6.2 تحلیل مکانی - زمانی طوفان 24 ساعته طراحی؛ روش دیاکونو

1.6.2 کلیات

در هر روشی که در بخش 5.2 شرح داده شده، رویداد طوفان در یک نقطه در نظر گرفته شده است. رویه های "شبیه سازی رویداد موقتی" ممکن است برای حوضه های اندازه کوچک اعمال شود. از آنجا که رواناب نتیجه ادغام مقدار کل بارندگی در حوضه است، برای مناطق بزرگتر حوضه باید مقدار متوسط ​​رویداد باران در نظر گرفته شود. با این حال، ممکن است تجزیه و تحلیل آماری دقیق در برآورد تقریبی یک عنصر مشخص کننده میزان بارندگی (عمق یا شدت) منجر نشود. به عنوان مثال اجازه دهید دو نقطه را در نظر بگیریم که از نظر فیزیوگرافی نزدیک به یکدیگر در یک منطقه همگن قرار دارند. در اولین نقطه، مجموعه 50 سال ثبت شده حداکثر بارندگی های 24 ساعته سالانه بیشترین مقدار خود را 125 میلی متر نشان می دهد. در نقطه دوم، سری داده های مشابه حداکثر مقدار 85 میلی متر را نشان می دهد. در نتیجه، روش کلاسیک پردازش آماری منجر به تخمین یک دوره بازگشت 100 ساله، 150 میلی متر برای یک نقطه و 100 میلی متر برای نقطه دیگر می شود. از آنجا که این دو نقطه در یک منطقه کاملاً همگن واقع شده اند، هیچ دلیل قطعی برای وجود علل "بومی" وجود ندارد که بتواند از وقوع بارندگی بیشتر در یک نقطه نسبت به نقطه دیگر حمایت کند. یک دلیل برای این اختلاف ممکن است این واقعیت باشد که وقوع عمق بارندگی با 50/1 سال فرکانس در یک سری 50 ساله ثبت شده اجباری نیست. دلیل دیگر، محتمل ترین دلیل (Diaconu and Serban, 1994) این است که این نقطه به یک منطقه گسترده تر که بارندگی در آن رخ می دهد، نسبت به یک منطقه کوچکتر مربوط به نقطه، متعلق است.

2.6.2 استخراج طوفان طراحی به روش مکانی - زمانی

برای حل هر دو مشکل، یعنی میزان بارش به طور متوسط ​​در مناطق بزرگتر حوضه و رویکرد به برآورد صحیح ربع (فرکانس ها) از عمق (یا شدت) بارندگی، یک تحلیل مکانی - زمانی مورد نیاز است. برای نشان دادن روش مکانی - زمانی Diaconu در سال (1988)، همانطور که در جدول 8.2 نشان داده شده است، داده های 24 ساعته بارندگی در 19 ایستگاه واقع در قسمت جنوبی رومانی، در مساحت 10000 کیلومتر مربع، در نظر گرفته شده است.

جدول 8.2 داده های آماری حداکثر میزان بارندگی 24 ساعته در قسمت جنوب شرقی رومانی.

Station	Nb of years	Mean (mm)	Cv	Max (mm)	24 hour- rainfall of the probability of exceedance
					2%	3%	5%	10%	20%	50%	80%	90%
G. Calmatui	20	42.1	0.310	68.5			68.2	62.8	56.7	41.7	31.3	23.3
Insuratei	21	40.5	0.314	67.1			66.8	61.2	50.9	41.4	26.8	25.4
Tandarei	25	41.8	0.386	77.2			76.2	69.4	62.9	39.5	27.4	24.2
Dridu	25	47.9	0.377	165.3	158.0	137.2	96.7	72.7	62.4	45.6	29.9	29.0
Sf. Gheorghe	24	37.2	0.296	59.2			58.4	53.6	49.3	34.9	26.1	24.6
Dichiseni	24	33.7	0.394	68.6			67.2	57.6	42.2	30.2	24.0	20.5
Fundulea	28	48.0	0.400	103.2			96.8	74.0	62.1	47.3	34.1	23.8
Dragos	25	48.8	0.425	99.8			97.8	85.2	68.9	43.0	32.0	29.3
Fetesti	56	40.6	0.438	95.9	97.2	92.5	88.3	61.1	56.0	34.0	26.9	21.5
Grindu	58	46.2	0.418	127.1	124.0	113.9	81.7	72.5	57.3	40.0	32.8	29.8
Armasesti	62	39.0	0.330	80.0	80.0	72.6	68.3	54.9	46.4	38.8	28.4	24.0
Urziceni	51	44.2	0.377	95.0	94.0	83.5	77.2	66.6.	60.4	40.9	30.0	25.6
Grivita	49	43.1	0.418	88.4	99.5	91.1	86.5	76.5	54.0	41.5	26.7	23.2
Iazu	55	52.1	0.476	153.3	148.7	126.8	98.6	90.3	63.0	48.0	33.1	26.9
Ciochina	87	45.5	0.374	105.3	101.3	9037	80.0	663.7	59.3	42.1	31.8	27.7
Glodeanu	80	47.4	0.400	113.5	104	93.1	84.9	73.9	63.6	41.2	32.4	26.4
Calasari	99	43.9	0.404	149.1	84.0	78.3	70.3	67.0	54.4	39.6	31.0	26.7
Oltenita	81	49.2	0.396	114.0	104.7	98.5	89.9	81.7	65.2	44.0	33.7	29.3
Lehliu	78	45.9	0.429	130.4	122.1	112.9	91.8	83.4	58.5	37.0	29.2	25.0

ایستگاه ها با توجه به طول دوره ثبت (8 ایستگاه برای 20 تا 28 سال، 6 ایستگاه برای 49 تا 62 سال و 5 ایستگاه برای 78 تا 99 سال) گروه بندی شدند. می توان مشاهده کرد که برای همه دسته ها تغییر معنی داری از حداکثر مقدار ثبت شده بارندگی وجود دارد، یعنی:

• بین 60 تا 165 میلی متر برای محدوده 20 تا 28 سال دوره ثبت؛
• بین 80 تا 153 میلی متر برای محدوده 49 تا 62 سال دوره ثبت؛
• بین 105 تا 149 میلی متر برای بازه زمانی 78 تا 99 سال دوره ثبت.

بدیهی است که بیشترین برآورد بارندگی (165، 153، 149 میلی متر) ممکن است در هر سه گروه، بدون در نظر گرفتن طول دوره ثبت باشد.

شکل 16.2 عملکرد  متغیر احتمالات ترکیبی، pT زمانی و pS مکانی.

بر اساس ردیف حداکثر برآورد سالانه بارندگی 24 ساعته، دیاکونو برای 50 ایستگاه در مساحت 10000 کیلومتر مربع، کوارتیل های "زمانی" 2٪ تا 90٪ را به دست آورد (Diaconu si Serban, 1994). یک سری 50 کوارتیل زمانی از مقادیر بدست آمده در هر ایستگاه تشکیل می شود. سپس، یک "منحنی احتمال مکانی" برای یک چهارم زمانی معین ترسیم شده است. با استفاده از تمام ردیف های 50 ماده برای چهارک های زمانی، برآورد حداکثر بارندگی 24 ساعته با احتمال خاص از نظر زمان T و در فضای S تعیین می شود. در شکل 16.2، متغیر تابعی از احتمالات ترکیبی و pT زمانی و pS مکانی است. اگر یکی از ناحیه هایی که تجزیه و تحلیل فضایی در آن انجام می شود و متغیر، عملکرد pT و pS افزایش یابد، تغییر قابل توجهی نمی کند، این بدان معنی است که نحوه وجود آماری 24 ساعته همان ویژگی ها را حفظ می کند. بنابراین، در مناطق وسیعی که بیش از آنکه تحت تأثیر تأثیرات آب و هوایی قرار بگیرند و نه توسط اوروگرافی، مشخص می شوند، روابطی از نوع ارائه شده در شکل 16.2 وجود دارد. این منطقه تا 37000 کیلومتر مربع افزایش یافته است و تعداد ایستگاه های مورد استفاده در تجزیه و تحلیل 100 ایستگاه بوده است. این منحنی ها امکان تخمین خطر بیش از حد یک مقدار مشخص را در یک بازه زمانی مشخص فراهم می کنند. بنابراین، از شکل 16.2 برای بازده 100 ساله (pT = 1٪) محتمل ترین مقداری که ممکن است در مساحت 37000 کیلومتر مربع (٪50 = pS) رخ دهد، حدود 114 میلی متر است. برای همان دوره بازگشت (pT = 1٪) برآورد 177 میلی متر است، به این معنی که این احتمال وجود دارد که به طور متوسط ​​در 95٪ نقاط در نظر گرفته شده نباید از این مقدار فراتر رود اما در 5٪ از این مقدار فراتر رود.

