ارزیابی و بهینه یابی شبکه ایستگاه های باران سنجی بر مبنای روش کریجینگ احتمالاتی (مطالعه موردی: حوضه گرگان رود)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری /گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

2 استاد /گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

3 استاد /گروه مهندسی عمران آب، دانشکده فنی مهندسی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی.

چکیده

بارندگی از ورودی‌های اصلی در برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب محسوب می‌شود. شبکه کارآمد ایستگاه‌های باران‌سنجی شبکه‌ای است که علاوه بر دقت اندازه‌گیری مناسب از تراکم مطلوبی نیز برخوردار باشد، به طوری که بتوان در نقاط فاقد ایستگاه در یک حوضه آبریز برآورد مناسبی از بارندگی بدست آورد. در این مطالعه روشی مبتنی بر مدل‌ زمین‌آماری کریجینگ و تابع توزیع احتمال نرمال برای ارزیابی عملکرد شبکه ایستگاه‌های باران‌سنجی در حوضه گرگان‌رود به مساحت 114 هزار کیلومتر مربع استفاده شده است که مفهوم آن بر اساس معیار درصدی از مساحت منطقه با دقت پذیرش (Ap) می‌باشد. ابتدا با تحلیل تغییرات مکانی بارندگی سالانه در حوضه توسط نیم تغییرنما بدون بعد، ساختار مکانی بارندگی حوضه استخراج گردید و سپس توسط الگوریتم ارائه شده شبکه ایستگاه‌های باران‌سنجی حوضه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که از 33 ایستگاه مورد تحلیل، 21 ایستگاه به عنوان ایستگاه‌های شبکه‌ مبنا شناخته شدند و 12 ایستگاه باقی‌مانده تاثیر بسیار کمی در برآورد تغییرات مکانی بارندگی حوضه داشتند. در روند بهینه‌یابی، ایستگاه‌های غیرمبنا به 7 ایستگاه جدید در سایر نقاط حوضه کاهش یافتند که موجب افزایش دقّت در تخمین بارندگی در حوضه می‌شوند. همچنین با ساده‌سازی‌های انجام شده در روش مذکور و انجام محاسبات در محیط نرم‌افزار GIS به صورت توسعه‌ یک ابزار، نتایج نشان داد که از روش ارائه شده می‌توان به صورت مؤثرتری در ارزیابی شبکه‌ ایستگاه‌های باران‌سنجی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation and optimization of raingauge network based on probability kriging (case study: Gorgan-Rud watershed)

نویسندگان [English]

  • M Shafiei 1
  • B Ghahraman 2
  • B Saghafian 3
1 PhD student, Department of Water Engineering, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Professor, Department of Water Engineering, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad. Mashhad, Iran.
3 Professor, Technical and Engineering Department, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Rainfall is a key factor for water resources management. Raingauge networks with accurate measurement and appropriate density are required for the estimation of the rainfall in ungauged sites in watersheds. This study aimed at assessing a method based on kriging and normal probability distribution function for evaluating raingauge network in GorganRud watershed (114000 km2). The concept is based on criterion that named percentage of the total area with acceptable accuracy (Ap). Spatial variability of annual rainfall is analyzed using dimensionless variogram then using a sequential algorithm 33 raingauges in the network is evaluated. Results showed the base network for annual rainfall comprises 21 gauges and 12 remaining gauges have little contribution to estimate areal rainfall in the watershed. After optimization the non-based raingauges reduced to 7 gauges and will be more effective to estimate areal rainfall in whole of watershed. Furthermore, Results showed that simplifying and using GIS software by developing a toolbox will make it easier for evaluating a raingauge network.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Raingauge
  • acceptance probability
  • Kriging
  • dimensionless semivariogram

ثقفیان ب، رحیمی بندرآبادی س، طاهری ح و غیومیان ج (1384) اثر تراکم ایستگاه و تفکیک مکانی در برآورد توزیع مکانی بارندگی روزانه، مطالعه موردی بارندگی­های جنوب غرب ایران. مجله استقلال. شماره 24 (1).  75-59.

ثقفیان ب و رحیمی بندرآبادی س (1384) مقایسه روشهای درونیابی و برونیابی برای برآورد توزیع مکانی مقدار بارندگی سالانه. مجله تحقیقات منابع آب ایران. شماره 2. 84-74.

کسایی رودسری ب،  قهرمان ب و شریفی م (1389)  بررسی تراکم شبکه­ی ایستگاه­های باران­سنجی با استفاده از روش­های زمین آماری، مطالعه موردی استان­های خراسان شمال، رضوی و جنوبی. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. شماره 10 (4). 35-44.

Al-Zahrani M, and Husain T (1998) An algorithm for designing a precipitation network in the south-western region of Saudi Arabia. Journal of Hydrology 205(3): 205–216.

Bastin G, Lorent B, Duque C, Gevers M (1984) Optimal estimation of the average areal rainfall and optimal selection of raingauge locations. Water Resources Research 20(4): 463–470.

Bardossy A (1985) Multicriterion network design using geostatistics. Water Resources Research 21(2):  199–208.

Cheng KS, Wei C, Cheng YB, Yeh HC and Liou JJ (2008) Rain-gauge network evaluation and augmentation using geostatistics. Hydrological Processes 22(14): 2555–2564.

Chen YC, Wei C, and Yeh HC (2008) Rainfall network design using kriging and entropy. Hydrological Processes 22(14): 340–346.

Ghahraman B, and sepaskhah AR (2001) Autographic Raingage Network design for Iran by kriging. Iran Journal of Science and Technology 25(B4): 653-660.

Kassim AHM, and Kottegoda NT (1991) Rainfall network design through comparative kriging methods. Hydrological Sciences Journal 36(3):  223–240.

Krstanovic PF and Singh VP (1992a) Evaluation of rainfall network using entropy: I. Theoretical development. Water Resources Management 6(4):  279–293.

Krstanovic PF and Singh VP (1992b) Evaluation of rainfall network using entropy: II. Application. Water Resources Management 6(4): 295–314.

Manegold J (2003) Using the ModelBuilder of ArcGIS 9 for Landscape Modeling. In: Buchmann, E. & S. Ervin (eds.): Trends in Landscape Modeling. Proceedings at Anhalt University of Applied Sciences. Heidelberg: Wichmann: 240-245.

Pannatier Y (1996) VARIOWIN software for spatial data analysis in 2D. Springer, New York. Lausanne Edition Springer, Institut of Mineralogy, University of Lausanne.

Saghafian B, Farazjoo H, Bozorgy B, Yazdandoost F (2008) Flood Intensification due to Changes in Land Use. Water Resource Management. 22(8): 1051–1067.

Sun B and Petreson TC (2006) Estimating precipitation normal for USCRN stations. Journal of Geophysical Research. 111(D9):1984–2012.

Tsintikidis D, Georgakakos KP, Sperfslage JA, Smith DE and Carpenter TM (2002) Precipitation uncertainty and raingauge network design within Folsom Lake watershed. Journal of Hydrologic Engineering, 7(2): 175–184.   

Webster R and Oliver MA (2001) Geostatistics for Environmental Scientists. John Wiley and Sons, Ltd., Chichester, UK. 271.

Winitzki S (2003) Uniform approximations for transcendental functions. ICCSA'03 Proceedings of the International Conference on Computational Science and its Applications. Part I: 780-789.

WMO (1994) Guide to Hydrological Practices, 5th Ed., WMO 168: 735.