دقت بالای پیش بینی سیل فروردین 1398 در محاسبات هیدرولوژی :: بیسین - سایت تخصصی مهندسی آب

ابزار وبمستر

Bootstrap Example

عضويت در خبرنامه ايـميـل پايگاه بيسيــن - عضويت پس از کليک بر روي لينک فعال سازي که براي شما ارسال خواهد شد تکميل مي شود

پشتيباني شده با بيسين

دقت بالای پیش بینی سیل فروردین 1398 در محاسبات هیدرولوژی

مدل سه بعدی حوضه آبریز خرم آباد


توجه: این مطلب در راستای تایید محاسبات یک گزارش 400 صفحه ای در تحلیل و پیش بینی سیلاب حوضه آبریز خرم آباد نوشته شده است. این محاسبات و گزارش پیش از سال 1398 انجام شده است که به درستی سیل فروردین ماه لرستان را با دقت بالایی پیش بینی می کند.

در این گزارش به منظور محاسبه درستی و صحت یابی خروجی مطالعات هیدرولوژی آبریز حوضه خرم آباد، منحصرا در بخش دبی های با دوره بازگشت معین، در اینجا دوره بازگشت سیل در ایستگاه های هیدرومتری فیزیکی (موجود در حوضه آبریز)، با عناصر مدل بارش-رواناب HEC-HMS، درست در محل این ایستگاه ها مورد مقایسه واقع شده است. بعلاوه در انتها یک مقایسه نیز با ارقام دبی سیلابی فروردین ماه 1398 صورت گرفت.

جهت دستیابی به نتایج دقیق تر، در این گزارش محاسبه دبی با دوره های بازگشت معین، بر اساس حدأکثر داده های موجود صورت گرفت. برای ایستگاه های هیدرومتری مطالعه شده، طول بیشترین بازه ممکن بازسازی داده ها برابر 50 سال می باشد. بنابراین روش محاسبه در اینجا، بسط مقدار داده های پایه به سطح پنجاه سال بوده است. به منظور تدقیق شرایط، و نزدیکی اعداد محاسبه شده به ارزش های واقعی، از تمامی داده های موجود به همراه بازسازی موارد مفقود در پنج ایستگاه هیدرومتری استفاده شد. ابتدا در یک فایل اکسل تحت عنوان RP اقدام به بازسازی دبی های حداکثر لحظه ای شد که روش بازسازی با معیار بالاتر بودن ضریب تشخیص از عدد 60% و همچنین داده های مشترک بوده است. ایستگاه مادر که ملاک عمده بازسازی ها بوده است، ایستگاه چم انجیر انتخاب گردید. موجود بودن رابطه رگرسیونی مطلوب با دیگر ایستگاه ها علت دیگرِ انتخاب این ایستگاه می باشد. در هر مورد دبی های حداکثر بازسازی شده با رنگ قرمز مشخص شده اند که ارقام هر یک با استفاده از یک معادله به شرح جدول زیر تکمیل شد.


معادلات بازسازی داده های مفقود پایه آماری 50 ساله.


به این ترتیب در هر ایستگاه با استفاده از 50 داده سری زمانی از سال آبی 44-45 تا 93-94 مقدار احتمال وقوع با نزولی سازی رقوم دبی و سپس با بهره گیری از فرمول Weibull بدست آمد. از طریق ایجاد یک رابطه رگرسیونی لگاریتمی بین مقادیر احتمال و دبی های نزولی شده، تخمینی از دبی های سیلابی با دوره بازگشت های معین در جدول بالا حاصل شد که خروجی آن در همین جدول نوشته شده است. در هر مورد برازش رابطه لگاریتمی با بیش از 98 درصد قطعیت بر روی داده های واقعی می باشد.

 

نمونه رابطه لگاریتمی پایه 50 سال برای تخمین دبی با دوره های بازگشت معین.


از بین روش های موجود، برازش نکویی ملاک اساسی انتخاب نهایی است، عمدتا بهترین روش هایی که به منظور تخمین سیل با دوره بازگشت های مشخص مورد استفاده قرار می گیرد، می توان به لوگ پیرسون تیپ سه و لوگ نرمال اشاره داشت. ترتیب لگاریتمی تابع مشخصا به بهترین همخوانی تابع تئوری و تجربی منجر می شود.

