بخشی از مقاله
چکیده
تهیه الگوی توزیع زمانی بارش یکی از نیازهای اساسی پروﮊههای منابع آب بویژه سدسازی، آبخیزداری و مطالعه فرسایش خاک میباشد. جهت تعیین الگوی توزیع زمانی بارش در استان تهران، مقادیر بارندگی جزئی١٣ ایستگاه باراننگار موجود در سطح استان ازگرافهای مربوطه استخراج گردید. رخدادهای بارندگی استخراج شده به چهار دسته بارندگیهای ١، ٢، ٦ و ١٢ ساعته طبقه بندی شدند. سپس کلیه بارندگیهای هر گروه به بازههای زمانی کوچکتری - چارکهای زمانی - تقسیمبندی شدند. در مرحله بعد، چارکهای زمانی هر رخداد بارندگی بر اساس مقدار بارندگی دریافتی رتبهبندی گردیدند.
سپس، چگونگی قرارگیری رتبهها در کلیه رخدادهای هر گروه مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته و فراوانی هر رتبه معین در هر چارک یا دوره معین از بارندگی مشخص و الگوی میانگین هر گروه بر اساس میانگین و انحراف از معیار رتبهها در درون دورهها تعیین گردید. جهت ارزیابی دقت و معنیداری الگوهای بدست آمده با استفاده از آزمون X2 نتایج بدست آمده مورد آزمون قرار گرفت. الگوهای استخراج شده پایههای زمانی ٦ و ١٢ ساعته کلیه ایستگاهها با استفاده از تحلیل خوشهای طبقهبندی گردیدند. بر این اساس، الگوهای تداومهای یاد شده به دو تیپ Aو B تفکیک شدند و با الگوهای تیپ SCS مورد مقایسه قرار گرفتند. به منظور قضاوت در مورد نقاط فاقد ایستگاه، استان تهران بر اساس نوع الگوی تداوم های ٦ و١٢ ساعته با استفاده از روشهای زمین آماری و در محیط GIS پهنهبندی گردید.
واﮊههای کلیدی: الگوی بارش، توزیع زمانی، استان تهران، رتبهبندی، پهنهبندی
١- مقدمه
شناخت الگوی توزیع زمانی بارش در رگبارها و طوفانهای سنگین، یکی از نیازهای مهم و اساسی پروﮊههای هیدرولوﮊیکی ازقبیل طراحی سیستم های دفع رواناب شهری، طرح احداث سدهای بزرگ، ساخت سازههای کوچک مثل آبگذرها وزهکشهای مناسب برای سیلابها و سرریزهای مخازن بزرگ تأمین آب، مهندسی آبخیزداری و مدیریت حوضههای آبخیز میباشد]١.[ طراحی سازههای هیدرولیکی جهت استفاده در حوضههای فاقد ایستگاه نیازمند برآورد جریانهای سیلابی و فراوانی وقوع آنها میباشد. بیشتر نقاط کشور فاقد چنین دادههائی میباشد. از این رو سیلابها یا از طریق تحلیل فراوانی
منطقهای و یا از طریق مدلهای شبیه سازی بارش- رواناب برآورد میگردند. برای این منظور مقادیرکل رگبار یا باران طراحی به همراه الگوی توزیع زمانی آن و نیز پارهای از ویژگیهای ﮊئومرفولوﮊیکی حوضه به عنوان ورودی مدل جهت برآورد سیلاب مورد استفاده قرار می گیرد.
شناخت الگوی توزیع زمانی بارش همچنین جهت مطالعه فرسایش خاک و پتانسیل ایجاد سیل انواع رگبارها جهت برآورد سیل طراحی، از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. ازآنجائیکه شکل و ویژگیهای مربوط به الگوی توزیع زمانی بارش به عنوان اطلاعات ورودی بسیاری از مدلهای بارش و رواناب بشمار میروند، اهمیت تهیه این اطلاعات برای نقاط مختلف کشور دو چندان می شود]٢.[ تاکنون هیچ گونه تحقیقی در این زمینه در استان تهران انجام نشده است. توجه به اهمیت این استان که پایتخت کشور را نیز درخود جای داده است و همچنین وجود ساخت و سازهای بزرگ وکوچک در زمینه های مختلف در استان، بر اهمیت انجام این پژوهش میافزاید. برای دستیابی به این هدف، در تحقیق حاضر از روش رتبهبندی که از دقت مناسبی برخوردار بوده و در بسیاری از کشورها از جمله استرالیا نیز از آن استفاده میشود بهرهگیری شده است.
٢- پیشینه تحقیق
اداره حفاظت خاک آمریکا - SCS - با استفاده از دادههای باراننگاری مربوط به مناطق مختلف آمریکا، الگوهای توزیع زمانی بارش را برای رگبارهای ٦ و٢٤ ساعته تعیین نموده است که به الگوهای تیپ SCS معروف میباشند. کیفر وچو، ین و چو، سیفالدا، و دس بوردس با استفاده از روابطIDF توانستهاند هیتوگراف رگبار طراحی را تعیین نمایند]٣-٥.[ هرشفیلد با استفاده از ٤٠٠ طوفان بارانزای شدید، الگوی میانگین طوفانهای ٦ و٢٤ ساعته را برای سراسر آمریکا تهیه کرد]٦.[ پیلگریم و همکاران الگوی توزیع زمانی بارندگی منطقه سیدنی را به روش ترسیمی و محاسباتی استخراج کردند.آنها دریافتند که روش ترسیمی نتیجه مطلوبی بدست نمی دهد، زیرا با افزایش تعداد رگبارها و یا تداوم آنها پراکنش منحنیهای مستقل نسبت به منحنی میانگین به قدری زیاد میشود که الگوی میانگین را نمیتوان نماینده و معرف همه منحنیهای مستقل دانست.
