انجمن مهندسی آبیاری و آب ایران نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران 2251-7359 9 2 2019 02 20 Bivariate frequency analysis of rainfall intensity and depth using copula functions (Case study: Chehelchai Watershed, GorganRood, Golestan) تحلیل فراوانی دو متغیره شدت و عمق بارندگی با استفاده از توابع مفصل (مطالعه موردی: حوزه آبخیز چهل‌چای، گرگانرود، استان گلستان) 121 134 87386 10.22125/iwe.2019.87386 FA زینب افشاری پور گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان عبدالرضا بهره مند آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان محمد عبدالحسینی گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان 0000-0001-6114-062X Journal Article 2019 05 11 Rainfall as an input factor for flood modeling and design of hydraulic structures has great importance. Rainfall frequency analysis is a major task for water resources planners and hydrologists. Considering this fact that hydrological phenomena including rainfall are multivariate (intensity-depth-duration) terms, joint modeling of several random variables would be required. Considering the importance of two rainfall characteristics including intensity and depth in flood management and design of hydraulic structures, in this research, copula function was used for the analysis of dependency structure of these two variables. For this purpose, 40 years recorded rainfall data in Minoodasht hydrometry station located on Chehelchay River in Gorganrood watershed was used. In order to determine the allowable risk of structure failure against rainfall, its univariate return period was compared with estimated joint return period through selected copula. In this study, Frank copula led to the best results in bivariate modeling of rainfall intensity and depth, according to goodness of fit tests. Associated return period was estimated by Frank copula to improve allowable structural risk estimation in comparison to univariate return period. For example, an incident with the intensity of rainfall equal to 45.43 mm/h and its depth of 168.61 mm for 100 years’ univariate return period is 53 years in "or" case and 954 years in "and" case for bivariate joint return period. Comparison of bivariate analysis with univariate analysis indicates the difference the outcome of these tow methods. As due to the lack of consideration of all effective features in the phenomenon, the univariate analysis of hydrological events would not be a comprehensive analysis, therefore, the multivariate analysis of hydrological events is recommended. بارندگی به عنوان ورودی در مدل‌سازی سیل و طراحی سازه‌های هیدرولیکی از اهمیت بسزایی برخوردار است. تحلیل فراوانی بارش از جمله وظایف مهم هیدرولوژیست‌ها و برنامه ریزان منابع آب می‌باشد. پدیده‌های هیدرولوژیکی از جمله بارندگی به صورت چند متغیره (شدت- عمق- مدت) هستند، از این رو مدل‌سازی مشترک از چندین متغیر تصادفی لازم است. با توجه به اهمیت دو متغیر شدت و عمق بارندگی در مدیریت سیلاب و طراحی سازه‌های هیدرولیکی، در این تحقیق از توابع مفصل برای تحلیل ساختار وابستگی بین این دو متغیر استفاده شد. برای این منظور از 40 سال داده‌های بارندگی ثبت شده ایستگاه باران‌سنجی مینودشت واقع بر رودخانه چهل‌چای حوزه آبخیز گرگانرود استفاده شد. همچنین جهت تعیین ریسک مجاز خراب شدن یک سازه در مقابل بارندگی، دوره بازگشت در حالت یک متغیره با دوره بازگشت دو متغیره بر اساس توابع مفصل منتخب مورد مقایسه قرار گرفت. در این تحقیق بر اساس معیارهای نیکویی برازش، مفصل فرانک منجر به بهترین نتیجه در مدل‌سازی متغیرهای شدت و عمق بارندگی شد. دوره بازگشت دو متغیره بر اساس مفصل فرانک برآورد گردید که در مقایسه با دوره بازگشت یک متغیره، موجب بهبود در برآورد ریسک مجاز یک سازه می‌شود. به عنوان مثال، رخداد واقعه‌ای با مقادیر شدت بارندگی 45/33 میلی‌متر بر ساعت و عمق بارش 61/168 میلی‌متر برای دوره بازگشت یک متغیره‌ی 100 سال، در دوره بازگشت توأم «یا» برابر 53 سال و در دوره بازگشت توأم «و» برابر 954 سال است. مقایسه تحلیل دو متغیره با تحلیل یک متغیره گویای اختلاف مقادیر حاصل از این دو روش است. از آنجا که تحلیل یک متغیره وقایع هیدرولوژیک به علت عدم در نظر گرفتن تمامی مشخصه‌های مؤثر در پدیده، تحلیلی جامع و به دور از خطا نخواهد بود، لذا استفاده از تحلیل چند متغیره وقایع هیدرولوژیک در مطالعات توصیه می‌شود. https://www.waterjournal.ir/article_87386_1bb15c18760a48234eefc35e21c5dd50.pdf