بخشی از مقاله
چکیده
مشکلات ناشی از دوره کم آبی جریان های رودخانه ها و طول مدت آن در مناطق خشک و نیمه خشک محدود کننده و بسیار تاثیرگذار بر برنامه ها و مدیریت منابع آب است. از لحاظ مدیریت ریسک خشکسالی، تعیین احتمال وقوع کم آبی برای دوره های کوتاه مدت چند روزه میتواند کمک زیادی به برنامه ریزی و استفاده از منابع آبی در مصارف شرب، صنعت و.... نماید. به این منظور مناسبترین توزیع آماری و روابط ریاضی مربوطه که بر جریانهای حداقل برازش مناسبی داشته باشد، تعیین میشود. در این تحقیق از آمار دبی روزانه رودخانه های موجود در استانهای کرمان، یزد، سیستان و بلوچستان و هرمزگان طی دوره های 15 و 30 روزه با داده های پایه 15 ساله استفاده شد.
با نرم افزار Hyfa و آزمون کولموگروف- اسمیرنوف برازش 7 توزیع آماری به این سریهای زمانیوردم آزمون قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که عموماً توزیع لوگ پیرسون تیپ 3 توزیع قالب شناخته شد. پس از آن حوضه های آبریز با روش خوشه بندی به دو منطقه هیدرولوژیکی تقسیم و با رگرسیون چند متغیره معادلات مربوطه در هر منطقه استخراج شد. دو ایستگاه به عنوان شاهد در نظر گرفته شده وروابط مورد ارزیابی قرار گرفت ومقادیر دبی حداقل تعیین شدند.
کلید واژهها: تحلیل منطقه ای، دبی های کم آبی، حوضه های فاقد آمار، خشکسالی،
-1 مقدمه
هدف از این تحقیق تحلیل دبی های کم آبی برای پروژه های منابع آب در منطقه خشک و نیمه خشک جنوب شرق کشور و برای حوضه های دارای کمبود و یا فاقد آمار هیدرو متری است. جنوب شرق کشور از کم بارشترین نقاط کشور و در نتیجه دارای پراکندگی زیاد رودخانه های دائمی با زمان طولانی کم آبی رودخانه ها مواجه می باشد. موفقی ت پروژه های منابع آب در این منطقه چه برای ذخیره سازی شرب و صنعت و چه برای کشاورزی به در نظر گرفتن دبی های زمان های کم آبی رودخانه ها بستگی دارد. برای مدیریت ریسک کم آبی و خشکسالی نیاز است تحلیل دبی های حداقل انجام شود. این تحلیل ها کمک می نماید در حوضه های فاقد داده هیدرومتری یک برآورد قابل قبول از دبی های حداقل بدست آید.
تحلیل های دبی های حداقل و توجه به خشکسالی - هواشناسی و هیدرولوژی - در سال های اخیر بدلیل افزایش نیاز به آب و تغییر اقلیم از اهمیت زیادی برخوردار شده است. در ذیل سابقه تعدادی از این نتایج آورده می شود.باکار و همکاران - [2] - 2005، در تحلیل فراوانی بارندگی بیشینه در روز های متوالی در Banswara هندوستان توزیع ها و تبدیل های احتمالاتی متنوعی را برای برآورد ماکزیمم بارندگی 1 و 2 تا 5 روزه متوالی در طول یک سال و با دوره بازگشت های متنوع به کار بردند . سه توزیع احتمالاتی معمول - نرمال، لوگ نرمال ، گاما - با مقایسه کردن مقدارChi-squar آزمایش شد. برای این منطقه توزیع گاما بهترین تطابق را داراست .
