علوم و تكنولوژي محيط زيست ، دوره هفدهم، شماره سه، پاييز 94

توليد استوكستيك الگوي بارش توسط مدل RPG

احمد شرافتي 1*
[email protected] 2 باقر ذهبيون

تاريخ دريافت: 6/4/90 تاريخ پذيرش:24/3/91

چكيده
زمينه و هدف : يكي از عوامل وجود عدم قطعيت در سيلاب هاي برآورد شده از مدل هاي بارش-رواناب،پارامترها و ساختار مدل بارش– رواناب و مقادير ورودي مانند الگوي بارش مي باشد. الگوي بارش از مهم ترين متغيرهاي تصادفي ورودي به مدل هاي بارش-رواناب است.الگوي بارش دربرگيرنده مدت بارش، عمق بارش و نوسانات زماني بارش در مدت رخداد آن مي باشد. شناسايي دقيق متغيرهاي تاثيرگذار بر الگوي بارش و بررسي عدم قطعيت هاي آن ها و در نهايت تحليل اين عدم قطعيت ها، كمك سودمندي در راستاي تحليل عدم قطعيت مدل سازي سيلاب مي باشد..
روش بررسي: در اين مقاله سعي شده است با معرفي مدل Rain Pattern Generator) RPG ) كه مبتني بر شبيه سازي مونت كارلو و روش نمونه گيري خودكار مي باشد، الگوي بارش متناسب با وقايع مختلف بارش در حوضه آبريز رودخانه سيمره با دقت مناسبي توليد گردد.
بحث و نتيجه گيري: با بررسي نتايج مشخص ميگردد كه 90 درصد مدت بارش مشاهداتي در باند معني دار توليدي مدل RPG و 98 درصد گامهاي زماني الگوي بارش مشاهداتي در باند معني دار الگوي بارش توليدي توسط مدلRPG قرار دارد.
واژه هاي كليدي: مدل RPG، عدم قطعيت، مونت كارلو، الگوي بارش

استاديار دانشكده فني و مهندسي، دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات تهران*(مسوول مكاتبات).
دانشيار دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه علم و صنعت ايران

