بخشی از مقاله
چکیده :
تعیین توزیع مکانی بارشها یکی از مباحث مهم و کاربردی در طرحهای مهندسی و مدیریت منابع آب است. این موضوع در مناطقی که از شبکه بارانسنجی مناسب برخوردار نیستند از اهمیت بیشتری برخوردار است. از آنجایی که تحلیل رگبارها بر مبنای داده های حاصل از ایستگاههای ثبات انجام می شود و به دلیل اینکه تعداد و تراکم ایستگاهها در بعضی از مناطق کشور کم است ، محققین تلاش کرده اند تا روابط شدت – مدت رگبار ها را بر مبنای حداکثر بارندگی روزانه بنا نمایند.
با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش طول دوره آماری ، بازنگری در روابط استخراج شده قبلی به افزایش دقت و حوزه اطمینان این روابط منجر میشود. در این تحقیق ابتدا سعی شده با استفاده از تحلیل تعداد قابل توجهی از رگبارهای مشاهده شده در ایستگاههای ثبات رابطه بین بارش یک ساعته با دوره برگشت 10 ساله استخراج و رابطه ارائه شده کل کشور تدقیق و سپس با استفاده از روابط تجربی و بر اساس بارندگی 24 ساعته و متوسط بارندگی سالانه استخراج شده از 149 ایستگاه ثبات و باران سنج معمولی ، مقدار بارش1 و 3 ساعته برای دوره برگشتهای 25 و 50 ساله محاسبه گردیدنهایتاً. با استفاده از مقادیر برآورد شده برای هریک از ایستگاهها و با استفاده از تحلیل رستری در محیط GIS و بر مبنای روش Kriging ، توزیع مکانی رگبار 1 ساعته در دوره برگشتهای 25 و 50 ساله مشخص گردید.
-1 مقدمه:
در اختیار داشتن شدت یا مقدار بارندگی در دوره های بازگشتهای مختلف در بسیاری از مدل های هیدرولوژی جزء ورودیهای اصلی محسوب می شود. روابط شدت- مدت- فراوانی بارندگی از دیرباز مورد توجه محققین در سراسر دنیا بوده و در این زمینه تحقیقات گسترده ای صورت گرفته که منجر به توسعه مدلهای تجربی شده است. بعنوان مثال تحقیقات سازمان هواشناسی کشور در ایران منجر به استخراج روابط جامع مقدار- مدت – تناوب بارندگی برای 66 ایستگاه سازمان هواشناسی شده است که نتایج آن طی سال 1374 منتشر شده است
نتایج به دست آمده از این تحقیق تغییرات محسوسی نسبت به تحقیقات پیشین در ایران نشان داده است. یقینا یکی از دلایل این امر مربوط به تغییر پارامترهای توابع توزیع احتمال سری زمانی شدت های بارندگی به دلیل افزایش طول دوره آماری باشد. هم چنین روابطی برای برآورد مقدار عددی باران 1 ساعته با دوره برگشت 10 ساله برای ایران از روی پارامترهایی چون میانگین باران سالانه و میانگین حداکثر بارش 24 ساعته ارائه شده است. چنین رابطه ای برای کل ایستگاه ها و هم چنین برای تقسیم بندی های مختلفی از ایستگاه ها به دست می آید.
اعتبار این روابط با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش تعداد ایستگاه و طول دوره آماری قابل تشکیک بوده و ضرورت دارد تا با استفاده از داده های جدید و افزایش دامنه سری زمانی بارش، روابط جدیدی استخراج گردد. این مطالعه با هدف بررسی و تحلیل رگبارها در محدوده استان خراسان رضوی و بهبود روابط موجود در این زمینه انجام شده است. در این تحقیق از 27 ایستگاه ثبات و 122 ایستگاه بارن سنج معمولی استفاده شده است.
-2 تخمین رگبار با استفاده از مدلهای تجربی
به طور کلی تخمین بارانهای کوتاه مدت از روی سایر عوامل هیدرولوژیکی امکانپذیر است و تاکنون مدلهای گوناگونی توسط پژوهشگران ارائه شده است. فراگیر بودن رابطه بل در ایران در تحقیقات متعددی بررسی شده است. روابط شدت- مدت- فراوانی - IDF - در ایران توسط دو منبع مستقل تهیه شده و در دسترس میباشد. یکی از این منابع سازمان هواشناسی کشور و دیگری توسط وزیری و قهرمان ارائه شده است.
