شماره راهنما :
1923 دكتري
پديد آورنده :
پرويزي، سعيده
عنوان :
بررسي شاخص خشكسالي تركيبي با استفاده از گشتاورهاي خطي چندمتغيره و توابع كاپولا
گرايش تحصيلي :
علوم و مهندسي آب
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
بيست، [237]ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
سعيد اسلاميان، مهدي قيصري
استاد مشاور :
عليرضا گوهري، سعيد سلطاني كوپائي
توصيفگر ها :
تحليل فراواني منطقهاي , خوشهبندي , همگني , خشكسالي تكمتغيره , خشكسالي چندمتغيره , شدت و مدت خشكسالي
استاد داور :
جهانگير عابدي كوپائي، شمس الله ايوبي، رسول ميرعباسي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/04/05
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/04/05
چكيده فارسي :
بررسي همگني منطقه¬اي با استفاده از مشخصه¬هاي تكمتغيره، گام مهمي در روش تحليل فراواني منطقه¬اي است؛ ليكن برخي پديدههاي هيدرولوژيك داراي چند مشخصه همبسته بوده كه نمي¬توان با روش¬هاي تك¬متغيره آنها را بررسي نمود. خشكسالي از جمله اين پديدهها ميباشد كه تعريف آنها بهصورت تكمتغيره براي ارزيابي خطرات، تصميمگيري و مديريت مناسب تأثيرگذار نخواهد بود. بنابراين در اين مطالعه، به بررسي تحليل فراواني منطقهاي دو مشخصه شدت و مدت خشكسالي بهصورت چندمتغيره با استفاده از شاخصهاي SPI (بارش استاندارد شده)، SEI (تبخير-تعرق استاندارد شده)، SSI (رطوبت خاك استاندارد شده) و SRI (رواناب استاندارد شده) در حوضه آبريز كرخه طي دوره آماري 1996 الي 2019 پرداخته شد. مشخصه¬هاي شدت و مدت شاخصهاي خشكسالي، با استفاده از روش گشتاورهاي خطي چندمتغيره و توابع كاپولا، توزيع توأم احتمال بين متغيرهاي بارش، تبخير-تعرق، رواناب و رطوبت خاك را محاسبه نموده و خشكساليهاي هواشناسي، كشاورزي و هيدرولوژيك را بهصورت همزمان مدنظر قرار دادند. در اين پژوهش، از دادههاي 100 ايستگاه در حوضه آبريز كرخه استفاده شد و اطلاعات مورد نياز براي محاسبه شاخصها، از سازمان هواشناسي كشور، شركت مديريت منابع آب ايران و سايت آژانس فضايي اروپا دريافت گرديد. حوضه با استفاده از روش خوشهبندي K-Means به چهار ناحيه گروهبندي شد. تحليل فراواني منطقهاي با استفاده از روش تحليل فراواني منطقهاي تكمتغيره و چندمتغيره پيشنهادي توسط هاسكينگ و واليس (1993) انجام گرفت. نتايج در حالت بررسي خشكسالي به صورت تكمتغيره در حوضه نشان داد كه توابع توزيع پيرسون نوع (3) و پارتو تعميم يافته براي بررسي مشخصه شدت و مدت دو شاخص خشكسالي SPI و SEI مناسب بوده و همگني حوضه از نظر شاخصهاي خشكسالي SPI و SEI قابلقبول ميباشد. همچنين، توابع توزيع پيرسون نوع (3)، پارتو تعميم يافته، نرمال تعميم يافته و لجستيك تعميم يافته براي بررسي مشخصه شدت و مدت دو شاخص خشكسالي SRI و SSI مناسب بوده؛ ليكن حوضه در خوشه سوم و چهارم از نظر شاخصهاي خشكسالي SRI و SSI ناهمگن ميباشد. نتايج بررسي خشكسالي به صورت چندمتغيره در حوضه حاكي از آن است كه تابع كاپولاي گامبل بهترين تابع كاپولاي قابل برازش بر منطقه ميباشد. همچنين، حوضه از نظر شدت شاخصهاي توأم خشكسالي SPI-SSI، SEI-SSI، SPI-SRI، SSI-SRI و SPI-SEI در تداومهاي توأم همگن قابلقبول و از لحاظ شدت شاخص توأم خشكسالي SEI-SRI، ناهمگن شناسايي شد. بيشترين همگني با آماره H_1 معادل مقدار 099/3- براي شاخص توأم SPI-SSI حاكي از آن است كه دو خشكسالي هواشناسي–كشاورزي بيشترين توافق را در حوضه مورد مطالعه با يكديگر داشتهاند. همچنين، محاسبه مقدار τ كندال منطقهاي نشان داد كه مقدار همبستگي بين خشكساليهاي هواشناسي–كشاورزي در حوضه آبريز كرخه بيش از خشكساليهاي هواشناسي–هيدرولوژيك ميباشد. به عبارتي نتايج تحليلي فراواني دومتغيره شاخص SEI-SRI نشان داد كه حوضه آبريز كرخه از لحاظ خشكساليهاي هواشناسي و هيدرولوژيك مستقل رفتار مي نمايد. در نهايت برآورد بزرگي انواع خشكساليهاي توأم و احتمال وقوع آنها نشان داد كه نواحي شمالي و جنوبي حوضه از خشكساليهاي كوتاه و پياپي با دوره¬هاي بازگشت 5 الي 20 سال رنج برده، ليكن نواحي شمال شرقي، شرقي، جنوب شرقي و جنوب غربي حوضه در معرض تهديد خشكسالي با دوره¬هاي بازگشت 20 الي 100 سال قرار خواهند گرفت. خشكساليها در مناطق فاقد دادههاي هواشناسي، از نظر احتمال توأم با استفاده از روش تحليل فراواني منطقهاي خشكسالي پيشنهاد شده در اين پژوهش، قابل پيشبيني ميباشند.
چكيده انگليسي :
Investigating regional homogeneity using univariate characteristics is an important step in the regional frequency analysis method; however, some hydrological phenomena have multivariate properties that cannot be studied by univariate methods. Droughts are one of these hazards that their definition as univariate will not be effective for risk assessment, decision making and management. Therefore, in this study, we investigate the regional frequency analysis of severity and duration of drought in a multivariate method using SPI (Standardized Precipitation Index), SEI (Standardized Evapotranspiration Index), SSI (Standardized Soil moisture Index) and SRI (Standardized Runoff Index) in the Karkheh river basin during the 1996-2019. Using multivariate linear moment methods and Copula functions, the severity and duration of drought indices calculated the probabilistic distributions between the rainfall, evapotranspiration, runoff and soil moisture, and considered meteorological, agricultural and hydrological droughts simultaneously. In this study, data from 100 stations in Karkheh river basin were used and the required information was received from the Meteorological Organization, Iran Water Resources Management Company and the European Space Agency site. The basin was clustered into four areas using K-Means clustering method. Regional frequency analysis was performed using the univariate and multivariate frequency analysis methods proposed by Hosking and Wallis. The results in the case of univariate drought study in the basin showed that Pearson type (3) and general Pareto distribution functions are suitable for characterizing the severity and duration of SPI and SEI and the basin is homogeneous in terms of SPI and SEI. Also, the Pearson type (3), general Pareto, general normal and general logistics distribution functions were suitable to evaluate the severity and duration of the SRI and SSI; However, the basin in the third and fourth clusters is heterogeneous in terms of SRI and SSI. The results of multivariate drought study in the basin indicate that the Gumbell Copula function is the best fitting copula in the region. Also, the basin was identified as homogeneous in terms of severity of SPI-SSI, SEI-SSI, SPI-SRI, SSI-SRI and SPI-SEI combined drought indices and heterogeneous in terms of SEI-SRI combined drought index. The highest homogeneity with the H1 equal to -3.099 for the combined SPI-SSI shows that the two meteorological-agricultural droughts had the most agreement with each other in the study basin. Also, the calculation of regional τ value of Kendall showed that the correlation between meteorological-agricultural droughts in Karkheh river basin is higher than meteorological-hydrological droughts. In other words, bivariate regional frequency analysis of SEI-SRI drought showed that Karkheh river basin is independent in terms of meteorological and hydrological droughts. Finally, estimates of the magnitude of droughts and their joint probability showed that the northern and southern parts of the basin experience short and consecutive droughts with a return periods of 5 to 20 years, but the northeastern, eastern, southeastern and southwestern areas of the basin will have severe drought with return periods of 20 to 100 years. Droughts in areas without meteorological data can be predicted in terms of joint probability using the method of frequency analysis of drought areas proposed in this study.
استاد راهنما :
سعيد اسلاميان، مهدي قيصري
استاد مشاور :
عليرضا گوهري، سعيد سلطاني كوپائي
استاد داور :
جهانگير عابدي كوپائي، شمس الله ايوبي، رسول ميرعباسي