بخشی از مقاله

چکیده

طراحی، تحلیل و بهرهبرداري از سیستمهاي کنترل سیل به دلیل ماهیت تصادفی سیلاب و خطاهاي اندازهگیري با انواع عدم قطعیتهاي هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و اقتصادي همراه است. هدف این مقاله تحلیل حساسیت این عدم قطعیتها است که به منظور تعیین میزان تأثیر هر یک از آنها بر ابعاد طراحی سازه میباشد. بدین منظور طراحی یکی از معمولترین سازههاي مهار سیلاب - گورهها - با استفاده از یک مدل بهینه¬سازي غیر خطی بر اساس تحلیل ریسک در نرم افزار لینگو مورد بررسی قرار گرفته است.

هریک از این عدم قطعیتها یک بار به طور جداگانه و بار دیگر یک جا در مدل وارد شدهاند. در این مقاله محدوده شمال شیراز در مجاورت رودخانه خشک معالیآباد مورد بررسی قرار گرفته است. در پی اجراي مدل دوره بازگشت بهینه در همه حالات استوکستیک و قطعی یکسان و 20 ساله میباشد.

برخلاف مدل قطعی که ابعاد سیستم به صورت تک مقداري حاصل میشوند، مدل استوکستیک یک بازه براي هر پارامتر نتیجه میدهد و میتوان با توجه به ریسک مورد قبول طرح، ابعاد طراحی را تعیین نمود. اعمال عدم قطعیت هیدرولوژیکی در طراحی موثرتر از هیدرولیکی و آن هم مهمتر و موثرتر از اقتصادي است . جهت اطمینان و رضایت از عملکرد بهتر سیستم در زمان آینده، لازم است حداقل این عدم قطعیت در طراحی منظور شود.

-1 مقدمه

طراحی، تحلیل و بهرهبرداري از سیستمهاي آبی با عدم قطعیت همراه است. منابع ایجاد عدم قطعیتها را میتوان به پنج گروه ذاتی، مدل، پارامتر، داده و عملکرد به شرح زیر تقسیمبندي نمود: عدم قطعیتهاي طبیعی ازماهیت تصادفی فرایندهاي طبیعی مانند بارش ناشی میشوند. عدم قطعیتهاي مربوط به مدل شامل دو گروه اصلی سیستماتیک و تصادفی می باشند.

خطاهاي سیستماتیک ناشی از در نظر نگرفتن برخی پارامترها یا قیدها در مدل بوده و خطاهاي تصادفی نتیجه مستقیم خطاهاي موجود در نمونهبرداري میباشد. خطاهاي ناشی از پارامتر بر اثر خطا در برآورد دقیق پارامترهاي ورودي مدل به وجود میآیند. عدم قطعیتهاي مربوط به دادهها بعلت اندازهگیريهاي نادقیق، غیرهمگن و پرت بودن دادهها، خطاهاي مربوط به جمعآوري دادهها و ثبت آنها و تعداد ناکافی آنها است. عدم قطعیتهاي مربوط به عملکرد سازه ناشی از خطاهاي موجود در مرحله ساخت و بهرهبرداري و نگهداري از سازه میباشد]١.[ در این زمینه مطالعاتی صورت گرفته است که از آن جمله به موارد ذیل میتوان اشاره نمود:

 عدم قطعیت هیدرولیکی ایجاد شده به علت ناتوانی مدلهاي ریاضی و معادلات تجربی را براي تعیین ظرفیت گوره مورد بررسی قرار داده است. معادله مانینگ را براي تعیین ظرفیت استفاده نموده و عدم قطعیت پارامتر ضریب زبري را در آن اعمال کرده است

Yen and Tung  به تعریف و بررسی عدم قطعیت در سیستمها میپردازد، همچنین روشهاي مختلف بررسی عدم قطعیت که به سه دسته تحلیلی، تقریبی و شبیه سازي تقسیم می شود را به طور کامل و با جزئیات تشریح می کند

