آمار هیدرولوژیکی و تحلیل فراوانی

آمار هیدرولوژیکی، روش‌های احتمالی و تصادفی را برای داده‌های هیدرولوژیکی به کار می‌برد تا تغییرپذیری را مشخص کرده و فراوانی رویدادهای حدی مانند سیل و خشکسالی را تخمین بزند.

Definition

آمار هیدرولوژیکی و تحلیل فراوانی، کاربرد نظریه احتمال و آمار در داده‌های هیدرولوژیکی است تا تغییرپذیری آن‌ها را توصیف کرده و بزرگی و احتمال رویدادها، به ویژه رویدادهای حدی، را برای طراحی و ارزیابی ریسک تخمین بزند.

Scope

این موضوع شامل توزیع‌های احتمالی برای متغیرهای هیدرولوژیکی، تخمین پارامتر از جمله گشتاورهای L، تحلیل فراوانی و تحلیل فراوانی منطقه‌ای رویدادهای حدی، و فرض ایستایی است. این مبحث، ستون فقرات آماری برای مقادیر طراحی مورد استفاده در سراسر هیدرولوژی، از جمله تخمین سیل و خشکسالی را فراهم می‌کند.

Core questions

• متغیرهای هیدرولوژیکی چگونه با توزیع‌های احتمالی توصیف می‌شوند؟
• پارامترهای توزیع چگونه به طور قابل اعتماد از رکوردهای کوتاه تخمین زده می‌شوند؟
• تحلیل فراوانی چگونه به صورت منطقه‌ای و برای مکان‌های بدون اندازه‌گیری گسترش می‌یابد؟
• آیا فرض ایستایی در شرایط تغییر معتبر است؟

Key concepts

• توزیع‌های احتمالی در هیدرولوژی
• دوره بازگشت و چندک‌ها
• تخمین پارامتر و گشتاورهای L
• تحلیل فراوانی منطقه‌ای
• ایستایی و ناایستایی
• هیدرولوژی تصادفی

Key theories

تحلیل فراوانی رویدادهای حدی

رویدادهای حدی هیدرولوژیکی با توزیع‌های احتمالی مدل‌سازی می‌شوند که چندک‌های آن‌ها مقادیر طراحی را ارائه می‌دهند؛ رویه صحیح به انتخاب توزیع، تخمین پارامتر، و برخورد با داده‌های پرت و رکوردهای کوتاه می‌پردازد.

تحلیل فراوانی منطقه‌ای با گشتاورهای L

تجميع داده‌ها از چندین مکان و استفاده از گشتاورهای L، تخمین‌های قوی‌تری از چندک‌های حدی نسبت به تحلیل در محل ارائه می‌دهد و تخمین را در مکان‌هایی با رکوردهای کوتاه یا بدون رکورد بهبود می‌بخشد.

ناایستایی

تغییرات اقلیمی و کاربری اراضی می‌تواند فرض ایستایی زیربنای تحلیل فراوانی سنتی را نقض کند و منجر به درخواست‌هایی برای توسعه روش‌هایی شود که روندها و تغییر ریسک را در نظر می‌گیرند.

Clinical relevance

آمار هیدرولوژیکی، سیلاب‌های طراحی، جریان‌های کم و مقادیر بارندگی را که برای اندازه‌گیری و تنظیم زیرساخت‌ها، قیمت‌گذاری بیمه سیل و برنامه‌ریزی منابع آب استفاده می‌شود، فراهم می‌کند؛ بحث بر سر ایستایی مستقیماً بر نحوه تخمین این مقادیر طراحی در شرایط تغییر اقلیم تأثیر می‌گذارد.

History

هیدرولوژی آماری با نظریه مقادیر حدی و طولانی‌تر شدن رکوردها در طول قرن بیستم رشد کرد؛ روش‌های منطقه‌ای گشتاور L تخمین را در دهه 1990 بهبود بخشیدند، و استدلال سال 2008 مبنی بر اینکه «ایستایی مرده است» نگرانی را متبلور کرد که تغییر اقلیم یک فرض اصلی تحلیل فراوانی را تضعیف می‌کند.

Debates

ایستایی در شرایط تغییر اقلیم

یک بحث اصلی این است که آیا فرض دیرینه ایستایی برای طراحی قابل دفاع است یا خیر، و اگر نه، چگونه ناایستایی و عدم قطعیت عمیق را در تحلیل فراوانی و مدیریت آب گنجاند.

Key figures

• Jery R. Stedinger
• Jonathan R. M. Hosking
• P. C. D. Milly

Seminal works

• stedinger1993
• hosking1997
• milly2008

Frequently asked questions

چرا از تحلیل فراوانی منطقه‌ای استفاده می‌شود؟

مکان‌های منفرد اغلب دارای رکوردهای کوتاهی هستند که تخمین رویدادهای نادر را غیرقابل اعتماد می‌کند؛ تجمیع داده‌ها از مکان‌های هیدرولوژیکی مشابه، به عنوان مثال با گشتاورهای L، اطلاعات را در سراسر منطقه قرض می‌گیرد تا تخمین‌های پایدارتری از چندک‌های حدی تولید کند.

«ایستایی مرده است» برای هیدرولوژی به چه معناست؟

این عبارت بیانگر این نگرانی است که تغییرات اقلیمی و کاربری اراضی باعث می‌شود گذشته دیگر راهنمای قابل اعتمادی برای آینده نباشد، بنابراین تحلیل‌های فراوانی که فرض توزیع احتمال ثابت را دارند، ممکن است ریسک را به اشتباه بیان کنند و رویکردهای ناایستا و مبتنی بر سناریو را ترغیب می‌کنند.