جدول زیر مقدار دبی سیلابی در هر ایستگاه هیدرومتری را بر اساس دوره بازگشت مشخص شده با استفاده از روابط لگاریتمی برازش شده بر داده های واقعی نشان می دهد.


دبی با دوره های بازگشت مشخص با پایه آماری 50 ساله (متر مکعب بر ثانیه).


به منظور مقایسه اعداد بدست داده شده در اینجا با شرایط واقعی، می توان دو مقایسه را انجام داد. مقایسه اول با اعداد متناظر حاصل شده از مدل بارش-رواناب و مقایسه دوم با دبی های ثبت شده در یک نمونه سیل رخ داده خارج از پایه زمانی مطالعات (سیل فروردین ماه 1398 حوضه آبریز خرم آباد - دبی مشاهداتی آب منطقه ای). در زیر رقوم بدست آمده از محاسبات مدل بارش-رواناب HEC-HMS معرفی می شود. اما ابتدا لازم است تا عنصر متناظر با هر ایستگاه هیدرومتری بر روی نقشه مدل معرفی گردد.

در مدل سازی با توجه به بستن خودکار مرزهای حوضه آبریز توسط الحاقی ArcHydro و همچنین ویرایش پیش-مدل توسط الحاقی HEC_GeoHMS، لازم است تا برای هر ایستگاه هیدرومتری فیزیکی، عنصری که بر روی نقشه، درست در محل این ایستگاه وجود دارد معرفی گردد. در نقشه زیر که در گزارش نهایی نیز موجود است، موقعیت هر ایستگاه هیدرومتری به صورت بصری مشخص شده است.

 

موقعیت ایستگاه های هیدرومتری حوضه آبریز هدف.


شکل زیر نیز مدل نهایی تولید شده توسط شبیه ساز در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) را نشان می دهد.

 

عناصر مدل بارش-رواناب نرم افزار HEC-HMS در حوضه آبریز هدف.


با بزرگنمایی بر روی محدوده حوضه آبریز، عنصر معرفی کننده هر ایستگاه به شرح جدول زیر تعیین می شود:


عنوان عناصر مرتبط با ایستگاه های هیدرومتری در حوضه آبریز مطالعاتی.


به منظور محاسبه دبی حاصل از وقوع سیلاب هایی با دوره برگشت های معین، پس از محاسبه بارش های 6 ساعته با دوره های بازگشت متناظر، اقدام به اجرای مدل واسنجی شده گردید. به این ترتیب دبی بدست آمده برای هر عنصر معادل با جدول زیر بود.


دبی با دوره بازگشت معین در اجرای اولیه مدل واسنجی شده  HEC-HMS (متر مکعب بر ثانیه).


به منظور مقایسه نتایج مدل بارش-رواناب در جدول بالا، با ارقام حاصل شده از محاسبات دوره بازگشت تحلیل منطقه ای (جدول 3)، لازم به ذکر این نکته است که در این گزارش، مدل نرم افزاری HEC-HMS به عنوان شبیه ساز بارش-رواناب برای بارش های تخمینی 6 ساعته اجرا شد. ارقام بالا برای هر عنصر در بخش خلاصه آماری خروجی مدل و در قسمت جریان ترکیبی قابل دستیابی است. بارش های 6 ساعته در تعیین سیل با دوره بازگشت به عنوان یک ملاک اساسی در نظر گرفته می شوند، با این حال به منظور ایجاد شرایط مقایسه ای با ارقام واقعی، لازم بود تا شرایط پیشین رطوبت خاک را نیز در محاسبات لحاظ کنیم. اهمیت این امر به زمان وقوع دبی های حدأکثر لحظه ای سالانه باز می گردد که همواره در فصول با بارش های متوالی بوده و یا در روزهایی می باشد که بارش های پیشین نیز در منطقه رخ داده است. برای مثال در سیلاب فرودین ماه سال 1398 لرستان که در روزهای 11ام و 12ام در این گزارش مورد بررسی قرار می گیرند، متاثر از چهار الی پنج روز متوالی بارش در روزهای قبل از آن می باشند.

