بررسی تأثیر همبستگی ورودیهای شبیه در تحلیل عدم قطعیت سامانه‌های مهار کردن سیلاب

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 8، دوره 8، شماره 24، فروردین و اردیبهشت 1394، صفحه 89-106   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

معصومه بهروز^{* 1}؛ سعید علیمحمدی²

¹دانشجوی دکتری مهندسی عمران- مهندسی و مدیریت منابع آب، دانشگاه شهید بهشتی

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

تاریخ دریافت: 18 مرداد 1394،  تاریخ پذیرش: 18 مرداد 1394 

چکیده

امروزه بررسی و تحلیل عدم قطعیتها در هر برنامه­ای امری ضروری محسوب می­گردد، بطوری که بدون درنظرگرفتن و تحلیل این عدم قطعیتها، وقوع حالات نامطلوبی، که رخداد آنها اهداف برنامه را به چالش می­کشاند، دور از انتظار نیست. بررسی و تحلیل عدم قطعیتها در چارچوب مدیریت ریسک انجام می­گیرد. اصولا از روش شبیه­سازی مونت کارلو به عنوان ابزاری جهت تحلیل و بررسی یکپارچه و همزمان ترکیبات مختلف عدم قطعیتها استفاده می­گردد. این روش، ابزار قدرتمندی جهت بررسی پیامد رخداد انواع حالات سامانه، با توجه به عدم قطعیتها می­باشد که مزایای قابل توجهی، از جمله در نظرگرفتن رخداد توأم عدم قطعیتها و قابلیت ارائه­ی ابعاد گوناگون تابع مطلوبیت را دارا می باشد. در سامانه­های طبیعی و مهندسی وجود متغیر­های تصادفی وابسته به یکدیگر امری کاملا معمول و محتمل است. به منظور بررسی لزوم اعمال همبستگی عدم قطعیتها، به طراحی سامانه­های مهار کردن سیلاب، با لحاظ انواع عدم قطعیتهای آبشناسی، هیدرولیکی و اقتصادی پرداخته شده است. در این مقاله، بطور خاص، طراحی سازه­ی گوره، که یکی از روشهای معمول سازه­ای مهار کردن سیلاب می­باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. در شبیه بهینه سازی غیر خطی توسعه یافته، عدم قطعیتها یک بار بدون اعمال همبستگی، و بار دیگر با اعمال همبستگی آنها وارد شده­اند. حل شبیه، به وسیله­ی نرم­افزار LINGO-13 انجام شده است. در شبیه بدون اعمال همبستگی عدم قطعیتها مقادیر ارتفاع و سایر ابعاد گوره کوچکتر از شبیه با اعمال همبستگی به دست آمده است. نتایج بیانگر این مطلبند که در نظرنگرفتن نوع و میزان تأثیر متقابل عدم قطعیتها بر یکدیگر، ترکیباتی از خروجیهای سامانه را ارائه خواهد داد که در دنیای واقعی امکان پذیر نبوده و تابع مطلوبیت را تا حدی از واقعیت دور می­کنند.

کلیدواژه‌ها

مهار کردن سیلاب؛ عدم قطعیت؛ خطرکردن؛ گوره؛ بهینه‌سازی؛ شبیه‌سازی مونت کارلو

عنوان مقاله [English]

Effectiveness of the Correlation Inputs in Flooding Control System by Uncertainty Analysis

نویسندگان [English]

M. Behrouz¹؛ S. Alimohammadi²

چکیده [English]

