بخشی از مقاله
چکیده
حداکثر بارش روزانه یک ساختار مفهومی است که اندازه شدیدترین بارندگی برای طراحی سد، مخازن و پروژههای شهری را برای ما تعیین میکند. بر این اساس، برای محاسبه این پارامتر در دوره بازگشتهای مختلف و بررسی تغییرات مکانی آن، تحلیل آماری و انتخاب توزیع آماری مناسب ضروری است. هدف از این تحلیلها، به دست آوردن دوره بازگشت وقایع اندازهگیری شده در حوزه کارون شمالی و تخمین مقدار یک واقعه به ازای دوره بازگشت مشخص میباشد، برای تعیین مناسبترین تابع توزیع احتمالی حداکثر بارش روزانه در هر یک از ایستگاهها از نرم افزارهای SPSS و Easy Fit استفاده شد .
برای این کار از هشت تابع توزیع رایج در هیدرولوژی نرمال، لوگ نرمال، لوگ نرمال 3 پارامتری، ، پیرسون، پیرسون تیپ 3 و لوگ پیرسون تیپ 3، گامای 3 پارامتری و گاما استفاده شد. سپس با استفاده از آزمونهای نکویی برازش کای اسکوئر، کلموگراف-اسمیرنوف و اندرسون دارلینگ مناسبترین تابع توزیع احتمالاتی حداکثر بارش روزانه تعیین شد. نتایج نشان داد که توزیع نرمال کمترین تطابق را در ایستگاههای مورد مطالعه دارد. همچنین در پیشبینی حداکثر بارش روزانه توزیع پیرسون سه پارامتری غالبترین توزیع و با داشتن حداقل خطای آماری برای حوزه مناسب بوده و پیشنهاد میشود برآورد مقادیر حداکثر بارش روزانه در دورههای بازگشت مختلف با این تابع توزیع صورت گیرد.
مقدمه
هواشناسی علم پردامنهای میباشد که اهمیت آن در زندگی روزمره بشر بهخوبی آشکار گردیده است. از هواشناسی نهتنها در طرح مسائل آبی بلکه در امور ناوبری هواپیما، کشتیهای اقیانوسپیما، کشاورزی و پیشبینی آب و هوای مناطق مختلف و غیره نیز استفاده میشود - آقاجانی و همکاران، . - 1393 شدت بارش دارای یک حد نهایی منطقی است که به PMP یا حداکثر بارش محتمل معروف است - گریگر، . - 1965 اگر در یک ایستگاه هواشناسی آمار بارشهای روزانه را در نظر بگیریم، یک روز 24 - ساعت - در طول سال وجود خواهد داشت که مقدار بارندگی آن از بارندگی بقیه روزهای سال بیشتر و در واقع حداکثر است که آن را حداکثر بارش روزانه در سال می نامیم .
حداکثر بارش 24 ساعته را می توان تجزیه و تحلیل آماری کرد تا براساس آن بتوان میانگین حداکثر بارش روزانه و یا مقدار تخمینی آن را در دوره های بازگشت مختلف محاسبه نمود - علیزاده،. - 1390 بهطوری که استفاده از بارشهای حداکثر روزانه در برآورد سیلاب و مقادیر رواناب در حوزههای آبخیز و همچنین طراحی تأسیسات آبی و مهندسی همواره مورد توجه بوده است. چنانکه براساس رواب ارائه شده توس سازمان حفاظت خاک امریکا SCS، از مقدار حداکثر بارش 24 ساعته با دوره بازگشتهای مختلف، بارش 6 ساعته برآورد میشود. این رواب و استفاده از آنها در محاسبه هیدروگرافها اهمیت زیادی دارد - یوست، . - 2006 تجزیه و تحلیل دادههای هیدرولوژی بدون وارد شدن به محاسبات احتمالاتی امکانپذیر نیست،
بنابراین تابع توزیع احتمال ابزاری موثر و مفید برای توصیف جامع هر متغیر هواشناسی یا هیدرولوژیکی میباشد - ویک و هوس؛ . - 2009 انتخاب بهترین توزیع برازش یافته براساس یک سری معیارها و آزمون فرضیات احتمالی صورت میگیرد که از بین آنها میتوان به روشهای گرافیکی، حداقل مربعات - مانند آزمون کای اسکوئر و آزمون کلوگراف- اسمیرونوف - ، ضرایب فراوانی و استفاده از پارامترهای توزیع اشاره کرد - کالندا و همکاران، 2009؛ رحمان و حداد، . - 2011 روش استفاده از پارامترهای توزیع یکی از اساسیترین و دقیقترین روشهاست. در این روش براساس روشهای احتمالات، دو راه حل گشتاور و بیشینه درست نمایی بهکاربرده میشود.