1 -2 رابطه بل
یکی از مدلهایی که برای تخمین مقدار بارانهای کوتاهمدت با دوره بازگشت های مختلف به کار میرود، به وسیله بل - Bell 1962 - در آمریکا ارائه شده است. بل رابطه 1 را جهت تخمین مقدار باران در مدت دوام های 5 تا 120 دقیقه و دوره بازگشتهای 2 تا 100 سال با داشتن مقدار باران یک ساعته با دوره بازگشت ده ساله - P60 - پیشنهاد کرده است:
در فرمول فوق ابتدا لازم است p60 در منطقه محاسبه شده که برای این منظور از روابط همبستگی استفاده میشود.p60 بر اساس متوسط حداکثر بارش 24 ساعته و میانگین بارندگی سالانه در طول دوره آماری محاسبه میگردد.
2 -2 رابطه قهرمان
قهرمان بر اساس اطلاعات موجود و تحلیل رگبارها و تعیین منحنیهای شدت- مدت- فراوانی، روابط شدت- مدت تناوب بارندگی در ایران را به صورت روابط 2 و 3 پیشنهاد کرده است .[1] در این روابط برای تخمین بارندگی با زمان تدوام 15 دقیقه تا 2 ساعت، رابطه 2 و برای زمان 15 دقیقه تا 20 ساعت، رابطه 3 را با دوره بازگشتهای 2 تا 100 سال ارائه شده است.
که در این روابط p1060 ، به حداکثر بارش 24 ساعته و میانگین بارش سالانه وابسته شده است. با تجزیه و تحلیل داده های باران نگار های ایران مقدار p1060 به صورت رابطه 4 بیان شده است. رابطه دیگری که به دلیل ناچیز بودن نقش بارش سالانه از میانگین حداکثر بارش 24 ساعته استفاده شده به صورت رابطه 5 بیان می شود.
با توجه به اینکه روابط فوق بر اساس تجزیه و تحلیل داده های نسبتا محدود از ایستگاههای باران نگاری منتهی به 1374 بدست آمده ، ممکن است از درجه دقت بالایی برخوردار نباشد و اکنون که داده های بیشتری وجود دارد میبایست فرمولهای فوق مجدداً واسنجی شده و روابط جدید بدست آید. در این تحقیق رابطه p1060 در محدوده استان خراسان رضوی مورد بررسی قرار گرفته و رابطه جدیدی بر مبنای سری زمانی منتهی به 1389 استخراج شده است.
-3 محدوده مطالعاتی
این تحقیق در محدوده استان خراسان رضوی به وسعت 11720000 هکتار انجام گرفته است. جانمایی محدوده مطالعاتی در نقشه تقسیمات سیاسی کشور در شکل شماره 1 ارائه شده است.
شکل شماره :1 محدوده مطالعاتی در تقسیمات سیاسی کشور
-4 تحلیل رگبارها و تعیین توزیع فضایی
یکی از فاکتور های مهم در شکل گیری سیلابها، شدت ، زمان تداوم بارش و توزیع مکانی بارش است. با توجه به اینکه در اکثر مطالعات طراحی سازه ها و کنترل سیل مقدار بیشیبنه بارش مد نظر میباشد، لذا نیاز به بررسی و تحلیل رگبارها اجتناب ناپذیر است. از آنجایی که سیلابها عموما تحت تاثیر رگبارهای کوتاه مدت با شدت بیشتری میباشند ، برآورد بارندگیهای کوتاه مدت در دوره برگشت های مختلف در استان خراسان رضوی مورد بررسی قرار گرفت.
ابتدا رگبار های استخراج شده برای 27 ایستگاه ثبات مورد بررسی و مقدار بارش 1 ساعته با دوره برگشت 10 ساله محاسبه گردید. سپس آمار بارش روزانه شبکه ایستگاه های باران سنجی موجود در قلمرو جغرافیایی طرح و مناطق مجاور، در طول دوره آماری آنها، جمع آوری شد. با تعیین پایه زمانی مشترک - دوره -38 ساله - 1971 -2009، رگبار های مناسب جهت تحلیل انتخاب گردیده است. در شکل شماره 2 موقعیت و توزیع فضایی 149 ایستگاه مورد استفاده نشان داده شده است سپس با استفاده از روابط تجربی و بر اساس بارندگی 24 ساعته و متوسط بارندگی سالانه استخراج شده از 149 ایستگاه ثبات و باران سنج معمولی، مقدار بارش نیم ساعته، 1 ساعته و 3 ساعته برای دوره برگشتهای 25 و 50 ساله محاسبه گردید.
