توصيفگر ها :
كاپيولا , سيلاب , توزيع حاشيهاي , تحليل فراواني چهار متغيره , دوره بازگشت
چكيده فارسي :
سيل يك پديده حدي و چندمتغيره است كه م يتواند خسارات گستردهاي به جوامع انسان ي و م حيطز يست وارد كند. تحليل فراوان ي سيلاب براي
مديريت منابع آب و كاهش اثرات مخرب آن ضروري است. دب ي اوج، حجم و تداوم از مهمترين مشخصههاي اين پديده محسوب م يشوند. در
حال ي كه اغلب پژوهشهاي قبل ي بر اي ن سه متغير متمركز بودهاند، در ا ين مطالعه حداكثر بارش روزانه طي دورههاي س يل نيز بهعنوان يك ي از
متغيرها ي كلي دي از جنس متغيرهاي اقليم ي به عنوان عامل اصلي ايجاد سيل در نظر گرفته شده است. هدف اين پژوهش، تحليل فراوان ي چهارمتغيره
سيلا ب با استفاده از توابع مفصل براي مد لسازي وابستگ ي بين متغيرها ي س يلاب ي است. مدل پيشنهاد ي در حوضه آبريز كارون 4 ط ي دوره 2011
تا 2023 ميلادي، با بهر هگيري از تركيبات چندمتغيره همگن_ متقارن توسعه داده شده است. براي اين منظور، دادههاي ه يدرومتري و هواشناس ي از
ايستگاه هيدرومتري سد كارون 4 و 9 ايستگاه سينوپتيك موجود در اين حوضه مورد بررس ي قرار گرفت. در ادامه توابع توزيع حاشيهاي متناسب
با هر يك از متغي رها بر مبناي آزمو نهاي آماري نيكويي برازش مشخص شد . سپس با استفاده از توابع كاپيولي ارشميدسي به مدل سازي
همبستگي چند متغيره سيلاب پرداخته شد و بهترين ساختار كاپيول براي هر تركيب ممكن از متغي رها با استفاده از معيارهاي ارزياب ي آماري
مشخص ش د. در نهايت تحليل فراواني سيلاب به صورت د و، سه و چهار متغيره با محاسبه احتمالت ودوره بازگشتهاي Bayesian و Akaike
مشترك در سه حالت عطفي، فصلي و شرط ي انجام شد و به تجزيه و تحليل و مقايسه بين آ نها مبادرت گرديد. نتايج نشان داد، در مدل سازي دو
درآزمون نيكويي برازش، خانوادههاي گامبل هوگارد براي اوج-حجم واوج- Bayesian و Akaike متغيره با در نظر گرفتن كمترين ميزان
4 وعلي_ميكاييل_حق براي حجم - / 0 و 5 / 1، فرانك براي اوج-حداكثر بارش روزانه و حجم-تداوم باپارامترهاي 99 / 2 و 06 / تداوم با پارامترهاي 29
0 به عنوان بهترين كاپيولي دو متغيره برگزيده شدند. همچنين در مدل / 0 و 68 / حداكثر بارش روزانه و تداوم-حداكثر بارش روزانه با پارامترهاي 7
درآزمون نيكويي برازش، خانوادههاي گامبل براي اوج-حجم-تداو م Bayesian و Akaike سازي سه متغيره با در نظر گرفتن كمترين ميزان
-0/ 1، علي_ميكاييل_حق براي حجم-تداوم-حداكثر بارش روزانه با پارامتر 999 / 1 و 156 / واوج-حجم-حداكثر بارش روزانه با پارامترهاي 369
1 به عنوان بهترين كاپيولي سه متغيره برگزيده شدن د. در ادامه نتايج نشان داد كه بهترين / وجو براي تداوم-اوج-حداكثر بارش روزانه با پارامتر 034
براي تركيب اوج-حجم-تداوم-حداكثر بارش روزانه ، Bayesian و Akaike ساختار كاپيول چهار متغيره بر اساس آزمونهاي نيكويي برازش
تابع مفصل فرانك با پارامتر همبستگي 1.33 م يباشد. همچنين افزايش تعداد متغيرها براي تحليل فراواني به سبب افزايش دقت مدل سازي،
طراح يهاي هيدروليكي در آينده را اقتصادي تر خواهند كرد و با افزايش تعداد متغيرها ميزان سختگيري شرايط در حالت مختلف عطفي، فصلي
و شرطي افزايش يافته و دوره بازگشت ها طولني تر م يشوند. در حالت فصلي احتمال وقوع سيلابهاي تشخيصي نسبت به عطفي وعطفي نسبت
3 و 4 متغيره بالتر بوده وبه تبع آن دوره بازگشتها داراي طول زمان ي كم تري مي باشند. از كاربردهاي اين ، به شرط ي در هر يك از حالت 2
پژوهش م يتوان به استفاده از نتايج آن در طراحي سازههاي هيدروليكي با دقت بالتر، بهبود سامانههاي هشدار سيل با تكيه بر تحليل چندمتغيره و
در نهايت كاهش ريسك سيلاب و خسارات ناشي از آن از طريق درك بهتر رفتار مشترك متغيرهاي مؤثر در وقوع سيلاب اشاره كرد.
