بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق اطلاعات آماری از ایستگاه هیدرومتری سیرا بالادست سد امیرکبیر در یک دوره 52 ساله از سال 1333 تا 1386 بهدست آمده است و برای پیشبینی جریان ورودی به مخزن سد کرج، مورد استفاده قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بدست آوردن بهترین مدل استوکستیک برای پیش بینی جریان رودخانه میباشد. از اولین گامهای ضروری انجام شده برای مدلسازی جربان رودخانه روشهای پیشپردازش دادهها و اعمال روش تفاضلی فصلی و غیرفصلی برای ایستاسازی سری زمانی میباشد.
برای مدلسازی جریان رودخانه از روش باکس جنکینز استفاده شده است. با بررسی نمودارهای acf, pacf سری زمانی، مرتبهی مدل آزمایشی تعیین گردید و مناسبت مدل آزمابشی از طریق تجریه و تحلیل سری باقیماندهها و برازش مدلهایی با پارامتر بیشتر - مدل جامعتر - تعیین شده است.
پذیرش مدل آزمایشی بستگی به این موضوع دارد که برآورد پارامترهای اضافه شده به مدل جامعتر تفاوت معنیداری با صفر نداشته باشد و همچنین برآورد پارامترهای مشترک با برآورد پارامتر اولیه اختلاف معنی داری نداشته باشد. واسنجی مدلها از طریق مقایسه معیارهای دقت MSR, SSR و کاربرد آماره P-Value برای آماره اصلاح شدهی باکس پیرسن، صورت پذیرفته است.
از مجموعهی مدلهای انتخابی مراحل قبل، باکاربرد معیار آکائیک و رابطه شوارتز بهترین مدل تعیین گردید و کارایی بهترین مدل توسط معیار نش ساتکلیف مورد صحتسنجی قرار گرفته است. مدل انتخاب شده نهایی برای پیشبینی جریان در رودخانه کرج مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که روش برازش جامعتر در انتخاب مدل با کفایت برای پیشبینی جریان رودخانه توانایی بسیار بالایی دارد.
مقدمه
با داشتن سری زمانی بارندگی ماهانه در ایستگاه سیرا با افق زمانی - 1374-1387 - 1، بارندگی سالانه و میانگین متحرک 3و 5 ساله سری زمانی بارندگی و میانگین دراز مدت ایستگاه سیرا محاسبه گردید. بررسی رژیم یا دوره های خیلی خشک، خشک، نرمال، تر و خیلی تر در دوره آماری انجام گردید. در نهایت توسط معیار نش ساتکلیف2 مقایسه ای بین دبی های برآورد شده که با بهترین مدل استوکستیک حاصل شده اند و دبی های مشاهداتی برای سال های آماری با رژیم های مختلف انجام و مشخص شد که دبی برآورد شده در کدامیک از دوره های سالیانه به واقعیت نزدیک تر می باشد.
-1مطالعه موردی - حوزه آبریز سد کرج -
آبخوان دشت تهران با موقیت جغرافیایی 35 28 6" تا 35 49 42" عرض شمالی و 51 6 37" تا 51 33 13" طول شرقی قرار دارد. مساحت دشت بالغ بر 2250 کیلومتر مربع می باشد. که متوسط ارتفاع دشت 1100 متر و حداکثر ارتفاع در قله توچال به 3933 متر میرسد. حوضه آبریز رودخانه کرج از شمال به حوضه آبریز رودخانه چالوس، هراز، طالقان رود و از شرق به حوضه آبریز کردان محدود می شود. رودخانه کرج از شاخه های ولایت رود - گاجره - ، وارنگ رود، سیرا، شهرستانک، مورود، ارنگه، آزادبر، کندوان، کیل، آسارا، سپهسالار و نشترود تشکیل شده است که همگی از ارتفاعات البرز سرچشمه می گیرند. شاخه سیرا از کوههای نازوکهار - با ارتفاع 4108 متر - سرچشمه می گیرد. در شکل - - 1 موقعیت منطقه مطالعاتی و محل سد امیرکبیر - کرج - ارایه گردیده است.
