نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی
نویسندگان
1 استاد گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز،تبریز،ایران
2 گروه آب و هواشناسی، دانشکده برنامهریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز
چکیده
تازه های تحقیق
بارش یکی از مولفههای مهم چرخه آب در طبیعت محسوب میشود. در استان آذربایجانشرقی، قسمت اعظم بارش بهصورت باران و برف نازل میشود. هرچند ثبت عمق بارش برف در زمانهای جزئی مانند یک دقیقه امکانپذیر نیست، ولی رسم نمودار بارش تراکمی در فواصل زمانی جزئی (مانند یک دقیقه) با باران نگار ثبات توسط سازمان آب منطقهای استان انجام میگیرد. در ابن مطالعه، بجز تابستان که تعداد رویدادهای بارشی در استان برای تحلیل کافی نبود، در سایر فصول، رگبارها تحلیل شد. چون حتی در یک ایستگاه، الگوی رویدادهای بارشی از نظر مدت زمان تداوم رگبارها با همدیگر متفاوت گزارش شده است (دینپژوه و علوی، 1403). بههمین دلیل، برای مطالعه الگوی ریزش رگبارها از دادههای بیبعد شده (نسبت عمق باران در زمان جزئی مانند یک دقیقه به عمق کل باران در همان رویداد تابعی از نسبت زمان جزئی به زمان کل بارش همان رویداد) استفاده میشود. رسم این دو نسبت در محورهای متعامد، الگوی رگبار را مشخص میکند (چاو و همکاران، 1988). این الگو از یک رویداد به رویداد دیگر مشابه نیست. برای درک بهتر، لازم است کل رویدادهای رگبارهای ثبت شده در یک ایستگاه باهم مطالعه شود. برای این کار، ابزاری به اسم دسته منحنیهای هاف ابداع شده است (هاف، 1967) که الگوی ریزش را با لحاظ کردن همه رویدادهای ثبت شده در یک مجموعه دیاگرام منحنیها نشان میدهد.
در مجموعه منحنیهای هاف، احتمالات مختلفی برای ریزش از 10 درصد تا 90 درصد در نظر گرفته میشود. به این ترتیب، در منحنیهای هاف مربوط به یک ایستگاه معین تعداد نه منحنی دیده میشود که بهترتیب، متعلق به رویدادهای با درصد احتمال وقوع ده درصد، بیست درصد، ... و نود درصد است. همچنین، نظر به اینکه ممکن است، بارشهای یک ایستگاه در فصول مختلف از سامانههای بارشی متفاوت نازل شود، بنابراین، مجموعه منحنیها بهتر است در صورت کافی بودن رویدادها، برای هر فصل، بطور جداگانه تهیه شود. از دیگر سو، الگوی ریزشی بارشهای کوتاه مدت (مانند یک ساعت) معمولا با الگوی ریزشی رگبارهای طولانی مدت، مانند 48 ساعت، میتواند متفاوت باشد. روی این اصل، بهتر است که در صورت وجود داده کافی، منحنیهای هاف برای رگبارهای کوتاه مدت، میان مدت و طولانی مدت بطور جداگانه در هر ایستگاه رسم شود، با این وصف، در مطالعه حاضر، نظر به اینکه تعداد کافی رویدادها در هر ایستگاه برای دستههای مذکور فراهم نبود، بنابراین، ناگزیر برای بررسی رویدادها در هر ایستگاه از همه رویدادها، صرفنظر از مدت دوام بارش، بهره گرفته شد.
در این مطالعه، از اطلاعات 923 رگبار ثبت شده در شش ایستگاه استان آذربایجانشرقی (1380 تا 1395) برای تحلیل استفاده شد. نظر به اینکه فصل تابستان غالبا خشک بوده و فاقد تعداد کافی رویداد بارشی در منطقه است، بنابراین، تلاش شد که رگبارها برای سه فصل متمایز (بهار، پاییز و زمستان) بطور جداگانه در هر ایستگاه تحلیل شود. از سویی، با توجه به جدول 2 معلوم شد که تعداد رویدادها برای دسته های مختلف بارشی (با مدت دوامهای مختلف) کافی نیست. مثلا در ایستگاه عجبشیر، هیچ رویدادی برای فصل زمستان ثبت نشده (یا حداقل در اختیار محققین قرار داده نشده) بود. از طرفی، در همان ایستگاه، برای فصل پاییز فقط ده رویداد بهثبت رسیده (در اختیار پژوهشگر بود). واضح است که با این تعداد کم رویدادها، امکان رسم منحنی هاف معتبر وجود ندارد. حتی در مواردی، در یک فصل (مانند زمستان در ایستگاه عجبشیر) هیچ رویدادی ثبت نشده بود. لاجرم، در این ایستگاه، کل رگبارها صرف نظر از فصل ریزش باران، در کل سال بطور یکجا تحلیل شد. برای هرکدام، هیتوگراف بارش طـرح بـا توجـه بـه منحنی هاف میانی رسم گردید. آنگاه منحنیهای بیبعد رگبارها در هر ایستگاه بهتفکیک فصل تهیه شد (شکل 4).
