تحليل منطقه اي سيلاب در حوزه هاي آبخيز استان مازندران با استفاده از تحليل خوشه اي فازي

Flood Regionalization of Mazandaran Provinceʹʹs Watersheds by Using Fuzzy Clustering Algorithm

يكي از روش هاي تخمين چندك هاي سيلاب در حوزه هاي فاقد آمار استفاده از روش تحليل فراواني منطقه اي است. در روش هاي رايج منطقه اي كردن، براساس خصوصيات حوزه آبخيز مانند خصوصيات فيزيوگرافي حوزه، موقعيت جغرافيايي و آمار سيلاب در هر ايستگاه، مناطق همگن هيدرولوژيك ايجاد مي شوند. البته اكثر حوزه هاي آبخيز فقط مقداري شباهت با ساير حوزه هاي آبخيز در منطقه دارند. بنابراين يك حوزه آبخيز نمي تواند كاملاً به يك گروه يا گروه ديگر اختصاص يابد. الگوريتم خوشه بندي فازي به يك حوزه آبخيز اجازه مي دهد تا عضويت جزيي يا توزيعي از تمامي مناطق (گروه ها) تشخيص داده شده داشته باشد. در اين مقاله كارايي الگوريتم خوشه بندي فازي براي منطقه اي كردن حوزه هاي آبخيز استان مازندران ارزيابي شده است و براي بهبود همگني مناطقي كه با اين الگوريتم خوشه بندي شده اند و از لحاظ آماري همگن نيستند، راهكارهايي ارايه شده است. همچنين چندين شاخص ارزيابي كارايي خوشه بندي فازي در تعيين تعداد خوشه هاي بهينه نشان داده شده است. سپس آماره ZDIST براي ايستگاه هاي منطقه با استفاده از زبان برنامه نويسي فرترن براي توزيع هاي 3 پارامتري محاسبه شد و بهترين توزيع هر منطقه معرفي گرديد. نتايج نشان داد كه استان مازندران از سه منطقه همگن هيدرولوژيك تشكيل شده است و توزيع لجستيك تعميم يافته با پارامترهاي متفاوت براي هر يك از مناطق همگن انتخاب شد.

One of techniques for estimation of flood quantiles in ungauged watersheds is regional frequency analysis. In the common techniques of regionalization, homogeneous hydrological regions are created based on watershed characteristics such as physiographic characteristics of watershed, geographic location and flood statistics at each station. However, most watersheds only partially resemble other watersheds in a region. Therefore one watershed cannot be completely assigned to one group or another. The fuzzy clustering algorithm allows a watershed to have partial or distributed memberships of all the regions (groups) identified. In this paper, performance of fuzzy clustering algorithm has been evaluated for regionalization of Mazandaran provinceʹs watersheds, and some solutions have been represented to improve homogeneity of the regions that have been clustered by this algorithm and are not statistically homogeneous. In addition, several indices for performance evaluation of fuzzy clustering algorithm have been presented to determine the number of optimum clusters. Then, the Zdist statistic for the regionʹs stations was calculated by FORTRAN programming language for the 3-parameter distributions and the best distribution was introduced for each region. The results showed that Mazandaran province has been composed of three hydrological homogeneous regions and generalized logistic distribution with different parameters was selected for each of the homogeneous regions.