تحلیل عدم قطعیت منحنی‌های دبی-‌ اشل در رودخانه‌‌ها

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

رابطه‌ دبی-‌ اشل، یکی از مهم ­ترین اطلاعات ورودی در مدل‌های هیدرولیکی و هیدرولوژیکی است که می‌تواند در کنترل سیلاب و مدیریت منابع آب مورداستفاده قرار بگیرد. برای به­ دست آوردن این رابطه اطلاعات هندسی و هیدرولیکی مقطع رودخانه موردنیاز است. یکی از این اطلاعات ضریب زبری مانینگ است که برای محاسبه‌ این ضریب رابطه‌ دقیقی وجود ندارد و بنا بر تجربه‌ شخصی و جداول مرجع تخمین زده می‌شود. علاوه بر پارامتر زبری، عوامل مختلفی مانند برون­یابی منحنی دبی-‌ اشل و خطای اندازه‌گیری مستقیم دبی می‌تواند در تخمین نتایج اثرگذار باشد. هدف اصلی در این مقاله، تحلیل عدم قطعیت با روش ارزیابی انحراف مقادیر اندازه‌گیری شده در ایستگاه‌ها و منحنی دبی-‌ اشل پیشنهادی در رودخانه‌ها است. اساس روش تخمین منحنی‌های دبی-‌ اشل در این پژوهش مبتنی بر مفهوم کنتورهای بی‌بعد مقطع در روش اندازه‌گیری تک‌نقطه‌ای سرعت، SPM  می‌باشد. بنابراین برای اولین بار به بررسی عدم قطعیت در این روش پیشنهادی پرداخته می‌شود تا میزان کیفیت تخمین‌ها مورد ارزیابی قرار بگیرد. برای بررسی عدم قطعیت کلی در منحنی دبی-‌ اشل از اطلاعات زبری در رودخانه‌ها‌ی نازلی چای در ایران، مین در انگلستان و کلرادو در آرژانتین استفاده می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که هر چه دقت تعیین ضریب زبری به­ عنوان پارامتر ورودی بیشتر باشد، عدم ‌قطعیت در تخمین دبی کاهش خواهد یافت و کیفیت سنجش‌ها افزایش پیدا خواهد کرد. همچنین متوسط عدم قطعیت کلی بر مبنای سه داده‌ مشاهداتی مرجع در رودخانه‌های نازلی‌چای، مین و کلرادو به‌ترتیب در حدود 3/24، 1/33 و 5/42 درصد محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Uncertainty Analysis of Stage-Discharge Rating Curves In Rivers

نویسندگان [English]

  • Sajjad Mohammadzade Vatanchi
  • Mahmoud Maghrebi
Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
چکیده [English]

The primary purpose of this paper is to analyze the uncertainty by assessing gauging deviations of the stage-discharge rating curve in rivers. In this research, the basis of the estimation of the rating curve is the concept of isovel contours in the Single Point Measurement method (SPM). Observed data in the Nazli-chai River in Iran, Main River in England and Colorado River in Argentina are used to investigate the global uncertainty in the rating curve estimation. The results can be used to improve flood control and water resource management.

کلیدواژه‌ها [English]

  • River
  • Stage- discharge rating curve
  • uncertainty
  • isovel contours
  • Manning’s Roughness Coefficient
بهمنش ج، مصطفوی س، زمان ­زاد قویدل س، "استفاده از محاسبات نرم در پیش‌بینی و برآورد دبی جریان و بررسی جریان زیست­ محیطی (مطالعه موردی: رودخانه خرخره‌چای)"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1396، 47 (3)، 22-9.‎
Abril JB, Knight DW, “Stage-discharge prediction for rivers in flood applying a depth-averaged model”, Journal of Hydraulic Research, 2004, 42 (6), 616-629.
Di Baldassarre G, Montanari A, “Uncertainty in river discharge observations: a quantitative analysis”, Hydrology and Earth System Sciences, 2009, 13, 913-921.
Chen Y, Yen BC, “Resistance coefficient for compound channels”, Hydraulic Information Management, 2002, 52 (May), 153-1161.
Coxon G, Freer J, Westerberg IK, Wagener T, Woods R, Smith PJ, “A novel framework for discharge uncertainty quantification applied to 500 UK gauging stations”, Water Resources Research, 2015, 51 (7), 5531-5546.
Dymond JR, Christian R, “Accuracy of discharge determined from a rating curve”, Hydrological Sciences Journal, 1982, 27 (4), 493-504.
European ISO EN Rule 748 “Measurement of Liquid Flow in Open Channels- Velocity- area Methods”, Reference Number ISO748: 1997 (E), International Standard’ 1997.
Guerrero JL, Westerberg IK, Halldin S, Xu CY, Lundin LC, “Temporal variability in stage-discharge relationships”, Journal of Hydrology, 2012, 446-447, 90-102.
Herschy RW, “Streamflow Measurement”, Taylor & Francis. CRC Press, 2009.
Knight DW, Hazlewood C, Lamb R, Samuels PG, Shiono K, “Practical channel hydraulics: Roughness”, Conveyance and Afflux. CRC Press, 2010.
Joel L, Mietton M, Najib H, Philippe G, “Rating curve modelling with Manning’s equation to manage instability and improve extrapolation”, Hydrological Sciences Journal, 2000, 45 (5), 739-750.
Maghrebi MF, “Application of the single point measurement in discharge estimation”, Advances in Water Resources, 2006, 29 (10), 1504-1514.
Maghrebi MF, Ahmadi A, Attari M, Maghrebi RF, “New method for estimation of stage-discharge curves in natural rivers”, Flow Measurement and Instrumentation, Elsevier, 2016, 52, 67-76.
Maghrebi MF, Kavousizadeh A, Maghrebi RF, Ahmadi A, “Stage-discharge estimation in straight compound channels using isovel contours”, Hydrological Processes, 2017, 31 (22), 3859-3870.
McMillan H, Freer J, Pappenberger F, Krueger T, Clark M, “Impacts of uncertain river flow data on rainfall-runoff model calibration and discharge predictions”, Hydrological Processes, 2010, 24 (10), 1270-1284. McMillan HK, Westerberg IK, “Rating curve estimation under epistemic uncertainty”, Hydrological Processes, 2015, 29 (7), 1873-1882.
Pappenberger F, Matgen P, Beven KJ, Henry JB, Pfister L, “Influence of uncertain boundary conditions and model structure on flood inundation predictions”, Advances in Water Resources, 2006, 29 (10), 1430-1449.
Petersen-Øverleir A, “Accounting for heteroscedasticity in rating curve estimates”, Journal of Hydrology, 2004, 292 (1-4), 173-181.
doi: 10.1016/j.jhydrol.2003.12.024.
Tomkins KM, “Uncertainty in streamflow rating curves: methods, controls and consequences”, Hydrological Processes, 2012, 28 (3), 464-481.
Venetis C, “A Note On The Estimation Of The Parameters In Logarithmic Stage-Discharge Relationships With Estimates Of Their Error”, International Association of Scientific Hydrology. Bulletin, 1970, 15 (2), 105-111.
Westerberg I, Guerrero JL, Seibert J, Beven KJ, Halldin S, “Stage-discharge uncertainty derived with a non-stationary rating curve in the Choluteca River, Honduras”, Hydrological Processes, 2011, 25 (4), 603-613.
Yen BC, “Open Channel Flow Resistance”, Journal of Hydraulic Engineering, 2002, 128 (1), 20-39.