بخشی از مقاله
چکیده
امروزه طراحی سازه های هیدرولیکی مناسب برای جلوگیری از خطرات احتمالی سیلاب از اهمیت خاصی برخور دار است . از مهم ترین اطلاعات کاربردی در طراحی این ساز ها اطلاعات مربوط به بارش است . که اساس داده ها ی بارش حداکثر بارش محتمل است. که این بارش طبق شرایط نهایی هر حوزه با دوره بازگشت 1000 ساله رخ می دهد . هدف از این مطالعه برآورد دوره بازگشت حداکثر بارش محتمل حوزه هلیل رود که با روش های هرشفیلد محاسبه شده با استفاده از روش گشتاور هایی خطی می باشد. نتایج نشان داد که روش اول هرشفیلد با دادههای حاصل از گشتاور خطی در دوره بازگشت 1000 ساله رابطه معنی داری ندارد و همبستگی پایینی با هم دارند ولی محاسبه حداکثر بارش محتمل با استفاده از روش دوم هرشفیلد با دوره بازگشت 1000 سال ضریب همبستگی 0/82 دارد که نشان از تطابق این دو روش با یکدیگر می باشد .
مقدمه :
امروزه طراحی صحیح سازه های هیدرولیکی از اهمیت بالایی برخوردار است . با توجه به این نکته که طراحی دقیق این سازه ها با اطلاعات هیدرولوژیکی منطقه یا حوزه آبخیز رابطه مستقیم دارد. بنابراین آگاهی داشتن از این داده ها امری ضروری به نظر می رسد . از مهمترین آمار مورداستفاده در تجزیه و تحلیل های هیدرولوژیکی، بارش و رواناب است . کشور ایران از لحاظ موقیت جغرافیایی بر روی کمربند خشکی های جهان قرار گرفته و جزء مناطق خشک و نیمه خشک به شمار می آید . که این مسئله تاثیر بسیار زیادی بر روی پارامتر های اقلیمی می گذارد و بارش هم به عنوان مهمترین پارامتر اقلیمی از این قائده مستثناء نیست و ماهیت رگباری بودن بارش های ایران موید این مطلب می باشد . همین خصوصیت باعث شده که سیل های آنی حاصل از باران های شدید در پایه زمانی کوتاه سالانه خسارات جانی و مالی فراوانی به بار بیاورند . و برای جلوگیری از این پدیده باید اطلاعات کاملی از بارش ها و سیلاب های منطقه داشت و بر اساس این دو پارامتر سازه های هیدرو لیکی مناسب را طراحی کرد . البته برای این کار باید حداکثر شدت ممکن را لحاظ نمود تا سازه بتواند عمر مفید بالایی داشته باشد که در این ارتباط دو پارامتر خاص را بررسی می کنند، یکی حداکثر سیل محتمل probabl maximum precipitation - - و دیگری حداکثر بارش محتمل - - probabl maximum precipitation می باشد .
در بررسی پدیده های هیدرولوژیکی این سوال پیش می آید که PMF یا حداکثر سیل محتمل چه شدتی خواهد داشت؟ بررسی ها نشان می دهد که مقدار حداکثر سیل محتمل بی نهایت است ، زیرا با کاهش احتمال وقوع ، بر شدت واقعه افزوده خواهد شد . و هنگامی که احمال وقوع سیل به سمت صفر میل کند ، شدت آن به سمت بی نهایت میل خواهد کرد . در واقعه حداکثر سیل محتمل به سیلی گفته می شود که اگر تمام عوامل فیزیکی ، هیدرولوژیکی و هواشناسی دست به دست هم دهند در یک منطقه امکان وقوع آن وجود داشته باشد . برخی از سازه های بزرگ که ریسکی برای تخریب آنها نمی شود در نظر گرفت بر اساس حداکثر سیل محتمل طراحی می شوند . از آن جایی که سیل محصول مستقیم بارش است ، می توان پذیرفت که محدودیت های فیزیکی سبب تثبیت شدت بارش و در نتیجه سیلاب خواهد شد ، به عبارتی می توان ادعا کرد که شدت بارش داری یک حد نهایی نظری است که به حداکر بارش محتمل یا PMP معروف است - 1 - .حداکثر بارندگی محتمل از مرسوم ترین معیار ها در محاسبات سیل های طرح حداکثر سیل محتمل PMF می باشد .سازمان جهانی هواشناسی حداکثر بارندگی محتمل را چنین تعریف می کند ، که بیشترین عمق بارندگی ، برای مدت ، زمان و منطقه جغرافیایی داده شده که به طور فیزیکی امکان ریزش دارد . - 4 - محاسبه PMP از طریق روش های پیچیده سینوپتیک و روش های ساده تر آماری ممکن می باشد . روش های آماری برای PMP ابتدا توسط هرشفیلد تدوین گردید و در برآورد PMP از فرمول مشابه چاو - چاو و همکاران - استفاده کرد و ضریب مشابه فاکتور فراوانی Km براورد گردید. به رغم کاربرد گسترده این روش به دلیل راحتی محاسبات و اطلاعات قابل دسترس آن نقد های بر آن وارد شده است .