Uncertainty analysis is an essential part of every project dealing with uncertain phenomena, therefore the policy –makers might face unexpected happenings that may delay, or at the extremes, cause complete failure of any projects. Uncertainty analysis is usually preformed in the framework of risk management. The Monte Carlo simulation method is used for integrated and simultaneous analysis of different combinations of uncertainties. This method is a powerful tool to study the various states of the outcomes of a system due to the uncertainties that have significant advantages such as considering all the uncertainties and the ability to show different aspects of the utility function. Existence of dependent random variables is quite common and likely in natural and engineered systems. In order to evaluate the need for correlation actions uncertainty, the design of flood control systems in terms of hydrological, hydraulic and economic uncertainties is discussed. In particular, design of levees that are one of the most common structural flood control, has been studied. In the developed nonlinear optimization model, uncertainty once without correlation and again by considering correlation was achieved. Models have been solved by LINGO-13 software. In the model without correlation, the height and other dimensions of levee is less than what the model with correlation predicts. The results indicated that ignoring the type and level of correlations between each uncertainty, combinations of the outputs of the system will provide results that are impossible in the real world and are somewhat far from reality.

کلیدواژه‌ها [English]

Flood control, uncertainty, Risk, levee, Optimization, Monte Carlo simulation

مراجع

1. افتخاریان، لیلا، و احمد، ابریشمچی. و مسعود، تجریشی، 1382. تحلیل عدم قطعیت تراز سطح آب رود سیستان و بررسی قابلیت اعتماد سامانه مهار کردن سیل، ششمین کنفرانس مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان.
2. بهروز، معصومه. 1392. شبیه بهینه سازی طراحی گوره ها با لحاظ عدم قطعیت­های مختلف به روش مونت کارلو - مطالعه موردی رود لیف، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید بهشتی، پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور.
3. بهروز، معصومه. و سعید علیمحمدی. و جلال عطاری. 1392، طرح بهینه خاکریز­های کنار رود (گوره ها) با اعمال عدم قطعیت­های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و اقتصادی به روش مونت کارلو، مجله هیدرولیک، سال هشتم، شماره سوم.
4. بهروز، معصومه، سعید علیمحمدی، و جلال عطاری، 1393، تحلیل حساسیت عدم قطعیت­های آبشناسی، هیدرولیکی و اقتصادی در طراحی سامانه­های مهار کردن سیلاب، مجله تحقیقات منابع آب ایران، سال دهم، شماره دوم.
5. رفیعی انزاب، نسرین. 1389. طراحی خاکریز­های کنار رود (گوره­ها) به روش تحلیل خطرکردن، پایان­نامه کارشناسی، دانشگاه صنعت آب و برق.
6. سرابندی، امیر. 1387. بهینه سازی ابعاد سامانه­های ترکیبی (سد- گوره)، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعت آب و برق.
7. سنگین­آبادی، حمید. 1384. تعیین ارتفاع دیوار­های سیل­بند با استفاده از تحلیل خطرکردن، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعت آب و برق.
8. علیمحمدی، سعید و نسرین رفیعی انزاب، و ملیکا مرادی. 1392. طراحی خاکریز­های کنار رود (گوره­ها) به روش تحلیل خطرکردن، مجله آب و فاضلاب.
9. کراچیان، رضا و ابریشم چی، احمد و عباس افشار. 1378. بهینه سازی سرریز سدها با در نظر گرفتن عدم قطعیت های آبشناسی و روندیابی سیلاب. دومین کنفرانس هیدرولیک، دانشگاه علم و صنعت ایران.
10. کریمیان کاکلکی، روح الله، سید جواد ساداتی نژاد،  افشین هنربخش، منصور نجفی حاجیور، و خسرو دودکانلوی میلان. 1392. روش­های هیدرولیکی روندیابی سیل در بازه­ای از رود دو آب صمصامی. مجله مهندسی منابع آب. 6(17):15-24.
