برآورد و تحلیل عدم قطعیت حداکثر سیل محتمل (PMF) با استفاده از رویکرد ترکیبی شبیه سازی مونت کارلو و مدلسازی هیدرولوژیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار پژوهشکده هواشناسی

2 استادیارگروه مهندسی منابع آب دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

ابعاد خسارات حاصل از سیلاب­ها در سطح جهان، حساسیت بسیار بالای انتخاب سیل طراحی به‌منظور حفظ پایداری این تأسیسات و همچنین هدف‌گذاری برای کنترل و مدیریت سیلاب‌های محتمل را نشان می‌دهد. در این مطالعه، به  برآورد و تحلیل عدم قطعیت حداکثر سیل محتمل (PMF) حوضه آبریز رودخانه قمرود با توجه به اهمیت مسئله کنترل سیلاب در این منطقه پرداخته شده است. بدین منظور در  برآورد حداکثر سیل محتمل دو رویکرد کلی مد نظر قرار گرفت. در رویکرد اول از روش آماری و با توجه به ارتباط بین مقادیر بارش حداکثر و دبی حداکثر لحظه­ای سیلاب در دوره برگشت­های مختلف، مقادیرPMF متناظر با حداکثر بارش محتمل برآورد گردید. در روش آماری، با توجه به معادله خطی برازش داده شده بر مقادیر حداکثر بارش محتمل برآورد شده در منطقه و دبی حداکثر لحظه، مقادیر دبی حداکثر حدود 8/485 متر مکعب در ثانیه برآورد گردید.  در رویکرد دوم برآورد PMF بر اساس روش شبیه سازی هیدرولوژیکی و با استفاده از مدل بارش رواناب  HEC-1انجام گرفت. تحلیل عدم قطعیت نتایج حاصل از این رویکرد نیز با لحاظ کردن عدم قطعیت­های موجود در مدلسازی و داده­های ورودی انجام شد. بدین منظور دامنه و باند عدم قطعیت تغییرات هیدروگراف PMF، به ازای دامنه تغییرات و ترکیب­های مختلف از شرایط بحرانی در زمان وقوعPMp با استفاده از آنالیز عدم قطعیت نتایج حاصل از مدل شبیه سازی سیلاب حاصله از PMp به روش شبیه سازی مونت کارلو  انجام گردید. نتایج نشان داد مقدار حداکثر سیل محتمل در منطقه مطالعاتی در دامنه­ای بین432 تا 536 متر مکعب در ثانیه قرار خواهد گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of Probable Maximum Flood (PMF) and Uncertainty Analysis through a Synthetic Approach of Monte-Carlo Simulation and Hydrologic Modeling (Case Study: Qomroud Basin)

نویسندگان [English]

  • Ebrahim Fattahi 1
  • Abbas Ranjbar 1
  • majid delavri 2
1 1- Associate professor , ASMERC
2 Assistant professor of water resource faculty in Tarbiat modarres university
چکیده [English]

A wide spectrum of resulting damages from floods throughout the world, affirms the high importance of design flood determination in order to dam sustainability and targeting to control PMF. This investigation aims to estimate PMF and analyze its uncertainty on Qomroud river basin with respect to flood controlling importance in the region. Hence, for PMF estimation two general approaches are considered as follows: 1) By using statistics and correlation functions between maximum precipitation and maximum inflow values in different return periods, the PMFs corresponding to each PMP are estimated. In the statistical method, by linear regression for PMP and maximum inflow values, the PMF is estimated about 485.5 m3 /s. 2) The PMFs are estimated throughapplication of hydrologic simulation method and rainfall-runoff model by HEC-1.The uncertainty analysis of obtained results from the second approach has been processed by considering available uncertainties in the modeling and input datasets. For this purpose, amplitude and spectrum of uncertainty changes of PMF hydrograph corresponding to the range of changes and various compounds in critical time of PMP occurrence have been defined using uncertainty analysis of derived results through Monte-Carlo flood simulation model. The results indicated the PMF values on the study area will be in a range from 432 to 536 m3/s.

کلیدواژه‌ها [English]

  • probable maximum flood
  • statistic method
  • HEC-1 model
  • Monte-Carlo simulation
  • Qomroud basin
  1.  

    1. Abrishamchi, A., Ebrahimian, A., Tajrishi, M., Marino, M.A., 2005, Case study: Application of multicriteriadecision making to urban water supply. Journal of Water Resources Planning and Management. 131 (4), pp. 326–335.
    2. Ajami, N. K., Duan, Q., Gao, X., &Sorooshian, S., 2006, Multimodel combination techniques for analysis of hydrological simulations: Application to distributed model intercomparison project results. Journal of Hydrometeorology, 7(4), pp.755-768.
    3. Alfieri, L., Burek, P., Feyen, L., &Forzieri, G., 2015, Global warming increases the frequency of river floods in Europe. Hydrology and Earth System Sciences, 19(5), pp. 2247-2260.
    4. ASTER, G., 2009, Validation Team: ASTER Global DEM Validation–Summary Report. METI & NASA, 28.
    5. Chow. V.T., Maidment, D.R., Mays, L.W., 1998, Applied hydrology, McGraw-Hill book company.
    6. Eckhardt, K., Breuer, L., &Frede, H. G., 2003, Parameter uncertainty and the significance of simulated land use change effects. Journal of Hydrology, 273(1), pp.164-176.
    7. Fathian, H., 2010, Uncertainty analysis for amount and spatial-temporal distribution of precipitation in flood forecasting. Journal of sciences and watershed management engineering of Iran. 13(4), pp.1-14.
    8. FERC Hydropower PMF Guide, 2001, Determination of the Probable Maximum Flood. Chapter VIII.
    9. Hamed, k., Rao, A.R., 1999, Flood frequency analysis. CRC press
    10. Høybye, J., &Rosbjerg, D., 1999, Effect of input and parameter uncertainties in rainfall-runoff simulations. Journal of Hydrologic Engineering. 4(3), pp. 214-224.
    11. Iran ministry of Energy (department of engineering and technical standards of water and waste water), 2013, Instruction of calculation methods of PMF. Report No. 647.
    12. Kundzewicz, Z. W., Kanae, S., Seneviratne, S. I., Handmer, J., Nicholls, N., Peduzzi, P., & Muir-Wood, R., 2014, Flood risk and climate change. Global and regional perspectives. Hydrological Sciences Journal, 59(1), pp.1-28.
    13. Lester B. Lave, Daniel Resendiz-Carrillo, Francis C. Mcmichael., 1990, Safety goals for high-hazard dams: Are dams too safe? , Water Resources Researche. 26 (7), pp. 1383–1391.
    14. Martz, H. F., & Duran, B. S., 1985, a comparison of three methods for calculating lower confidence limits on system reliability using binomial component data. IEEE Transactions on Reliability, 34(2), pp. 113-120.
    15. Maskey, S., Guinot, V., Price, R. K., 2003, Propagation of precipitation uncertainty through a flood forecasting model. International Association of Hydrological Sciences, Publication, (282), pp. 93-100.
    16. Maskey, S., Guinot, V., & Price, R. K., 2004, Treatment of precipitation uncertainty in rainfall-runoff modeling: a fuzzy set approach. Advances in Water Resources, 27(9), pp.889-898.
    17. Micovic, Z., Schaefer, M. G., & Taylor, G. H., 2015, Uncertainty analysis for probable maximum precipitation estimates. Journal of Hydrology, 521, pp.360-373.
    18. Newton, D. W., 1983, Realistic assessment of maximum flood potentials. ASCE, 109(6), pp.905-918.
    19. Paimazd, Sh., Saeid Morid, Hoshang Ghaemi, 2006, Probable maximum flood calculation, in lacking of statistical datasets. Scientific Journal of Agriculture, 29 (4), pp. 33-44.
    20. Rahman, A. et al., 2013, a study on selection of probability distributions for at-site flood frequency analysis in Australia. Natural Hazards, 69 (3), pp.1803-1813.
    21. Safavi, H., 2009, Hydrology engineering. 2th edition of book, Arkan-e-Danesh publishers, Isfahan, Iran.

    Woodbury, M.S., Eberlein, D. T., Pansic, N., 1994, Minimizing the probable maximum flood. Civil engineering (New