طبق نظر کویتسو یانیس با استفاده از توزیع GEV و پارامتر شکل در آن که تابع خطی از مقادیر متوسط بارندگی های سالیانه می باشد . - 6 - مقادیری با دوره برگشت های بالا معادل PMP هرشفیلد قابل حصول است .همچنین برخی دیگر عقیده دارند که نتایج حاصل از این روش ارقام بالا و غیر واقعی را نشان می دهد - 2 - روش دیگری از هریشفیلد که در آن Km بر اساس حداکثر مقادیر بارندگی های ثبت شده در سطح یک منطقه بدست آمده است توسط دزا و همکاران - 2001 - در مالزی مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج مطلوبی به همراه داشت - - 12 چاو و همکاران سقف بارش را که به لحاظ فیزیکی و منطقی در یک دوام معین از سال در محدوده ای مشخص قابل وقوع باشد به عنوان حداکثر بارش محتمل تعریف کرده اند - 5 - .کارگیان وهمکاران در سال 1998 شرایط جغرافیای را نیز به تعریف فوق افزوداند - 7 - .حداکثر بارش محتمل از این نظر خائز اهمیت است که تاسیسات هیدرولیکی بر اساس ان طراحی می شوند بنابراین چنین تاسیساتی نبای هیچگاه از نظر بارندگی و سیل در معرض خطر قرار می گیرند . از جمله این تاسیسات می توان به سریز های اضطراری اشاره کرد . - 3 - به خاطر شکسته شدن و خراب شدن شماری از سد های ساخته شده از قبیل سد ماچو II در ایالت گجرات هندوستان - 8 - و سد جانستون در ایالت پنسیلونیا آمریکا - 9 - و همچنین دیگر تاسیسات توجه بیشتری به استانداردهای طراحی برای شدت های بارندگی به عمل آمد .شاخص های مورد نیاز برای طراحی سدهای بزرگ عبارتند از حداکثر بارش محتمل و رگبار استاندارد پروژه . رگبار استاندارد پروژه به رگباری گفته می شود که در مناسبترین شرایط هواشناسی و هیدرولوژی و با توجه به شرایط جغرافیا یی منطقه به وقوع بپیوندد .
- 10 - هنگامی که داده کافی برای محاسبات رگبار استاندارد پروژه در منطقه طرح وجود نداشته باشد درصدی منطقی از حداکثر بارش محتمل جانشین رگبار استاندارد طرح پروژه می شود . - 11 - بنابراین برای طراحی سازه های آبی در مرحله اول باید حداکثر بارش محتمل 24 محاسبه گردد. در روش آماری برای محاسبه PMP از بارندگی حداکثر یک روزه مشاهده ای در ایستگاه باران سنجی استفاده می شود و مبتکر این روش هرشفیلد است . نامبرده در سال 1961روش برآورد PMP را با روش آماری ارائه داد. این پژوهشگر 2600 ایستگاه باران سنجی را انتخاب و بارندگی حداکثر 24 ساعته مشاهده ای سالانه آنها را برای تحلیل انتخاب نمود او دریافت که اگر 15 برابر انحراف معیار داده ها مشاهداتی در هر ایستگاه به میانگین اضافه کند حاصل می تواند براوردی از PMP با تداوم یک روزه این ایستگاه باشد . در واقع عدد 15 کران بالایی برای عامل فراوانی است - 1 - . دسا - 2001 - برای محاسبه حداکثر باش محتمل 24 ساعته در حوزه مرطوب در مالزی ضریب فراوانی را برای هر ایستگاه با وجه به بارندگی حداکثر یک روزه مشاهداتی سالانه آنها به طور جداگانه محاسبه کرد و حداکثر مقدار آنها را به عنوان Km برای محاسبه حداکثر بارش محتمل 24 ساعته در حوزه مذکور به کار برد . و نتیجه گرفت Km هرشفیلد حوزه بسیار بزرگ است و استفاده از Km بر اساس محاسبات در ایستگاه های موجود در حوزه برآورد معقول تری از حداکثر بارش محتمل 24 ساعته نسبت به روش هرشفیلد دارد - - 12 قهرمان در حوزه خشک اترک به نتایج مشابهی دست پیدا کرد . - 13 - جهت تحلیل فراوانی منطقه ای جهت تعمیم نتایج حاصل به یک ناحیه مورد استفاده قرار می گیرد. در عمل، تحلیل فراوانی در حوزه های دارای آمار کافی با برازش چند تابع توزیع نظری به سری های حداکثر سالانه صورت می گیرد. اولین گام در تحلیل منطقه ای بارندگی تعیین منطقه همگن بر اساس شباهت بین عوامل موثر بر بروزآن است .[1] روش های مختلفی به منظور ناحیه ای کردن در دهه های گذشته مورد استفاده قرار گرفته است که از جمله آنها می توان به روش رگرسیون چند متغیره 2]، 3 و [4، روش ناحیه- اثر 5] و [6، روش شاخص سیل [7] و روش تحلیل مولفه های اصلی و همبستگی کانونی
