بنا به تعریف، بارش ( Precipitation )، هر گونه رطوبت متراکم شده ای است که به سطح زمین فرو میریزد. بنابراین فرآیند تراکم باید قبل از بارندگی صورت گیرد.از طرفی بارندگی در سطح کره زمین دارای تغییرات مکانی و زمانی زیادی است. هیچ دلیلی وجود نداردکه تصور کنیم بارندگی در همه جای دنیا باید یکسان باشد. از این رو می توان یکی از مسایل بسیار مهم آب شناختی را محاسبه حداکثر بارش محتمل ( Probable Maximum Precipitation ) دانست که به منظور طراحی سدهاي بزرگ است. در مقاله قصد داریم به مطالعات حداکثر بارش محتمل ( PMP )، تاریخچه و کاربرد آن بپردازیم.
بزرگترین بارانی که از نظر مقدار با یک تداوم مشخص، احتمال وقوع آن را می توان انتظار داشت حداکثر بارش محتمل است. غالبا این سوال پیش می آید که آیا در یک منطقه، بارانی وجود خواهد داشت که احتمال وقوع باران بزرگتر از آن وجو نداشته باشد، بر همین اساس مفهوم حداکثر بارش محتمل پیشنهاد شده است. حداکثر بارش محتمل بر حسب تعریف عبارت است از مقدار بارانی که در یک سطح معین و در یک تداوم مشخص ممکن است اتفاق افتد و در شرایط هواشناختی موجود امکان تجاوز از آن وجود نداشته باشد. در صورتی که در طرحی نیاز به دانستن حداکثر بارش محتمل باشد، مقدار آن به روش های مختلف قابل تخمین است. روش به اصطلاح سینوپتیکی که در آن از وضعیت توده های هوا، آمار بارش و رطوبت و مشخصه های دیگر هوا استفاده می شود، دقیق تر می باشد. اما روش های آماری که فقط براساس داده های گذشته صورت می گیرد از نظر کاربری در مطالعات شناسایی یاده تر می باشند. به عنوان مثال بر اساس یکی از روش های آماری حداکثر بارش محتمل t ساعته در حوضه از فرمول زیر محاسبه می شود:
PMP=R+K.S
که در آن R متوسط بارش t ساعته، S انحراف از معیار و K ضربی است که بسته به مدت بارندگی بین 5 تا 30 متغیر بوده و مقدار آن حدودا 15 و حتی در بعضی موارد 20 درنظر گرفته می شود. برای مثال اگر متوسط بارش یک ساعته در یک منطقه 12 میلی متر و انحراف از معیار داده های مربوط به این بارش 3 میلی متر باشد، حداکثر بارش محتمل یک ساعته در این منطقه بر اساس این که K=15 باشد برابر 75 میلی متر تخمین زده می شود. در واقع مقدار K بین 5 تا 30 متغیر است.
از اواخر سال 1930 شرایط سرریز براي اکثر مخازن در ایالات متحده بر مبنای حداکثر بارش محتمل تعیین شده است. مقادیر PMP همه مناطق ایالات متحده در گزارشات آب و هواشناسی NOAA موجود است. این گزارشات مقادیر کلی PMP براي حوضه های آبخیز واقع در مرزهای جغرافیایی تعریف شده در این گزارش را ارائه می دهند. در سال 1986 در نشریه شماره 332 سازمان هواشناسی جهانی به طور خاص ، روش های تعیین حداکثر بارش محتمل با ارائه توضیحات مدون و مفصل، مورد بحث قرار گرفت و از آن به بعد براي بسیاری از تحقیقات و مطالعاتی که در جهان صورت گرفت روش های ارائه شده در آن مبنای کار قرار گرفت. در سال 1961 فردی به نام هرشفیلد از معادله عمومی تناوب و با داشتن آمار باران روزانه بیش از 2600 ایستگاه که 90 در صد آن ها در ایالات متحده قرار داشتند، دریافت که K=15 منحنی پوشی براي داده هاي مشاهده شده حداکثر بارندگی روزانه می باشد. در سال 1966 دو دانشمند به نام های کولیر و هارداکر یک مدل توفان که به مدل توفان بریتانیا معروف شد، را براي برآورد حداکثر بارش محتمل ارائه دادند. در سال 1967 اسونسون و راکیچ، حداکثر بارش محتمل براي سدها در حوضه رودخانه هونگر و چین را برآورد نموده اند، در این مطالعه مقادیر PMP با استفاده از یک روش آب و هواشناسی که شامل تحلیل عمق بارش – ناحیه توفان – مدت زمان بارش و حداکثرسازی رطوبت است، تخمین زده شده است. در سال 1997 پروژه اي با هدف ارائه شیوه هایی براي تخمین سیل های طرح با دوره های بازگشت بزرگ به سرپرستی پراگ در جمهوري چک انجام شد، هیدرولوژیست ها، اقلیم شناسان و هواشناسان متعددی از سازمان های متفاوت چک در این پروژه مشارکت داشتند و هواشناسان مسوولیت ارائه شیوه هایی براي تخمین PMP حوضه های آبریز چک را بر عهده داشتند، در این پروژه از روش فیزیکی براي تخمین حداکثر بارش محتمل واقعی استفاده شده است. این روش مبتنی بر بیشینه سازی عوامل فیزیکی کنترل کننده بارندگی است. در سال 2002 نیز دوگلاس و بروس با استفاده از شیوه های تحلیل چند بخشی به برآورد حداکثر بارش محتمل در شرق ایالات متحده پرداختند، آن ها این کار را ابتدا با مشخص کردن میزان عمق های حداکثر بارندگی مشاهده شده انجام دادند و سپس تفاوت این ویژگی ها را هم به لحاظ زمانی و هم مکانی ارزیابی کردند. با توجه به این که همه ارزیابی های مبتنی بر مشاهده محدود به مدت زمان و کیفیت ثبت تاریخی بودند، این واقعه را حداکثر بارندگی بخشی نامیدند.