11. گرئی ابوطالب، مجتبی طیبات، مجید شخص نیایی، کامران رضایی. 1386. ارائه شبیهی برای در نظر گیری وابستگی عدم قطعیت­ها در شبیه­سازی مونت‌کارلو به منظور بهبود فرایند تحلیل کمی خطرکردن برنامه. سومین کنفرانس بین‌المللی مدیریت برنامه. تهران، گروه پژوهشی آریانا.
12. مهندسین مشاور آبفن، تهران، 1387، مطالعات طرح سد مهار کردن سیلاب تنگ سرخ، گزارشات برنامه ریزی منابع آب و طراحی سازه­های هیدرولیکی.
    1. Ahmed, I., and G.E. Freeman, 2004. Estimating stage-discharge uncertainty for flood damage assessment. Arid Lands Symposium, Proc., World Water and Environmen.
    2. Chow, V. T., D. R. Maidment, and L. Mays, W., 1988, Applied hydrology, McGraw-Hill, New York, USA.
    3. Flintham, T. P. and P. A. Carling, "Manning’s n of composite roughness in channels of simple cross sections", Centennial of Manning’s Formula, Water Research Publications.
    4. Hydrologic Engineering Center (HEC). 1986. Accuracy of computed water surface profiles. Research document 26, U. S. Army Corps of Engineers,Davis, C.A.
    5. Kite, G. W. 1977, Frequency and risk analysis in hydrology, Water Resources Publications, Colorado 80522, USA.
    6. Kroese, Dirk P. Taimre, Botev, Thomas and I. Zdravko 2011. Handbook of Monte Carlo Methods, John Wiley, New Jersey.
    7. Lee, H. L. 1986. Hydraulic uncertainties in flood levee capacity. J Hydraul. Engi, 112: 928- 934.
    8. Linsley, R. K. Franzini,. And J.B. 1992. Water resources engineering, 4th. Ed. McGraw-Hill.
    9. Loucks, D. P. and E. van Beek. 2005. Water resources system planning and management, UNESCO, the Netherlands.
    10. Mays, L. W. and Y. Y. Tung, 1992. Hydrosystems engineering and management, McGraw-Hill, New York.
    11. Mays, L. W. 1996. The role of risk analysis in water resources engineering. Department of civil and Environmental Engineering, Arizona State University, pp. 8-12.
    12. Maidment, David R. 1992. Hand book of hydrology, Chapter 18, McGraw-Hill, New York, USA.
    13. Plate, E. J. 2001. Stochastic hydraulic modeling- a way to cope with uncertainty. Handout 6 for lectures in Beijin, China.
    14. Tung, Y.K., B. C. Yen. and C. S. Melching. 1996, Hydrosystems engineering reliability assessment and risk analysis, McGraw-Hill, New York, USA.
    15. Tung, Y.K., and B. C. Yen, 1993. Some progress in uncertainty analysis for hydraulic design B. C. Yen, and Y.K., Tung, (Eds.) In reliability and uncertainty analysis. Centennial of Manning’s Formula, Water Research Publications, pp. 328-340.
    16. Tung, Y. K.1996. Uncertainty analysis in water resources engineering. K. S. Tick, I. C., Goulter, c., Xu, S. A., Wasimi, and F. Bouchart, (Eds.), In Stochastic Hydraulics 96.
    17. Tung,Y. K. 1999. Risk / Reliability-based hydraulic engineering design in Hydraulic design handbook, L.W.Mays (ed). Mc Graw-Hill, New York.
    18. U. S. Army Corps of Engineers. 1996. Risk-based analysis for flood damage reduction studies. EM1110-2-1619, Washington.
    19. U. S. Army Corps of Engineers. 1997. Distribution restriction statement. ETL 1110-2-537, Washington.
    20. U. S. Army Corps of Engineers. 2004. Hamilton city flood damage reduction and ecosystem restoration project, APPENDIX ECONOMICS, California.
    21. U. S. Army Corps of Engineers. 2006. Planning risk analysis for flood Damage reduction studies. ER 1105-2-101, Washington.
    22. U. S. Army Corps of Engineers.2009. Documentation and demonstration of process for risk analysis of proposed modifications to the Sacramento River Flood Control Project (SRFCP) Levees, San Francisco.
    23. WWW: http://www.lindo.com - LINDO Systems Inc- Version 13.
    24. Zhu, T. 2004. Climate Change and Water Rresources Management: Adaptations for Flood Control and Water Supply, PhD thesis, University of California at Davis, USA.