حتما از این دست اخبار را کم و بیش شنیده اید: 7.4 میلی متر باران در ایستگاه های باران سنج قم ثبت شد. البته خیلی ذوق نکنید؛ خبر قدیمی است! باران سنج ها (Rain Gauge) دستگاه هایی هستند که توسط آن ها اندازه گیری نقطه ای باران صورت می گیرد. به طور کلی منظور از اندازه گیری بارندگی تعیین مقدار ارتفاع آب حاصله از نزولات جوی در سطح زمین است. اصولا هر ظرفی که دهانه باز آن مستقیما در معرض برخورد قطرات بارن باشد می تواند به عنوان باران سنج مورد استفاده قرار گیرد. اما بهترین مکان برای نصب این باران سنج ها کجاست؟ تعدادشان در شبکه باران سنجی به شکل باید باشد؟ در این مقاله به این سوالات پاسخ می دهیم.
چنان چه آب ناشی از نزولات جوی در سطح زمین تجمع پیدا کند، بدون آن که تبخیر شده و یا در زمین نفوذ نماید، ارتفاعی را به وجود می آورد که به آن مقدار بارندگی گفته می شود. اندازه گیری باران قدمتی دو هزار ساله دارد. در واقع اولین اندازه گیری های ساده بارندگی از 400 سال قبل از میلاد مسیح در هندوستان آغاز گردید. اما نخستین باران سنجی که به صورت امروزی در دنیا نصب شده است مربوط به سال 1400 میلادی و در کشور کره می باشد. ثبت خودکار بارندگی ها نیز از سال 1600 در انگلستان آغاز شد. با توجه به این که اندازه گیری تمام باران هایی که روی یک حوضه می بارد امکان پذیر نیست، لذا به اندازه گیری نمونه ای آن در نقاط مختلف حوضه می توان اکتفا کرد. نقاطی که در آن بارندگی اندازه گیری می شود ایستگاه باران سنجی نام دارد و چون نتایج حاصله از این نمونه های اندازه گیری شده برای کل منطقه تعمیم داده می شود باید در انتخاب محل و تعداد ایستگاه ها، نحوه اندازه گیری و ثبت و تحلیل داده ها دقت کافی به عمل آید.
محل نصب باران سنج ها
به طور کلی باید بدانید که انتخاب محل برای نصب باران سنج ها کار ساده ای نیست. مقدار بارانی که توسط باران سنج اندازه گیری می شود باید بتواند نمایانگر بارندگی در سطح وسیعی از منطقه خود باشد. به عنوان مثال چنان چه باران سنجی را که در سطح دهانه قیف آن 150 سانتی متر مربع است در حوضه ای به وسعت 15 کیلومتر مربع نصب کرده باشیم در واقع این نقطه باید نمایانگر 109 جزء مشابه خود باشد. از این رو هر چه در انتخاب این نقطه دقت شود نتایج حاصله بیشتر به واقعیت نزدیک خواهد بود.
به عبارت دیگر دقت تخمین بارندگی در یک منطقه بستگی به دقت اندازه گیری های نقطه ای دارد. در این رابطه دور بودن محل باران سنج از ساختمان ها و یا درخت های بلند، چه در زمان نصب و چه پیش بینی آن برای گسترش های آینده مهم است. محل باران سنج باید طوری باشد که اگر از دهانه آن خطی به بلندترین نقطه ساختمان یا دیوارهای مجاور وصل شود زاویه ای کوچکتر از 30 درجه را تشکیل دهد. همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید. یعنی فاصله باران سنج تا بلندی های اطراف مثل ساختمان و یا درخت ها بیش از دو برابر ارتفاع آن ها باشد. هر گونه تغییری که در اطراف محل باران سنج در طول دوره آمارگیری به عمل آید بر نتایج حاصله موثر بوده و لازم است داده ها بر مبنای آن اصلاح شود. بنابراین باید به مسئول مربوطه تذکر داده شود که چنین تغییراتی را بلافاصله گزارش نماید.
موارد دیگری که در انتخاب محل نصب باران سنج ها باید در نظر داشت عبارتند از:
- باران سنج در زمین مسطح نصب گردد و از قرار دادن آن در شیب تپه ها و محل های پر شیب خودداری گردد.
- فضاهای اطراف باران سنج باز باشد.
- دسترسی به محل باران سنج ساده باشد.
- باران سنج به صورت عمودی قرار گیرد.
- حداقل 10 درصد از تعداد باران سنج های یک حوضه آبریز باید از نوع ثبات باشند.
تعداد باران سنج ها در شبکه باران سنجی
موضوعی که در اکثر مطالعات هیدرولوژیکی به آن توجه می شود این است که برای تخمین بارندگی در یک منطقه چه تعداد ایستگاه باید در شبکه باران سنجی گنجانده شود. چنان چه تعداد ایستگاه ها کم باشد مسلما تخمین به صورت دقیق نخواهد بود و اگر بیش از تعداد مورد نیاز باشد مخارج اضافی در بر خواهد داشت. در صورتی که برای اولین بار در یک منطقه به نصب باران سنج اقدام می شود بهتر است از توصیه های سازمان جهانی هواشناسی استفاده شود. بر این اساس مناطق مختلف به سه گروه تقسیم می شوند:
- در مناطق مسطح با آب و هوای معتدل یک ایستگاه در هر 500 کیلومتر مربع کافی است، ولی در کشورهایی که به دلایلی مثلا فقدان راه های ارتباطی و یا کارمندان خبره و متخصص مشکلاتی دارند در هر 1000 تا 3000 کیلومتر مربع یک ایستگاه قابل قبول می باشد.
- در مناطق کوهستانی با آب و هوای معتدل یک ایستگاه در هر 250 تا 400 کیلومتر مربع ضروری می باشد. ضمنا از نظر ارتفاع نیز باید حداقل یک ایستگاه در هر فاصله تراز 500 متری وجود داشته باشد. در مناطق دور دست تا یک ایستگاه به ازای هر 250 تا 1000 کیلومتر مربع نیز قابل قبول است.
- در مناطق کویری یک ایستگاه به ازای هر 1500 تا 10000 کیلومتر مربع کفایت می کند. توصیه های اشاره شده، بیشتر برای کسب اطلاعات عمومی هواشناسی و بارندگی منطقه است و در حوضه های آبریز که به منظور اجرای طرح های هیدورلیکی مورد مطالعه قرار می گیرند تعداد ایستگاه های باران سنجی در وهله اول به وسعت حوضه و دوم به دقت مورد نیاز در تخمین بارندگی بستگی دارد. از لحاظ رابطه بین وسعت منطقه و تعداد ایستگاه ها می توان از توصیه های زیر نیز استفاده نمود:
وسعت حوضه بر حسب کیلومتر مربع حداقل تعداد ایستگاه های باران سنجی
تا 75 1
75 تا 150 2
150 تا 300 3
300 تا 550 4
550 تا 800 5
800 تا 1200 6
به مثال های زیر برای درک بهتر موارد بالا توجه کنید: مثلا اگر وسعت حوضه ای 600 کیلومتر مربع باشد برای تخمین بارندگی حداقل باید 5 باران سنج در حوضه وجود داشته باشد. در مطالعات دقیق آبخیزداری و فرسایش و هیدرلوژی کشاورزی شبکه مورد نیاز برای ایستگاه های باران سنجی باید بسیار فشرده باشد. همچنین به عنوان مثال در صورتی که وسعت حوضه مطالعاتی حدود 50 هکتار باشد با توجه به ارقام فوق نصب 3 عدد باران سنج به فواصل مطلوب کفایت خواهد کرد.
حال اگر در حوضه مورد نظر قبلا تعدادی ایستگاه باران سنجی نصب شده باشد پس از تجزیه و تحلیل آماری داده های آن ها نیز می توان مشخص نمود که آیا تعداد ایستگاه های موجود کافی است یا نه و با این که بسته به درجه دقت مورد نظر تعداد مطلوب ایستگاه های اندازه گیری باران چقدر است؟ برای تعیین تعداد مطلوب ایستگاه های باران سنجی در رابطه با درجه دقت تخمین بارندگی می توان از رابطه ساده آماری زیر استفاده کرد. که در آن Cv ضریب تغییرات بارندگی منطقه بر اساس تعداد ایستگاه های موجود و داده های آماری آن هاست. E درصد اشتباه مجاز در تخمین میانگین بارندگی منطقه که معمولا 10 در صد در نظر گرفته می شود و N تعداد ایستگاه های باران سنجی لازم است.