برعکس، منحنی های شکل 16.2 امکان تعیین خطر بیش از مقدار مشخص در یک دوره بازگشت داده شده را فراهم می کند. به عنوان مثال، برای حداکثر بارش 24 ساعته سالانه 400 میلی متر، این خطر وجود دارد که به طور متوسط ​​در هر 1000 سال یک بار در کمتر از 1/10000 مورد از این برآورد فراتر رود. یک مسئله مهم نحوه ای است که احتمال فضایی منعکس کننده مناطق بیان شده به صورت کمی است. در مثال فوق الذکر که به بارش 24 ساعته در منطقه Fz = 10000 کیلومترمربع اشاره شده است، درصدی از pS (٪) از abscissa نشان داده شده در شکل 16.2 با مساحت F_basin برابر است با همان درصد از مساحت کلی، به شرح زیر است:

F_basin = pS(%) · F_z

بدیهی است که برای همان منحنی مکانی-زمانی احتمالات ترکیبی و برای همان برآورد احتمال فضایی، مساحت حوضه با F_z متفاوت است، همانطور که در جدول 9.2 نشان داده شده است.

جدول 2.9 (pS(%) = f(F_z, F_basin

Fz (km2)
Fbasin (km2)	5000	10000	40000	80000
10	0.2	0.1	0.025	0.0125
100	2.0	1.0	0.25	0.125
1000	20.0	10.0	2.5	1.25

از منحنی های شکل 16.2 و جدول 9.2 می توان جدول زیر را استخراج کرد:

جدول 2.10 حداکثر بارش 24 ساعته سالانه pT (٪) = 0.01٪ و 5٪ عملکرد F_z و F_basin

pS(%)	Fbasin (km2)	Fz (km2)	X5%T (mm)	X0.01%T (mm)
0.0125	10	80000	181	492
0.025	10	40000	178	476
0.1	10	10000	163	435
0.125	100	80000	161	427
0.2	10	5000	157	418
0.250	100	40000	155	410
1.0	100	10000	140	359
1.25	1000	80000	138	354
2.0	100	5000	131	340
2.5	1000	40000	129	330
10.0	1000	10000	112	274
20.0	1000	5000	112	274

بر اساس داده های جدول 9.2 نمودار شکل 17.2 رسم شده است. با توجه به شکل منحنی های این تصویر می توان دریافت که یا برای احتمال زمانی pT (٪) برابر با 0.01٪ یا 5٪ منحنی ها یک روند جانبی در منطقه متشکل از 40000-80000 کیلومتر مربع دارند. در سراسر منطقه مورد تجزیه و تحلیل، 24 ساعت بارندگی 10000 ساله دوره بازگشت در مساحت 10 کیلومتر مربع به 500 میلی متر می رسد. میزان بارندگی یک دوره بازگشت معادل 20 سال در مساحت 100 کیلومتر مربع به 170 میلی متر می رسد.