همینکه دسته منحنیهای هاف برای یک ایستگاه در یک دیاگرام رسم شدند، منحنی میانی هاف در نظر گرفته شد و هیتوگراف رگبارهای آن ایستگاه از کم کردن عمق تجمعی (بیبعد) ریزش باران در هر زمان بیبعد (مانند 20%) از زمان بیبعد قبلی (مانند ده درصد) بهدست آمد. این ارقام، بهصورت هیستوگرام برای هر ایستگاه نمایش داده شد (شکل 5). در این مطالعه، منحنیهای هاف به دو روش شامل الف) استفاده از روش تجربی و ب) برازش توزیع آماری به دادههای بیبعد رسم شدند. نتایج حاکی از آن بود که فرم ظاهری دسته منحنیهای رسم شده با روش دوم، هموارتر از روش اول بود. میتوان نتیجه گرفت که در هر ایستگاه، کلیه منحنیهای هاف را میتوان بهطور یکجا (بدون دستهبندی) مطالعه کرد، با این حال، اگر منطقه مود مطالعه وسیع باشد، ریزشها در منطقه از سامانه های متفاوت ممکن است متاثر شده و در این شرایط بررسی منطقهای با تجمیع رویدادهای همه ایستگاههای منطقه منجر به نتایج گمراهکننده خواهد بود. نتایج نشان داد، در فصل بهار، تیپ بارشی همه ایستگاهها چارک سومی میباشد (جدول 3). در پاییز از بین شش ایستگاه استان آذربایجانشرقی چهار ایستگاه (شامل مراغه، بناب، سراب و ملکان) دارای تیپ بارشی چارک سومی میباشند. تیپ بارشی ایستگاه تبریز چارک چهارمی و ایستگاه عجبشیر چارک دومی تشخیص داده شد. در زمستان دو ایستگاه مراغه و بناب دارای تیپ بارشی چارک سومی و دو ایستگاه تبریز و ملکان چارک چهارمی و سراب چارک دومی بود. ( عجبشیر داده کافی برای زمستان نداشت). شاید دلیل تفاوت بیشترین میزان بارش دریافت شده در یک ایستگاه در فصول مختلف به سامانه بارشی (جبههای با منشاهای متفاوت مانند خزری، قطبی، مدیترانهای، بارشهای اوروگرافیک[1]، و غیره مربوط شود. با این حال، یاداوری میشود که در مطالعه فعلی، الگوی بارشی همه رویدادهای به ثبت رسیده در ایستگاهها، بدون تفکیک آنها از نظر منشا بارش، تحلیل شده است. بنابراین در ادامه همین کار، انجام مطالعه مشابه با ترکیب الگوی ریزشها با نوع سامانه های بارشی توصیه میشود. بهنظر میرسد، تحلیل منحنیهای هاف در ایستگاههای پر بارش، که تعداد رویدادهای باران در مقایسه با تعداد نظیر برف بیشتر است، کارایی و اعتبار بیشتری دارد. دینپژوه و وکیلیآذر (1404) بارشهای استان گیلان را چارک دومی گزارش نمودهاند. این نتیجه با یافتههای حاضر در مورد رگبارهای زمستان در ایستگاه سراب همخوانی داشته ولی با سایر ایستگاهها مغایرت دارد.
بهنظر میرسد، تاکنون برای منطقه مورد مطالعه منحنیهای هاف با دو روش مذکور در فصول مختلف رسم نشده بود. از این نظر، تحقیق حاضر برای اولین بار در منطقه اجرا شد. افزون بر این، برای منحنی هاف میانی هر ایستگاه رابطه ریاضی برازش داده شد (ستون سوم، جدول 3) که در مطالعات مرتبط تاکنون این کار انجام نشده بود. نظر به اینکه بارش مهمتربن مولفه موثر بر سیلاب شناخته شده (گودرزی و همکاران، 1390)، بنابراین، میتوان نتیجه گرفت شکل هیتوگرافهای رسم شده با توجه به منحنی هاف میانه (با رنگ آبی در دسته منحنیهای هاف، در محاسبه عرضهای هیدروگراف ناشی از رگبار (جهانبخش اصل و همکاران، 1391)، در طراحی کانالهای زهکشی، آبروها، پلها، کالورتها[2]، کاربرد داشته باشد. افزون براین، نتایج مطالعه حاضر در طرحهای جمعآوری آب باران بهمنظور توسعه باغات، مزارع و گلخانه کاربرد دارد.