مطالعات حداکثر بارش محتمل در ایران
از نخستین مطالعات حداکثر بارش محتمل در سطح کشور می توان به بررسی انجام شده مربوط به طرح سد دز در سال 1955-1954 میلادي و کارون یک (شهید عباسپور) طی سال های 1968-1967 (1347-1346) اشاره کرد که توسط شرکت بین المللی مهندسی هارزا انجام شده است. در این دو بررسی به سبب نبود داده های بارش و فرا سنج های جوی مورد نیاز در برآورد حداکثر بارش محتمل در حوضه دز و کارون تا آن تاریخ، از انتقال توفانی که براي برآورد حداکثر بارش محتمل حوضه دیاله به کار رفته، استفاده شده است. مطالعات حداکثر بارش محتمل سد کارون 3 در سال های 1361 و 1363 با مشارکت مهندسین مشاور مهاب قدس و مهندسین مشاور ایکرز انجام شده است. این گزارش مجددا توسط مشاور مهاب قدس در سال 1377 بازنگری شد. برآورد حداکثر بارش محتمل حوضه کارون 4 نیز توسط مهندسین مشاور مهاب قدس در سال 1378 به روش سینوپتیکی انجام شد. به منظور برآورد حداکثر بارش محتمل در این حوضه از توفان های انتخاب شده براي کارون 3 استفاده شده است. در همین ارتباط مطالعات سد گدارلندر در سال 1371 با مشارکت مهاب قدس- لامایر به روش همدیدی (سینوپتیکی) انجام شد. به منظور برآورد حداکثر بارش محتمل در این حوضه از بین 11 توفان شدید توفان 7 روزه بهمن 1354 انتخاب شد. در سال 1375 طرح مطالعاتی حداکثر بارش محتمل در سد گتوند به روش سینوپتیکی با مشارکت مشانیر– کایتک اجرا شد. به منظور برآورد حداکثر بارش محتمل در این حوضه از بین 22 توفان شدید، توفان 7 روزه دسامبر 1989 (1368) انتخاب شد. جدول زیر خلاصه ای از نتایج مطالعات حداکثر بارش محتمل بر روي حوضه های جنوب غربی ایران را ارائه می دهد. سازمان هواشناسی کشور در سال 1383 در قالب یک پروژه ملی مقادیر حداکثر بارش محتمل را برای تمامی حوضه های آبریز کشور بر اساس روش همدیدی برآورد و ارائه داده است.
کاربرد حداکثر بارش محتمل
برنامه ریزی و طراحی سازه های آبی با ریسک یا خسارت بالا، اغلب نیازمند ارزیابی پتانسیل ایجاد بارش و سیل های شدید در حوضه های آبریز است. حداکثر بارش محتمل در برآورد حداکثر سیل محتمل به منظور طراحی سرریز سدهای بزرگ به عنوان درون داد اولیه به کار می رود. برآورد پتانسیل حداکثر بارش محتمل معمولا برای کاربردهای مهندسی ذیل انجام می شود.
- طراحی ابعاد سدها ( ارتفاع سد، تونل ها و سدهای با خطر بالا به ویژه در کانون های جمعیتی به نحوی که شکست سد تلفات انسانی قابل توجهی را به همراه داشته باشد )
- پهنه بندی مناطق سیلابی و سیلاب دشت هایی که نیروگاه های هسته ای در آن ساخته می شود.
- از حداکثر بارش محتمل برای تخمین حداکثر سیل محتمل استفاده می شود.