لی یو چین [3] - 2004 - ، با کاربرد تحلیل فراوانی بارندگی درمطالعه خصوصیات پراکندگی بارندگی در Chia-Nan تایوان جنوبی با استفاده از توزیع های نرمال، لوگ نرمال ، پیرسون تیپ 3 و لوگ پیرسون تیپ 3 در 178 ایستگاه دارای داده های بارندگی سالانه برای بیش از 10 سال نشان داد که توزیع لوگ پیرسون تیپ 3 در میان توزیع های احتمالاتی بهترین شناخته شده است رضایی پژند - [4] - 1380، کاربرد توزیع های متداول در منابع آب را بیان می کند، که بر اساس آن توزیع نرمال برای داده هایی که ضریب چولگی آنها نزدیک صفر باشد - مانند:دمای سالانه - و توزیع لوگ نرمال 2 پارامتری برای داده های متوسط و حداکثر و مثبت با شرط ضریب چولگی مثبت داده ها و ضریب چولگی نزدیک به صفر برای لگاریتم داده ها - مانند: بارندگی حداکثر 24 ساعته، باران و دما و رواناب سالانه و ماهانه و دبی اوج سیلاب - بکار گرفته میشود. همچنین توزیع لوگ نرمال 3 پارامتری مشابه لوگ نرمال 2 پارامتریست با این تفاوت که داده ها میتوانند منفی بوده و برای داده های حداقل - مانند: دما و رواناب حداقل رودخانه - نیز بکار رود . توزیع های گامبل نوع 1 برای داده هایی با ضریب چواگی 1/4 و داده های حداکثر و گامبل نوع 3 برای داده های حداقل مناسب می باشد. توزیع گاما نیز دارای چولگی مثبت و برای داده های حداکثر و متوسط بکار میرود.
-2 مواد و روشها
-1-2 تحلیل فروانی نقطه ای دبی کم آبی تحلیل فراوانی وقایع کم آبی از جمله مواردی است که در هیدرولوژی آبهای سطحی کاربردهای زیادی دارد.
برای تعیین احتمال وقوع مقادیر مختلف کم آبی از دو روش معمول استفاده می گردد که شامل روش احتمال تجربی وقایع و روش استفاده از توابع توزیع احتمال می باشد.
-1-1-2 احتمال وقوع تجربی داده های هیدرولوژیکی احتمال وقوع رویدادها را می توان با محاسبه احتمال تجربی آنها برآورد کرد. روابط متعددی برای محاسبه احتمال وقوع تجربی رویدادهای هیدرولوژیکی ارائه شده است که معروفترین آنها فرمول ویبول می باشد. -2-1-2توابع توزیع احتمال برای تحلیل فراوانی متغیرهای تصادفی از توزیع های تئوری احتمال استفاده می گردد. یک توزیع احتمالی تابعی است که نسبت شانس - احتمال - ، وقوع هر یک از پیامدهای ممکن از متغیر تصادفی را در دوره های زمانی معینی به صورت ریاضی بیان می کند. این توزیع ها اساساً به دو گروه توزیع های منفصل و پیوسته تقسیم می شوند.
توزیع های فراوانی منفصل یا گسسته برای آن دسته از متغیرهای تصادفی بکار می روند که شمارش در آنها مد نظر باشد. این توزیع ها شامل توزیع بینومبال و توزیع پواسون می باشد. توزیع های فراوانی متصل یا پیوسته برای کمیت هایی نظیر دبی کم آبی بکار می رود که بررسی احتمال وقوع و اندازه داده ها مورد نظر باشد. این توزیع ها در روش های برآورد کم آبی اهمیت زیادی دارند. سه ویژگی مهم این توزیع های آماری یعنی گرایش به مرکزیت، تغییر پذیری و چولگی از جمله خواصی است که توصیف آنها از نظر ریاضی بوسیله ترمهای گشتاور بیان می شود.
