بخشی از مقاله
چکیده
در سالهاي اخیر ریسک سیلاب در حوضههاي شهري افزایش یافته است. بهمنظور رفع مشکلات ناشی از جاري شدن سیلاب در مناطقی از شهر که ریسک سیل بالا است، باید با دقت کافی، مقدار حجم یا دبی سیلابها، عمق سیلاب و پهنه سیلاب، با استفاده از روشها و مدلهاي متعارف تعیین شود. از مشکلات حوضههاي شهري عدم وجود پارامترهاي ورودي دقیق، عدم شناخت از فرآیند تولید رواناب، عدم وجود سیستم اندازهگیري جریان در خروجی زیر حوضههاي شهري براي واسنجی، عدم قطعیت پارامترهاي ورودي و نتایج مدلهاي ریاضی و عددي همچون SWMM میباشد.
این تحقیق به بررسی و تحلیل عدم قطعیت به الگوریتم GLUE در سطوحی از منطقه 2 شهرداري کلانشهر تبریز با مدل سیلاب شهري SWMM براي تعیین محدوده مناسب پارامترهاي ورودي پرداخته است. بهمنظور کمی کردن عدم قطعیت، محدوده اولیه پارامترهاي ورودي شامل شماره منحنی، درصد نفوذناپذیري، ضریب زبري سطح نفوذپذیري و ضریب زبري سطح نفوذناپذیري تعیین و با استفاده از الگوریتم GLUE عملیات نمونه¬برداري اولیه از فضاي پارامتري توسط روش نمونه¬گیري مربع لاتین انجام شد.
با توجه به نتایج شبیهسازي¬ها و مقادیر رخدادهاي به ¬هنگام مشاهداتی، 20 درصد از کل خروجی¬ها و سري پارامترهاي تولید شده بهعنوان شبیهسازي ¬هاي قابل قبول جدا شدند. مطابق نتایج ارزیابی نمودارهاي توزیع پسین، پارامترهاي ورودي درصد نفوذناپذیري و ضریب زبري سطح نفوذناپذیري به¬عنوان پارامترهاي حساس و تاثیرگذار بر شبیهسازي مدل شناخته شدند و محدوده مناسب پارامترهاي ورودي تعیین شد.
.1 مقدمه
در سالهاي اخیر ریسک سیلاب در حوضههاي شهري نسبت به حوضههاي غیر شهري افزایش یافته است. به منظور رفع مشکلات ناشی از جاري شدن سیلاب در مناطقی از شهر که ریسک سیل بالا است، باید با دقت کافی، مقدار حجم یا دبی سیلابها، عمق سیلاب و پهنه سیلاب، با استفاده از روشها و مدلهاي متعارف تعیین شود. در چنین شرایطی مدلهاي ریاضی شبیهسازي بارش–رواناب از جمله ابزارهاي مناسبی میباشند که میتوانند بهمنظور بررسی اثرات ناشی از کمیت سیلاب شهري و شبیهسازي فرآیندهاي هیدرولوژیکی و هیدرولیکی در سیستمهاي پیچیده جمعآوري آبهاي سطحی بهکار گرفته شود.
از مشکلات و پیچیدگی حوضههاي شهري - تخمین نفوذ، ضریب رواناب و زبري، تغییرات شیب، شبکه پیچیده شهري و غیره - عدم شناخت دقیق از فرآیند تولید رواناب، عدم وجود سیستم اندازهگیري جریان در خروجی زیر حوضههاي شهري براي واسنجی و صحت سنجی و عدم قطعیت در دبی برآوردي توسط مدلهاي ریاضی و عددي همچون SWMM میباشد.
امروزه استفاده از روشهاي احتمالاتی در کلیه علوم محض و محاسباتی جاي خود را براي پیشبینی وقایع و پدیدهها باز کرده است. براي استفاده از روشهاي احتمالاتی ابتدا لازم است تا به خوبی عدم قطعیتهاي موجود در سیستم، شناسایی و کمی شود. با دستیابی به این شناخت نهتنها میتوان به تدریج عملکرد سیستمها را بهبود بخشید، بلکه میتوان در زمان وقوع خطر، با بیشترین سرعت و دقت و کمترین ریسک محتمل در مورد سیستم، برنامه ریزي و تصمیمگیري نمود.
