مديريت تحصيلات تكميلي
دانشكده آب و خاک
گروه مهندسي آب
پايان نامه جهت اخذ درجه كارشناسي ارشد در رشته منابع آب
تحليل فراواني حداکثر شدت بارندگي روزانه در استان سيستان و بلوچستان
استاد راهنما:
دکتر پرويز حقيقتجو
استاد مشاور:
مهندس ابوالفضل بامري
تهيه و تدوين:
امان اله باراني
دي ماه 1393

بسمه نعالي
<<تشکر و قدرداني>>
از تمام عزيزاني که بنده را در مراحل تحليل فراواني حداکثر شدت بارندگي روزانه در استان سيستان و بلوچستان که به عنوان پايان نامه کارشناسي ارشد بنده و به عنوان پيشکشي به تحقيقات هيدرولوژي و هواشناسي کاربردي در علوم مهندسي آب در استان سيستان و بلوچستان و شرق کشور ياري نمودند خصوصا استاد راهنماي عزيز دکتر پرويز حقيقت جو، استاد مشاور گرامي مهندس ابوالفضل بامري، استاد گران قدر دکتر سيد محمود طباطبايي و دوست عزيز مهندس عباس شيبانيان کمال تشکر و قدرداني را دارم.
<<من الله توفيق>>
امان اله باراني
آذر 1393
چکيده
نسبت بارش يک روزه به بارش سالانه، معياري براي شناسايي شدت بارش هاي روزانه است. در اين پژوهش حداکثر دادههاي شدت بارش 24 ساعته از هشت ايستگاه زابل، زهک، زاهدان، خاش، سراوان، ايرانشهر، کنارک و چابهار در استان سيستان و بلوچستان مورد بررسي قرار گرفت. اين داده ها از ايستگاههاي سينوپتيک استان تهيه و مورد ارزيابي قرار گرفتند. ابتدا دادهها به نرم افزار HYFA و Best fit وارد و به کمک توابع چگالي احتمال مختلف تحليل فراواني بارش روزانه انجام گرديد. در اين تحقيق برآورد پارامترها با استفاده از سه روش حداکثر درستنمايي، گشتاورها و گشتاورهاي خطي مورد ارزيابي قرار گرفت و بهترين تابع توزيع براي هر ايستگاه با استفاده از آزمونهاي مربع کاي و کلوموگروف- اسميرنوف تعيين گرديد. در اين روشها توزيعهاي مقادير حدي تعميم يافته، پيرسون نوع 3، لوگ پيرسون نوع 3، لجستيک تعميم يافته، پارتو تعميم يافته، لوگ نرمال 3 پارامتري و ويکبي 5 پارامتري مقايسه گرديدند. با توجه به اينکه در برخي ايستگاهها چند توزيع به عنوان توزيع برتر با استفاده از آزمونهاي مربع کاي و کلوموگروف- اسميرنوف شناخته شد، انتخاب بهترين توزيع براي تحليل فراواني حداکثر شدت بارندگي روزانه در هرکدام از هشت ايستگاه سينوپتيک استان با استفاده از کمترين ميانگين مربعات مجذور خطا صورت گرفت. در اين پژوهش با استفاده از آزمون نکوئي برازش بهترين توزيع منطقهاي انتخاب گرديد. بنابر اين در نيمه شمالي استان توزيعهاي لجستيک تعميم يافته و مقادير حدي تعميم يافته به عنوان توزيعهاي منتخب شناخته شدند. نظر به اينکه مقدار آماره براي توزيع لجستيک تعميم يافته کمتر است، اين توزيع به عنوان توزيع منتخب در نيمه شمالي استان انتخاب گرديد. در نيمه جنوبي استان نيز توزيع لجستيک تعميم يافته به عنوان توزيع منتخب شناخته شد. تابع توزيع لجستيک تعميم يافته براي هر دو نيمه شمالي و نيمه جنوبي استان به عنوان بهترين توزيع منطقهاي شناخته شد و پارامترهاي توزيع منتخب، چندکها و در نهايت حداکثر بارش 24 ساعته با دورههاي بازگشت براي هر ايستگاه بدست آمدند.
کليدواژگان: حداکثر بارش روزانه ، توزيعهاي آماري ، سيستان و بلوچستان ، آزمون نکويي برازش، تابع توزيع لجستيک تعميم يافته.

فهرست مطالب
عنوانصفحهفصل 1- مقدمه و کليات تحقيق11-1- ضرورت تحقيق21-2- تعريف مساله و بيان سؤالهاي اصلي تحقيق4فصل 2- مروري بر تحقيقات انجام شده72-1- مروري بر تحقيقات داخلي انجام شده در مورد تحليل فراواني حداکثر شدت بارش و سيلاب82-2- مروري بر تحقيقات خارجي انجام شده در مورد تحليل فراواني حداکثر شدت بارش و سيلاب15فصل 3- مواد و روشها233-1- روش انجام تحقيق و تجزيه و تحليل اطلاعات243-2- معرفي منطقه مورد مطالعه253-3- فرضيات اوليه آمار و احتمالات در تحليل فراواني283-3-1- متغير تصادفي283-3-2- احتمال، ترسيم موقعيت و دوره بازگشت303-4- توزيعهاي احتمالاتي323-5- تحليل فراواني حداکثر بارش 24 ساعته333-6- بازسازي نواقص آماري353-6-1- بازسازي و تطويل آمار با استفاده از روش همبستگي بين ايستگاهها353-7- تعيين بهترين تابع توزيع در هر ايستگاه353-7-1- روش گشتاورها393-7-2- روش حداکثر درستنمايي393-7-3- روش گشتاورهاي وزني احتمال403-8- آزمونهاي تعيين بهترين توزيع در هر ايستگاه413-8-1- آزمون مربع کاي413-8-2- آزمون کلوموگروف- اسميرنوف413-9- تحليل فراواني منطقهاي حداکثر بارش هاي 24 ساعته423-10- انتخاب و ارزيابي توزيعهاي اصلي433-10-1- گشتاورهاي وزني احتمال و گشتاورهاي خطي433-10-2- نمودارهاي نسبت گشتاورهاي خطي463-11- آزمونهاي مبني بر گشتاورهاي خطي473-11-1- آزمون نکويي برازش473-12- روشهاي تخمين پارامترهاي يك توزيع483-12-1- روش گشتاورهاي وزني احتمال483-13- برآورد چندكها49فصل 4- نتايج و بحث504-1- معرفي ايستگاه هاي مورد بررسي در سطح استان سيستان و بلوچستان514-2- انتخاب بهترين تابع توزيع در هر ايستگاه544-3- انتخاب بهترين تابع توزيع ناحيه اي744-4- تخمين چندکهاي حداکثر بارش هاي 24 ساعته794-5- بررسي رابطه ناحيه اي بين حداکثر بارش 24 ساعته و دوره بازگشت804-6- نتيجهگيري814-7- پيشنهادات82منابع و مآخذ84

