مقایسه روش های متداول و هوشمند در تخمین پارامتر تابع مفصل به منظور تحلیل فراوانی چندمتغیره جریان کمینه (مطالعه موردی: حوضه آبریز دز)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای منابع آب/ دانشگاه شهید چمران اهواز

2 دانشگاه شهید چمران اهواز

3 استاد گروه آمار، دانشکدۀ علوم ریاضی، دانشگاه شهید چمران اهواز

4 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه شهرکرد

چکیده

در سال‏های اخیر، توجه به ساختار وابستگی موجود در بین متغیرهای هیدرولوژیک افزایش یافته و این امر موجب شده است که تحلیل چند‌متغیره به‌عنوان جایگزین مناسبی در مقابل روش‏های تک‌متغیره معرفی شود. در این مطالعه از تابع مفصل برای تحلیل چند‌متغیرۀ جریان‏های کمینۀ حوضۀ آبریز دز در محل ایستگاه‏های تنگ پنج‌ـ بختیاری و تنگ پنج‌ـ سزار استفاده شد. ابتدا جریان کمینۀ هفت‌روزه در محل ایستگاه‏های مطالعه‌شده، از داده‏های دبی روزانۀ رودخانه‏های بختیاری و سزار در دورۀ آماری 1335‌ـ 1391 استخراج شد. در مرحلۀ بعد، 11 تابع توزیع احتمالاتی مختلف به داده‏های جریان کمینه برازش داده شد که در این بین توزیع‏های لجستیک (برای ایستگاه تنگ پنج‌ـ بختیاری) و مقادیر حدی تعمیم‌یافته (برای ایستگاه تنگ پنج‌ـ سزار) به‌عنوان توزیع حاشیه‏ای مناسب انتخاب شدند. پس از انتخاب توزیع‏ حاشیه‏ای، باید پارامتر مفصل تعیین شود. در این مطالعه، از دو روش توابع منطقی برای حاشیه‏ها (IFM) و الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) استفاده شد. نتایج نشان داد روش PSO عملکرد مناسب‏تری در برآورد پارامتر مفصل داشت. سپس از بین توابع مفصل علی‌ـ میخائیل‌ـ حق، کلایتون، فرانک، گالامبوس و گامبل‌ـ هوگارد، تابع مفصل فرانک با داشتن کمترین خطا و بیشترین دقت برای ایجاد توزیع توأم جفت داده‏های جریان کمینۀ هفت‌روزه ایستگاه‏های تنگ پنج‌ـ بختیاری و تنگ پنج‌ـ سزار انتخاب و دورۀ بازگشت‏های توأم در دو حالت «یا» و «و» محاسبه شد.
 