احتمالا فاصله قایم بین دومنحنی هاف بالایی و پایینی در موقعیتهای مختلف زمانی (بیبعد) میتواند معیار مناسبی برای تمایز الگوی بارشی ایستگاهها باشد (دینپژوه و همکاران، 2024). از سویی مساحت محصور بین دو منحنی بالایی و میانی در هر چارک میتوان بهعنوان معیار مناسب تمایز الگوی ریزشها باشد. بنابراین، هر یک از این معیارها را میتوان بهعنوان ادامه این کار پیشنهاد کرد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
This study was conducted with the aim of analyzing the data of 923 recorded storms in different seasons of the year in East Azerbaijan province. Using statistical data (2001 to 2016), rainfall events, Huff curves of each station were plotted in each season. The Huff curves method was used to analyze the temporal distribution of dimensionless precipitation events. Dimensionless precipitation cumulative curves were used to draw empirical Huff curves. Mathematical modeling of 50% Hoff curves was performed and the area under the 50% Hoff curve of definite integration was calculated for each quartile and the precipitation type of each station was determined. The apparent form of the set of curves plotted by the theoretical method was smoother than the empirical method. In spring, the precipitation type of all stations was the third quartile. In autumn, the precipitation type of the stations of Maragheh, Bonab, Sarab, and Malekan was the third quartile, Tabriz was the fourth quartile and Ajabshir was the second quartile. In winter, the precipitation type of Maragheh and Bonab stations was the third quartile, Tabriz and Malekan was the fourth quartile, and Sarab was the second quartile. It can be concluded that the precipitation type of all stations in the region was the third quartile in spring, generally the third quartile in autumn, and a combination of different quartiles (except the first quartile) in winter. The results of this study seem to be useful in the optimal use of rainwater in East Azerbaijan province.
کلیدواژهها [English]
هدف: این مطالعه با هدف تحلیل اطلاعات 923 رگبار ثبت شده از نظر تیپ بارشی شش ایستگاه باران سنجی خودکار استان آذربایجان شرقی در سه فصل مختلف سال انجام شده است. از روش منحنیهای هاف برای تحلیل توزیع زمانی رویدادهای بارش بیبعد بهره گرفته شد. با استفاده از طرح منحنیهای مجزا برای رگبارهای فصول مختلف، تغییرات الگوی توزیع عمق باران بیبعد در فواصل زمانی مساوی بیبعد (ده درصد) مطالعه شد. از منحنیهای تجمعی بارش بیبعد برای رسم منحنیهای هاف تجربی بهره گرفته شد. مدلبندی ریاضی منحنیهای هاف 50 درصد انجام و مساحت زیر منحنی هاف 50 درصد از انتگرالگیری معین برای یکایک چارکها محاسبه و تیپ بارشی هر ایستگاه تعیین شد.
روش پژوهش: با استفاده از رویدادهای رگباری ثبت شده در دوره آماری (1380 تا 1395)، مجموعه منحنی هاف هر ایستگاه در هر فصل رسم شد. این منحنیها با دو روش استفاده از فرمول تجربی ویبول و برازش مناسبترین تابع توزیع آماری بر دادههای بارش بیبعد رگبارها رسم گردید. برای هر سری داده مناسبترین توزیع آماری انتخاب شد برای این منظور، از روش کیدو بهره گرفته شد و برای تخمین پارامترهای توزیع آماری از روش حداکثر درستنمایی استفاده به عمل آمد. تیپ بارشی هر ایستگاه براساس دریافت بیشترین مقدار درصد بارش رسیده به هر یک از چارکهای زمانی مشخص شد.
نتایج: فرم ظاهری دسته منحنیهای رسم شده با روش تئوری، هموارتر از روش تجربی بود. در بهار، تیپ بارشی همه ایستگاهها چارک سومی بودند. در پاییز، تیپ بارشی ایستگاههای مراغه، بناب، سراب و ملکان چارک سومی، تبریز چارک چهارمی و عجبشیر چارک دومی بود. در فصل زمستان، تیپ بارشی ایستگاههای مراغه و بناب چارک سومی، تبریز و ملکان چارک چهارمی و سراب چارک دومی بود. میتوان نتیجه گرفت که تیپ بارشی کل ایستگاههای منطقه در بهار چارک سومی، در پاییز، عموما چارک سومی و در زمستان، ترکیبی از چارکهای مختلف (بجز چارک اول) بود.
نتیجهگیری: درصد ریزش باران ایستگاهها، در چارکهای چهارگانه، از فصلی به فصل دیگر متفاوت بود. حتی در یک فصل معین نیز درصد ریزشها در ایستگاههای مختلف متفاوت بود. در بهار، منحنیهای هاف همه ایستگاههای منطقه مشابه هم ولی در سایر فصول سال، متفاوت بودند. تیپ بارشی همه ایستگاههای منطقه در طول سال میسر نبود، ولی در فصل بهار، مطالعه تیپ بارشی همه ایستگاههای منطقه مقدور بود. نتایج این مطالعه در استفاده بهینه از آب باران در استان آذربایجانشرقی مفید بهنظر میرسد.