بخشی از مقاله
چکیده
در مطالعه حاضر به منظور تحلیل نقطهاي بادهاي فرساینده و یافتن راهی که بتوان تأثیر سرعت و مدت باد را در مناطق حساس به فرسایش بدست آورد، اقدام به ترسیم دسته منحنیهاي شدت - سرعت - - مدت- فراوانی باد - W-IDF - در ایستگاه نائین گردید. بنابراین از دادههاي حداکثر سرعتهاي باد که از نمودارهاي - گراف - ثبت شده، توسط دستگاه لامبریخت در ارتفاع 2 متري با طول دورة آماري 15 سال، - 2001-1985 - جهت تهیه دسته منحنیهاي شدت - مدت- فراوانی استفاده شد. پس از آن استخراج سرعتهاي حداکثر ماهانه در پایه زمانی 15، 30، 60 و120 دقیقه از روي این نمودارها با استفاده از رابطه نیمرخ عمودي سرعت باد - معادله وان- کارمن - 1 سرعتهاي حداکثر باد به ارتفاع استاندارد 10 - متري - تبدیل گردید.
جهت تحلیل آماري از دو توزیع دو پارامتري و دو توزیع سه پارامتري که کاربرد بیشتري در تحلیل دادههاي حداکثر دارند استفاده شد. این توزیعها شامل؛ توزیع گمبل، گاماي دو پارامتري، ویبول و پیرسون نوع سوم هستند. پس از تحلیل آماري، توزیع ویبول از بین توزیع هاي مذکور بدلیل داشتن کمترین مقدار باقیماندهها مناسب تشخیص داده شد و مقادیر سرعتهاي حداکثر باد در پایه زمانیهاي مختلف براي دورههاي بازگشت 2، 5، 10، 25، 50 و100 سال با استفاده از نرم افزار تحلیل فراوانی2 پیش بینی گردید.
بعد از انتخاب بهترین توزیع و پیش بینی سرعتهاي باد براي دورههاي برگشت مورد نظر در پایه زمانی هاي متفاوت منحنیهاي W- - - IDF به صورت سالانه ترسیم شد. در فرسایش بادي دانستن میزان شدت و سرعت عامل فرساینده و مدت تماس این عامل با سطح خاك بسیار مهم است. توسط این منحنیها میتوان مدت تاثیر و تداوم باد بر روي سطح خاك را براي دورههاي بازگشت کوتاه و بلند بدست آورد و در برنامه ریزيهاي مبارزه و پیشگیري با فرسایش بادي از اطلاعات آن سود جست.
مقدمه
انجام عملیات حفاظتی خاك و استحکامی براي سازههاي مختلف از دیر باز در بین جوامع بشري هر چند به صورت ابتدایی، متداول بوده است. دانش امروزي اطلاعاتی بر اساس موازین علمی جهت طراحی سازهها و حفاظت خاك در اختیار ما قرار می دهد. از جمله اطلاعات علمی که در طراحی و احداث سازههاي حفاظتی فرسایش بادي، ساختمانهاي بلند، سدهاي مخزنی بزرگ، توربینهاي بادي، آلودگی هوا و ... مؤثر است، سرعت باد و تداوم آن میباشد 6 - و. - 11 سرعت باد نقش اساسی را از لحاظ عامل فرسایندگی و حمل کنندگی، نیروي بارگذار و همچنین منبع انرژي ایفا میکند - 3 و . - 4 با در موارد فوق تحلیل نقطهاي باد بیش از پیش ضروري است. یکی از موارد تحلیل نقطهاي باد، تعیین تغییرات باد نسبت به زمان و ترسیم منحنیهاي شدت- مدت- فراوانی سرعتهاي حداکثر باد - W-IDF - میباشد.
جهت تحلیل آماري از توزیعهاي احتمال مختلف میتوان استفاده کرد زیرا معلوم نیست که پیشامدها، طبیعتاً از چه توزیعی تبعیت می کنند و معمولاً پیشامدهاي نمونه موجود براي دورههاي برگشت نسبتاً کوتاه در اختیار هستند و در طول مرکز توزیع احتمال قرار میگیرند. در صورتیکه پیشامدهاي لازم براي برآورد عموماً داراي دوره بازگشت طولانی هستند - در دنباله توزیع قرار دارند - . با توجه به اینکه بسیاري از توزیعها در مرکز متحدالشکل بوده و در دنباله متفاوت میباشند لذا از توزیع هاي مختلف آماري جهت یافتن بهترین توزیع لازم است . - 1 -
در تحقیقهاي مشابه از بین توزیع هاي احتمال پیرسون نوع سوم - گاماي دو پارامتري- گمبل و توزیع ویبول اکثراً توزیع احتمال گمبل و ویبول را مناسب تشخیص داده و براي تحلیل هاي آماري از آنها استفاده کردهاند 6 - و . - 7 در بررسیهاي دیگر از بین توزیعهاي گمبل و ویبول، توزیع ویبول با روش تخمین پارامتر حداکثر درست نمایی بهترین برازش را به دادهها نسبت به بقیه توزیعهاي آماري از خود نشان داده است - 9 و . - 10 به عقیده کورتیس و همکاران - 1978 - توزیع ویبول حالت ویژهاي از توزیع احتمال یک پارامتري رایلی است که تابع چگالی احتمال آن براي دادههاي باد به خوبی برازش داده میشود و براي بسیاري از محاسبات نظیر بررسی مقادیر انرژي باد و فرسایش بادي بکار میرود . - 7 -