به بررسی انواع مدلهاي بهینهسازي، تحلیل حساسیت و آنالیز عدم قطعیت مدلها، تحلیل اقتصادي براي تعیین حجم بهینه سیلاب در مخزن و شبیهسازي سیستم ترکیبی سد- گوره پرداختهاند - 2004 - Iftekhar Ahmed .[4] عدم قطعیت را در منحنی دبی-اشل براي محاسبه خسارت سیلاب برآورد نموده است. در این تحلیل ارتفاع آزاد در گورهها را هم مدنظر قرار داده است و از نرم افزار HEC-FDA براي تعیین ارتفاع آزاد براي گوره با قابلیت اعتماد مورد نظر و از نرمافزار HEC-RAS براي محاسبه منحنی دبی-اشل استفاده نموده است

سرابندي - 1387 - به شناخت مبانی، ابزار و ملزومات یک طرح کنترل سیلاب، روشهاي کاهش خسارات سیل و نحوه تحلیل اقتصادي طرحهاي کنترل سیلاب پرداخته است. در یک مطالعه موردي نیز که بر روي رودخانه خشک معالی آباد شیراز انجام گرفته است، به استفاده از مدل بهینه ترکیبی سد- گوره براي اجراي طرح کنترل سیلاب در منطقه پتانسیل خطر با تحلیل اقتصادي سود- هزینه پرداخته است 

رفیعی - 1389 - به بررسی یک طرح کنترل سیلاب، انواع خسارات حاصل از سیل و نحوه تحلیل اقتصادي و بهینهسازي ابعاد طراحی خاکریزهاي کناره رودخانه - گوره - پرداخته-است. همچنین با معرفی رودخانه خشک معالیآباد شیراز از مدل بهینه گوره براي اجراي طرح کنترل سیلاب در منطقه پتانسیل خطر استفاده نموده است

طراحی بر مبناي ریسک روشی است که به طراح اجازه میدهد تا عدم قطعیتهاي موجود را در طراحی اعمال نموده و نتایج عدم قطعیتها را ضمن محاسبه قابلیت اعتماد در قالب طراحی احتمالاتی ترکیب نموده و ریسک آنها را تحلیل نماید. آنچه که در این مقاله به آن پرداخته شده است، تحلیل حساسیت عدم قطعیتهاي هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و اقتصادي در طراحی سازههاي کنترل سیلاب میباشد.

این تحلیل حساسیت به منظور تعیین میزان تأثیر هر یک از این عدم قطعیتها بر ابعاد طراحی سازه میباشد. بدین منظور طراحی یکی از معمولترین سازههاي مهار سیلاب - گورهها - با استفاده از یک مدل بهینهسازي غیر خطی بر اساس تحلیل "سود - هزینه" - Benefit – Cost - در نرم افزار لینگو مورد بررسی قرار گرفته است. هریک از این عدم قطعیتها یک بار به طور جداگانه و بار دیگر یک جا در مدل وارد شدهاند، سپس با اجراي مدل، ابعاد بهینه مولفههاي سیستم در هر سیل طراحی از قبیل: ارتفاع گوره و عقبنشینی گوره - Setback - از کرانه رودخانه نتیجه میشود. با توجه به پیچیدگی سیستم مورد بررسی، جهت تحلیل عدم قطعیتها از روش شبیهسازي مونت کارلو استفاده شده است.

-2مبانی تئوري

عدم قطعیت، فقدان یا کمبود اطلاعات صحیح درباره پدیدهها و فرایندهاي مرتبط با تعریف مسائل مختلف و حل آنها میباشد. با افزایش حضور پدیدههاي طبیعی و تصادفی، مقادیر عدم قطعیتها افزایش مییابد. بنابراین عدم قطعیتهاي مختلف که به دلیل نقصان اطلاعات در کامل کردن فرایندها، مدلها، پارا مترها، دادهها و ... به وجود میآیند، با پژوهش، تکمیل دادهها و استفاده از ابزار اندازهگیري با دقت بالا، کاهش مییابد.

