بخشی از مقاله
چکیده
تعیین الگوی توزیع زمانی بارش بهمنظور برآورد سیلاب، تعیین پتانسیل سیلخیزی رگبارها و همچنین طراحی سیستم زهکشی از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این پژوهش برای تعیین الگوی توزیع زمانی بارش 6 ساعته حوزه آبخیز امامه از گرافهای ایستگاه بارانسنج ثبات امامه - متعلق به سازمان هواشناسی، طی سالهای آماری 1349 تا - 1391 استفاده شد که کلیه رگبارهای شدید در تداومهای مختلف شناسایی و در نهایت 5 واقعه منفرد در تداوم 6 ساعت منتخب گردید. روشکار مبتنی بر تجزیه رگبارها به چهار چارک و محاسبه درصد مقدار بارش در هر چارک و رتبهدهی به چارکها بوده و سپس با میانگین گیری رتبهها در هر چارک، رتبه شاخص مشخص و در نهایت الگوی نهایی تداوم بهدست آمد. نتایج نشان داد که در تداومهای 6 ساعته منطقه، بیشترین مقدار بارندگی بهترتیب در چارکهای دوم و اول رخ میدهد و همچنین بهترین مدل پیشبینی الگوی بارش بهترتیب Huff-2nd و WMO و SCS میباشد.
مقدمه
تبدیل بارندگی به رواناب در خروجی حوضه اثر ترکیبی بسیاری از پروسههای هیدرولوژی است که در یک محدوده وسیعی از مقیاسهای زمانی و مکانی اتفاق میافتد. در کاربرد مدلهای بارش-رواناب بهمنظور پیشبینی ابعاد سیلاب طراحی و برای کاربرد در مسائل مختلف مهندسی، باراننمود بارندگی از اهمیت بهسزایی برخوردار است. باراننمود به مفهوم توزیع زمانی واقعی بارندگی در یک واقعه است. دادههای بارندگی، ورودی اصلی حوضه در سیکل هیدرولوژی هستند و باران پدیدهای است که طبیعتی ناپیوسته در زمان و مکان دارد. باران طرح که مولد سیلاب طرح است باید حائز ویژگیهایی باشد که عبارتند از تداوم کل، مقدار کل، توزیع مکانی و توزیع زمانی باران. مقدار کل باران طراحی بر اساس درجه ایمنی مورد نیاز پروژه تعیین میشود æ معمولاً از طریق منحنیهای شدت-مدت-فراوانی برای یک دوره بازگشت خاص و طول بارش معین برآورد میشود .
[5] تداوم کل بارش بهویژگیهای فیزیوگرافی حوضه بهویژه زمان واکنش سیستم به بارندگی بستگی دارد. به فاصله بین شروع و پایان بارندگی تدوام بارندگی گفته میشود. باتوجه به اینکه تداوم بارندگی در حوضه مورد مطالعه اکثرا کوتاه مدت و میان مدت بود، لذا تداوم شش ساعت - مرز میان تداومهای کوتاهمدت و میانمدت - بهعنوان تداوم مورد مطالعه انتخاب شد .[2] یکی از ویژگیهای باران نحوه توزیع مقدار باران در طول مدت بارندگی است که به آن توزیع زمانی یا الگوی زمانی بارش گفته میشود. تغییرات شدت بارندگی در طول یک واقعه بارندگی بهخصوص در حوضههای بزرگ نقش موثری بر باراننمود سیل دارد و تاثیر مستقیمی بر حجم و دبی اوج سیلاب میگذارد. این موضوع به دلیل کمبود اطلاعات از توزیع زمانی و مکانی بارندگی، کمتر مورد توجه قرار میگیرد و بر این اساس در شبیهسازی باراننمود سیلاب خطای قابل توجهی حاصل میشود .[3]
در زمینه توزیع زمانی بارشهای رگباری و تعیین الگوی توزیع زمانی در پایههای زمانی متفاوت پژوهشهای مختلفی صورت پذیرفته است. هرشفیلد - 1962 - با استفاده از دادههای 50 ایستگاه هواشناسی که در سراسر ایالات متحده آمریکا پراکنده بودند 300 رگبار شدید را انتخاب و به تفکیک، مجموعه بارشهای 6، 12، 18 و 24 ساعت را استخراج کرده و یک الگوی میانگین برای هر پایه زمانی تهیه کرد و بیان داشت که با توجه به شرایط متفاوت هوا و اقلیم در مناطق مختلف، تیپهای توزیع زمانی بارش یکسان نمیباشد .