هدف اصلی از تحلیل عدم قطعیت، تشخیص خواص آماري خروجیهاي مدل بر اساس روابط موجود بین پارامترهاي آماري ورودي است. از این گذشته، این تجزیه و تحلیل، شناختی راجع به سهم هر کدام از پارامترهاي ورودي بر خطاي ظاهر شده در خروجی مدل ارایه میدهد. از اینرو پارامترهایی که بیشترین تاثیر را بر روي نتایج خروجی دارند، تشخیص داده میشوند و دقت بیشتري در برآورد آنها لحاظ میشود و در نتیجه خطاي مقادیر خروجی مدل کاسته میشود. در حقیقت عدم قطعیت یک مرحله مهم همزمان با واسنجی پارامترهاي مدل است
اولین پیشگامان بررسی عدم قطعیت در هیدرولوژي، Kitanidis and Bras - 1980 - بودند که براي اولین بار مدل مفهومی غیر خطی را که قادر به تحلیل و در نظر گرفتن عدم قطعیتها و استفاده از اطلاعات زمان واقعی براي بههنگام کردن و اصلاح پیشبینیها بود را تهیه کردند
پس از آن، Binley et al. - 1991 - عدم قطعیت همدل توزیعی پایه فیزیکی بارش-رواناب را با استفاده از روشهاي روزنبلات و شبیهسازي مونت کارلو بررسی و اثرات تغییر کاربري اراضی را ارزیابی کردند
روش تخمین عدم قطعیت تشابهات عمومی - GLUE - را پیشنهاد کردند که در آن شبیهسازي مونت کارلو و تئوري بیز تلفیق شده بود.
GLUE1 یکی از روشهاي محبوب در تحلیل عدم قطعیت پارامتر در مدلسازي هیدرولوژیکی است که به طور گسترده در طی ده سال گذشته استفاده شده تا عدم قطعیت پیشبینی را تحلیل و برآورد کند
Wei et al. - 2015 - با استفاده از روش GLUE به ارزیابی عدم قطعیت مدلسازي کیفیت آب با مدل SWMM براي یک حوضه آبریز شهري در مقیاس کوچک در شانگهاي چین پرداختند. مقایسه از عدم اطمینان در ایجاد آلودگی هاي مختلف و مدلهاي شستشو که در SWMM موجود میباشد نشان داد که این عدم قطعیت کمی متفاوت بود.
به تجزیه و تحلیل عدم قطعیت پارامترهاي SWMM پکن چین بر اساس روشGLUE پرداختند. نتایج نشان داد که دو پارامتر سطح غیر قابل نفوذ و زبري کانال، قابل شناساییترین پارامترهایی هستند که تاثیر زیادي بر روي عملکرد مدلسازي SWMM دارند. همچنین این مطالعه نشان داد که روش GLUE یک ابزار قدرتمند براي تجزیه و تحلیل پارامترها و عدم اطمینان است.
دریکنده و همکاران - 1392 - با روش GLUE، آبنمود سیلاب بر اساس عدم قطعیت پارامترهاي مدل بارش-رواناب توزیعی AFFDEF را برآورد نمودند. نتایج بازههاي 95 درصد اطمینان رویدادهاي دوره واسنجی نشان داد که با بهکارگیري روش GLUE، عدم قطعیت ناشی از پارامترهاي مدل تا حد زیادي کاهش یافته است.
تا بهحال اغلب کاربردهاي روش GLUE در واسنجی پارامترهاي مدلهاي هیدرولوژي و در مقیاس حوضههاي آبریز بوده است و از روش اخیر در مدل بارش-رواناب شهري با توجه به پیچیدگی پارامترهاي ورودي حوضههاي شهري بهطور جدي بحث نشده است. در این تحقیق عدم قطعیت ارتفاع آب به عنوان خروجی مدل با استفاده از روش GLUE ارزیابی شدکه در ادامه تحقیق، نحوه مدل سازي سیلاب شهري، روش عدم قطعیت، تعیین محدوده پارامترهاي ورودي موثر بر خروجیها در مدل SWMM ارائه شده است.
.2 مواد و روشها
محدوده مطالعاتی و متودولوژي
محدوده تحقیق، سطوحی از منطقه 2 شهرداري کلانشهر تبریز است که به رودخانه مهرانه رود زهکشی میگردد. منطقه 2 شهرداري تبریز یکی از مناطق ده گانه شهرداري کلانشهر تبریز میباشد. این محدوده سطحی در حدود 488 هکتار در ارتفاع بین 1550 تا 1750 متر قرار دارد. بهطور کلی بیشترین کاربري اراضی این حوضه، کاربري مسکونی بوده و در اولویتهاي بعدي فضاي سبز و معابر قرار دارد. متوسط مقدار شیب بین 1/5 تا 6 درصد میباشد
از آنجا که هیچ گونه ایستگاه هیدرومتري براي اندازهگیري دبی در داخل شهر و محدوده مطالعاتی وجود نداشته است، بهمنظور اندازهگیري جریان و ثبت بههنگام سیل ناشی از رخدادهاي بارش در محل خروجی محدوده مطالعاتی، اشل تهیه و نصب شد. کانال خروجی داراي مقطع مستطیلی به عرض 5 متر و ارتفاع 4 متر با بستر بتنی و دیوار سنگی با شیب 1 درصد میباشد.
در این مطالعه پنج رخداد بههنگام اندازهگیري شد. جهت تهیه مدل بارش-رواناب شهري، از آمار و اطلاعات ایستگاه باران سنج ثبات تبریز استفاده شده است. طول آماري ایستگاه بارانسنجی مورد نظر 40 سال - از سال آبی 1355-1356 الی - 1394-1395 است. براي شبیهسازي سیلاب شهري محدوده مورد مطالعه از نرم افزار SWMM استفاده شد.
شکل -1 محدوده مورد مطالعه و زیر حوضهها
