نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ساسان امینی ¹
• رفعت زارع بیدکی ²
• رسول میرعباسی ³
• مریم شفایی ⁴

¹ گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین دانشگاه شهرکرد

² گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد

³ گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد

⁴ وزارت نیرو

چکیده

تحلیل خطر سیل، از اهمیت بسزایی در طراحی و برنامه ریزی جهت کاهش خسارت‌های ناشی از وقوع سیل برخوردار است. سیل پدیده‌ای چندبعدی است که با مشخصه های وابسته بهم توصیف می شود. لذا لازم است همه مشخصه‌های آن به صورت همزمان تحلیل شود تا برآورد دقیقتری از ریسک وقوع آن به دست آید. در این مطالعه، تحلیل دو و سه متغیره سیلاب در حوضه آبخیز بازفت واقع در استان چهارمحال و بختیاری انجام شد. به این منظور، سه مشخصه سیل شامل حجم سیل (V)، زمان تداوم سیل (D)، و دبی اوج سیل (P)، از 98 رخداد ثبت شده در ایستگاه هیدرومتری این حوضه استخراج شد. توابع مفصل تودرتو برای مدل کردن ساختار وابستگی این سه متغیر انتخاب شد. شش تابع مفصل کلایتون، جویی، فرانک، تی استیودنت، گوسی و گامبل برای پیوند دو و سپس سه متغیر یاد شده استفاده شد. در نهایت، با استفاده از توزیع توام بدست آمده، دوره بازگشت های توام اولیه، ثانویه و شرطی محاسبه شد. بر اساس آزمون کلموگروف- اسمیرنوف مناسبترین توزیع حاشیه‌ای برای داده‌های حجم سیل، دبی اوج سیل و زمان تداوم سیل بترتیب لوگ گاما، ویبول و لوگ نرمال تعیین شدند. دو متغیر دبی اوج و حجم سیل بهترین زوج برای ایجاد تابع توزیع دومتغیره هستند که در مرحله بعد با متغیر سوم، یعنی زمان تداوم سیل، پیوند داده شدند. مقایسه توزیع های چندمتغیره ایجاد شده با مفصل تجربی متناظر نشان داد که در پیوند دومتغیره PV، مفصل فرانک (NSE=0.996) و در پیوند سه متغیره PVD، مفصل گامبل (NSE=0.978) بهترین برازش را بر داده‌های مشاهداتی داشتند. مقایسه مقادیر چندک متغیرهای سیل برای دوره‌های مختلف بازگشت تک متغیره، دومتغیره و سه متغیره متناظر در حالت‌های AND و OR در حوضه بازفت نشان داد که مقدار دوره بازگشت ثانویه محاسبه شده، از حالت AND متناظر آن کوچکتر و از حالت OR متناظر آن بزرگتر می‌باشد. همچنین مقایسه دوره بازگشت‌های شرطی توام نشان داد که دوره‌های بازگشت شرطی نوع دوم (یعنی دوره بازگشت وقوع یک متغیر سیل به شرط وقوع دو متغیر دیگر سیل) از مقادیر مربوط به نوع اول (یعنی دوره بازگشت وقوع دو متغیر داده شده به شرط وقوع متغیر سوم) بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

• دوره بازگشت توام ثانویه
• دوره بازگشت شرطی
• مفصل ارشمیدسی
• مفصل تودرتو
• مفصل نیمه‌بیضوی

موضوعات

• آب های سطحی

عنوان مقاله [English]

Multivariate Flood Risk Analysis Using Nested Copula Functions in Bazoft Watershed

نویسندگان [English]

• Sasan Amini ¹
• Rafat Zare Bidaki ²
• Rasoul Mirabbasi ³
• Maryam Shafaei ⁴

¹ Faculty of Natural resources and earth sciences, shahrekord University

² Natural Resources and Earth Sciences Faculty, Shahrekord University

³ Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University

⁴ Iran ministry of energy

چکیده [English]

The flood risk analysis is of great importance in designing and planning to reduce flood damages. Flood is a multidimensional phenomenon that is described with correlated characteristics. Therefore, it is necessary to analyze all its characteristics simultaneously to obtain a more accurate estimate of the risk of its occurrence. In this paper, bivariate and trivariate flood frequency analysis were done in Bazoft watershed of Chaharmahal and Bakhtiari Province, Iran. For this purpose, three characteristics of flood, including flood volume (V), flood duration (D), and flood peak discharge (P) were extracted from 98 events recorded in the hydrometric station of this watershed. Nested copula functions were used to analyze the dependency structure of these three variables. Six copula functions of Clayton, Joe, Frank, t-Student, Gaussian and Gumbel were used to join the two and then the three variables. Finally, according to the obtained joint distributions, the primary, secondary and conditional joint return periods were calculated. Based on the Kolmogorov-Smirnov test, the most appropriate marginal distributions for the data of flood volume, peak flood discharge and flood duration were determined as Log-gamma, Weibull and Log-normal, respectively. The two variables of peak discharge and flood volume are the best pair to create a bivariate distribution, which were then joined with the third variable, the flood duration. Compared to the corresponding empirical copula, the Frank copula is specified as the best for PV pair (NSE = 0.996) and the Gumbel copula (NSE = 0.978) is the best option for PVD variables. Comparison of the flood variable quantiles for the univariate, bivariate and trivariate return periods corresponding to the AND and OR modes in the Bazoft watershed showed that the value of the secondary return period was less than the corresponding AND mode of that period and greater than the corresponding OR mode. Also, by comparing the period of joint conditional return period, it can be seen that the conditional return periods of the second type (i.e. the return period of the occurrence of one flood variable provided that two other flood variables occur) is greater than the values of the first type (i.e. the return period of two variables provided the third variable occurs).

کلیدواژه‌ها [English]

• Archimedean copula
• Conditional return period
• Meta-elliptical Copula
• Nested copula
• Secondary return period