1-1- ضرورت تحقيق
سيل در ميان انواع مخاطرات طبيعي، خسارات زيادي را به جوامع انساني، تاسيسات، مراکز صنعتي و اراضي کشاورزي وارد ميکند. سالانه سيل در دنيا به طور ميانگين جان 26000 نفر انسان را ميگيرد و بر زندگي 75 ميليون ديگر تاثير اقتصادي بسيار بدي ميگذارد (Quarda et al., 1993). خسارات ناشي از سيل در چند دهه اخير به گونه فزاينده افزايش يافته است که اين نشان دهنده افزايش فراواني و شدت سيل ميباشد (Smith, 2001). برآورد دقيق مقدار و دوره بازگشت سيلاب در طراحي سازههايي مانند سدها، سرريزها، جادهها، پلهاي راه آهن، آبگذرها، سيستمهاي زهكشي سطحي، پهنهبندي دشتهاي سيلابي، ارزيابي اقتصادي طرحهاي كنترل سيلاب و غيره كاربرد دارد. برآوردهاي كم زيانهاي مالي و جاني و برآوردهاي بيش از اندازه افزايش هزينهها را به دنبال دارد (Kumar et al., 2003).
با توجه به تغييرات مکاني و زماني بارش و همچنين پتانسيل سيلخيزي در استان سيستان و بلوچستان، اطلاع از احتمال وقوع و يا دوره بازگشت سيلابها و اطلاع از محدوده گسترش سيل‌ها ميتواند برنامهريزان و متخصصان کشور را در زمينه راهکارهاي کنترل اين پديده مخرب ياري نمايد. علاوه بر اين احداث سازههاي مختلف و توسعه شهرها و روستاها بر اساس پيشبيني سيل و اطلاع از بزرگي و محدوده گسترش آن، تا حدود زيادي ميتواند خطر سيل را کاهش دهد (Rao and Hamed, 1997).
تحليل فراواني منطقهاي حداکثر بارش هاي روزانه در طراحي و اجراي سازههاي کنترل آب از قبيل کالورت، پلها ، نقشه کاربري اراضي، بيمه سيل، حفاظت از مناطق مسکوني، ارزيابي اقتصادي پروژههاي منابع آب استفاده ميشود (Rao and Srinivas, 2005).
نسبت بارش يک روزه به بارش سالانه، معياري براي شناسايي شدت بارش هاي روزانه است. بالا بودن اين نسبت بيانگر آن است که احتمال دارد تمام و يا بيشتر بارش سالانه در مدت فقط چند روز اتفاق افتد. به عبارت ديگر، بالا بودن اين نسبت، نشان مي دهد که بيشتر بارندگي ها اکثراً شديد و رگباري هستند و بر عکس پايين بودن اين نسبت حاکي از وقوع بارندگي هاي ملايم و فراواني بيشتر روزهاي باراني است (جهانبخش و ذوالفقاري،1379).
يکي از مهمترين مطالعات پروژههاي منابع آب از قبيل طرحهاي توسعه منابع آب، کنترل سيلاب، ساماندهي رودخانه، آبخيزداري، حفاظت خاک و به ويژه طرحهاي سدسازي برآورد سيلاب طراحي است. تبديل بارندگي به رواناب در خروجي حوضه اثر ترکيبي خيلي از فرايندهاي هيدرولوژي است که در يک محدوده وسيعي از مقياسهاي زماني و مکاني اتفاق ميافتد. در کاربرد مدلهاي بارندگي- رواناب به منظور پيشبيني ابعاد سيلاب طراحي و براي کاربرد در مسائل مختلف مهندسي، هايتوگراف بارندگي از اهميت فوقالعادهاي برخوردار است. گام نخست در برآورد سيلاب طراحي، انتخاب باران طرح است (Viessman, 1996).
دادههاي بارندگي، ورودي اصلي حوضه در سيکل هيدرولوژي هستند و باران پديدهاي است که طبيعتي ناپيوسته در زمان و مکان دارد. باران طرح که مولد سيلاب طرح است بايد حائز ويژگي هايي از قبيل تداوم کل، مقدار کل، توزيع مکاني و توزيع زماني باران باشد. مقدار کل باران طراحي بر اساس درجه ايمني مورد نياز پروژه تعيين ميشود و معمولاً از طريق منحنيهاي شدت- مدت – فراواني براي يک دوره بازگشت خاص و طول بارش معين برآورد مي شود (وزيري، 1376).
تداوم کل بارش به ويژگيهاي فيزيوگرافي حوضه به ويژه زمان واکنش سيستم به بارندگي بستگي دارد. به فاصله بين شروع و پايان بارندگي تدوام بارندگي گفته ميشود. باتوجه به اينکه اين دوام کمتر از 6 ساعت، بين 6 تا 24 ساعت و بيشتر از 24 ساعت باشد آن بارندگي را به ترتيب کوتاه مدت، ميان مدت و دراز مدت مينامند. براي حوضههاي شهري و کوچک بارندگي با تدوام کوتاه مدت مناسب است درحالي که در حوضههاي بزرگ و کوهستاني بارندگي با تدوام بيشتر مناسب است (عليزاده، 1382).
يکي از ويژگيهاي باران طرح نحوه توزيع مقدار باران در طول مدت بارندگي است که به آن توزيع زماني يا الگوي زماني باران طراحي گفته ميشود. تغييرات شدت بارندگي در طول يک واقعه بارندگي بخصوص در حوضههاي بزرگ نقش موثري بر روي هيدروگراف سيل داشته و تاثير مستقيمي بر حجم و دبي اوج سيلاب ميگذارد (مريد و همکاران، 1376).