[7] روش میانگین یا ترسیمی و روش رتبهبندی از الگوهای قابل قبول و معمول میباشند. یکی از مطالعات که در خصوص توزیع زمانی بارش انجام گرفته مربوط به هاف [8] است. وی ابتدا کلیه رگبارهای هر تداوم - هر ایستگاه بطور جداگانه - بر اساس اینکه بیشترین شدت بارش در 25 درصد اول، دوم، سوم و چهارم از تداوم رگبار بوده به ترتیب در چارکهای اول، دوم ، سوم و چهارم تقسیمبندی و سپس احتمالات تجربی 10 - ، 20، ...و - 90 درصد چارکهای مختلف محاسبه کرد. طالببیدختی - - 1995 با استفاده از روش Huff، رگبارها را به چهار چارک تقسیمبندی و الگوی توزیع زمانی بارش در هفت ایستگاه استان سمنان را استخراج نمود. نتایج این پژوهش نشان داد که بیشترین احتمال وقوع بارش به ترتیب در چارکهای سوم، دوم، چهارم و اول میباشد .[10]
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه در این پژوهش حوزه آبخیز امامه میباشد که در شمال شرق تهران، مابین عرضهای جغرافیایی 35 ˚ 51 و 35˚ 57 شمالی و طولهای جغرافیایی 51˚ 32 و 51˚ 38 قرار گرفته است. این حوضه یکی از حوضههای مهم بالادست سد لتیان میباشد که به عنوان حوضه معرف در منطقه ناحیه جنوبی البرز مرکزی قرار گرفته است. این حوضه با مساحت 37/2 کیلومترمربع بین ارتفاعات 1900 و 3868 متر گسترش یافته است و متوسط ارتفاع آن حدود 2650 متر میباشد .[1]
تعیین توزیع زمانی
الگوی توزیع زمانی بارش چگونگی ریزش باران در طی زمان بارندگی را تعیین میکند. در واقع باران طرح با تداوم t و مقدار کل p دارای شدت ثابت و یکنواخت نیست و در عمل دارای شدتهای متفاوت است و نحوه تغییرات شدت بارش در طول مدت بارندگی را الگوی توزیع زمانی بارش مینامند. جهت استخراج الگوی توزیع زمانی از روش میانگین ترسیمیاستفاده شد و دلیل انتخاب این روش نوع اطلاعات موجود در کشور و به جهت عمومیت داشتن کاربرد روش الگوی میانگین توزیع زمانی بارش به روش ترسیمی در استرالیا که تشابهات اقلیمی فراوانی با کشور ایران دارد میباشد. جهت استخراج الگوی توزیع زمانی به روش میانگین ترسیمی مراحل زیر انجام شد:
-1 تهیه رگبارها:
بهمنظور استخراج الگوهای توزیع زمانی بارش، نیاز به استخراج آمار بارشهای ساعتی ایستگاههای بارانسنج میباشد که در این پژوهش از دادههای ایستگاه ثبات امامه - جدول - 1 با دورههای 15 دقیقهای طی دوره آماری 1349 تا 1391 که از شرکت تحقیقات منابع آب - تماب - تهیه شده بود، استفاده گردید.
-2 تجزیه و تحلیل رگبارها: در انتخاب رگبارها جهت تجزیه و تحلیل و تعیین الگوی توزیع زمانی، ابتدا وقایعی را که باران در طول مدت بارندگی پیوسته بوده مشخص و سپس همه وقایع منفرد با پایه زمانی شش ساعت استخراج شدند. همچنین همه رگبارهای منتخب براساس دارا بودن شرط رابطه - - 1 غربال [9] و نهایتا پنج رگبار انتخاب شد - جدول. - 2 رابطه Df>1/ - N*D - - 1 - که در آن :Df مدت زمان وقفه بارش، :D مدت کل بارش و 4 :N - ضریب مربوط به تداوم شش ساعت - میباشد.
-3 انتخاب بارش شدید: با توجه به مقدار میانگین بارشها در تداوم شش ساعت، رگبارهایی با مجموع بارش بیش از میانگین بهعنوان بارش شدید انتخاب شدند.
-4 بیبُعد کردن رگبارها: در این مرحله نیاز به تهیه منحنی بیبعد رگبارها میباشد که برای این کار ابتدا از همه مقادیر بارندگیهای بهوقوع پیوسته در تداوم شش ساعت، میانگین گرفته و مقدار هر بارش را بر میانگین تقسیم میکنیم. سپس محور عرضی منحنی را درصد بارش از کل مقدار آن و محور طولی آن را درصد مدت بارش از کل تداوم قرار میدهیم.
