پاورپوینت کامل و جامع با عنوان آمار و احتمالات در هیدرولوژی در 81 اسلاید

آب‌شناسی یا هیدرولوژی (به انگلیسی: Hydrology) از دو کلمه Hydro به معنی آب و Logos به معنی شناسایی تشکیل شده است و به معنای وسیع کلمه، علم آب است. یعنی علمی که در مورد پیدایش، خصوصیات و نحوهٔ توزیع آب در طبیعت بحث می‌کند.

تعریفی از هیدرولوژی که به صورت عام رواج داشته باشد و مورد تأیید انجمن دولتی علوم و فناوری آمریکا نیز قرار گرفته‌است و برگزیده شده‌است، بدین صورت است که: هیدرولوژی علم مطالعهٔ آب بر روی کره زمین است و در مورد پیدایش، چرخش و توزیع آب در طبیعت، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب، واکنش‌های آب در محیط و ارتباط آن با موجودات زنده بحث می‌کند.

تا جایی که تاریخ نشان می‌دهد اولین تجارب آب شناسی مربوط به سومریها و مصریها در منطقه خاورمیانه است بطوری که قدمت سد سازی روی رودخانه نیل به ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح می‌رسد در همین زمان فعالیتهای مشابهی در چین نیز وجود داشته است. از بدو تاریخ تا حدود ۱۴۰۰ سال بعد ازمیلاد مسیح فلاسفه و دانشمندان مختلفی از جمله هومر طالس، افلاطون، ارسطو و پلنی در مورد سیکل هیدرولوژی اندیشه‌های گوناگونی ارائه کرده‌اند و کم‌کم مفاهیم فلسفی هیدرولوژی جای خود را به مشاهدات علمی دادند.

شاید بتوان گفت هیدرولوژی جدید از قرن ۱۷ با اندازه گیریهای مختلف آغاز شد در این دوره پرالت ترانست مقدار بارندگی تبخیر و صعود موئینه‌ای را در حوضه آبریز رودخانه سن اندازه‌گیری کند ماریوت با اندازه‌گیری سرعت و سطح مقطع جریان دبی رودخانه سن را در پاریس اندازه‌گیری کرد.

در قرن ۱۸ مطالعات تجربی در زمینه‌های هیدرولوژی شکوفایی خاصی را پیدا کرد. بر اساس این مطالعات بود که بسیاری از اصول هیدرولیکی پایه‌گذاری گردید. از آن جمله می‌توان وسایلی مانند پیزو ستروبرنولی، لوله پیتو، لوله بوردا، و نظریه‌هایی مانند نظریه دانیل برنولی، فرمول شزی و قوانین دالامبرت را نام برد. از آن زمان به بعد هیدرولوژی از جنبه کیفی به کمی سوق داده شده و اندازه‌گیری بسیاری از پدیده‌های هیدرولوژی امکان‌پذیر گردید.

قرن ۱۹ را می‌توان دوره طلایی هیدرولوژی دانست در این زمان زمین‌شناسی نیز به عنوان یک علم تکمیل کننده در آبهای زیرزمینی وارد گردید. قانون دارسی و فرمولهای دو پوئی- تیم (Dmpmit-Thiem) نمونه‌ای از پیشرفت‌های آبهای زیرزمینی همراه با هیدرولوژی می‌باشد. در زمینه هیدرولوژی آبهای سطحی نیز بخصوص به هیدرومتری توجه فراوانی مبذول گردید. فرمولهای فرانسیس در مورد سرریزها، گانگیه (Gangmillet) کوته (kmtter) و مانینگ (Manning) دربارهٔ جریان آب در کانالهای روباز از جمله این مواردند.

فعالیتهای دالتون در زمینه تبخیر نیز بسیار حائز اهمیت بود. گرچه قسمت اعظم هیدرولوژی جدید در قرن ۱۹ پایه‌گذاری شد؛ ولی تا امروز هنوز هیدرولوژی علمی از تکامل زیادی برخوردار نبود.

در اواخر قرن ۱۹ و بخصوص در ۳۰ سال اول قرن ۲۰ صدها فرمول تجربی پیشنهاد گردید که می‌بایست ضرایب و پارامترهای آنها بر اساس قضاوت و تجربه بدست می‌آمده و برای حل این مشکل در بسیاری از کشورها موسسات و انیستیتوهای تحقیقی در زمینه هیدرولوژی تأسیس گردید. در این دوره دانشمندان زیادی ظهور کردند از جمله می‌توان در سال ۱۹۳۲ شرمن (Sherman) نظریه روش هیدروگراف واحد برای تخمین رواناب پیشنهاد کرد.

