تجزیه و تحلیل بارش
Download
Report
Transcript تجزیه و تحلیل بارش
بارش
موسوی ندوشنی
زمستان 1383
1
دانشگاه صنعت آب و برق
بارش
عنصر ورودی به چرخه آب میباشد و به صور زیر ظاهر
میشود:
باران
برف
تگرگ
عوامل زیر میتواند روی نوع بارش موثر واقع شود.
2
فشار جو
دما
باد
ارتفاع
دانشگاه صنعت آب و برق
عناصر مولد بارش
برای تشکیل بارش سه عامل زیر ضرورت دارد.
رطوبت
بخار آب ناشی از تبخیر آب دریاها و اقیانوسها
برودت
برای اینکه بخار آب به نقطه اشباع برسد.
ذرات ریز معلق در جو
گرد و غبار
نمک آبهای شور
انواع بارش بر حسب مکانیزم سرد شدن توده بخار تعیین
میشود.
3
دانشگاه صنعت آب و برق
جابجایی )(convection
این بارش بصورت محلی
عمل میکند.
این بارش کوتاه مدت است.
این بارش توام با رعد و برق
است.
توده ابر
باران
بخار آب
4
دانشگاه صنعت آب و برق
کوه بارش )(orographic
اشباع شدن
بارش
هوای خشک
5
بخار آب
دانشگاه صنعت آب و برق
خصوصیات جبههای )(frontral
این بارش از یک منطقه پر فشار به یک منطقه کم فشار
نتیجه میشود.
این بارش نتیجه باال آمدن هوای گرم روی هوای سرد
است.
این بارش معموالً در اشل وسیع رخ میدهد.
سیالبها معموالً از نوع بارش ایجاد میگردد.
6
دانشگاه صنعت آب و برق
جبههای )(frontral
سطح جبهه
هوای سرد
هوای گرم
باران
7
دانشگاه صنعت آب و برق
اندازهگیری باران
8
دانشگاه صنعت آب و برق
76.2 cm
باران در یک منطقه ،در
محلهایی تحت عنوان
ایستگاههای بارانسنجی
اندازهگیری میشود.
برای اندازهگیری از
بارانسنج استفاده میگردد.
متداولترین بارانسنج
معمولی ،بارانسنج 8اینچی
است که در شکل مقابل دیده
میشود.
20.3 cm
اندازهگیری برف
اگر ریزشهای جوی به صورت برف باشد ،اندازهگیری
آن توسط بارانسنج میسر است.
معموالً در ماههای سرد فقط استوانه خارجی بارانسنج
را در معرض ریزش قرار میدهند و برف جمعشده در
آن را به تدریج گرم میکنند و ارتفاع آب معادل برف را
اندازه میگیرند.
هر سانتیمتر برف تقریبا معادل یک میلمتر باران است.
به عبارت دیگر آب معادل برف تقریبا ً برابر 1:10
ارتفاع خود برف میباشد .این نسبت تقریبی است و در
عمل بستگی به چگالی برف دارد.
9
دانشگاه صنعت آب و برق
نتایج حاصل از بارانسنج
در بارانسنج ارتفاع بارندگی بر حسب میلیمتر
اندازهگیری میشود.
البته در مناطق پر باران برای بیان ارتفاع از واحدهایی
چون سانتیمتر و اینچ نیز استفاده میشود.
در یک بازه زمانی مشخص ارتفاع بارندگی با هم جمع
میشود .مثال ارتفاع بارندگی در یک روز حاصل جمع
بارندگی روزانه است.
بنابراین مشخصه دیگری از بارندگی اهمیت پیدا میکند
که مدت یا زمان تداوم بارندگی نامیده میشود.
10
دانشگاه صنعت آب و برق
سری مختلف در بارندگی
11
بارندگی روزانه
بارندگی ماهانه
بارندگی ساالنه
بارندگی حداکثر روزانه
هر کدام از این سری دارای مشخصات آماری خاص خود هستند.