 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 
[1]. Bahremand A, Alvandi E, Bahrami M, Dashti Marvili M, Heravi H, Khosravi GHR, et al. Copula functions and their application in stochastic hydrology. Journal of Conservation and Utilization of Natural Resources. 2015; 4 (2):1-20. [Persian]
[2]. Salvadori G, De Michele C. On the use of copulas in hydrology: theory and practice. Journal of Hydrologic Engineering. 2007;12(4):369-80.
[3]. Salari Jazi M. Assessment of the Flooding Risk for River with Tidal Interaction Zones. PhD Thesis. 2013.
[4]. Sklar M. Fonctions de répartition à n dimensions et leurs marges. Université Paris. 1959.
[5]. Frees EW, Valdez EA. Understanding relationships using copulas. North American actuarial journal. 1998; 2(1):1-25.
[6]. Favre AC, El Adlouni S, Perreault L, Thiémonge N, Bobée B. Multivariate hydrological frequency analysis using copulas. Water resources research. 2004; 40(1): 25-39.
[7]. Brunner MI, Seibert J, Favre AC. Bivariate return periods and their importance for flood peak and volume estimation. Wiley Interdisciplinary Reviews: Water. 2016; 3(6):819-33.
[8]. Duan K, Mei Y, Zhang L. Copula-based bivariate flood frequency analysis in a changing climate—A case study in the Huai River Basin, China. Journal of Earth Science. 2016; 27(1):37-46.
[9]. Serinaldi F. A multisite daily rainfall generator driven by bivariate copula‐based mixed distributions. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2009; 114(10): 70-91.
[10]. Seo BC, Krajewski WF, Mishra KV. Using the new dual-polarimetric capability of WSR-88D to eliminate anomalous propagation and wind turbine effects in radar-rainfall. Atmospheric Research. 2015; 153:296-309.
[11]. Mirabbasi R, Anagnostou EN, Fakheri-Fard A, Dinpashoh Y, Eslamian S. Analysis of meteorological drought in northwest Iran using the Joint Deficit Index. Journal of Hydrology. 2013; 492:35-48.
[12]. Abdi A, Hassanzadeh Y, Talatahari S, Fakheri-Fard A, Mirabbasi R. Parameter estimation of copula functions using an optimization-based method. Theoretical and Applied Climatology. 2016. DOI: 10.1007/s00704-016-1757-2.
[13]. Joe H. Multivariate models and multivariate dependence concepts. CRC Press. 1997.
[14]. Eberhart R, Kennedy J. A new optimizer using particle swarm theory. InMicro Machine and Human Science, 1995. MHS'95., Proceedings of the Sixth International Symposium on 1995, (pp. 39-43). IEEE.
[15]. Reddy MJ, Singh VP. Multivariate modeling of droughts using copulas and meta-heuristic methods. Stochastic environmental research and risk assessment. 2014; 28(3):475-89.
[16]. Rakhecha PR. Probable maximum precipitation for 24-h duration over an equatorial region: Part 2-Johor, Malaysia. Atmospheric Research. 2007; 84(1):84-90.
[17]. Khalili K, Tahoudi MN, Mirabbasi R, Ahmadi F. Investigation of spatial and temporal variability of precipitation in Iran over the last half century. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2016; 30(4):1205-21.
[18]. Zahedianfar F, Ghorbani Kh, Meftah Halaghi M, Abdolhosseini m, and Dehghani A. Flood Frequency Analysis on the basis of extreme values theory (Case study: Arazkuseh hydrometric station, Golestan). Journal of Water and Soil Conservation. 2015; 22(3): 115-135. [Persian]
[19]. Zhang Q, Chen YD, Chen X, Li J. Copula-based analysis of hydrological extremes and implications of hydrological behaviors in the Pearl River basin, China. Journal of Hydrologic Engineering. 2011;16(7): 598-607.
[20]. Hosking JR, Wallis JR. The effect of intersite dependence on regional flood frequency analysis. Water Resources Research. 1988; 24(4): 588-600.
[21]. Nelsen RB. An introduction to copulas. Springer Science & Business Media. 2007.
[22]. Eberhart R, Simpson P, Dobbins R. Computational intelligence PC tools. Academic Press Professional, Inc. 1996.
[23]. Shi Y, Eberhart RC. Parameter selection in particle swarm optimization. InInternational Conference on Evolutionary Programming 1998 Mar 25 (pp. 591-600). Springer Berlin Heidelberg.
[24]. Hamed Ensaniyat, N. Daily Runoff Simulation Using the PSO Algorithm in Catchment Model Optimization. Msc Thesis. 2013. [Persian]
[25]. Nash JE, Sutcliffe JV. River flow forecasting through conceptual models part I—A discussion of principles. Journal of hydrology. 1970; 10(3): 282-90.
[26]. Yue S, Rasmussen P. Bivariate frequency analysis: discussion of some useful concepts in hydrological application. Hydrological Processes. 2002; 16(14):2881-98.
 
 
دوره 4، شماره 2
تیر 1396
صفحه 315-329
  • تاریخ دریافت: 05 بهمن 1395
  • تاریخ بازنگری: 14 اسفند 1395
  • تاریخ پذیرش: 25 اسفند 1395
  • تاریخ اولین انتشار: 01 تیر 1396
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1396