کاربرد رهیافت احتمال پذیرش در تعیین تراکم بهینه ایستگاه‌های باران‌سنجی استان خراسان جنوبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه بیرجند

2 استادیار پژوهش، گروه هیدروانفورماتیک، مرکز پژوهشی آب و محیط زیست شرق (EWERI)، مشهد، ایران،

3 دفتر مطالعات، شرکت آب منطقه‌ای خراسان جنوبی، بیرجند

4 دانشجوی دکتری رسوب شناسی و سنگ شناسی رسوبی واحد بین الملل دانشگاه فردوسی مشهد و مدیر محیط زیست و کیفیت منابع آب شرکت آب منطقه ای خراسان جنوبی

چکیده

تخمین مقدار بارندگی به عنوان یک مؤلفه کلیدی در مطالعات کشاورزی و بیلان آب نیازمند یک شبکه باران‌سنجی با تراکم بهینه می‌باشد. روش‌های مختلفی مبتنی بر زمین آمار برای بهینه‌سازی شبکه ایستگاه­های باران‌سنجی تاکنون ارائه شده‌اند که اکثراً دارای نقاط ضعف می‌باشند. هدف از این تحقیق کاربست یک روش نوین توسعه یافته بر پایه مفهوم احتمال پذیرش در زمین آمار، جهت طراحی بهینه شبکه باران‌سنجی استان خراسان جنوبی با کمترین خطا می‌باشد. پس از آزمون همگنی شبکه فعلی متشکل از 63 ایستگاه منطقه به روش گشتاورهای خطی، با کمک واریوگرام مناسب ایستگاه‌های منتخب، احتمال پذیرش در سطح منطقه محاسبه گردید. بر اساس الگوی مکانی تغییرات بارندگی سالانه در منطقه و الگوریتم روش آماری به کار رفته، احتمال پذیرش در نقاط مختلف استان محاسبه و سپس دقت پذیرش در سطوح احتمال مختلف مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان داد، 20 ایستگاه از شبکه موجود تأثیر زیادی در تخمین بارندگی استان نداشته و جا به جایی آن‌ها در حصول به شبکه بهینه، پیشنهاد می‌شود. همچنین 43 ایستگاه باقی‌مانده نیز مانند شبکه اولیه (با 63 ایستگاه) می‌توانند 36 درصد از مساحت استان را با سطح احتمال پذیرش 80 درصد، پوشش دهند. در انتها مشخص شد با افزودن 27 باران‌سنج به مکان‌های مشخص شده در شبکه بهینه کارایی پوشش شبکه به حدود دو برابر حالت فعلی یعنی 65 درصد سطح منطقه می‌رسد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of acceptance probability approach for determination of optimal rain gauge network density (Case study: South Khorasan province)

نویسندگان [English]

  • M. Pourreza-Bilondi 1
  • M. Shafiei 2
  • F. Shahabifard 3
  • H. Mousazadeh 4
1 Dept . of Water Engineering, University of Birjand
2 Hydroinformatics Department, East Water and Environment Research Institute (EWERI), Mashhad, Iran
3 Manager of Studies Office, South Khorasan Water Authority, Birjand, Iran
4 Department of geology, International Campus, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran & Department of Environment and Water Resources Quality, South Khorasan Regional Water Company, Birjand,Iran
چکیده [English]

For accurate estimation of rainfall, as a key element in agricultural and water balance studies, an optimum density of raingauges is required. Although many approaches based on geostatistic are developed to optimize raingauges network, but majority of them suffer from drawbacks. This study aimed to assess a newly developed method in geostatistic based on acceptance probability, for designing the raingauge network with least error in South Khorasan province. The linear moment method was used for testing the homogeneity of the study stations. Then, by choosing a suitable semi-variogram, the acceptance probability in the region was calculated. Based on the spatial pattern of annual rainfall, the acceptance probability was worked out for various parts of the province and the acceptance accuracy (AP) values were analyzed at different levels of probability. The results showed that 20 stations of existing network had no significant effect on estimating the rainfall and it can be recommended to shift their location in order to obtain an optimal network. Also, similar to the existing network of 63 stations, the remaining 43 stations could cover 36% of the province at the probability acceptance level of 80%. Besides, the results indicated that by adding 27 rain gauges to the locations specified in the optimal density, the performance of the optimized network will be approximately doubled comparing to previously existing one, which means 65% coverage of province.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climatological variogram
  • Kriging variance
  • Acceptance accuracy
  • Density
  • Rain gauge

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.

Berne, A., Krajewski, W. F. 2013. Radar for hydrology: Unfulfilled promise or unrecognized potential?. Advances in Water Resources, 51, 357–366.

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

Bras, R. L., Colón, R. 1978. Time averaged areal mean of precipitation: Estimation and network design. Water Resources Research, 14(5): 878-888.

Bras, R. L., Rodríguez Iturbe, I. 1976. Network design for the estimation of areal mean of rainfall events. Water Resources Research, 12(6): 1185-1195.

Cheng, K. S., Wei, C., Cheng, Y. B., Yeh, H. C., Liou, J. J. 2008. Rain-gauge network evaluation and augmentation using geostatistics. Hydrological Processes: An International Journal, 22(14): 2555–2564.

Hershfield, D. M. 1965. On the spacing of raingages. In Proceedings of the WMO/IASH Symposium on Design of Hydrometerologic Networks. International Association Science. Hydrololgy Publications, 67: 72-79.

Hosking, J. R. M. 1994. The Four-Parameter Kappa distribution. IBM Journal of Research and Development, 38(3): 251-258.

Hosking, J. R. M., Wallis, J. R, 1997. Regional frequency analysis: An approach based on L-Moments. Cambridge University Press, New York, USA.

Hughes,  J.   P.,  Lettenmaier,  D.  P.  1981. Data

requirements for kriging: estimation and network design. Water Resources Research, 17(6): 1641-165.

Kassim, A. H. M., Kottegoda, N. T. 1991. Rainfall network design through comparative kriging methods. Hydrological Sciences Journal, 36(3): 223–240.

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

Pardo-Igùzquiza, E. 1998. Optimal selection of number and location of rainfall gauges for areal rainfall estimation using geostatistics and simulated annealing.Journal of Hydrology, 210(1-4): 206-220.

Rodríguez Iturbe, I., Mejía, J. M. 1974. The design of rainfall networks in time and space. Water Resources Research, 10(4): 713-728.

Shafiei, M., Ghahraman, B., Saghafian, B., Pande, S., Gharari, S., Davary, K. 2014. Assessment of rain-gauge networks using a probabilistic GIS based approach. Hydrology Research, 45(4-5): 551-562.

Sun, B., Petreson, T. C. 2006. Estimating precipitation normal for USCRN stations. Journal of Geophysical research, 111(D9): 1984–2012.

Webster, R., Oliver, M. A, 2001, Geostatistics for environmental scientists. John Wiley and Sons, Ltd., Chichester, UK, 271p.

WMO. 1994. Guide to hydrological practices, 5th Ed., WMO No. 168, 735 p.