شکل - : - 1 موقعیت رودخانه کرج و سد امیرکبیر در منطقه مطالعاتی
-2 بررسی دوره های خشک و تر
اگر بخواهیم تغییرات زمانی داده ها را مستقیما بررسی کنیم، ممکن است دامنه تغییرات به حدی باشد که نتوان به قضاوت صحیح مهندسی دست یافت. برای آنکه تصویر روشنتری از تغییرات داشته باشیم از روش میانگین متحرک برای بررسی دوره های خشک و تر استفاده می شود. هر سال از دوره زمانی در چهارچوب یکی از دوره های خیلی خشک، خشک، نرمال، تر و خیلی تر قرار گرفته است. کوچکترین و بزرگترین عدد در سری زمانی بارش سالانه برابر 347/5 و 501017 و میانگین بارش سالانه برابر 610/93 می باشد. نمودار بارندگی سالانه، میانگین متحرک 3و5 ساله و میانگین دراز مدت سالانه ایستگاه سیرا در شکل - - 2 آورده شده است.
شکل - : - 2 بارندگی سالانه، میانگین متحرک 3و5 ساله و میانگین دراز مدت سالانه ایستگاه سیرا
-3 آزمون های پیش پردازش داده ها
داده های خام معمولا دارای خواصی مانند نویز، بایاس، تغییرات شدید و غیره هستند و استفاده از آنها به همین صورت موجب تضعیف طراحی های بعدی خواهد شد. پیش پردازش داده ها شامل همه تبدیلاتی است که بر روی داده های خام صورت می گیرد و آنها را به صورتی در می آورد که برای پردازش های بعدی ساده تر و موثرتر باشد. یکی از مهمترین ابزارهای پیش پردازش داده ها، بهنجارکردن1 داده ها می باشد. در زیر انواع ابزارها یا روش های پیش پردازش داده ها آورده شده است.
-1-3تخمین داده های غیرموجود
در سری زمانی ماهانه رودخانه کرج ایستگاه سیرا اخذ شده از سازمان مدیریت منابع آب تنها دو دبی که مربوط به ماه های مهر و آبان در سال آبی - 1333 -34 - می باشند مفقود بودند. این دو عدد از طریق مقایسه با آماری که از سازمان آب منطقه ای تهران تهیه گردیده است پیدا و سری زمانی کامل به وجود آورده شد.
-2-3 آزمون ناسازگاری دادهها
بزرگترین و کوچکترین عدد در سری مشاهداتی به ترتیب برابر عدد 74/032 و 1/017 می باشد، عدد 74/032 که مربوط به اردیبهشت ماه سال آبی 1333-34 می باشد که مربوط به در دوره ی پرآبی می باشد. عدد 1/017 توسط تابع تبدیل نرمال یعنی 1 برابر عدد 0/9916 می شود که بزرگترین عدد در سری نرمال شده می باشد. نتایج آزمون ناسازگاری که بر روی سری نرمال شده انجام شده است نشان می دهد که در سطح معنی داری %5 این داده جزو جامعه آماری یاد شده نمی باشد.
-3-3 آزمون داده های پرت
بر اساس پیشنهاد انجمن منابع آب آمریکا در سال 1981، چنانچه ضریب چولگی داده ها بیش از 0/4 باشد آزمون داده های پرت برای مقادیر زیاد باید انجام گیرد. و اگر ضریب چوالگی داده ها کمتر از -0/4 باشد آزمون باید برای داده های کم، صورت می گیرد و چنانچه بین 0/4 و -0/4 باشد آزمون باید برای داده های زیاد و کم انجام شود. برای مقدار زیاد و یا کم داده ها به ترتیب می توان از حد آستانه برای مقادیر پرت بالا و پایین که در رابطه - 1 - و رابطه - 2 - آمده است، استفاده کرد.
که در آنها : YL و YH لگاریتم اعشاری آستانه های پایین و بالا برای داده های پرت، داده ها، K N Y میانگین لگاریتم ضریبی است که به تعداد نمونه آماری N بستگی دارد. و SY انحراف معیار لگاریتم داده ها می باشد. چنانچه بین داده های موجود داده ای وجود داشته باشد که از YH بیشتر و یا از YL کمتر باشد جزو داده های پرت محسوب می شود.
با توجه به محاسبات انجام شده ضریب چوالگی سری زمانی دبی های ماهانه رودخانه کرج در محل ایستگاه سیرا برابر 1/88 محاسبه شد که بیشتر از 0/4 می باشد لذا آزمون برای داده های مقادیر زیاد صورت پذیرفت. مقدار YH برابر 101/72 محاسبه شد و با توجه به اینکه تمامی داده های مشاهداتی از آن کوچکتر هستند، مشخص شد که هیچ داده ی پرتی در سری زمانی وجود ندارد. در جدول - - 1 پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه YH ارایه گردیده است