اين موضوع به دليل کمبود اطلاعات از توزيع زماني و مکاني بارندگي کمتر مورد توجه قرار ميگيرد و بر اين اساس در شبيهسازي هيدروگراف سيلاب خطاي قابل توجهي حاصل ميشود.
1-2- تعريف مساله و بيان سؤالهاي اصلي تحقيق
ايران کشوري وسيع و پهناور با تنوع اقليمي زياد است و به علت اختلاف عرض جغرافيايي نسبتاً زياد بين شمال تا جنوب کشور، توپوگرافي متعارض و ناهمگون و همچنين سيستم هاي جوي متعددي که بر آب و هواي ايران تأثير مي گذارند، نسبت حداکثر بارشهاي روزانه به بارش سالانه در گسترة ايران متفاوت است. با مقايسه اين نسبت ميتوان توزيع زماني و مکاني بارندگي را در مناطق مختلف کشور مشخص و رژيمهاي حاکم بر نواحي مختلف را تعيين نمود.
متوسط بارندگي سالانه ايران 250 ميليمتر محاسبه شده است که کمتر از يک سوم متوسط بارش جهاني است. بر اساس نتايج بسياري از طبقه بنديهاي آب و هوايي، اين سرزمين داراي آب و هواي خشک و نيمه خشک است. پايين بودن ميزان ريزشهاي جوي، تغيير پذيري بالا، نوسانات شديد بارندگي از سالي به سال ديگر، از ويژگيهاي بارز آب وهوايي ايران به شمار ميرود. علاوه بر ويژگيهاي فوق، توزيع فضايي بارش در اين سرزمين نيز همگون نبوده و از غرب به شرق و از شمال به جنوب از ميزان آن کاسته ميشود (ذوالفقاري، 1379). ويژگي عمده بارندگي در ايران آن است که بارش ساليانه در سطح کشور هم از نظر مکاني و هم از نظر زماني اختلاف فاحشي را نشان ميدهد. در حالي که ميزان بارش در سواحل خزر، زاگرس و البرز به ترتيب حدود 1560 ميليمتر، 930 ميليمتر، 530 ميليمتر است، در مناطق مرکزي به 62 ميلي متر ميرسد که علاوه بر توزيع ناهمگن مکاني، نوسانات شديد زماني نيز در آن به چشم ميخورد. به گونه اي که ضريب تغييرات بارندگي درتعداد زيادي از ايستگاه ها به بيش از 40 درصد ميرسد .اين توزيع زماني و مکاني بارش در ايران متأثر از توزيع سيستم هاي گردش جهاني است که کمترين تغيير در الگوي آن، ناهنجاريهاي شديد آب و هوايي را به دنبال مي آورد. بنابراين، ناهنجاريهاي مکاني و زماني بارش و تغييرات شديد در شدت بارش و تفاوت در نوع بارش، از عمدهترين ويژگي هاي بارش هاي ايران مي باشد (بابايي و فرج زاده، 1380).
شدت بارندگي معمولا در فواصل زماني 6، 12، 18، 24 و 48 ساعته بررسي ميشود که در اين پژوهش به دليل در دسترس بودن دادههاي مربوط به شدت بارندگي 24 ساعته (روزانه) از اين دادهها استفاده شده است. يکي از ويژگيهاي باران طرح نحوه توزيع مقدار باران در طول مدت بارندگي است که به آن توزيع زماني يا الگوي زماني باران طراحي گفته ميشود. تغييرات شدت بارندگي در طول يک واقعه بارندگي بخصوص در حوضههاي بزرگ نقش موثري بر روي هيدروگراف سيل داشته و تاثير مستقيمي بر حجم و دبي اوج سيلاب ميگذارد (مريد و همکاران، 1376). اين موضوع به دليل کمبود اطلاعات از توزيع زماني و مکاني بارندگي کمتر مورد توجه قرار ميگيرد و بر اين اساس در شبيهسازي هيدروگراف سيلاب خطاي قابل توجهي حاصل ميشود. هدف اوليه تحليل فراواني، برقراري رابطه بين بزرگي فراواني وقوع آنها از طريق استفاده از توزيعهاي آماري ميباشد (Chow et al., 1988). دادههاي مشاهده شده از يک دوره زماني طولاني مربوط به يک سيستم رودخانه در تحليل فراواني تجزيه و تحليل ميشوند. در دسترس بودن دادهها يکي از جنبههاي مهم تحليل فراواني است. برآورد احتمال وقوع سيلابهاي حدي، در واقع يک برونيابي بر اساس دادههاي محدود ميباشد. بنابراين هر چه دادههاي پايه بيشتر باشند، صحت برآورد از اين طريق بيشتر خواهد شد. از نظر آماري برآورد حاصل از نمونههاي کوچک ميتواند منجر به پارامترهاي نامعقول و غير واقعي گردد (Rao and Hamed, 1997). در تحليل فراواني حداکثر شدت روزانه و سيلاب، بايد رابطه واحدي بين بزرگي و دوره بازگشت مربوط به آن پيدا کرد. (Cunnane, 1989).
سوالات اصلي اين تحقيق به ترتيب زير بيان ميشوند:
1- کداميک از توزيعهاي آماري را ميتوان به حداکثر شدت بارش روزانه برمبناي آزمونهاي نکويي برازش در استان سيستان و بلوچستان برازش داد؟
2- براساس آزمونهاي نکويي برازش کداميک از روشهاي گشتاورها و حداکثر درستنمايي براي برآورد پارامترها بهتر است؟
در کل اهداف اين پايان نامه نيز به شرح زير مي باشد:
1- تعيين توزيع آماري مناسب براي حداکثر شدت بارش روزانه در ايستگاه هاي مختلف سيستان و بلوچستان
2- منطقه بندي استان سيستان و بلوچستان براساس توزيع آماري حداکثر شدت بارش روزانه
کاربردهاي اين پايان نامه نيز شامل بررسي و مطالعه خصوصيات مهم بارندگي مانند شدت بارش در جنوب شرق کشور و بررسي توزيع آماري مناسب براي برازش داده هاي حداکثر شدت بارش روزانه در سطح استان سيستان و بلوچستان مي باشد. همچنين جنبه جديد بودن و نوآوري طرح اين پايان نامه در اين است که در مورد توزيع هاي آماري حداکثر شدت بارندگي هاي 24 ساعته در استان سيستان و بلوچستان تاکنون تحقيق جامع و کاملي صورت نگرفته است.