در تجزیه و تحلیل جمعآوری آبهای سطحی باالخص از سطح
شهرها ،بارندگیهای با زمان تداوم کمتر از روز دارای اهمیت
است .به عبارت دیگر تجزیه و تحلیل رگبارها باید مد نظر قرار
گیرد.
دانشگاه صنعت آب و برق
شدت بارندگی
مشخصه سوم بارندگی را شدت نامند.
شدت را میتوان به صورت نسبت تغییرات ارتفاع به
تغییرات زمان بیان نمود.
dh
dt
= i
این مشخصه را با iنشان میدهند و معموالً با واحد
mm/hrآنرا بیان میکنند .البته واحدهای cm/hrو یا
in/hrوجود دارد.
برای محاسبات عملی رابطه فوق را بصورت زیر
مینویسند.
Dh
Dt
12
دانشگاه صنعت آب و برق
= i
بارانسنج ثبات یا باراننگار
این وسیله میتواند تغییرات
ارتفاع بارندگی را بطور
پیوسته نسبت به زمان ثبت
نماید.
ابزار فوق به دو صورت
وجود دارد.
13
باراننگار ترازویی
باراننگار سیفونی
دانشگاه صنعت آب و برق
باراننگار ترازویی
14
دانشگاه صنعت آب و برق
باراننگار سیفونی
این نوع باراننگار که تقریبا ً متداولترین بارانسنج است.
با مکانیزم زیر کار میکند.
15
دانشگاه صنعت آب و برق
باراننگار سیفونی
16
دانشگاه صنعت آب و برق
یک نمونه از گراف باراننگار سیفونی
17
دانشگاه صنعت آب و برق
نمودار یک باراننگار سیفونی
)depth (mm
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
)t (min
18
15 30 45
150
دانشگاه صنعت آب و برق
0
نمودار یک باراننگار سیفونی
)depth (mm
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Dh
Dt
)t (min
19
15 30 45
150
دانشگاه صنعت آب و برق
0
20
دانشگاه صنعت آب و برق
هیتوگراف ()Hyetograph
8
6
4
2
0
135
21
120
105
90
60
75
)t (min
دانشگاه صنعت آب و برق
45
30
15
)i (mm/hr
18
16
14
12
10
مدت-منحنی شدت
18
16
14
data observed
intensity-duration curve
12
10
8
6
4
2
0
a
i =
b+t
a
i = b
t
0
15
30
45
60
75
دانشگاه صنعت آب و برق
90
105 120
135
22
فراوانی و دوره بازگشت
هر حادثه طبیعی مثل بارندگی ،آبدهی و ...با یک دوره
تناوبی تکرار میگردد .یعنی به ازاء مقدار مشخص
معلوم میشود که چقدر فراوانی دارد.
دوره بازگشت :متوسط زمانی است یک پدیده یکبار رخ
میدهد و معموالً آنرا با Tنشان میدهند .با توجه به
تعریف دوره بازگشت میتوان دریافت که با مفهوم
احتمال رابطه دارد و بصورت زیر است.
1
= P
T
23
دانشگاه صنعت آب و برق
1
= T
P
منحنی شدت-مدت-فراوانی ()IDF
اگر به منحنی شدت-مدت عامل فراوانی نیز افزوده شود ،آنگاه
منحنی شدت-مدت-فراوانی حاصل میگردد.
24
دانشگاه صنعت آب و برق
توزیع زمانی بارندگی
توزیع یکنواخت
برای حوضههای کوچک شهری مورد استفاده قرار میگیرد.
i
i
t
25
D
دانشگاه صنعت آب و برق
توزیع زمانی بارندگی الگو شده یا ساختگی
در این حالت توزیعی که برای مناطق دیگر در نظر گرفته شده
است را میتوان برای یک منطقه خاص به کار گرفت.