یک راه اساسی اجرای مدل با استفاده از CN یا شماره منحنی رواناب "تر" است. راه دوم با توجه به آنکه در این حوضه آبریز و در همین مطالعات، مقدار دبی سیلابی با استفاده ازCN  "تر" و CN "خشک" پیش از این بدست آمده بود، برای هر عنصر، درصد تغییرات دبی اوج هیدروگراف با استفاده از یک ضریب محاسبه شده، و با ضرب ضریب مذکور در دبی های سیلابی جدول بالا، به عنوان خروجی اولیه مدل HMS، مقدار تخمین درست تری از دبی با دوره های بازگشت معین بدست آمد. در سه جدول متوالی زیر، مقدار CN در حالات، معمولی، خشک و تر، برای عناصری که معرف ایستگاه های هیدرومتری در منطقه مطالعاتی هستند، نشان داده شده است (جدول کامل تر برای تمام عناصر در گزارش اصلی موجود می باشد). با متوسط گیری از مقدار دبی بیشینه اجرای CN معمولی و خشک و همچنین همین متوسط گیری از مقدار دبی بیشینه برای CN معمولی و تر، دو مقدار بدست داده شد، که از تقسیم این دو دبی بیشینه، تفاوت یا ضریب مطلوب حاصل گردید. این ضرایب را در جدول زیر مشاهده می نمایید.


رقوم دبی بیشینه در اجرای مدل واسنجی شده با CN معمولی.


رقوم دبی بیشینه در اجرای مدل واسنجی شده با CN خشک.


رقوم دبی بیشینه در اجرای مدل واسنجی شده با CN تر.


ضرایب تبدیل بر اساس رطوبت پیشین.


جدول زیر حاصل ضرب ستون درصد تغییرات جدول بالا در عنصر متناظر است. می توان مشاهده کرد که در عمده داده ها تفاوت چندانی با رقوم دبی محاسبه شده به روش تحلیل منطقه ای وجود ندارد. با این حال به جهت جامع (و نه رگرسیونی) بودن روش شبیه سازی نرم افزار HEC-HMS، قاعدتا مقدار ارقام جدول زیر از اعتبار بالاتری برخوردار هستند.


دبی با دوره های بازگشت خروجی از نرم افزار HEC-HMS (متر مکعب بر ثانیه).


بعلاوه در یک مقایسه با رقوم دبی سیل فروردین ماه 1398، می توان صحت یا درستی مدل سازی و محاسبات پیشین را بدست آورد. جدول زیر مقدار دبی در ایستگاه های هیدرومتری مورد مطالعه را در روزهای 11ام و 12ام فروردین 1398 نشان می دهد؛ که سیل در حالت منحنی رواناب "تر" (با توجه به بارش روزهای پیشین) و وقوع تداوم موثر 6 ساعته به وقوع پیوسته است.


دبی سیلابی روزهای 11ام و 12ام فروردین ماه 1398 بر روی رودخانه های اصلی لرستان.

(متر مکعب بر ثانیه) -  (منبع: شرکت آب منطقه ای لرستان)


از جدول بالا می توان مشاهده کرد که سیل در تاریخ 11ام فروردین ماه 1398 در  مقدار بیشینه خود در ایستگاه های، بهرام جو برابر 400، کمالوند 160، چنار خشکه 250، چم انجیر 1000 و دوآب 1400 متر مکعب بر ثانیه بوده است. این ارقام در مقایسه با خروجی نرم افزار نشان می دهد که سیل اخیر دوره بازگشتی در حدود 500 ساله داشته است. این دوره بازگشت با گزارشات مدیران اجرایی استان (ستاد مدیریت بحران لرستان) همخوانی دارد.


محاسبات اساسی که صحت سنجی بالا برای آن انجام شده است بر اساس پروژه جامع هیدرولوژی بوده است که در اینجا می توانید به آن دسترسی داشته باشید.