2-1- مروري بر تحقيقات داخلي انجام شده در مورد تحليل فراواني حداکثر شدت بارش و سيلاب
استفاده از داده هاي بارش روزانه با هدف مطالعه ويژگي هاي بارش در نواحي مختلف در حال گسترش روزافزون است. تحقيقات متعددي از زواياي گوناگون در داخل و خارج از کشور پيرامون بارشهاي روزانه و نسبت بارش هاي روزانه به بارش هاي بلند مدت انجام شده است که در زير به تعدادي از اين پژوهشها اشاره ميگردد :
رستمي و همکاران (1388)، با استفاده از آمار 26 ايستگاه آبسنجي حوضه دز اقدام به تحليل ايستگاهي و منطقهاي سيلاب با روش گشتاورهاي خطي کردند. براي تشخيص مناطق همگن از روش خوشهبندي سلسله مراتبي شامل الگوريتم Ward و آزمونهاي گشتاورهاي خطي استفاده شد. براي انتخاب بهترين توزيع آماري و رابطه احتمال تجربي در تحليل ايستگاهي از روش و در تحليل منطقهاي از روش و نمودار نسبت گشتاورهاي خطي استفاده شد. در تحليل منطقهاي توزيع مقادير حدي تعميم يافته براي مناطق 1 و 3 و توزيع لجستيک تعميم يافته براي نيمه جنوبي استان مناسبترين توزيع آماري شناخته شد. در نهايت با استفاده از روش رگرسيون چند متغيره معادلهاي منطقهاي جهت استفاده در مناطق فاقد آمار بدست آمد.
کوهستاني و سليماني ساردو (1388) با استفاده از گشتاورهاي خطي به بررسي فراواني سريهاي حداکثر سالانه دبي در حوضه لوت پرداختند. نتايج نشان داد که منطقه مورد مطالعه با استفاده از آزمون غيرهمگني مبني بر گشتاورهاي خطي همگن تشخيص داده شد. جهت انتخاب بهترين توزيع در هر ايستگاه، از مجذور ميانگين مربعات خطا، و همچنين جهت برآورد چندکهاي توزيع از روش حداکثر درستنمايي و با استفاده از آزمون نکوئي برازش توزيع پيرسون نوع 3 به عنوان بهترين توزيع منطقهاي شناخته شد. براي برآورد دبي با دوره بازگشت ها مختلف خصوصيات فيزيكي و اقليمي حوضه بكار برده شد كه در نهايت مساحت حوضه بعنوان اصليترين پارامتر وارد مدل گرديد. در ادامه معادلات رگرسيون خطي، لگاريتمي، تواني و نمايي مدل منطقهاي با استفاده از معيارهاي معيار ضريب همبستگي، خطاي نسبي و خطاي برآورد استاندارد (SEE) مقايسه شد و رگرسيون تواني SE بهترين دقت را دارا بود به طوري كه ميتوان با داشتن مساحت حوضه، دبي در دورههاي برگشت مختلف را برآورد نمود .
در تحقيق ذوالفقاري و همکاران (1388) دادههاي بالاترين بارش روزانه 46 ايستگاه سينوپتيک ايران طي سال هاي 1976 تا 2005، با هدف بررسي نسبت حداکثر بارش هاي روزانه به بارش هاي سالانه از سازمان هواشناسي کشور دريافت شد. ابتدا از روش هاي آماري شامل آزمون هاي همبستگي، رگرسيون دومتغيره و چندگانه، آناليز واريانس و آزمون ناپارامتري فريدمن استفاده شد تا تاثير عوامل مستقل ارتفاع، عرض و طول جغرافيايي بر اين نسبت و همچنين داري تغييرات نسبت حداکثر بارش هاي روزانه به بارش هاي سالانه درطول دوره آماري بررسي شود. سپس براي بررسي مشاهداتي از نمودارها و نقشه ها استفاده شد. در نهايت با روش خوشه بندي وارد، پهنه بندي اقليمي ايستگاه هاي مورد مطالعه از نظر نسبت بارش ارايه شد. در بررسي تاثير عرض جغرافيايي بر نسبت حداکثر بارش هاي روزانه به بارش هاي سالانه ايران، نتايج نشان داد که با کاهش عرض جغرافيايي از شمال به جنوب کشور ميزان اين نسبت افزايش مييابد. بررسي تغييرات نسبت حداکثر بارش هاي روزانه به بارش هاي سالانه در طول دوره آماري در هر يک از ايستگاه ها نشان داد که اين تغييرات تنها در ايستگاه سنندج معني دار است. تغييرات اين نسبت در گستره ايران نشان داد که دهه اول با دهه دوم تفاوت معنيداري ندارد. اما تغييرات دهه سوم نسبت به دهه اول به صورت معني دار افزايش پيدا کرده است. همچنين نتايج نشان داد بين حداکثر بارش روزانه ايستگاه ها و بارش سالانه آنها رابطه معني داري وجود دارد. يعني با افزايش بارش سالانه ميزان حداکثر بارش روزانه ايستگاه ها افزايش مي يابد. در نهايت، پهنه بندي اقليمي ايستگاه ها وجود پنج طبقه اقليمي را از نظر نسبت حداکثر بارش هاي روزانه به بارش هاي سالانه در کشور نشان مي دهد.
سرحدي و همکاران (1387) براي تحليل فراواني منطقهاي جريانهاي کم در حوضه هليل رود جيرفت از روش گشتاورهاي خطي استفاده کردند. با استفاده از دو آماره ناهماهنگي و غيرهمگني هاسکينگ و واليس مشخص شد که در منطقه ايستگاه ناهماهنگ وجود ندارد و منطقه کاملا همگن است. با استفاده از آزمون نکوئي برازش توزيع پيرسون نوع 3 به عنوان بهترين توزيع منطقهاي شناخته شد و در نهايت با استفاده از رگرسيون چند متغيره مساحت حوضه به عنوان پارامتر اصلي براي برآورد جريان کم با دورههاي بازگشت مختلف در ايستگاههاي فاقد آمار مشخص شد.
