریکه نتایج توزیع جنرال پارتو در بیشتر موارد در دامنهی احتمال عدم قطعیت شبیه سازی بارش- رواناب قرار میگیرد. در حالیکه در اکثر موارد نتایج توزیع لوگ پیرسون ، به ویژه در دوره های بازگشت بالا، خارج از این دامنه است. زاهدیان فر و همکاران - [14]. - 1392، در تحلیل فراوانی مقادیر حدی به این نتایج رسیدندکه روش حد آستانهها در دوره بازگشتهای مختلف مقادیر بالاتری را نسبت به روش حداکثر سالانه ارائه میکند و همچنین با ترسیم فواصل اطمینان دوره بازگشتهای مختلف، روش حد آستانه ها عدم قطعیت کمتری را به همراه دارد. محمدپور و همکاران [15]. - 1395 - ، در مقالهای ریسک احتمالاتی حوادث سیل را با استفاده از تابع مفصل سه متغبره بررسی کردند. برای این کار ار دادههای رودخانه مهاباد یکی از رودخانههای مهمی که به دریاچه ارومیه میریزد استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که روش الگوریتم ژنتیک - GA - در مقایسه با روش تابع استنباط برای حاشیهها - IFM - برتر است و تابع مفصل خانواده A12 بهترین برازش را به دادههای سیل رودخانه مهاباد دارد.
خسروی - [6] . - 1395 در پژوهشی به تحلیل توزیع آماری دبیهای حداکثر لحظهای و متوسط سالانه رودخانه خرما رود از دامنههای شمالی سلسله جبال البرز در شرق استان گلستان طی دوره آماری 30 ساله و پس از آزمونهای همگنی و کفایت آماری براساس نتایج بدست آمده از منحنی تجربی و مشاهدهای برای دبیهای حداکثر لحظهای توزیع لوگ پیرسون نوع سه و برای دبیهای متوسط سالانه، توزیع لوگ پیرسون نوع سه و بعد از آن پیرسون سه پارامتری بیشترین برازش و انظباق را نشان داه است. خالقی و طهماسبیپور - [16] . - 1392، در مقالهای به انتخاب مناسبترین توزیع آماری در تحلیل و برآورد فراوانی سیل با دوره بازگشتهای مختلف در تعدادی از ایستگاههای حوزه آبخیز کشکان که یکی از زیر حوزههای مهم رودخانه کرخه بوده است پرداختهاند. نتایج نشان میدهد که توزیع لوگ پیرسون نوع سه در اکثر ایستگاههای حوزه آبخیز کشکان مناسبترین توزیع میباشد و در طرحهای آبخیزداری و مهندسی رودخانه خروجی نرم افزار Easy Fit به دلیل دارا بودن توزیع آماری بیشتر و نرم افزار SMADA بهخاطر برآورد دبیهای سیلابی میتوان با قابلیت اطمینان بالا استفاده کرد.
سلاجقه و همکاران - [17] . - 1389، در مطالعهای مناسبترین توزیع فراوانی دبی حداکثر لحظهای سالانه در منطقه البرز مرکزی را بررسی کردند. نتایج حاصله نشان میدهد که در سری آماری 10 ساله توزیع لوگ پیرسون تیپ سه - روش گشتاور معمولی - ، سری آماری 15 ساله توزیع لوگ پیرسون تیپ سه - روش گشتاور معمولی - و دو پارامتری گاما - روش بیشینه درست نمایی - دومین توزیع و در سری آماری 20 ساله توزیع لوگ پیرسون تیپ سه - روش گشتاور معمولی - و لوگ نرمال دو پارامتری بوده است. غلامی - [18] . - 1395، در پژوهشی به مقایسه کارایی روش گشتاور خطی با روشهای مرسوم برآورد دبی حداکثر لحظهای سیلاب در حوزه آبخیز شیخ عثمان شهرستان اشنویه پرداخته است. نتایج پژوهش نشان می دهد که در پنج ایستگاه انتخاب شده منطقه و باتوجه به مقایسه سه روش محاسبه پارامترهای آماری مورد استفاده در دبی حداکثر سیلاب شامل روش گشتاور معمولی، روش بیشینه درست نمایی و روش گشتاور خطی، بهترین روش و توزیع انتخاب شده روش نوین گشتاور خطی و توزیع گامبل بوده است، بنابراین کارایی این روش برای محاسبه دبی حداکثر لحظهای سالانه سیلاب، دقت بالاتری را نسبت به روشهای مرسوم قبلی نشان میدهد.