26
دانشگاه صنعت آب و برق
توزیع زمانی بارندگی در حوضه آبریز قرهسو
100
90
80
70
60
50
40
زمان (درصد)
27
دانشگاه صنعت آب و برق
30
20
10
0
بارش (درصد)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
ساختن یک هیتوگراف طرح ()2
0.55
H M = i M ´ D M Þ i M = 6.7(20)-
= 1.29 mm/ min Þ H M = 1.29(20) = 25.8 mm
بارش نازل شده در زمانهای ۳۰و ۹۰عبارتست از:
H (3D t ) = a (3D t )b ´ 3D t = 6.7(60)1- 0.55 = 42.3 mm
بارش نازل شده بین زمانهای ۳۰و ۹۰عبارتست از:
1
] = 0.5(42.3 - 25.8) = 8.25 mm
2
h1 = [H (3D t ) - H M
بارش نازل شده در زمانهای ۱۰و ۱۱۰عبارتست از:
H (5D t ) = a (5D t )b ´ 5D t = 6.7(100)1- 0.55 = 53.2 mm
29
دانشگاه صنعت آب و برق
ساختن یک هیتوگراف طرح ()3
بارش نازل شده بین زمانهای ۱۰و ۱۱۰عبارتست از:
1
h 2 = [H (5D t ) - H (3D t )] = 0.5(53.2 - 42.3) = 5.45 mm
2
بارش نازل شده در زمانهای ۰و ۱۲۰عبارتست از:
H (6D t ) = a (6D t )b ´ 6D t = 6.7(120)1- 0.55 = 57.8 mm
بارش نازل شده بین زمانهای ۰و ۱۲۰عبارتست از:
1
h 3 = [H (6D t ) - H (5D t )] = 0.5(57.8 - 53.2) = 2.3 mm
2
30
دانشگاه صنعت آب و برق
ساختن یک هیتوگراف طرح ()4
31
دانشگاه صنعت آب و برق
تجزیه و تحلیل بارندگی منطقهای
پراکندگی بارندگی را میتوان به دو صورت بیان نمود:
پراکندگی در زمان )(temporal
پراکندگی در مکان )(spatial
همانطور که قبالً مالحظه شد تحلیل زمانی با یک
ایستگاه اندازهگیری نیز کامال میسر است .به عبارت
دیگر تحلیل ما مبتنی بر یک نقطه است.
اما برای تحلیل مکانی الزم یک منطقه منظور شود و
در این منطقه چندین ایستگاه اندازهگیری وجود داشته
باشد.
32
دانشگاه صنعت آب و برق
کارهای مقدماتی در تحلیل منطقهای
قبل از هرگونه تحلیل و محاسبهای باید موارد زیر را مد
نظر داشت.
انتخاب پایه زمانی مشترک
کنترل کیفیت آمارهای موجود
بازسازی نواقص آماری
33
دانشگاه صنعت آب و برق
انتخاب پایه زمانی مشترک
34
دانشگاه صنعت آب و برق
کنترل کیفیت ،صحت و همگن بودن آمارها
آمار موجود را میتوان از نظر کیفیت ،با استفاده از
روشهای زیر کنترل نمود.
مقایسه آمار همزمان ایستگاههای مختلف در یک منطقه کم و
بیش یکنواخت
کنترل مقادیر خیلی کم و یا خیلی زیاد
کنترل اعداد جا افتاده
معموالً در هر ایستگاه اندازهگیری به علل گوناگون ،در پارهای از
اوقات اندازهگیری انجام نشده است و گهگاه دیده میشود که برای آن
جا خالی منظور میگردد ،این شیوه عمل ابهامآور است چون معلوم
نیست که جای خالی نمایانگر عدد صفر است و یا داده اندازهگیری
نشده است.