شامکوئيان و همکاران (1387) از گشتاورهاي خطي و سيلاب نمايه در تحليل فراواني سيلاب در حوضههاي آبريز استان خراسان استفاده کردند. آنها از آمار دبي سيلاب اوج لحظهاي سالانه 68 ايستگاه آب‌سنجي با حداقل و حداکثر طول دوره آماري 6 و 39 سال و ويژگيهاي فيزيوگرافي حوضههاي آبريز آنها استفاده نمودند. با استفاده از روش خوشهبندي منطقه مورد مطالعه به 7 ناحيه همگن تقسيم شد. آزمونهاي ناهماهنگي و غير همگني مبني بر گشتاورهاي خطي انجام شد و يک ايستگاه به عنوان ايستگاه ناهماهنگ شناخته شد و همچنين منطقه مورد مطالعه همگن تشخيص داده شد. توابع توزيع لوگ نرمال 3 پارامتري، مقادير حدي تعميم يافته، پارتو تعميم يافته، لجستيک تعميم يافته و پيرسون نوع 3 با استفاده از آزمونهاي نکوئي برازش و کلوموگروف-اسميرنوف انتخاب شدند. در نهايت مدل لگاريتمي و چهار متغيره به منظور برآورد سيلاب نمايه در هر نقطه از نواحي همگن، و مقياسدار کردن مقادير سيلاب بي بعد ناحيهاي با استفاده از ويژگيهاي فيزيوگرافي حوضه استخراج شد.
عبدي کرداني و فاخريفر (1387) با استفاده از روش گشتاورهاي خطي به تحليل فراواني جريانهاي حداکثر رودخانهاي در استان آذربايجان شرقي پرداختند. آنها از دبي حداکثر 38 رودخانه با دوره آماري مشترک 34 ساله استفاده کردند. با استفاده از روش مجذور کمترين مربعات خطا توزيع ويکبي 5 پارامتري به عنوان بهترين توزيع آماري شناخته شد. آنها به اين نتيجه رسيدند که توزيع ويکبي به عنوان يک توزيع برتر براي تحليل فراواني سيل مطرح مي‌باشد.
نيکروح و همکاران (1387) به مقايسه فراواني حداکثر دبي سيلاب در حوضههاي دز و کرخه با استفاده از روش‌هاي گشتاور معمولي و گشتاور خطي پرداختند. در اين تحقيق نشان داده شد که ايستگاههاي مبنا در منطقه طرح در روش گشتاورهاي معمولي با دو توزيع لوگ پيرسون نوع 3 و لوگ نرمال 3 پارامتري و در روش گشتاورهاي خطي با دو توزيع نرمال تعميم يافته و مقادير حدي تعميم يافته تطبيق دارند. اگرچه در هر روش توابع توزيع متفاوتي براي رفتار دبي برازش داده شدهاند ولي اعداد بدست آمده براي دبي سيلاب به ازاي دوره بازگشتهاي مختلف در ايستگاههاي حوضه، نزديک بهم شدند.
ايران نژاد و همکاران (1386) در پژوهشي با عنوان سهم تغييرات فراواني وشدت بارش روزانه در روند بارش در ايران، طي دورة 1960 تا 2001 براي 38 ايستگاه منتخب به اين نتايج رسيدهاند که روند بارش کل سالانه در 10 ايستگاه و تعداد روزهاي باراني در 21 ايستگاه، معنيدارحداقل در سطح اعتماد است. بنا بر پژوهش آن ها اغلب ايستگاه هاي واقع در منطقه غرب و شمال غرب داراي روند بارش سالانه کاهشي و بيشتر ايستگاه هاي واقع در نواحي جنوبي و مرکزي ايران داراي روند افزايشي هستند. روند بارش فصل زمستان شبيه به روند بارش سالانه است. روند بارش فصل بهار در اغلب ايستگاه ها کاهشي و فصل پاييز افزايشي است. در پاره اي از ايستگاه ها سير صعودي از روند کاهشي در بارش هاي خفيف به سمت روند افزايشي بارش هاي سنگين ملاحظه مي شود که با روند افزايشي قوي و اغلب معنيدار بارش کل سالانه يا فصلي مطابقت دارد. در بعضي ايستگاهها نيز سير نزولي از روند افزايشي در بارش هاي خفيف به سمت روند کاهشي در بارش هاي سنگين ديده مي شود که با روند کاهشي قوي و غالبا معني دار بارش کل سالانه يا فصلي هماهنگ است.
رادمنش (1385) در مطالعات خود بر روي اثرات مقياس زماني بارش در شبيهسازي هيدروگراف سيل و سيلاب طرح اظهار ميدارد که الگوي توزيع زماني واقعي بارش نسبت به الگوي ساختگي بارش برازش بهتري بين هيدروگراف شبيهسازي شده و هيدروگراف مشاهدهاي بدست ميدهد. همچنين وي پيشنهاد ميکند در حوضههاي متوسط به جاي استفاده از بارندگي روزانه، بارندگي با تداوم کوتاه مدت به کار برده شود. اما در حوضههاي بزرگ استفاده از تداوم روزانه بارندگي مناسبتر است.
مهدوي و همکاران (1385) برازش توزيعهاي احتمالي مناسب را براي سري جريانهاي سالانه و با استفاده از روش گشتاورهاي خطي در مناطق خشک و نيمه خشک بررسي کردند. آنها از 20 ايستگاه آبسنجي براي دبيهاي حداقل، ميانگين و حداکثر سالانه و 17 ايستگاه آب‌سنجي را براي دبيهاي حداکثر لحظهاي استفاده کردند. بر اساس نتايج به دست آمده در منطقه مطالعاتي حوضه آبريز فلات مرکزي براي دبيهاي حداقل، توزيع پيرسون نوع 3 و روش گشتاور خطي، براي دبيهاي ميانگين سالانه توزيع پيرسون نوع 3 و لوگ پيرسون نوع 3 و روش گشتاور خطي، براي دبيهاي حداکثر سالانه توزيع پيرسون نوع 3 و روش گشتاورهاي خطي و همچنين توزيع لوگ پيرسون نوع 3 و لوگ نرمال 2 پارامتري و روش گشتاور معمولي و براي دبيهاي حداکثر لحظهاي سالانه توزيع لوگ پيرسون نوع 3 و روش گشتاور معمولي و توزيع پيرسون نوع 3، لوگ نرمال 3 پارامتري و دو پارامتري بيشترين برازش را نشان دادند.