چكيده انگليسي :
Flooding is a complex and multivariate extreme phenomenon that can cause extensive damage to human societies
and the environment. Flood frequency analysis is essential for water resource management and mitigating its
destructive impacts. Peak discharge, volume, and duration are among the most critical characteristics of this
phenomenon. While most previous studies have focused on these three variables, this research also considers the
maximum daily rainfall during flood events as a key climatic variable and a primary driver of floods. The objective
of this study is to perform a four-variable flood frequency analysis using copula functions to model the dependence
between flood variables. The proposed model was developed for the Karun 4 river basin from 2011 to 2023,
employing homogeneous and symmetric multivariate compositions. For this purpose, hydrometric and
meteorological data from the Karun 4 Dam hydrometric station and nine synoptic stations within the basin were
examined. First, appropriate marginal distribution functions for each variable were identified based on goodnessof-
fit statistical tests. Subsequently, Archimedean copula functions were used to model the multivariate correlation
of flood variables, and the best copula structure for every possible variable combination was selected using the
Akaike (AIC) and Bayesian (BIC) information criteria. Finally, bivariate, trivariate, and quadrivariate flood
frequency analyses were conducted by calculating joint probabilities and return periods in three scenarios: or,
and, and conditional. The results were then analyzed and compared. The findings indicated that for bivariate
modeling, the Gumbel-Hougaard family (with parameters 2.29 and 1.06) for peak-volume and peak-duration pairs,
the Frank copula (with parameters 0.99 and 4.5) for peak-max daily rainfall and volume-duration pairs, and the
Ali-Mikhail-Haq copula (with parameters 0.7 and 0.68) for volume-max daily rainfall and duration-max daily
rainfall pairs were selected as the best bivariate copulas based on the lowest AIC and BIC values.In trivariate
modeling, the Gumbel family (with parameters 1.369 and 1.156) for peak-volume-duration and peak-volume-max
daily rainfall combinations, the Ali-Mikhail-Haq copula (with parameter -0.999) for volume-duration-max daily
rainfall, and the Joe copula (with parameter 1.034) for duration-peak-max daily rainfall were chosen as the best
trivariate copulas. Furthermore, the results showed that the best four-variable copula structure for the peak-volumeduration-
max daily rainfall combination, based on AIC and BIC goodness-of-fit tests, is the Frank copula with a
correlation parameter of 1.33.Moreover, increasing the number of variables in frequency analysis leads to more
economical future hydraulic designs due to enhanced modeling accuracy. As the number of variables increases, the
strictness of conditions in the or, and, and conditional scenarios also increases, resulting in longer return periods.
In the or scenario, the probability of diagnostic floods was higher than in the and scenario, and the and scenario
was higher than the conditional scenario for all 2, 3, and 4-variable cases; consequently, the return periods were
shorter.
Applications of this research include its use in designing hydraulic structures with higher precision, improving
flood warning systems based on multivariate analysis, and ultimately reducing flood risk and its associated damages
through a better understanding of the joint behavior of variables influencing flood occurrence.