-2-2 همگنی هیدرولوژیکی حوضه های آبخیز -1-2-2 تجزیه و تحلیل عاملی
تجزیه و تحلیل عاملی در حقیت مجموعه ای از تکنیکهای طراحی شده در جهت محاسبه پیوستگی در میان مجموعه ای از متغیرها در شرایط نسبی می باشد، بعبارتی تجزیه و تحلیل عاملی را برای یافتن و تشخیص ابعادی که بر روی عملکردهای مختلف تاثیر می گذارند، مورد استفاده قرار می دهیم. عاملهای تولید شده توسط تجزیه و تحلیل عاملی موجودیتهای ریاضی می باشند، که می توان آنها را به عنوان محورهای کلاسه گر برای آزمونهائی که می توان رسم کرد، مورد استفاده قرار داد.
این زمانی از اهمت ویژه ای برخوردار است که از میان متغیرهای موثر مورد نظر برخی بهم دیگر وابسته بوده و باید این متغیرها را از محاسبات جدا نماییم، چرا که همواره وجود خوشه های بزرگ همبستگی در یک زیر مجموعه از آزمونها در یک ماتریس می تواند نشانگر آن باشد که آنها یک بعد یا توانائی را از متغیر وابسته اندازه گیری می نمایند. برای آنکه بدانیم از میان عوامل موثر در جریان کدامیک تاثیر بیشتری دارد و نیز متغیرهای مستقل را از متغیرهای غیر مستقل تشخیص دهیم نیاز به تجزیه و تحلیل عاملی داریم. یعنی بعبارتی از بین پارامترهای انتخاب شده نظیر شیب حوضه، ارتفاع متوسطه حوضه، تراکم زهکشی، طول آبراهه اصلی و مانند آنها، متغیرهایی که بیشترین تاثیر را در جریان کم آبی داشته و با تغییرات خود درصد تغییرات بیشتر جریان را نشان می دهند مشخص شوند.
-2-2-2 تجزیه و تحلیل رگرسیون گام به گام تحلیل رگرسیون گام به گام یکی از روشهای انتخاب متغیرهای با اهمیت برای استفاده در روابط ریاضی برآورد جریان می باشد که در تعیین مناطق همگن نیز کاربرد دارد - ناتان ، .[1] - 1990 این روش به دو صورت زیر انجام می گیرد: -1 انتخاب متغیرها به روش پشیرو: این روش بدون متغیر مستقل شروع می شود و با وارد کردن متغیرهای مستقل مناسب، مدل نهایی بدست می آید. نقص این روش در آن است که حذف متغیری که یکبار در بهترین معادله گنجانده شده، امکان پذیر نمی باشد.
-2 انتخاب متغیرها به روش پسرو: این روش با در نظر گرفتن کلیه متغیرهای مستقل در مدل شروع شده و سپس به ترتیب، ضعیف ترین متغیرها از مدل حذف می گردد. به همین دلیل خطاهای غیر قابل اجتناب گردکردن ماتریسهای بزرگ در این روش وجود دارد. روش مناسب دیگر، روش رگرسیون گام به گام است که از ترکیب روشهای پیشرو و پسرو بدست می آید. این روش یکی از دقیق ترین روشهای انتخاب متغیرها می باشد.برای تائید معنی دار بودن متغیرهایبکار رفته در مدل معمولاً از آماره های f, t استفاده می شود که رابطه بین آنها بصورت معادله - 1-2 - است.در رابطه فوق k, n به ترتیب تعداد مشاهدات و تعداد متغیرهای مستقل می باشد، در صورتیکه نسبت واریانس تبیین شده توسط رگرسیون به واریانس باقیمانده بزرگتر از مقدار بحرانی f - که از جدول بدست آمده است - باشد فرض رد شده و تاثیر متغیرهای مستقل مورد آزمون معنی دار تلقی می گردد، در غیر اینصوت متغیر مورد آزمون معنی دار نخواهد بود.
3-2-2 روش تحلیل خوشه ای در این روش حوضه ها براساس تشابه خصوصیات فیزیکی از یکدیگر جدا و مناطق همگن تعیین می گردند.اخراًی این روش مورد تاکید بیشتری قرار گرفته است. تحلیل خوشه ای، روش تحلیلی است که برای حل مسائل چند متغیره