فيضي و اسلاميان (1384) به مقايسه روشهاي ايستگاهي و منطقهاي گشتاورهاي خطي در برآورد بارندگي حداکثر ماهانه 18 ايستگاه بارانسنجي در حوضه زايندهرود پرداختند. آنها نتيجه گرفتند که يک روند افزايشي تفاوتها، در تناسب با افزايش طول دوره بازگشت در ايستگاههاي مختلف ديده ميشود و همچنين در ايستگاههايي با اندازه نمونه بالا، برآورد ايستگاهي و منطقهاي در اين ايستگاهها داراي تفاوت کمتر از 5 درصد در دوره بازگشت 200 سال ميباشد. در نهايت توزيع مقادير حدي تعميم يافته با استفاده از آزمون نکوئي برازش به عنوان مناسبترين توزيع منطقهاي شناخته شد.
مسعوديان (1384) در تحقيقي به بررسي تغييرات توزيع فراواني بارش هاي روزانه حوضه کارون از ديدگاه آب شناسي پرداخته و به اين نتيجه رسيده است که طي چند دهه گذشته در 75 درصد مساحت حوضه کارون تغيير معناداري در توزيع فراواني بارش هاي روزانه، ديده نشده است، در حالي که دبي هاي حداکثر لحظه اي در اين حوضه روند افزايشي داشته است.
عليجاني (1383) در بررسي بالاترين بارش روزانه طي دوره آماري (1985-1961) درايران به اين نتيجه رسيده است که توزيع زماني بارندگي در شمال يکنواخت تر از جنوب است و وضعيت جنوب به يک رژيم نامنظم بياباني شباهت دارد. در بين همه نقاط ايران، بارش هاي روزانه نوار انارك تا قائن از همه کمتر است و نشان مي دهدکه دوري از منابع رطوبتي سبب اين وضعيت شده است.
اسلاميان و چاووشي بروجني (1382) از گشتاورهاي خطي در تحليل فراواني سيلاب در حوضههاي آبريز مرکزي ايران استفاده کردند. آنها 27 ايستگاه آب‌سنجي را بررسي کردند. با استفاده از نمودار نسبت گشتاورهاي خطي مناسبترين توزيع قابل برازش براي هر يک از ايستگاههاي مطالعاتي تعيين شد. با استفاده از آزمون ناهماهنگي مبني بر گشتاورهاي خطي، ايستگاههاي ناهماهنگ شناخته شد. با استفاده از آزمون نکوئي برازش توزيعهاي لجستيک تعميم يافته، مقادير حدي تعميم يافته، نرمال تعميم يافته، پيرسون نوع 3 و پارتو تعميم يافته به عنوان مناسبترين توزيعها براي منطقه شناخته شد. در نهايت مقادير تخمين دبي با تناوب‌هاي مختلف در منطقه تعيين و پارامترهاي منطقهاي توزيعهاي منتخب ارائه گرديد.
کريمي و اميدوار (1379) در بررسي حداکثر بارش هاي روزانه از شمال غرب تا جنوب غرب ايران طي يک دوره آماري 10 ساله اين نتيجه رسيدهاندکه توزيع فضايي نسبت بارش يکروزه به سالانه همگون نيست و بين بارش هاي سالانه و بارش يک روزه نسبت مستقيمي وجود دارد. هر جا که مقدار بارندگي زياد است، ميزان بارش يک روزه نيز بالاست. ناحيه بندي حداکثر بارش هاي روزانه براساس روش وارد نيز بيانگر وجود نواحي بارش متعدد در منطقه مورد مطالعه است.
جهانبخش و ذوالفقاري (1379) در پژوهشي ديگر الگوهاي سينوپتيک بارش هاي روزانه در غرب ايران طي يک دوره آماري 20 ساله را بررسي نموده اند و پنج ناحيه بارش روزانه به نام هاي مرکزي، شمال غربي، جنوب غربي، خزري شمال شرقي و ناحيه شرقي مشخص کردهاند. نتايج اين بررسي حاکي از وجود اختلافات معني دار در الگوي مراکز کم ارتفاع، فرود موج کوتاه، محور فرود و مراکز کم فشار شدت فعاليت، فراواني وقوع و مسير حرکت آنها (سطح زمين) در بين نواحي بارشي است.
فرزان (1377) در مقالهاي با عنوان بررسي الگوي بارندگي روزانه در اقاليم مختلف فلات ايران به بررسي پراکندگي بارشهاي 24 ساعته در شش ايستگاه نمونه پرداخته است.
لشگري (1375) با استفاده از بارش هاي روزانه 27 ايستگاه هواشناسي طي يک دوره هفده ساله بارش هاي شديد را شناسايي و سپس الگو هاي حاکم بر آنها را تحليل نموده است. بر اساس نتايج تحقيق وقوع بارش هاي سنگين و سيل آسا در جنوب غرب ايران، نتيج? تقويت و تشديد فعاليت مرکز کم فشار سوداني و منطقه همگرايي درياي سرخ و تبديل آن به سيستم ديناميکي و ترموديناميکي است.
رادمنش و همکاران (1375) با هدف تعيين نسبت بين بارندگيهاي فراتر از 24 ساعته به بارندگي هاي روزانه در مقاله اي به بررسي اين نسبت ها براي احتمال هاي مختلف از 10 تا 90 درصد پرداختهاند. قنبرپور و تلوري در سال 1382 در پژوهشي با عنوان الگوي توزيع زماني بارشهاي رگباري در ايستگاههاي سينوپتيک شمال ايران به مطالعه و مقايسه توزيع زماني بارش هاي 24 ساعته و الگوهاي تيپ توزيع زماني پرداخته است که نتيجه آن عدم همخواني بين آنها است.