شرلوك - 1994 - در تحقیقی که هدف آن پیش بینی مدت استمرار ساعات آرام باد منطقه جهت تخمین مقدار و مدت ماندگاري آلودگی هوا براي کارخانهاي در آمریکا بود به این نتیجه رسید که براي زمانیکه مدت وزش باد مشخص باشد استفاده از دسته منحنیهاي شدت- مدت- فراوانی مرسوم است. او با در دست داشتن اطلاعات یک ایستگاه بادسنجی - در کشور آمریکا - با طول دورة آماري 8 سال، ابتدا بررسی کرد که کدام یک از دادههاي سالانه این ایستگاه به میانگین کلی دورة آماري موجود نزدیکتر میباشد. سپس بر روي دادههاي واقعی یکسال که به میانگین کلی نزدیکتر است کار کرده و با کمک روش ترسیمی از بین توزیع نرمال و پیرسون نوع 3، توزیع پیرسون نوع 3 را به عنوان بهترین توزیع احتمال برگزید. در نهایت با پیشبینی سرعتهاي باد در دورةهاي برگشت مختلف با استفاده از توزیع مناسب برآورد نموده و دسته منحنیهاي شدت - مدت - فراوانی را ترسیم کرده است . - 11 -
منطقه نائین در معرض بادهاي فرساینده قرار دارد و خطر هجوم رسوبات بادي در یک قدمی شهر است، طبًعا اهمیت پیش بینی مقدار سرعت بادهاي فرساینده و طوفانزا و از همه مهمتر مدت تاثیر این بادها بر روي سطح خاكها در چنین مناطقی بیشتر میباشد و لذا ترسیم منحنیهاي شدت- مدت- فراوانی که اطلاعات جامعی از موارد یاد شده به دست میدهد، ضروري است. زمانیکه اطلاعات دقیقی از عامل فرساینده در اختیار باشد برنامه ریزي براي کنترل فرسایش بهتر و دقیقتر انجام می گردد. در بسیاري از سازهها اعم از حفاظتی و عمرانی مقدار بارگذاري باد و همچنین مدت وزش آن، عمر تأسیسات را تغییر میدهد.
اگر اطلاعات دقیق نباشد ممکن است دوره بازگشت طولانیتري براي طرح پیش بینی گردیده و در نتیجه عمر سازه طراحی شده بیشتر خواهد بود و طبعاً بدلیل عدم اطلاع از وضعیت گذشته و حال هزینه گزافی را باید متقبل شویم. همچنین اگر دوره برگشت کوتاهتري براي طرح برآورد گردد باعث میشود که تاسیسات ساخته شده به دلیل مذکور، عمر پیش بینی شده را طی نکرده و زودتر از زمان مورد نظر منهدم گردد.
توصیف منطقه مورد مطالعه
قبل از شناخت نحوه و مراحل انجام کار لازم است با موقعیت ایستگاه و منطقه مورد مطالعه آشنا شویم. ایستگاه نائین 1549 متر از سطح دریا ارتفاع داشته و مختصات جغرافیائی آن شامل51 ́ ،32º عرض شمالی́و5 ،53º طول شرقی میباشد این ایستگاه در معرض بادهاي غربی قرار دارد و بادهاي فرساینده آن بیشتر از قطاع غرب تا جنوب میوزند - شکل. - 1
شکل -1 موقعیت جغرافیایی ایستگاه سینوپتیک نائین
مواد و روشها
باد یک کمیت برداري است . - 3 - بنابراین براي کار روي دادههاي باد باید آنرا از حالت برداري خارج کرد. بدین منظور دادههاي سرعت باد را در هر جهت از روي نمودارهاي ثبات باد استخراج نموده و تحلیلهاي لازم بر روي اطلاعات برداشته شده براي جهتهاي مختلف، انجام میگردد. جهت ترسیم نمودارهاي - W-IDF - حداکثرهاي سرعت باد را در پایههاي زمانی 15، 30، 60 و120 از روي نمودارها استخراج کرده، این عمل از حداکثرهاي ساعتی سرعت باد شروع شده و به حداکثرهاي سرعت سالیانه باد ختم میگردد. پس از برداشت بیشترین سرعت باد براي تمامی جهتهاي جغرافیائی در پایههاي زمانی مختلف - از روي گرافهاي 2متري باد - بدلیل ثابت بودن رژیم باد منطقه در طول سال با کمبود آمار در بسیاري از جهتهاي جغرافیائی مواجه خواهیم شد. بنابراین منحنی هاي شدت- مدت - فراوانی را براي سمتها و یا قطاعی خاص میتوان ترسیم نمود.
بدین منظور از گلبادهاي بالاتر از سرعت آستانه فرسایش بادي این ایستگاه که در حقیقت تصویري از بادهاي طوفانزا و فرساینده را به صورت سمت و سرعت به نمایش میگذارد، استفاده گردید - . - 5 با بررسی گلبادهاي سالانه بالاتر از سرعت آستانه فرسایش بادي ایستگاه نائین - شکل - 2 جهت عمده بادهاي غالب فرساینده و طوفانزا، سمت قطاع غربی ارزیابی شد. لذا براي اینکه با کمبود آمار و اطلاعات در تحلیلهاي آماري مواجه نشویم سرعتهاي حداکثر سالانه باد را در قطاع غربی استخراج گردیده شد. خوشبختانه براي دیگر فصول نیز تفاوت چندانی در مسیر بادهاي سریع به وجود نیامده و اکثر این بادها در قطاع غربی وزش دارند.