در روش محاسباتی، کلیه رگبارهای هر پایه زمانی را به اجزاﺀ کوچکتری تقسیم کرده و این دورههای کوچکتر را بر مبنای مقدار بارش دریافتی رتبهبندی کردند. سپس با استفاده از تحلیل فراوانی، الگوی میانگین پایه زمانی مورد نظر را استخراج و نتیجه را با استفاده از آزمون x2 سنجیدند]٧.[ این پژوهشگران در مطالعات بعدی، کل کشور استرالیا را بر اساس ویژگیهای اقلیمی و شکل الگوهای توزیع زمانی بارش به هشت منطقه متمایز جغرافیائی تقسیمبندی نمودند]٨.[ هاف نیز، الگوهای توزیع زمانی بارشهای سنگین منطقه ایلینویز شرقی را به صورت منحنی های تجمعی بیبعد با احتمال های مختلف و الگوهای توزیع مکانی را به چهار شکل بیضوی بسته، بیضوی باز، چند سلولی و باندی شکل استخراج نمود]٩.[
بزرگزاده در تحقیقی الگوی توزیع زمانی بارش را برای چند ایستگاه باراننگاری شمال کشور به روش SCS تعیین نموده است]١٠.[او نتیجه میگیرد که الگوی بارندگیهای ٢٤ ساعته شمال کشور عموماﹰ بین الگوهای تیپ I و IA قرار میگیرند و تیپ II برای این منطقه از کشور مناسب به نظر نمیرسد. وزیری نیز الگوی توزیع زمانی بارشهای ٢٤ و ٤٨ ساعته جنوب غرب کشور را بر مبنای روش ترسیمی و روش هاف استخراج نموده است. وی هیچ گونه شباهتی را میان الگوهای منطقه و الگوهای تیپ SCS گزارش نکرده است]١١.[طالببیدختی با بهرهگیری از روش ترسیمی و روش احتمالی هاف الگوی توزیع زمانی بارش را برای استان سمنان تعیین نموده است که به علت کمبود آمار و اطلاعات، الگوهای بدست آمده در این تحقیق نمیتوانند الگوی واقعی ایستگاههای مورد مطالعه باشند]١٢.[
٣- استخراج الگوی توزیع زمانی بارندگی به روش رتبه بندی
دراین پژوهش، با استفاده از دادههای ١٣ ایستگاه باراننگار موجود در سطح استان تهران الگوهای توزیع زمانی رگبارهای با تداوم ١ تا ١٢ ساعته به روش رتبهبندی استخراج گردید. برای این منظور ابتدا بارندگیهای مهم از گرافهای باراننگاری استخراج و رخدادهائی که دارای بارندگی بیش از میانگین بارندگی جامعه مورد بررسی بودند انتخاب شدند. هرچه تعداد رخدادهای مورد مطالعه بیشتر باشد، الگوهای بدست آمده از معنیداری بیشتری برخوردار خواهند بود. به همین علت کلیه رخدادهای بارندگی هر ایستگاه به چهار گروه بارندگی های ١، ٢، ٦ و١٢ ساعته گروهبندی شدند. بر این اساس بارندگیهای با تداوم کمتر از ١ ساعت در گروه بارندگیهای ١ ساعته، رخدادهای بین ١ تا ٢ ساعته درگروه ٢ ساعتهها، رخدادهای بین ٢ تا ٦ ساعته در گروه ٦ ساعتهها و رخدادهای بین ٦ تا ١٢ ساعته درگروه بارندگیهای ١٢ ساعته قرارگرفتند.
برای تعیین الگوی توزیع زمانی باران به روش یاد شده، تمامی رویدادهای بارندگی هر پایه زمانی معین به چهار دوره یا قسمت کوچکتر که معادل یک چارک زمانی میباشد تقسیم گردید. در این تقسیم بندی، با استفاده ازجمع جبری دورهها - ١٠=٤+٣+٢+١ - عمل رتبهبندی صورت میگیرد. اگر مقدار بارندگی دوره ها متفاوت باشد، به هر دوره براساس بزرگی مقدار بارندگی، یک رتبه داده می شود. در صورتی که همه دوره ها دارای مقداربارندگی مساوی باشند، بطور مساوی به هر چهار دوره رتبه ٥/٢ داده میشود - ٥/٢=٤:١٠ - ، و اگر فقط میزان بارندگی دو دوره با هم برابر باشند جمع جبری اعداد ١ و ٢ برتعداد آنها تقسیم و مقسوم الیه آن بطور برابر به عنوان رتبه به آن دو دوره داده می شود.
جدول - ١ - مراحل مختلف تعیین الگوی توزیع زمانی باران به روش رتبه بندی را برای ٥ نمونه رخداد بارندگی نشان میدهد. همانطور که جدول نشان میدهد در ردیف اول مقدار بارندگی دوره های ٢، ٣ و٤ - ستونهای ٥ تا ٧ - برابر میباشند. برای محاسبه رتبه این دورهها، جمع جبری شمارههای ١، ٢ و٣ بر تعداد این دورهها - ٣ - تقسیم و نتیجه - ٢=٣ :٦=٣+٢+١ - به عنوان رتبه برای این دورهها منظور گردیده است. به منظور امکان مقایسه مقادیر بارندگی در رخدادهای مختلف، مقدار بارندگی هر دوره از رخدادها به صورت بیبعد و بر مبنای درصد ازکل بارندگی در ستونهای ١٢ تا ١٥ ارائه شده است. در این جدول با محاسبه میانگین ستونهای - ٨ - تا
