بررسی تأثیر ویژگی زمین‌شناسی در تحلیل فراوانی سیلاب منطقه‌ای حوضه‌های آبریز شمال شرق ایران

آب و خاک

مقاله 2، دوره 31، شماره 6 - شماره پیاپی 56، بهمن 1396، صفحه 1526-1537   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v31i6.28972

نویسندگان

طیبه طاهرپور؛ بیژن قهرمان^* ؛ کامران داوری

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

تحلیل فراوانی منطقه‌ای سیلاب، نیازمند شناسایی حوضه‌های مشابه از نظر مکانیزم تولید سیلاب می‌باشد. تشابه حوضه‌ها در تولید سیلاب تابع عواملی نظیر ویژگی‌های فیزیوگرافی و هواشناسی حوضه، موقعیت جغرافیایی و زمین‌شناسی می‌باشد. در این مطالعه به منظور تعیین اثر شاخص زمین‌شناسی در تعیین مناطق همگن هیدرولوژیکی، 73 ایستگاه آب‌سنجی واقع در شمال شرق ایران که دارای اقلیم خشک تا نیمه‌خشک است با میانگین طول دوره آماری 29 سال، با درنظر گرفتن شاخص زمین‌شناسی و نیز بدون درنظرگرفتن این شاخص با استفاده از الگوریتم خوشه‌بندی C--میانگین فازی به 6 ناحیه‌ی همگن تقسیم شدند. جهت تعیین تعداد بهینه‌ی خوشه‌ها از سه شاخص صحت‌سنجی خوشه‌بندی فازی وون، ژی-بنی و فوکویاما-سوگنو استفاده شد. نواحی حاصل از دو روش با استفاده از آماره‌های همگنی برپایه‌ی گشتاورهای خطی همگن تشخیص داده شد. توابع توزیع ناحیه‌ها با استفاده از آزمون‌های نیکوئی برازش Z و کولموگروف- اسمیرنوف انتخاب شدند. با مقایسه توزیع ایستگاه‌ها و همچنین دو آماره ارزیابی میانه خطای نسبی و نسبت دبی پیش‌بینی شده به دبی برآورد شده به ازاء 5 دوره بازگشت مختلف (5، 10، 20، 50 و 100 سال)، هر دو روش تحلیل، نتایجی قابل قبول داشته و اضافه کردن شاخص زمین‌شناسی منجر به بهبود نتایج گردید. با درنظر گرفتن ویژگی زمین‌شناسی در ناحیه‌بندی حوضه‌ها، علاوه بر توابع توزیع برتر، تابع توزیع لوگ نرمال سه پارامتری برای تمامی نواحی مناسب تشخیص داده شد، که از این نقطه نظر استفاده از ویژگی زمین‌شناسی مناسب بود.

کلیدواژه‌ها

تحلیل خوشه‌ای فازی؛ سیلاب نمایه؛ حوضه‌های آبریز فاقد آمار؛ شاخص نفوذ

مراجع

1- Alvankar S.R. 2011. Estimating maximum flood discharge by using Landsat satellite data. The 4th Conference on Iran Water Resources Management. Amirkabir Industrial University. May 2-3, 2011. Tehran. 12 pages (in Persian).

2- Ataee H., and Shiran M. 2011. Identifying homogeneous hydrologic watersheds based on geomorphologic feature effective on flood by using cluster analysi (case study: Kroon plain). Journal of Geography and environmental planning. 42, 79-98 (in Persian).

3- Bezdek J.C. 1981. Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms. Plenum Press, New York.

4- Dalrymple T. 1960. Flood frequency analysis. US Geological Survey Water Supply Pap.er1543-A.

5- Das S., and Cunnane C. 2011. Examination of homogeneity of selected Irish pooling groups. Hydrology and Earth System Sciences, 15: 819–830.

6- Dunn J.C. 1974. A fuzzy relative of the ISODATA process and its use in detecting compact, well-separated clusters. Journal of Cybernetics, 3 (3): 32–57.

7- Fukuyama Y., and Sugeno M. 1989. A new method of choosingthe number of clusters for the fuzzy c-means method. Proceedings of Fifth Fuzzy Systems Symposium, pp. 247–250 (in Japanese).