شکل 17.2 رابطه بین زمان و احتمال pT (٪)

با در نظر گرفتن برآورد 500 میلی متر، از این میزان در 24 اوت 1924 در 2 نقطه واقع در منطقه دوبروجئا (رومانی) بیش از حد مجاز فراتر رفته است. در آنجا، مقدار ثبت شده بارندگی شدید به ترتیب 650 میلی متر (در ایستگاه Casimcea) و 690.6 میلی متر (در ایستگاه Letea) بود. چنین طوفانی را می توان بسیار نزدیک به حداکثر برآورد بارش در نظر گرفت.

روش مکانی - زمانی برای کل قلمرو رومانی، جایی که پنج منطقه بزرگ منطقه سازی پیدا شد، توسعه داده شد (شکل 18.2). در مورد منطقه 5، نمونه هایی از برآورد چندین دوره بازگشت که به طور متوسط ​​در سراسر منطقه حوضه در جدول 11.2 ارائه شده است.

شکل 18.2 مناطق منحنی احتمالات مکانی - زمانی بارندگی حداکثر 24 ساعته سالانه.

جدول 11.2 منطقه 5: برآورد حداکثر 24 ساعت بارندگی سالانه چندین دوره بازگشت به طور متوسط ​​در منطقه حوضه.

Return period (years)
Fbasin (km2)	1000	100	50	20	10	2
5	329	229	190	160	116	64.6
10	323	226	184	158	114	63.8
25	309	218	175	152	110	62.1
100	284	202	162	143	103	59.3
500	253	181	144	129	95.2	55.5
1000	239	172	136	124	91.2	53.7
5000	206	149	116	110	79.5	49.2

تجزیه و تحلیل مکانی - زمانی آماری به عنوان تجزیه و تحلیل ارائه شده برای 24 ساعت بارندگی برای طوفان های بارانی با مدت زمان کمتر به دلیل داده های کمیاب مربوط به توزیع زمان در مراحل کوچک، عملی نیست. برآورد 24 ساعته بدست آمده از روش فوق الذکر سپس برای استخراج اعماق بارندگی با مقادیر چندین دوره و دوره بازگشت استفاده می شود. نسبت α = X_D/X₂₄ بین عمق X_D طوفان با طول مدت D و عمق 24 ساعته بارندگی (همانطور که با استفاده از تجزیه و تحلیل مکانی- زمانی تعیین می شود) می تواند از طریق همبستگی بین مقدار بارندگی های سنگین با مدت زمان کوتاه را ثبت کرد. سپس نسبت α ممکن است در سرزمین منطقه بندی شود. نقشه منطقه بندی α برای رومانی در شکل 19.2 ارائه شده و مقادیر آن در جدول 12.2 آورده شده است.

شکل 19.2 منطقه بندی نسبت α = X_D/X₂₄

جدول 12.2 برآورد منطقه ای نسبت α = X_D/X₂₄

Zone	D (minute/hour)
	5'	10'	15'	30'	60'	2h	3h	6h	12h	24h	48h	72h
A	0.20	0.30	0.36	0.48	0.58	0.67	0.71	0.78	0.88	1.0	1.13	1.23
B	0.21	0.29	0.36	0.45	0.53	0.60	0.64	0.73	0.85	1.0	1.15	1.25
C	0.15	0.23	0.29	0.38	0.46	0.55	0.59	0.70	0.84	1.0	1.15	1.25
D	0.15	0.22	0.29	0.37	0.45	0.52	0.56	0.68	0.82	1.0	1.18	1.29
E	0.18	0.27	0.34	0.45	0.55	0.64	0.70	0.79	0.89	1.0	1.13	1.23
F	0.20	0.29	0.34	0.47	0.56	0.65	0.70	0.79	0.89	1.0	1.13	1.23