روش گشتاور ساده اما نتایج حاصل از آن به خصوص اگر تعداد دادهها کم باشد از دقت کمتر برخوردار است، اما روش حداکثر درست نمایی از دقت بالایی برخوردار است؛ اما محاسبات آن پیچیده و وقت گیر است که البته امروزه به کمک فناوری و رایانه استفاده از این روش روزبهروز رو به افزایش یافته است.. مطالعات متعددی در اقصی نقاط دنیا در مورد تحلیل فراوانی حداکثر بارش روزانه انجام شده است که به برخی از آنها در ادامه اشاره میشود.
یانگ و همکاران - 2010 - در حوزه آبخیز پرال در جنوب چین براساس روش بیشینه نمایی به بررسی مناسبترین تابع احتمالی توزیع در مناطق همگن پرداختند نتایج آنان نشان داد که تابع توزیع نرمال، لجسنیک، گامبل و پیرسون تیپIII برازش مناسبی با دادههای حداکثر بارش روزانه در مناطق همگن مختلف نشان میدهد. از طرف دیگر نتایج تحقیقات پینگ و حسن - 2012 - در حوزه آبخیز لون هه در غرب چین با استفاده از روش بیشینه درست نمایی و خوشهبندی نواحی همگن نیز نتایج مشابهی را نشان داد.
میرزائی - 1392 - طی تحقیقی برای بررسی حداکثر بارش روزانه در حوزه آبخیز آتشگاه استان اردبیل با استفاده از هفت تابع توزیع احتمالاتی معمول در هیدرولوژی اقدام به تعیین بهترین تابع از طریق محک آماری کلموگراف اسمیرنوف کرد که نتایج بررسی ایشان نشان داد که تابع توزیع احتمالی لوگ پیرسون سه پارامتری و لوگ نرمال سه پارامتری با داشتن حداقل خطا نسبت به سایر روشها برای این منطقه مناسب تشخیص داده شد.
اکبری و همکاران - 1393 - مطالعهای در خصوص تحلیل حداکثر بارش روزانه در حوزه آبخیز قره سو واقع در استان اردبیل انجام دادند که در این تحقیق جهت انتخاب مناسبترین تابع توزیع احتمالاتی حداکثر بارش 24 ساعته در هر یک از ایستگاههای داخل و خارج از حوزه آبخیز قرهسو از نرمافزار SPSS و Easy Fit استفاده کردند برای این منظور ابتدا هفت توزیع متداول در هیدرولوژی یعنی نرمال، لوگ نرمال 2 و 3 پارامتری، پیرسون تیپ 3 و لوگ پیرسون تیپ 3، گامای 2 پارامتری و گمبل انتخاب و با استفاده از آزمونهای نکویی برازش کای اسکوئر، کلموگراف-اسمیرنوف و اندرسون مناسبترین تابع توزیع احتمالاتی حداکثر بارش 24 ساعته تعیین شد.
نتایج حاصله نشان داد که توزیع لوگ نرمال سه پارامتری غالبترین توزیع مناسب در ایستگاههای مورد مطالعه است. به طور کلی تابع توزیع نرمال از نظر آزمونهای نکویی برازش، کمترین تطابق را در پیش بینی حداکثر بارش روزانه در دوره های بازگشت مختلف نشان داد. آقا جانی و همکاران - 1393 - در تحقیقی به پیش بینی حداکثر بارش روزانه در استان مشهد پرداختند نتایج بررسی داده های 55 ساله ایستگاه هواشناسی مشهد - از سال 1951 تا - 2005 با توزیع های احتمالاتی نرمال، لوگ نرمال تیپ2، پیرسون تیپ3، لوگ پیرسون تیپ3 و گمبل نشان داد روش غیر پارامتری، برازش بهتری با داده ها دارد بنابراین برای تحلیل حداکثر بارش روزانه روش غیر پارامتری را پیشنهاد کردند.
کارون شمالی با توجه به اینکه یکی از حوزههای آبخیز مهم جهت مصارف کشاورزی و شرب استانهای حاشیه میباشد لذا ساخت پروژههای بزرگ اعم از سدسازی در این منطقه وجود دارد که یکی از پارامترهای مهم تأثیرگذار در این زمینه تعیین بارش طرح براساس زمان تمرکز حوضه میباشد و بررسی دقیق و اصولی حداکثر بارش روزانه منطقه میتواند مفید واقع شود. لذا این تحقیق با این هدف در حوزه کارون شمالی انجام شد.
مواد و روش ها موقعیت جغرافیایی
حوضه مورد مطالعه بخشی از حوضه کارون در داخل ارتفاعات زاگرس میانی قرار دارد و در محدودهی عرضهای شمالی 3350510 تا 3612112 و طولهای شرقی 344408 تا 595339 واقع شده است. حوضه آبخیز کارون شمالی دارای مساحتی بالغ بر 2707200 هکتار - تا محل سد شهید عباسپور - یکی از حوضههای بزرگ آبریز خلیج فارس است. این رودخانه از چهار شاخهی اصلی به نام های خرسان، آب ونک، آب کیار و بازفت تشکیل شده است. شکل شماره یک موقعیت منطقه مورد مطالعه را نشان میدهد.