8- Goel G.N. 2000. The formation of groups for regional flood frequency analysis. Hydrological Sciences-Journal-des, Sciences Hydrologiques; 45(1) 97-112.

9- Haddad K., and Rahman A. 2012. Regional flood frequency analysis in eastern Australia: Bayesian GLS regression-based methods within fixed region and ROI framework: Quantile regression vs. parameter regression technique. Journal of Hydrology. 430–431, 142–161.

10- Hall M.J., and Minns A.W. 1999. The classification of hydrologically homogeneous regions. Hydrological Sciences Journal, 44 (5): 693–704.

11- Hosking J.R.M. 1990. L-Moments: Analysis and estimation of distributions using linear combinations of order statistics. Journal of Royal Statistical Society B, 52: 105-124.

12- Hosking J.R.M., and Wallis J.R. 1993. Some statistics useful in regional frequency analysis, Res. Rep. RC 17096, IBM Research Division, York town Heights, NY 10598.

13- Hosking J.R.M., and Wallis J.R. 1997. Regional Frequency Analysis (An Approach Based on Linear Moments). Cambridge University Press.

14- Jingyi Z., and Hall M.J. 2004. Regional flood frequency analysis for the Gan-Ming River basin in China. Journal of Hydrology, 296: 98–117.

15- Koorehpazan Dezfooli A. 2008. Theoretical Principles of Fuzzy sets and its Applications in Problems of Water Engineering Modeling. Amirkabir Industrial University Publication, 8737. Tehran. 261 pp (in Persian).

16- Kumar R., Chatterjee C., Kumar S., Lohani A. K., and Singh R.D. 2003. Development of regional flood frequency relationships using L-Moments for Middle Ganga Plains subzone 1(f) of India. Water Resources Management, 17: 243-257.

17- Kwon S.H. 1998. Cluster validity index for fuzzy clustering. Electronics Letters 34 (22), 2176–2177.

18- Mishra B.K., Takara K., and Tachikawa Y. 2008. Regionalization of Nepalese river basins for flood frequency analysis. Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE, 52: 91-96.

19- Mooshkhian Y., Ownagh M., Bardy Shykh V., Mosaedi A., and Saad-o-ddin A. 2012. Developing regional models for estimating flood discharge in selected watersheds of Khorasan Razavi watersheds. 8th National Meeting on Science and Engineering of Watershed Management. May 1-17, 2012. Lorrestan University (in Persian)

20- Mosley M.P. 1981. Delimitation of New Zealand hydrologic regions. Journal of Hydrology, 49: 173-192.

21- Pal N.R., and Bezdek J.C. 1995. On cluster validity for the fuzzy c-means model. IEEE Transactions on Fuzzy systems, 3 (3): 370–379.

22- Rao A.R., and Srinivas V.V. 2006. Regionalization of watersheds by fuzzy cluster analysis. Journal of Hydrology, 318: 57-79.

23- Roa A.R., and Srinivas V.V. 2006. Regionalization of watersheds by Hybrid-Cluster analysis. Journal of Hydrology, 318: 37-56.

24- Ross T.J. 1995. Fuzzy Logic with Engineering Applications. McGraw-Hill, New York.

25- Saf B., Dikbas F., and Yasar M. 2007. Determination of regional frequency distributionsof floods in West Mediterranean river basins in Turkey. Fresenius Environmental Bulletin, 16 (10): 1300–1308.

26- Saf B. 2010. Assessment of the effects of discordant sites on regional flood frequency analysis. Journal of Hydrology, 380: 362-375.

27- Shamkooian H., Ghahraman B., Davary K., and Sarmad M. 2009. Regional flood frequency analysis by using Linear Moment theory and flood index method in Khorasan Province watersheds. Journal of Soil and Water (Agricultural Science and Industry). 23(1), 31-43 (in Persian).

28- Sveinsson O.G.B., Boes D.C., and Salas J.D. 2001. Population index flood method forregional frequency analysis. Water Resources Research, 37 (11): 2733–2748.

29- Xie X.L., and Beni G. 1991. A validity measure for fuzzy clustering. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelli- gence, 13 (8): 841–847.

30- Zaman M.A., Rahman A., and Haddad K. 2012. Regional flood frequency analysis in arid regions: A case study for Australia. Journal of Hydrology, 475: 74–83.