نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

انتخاب توزیع احتمال بهینه برای تحلیل فراوانی حداکثر دبی جریان در حوضه آبریز بلوچستان جنوبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
حمید نظری پور
محسن حمیدیان پور
گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.
چکیده
تحلیل فراوانی سیلاب، روشی مستقیم برای برآورد فراوانی سیلاب در یک مکان خاص است. انتخاب بهینه توزیع احتمال و روش برآورد پارامترها برای تحلیل فراوانی سیلاب اهمیت زیادی دارد. حوضه آبریز بلوچستان جنوبی اغلب سیل‌های ویرانگر را متحمل و به دلیل غیرقابل پیش‌بینی بودن بزرگی سیل، چالش‌های مهمی را برای مدیریت سیل ایجاد نموده است. تجزیه و تحلیل فراوانی سیلاب می‌تواند یک راهکار مؤثر برای برنامه‌ریزی و کاهش اثرات سیلاب باشد. این مطالعه تمرکز بر حل این چالش با استفاده از تجزیه و تحلیل کمّی دقیق از داده‌های حداکثر دبی جریان در بلندمدت (2018-1972) دارد. هدف اصلی یافتن مناسب‌ترین توزیع احتمال در ایستگاه‌های هیدرومتری مختلف حوضه آبریز بلوچستان جنوبی برای مدیریت صحیح سیل است. داده‌های بازسازی‌شده از جریان روزانه رودخانه در هفت ایستگاه هیدرومتری، اساس این پژوهش می‌باشد. تحلیل حاضر از مدل‌های توزیع مقادیر حدی تعمیم‌یافته (GEV)، توزیع لگاریتم پیرسون تیپ سه (LP3)، توزیع گاما (GAMMA)، توزیع گمبل (GUM) و توزیع لگاریتم نرمال سه پارامتری (LN3) برای تخمین چندک‌های سیلاب در دوره بازگشت‌های مختلف استفاده نموده است. برآورد پارامترهای توزیع‌های احتمال از روش‌های برآورد درستنمایی بیشینه (MLE) و گشتاور خطی (LM) انجام و عملکرد این توزیع‌ها براساس آزمون‌های نیکویی برازش و معیارهای دقت ارزیابی شده است. نتایج نشان داده است که در اغلب ایستگاه‌های آب‌سنجی، به ترتیب توزیع‌های GEV و LP3 با روش برآورد LM موفق‌تر بوده‌اند. این توزیع‌های بهینه برای پیش‌بینی حداکثر دبی جریان در دوره‌های بازگشت مختلف استفاده شده است. با ملاحظه دبی مازاد در دوره بازگشت‌های طولانی‌تر نیاز به استراتژی‌های مدیریت سیلاب افزایش یافته وجود دارد
کلیدواژه‌ها
تحلیل فراوانی سیلاب
توزیع احتمال
دوره بازگشت
حداکثر دبی جریان

عنوان مقاله English

Selecting the best probability distribution for frequency analysis of maximum streamflow discharge in the southern baluchestan basin, Iran

نویسندگان English

Hamid Nazaripour
Mohsen Hamidianpour
Department of Physical Geography, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده English

Flood frequency analysis is a direct method of estimation of flood frequency at a particular site. The appropriate selection of probability distribution and a parameter estimation method are important for flood frequency analysis. The Southern Baluchestan Basin (SBB) has frequently endured devastating floods, presenting significant challenges for flood management due to unpredictable flood magnitudes and limited pre-disaster preparedness. Flood frequency analysis serves as a valuable approach for the planning and reduction of flood-related impacts. This research seeks to address these challenges by utilizing a comprehensive quantitative analysis of annual peak discharge data spanning a 47-year timeframe from 1972 to 2018. The primary objective is to identify the most suitable probability distribution across various hydrometric stations within the SBB to facilitate effective flood management. Reconstructed data derived from daily streamflow at seven sites serve as the foundation for this research. Generalized Extreme Value (GEV), Log Pearson type-III (LP3), Gamma (GAMMA), Gumbel (GUM) and three-parameter log-normal (LN3) distributions have been considered to describe the annual maximum steamflow at seven gauging sites of SBB in Iran. The parameters of distributions are estimated using maximum likelihood estimation and L-moments methods. The effectiveness of these distributions is evaluated through goodness-of-fit tests and accuracy metrics. At most sites, the GEV and LP3 distributions were more successful with the LM estimation method. Finally, the most suitable distribution at each site is used to predict the maximum flood magnitude for different return periods. The findings indicate that the SBB cannot accommodate excess discharge for return periods of 5 years or more, underscoring the need for enhanced flood management strategies.

کلیدواژه‌ها English

Flood Frequency Analysis
Probability Distribution
Return Period
Maximum Flood Discharge (MFD)
پهلوان هاشمی، س. م.، شعبانی گورجی، ک. و رهنما راد، ج .1400. تحلیل ویژگی‌های بافتی رسوبات رودخانه سرباز و برآورد رسوبی رودخانه در حوضه آبخیز سد پیشین، شرق استان سیستان و بلوچستان، جغرافیا و برنامه‌ریزی منطقه‌ای. 12(1): 667-653.
رستمی کامرود، م.، شامحمدی حیدری، ز.، حقیقت جو، پ. و مقدم‌نیا، ع.1390. تحلیل منطقه‌ای فراوانی سیلاب با استفاده از روش گشتاورهای خطی برای حوضه‌های آبخیز استان گیلان،  فصلنامه علمی مهندسی منابع آب. 4(9): 50-39.
معروفی، ص.، نوروز ولاشدی، ر. و گلکار.، ف. 1396. مدل­سازی و پیش­بینی بارش ماهانه در حوضه آبریز بلوچستان جنوبی، تحقیقات جغرافیایی. 32(1): 162-149.  
Ahmad, I., Fawad, M. and Mahmood, I. 2015. At-Site Flood Frequency Analysis of Annual Maximum Stream Flows in Pakistan Using Robust Estimation Methods. Polish Journal of Environmental Studies. 24(6):2345-2353
Ahmed, A., Yildirim, G., Haddad, K. and Rahman, A. 2023. Regional flood frequency analysis: A bibliometric overview. Water. 15(9):1658.
Alam, A., Bhat, M. S., Farooq, H., Ahmad, B., Ahmad, S. and Sheikh, A. H. 2018. Flood risk assessment of Srinagar city in Jammu and Kashmir, India. International Journal of Disaster Resilience in the Built Environment. 9(2):114-129.
Amin, M. T., Rizwan, M. and Alazba, A. A. 2016. A best-fit probability distribution for the estimation of rainfall in northern regions of Pakistan. Open Life Sciences. 11(1):432-440.
Archer, D. R., Leesch, F. and Harwood, K. 2007. Assessment of severity of the extreme River Tyne flood in January 2005 using gauged and historical information. Hydrological Sciences Journal. 52(5):992-1003.
Aryanmanesh, J., Nazaripour, H., Mahmoodi, P. and Khosravi, P. 2024. Reconstruction of Missing Daily Streamflow Data using the MissForest Algorithm in Southern Baluchestan Basin, Iran. Journal of Watershed Management. 15(2):49-64.
Bhat, M. S., Ahmad, B., Alam, A., Farooq, H. and Ahmad, S. 2019. Flood hazard assessment of the Kashmir Valley using historical hydrology. Journal of Flood Risk Management. 12:e12521.
Brázdil, R., Kundzewicz, Z. W. and Benito, G. 2006. Historical hydrology for studying flood risk in Europe. Hydrological Sciences Journal. 51(5):739-764.
Castellarin, A., Kohnová, S., Gaál, L., Fleig, A., Salinas, J. L., Toumazis, A., Kjeldsen, T. R. and Macdonald, N. 2012. Review of applied statistical methods for flood frequency analysis in Europe: WG2 of COST action ES0901.
Coronado-Hernández, Ó. E., Merlano-Sabalza, E., Díaz-Vergara, Z. and Coronado-Hernández, J. R. 2020. Selection of hydrological probability distributions for extreme rainfall events in the regions of Colombia. Water. 12(5):1397.
Douglas, E. M., Vogel, R. M. and Kroll, C. N. 2000. Trends in floods and low flows in the United States: impact of spatial correlation. Journal of Hydrology. 240(1-2):90-105.
Drissia, T. K., Jothiprakash, V. and Anitha, A. B. 2019. Flood frequency analysis using L moments: a comparison between at-site and regional approach. Water Resources Management. 33:1013-1037.
Eslamian, S. S. and Feizi, H. 2007. Maximum monthly rainfall analysis using L-moments for an arid region in Isfahan Province, Iran. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 46(4):494-503.
Hire, P. S. 2000. Geomorphic and hydrologic studies of floods in the Tapi basin (Doctoral dissertation). https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29414.86084.
Hosking, J. R. 1990. L-moments: analysis and estimation of distributions using linear combinations of order statistics. Journal of the Royal Statistical Society Series B: Statistical Methodology. 52(1):105-124.