2-2- مروري بر تحقيقات خارجي انجام شده در مورد تحليل فراواني حداکثر شدت بارش و سيلاب
هدف اوليه تحليل فراواني، برقراري رابطه بين بزرگي حوادث حدي و فراواني وقوع آنها از طريق استفاده از توزيعهاي آماري ميباشد (Chow et al., 1988). روشهاي متفاوتي از جمله روش گشتاورها، حداکثر درستنمايي، روش گشتاورهاي وزني احتمال، روش حداقل مربعات، روش آنتروپي حداکثر، روش گشتاورهاي مخلوط، روش تعميم يافته گشتاور و روش ميانگينهاي ناتمام براي برآورد پارامتر توزيعهاي مختلف در زمينه هيدرولوژي توسعه يافته است (Rao and Hamed, 1997). گشتاورهاي وزني احتمال توسط Greenwood et al, (1979) ارائه شد. همچنين Hosking (1990) گشتاورهاي خطي را معرفي کرد که توابعي از گشتاورهاي وزني احتمال هستند. خطي بودن و عدم حساسيت گشتاورهاي خطي به دادههاي پرت در مقايسه با ساير روشهاي متداول و توانايي جمعبندي و تبيين خصوصيات اصلي توزيعهاي احتمال مانند ضريب تغييرات، ضريب چولگي و ضريب كشيدگي، از مزاياي اين روش ميباشد. در تحليل فراواني منطقهاي از دادههاي چند ايستگاه براي تخمين حداکثر سيلاب با دوره بازگشتهاي مختلف استفاده ميشود، اين تحليل شامل شناسايي منطقه و ايستگاههاي وابسته به آن، آزمون همگني منطقه و انتخاب بهترين توزيع فراواني منطقهاي ميباشد (Sveinsson et al., 2002; Durrans and Kirby, 2004).
Abolverdi and Khalili (2009) حداکثر بارندگي سالانه 154 ايستگاه بارانسنجي در جنوب غربي ايران را با استفاده از روش گشتاورهاي خطي بررسي کردند. آنها منطقه مورد مطالعه را به 4 ناحيه همگن تقسيم کردند. با تحليل مناطق همگن روش گشتاورهاي خطي موفق ارزيابي شد. در نهايت بهترين توزيع منطقهاي با استفاده از آزمون نکوئي برازش ، توزيع لجستيک تعميم يافته براي سه منطقه و مقادير حدي تعميم يافته براي يک منطقه مناسب تشخيص داده شد.
Shabri and Ariff (2009) تحليل فراواني منطقهاي حداکثر بارندگي روزانه کوالا لامپور1 و سلانگور2 و در مالزي را با استفاده از گشتاورها خطي انجام دادند. توزيعهاي نرمال 2 پارامتري، لوگ نرمال 2 و 3 پارامتري، لجستيک، لجستيک تعميم يافته، مقادير حدي، مقادير حدي تعميم يافته و پارتو تعميم يافته مورد بررسي قرار گرفته و در نتيجه با استفاده از شاخص ميانگين مطلق انحراف (MADI)، شاخص ميانگين مربعات انحراف (MSDI) و نمودار نسبت گشتاورهاي خطي مشخص شد که توزيع لجستيک تعميم يافته بهترين توزيع براي منطقه مورد مطالعه ميباشد.
Yurekli et al. (2009) تخمين بارندگي منطقهاي 17 ايستگاه براي حوضه آبريز سيکرک3 در ترکيه را با گشتاورهاي خطي انجام داد. با استفاده از آزمونهاي ناهماهنگي و غيرهمگني بر مبناي گشتاورهاي خطي مشخص شد که ايستگاه ناهماهنگ وجود ندارد و منطقه مورد مطالعه همگن ميباشد. توزيعهاي مقادير حدي تعميم يافته، لوگ نرمال 3 پارامتري به وسيله آزمون نکوئي برازش مناسب تشخيص داده شد و با توجه به اينکه مقدار در لوگ نرمال 3 پارامتري کوچکتر بود اين توزيع به عنوان بهترين توزيع منطقهاي شناخته شد.
Modarres and Sarhadi (2009) به بررسي فراواني خشکي هيدرولوژيکي حوضه آبريز هليلرود در جنوب شرقي ايران پرداختند. آنها از آزمونهاي ناهماهنگي و غيرهمگني بر مبناي گشتاورهاي خطي براي تعيين ايستگاههاي ناهماهنگ و بررسي همگني منطقهاي استفاده کردند. از مجموع 15 ايستگاه يک ايستگاه به عنوان ايستکاه ناهماهنگ شناخته شد و منطقه مورد مطالعه همگن تشخيص داده شد. آنها متوجه شدند که دو عامل پوشش گياهي و آزادي حوضههاي آبريز که تحت کنترل، نفوذ و شيب هيدروليکي ميباشند، نقش مهمي در خشکي هليل رود ايفا ميکند.
Hussain and Pasha (2008) با استفاده از تئوري گشتاورهاي خطي به بررسي فراواني منطقهاي سيلاب در منطقه پنجاب پاکستان پرداختند. آنها از 7 ايستگاه در اين منطقه استفاده کردند و معيار ناهماهنگي و غير همگني بر مبناي گشتاورهاي خطي را براي اين ايستگاهها بررسي کردند. از بين توزيعهاي لجستيک تعميم يافته، مقادير حدي تعميم يافته، نرمال تعميم يافته، پيرسون نوع 3، پارتو تعميم يافته و ويکبي 5 پارامتري، با استفاده از نمودار نسبت گشاورهاي خطي و آزمون نکوئي برازش توزيعهاي نرمال تعميم يافته، پارتو تعميم يافته و مقادير حدي تعميم يافته به عنوان توزيعهاي منتخب شناخته شدند. آنها با استفاده از نتايج شبيهسازي مونت کارلو، چندکهاي تخمين زده شده و منحني رشد را براي 3 توزيع منتخب بررسي کردند. شبيهسازيها نشان داد که توزيع نرمال تعميم يافته و پارتو تعميم يافته بهترين توزيعهاي منطقهاي هستند.
Saf (2008) با استفاده از گشتاورهاي خطي به بررسي فراواني منطقهاي سيلاب از 145 ايستگاه در Buyuk و Kuchuk Menderes در ترکيه پرداخت. 7 ايستگاه از مجموع ايستگاههاي موجود حذف گرديد. دادههاي موجود به وسيله آزمونهاي ناهماهنگي و غيرهمگني مبني بر گشتاورهاي خطي بررسي گرديد و نتايج نشان داد که منطقه به 2 زير ناحيه همگن قابل تقسيم است. توزيعهاي لجستيک تعميم يافته، مقادير حدي تعميم يافته، نرمال تعميم يافته، پيرسون نوع 3، پارتو تعميم يافته، کاپا و توزيع 5 پارامتري ويکبي بررسي گرديد. بر اساس آزمون نکوئي برازش توزيع مقادير حدي تعميم يافته به عنوان بهترين توزيع منطقهاي شناخته شد. براي ارزيابي نتايج به دست آمده از مجذور مربعات خطا استفاده شد. در نهايت براي برآورد دبي در ايستگاههاي فاقد آمار رابطهاي منطقهاي بين حداکثر سيلاب سلانه و مساحت حوضه آبريز به دست آمد.
Abida and Ellouze (2007) از گشتاورهاي خطي براي شناخت بهترين توزيع منطقه در تونس استفاده کردند. آنها از 37 ايستگاه آب‌سنجي با ميانگين طول آماري 24 سال استفاده کردند. آنها کشور تونس را به دو منطقه همگن (شمال و مرکز-جنوب) تقسيم کردند. 5 توزيع مقادير حدي تعميم يافته، پيرسون نوع 3، لجستيک تعميم يافته، نرمال تعميم يافته و پارتو تعميم يافته مورد بررسي قرار گرفت. در نتيجه با استفاده از نمودار نسبت گشتاورهاي خطي توزيع مقادير حدي تعميم يافته براي منطقه شمال و لجستيک تعميم يافته براي منطقه مرکز- جنوب به عنوان بهترين توزيعهاي منطقهاي شناخته شد.
Yurekli and Modarres (2007) به بررسي فراواني منطقهاي حداکثر بارندگي روزانه استان توکات (Tokat) در ترکيه با استفاده از روش گشتاورهاي خطي پرداختند. آنها در ابتدا منطقه مورد مطالعه را به دو زير ناحيه تقسيم نمودند و پس از بررسي همگني متوجه شدند که منطقه مورد مطالعه همگن نيست. در نهايت منطقه مورد مطالعه را به سه زير ناحيه همگن تقسيم شد. با استفاده از آزمون نکوئي برازش توزيعهاي لجستيک تعميم يافته و مقادير حدي تعميم يافته به عنوان بهترين توزيعهاي منطقهاي معرفي شدند.
Mosaedi et al. (2006) اثر توپوگرافي را روي حداکثر بارش روزانه در استان گلستان طي يک دوره سي ساله براي بيست ايستگاه باران سنجي تجزيه و تحليل نموده و به اين نتيجه رسيده اند که مقدار حداکثر بارش روزانه تابعي از ارتفاع نيست، در حالي که در مناطق مرتفع بين مقدار حداکثر بارش روزانه و ارتفاع محل ارتباطي وجود دارد و در بعضي مناطق اين رابطه معني دارتر است.
Kysely et al. (2006) مناطق همگن را براي تحليل فراواني منطقهاي حداکثر بارندگيهاي رخ داده در جمهوري چک تعيين کردند. آنها از دادههاي بارندگي 78 ايستگاه از سال 1961 تا 2000 استفاده کردند. مناطق اوليه شکل گرفته با استفاده از خصوصيات هر ايستگاه و تحليل خوشهبندي سلسله مراتبي شامل پيوند ميانگين و وارد انجام شد. آنها از آزمونهاي ناهماهنگي و غير همگني بر مبناي گشتاورهاي خطي براي بررسي مناطق همگن ايجاد شده، استفاده کردند. در نهايت منطقه مورد مطالعه به 4 ناحيه همگن تقسيم شد.
Rubinic و O?anic (2006) در پژوهشي به تجزيه و تحليل نسبت ميان بارش هاي روزانه شديد و بارش سالانه در منطقه کوهستاني جرسکي کوتار و منطقه ساحلي کرواسي طي دوره آماري 1950 الي 1983 پرداخته اند و به اين نتيجه رسيده اند که همبستگي شديدي ميان مقدار بارش سالانه و بارش هاي روزانه بين 20 تا 100 ميلي متر وجود دارد، اما بين بارش هاي شديد بيش از 100 ميلي متر و بارش سالانه همبستگي شديدي وجود ندارد.
Kohnova and Parjka (2005) در تحقيقي به بررسي برآورد عمق حداکثر بارش روزانه کوه هاي منطقه اسلواکي طي دوره آماري (2000-1951) براي 25 ايستگاه باران سنجي پرداخته و عمق حداکثر بارش روزانه را براي چند محل برآورد کرده اند.
Atiem and Harmancioglu (2005) با استفاده از تکنيک گشتاورهاي خطي به بررسي فراواني منطقهاي سيلاب در 14 ايستگاه آب‌سنجي در رودخانه نيل پرداختند. 5 تابع توزيع به نامهاي پارتو تعميم يافته، مقادير حدي تعميم يافته، لجستيک تعميم يافته، نرمال تعميم يافته و پيرسون نوع 3 بررسي شد. نتايج نشان دهنده 3 منطقه بود: 1- منطقه کاملا همگن شامل 8 ايستگاه که توزيع لجستيک تعميم يافته به عنوان بهترين توزيع شناخته شد. 2- منطقه نسبتا ناهمگن شامل 9 ايستگاه که توزيع لجستيک تعميم يافته به عنوان بهترين توزيع شناخته شد. 3- منطق کاملا ناهمگن که شامل تمام 14 ايستگاه بود. در نهايت با استفاده از RMSE و BIAS درستي چندکهاي بدست آمده بررسي گرديد.
Kumar and Chatterjee (2005) با استفاده از گشتاورهاي خطي به برسي فراواني منطقهاي سيلاب در حوضههاي آبريز هند پرداختند. با استفاده از آزمونهاي ناهماهنگي و غيرهمگني بر مبناي گشتاورهاي خطي به بررسي دادهها پرداختند. در نتيجه از 11 ايستگاه مورد مطالعه، 8 ايستگاه يک منطقه همگن را تشکيل داد. آنها توزيعهاي مقادير حدي، مقادير حدي تعميم يافته، لجستيک، لجستيک تعميم يافته،



قیمت: تومان


پاسخ دهید