35
دانشگاه صنعت آب و برق
منحنی جرم مضاعف
36
دانشگاه صنعت آب و برق
بازسازی نواقص آماری
برای بازسازی نواقص آماری روشهای گوناگونی وجود
دارد ،که بصورت زیر است:
استفاده از ایستگاههای معرف
روش نسبت نرمال
روش همبستگی بین ایستگاهها
روش محور مختصات
37
دانشگاه صنعت آب و برق
IDW روش
شمال
WC =
غرب
A
1
d C2
E
C
B
D
1
1
1
1
+ 2 + 2 + 2
2
dC
dD
dE
dA
جنوب
P (t ) = W A PA (t ) + W C PC (t ) + W D PD (t ) + W E PE (t )
دانشگاه صنعت آب و برق
38
متوسط بارندگی روی یک منطقه
چگونه میتوان متوسط بارندگی روی منطقه (در مکان)
را محاسبه نمود؟
130 mm
125 mm
140 mm
39
دانشگاه صنعت آب و برق
100 mm
میانگین حسابی
با استفاده از رابطه زیر میتوان میانگین را محاسبه نمود.
N
Pi
å
i=1
N
= P avg
که در آن Nتعداد ایستگاههای اندازهگیری و Piارتفاع باران در
هر ایستگاه
100 + 125 + 130 + 140
=
4
= 123.75
این روش در حاالت زیر برای استفاده مناسب است.
40
منطقه نسبتا ً بصورت دشت باشد.
ایستگاهها بطور یکنواخت در منطقه توزیع شده باشد.
دانشگاه صنعت آب و برق
P avg
روش تیسن ()Thiessen
در این روش بین ایستگاهها مثلثبندی میشود و عمود
منصفهای آنها رسم میگردد تا منطقه را به سطوحی
ایستگاهها مورد
تقسیم کند که از آنها به عنوان وزنهای
N
استفاده قرار میگیرد.
å Pi A i
i=1
N
Ai
å
i=1
41
دانشگاه صنعت آب و برق
= P avg
خطوط همباران
بین ایستگاههای مختلف درویابی میشود.
از ایستگاهها برای ایجاد خطوط همتراز
که دارای ارتفاع یکسان هستند ،استفاده
میشود.
از بین روشهای گفته شده ،روش
رایجتری است.
روشهای محاسبه درونیابی متعدد است
که از بین آنها میتوان به روشهای زیر
اشاره نمود.
ترسیم دستی
حداقل مربعات
فاصله معکوس )(IDW
کریجینگ )(kriging
N
Pi A i
å
i=1
N
Ai
å
i=1
42
دانشگاه صنعت آب و برق
= P avg
روش نقاط شبکهبندی شده
P1 P2 P3 P4
2 2 2
2
L L 2 L3 L 4
Pk 1
1
1
1
1
2 2 2
2
L1 L 2 L3 L 4
43
دانشگاه صنعت آب و برق
بهینه نمودن شبکه پایش )(monitoring network
در یک شبکه پایش دادهها دو عامل بسیار
Pi
اهمیت دارد.
3040
i=1
تعداد نقاط اندازهگیری
= P
=
= 434.3 mm
n
7
وضعیت قرار گرفتن نقاط
n
اندازهگیری نسبت به هم
( P i - P )2
در یک منطقه 7ایستگاه بارانسنجی
i=1
=S
= 147.4 mm
وجود دارد که بارندگی متوسط ساالنه
n- 1
آنها در پایه زمانی مشترک برابر ،320
147.4
700 ،560 ،440 ،350 ،380و
= Cv
´ 100 = 33.9
434.3
290میلیمتر است .حداکثر خطا را 10
درصد فرض کنید.
2
بنابراین فعال 7ایستگاه وجود دارد ،اما
æ33.9 ö
÷
باید 5ایستگاه دیگر نیز احداث شود.
n = çç
÷ = 11.5
n
å
å
÷ çè 10
ø
44
دانشگاه صنعت آب و برق