بخشی از مقاله
چکیده:
شبیهسازی کیفی رودخانه همواره با عدم قطعیتهایی دراندازه گیری ها و پیش بینی ها همراه است. دربرنامهریزی منابع آب همواره نیاز به وجود معیاری برای قابلیت اعتماد سیستم وجود دارد. دراین تحقیق، روش مونت کارلو به عنوان تکنیکی مناسب در تحلیل عدم قطعیت در شبیهسازی اکسیژن محلول در رودخانه مورد استفاده قرارگرفته است.
درشبیه سازی اکسیژن محلول در رودخانه، معادلات حاکم بر پخش و تغییرات غلظت براساس معادلات ارائه شده درمدل یک بعدی QUAL2E به کاررفته است. شبیهسازی درمحیط برنامه نویسی MATLAB، در محدودهای به طول 230 کیلومتر از رودخانه کارون انجام شده است.
بادرنظر گرفتن پارامترهای غیر قطعی، توزیع نرمال برای اکسیژن محلول درپایین دست رودخانه بدست آمده است. باتوجه به توزیع بدست آمده، قابلیت اطمینان سیستم رودخانه ازلحاظ غلظت اکسیژن محلول برای هرنوع مصرف تعیین می شود.
١- مقدمه
در مدیریت منابع آب، مسأله کیفیت آب جایگاه ویژه ای دارد. تحلیل شاخصهای کیفی در شبیه سازی کیفیت رودخانه ها همواره با عدم قطعیت هایی همراه است. دربرنامهریزی و مدیریت جامع منابع آب داشتن یک شاخص کمی که بیانگر قابلیت اطمینان از کیفیت رودخانه با درنظرگرفتن عدم قطعیتهای موجود باشد، لازم خواهد بود.[4] دراین مقاله روش مونت کارلو برای تحلیل عدم قطعیت و قابلیت اعتماد در شبیهسازی اکسیژن محلول در رودخانه کارون مورد استفاده قرارگرفته است.
سابقه تحقیقات و مطالعات انجام شده در تحلیل عدم قطعیت موجود در تجزیه و تحلیل کیفیت آب رودخانه به دهه 80 بازمیگردد
یانگ1 و وایتهد - 1979 - 2 بااستفاده از روش مونت کارلو به تحلیل عدم قطعیت موجود درشبیهسازی کیفی آب دریک سیستم رودخانهای پرداختند. درحقیقت آنان ازپیشگامان استفاده از روش مونت کارلو در تحلیل عدم قطعیت در مطالعات شبیهسازی کیفی رودخانه بودند.
وارویچ3 و روبرتس - 1992 - 4 اثر عدم قطعیتهای متغیرهای ورودی در شبیهسازیهای بکاررفته در مدیریت و پایش کیفی رودخانهها را بااستفاده از شبیهسازی به شیوه مونت کارلو، مورد بررسی قرار دادند
براون - 1987 - 5 روشی برای تحلیل عدم قطعیت موجود در پارامترهای کیفی رودخانه با استفاده از مدل QUAL2E-UNCAS ارائه نمود. او مدل مذکور را درشبیهسازی اکسیژن محلول دررودخانه های بزرگ بسیار کارآمد دانسته است.
دراکثر موارد، بویژه در مورد رودخانه های ایران با کمبود اطلاعات کمی و کیفی روبه رو هستیم. همچنین گاهی لازم است برخی از شرایط ویژه در مدل وارد گردد که استفاده از مدلهای آماده را مشکل می کند. دراین مطالعه، شبیه سازی اکسیژن محلول براساس معادلات مدل QUAL2E در محیط برنامهنویسی MATLAB انجام شده است و امکان شبیه سازی اکسیژن محلول و استفاده از روش مونت کارلو با انعطاف پذیری بالا وجود دارد.
٢- مدل کیفی رودخانه
دراین مطالعه، طول رودخانه در مقایسه با ابعاد دیگر بسیاربزرگ درنظر گرفته شده و شبیه سازی یک بعدی برای تحلیل تغییرات اکسیژن محلول در طول رودخانه مورد استفاده قرار گرفته است. برای شبیه سازی یک بعدی اکسیژن محلول از روابط بکاررفته در مدل QUAL2E استفاده شده است. برای بازه های به طول یک متر ازرودخانه، معادلات تعادل کمی و کیفی، حل شده و درتمام بازه های به طول یک متر مقدار اکسیژن محلول محاسبه شده است.
معادلات تعادل کمی و کیفی با توجه به شکل - 1 - و روابط - 1 - و - 2 - به کار رفته اند.
شکل -1 تعادل ورودی ها و خروجی ها در یک المان از رودخانه که در این روابط Qinj مجموع ورودیها از نقاط ورودی دربازه i و Qab, j مجموع خروجیها دراین بازه است. همچنین Qi میزان دبی و Ci غلظت اکسیژن محلول دربازه i رانشان می دهند.
٣- به کارگیری روش مونت کارلو برای تحلیل عدم قطعیت برای تحلیل عدم قطعیت، یکی ازروشهای بسیار سودمند برای تحلیل عدم قطعیت، روش شبیهسازی مونت کارلو است. مزیت بسیار مهم این روش این است که برای مسایل غیرخطی و با روابط بسیار پیچیده مانند شبیه سازی کیفی رودخانه، که ممکن است بصورت یک معادله تحلیلی ساده نباشند، بخوبی قابل استفاده است
دراین روش با داشتن تعداد محدودی داده آماری ازیک متغیرمشخص، باروشی دادههای آماری بیشتری تولید می شود.
فرایند تولید داده های آماری جدید به این صورت است که ابتدا فرض می شود که توزیع آماری یک متغیر خاص موجود باشد. تابع تجمعی احتمال - CDF - 1 برای این متغیر قابل دستیابی خواهد بود. درشکل - 2 - این تابع که مقدار آن بین صفر و یک است، نشان داده شده است.
شکل-2 تابع CDF برای یک پارامتر مشخص