Hu, J., Liao, X., Vardanyan, L. G., Huang, Y., Inglett, K. S., Wright, A. L. and Reddy, K. R. 2020. Duration and frequency of drainage and flooding events interactively affect soil biogeochemistry and N flux in subtropical peat soils. Science of the Total Environment. 727:138740.
Kite, G. W. 1977. Frequency and risk analyses in hydrology. Water Resources Publications, 224.
Laio, F. 2004. Cramer–von Mises and Anderson‐Darling goodness of fit tests for extreme value distributions with unknown parameters. Water Resources Research. 40(9). 1-10.
Lee, C. 2005. Application of rainfall frequency analysis on studying rainfall distribution characteristics of Chia-Nan plain area in Southern Taiwan. Crop Environ. Bioinf. 2(1):31-38.
Meylan, P., Favre, A. C. and Musy, A. 2012. Predictive hydrology: a frequency analysis approach. CRC Press, Boca Raton.
Mishra, B. K., Kobayashi, K., Murata, A., Fukui, S. and Suzuki, K. 2024. Hydrologic modeling and flood-frequency analysis under climate change scenario. Modeling Earth Systems and Environment, 10(4):5621-5633.
Murtaza, D., Roshni, T. and Himayoun, D. 2022. The investigation of runoff variations and the flood frequency estimates of the Jhelum River, India. Sustainable Water Resources Management. 8(3):60.
Nelder, J. A. and Mead, R. 1965. A simplex method for function minimization. The Computer Journal. 7(4):308-313.
Nguyen, T. H., El Outayek, S. and Lim, S. H. 2017. A systematic approach to selecting the best probability models for annual maximum rainfalls–A case study using data in Ontario (Canada). Journal of Hydrology. 553:49-58.
Ogunlela, A. O. 2001. Stochastic analysis of rainfall events in Ilorin, Nigeria. Journal of Agricultural Research and Development. 1(1):39-50.
Opere, A. O., Mkhandi, S. and Willems, P. 2006. At site flood frequency analysis for the Nile Equatorial basins. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 31(15-16):919-927.
Pan, X., Rahman, A., Haddad, K., Ouarda, T. B. and Sharma, A. 2023. Regional flood frequency analysis based on peaks-over-threshold approach: A case study for South-Eastern Australia. Journal of Hydrology: Regional Studies. 47:101407.
Peel, M. C., Wang, Q. J., Vogel, R. M. and McMahon, T. A. 2001. The utility of L-moment ratio diagrams for selecting a regional probability distribution. Hydrological Sciences Journal. 46(1):147-155.
Rahman, A. S., Rahman, A., Zaman, M. A., Haddad, K., Ahsan, A. and Imteaz, M. 2013. A study on selection of probability distributions for at-site flood frequency analysis in Australia. Natural Hazards. 69:1803-1813.
Ramasamy, M., Nagan, S. and Kumar, P. S. 2022. A case study of flood frequency analysis by intercomparison of graphical linear log-regression method and Gumbel's analytical method in the Vaigai river basin of Tamil Nadu, India. Chemosphere. 286:131571.
Rizwan, M., Guo, S., Xiong, F. and Yin, J. 2018. Evaluation of various probability distributions for deriving design flood featuring right-tail events in Pakistan. Water. 10(11):1603.
Salas, J. D., Govindaraju, R. S., Anderson, M., Arabi, M., Francés, F., Suarez, W. and Green, T. R. 2014. Introduction to hydrology. Modern water resources engineering. 1-126.
Ul Hassan, M., Hayat, O. and Noreen, Z. 2019. Selecting the best probability distribution for at-site flood frequency analysis; a study of Torne River. SN Applied Sciences. 1(12):1629.
Vivekanandan, N. 2015. Frequency analysis of annual maximum flood discharge using method of moments and maximum likelihood method of gamma and extreme value family of probability distributions. International Journal of Mathematics and Computational Science. 1(3):141-146.
Wilson, D., Fleig, A. K., Lawrence, D., Hisdal, H., Pettersson, L. E. and 
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 19، شماره 2 - شماره پیاپی 111
خرداد و تیر 1404
صفحه 229-242