تحلیل حساسیت عدم قطعیت‌های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و اقتصادی در طراحی سیستم‌های کنترل سیلاب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران/ مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار/ دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

طراحی سیستم‌های کنترل سیلاب به دلیل ماهیت تصادفی سیل و خطاهای اندازه‌گیری با انواع عدم قطعیت‌های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی، ژئوتکنیکی و اقتصادی همراه است. هدف این مقاله تحلیل حساسیت این عدم قطعیت‌ها به منظور تعیین میزان تأثیر هر یک از آن‌ها بر ابعاد طراحی سازه می‌باشد. بدین منظور، با استفاده از یک مدل بهینه‌سازی غیر خطی مبنی بر تحلیل ریسک1 در دو حالت احتمالاتی و قطعی در نرم افزار 2LINGO، به طراحی یکی از معمول‌ترین سازه‌های مهار سیلاب یعنی گوره‌ها3 پرداخته شده است. در طراحی احتمالاتی، هریک از این عدم قطعیت‌ها یک بار به طور جداگانه و بار دیگر همه با هم در مدل اعمال شده و جهت تحلیل عدم قطعیت‌ها از روش شبیه سازی مونت کارلو4 استفاده شده است. در این مقاله، محدوده شمال شهر شیراز در مجاورت رودخانه خشک معالی‌آباد به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب شده است. در پی اجرای مدل، دوره بازگشت بهینه طراحی در هر دو حالات احتمالاتی و قطعی یکسان و برابر 20 سال به دست آمده است. برخلاف مدل قطعی که در آن ابعاد سیستم به صورت تک مقداری حاصل می‌شوند، مدل احتمالاتی یک بازه برای هر پارامتر نتیجه می‌دهد که مقادیر آن‌ها تحت تأثیر نوع عدم قطعیت اعمال شده، تغییر می‌یابد. نتایج نشان می‌دهد که اعمال عدم قطعیت هیدرولوژیکی در طراحی، مؤثر‌تر از عدم قطعیت اقتصادی، و آن هم مهم‌تر و مؤثر‌تر از عدم قطعیت هیدرولیکی است. در صورت وجود محدودیت‌های هزینه و زمان، جهت اطمینان و رضایت از عملکرد بهتر سیستم در زمان آینده، لازم است حداقل عدم قطعیت هیدرولوژیکی در طراحی منظور شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Sensitivity Analysis of Hydrologic,Hydraulic and Economic Uncertainties in Design of Flood Control Systems

نویسندگان [English]

  • M Behrooz 1
  • S Alimohammadi 2
  • J Atari 2
1 M.Sc.in Civil Engineering( River Engineering), Shahid Beheshti University
2 Assisatant Professor, Department of Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University
چکیده [English]

Design of flood control systems are subjected to different kinds of uncertainties of hydrologic, hydraulic, geotechnical, and economic along, due to inherent behavior of flooding and random errors associated with measurement. The purpose of this paper is sensitivity analysis to determining the effect of uncertainties on the dimensions of design parameters.

Therefore, using LINGO software a nonlinear optimization model based on risk analysis in both deterministic and probabilistic scheme have been developed for design of one of the most common structural flood control measure. In The probabilistic design , each of uncertainties once separately and once again all together are applied and Monte Carlo simulation for uncertainty analysis has been used. In this paper a reach in the Moali-abad river at north of Shiraz city, has been considered as case study. According to the results of probabilistic and deterministic models, the optimum return period equal to 20 years. Unlike the deterministic model that every output (design parameters) is single valued, stochastic model gives a range for each parameter that its value affected by the uncertainty imposed. The results show that applying the hydrologic uncertainty in the design is more efficient than economic uncertainty, and the economic one is more efficient than the hydraulic uncertainty. In the situation of limited time and budget, it has suggested that at least hydrologic uncertainty has been considered in design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Uncertainty
  • Hydrological
  • hydraulic
  • Economic
  • Risk Design
  • optimization
  • Levee

اسکونژاد‌م م (1378) اقتصاد مهندسی یا ارزیابی اقتصادی پروژه‌های صنعتی. دانشگاه صنعتی امیرکبیر.

افتخاریان ل (1380) تحلیل عدم قطعیت پروفیل سطح آب به منظور بررسی قابلیت اعتماد سیل بندها. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف.

مهندسین مشاور آبفن، تهران (1387) مطالعات طرح سد کنترل سیلاب تنگ سرخ، گزارشات برنامه ریزی منابع آب و طراحی سازه­های هیدرولیکی.

سرابندی ا (1387) بهینه سازی ابعاد سیستم‌های ترکیبی (سد- گوره)، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه عباسپور.

علیمحمدی س، رفیعی انزاب ن، مرادی م (1392) طراحی خاکریزهای کنار رودخانه (گوره­ها) به روش آنالیز ریسک، مجله آب و فاضلاب. 89: 95-110.

Lee H L (1986) Hydraulic uncertainties in flood levee capacity. Journal of Hydraulic Engineering, 112(10): 928- 934.

Chow, V T, Maidment, DR and Mays, LW (1988) Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York,USA.

Morgan, M Granger and Henrion, Max (1990) A Guige to Dealing with Uncertainty in Quantitive Risk and Policy Analysis, Cambridge, Univercity Press.

Tung YK and Yen BC (1993) “Some progress in uncertainty analysis for hydraulic design. Yen, B. C. and Tung, Y.K., (Eds.). In reliability and uncertainty analysis in hydraulic design (report), American Society of Civil Engineers.

Mays LW (1996) The role of risk analysis in water resources engineering. Department of Civil and Environmental Engineering, Arizona State university, pp. 8-12.

Tung, YK (1996) Uncertainty analysis in water resources engineering. Tick, K. S. Goulter, I. C., Xu,c., Wasimi, S. A., and Bouchart, F. (Eds.), In Stochastic Hydraulics 96

U. S. Army Corps of Engineers (1996) Risk-based analysis for flood damage reduction studies. EM1110-2-1619, Washington.

Tung, YK (1999) Risk/Reliability-based hydraulic engineering design in hydraulic design handbook, L. W. Mays (ed.). McGraw-Hill, New York.

Ahmed, I and Freeman, GE (2004) Estimating stage-discharge uncertainty for flood damage assessment. Proc. World Water and Environmental. Resources Management, 1-8

Loucks, DP and Van Beek, E (2005) Water resources system planning and management, UNESCO, Netherlands.

Griffiths DV, Fenton GA (2007) Probabilistic Methods in Geotechnical Engineering, SpringerWien, New York.