در مهندسی منابع آب، انواع عدم قطعیتها به چهار گروه اصلی هیدرولوژیک، هیدرولیک، سازه و اقتصادي تقسیم بندي میشوند. در طراحی احتمالاتی، لازم است مقادیر آنها به صورتکمی ارائه گردد .[1] در ادامه به بررسی سه نوع عدم قطعیت هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و اقتصادي پرداخته میشود.

عدم قطعیتهاي موجود در طراحی گوره از سه جنبه اساسی قابل بررسی است :

-1-2 عدم قطعیت هیدرولوژیکی

عدم قطعیتهاي هیدرولوژیکی شامل عدم قطعیت در محاسبه سیل طراحی و ارتفاع موج ناشی از باد است. یک عامل در ایجاد ریسک و عدم قطعیت، نوع توزیع برازش یافته بر آمار دبی هاي سیل و بادهاي ثبت شده در محل پروژه میباشد. چرا که غالبا آمارههاي میانگین و انحراف معیارکمیت هاي هیدرولوژیکی در توزیعهاي مختلف، متفاوت میباشد. بنابراین عدم قطعیت جزء لاینفک آنها میباشد. لذا به منظور اعمال عدم قطعیتهاي مذکور لازم است که توزیعهاي مختلفی بر دادههاي آماري برازش یابند.

یکی از مسائلی که اغلب در هیدرولوژي با آن روبرو هستیم، برآورد دبی سیلابی با استفاده از نمونه هاي کوچکی از مشاهدات جریان رودخانه است . با استفاده از روشهاي تحلیل آماري- احتمالی، مقدار متغیر هیدرولوژیکی با دوره باز گشت مورد نظر برآورد میشود. همچنین توزیع احتمالی مقدار مذکور نیز بسیار مهم میباشد که بدین منظور از دادههاي موجود استفاده شده و پارامترهاي مر بوط به توزیع احتمال محاسبه میشوند.

در مجموع، عدم قطعیتهاي موجود در محاسبه سیلاب با یک دوره بازگشت معین داراي دو منبع اساسی است، یکی عدم قطعیت مربوط به مدلهاي آماري و دیگري عدم قطعیتهاي مربوط به پارامترهاي سیلاب میباشد. غالبا عدم قطعیت در برآورد پارامترهاي سیلاب مهمتر از عدم قطعیت در مدلهاي برازش یافته میباشد.

-2-2 عدم قطعیت هیدرولیکی

عدم قطعیتهاي هیدرولیکی، شامل عدم قطعیتهاي موجود در ارزیابی ظرفیت مقطع رودخانه بوده و از دو منبع اساسی مدل و پارامتر ناشی میشود. هر چند، عدم قطعیت در دادههاي موجود نیز نباید از دید طراح پنهان بماند، لیکن وجود عدم قطعیتهاي ناشی از مدل و پارامتر بسیار مهمتر و داراي تاثیر مضاعف بوده و لازم است که در تعیینکمی مقدار آنها توجه کافی مبذول گردد.

عدم قطعیتهاي هیدرولیکی از ساده سازي در مدلهاي ریاضی و توصیف پدیدههاي فیزیکی و طبیعی در مهندسی هیدرولیک، اجراي غیر ایده آل سازههاي هیدرولیکی و ...، نشات میگیرد.

عدم قطعیتهاي مربوط به مدل هیدرولیکی و پارامترهاي آنها، ناشی از استفاده از یک مدل هیدرولیکی مشخص در توصیف شرایط جریان میباشد. به عنوان مثال، مدلی که جریان را با فرض دو بعدي بودن آن تحلیل میکند، نسبت به مدلی که جریان را یک بعدي فرض می نماید، داراي عدم قطعیت کمتري میباشد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید