پژوهش‌های حفاظت آب و خاک (Jan 2018)
ارزیابی روش‌های تهیه منحنی IDF با رابطه مبتنی بر ماهیت فرکتالی بارش
Abstract
سابقه و هدف: روابط شدت- مدت- فراوانی بارش (IDF) یکی از مهم‌ترین ملزومات مورد نیاز در زمینه برنامه‌ریزی، طراحی و عملکرد سازه‌های هیدرولیکی و پروژ‌ه‌های مختلف منابع آب می‌باشد. عمدتاً استخراج منحنی‌های IDF مستلزم تجزیه و تحلیل آماری داده‌های بارش در تداوم‌های مختلف می‌باشد و بنابراین هنگامی‌که حوضه مورد مطالعه فاقد آمار و یا دارای آماری محدود باشد؛ بررسی مشکل می‌گردد. این در حالی است که در اغلب حوضه‌ها دسترسی به آمار بارش روزانه به سهولت امکان‌پذیر است. بنابراین هدف از مطالعه حاضر، ارزیابی و مقایسه منحنی‌هایIDF مستخرج از رابطه تلفیق تئوری فرکتال و توزیع مقادیر حدی تعمیم‌یافته برای مناطق فاقد آمار براساس مفهوم خواص فرکتال بارش با روابط متداول تجربی و تعیین میزان خطا و دقت محاسبات و قابلیت اطمینان این رابطه نسبت به روابط دیگر می‌باشد. مواد و روش‌ها: در این تحقیق با استفاده از داده‌های حداکثر عمق بارش سالانه با تداوم روزانه، ساخت منحنی‌های IDF با روش مبتنی بر رویکرد تلفیق ماهیت فرکتالی داده‌های بارش و توزیع مقادیر حدی تعمیم‌یافته صورت گرفت. سپس منحنی‌های IDF از رابطه تجربی قهرمان و روش متداول که براساس تحلیل آماری داده‌های بارش حدی سالانه در تداوم‌های مختلف می‌باشد؛ برای ایستگاه مورد مطالعه استخراج گردید. در نهایت ارزیابی و مقایسه کمّی و کیفی نتایج حاصل از روش تئوری فرکتال با رابطه تجربی قهرمان انجام شد. این پژوهش برای ایستگاه باران‌سنجی چناران واقع در عرض جغرافیایی 36 درجه و 38 دقیقه و 38 ثانیه و طول جغرافیایی 59 درجه و 7 دقیقه و 1/53 ثانیه، به کارگرفته شد. یافته‌ها: بررسی رفتار فرکتالی داده‌های بارش در ایستگاه باران‌سنجی چناران نشان داد؛ خواص بارش در بازه زمانی 1 تا 7 روز از فرضیه تک‌مقیاسی (مونوفرکتالی) تبعیت می‌کند و رگبار طرح برآورد شده با تئوری فرکتال با داده‌های مشاهداتی بارش انطباق خوبی دارد. نتایج در ایستگاه باران‌سنجی چناران نشان از برتری دقت رابطه تلفیق تئوری فرکتال و توزیع مقادیر حدی تعمیم‌یافته با متوسط خطای 34/9 نسبت به رابطه تجربی قهرمان با متوسط خطای 43/16 دارد. علاوه بر این خطای برآورد مقادیر IDF با رابطه تئوری فرکتال نسبت به روش متداول که مبتنی بر داده‌های واقعی بارش می‌باشد؛ در تداوم 24 ساعته، صفر محاسبه گردید. بنابراین از آن‌جا که ساخت منحنی‌های IDF با رابطه تلفیق تئوری فرکتال و توزیع مقادیر حدی تعمیم‌یافته تنها با استفاده از داده‌های حداکثر شدت بارش 24ساعته انجام می‌گیرد؛ می‌توان نتیجه گرفت؛ روش مذکور از دقت مناسب و نتایج قابل قبولی برخوردار است. نتیجه‌گیری: تحقیق حاضر تلاشی است در راستای افزایش کاربرد روابط مقیاسی IDF نسبت به استفاده از روابط تجربی مدون که بدون توجه به شرایط جغرافیایی و هیدرولوژیکی محل صورت می‌گیرد؛ برای استفاده در مناطقی که با کمبود یا نبود آمار بارش مواجه است. از ویژگی‌های حائز اهمیت این رابطه، پایه‌گذاری آن براساس خواص فرکتالی مقادیر بارش می‌باشد و در مقابل، تهیه منحنی IDF در دو روش تجربی و متداول تنها منوط به تجزیه و تحلیل‌های آماری و ریاضی بدون توجه به اصول فیزیکی فرآیند بارش صورت می‌گیرد و در نتیجه افزایش عدم اطمینان نتایج را به دنبال خواهد داشت.
Keywords