Serinaldi و[19] . - 2006 - Grimaldi، روشی را جهت تحلیل فراوانی سیل چند متغیره با استفاده از توابع مفصل خانواده ارشمیدسی نامتقارن توسعه دادند. نتایج حاصل از مطالعه موردی انجام شده نشان داد که تابع مفصل نامتقارن نسبت به تابع متقارن از مزایای بیشتری برخوردار است. Reddy و[20]. - 2013 - Ganguli، از توابع مفصل ارشمیدسی و بیضوی t استیودنت جهت ارزیابی احتمالاتی ریسک سیل حوضه رودخانه Delaware در آمریکا استفاده نمودند. ایشان از آزمونهای مبتنی بر فاصله نظیر آندرسون-دارلینگ و آزمونهای گرافیکی و میزان وابستگی دنبالهها جهت انتخاب مناسب ترین تابع مفصل بهره بردند. یافتههای مطالعه آنها نشان داد که تابع مفصل t استیودنت عملکرد بهتر از دیگران ارائه مینماید. Abdi و همکاران [21] . - 2016 - روش مبتنی بر بهینهسازی را برای به دست آوردن پارامترهای سه تابع مفصل ارشمیدسی شناخته شده توسعه دادند. آنها روش پیشنهاد شده را برای مدلسازی چند متغیره مشخصه خشکسالی 60 ایستگاه بارانسنجی استان آذربایجان شرقی به کار گرفتند. نتایج مطالعه آنها نشان داد برتری روش مبتنی بر بهینهسازی در مقایسه با روشهای مرسوم نظیر گشتاورها و استنباط برای حاشیهها دارد. مفتاح هلقی و همکاران - - ، دادههای دبی حداکثر روزانه و بارش حداکثر 24 ساعته ایستگاه هیدرومتری گنبد کاووس را از طریق 20 تابع توزیع تحلیل کردند و مناسبترین توابع برای هر کدام از داده ها انتخاب شد، نتایج نشان می دهد مناسب ترین تابع برای داده های دبی حداکثر روزانه طبق آزمون آماری کای اسکوئر، لوگ نرمال سه پارامتری می باشد.
به منظور بررسی فراوانی احتمالاتی دبیهای سیلابی رودخانه خیاوچای در حوزه آبخیز خیاوچای از آمار 43 ساله از سال آبی - - 1392-1349 ایستگاه هیدرومتری پل سلطان استفاده شد پس از استخراج حداکثر دبی سالانه ایستگاه مورد مطالعه از هفت تابع توزیع احتمالی مرسوم در هیدرولوژی یعنی نرمال، لوگ نرمال 2 و 3 پارامتری، پیرسون تیپ3 و لوگ پیرسون تیپ3، گامای 2 پارامتری و گامبل استفاده شد. نتایج حاصله از آزمون نکویی برازش در بین توزیع های مورد بررسی نشان داد که مناسبترین توابع توزیع احتمالاتی حداکثر دبی روزانه در ایستگاه هیدرومتری تابع های لوگ نرمال 3 پارامتری و لوگ پیرسون و پیرسون تیپ 3 است. با استفاده از پارامترهای این توزیعها دوره بازگشت های2، 5، 10، 25، 50، 100 ساله محاسبه شد. جدول حداکثر دبی ایستگاه هیدرومتری پل سلطان را با دوره بازگشت های مختلف نشان می دهد.
2. مواد و روشها
.1-2 ویژگیهای منطقه مورد مطالعه
حوزه آبخیز خیاو چای از سرشاخههای مهم رودخانه قرهسودر شهرستان مشگینشهر در استان اردبیل در دامنههای جنوب غربی کوهستان سبلان قرار گرفته است. این حوضه غالبا 5 ماه از سال دارای پوشش برفی می باشد که به مدد این ذخایر برفی قسمت عمده آب شرب و کشاورزی منطقه تامین میشود. سرشاخههای این حوضه از ارتفاعات هزار میخ، آیی قاری، دلی آلی، جنوار داغی سرچشمه میگیرد و با طی مسیر جریان جنوب به شمال به حوزه قرهسو میریزد. این حوضه با مساحت 133/5 کیلومتر مربع و ارتفاع متوسط 2688 متر از سطح دریا در بالا دست ایستگاه هیدرومتری پل سلطانی یک حوزه کوهستانی و شیبدار است. شکل 1و جدول 1 موقعیت حوزه خیاوچای و پل سلطان را نشان میدهد.
