ایستگاه های باران سنجی معمولا با هدف اندازه گیری و تعیین تغییرات زمانی و مکانی بارش احداث می گردند، بنابراین نیازمند یک طراحی دقیق و اصولی می باشند. هدف این تحقیق ارزیابی شبکه باران سنجی وزارت نیرو در استان گلستان (39 ایستگاه باران سنجی با 12 سال دوره آماری) با استفاده از روش همبستگی مکانی بین ایستگاه ها است. در این راستا تابع همبستگی بر اساس همبستگی میان داده های بارش ماهانه و فواصل ایستگاه ها و معیارهای صحت برآورد بارش شبکه باران سنجی در دو منطقه همگن محاسبه گردید. بر اساس نتایج تعداد و فواصل ایستگاه های مورد نیاز برای بهبود شبکه باران سنجی در دو منطقه همگن و فواصل میان آن ها بر اساس خطاهای مورد انتظار تعیین شده است. نتایج نشان می دهد که در منطقه کوهستانی نسبت به منطقه دشتی، ایستگاه های باران سنجی دارای پراکنش تقریبا مناسبتری می باشند. در مجموع نتایج شبکه باران سنجی موجود در برآورد بارش منطقه ای، اهداف مطالعات تحقیقاتی و مدیریتی که نیازمند داده هایی در سطح خطای 10 تا 15 درصد هستند را تامین می نماید. به منظور بهبود صحت شبکه در برآورد بارش در مقیاس های کوچکتر زمانی و مکانی در منطقه کوهستانی افزایش تعداد ایستگاه ها و در منطقه دشتی تغییر در آرایش فضایی موجود پیشنهاد می گردد.

در بسیاری از مطالعات منابع آب و آب شناختی، برآورد توزیع مکانی بارندگی بر اساس داده های نقطه ای ثبت شده در ایستگاه های بارانسنجی اهمیت ویژه ای دارد. بررسی های اولیه نشان می دهد که ایستگاه های بارانسنجی موجود در کشور از توزیع مکانی مناسبی برخوردار نبوده و بسیاری از آنها در محدوده های جمعیتی متمرکز هستند. بهینه سازی شبکه ایستگاه های بارانسنجی می تواند در بهبود دقت نتیجه مطالعات منابع آب موثر باشد. روش های مختلفی برای این منظور وجود دارد. کریگینگ یک روش زمین آماری است که می تواند توزیع واریانس خطای برآورد را بر اساس ویژگی های نیم تغییرنما و بدون داشتن آمار مشاهده ای تاریخی محاسبه نماید. بنابراین با استفاده از این روش می توان قبل از احداث ایستگاه و انجام نمونه برداری، میزان کاهش واریانس خطا را به ازای اضافه نمودن ایستگاه جدید و یا جابجایی یک ایستگاه محاسبه نمود. در این مقاله هدف بهینه سازی شبکه ایستگاه های بارانسنجی جنوب غرب کشور با توجه به واریانس برآورد کریگینگ و توپوگرافی منطقه و با هدف حفظ یا کاهش تعداد ایستگاه های موجود در منطقه (عدم ایجاد هزینه اضافی) می باشد. نتایج حاکی از آن است که تعداد و آرایش ایستگاه های موجود برای برآورد توزیع مکانی بارندگی در ماههای خشک سال کفایت می نماید. اما در مورد سایر ماه ها و بارندگی سالانه، نیاز به جابجایی برخی ایستگاه ها می باشد. نتایج نشان می دهد که جابجایی 17 ایستگاه منطقه میزان میانگین واریانس خطا را حدود 10 در صد کاهش می دهد. همچنین بررسی وضعیت برونیابی داده ها بیانگر خطای قابل توجهی در برآورد بارندگی در ارتفاعات می باشد.

میزان بارندگی و دقت تعیین آن در مطالعات و طرح های مختلف آبی نقش مهمی را دارا می باشد. در این راستا وجود یک شبکه باران سنجی مناسب که با استفاده از مقادیر بارندگی حاصل از آن، بارندگی در سطح منطقه با دقت مناسبی قابل تخمین باشد، ضروری است. در این تحقیق جهت بهینه سازی شبکه باران سنجی استان خوزستان، از بین روشهای مختلف برآورد مقادیر، روش زمین آماری و روش فاصله معکوس مقیاس شدند. معیار ارزیابی مقایسه روش ها، مقادیر میانگین مربعات خطا (MSE)، میانگین قدر مطلق خطا (MAE) و میانگین خطای انحراف (MBB)، (که از نتایج حاصل از اعتبارسنجی حذف بدست می آیند) می باشد. نتایج بررسی ها نشان داد که در روش کریجینگ نسبت به روش فاصله معکوس دقت بالاتری در تخمین مقادیر دارد و لذا در بهینه سازی شبکه از روش کریجینگ استفاده شد. استفاده از روش کوکریجینگ به دلیل عدم همبستگی کافی بین بارش ماهیانه و متغیر کمکی ارتفاع، مناسب تشخیص داده نشد. در مرحله بررسی باران سنج های اضافی، که از دو معیار ارزیابی حاصل از نتایج اعتبارسنجی حذفی استفاده گردید، 5 باران سنج، که با استفاده از سایر نقاط شبکه با دقت قابل قبولی قابل تخمین بودند، جهت حذف از شبکه پیشنهاد شد. در مرحله ایجاد باران سنج های جدید نیز، با استفاده از ارزیابی خطای تخمین حاصل از روش کریجینگ، سه نقطه در سطح منطقه جهت ایجاد باران سنج جدید انتخاب شد.

طراحی سامانه های پایش کیفی و کمی منابع آب همواره به عنوان یکی از موضوعات پیچیده در زمینه منابع آب و محیط زیست مطرح بوده است. طراحی این سامانه ها برای دستیابی به اطلاعات پایه کمی و کیفی صورت می گیرد، در حالی که فرآیند طراحی خود نیازمند این اطلاعات پایه است. منطقه مورد مطالعه در این تحقیق حوضه آبریز دریاچه ارومیه واقع در شمال غرب کشور می باشد. آنتروپی در لغت به معنای بی نظمی است. در این تحقیق از تئوری آنتروپی جهت پایش شبکه باران سنجی در دوره آماری 2011-1984 استفاده شده است. هم چنین جهت بررسی روند تغییرات پارامترهای مورد بررسی از آزمون من – کندال اصلاح شده استفاده گردید. نتایج حاصل از بررسی روند تغییرات مقادیر بارش سالانه حوضه دریاچه ارومیه نشان داد که تغییرات مقادیر بارش در این حوضه در طی دوره آماری مورد بررسی در مقیاس سالانه کاهشی بوده است. جهت بررسی و پایش شبکه باران سنجی با استفاده از تئوری بی نظمی از روش رگرسیون بردار پشتیبان جهت تخمین مقادیر بارش استفاده شد. نتایج بررسی مقادیر شاخص آنتروپی در سطح آبخوان نشان داد که تنها 4/1 درصد سطح حوضه مورد بررسی دچار کمبود شدید اطلاعات می باشد که احداث ایستگاه جدید در این منطقه را طلب می کند. اما از آنجایی که بیش از 90 درصد سطح حوضه از نظر انتقال اطلاعات در شرایط مازاد و نسبتأ مازاد قرار دارد، لذا منطقه مورد مطالعه از پایش نسبتأ خوبی برخوردار می باشد. به طور کلی نتایج بیانگر بالا بودن دقت روش بهینه شده رگرسیون بردار پشتیبان در برآورد مقادیر بارش سالانه ایستگاه های باران سنجی موجود در حوضه دریاچه ارومیه بود. نتایج رتبه بندی ایستگاه های موجود در منطقه مورد مطالعه نشان داد که ایستگاه-های ژارآباد، باداملو و اوربان رتبه های 1 تا 3 را دریافت کردند که نشان دهنده انتقال و دریافت اطلاعات بیشتر نسبت به سایر ایستگاه ها است.