نظریه تیس (Thies) در حل مسائل مربوط به هیدرولوژی چاه‌ها و روش پیشنهادی گامبل (Gammble) در سال ۱۹۴۱ برای تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها و روشهای انیشتین (Einstein) را در مطالعات رسوب رودخانه‌ها نام برد؛ و از سال ۱۶۵۰ به بعد روشهای نظری در هیدرولوژی بسیار معمولی گردید بطوری که اکثر فرمولها و روشهای تجربی در قالب ریاضی در رد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

امروزه این علم در طراحی و طرز عمل سازه‌های هیدرولیکی نظیر سدهای ذخیره‌ای و انحرافی، کانالهای آبیاری و زهکشی و پل، مهندسی رودخانه و کنترل سیلاب، آبخیزداری، جاده‌سازی، طراحی تفرجگاه مسائل بهداشتی و فاضلاب شهری و صنعتی و زمینه‌های زیست‌محیطی بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هر سال به سطح خشکیهای کره زمین حدود ۱۱۰۰۰۰ کیلومتر مکعب آب بصورت نزولات جوی فرو می‌ریزد در عوض ۷۰۰۰۰ کیلومتر مکعب آن بصورت تبخیر خارج می‌شود. تفاوت این دو رقم ۴۰۰۰۰ کیلومتر مکعب است که منابع تجدید شونده آب را تشکیل می‌دهند. مقدار سرانه آب تجدید شونده در سطح دنیا رقمی حدود ۷۴۰۰ متر مکعب در سال برای هر نفر است. اما این مقدار بطور یکنواخت تقسیم نشده است. متخصصان هیدرولوژی رقم ۱۰۰۰ متر مکعب در سال برای هر نفر را مرز کم‌آبی یک کشور تعیین کرده‌اند. این رقم در مصر ۳۰ در قطر ۴۰ در لیبی ۱۶۰ در عربستان ۱۴۰ متر مکعب در سال برای هر نفر برآورد شده است. همگی جز کشورهای کم‌آب محسوب می‌شوند. در ایران این سرانه ۱۵۰۰ متر مکعب در سال تخمین زده شده است. با این حساب نمی‌توان ایران را یک کشور کم‌آب تلقی کرد. یکی از راه‌های سازگاری با خشکی استفاده بهینه از منابع آب است. باید سعی کرد که تا حد امکان از ریزشهای جوی، جریان آبهای سطحی و منابع زیرزمینی به نحو مطلوب استفاده شود و این کار عملی نخواهد بود مگر با شناخت پدیده‌های هیدرولیکی.

فهرست مطالب:

انواع داده ها

انواع سری ها

انواع نمودارها

معيارهاي تمايل مرکزي

میانگین حسابی

میانگین وزنی

میانگین متحرک

میانگین هارمونیک

میانگین هندسی

آناليز آماري داده ها

هيستوگرام فراواني

مراحل رسم هيستوگرام

توابع توزيع احتمالاتي

تابع چگالي احتمال و يا تابع شدت احتمال (PDF)

تابع توزيع تجمعي (CDF)

خصوصيات تابع شدت احتمال

گشتاورهاي توابع احتمالاتي

گشتاور n ام

میانگین

واریانس

ضریب تغییرات

چولگی

کشیدگی

همبستگي و کاربرد آن در هيدرولوژي

انواع همبستگی

همبستگی خطی

همبستگی چند متغیره

برآورد پارامترهاي هيدرولوژيکي در مناطق فاقد آمار و کم آمار

توزيع هاي احتمالاتي تئوري

توزيع هاي گسسته

توزیع دو جمله ای

توزیع پوآسون

توزیع نرمال

توزيع لوگ نرمال دو پارامتري

توزيع لوگ پيرسون تيپ III

توزيع هاي حد نهايي

برازش داده هاي هيدرولوژيکي

روش Chi-square

روش (K-S, Kolmogorov-Smirnov)

تحليل فراواني وقايع

فاکتور فراواني و برآورد تئوريک متغيرهاي هيدرولوژيکي

ریسک

آزمون و بازسازی داده ها

و...