مقدمه
در فرآينـد شـبيه سـازي هيـدروگراف و پيـك سـيلاب يكـي ازمتغيـر هـاي مهـم الگـوي بـارش مـي باشـد. الگـوي بـارش در برگيرنده زمـان بـارش، عمـق بـارش و نوسـانات زمـاني بـارشدر طــول رخــداد آن مــي باشــد. ثبــت الگــوي بــارش در ايس تگاهه اي س ينوپتيك و ب اران س نجي مجه ز ب ه ب اران -سنجهـاي ثبـات انجـام مـي گـردد. از ايـن رو در تحليـل هـايهيــدرولوژيكي بســياري از حوضــه هــاي آبريــز، اطلاعــات الگوي بارش موجود نمي باشد.
جه ت ب رآورد الگ وي رگب ار ، بس ياري از مهندس ين ط راح و
محققــــين از الگــــوي رگبــــار SCS و يــــا از داده هــــاي نزديـكتـرين ايسـتگاه بـاران سـنج ثبـات اسـتفاده مـي كننـد ك ه باع ث ب روز خط ا د ر ش بيه س ازي ه اي هي درولوژ يكي ميشود.
شناســايي دقيــق متغيــر هــاي تاثيرگــذار بــر الگــوي بــارش و
بررس ي ع دم قطعي ت ه اي آنه ا و در نهاي ت تحلي ل ع دم قطعيــت الگــوي بــارش كمــك ســودمندي بــه محققــين وطراحان ميكنـد تـا بـا شناسـايي دقيـق ايـن متغيرهـا و عـدمقطعيــت هــاي آن هــا در تهيــه الگــوي بــ ارش مناســب يــك رخداد بارش، با خطاي كمتري مواجه شوند.
جه ت تولي د الگ وي ب ارش، محقق ين مختل ف از روش ه اي متنوعي استفاده كـرده انـد. يـن و چـاو (1980) بـا اسـتفاده از رخـدادهـاي بـارش مشـاهداتي، الگـوي بـارش مثلثـي را تهيـه كردنـــد. پريـــول و پاپـــاداكيس (1973) بـــا اســـتفاده از منحنــيهــاي شــدت –مــدت –فراوانــي نقطــه اي اقــدام بــهبــرآورد الگــوي بــارش بــراي حوضــه آبريــز ســين ســيناتيكردن د. اي ن روش ب راي ب رآورد س يلاب ب ه روش منطق ي وبراي بارش هـاي بـا دوره بـاز گشـت هـاي كـم قابـل اسـتفادهمـيباشـد. ايـن روش بـه دليـل اسـتفاده از IDF هـاي نقطـه اي دقـــت بـــراي حوضـــه هـــاي آبريـــز بـــزرگ مناســـب نمي باشد(1،2).
هـاف (1967) بـا اسـتفاده از رخـدادهـاي مشـاهداتي بـارش و اس تفاده از روش ه اي ب ي بع د س ازي زم ان و عم ق ب ارشچهـــار نـــوع الگـــوي بـــارش را معرفـــي كـــرد. هـــو و همكـاران(2006) نيـز بـا ارايـه يـك مـدل استوكسـتيك و بـا اســتفاده از داده هــاي ثبــت شــده ، اقــدام بــه توليــ د الگــوي زم اني ب ارش نمودن د. در اي ن م دل پ س از تقس يم بن ديب ارش ب ه 4 دس ته همانن د ه اف (1967) ب راي ه ر دس ته توليـد بـارش بـا اسـتفاده از شـبيه سـازي مونـت كـارلو انجـام گرديــد. از ضــعف هــاي مــدل هــو و همكــاران(2006) عــدم امكان تعيين زمان تداوم بارش مي باشد(4،3،5).
در اين مقاله سـ عي شـده اسـت بـا مـدل سـازي استوكسـتيكالگ وي ب ارش و ب ا اسـتفاده از ش بيه س ازي مون ت ك ارلو و روش نمونـه گيـري خودكـار، ضـمن تـأثير پارامترهـاي مهـم و مـؤثر در الگـوي بـارش نظيـر، عمـق بـارش و زمـان بـارش بـا تهيـه يـك مـدل توليـد آمـاري بـارش بـه نـام RPG، امكـان تحلي ل مك اني و زم اني ب ارش و تولي د استوكس تيك ب ارش براي حوضه هـاي فاقـد بـارانسـنج فـراهم آيـد و ضـعف هـايمدل هو و همكـاران (2006) نيـز برطـرف شـود. بـدين ترتيـببا استفاده از مدل RPG بـا مشـخص شـدن عمـق كـل بـارشعلاوه بر الگـوي بـارش، زمـان بـارش و نـوع بـارش نيـز تعيـينشود و بدين ترتيـب يـك الگـوي بـارش بـا عـدم قطعيـت هـايكمتر و نزديك به واقعيـت جهـت مـدل سـازي سـيلاب توليـدميگردد.

مواد و روش ها

مدل RPG يك مدل آماري بر پايه شبيه سازي مونت كارلو مي باشد؛ بدين ترتيب كه سه متغير مهم در تعيين الگوي زماني بارش در اين مدل نقش به سزايي را ايفا مي كنند. اولين متغير عمق بارش مي باشد و دو متغير ديگر زمان بارش و نوع الگوي بارش هستند. در كنار مدل RPG از يك مدل پردازش گر داده ها، Rain Data Processer) RDP) نيز استفاده شده است. در اين مدل توزيع احتمالي تجربي متغيرهاي مورد استفاده در مدل RPG تهيه ميشود. در مدل RDP، ابتدا رخدادهاي بارش در ايستگاههاي بارانسنجي مختلف فراخواني ميشوند. پس از فراخواني رخداد ها بر اساس محدوديتهاي نظير عمق بارش، زمان بارش، حداكثر شكاف زماني ميان دو گام زماني بارش دادها مورد ارزيابي قرار ميگيرند و رخدادهايي كه در محدوده تعريف شده نباشند، حذف ميگردند. در اين تحقيق حداقل عمق تجمعي بارش دو ميلي متر و حداكثر
34213227057

توليد استوكستيك الگوي بارش …. 3
شكاف زماني دو گام زماني يك ساعت و حداقل تداوم بارش صد دقيقه در نظر گرفته شده است. الگوريتم انتخاب رخدادهاي بارش در مدل RDP در شكل1 ارايه شده است.

پس از انتخاب نهايي رخداد ها، سه نوع تقسيم بندي بر اساس مدت بارش، عمق بارش و نوع الگوي بارش انجام مي پذيرد.
تقسيم بندي بر اساس مدت زمان بارش ( گروه 1 )
در مدل RDP، انتخاب حداكثر پنج بازه زماني براي مدت بارش (تداوم بارش) ممكن مي باشد. در اين تحقيق از تقسيم بندي 3-0 ، 6 -3 ، 12-6 ، 24-12 و بيشتر از 24 ساعت استفاده شده است.
تقسيم بندي بر اساس عمق بارش ( گروه 2 )
در مدل RDP، انتخاب حداكثر 6 بازه براي عمق بارش ممكن مي باشد. در اين تحقيق از تقسيم بندي 62/2 -0 ، 53/4 -62/2 ، 6/6-53/4 ، 53/9-6/6 ، 95/14-53/9 و بزرگتر از
95/14 ميلي متر استفاده شده است. اين تقسيم بندي بر اساس تعداد نمونههاي متساوي الگوي بارش مشاهداتي تنظيم شده است و ميتوان بازههاي ديگري را نيز انتخاب كرد.

تقسيم بندي بر اساس الگوي بارش ( گروه 3 )
در اين تقسيم بندي بر اساس اين كه حداكثر ارتفاع بارش در چه مقطع زماني از بارش رخ داده است بارش ها به چهار دسته تقسيم شدند. در دسته اول، حداكثر ارتفاع بارش در 25 درصد ابتدايي زماني بارش، در دسته دوم، حداكثر ارتفاع بارش در حد فاصل 25 درصد تا 50 درصد زماني بارش، در دسته سوم حداكثر ارتفاع بارش در حدفاصل 50 تا 75 درصد زماني بارش و در گروه چهارم حداكثر ارتفاع بارش در 25 درصد انتهايي زماني بارش اتفاق مي افتد.
علاوه بر تقسيم بندي هاي سه گانه ارايه شده، تركيب اين گروه ها نيز مد نظر مي باشد كه در جدول 1 بيان شده است.
بدين ترتيب در اين مدل حداكثر حالت تقسيم بندي در هفت گروه با 120 زير گروه امكان پذير مي باشد.
جدول 1- تقسيم بندي رخداد هاي بارش
تركيب گروهها گروه
(1) و (2) 4
(1) و (3) 5
(2) و (3) 6
(1) و (2) و (3) 7

پس از تقسيم بندي رخداد ها در گروه ها، رخـداد از نظـرزماني و عمق بارش بدون بعد مـي شـوند. نحـوه بـي بعـدسازي يك رخداد بارش در نمودار 1 نشان داده شده است.

0
5
$
$
$
$
6
5
4
3
2
1
0
N
o
n

D
i
m
e
n
s
i
o
n
a
l

A
c
c
u
m
u
l
a
t
i
v
e

D
e
p
t
h
Non

Dimensional

Time
F
1
/
N

F
2
/
N

F
3
/
N

.
.
.

1
D2/M
D1/M

D3/M

D4/M

…..

1
0
5
$
$
$
$
2
3
4
5
6
0
1
A
c
c
u
m
u
l
a
t
i
v
e

D
e
p
t
h

(
m
m
)
Time

)
hr
(
F
1

F
2
F
3
.
.
.

N
D1

D2

D3

D4

….

M

بعد

بدون

رگبار

الگوي
(
الف

مشاهداتي

رگبار

الگوي
(
ب

0

5

$

$

$

$

6

5

4

3

2



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید