23593

ارزيابي عملكرد روش‌هاي تعيين مقادير حدي براي امواج در خليج‌فارس

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران - گرايش سواحل، بنادر و سازه هاي دريايي

1399/11/06

دكتر سيد مصطفي سيادت موسوي-دكتر محمد حسين كاظمي نژاد

مهندسي عمران

تحليل مقادير حدي ابزاري مهم در تعيين ارتفاع موج طرح و بنابراين در طراحي سازه‌هاي دريايي است كه از تكنيك‌هاي مختلفي براي تعيين آن استفاده مي‌شود. عدم قطعيت در تعيين پارامترهاي درگير در اين فرآيند و ميزان تاثير آن‌ها نقطه‌اي مبهم براي اكثر مطالعات طراحي است. هدف اين تحقيق انجام مقايسه بين روش‌هاي حداقل مربعات، بيشينه درست‌نمايي و گشتاور-ال براي تخمين پارامترهاي توابع توزيع گامبل، ويبول و GPD در 16 نقطه منتخب خليج فارس به روشي غيرسليقه‌اي و بر مبناي اصول علمي در كليه مراحل است. هم چنين در تحليل موج بيشينه نيز از بين روش هاي موجود، روش تجاوز از حد آستانه مورد استفاده قرار گرفت. در اين كار 30 سال داده ارتفاع موج مشخصه مدل‌سازي شده به صورت ساعتي از تاريخ 01/01/1990 تا 31/12/2019 و از پايگاه ECMWF-ERA5 استفاده شد. براي يافتن مقدار حد آستانه كه در آناليز مقادير حدي پارامتري كليدي است، بررسي‌هايي صورت گرفت و از روش جديدي استفاده شده كه اين روش بر اساس تابع توزيع و ميزان برازش تابع توزيع بر داده‌هاي حدي، مقدار حد آستانه را تعيين مي‌كند؛ و برخلاف ديگر روش‌هايي كه عمدتا قبلا مورد استفاده قرار گرفته، به صورت دلخواه تعيين نشده است. مشخص شد كه مقدار حد آستانه در نقاط مختلف مقداري ثابت نبوده و بسته به نوع توزيع و روش به كاربرده شده، مقداري متغير است. دوره‌هاي بازگشت 100،30،20،10،1 ساله محاسبه شد و نتايج نشان داد كه مقادير امواج 100 ساله در نقاط منتخب از 94/2 تا 76/5 متر متغير بوده است. يك رابطه براي پارامتر خطا معرفي شده است كه از طريق آن مقايسه‌اي بين توابع توزيع ياد شده صورت گرفت تا توزيع مناسب براي برازش كردن داده‌ها به روش تجاوز از حد آستانه در منطقه موردمطالعه انتخاب شود. نتايج نشان داد كه توزيع گامبل و GPD را مي‌توان به عنوان توزيع مناسب در خليج فارس در نظر گرفت. ميزان ارتفاع موج 100 ساله به دست آمده در نقاط مورد بررسي با استفاده از روش بيشينه درست نمايي در تابع توزيع گامبل از 70/2 تا 47/5 متر و در تابع توزيع GPD از 89/1 تا 95/6 متر بود. حداكثر اختلاف روش‌هاي بيشينه درست نمايي و حداقل مربعات در توزيع گامبل در نقطه P09 با حدود 14% و در توزيع ويبول در نقطه P10 با حدود 37% بوده است.

1400/02/08

Performance evaluation of extreme value methods for waves in the Persian Gulf

1/26/2022 12:00:00 AM

Extreme value analysis is an important tool to determine the design wave height and therefore in the design of offshore structures. There are various techniques to determine the extreme values. Uncertainties involved in parameters of this process and the extent of their impacts are ambiguous points for most design studies. The purpose of this study is to compare the Least Squares, Maximum Likelihood and L-Moment methods to estimate the parameters of Gumbel, Weibull and GPD distribution functions at 16 selected points inside the Persian Gulf. The Peak Over Threshold method was employed for all tests. In this work, a chunk of 30 years of hourly significant wave height data from 01/01/1990 to 31/12/2019 were employed from the ECMWF-ERA5 database. In order to find the threshold cutoff value, which is one of the key parameter in the analysis of extreme values, a recent approach was employed which determines the threshold value based on the distribution function and the goodness of fit of the distribution function on the extreme data. Unlike previous studies which have mostly been used before, it is not subjective. It was found that the threshold value is not constant at different points and varies depending on the type of distribution and method used. Return periods were considered as 1,10,20,30,100 years and the results showed that the values of 100-year waves in selected points ranged from 2.94 to 5.76 meters. An equation for the error parameter is introduced through which a comparison is made between the mentioned distribution functions; hence the the appropriate distribution in the study area was determined. The results showed that the distribution of Gumbel and GPD can be considered as suitable distributions all over the Persian Gulf. The height of the 100-year-old wave obtained in the study points using the maximum likelihood method and considering the Gumbel distribution function was from 2.70 to 5.47 meters. Considering the GPD distribution function, it varied from 1.89 to 6.95 meters. The maximum difference between the maximum likelihood methods and the minimum squares occurred for the Gumbel distribution at point P09 with ~14% and for the Weibull distribution at point P10 with ~37%.

آناليز مقادير حدي، حد آستانه، دوره‌هاي بازگشت، توابع توزيع، خليج فارس

Extreme Value Analysis, Threshold, Return Periods, Distribution Functions, Persian Gulf