در راستای برداشت دقیق دادههای بارش به عنوان مهمترین ورودی مدلسازی های هیدرولوژیکی، شبکه باران سنجی نقش اساسی را ایفا می کند.با طراحی شبکه بارانسنجی بهینه می توان با حداقل هزینه و عدم اطمینان داده های بارش را برداشت نمود. به منظور بهینه یابی ایستگاه های باران سنجی روش های متفاوتی ارایه شده که در این میان روش های زمین آمار به گستردگی مورد استفاده قرار می گیرند. تحقیق حاضر وضعیت ایستگاه های باران سنجی استان کردستان و پتانسیل بهینه سازی موقعیت آنها را با استفاده از روش های زمین آمار بر مبنای واریانس خطای کریجینگ و با در نظر گرفتن توپوگرافی منطقه بررسی نموده است. در این تحقیق به منظور تحلیل فضایی و برآورد واریانس خطا از داده های بارش145 ایستگاه هواشناسی در بازه زمانی (2013-2001) و نقشه رقومی ارتفاع ماهواره SRTM استفاده گردیده و با توجه به وسعت زیاد منطقه مورد مطالعه و تغییرات زیاد داده های بارش، ناحیه بندی منطقه یا خوشه بندی ایستگاه ها صورت گرفته است. نتایج پژوهش نشان می دهد که ارتفاعات بیشترین سهم را در ایجاد خطای برآورد بارش داشته و با حذف ایستگاه هایی که در موقعیت مناسبی واقع نشده اند میتوان هزینه نگهداری ایستگاهها را کاهش داد، همچنین با حذف یا جابجایی 8 ایستگاه از ایستگاه های موجود و اضافه نمودن 28 ایستگاه جدید به شبکه باران سنجی، مقادیر میانگین واریانس خطا 11 % کاهش می یابد که بیشترین کاهش در بخش های مرکزی استان با 24.03 % می باشد. نتایج پژوهش حاضر به منظور کاربرد روش های زمین آمار در تحلیل فضایی و بهینه سازی ایستگاه های باران سنجی در نواحی کوهستانی از اهمیت بالایی برخوردار بوده و نقشه های تولید شده نیز برای سازمان های اجرایی (نظیر سازمان هواشناسی، وزارت نیرو و...) از ارزش کاربردی بالایی برخوردار هستند.

کیفیت مناسب اطلاعات بارندگی ثبت شده در شبکه های باران سنجی در طراحی پایدار پروژه های آبی نقش مهمی ایفا می کند. از این نظر جهت ایجاد شبکه ای بهینه و کارآمد، شبکه های باران سنجیبایستی به صورت دوره ای با توجه به نیاز و طرح های توسعه منابع آب پیش روی، مورد ارزیابی قرار گیرند. در این پژوهش بر پایه تئوری آنتروپی، ارزش منطقه ای ایستگاه های باران سنجی حوضه آبریز کارون بزرگ واقع در استان خوزستان مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از تئوری آنتروپی گسسته، محدودیت نرمال بودن داده ها در تحقیقات قبلی را مرتفع می نماید. با در نظر گرفتن گروهی از شاخص های آنتروپی همانند آنتروپی مرزی، آنتروپی مشترک وشاخص انتقال اطلاعات بین ایستگاه ها، به تعیین ایستگاه های شاخص و مناطق ضعیف ازنظر تبادل اطلاعات در شبکه پایش حوضه آبریز پرداخته شده وپهنه بندی انجام شده است. تحلیل حساسیت نحوه کلاس بندی اطلاعات نشان داد که مقادیر شاخص های آنتروپی به تغییر فاصله کلاس بندی اطلاعات حساس، اما رتبه بندی ایستگاه ها حساسیت بسیار کمی را ازخود نشان داد. در نهایت، نتایج حاکی ازاین است که تئوری آنتروپی قابلیت خوبی برای کمی کردن ارزش منطقه ای ایستگاه های باران سنجیدر یک شبکه باران سنجی دارد و تراکم 31 ایستگاه شبکه باران سنجی حوضه بهینه می باشد و می توان سایر ایستگاه های باران سنجی را از شبکه پایش حذف نمود.

یک شبکه باران سنجی بهینه برآورد واقع گرایانه ای از میانگین یا پراکنش بارش نقطه ای حوزه آبخیز دارد. گرچه افزایش تراکم شبکه باران سنجی موجب کاهش خطای برآورد می گردد اما تعداد ایستگاه های بیشتر به معنای هزینه نصب و نظارت بیشتر است. هدف از مطالعه حاضر ارزیابی وضعیت ایستگاه های باران سنجی استان چهارمحال و بختیاری با استفاده از روش های زمین آمار و تیوری آنتروپی است. بدین منظور وضعیت آماری ایستگاه های این استان مطالعه و دوره آماری 1379 تا 1395 به عنوان پایه زمانی مشترک انتخاب و همگنی، وجود روند در سری زمانی داده ها و کفایت تعداد باران سنج ها در شبکه باران سنجی بررسی شد. سپس با استفاده از روش کریجینگ، نقشه های درون یابی بارش سالانه و خطای استاندارد آن ها در دوره موردمطالعه تهیه و سهم هر ایستگاه در کاهش یا افزایش خطا در شبکه باران سنجی با حذف هر ایستگاه بررسی شد. با استفاده از مفهوم آنتروپی، کارایی شبکه باران سنجی منطقه موردمطالعه ارزیابی و مقادیر شاخص های آنتروپی محاسبه گردید. در نهایت ارزش و اهمیت ایستگاه های باران سنجی با استفاده از شاخص اطلاعات خالص تبادلی سنجیده شد. نتایج این مطالعه، همگنی داده ها و عدم وجود روند معنی دار در سری داده ها را نشان داد. نتایج محاسبه خطای کریجینگ نشان داد که با حذف ایستگاه آب ترکی مقدار خطا 03/0 و با حذف هریک از ایستگاه های شهرکرد، بروجن و بارز مقدار خطا 01/0 افزایش می یابد، لذا از اهمیت بالاتری نسبت به سایر ایستگاه ها برخوردارند. طبق نتایج شاخص اطلاعات خالص تبادلی ایستگاه های بارده، بره مرده و دزک آباد به ترتیب با رتبه های 1 تا 3 دارای انتقال و دریافت اطلاعات و ارزش حفظ بیشتری نسبت به سایر ایستگاه ها بودند.

بارندگی از ورودی های اصلی در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب محسوب می شود. شبکه کارآمد ایستگاه های باران سنجی شبکه ای است که علاوه بر دقت اندازه گیری مناسب از تراکم مطلوبی نیز برخوردار باشد، به طوری که بتوان در نقاط فاقد ایستگاه در یک حوضه آبریز برآورد مناسبی از بارندگی بدست آورد. در این مطالعه روشی مبتنی بر مدل زمین آماری کریجینگ و تابع توزیع احتمال نرمال برای ارزیابی عملکرد شبکه ایستگاه های باران سنجی در حوضه گرگان رود به مساحت 114 هزار کیلومتر مربع استفاده شده است که مفهوم آن بر اساس معیار درصدی از مساحت منطقه با دقت پذیرش (Ap) می باشد. ابتدا با تحلیل تغییرات مکانی بارندگی سالانه در حوضه توسط نیم تغییرنما بدون بعد، ساختار مکانی بارندگی حوضه استخراج گردید و سپس توسط الگوریتم ارائه شده شبکه ایستگاه های باران سنجی حوضه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که از 33 ایستگاه مورد تحلیل، 21 ایستگاه به عنوان ایستگاه های شبکه مبنا شناخته شدند و 12 ایستگاه باقی مانده تاثیر بسیار کمی در برآورد تغییرات مکانی بارندگی حوضه داشتند. در روند بهینه یابی، ایستگاه-های غیرمبنا به 7 ایستگاه جدید در سایر نقاط حوضه کاهش یافتند که موجب افزایش دقت در تخمین بارندگی در حوضه می شوند. همچنین با ساده سازی های انجام شده در روش مذکور و انجام محاسبات در محیط نرم افزار GIS به صورت توسعه یک ابزار، نتایج نشان داد که از روش ارائه شده می توان به صورت موثرتری در ارزیابی شبکه ایستگاه های باران سنجی استفاده نمود.

با توجه به محدودیت امکان توسعه ایستگاه های باران سنجی، تعیین بارش در تمام نقاط و به تبع آن تخمین دقیق بارش منطقه ای امکان پذیر نیست. لذا، باید در انتخاب محل و تعداد ایستگاه ها در تخمین بارش منطقه ای دقت کافی به عمل آید. در این تحقیق از آنتروپی انتقال اطلاعات و واریانس تخمین بارش منطقه ای برای تعیین نقاط بهینه توسعه ساختار موجود شبکه باران سنجی استفاد شده است. در ساختار پیشنهادی، نقاط دارای حداکثر واریانس تخمین و حداقل آنتروپی انتقال اطلاعات در سطح حوضه کاندید ایستگاه های جدید در نظر گرفته می شود. مدل بهینه سازی برای ترکیب نتایج این دو روش توسعه داده شده و در نهایت موقعیت پیشنهادی تاسیس ایستگاه های جدید تعیین می شود. در ساختار پیشنهادی، از محیط GIS برای ارائه بهتر نتایج تحلیل های مکانی استفاده شده است. حوضه آبریز کرخه با توجه به اهمیت بالایی که از بعد منابع آبی کشور دارد، مطالعه موردی این تحقیق در نظر گرفته شده است. نتایج بررسی ها و تحلیل های صورت گرفته در این تحقیق نشان دهنده این است که با استفاده از ایستگاه های پیشنهادی در حوضه کرخه که هفده موردند می توان دقت نتایج تحلیل مکانی بارش را به میزان زیادی افزایش داد.