بررسی تأثیر استفاده از آمار تبدیل‌شده در طراحی شبکه‌ی پایش باران بابهره‌گیری از مفهوم ورگشت

الموضوعات :

محمود رضا شقاقیان ¹ (گروه عمران، دانشکده مهندسی، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران)

تاريخ الإرسال : 25 الإثنين , رجب, 1437 تاريخ التأكيد : 08 السبت , صفر, 1439 تاريخ الإصدار : 01 الأربعاء , ذو الحجة, 1438

الکلمات المفتاحية: طراحی شبکه پایش باران, توزیع بهنجار, ورگشت, تبدیل باکس-کاکس,

ملخص المقالة :

در میان پدیده­های مختلف چرخه­ی آبشناسی، بارندگی به عنوان یکی از مهمترین آن­ها شناخته می­شود. برداشت صحیح از آمار در این زمینه به ­وسیله­ی مجموعه­ی ایستگاه­های پایش باران (شبکه­ی پایش)، کمک مهمی به شبیه­سازی این پدیده و برنامه­ریزی­های مربوط به حوضه­ی آبخیز می­کند. از این­رو طراحی یک شبکه­ی پایش مناسب بارندگی در منطقه، شامل تعداد ایستگاه­های بهینه را می­توان از اولویت­های هر مطالعه­ی آبشناسی دانست. شاخص­های مختلفی در انعکاس دقت و حجم اطلاعات برداشت شده از شبکه­ی پایش استفاده می­گردد، که یکی از پرکاربردترین آنها ورگشت می­باشد. در مطالعات گذشنه با فرض بهنجار بودن آمار بارندگی، از معادلات منطبق با این توزیع آماری استفاده گردیده که نبودن این فرض، می­تواند به عدم دقت لازم نتایج منجر گردد. با توجه به عدم دقت به این مسأله در مطالعات گذشته، در این تحقیق روش نگاشت داده­های اولیه با استفاده از تبدیل باکس-کاکس با فراسنج­های بهینه، به منظور اطمینان استفاده از فرض توزیع آماری بهنجار، پیشنهاد گردیده است. بدین منظور با طراحی یک نمایشنامه، داده­های ماهانه مربوط به 24 ایستگاه پایش بارندگی استان فارس که دارای توزیع آماری غیر بهنجار می­باشند، بهنجار گردیده و بعد از آن شبیه­سازی­های مرسوم طراحی شبکه­های پایش با استفاده از مفهوم ورگشت برای این داده­ها استفاده قرار گرفته است. علاوه بر آن، طراحی شبکه­ی بارانسنجی با استفاده از روشهای متداول نیز به منظور مقایسه با روش پیشنهادی، انجام پذیرفته است. نتایج به­دست آمده نشان می­دهند که نرخ رشد ورگشت با افزایش تعداد ایستگاه­ها در حالت داده­های بهنجار شده کاهش می­یابد، در حالی­که در روش متداول طراحی این نرخ ثابت می­باشد. علاوه بر آن اولویت ایستگاه­های انتخابی در روش­های مطرح شده تغییر نموده است.

المصادر:

1)       Alfonso L., Lobbrecht A., and Price R. 2010. Information theory–based approach for location of monitoring water level gauges in polders. Water Resour. Res. (46):  W03528

2)       Al-Zahrani M., and Husain T. 1998. An algorithm for designing a precipitation network in the south-western region of Saudi Arabia. J. Hydrol. 205: 205-216,

3)       Box G.E.P., and Cox D.R. 1964. An analysis transformation. J. Roy. Stat. Soc. B26: 211-252

4)       Chen Y.C., Wei C, and Yeh H.C. 2008. Rainfall network design using Kriging and entropy. Hydrol. Process. 22: 340-346

5)       Cheng K.C., Lin Y.C., and Liou J.J. 2008. Rain-gauge network evaluation and augmentation using geostatistics. Hydrol. Process. 22(14): 2554-2564

6)       Harmancioglu N., and Yevjevich V. 1987. Transfer of hydrologic information among river points. J. Hydrol. 91: 103-118

7)       Husain T. 1987 .Hydrologic Network Design Formulation. Canadian Water Resources Journal. 12(1): 44-63

8)       Husain T. 1989. Hydrologic uncertainty measure and network design. Water Resour. Bull., 25(3): 527-534

9)       Krstonavic (1) P.F. 1992 Evaluation of rainfall network using entropy: I. theoretical development. Water Resour. Manag. 6: 279-293

10)   Krstonavic (2) P.F. 1992. Evaluation of rainfall network using entropy: II. Application. Water Resour. Manag. 6: 295-314

11)   Machiwal D., and Jha M.K. 1012. Hydrologic time series analysis. Capital Publishing Company: pp 272

12)   Mazzarella A., and Tranfaglia G. 2000. Fractal characterization of geophysical measuring networks and its implication for an optimal location of additional stations: an application to a rain-gauge network, Theor. Appl. Climatol. 65: 157-163

13)   Memarzadeh M., Mahjouri N., and Kerachian R. 2013. Evaluating sampling locations in river water quality monitoring networks: application of dynamic factor analysis and discrete entropy theory.  Environ. Earth Sci. 70: 2577-2585

14)   Shaghaghian M.R., and Abedini M.J. 2013. Rain gauge network design using coupled geostatistical and multivariate techniques. Scientia Iranica A. 20(2): 259-269

15)   Shannon C.E. 1948. A mathematical theory of communication. Bell Syst. Tech. J. 27: 623-656

16)   Wei C., Yeh H.C., and Chen Y.C. 2014. Spatiotemporal scaling effect on rainfall network design using entropy. Entropy. 16(8): 4626-4647

Yeh H.C., Chen Y.C., Wei C., Chen R.H. 2011. Entropy and Kriging Approach to rainfall Network Design. Paddy Water Environ. 9: 343-355