بهینه سازی اقدامات کنترل سیلاب در حوضه های آبریز با رویکرد غیر قطعی

پیشگیری و برنامه ریزی برای کاهش خسارات سیلاب مهمترین فعالیتهای مدیریت سیلاب قبل از وقوع بحران به شمار می آیند. با توجه به هزینه های هنگفت طرح های کنترل سیلاب، عواقب سنگین شکست و وجود عدم قطعیت های مختلف، طراحی بهینه سیستم های ترکیبی کنترل سیلاب از اهمیت بسزایی در پیشگیری و کاهش خسارات سیلاب برخوردار است. هدف اصلی این رساله تدوین یک مدل تلفیقی شبیه سازی و بهینه سازی برای طراحی بهینه سیستم های ترکیبی کنترل سیلاب با در نظرگیری عدم قطعیت های سیلاب است. برای این منظور مدل عددی mike11 بعنوان مدل ریاضی هیدرولیک سیلاب برای شبیه سازی سناریوهای مختلف سیلاب و پیش بینی رفتار جریان تحت شرایط اعمال ترکیب های مختلف طرح های سازه ای و غیر سازه ای در سیستم بکار گرفته شده و برای تعیین طرح های بهینه با مدل بهینه سازی چند هدفه nsga-ii پیوند داده شده است. مدل بهینه سازی طرح های مختلف را بر اساس تعامل بین هزینه های سرمایه گذاری و خسارات مورد انتظار ارزیابی می نماید. با توجه به عدم قطعیت های مهم سیلاب، در این رساله از دیدگاه معروف تحلیل عدم قطعیت مونت کارلو (mcs) و تکنیک نمونه گیری تصادفی لاتین هایپرکیوب (lhs) و روش تجزیه چولسکی برای تولید داده برای متغیرهای همبسته و لحاظ کردن عدم قطعیت متغیرهای تصادفی سیستم شامل بارش و دبی سیلابی بهره گرفته شده است. الگوریتم طراحی سیستم بر اساس رویکرد بهینه سازی مبتنی بر شبیه سازی و با استفاده از روش ها و مدل های پیشنهادی در دو محیط قطعی و غیر قطعی توسعه داده شده است. منطقه مورد مطالعه این رساله، حوضه آبریز کن در استان تهران انتخاب شده است. این منطقه یک منطقه کوهستانی با رودخانه های پر شیب است که علاوه بر پتانسیل بالقوه خطر سیلاب، از حیث آسیب پذیری نسبت به سیلاب نیز بدلیل قرارگیری رستوران ها و ویلاهای تفریحی متعدد در حاشیه رودخانه ها بویژه در بازه های پایین دست، حائز توجه بوده است. در بررسی و امکان سنجی روش-های کنترل سیلاب برای این منطقه گزینه های سازه ای و غیرسازه ای مناسب شناسائی شدند که روش-های منتخب برای این منطقه بیشتر بر روش های سازه ای تأکید دارد. در رویکرد طراحی در محیط قطعی، طرح های بهینه در مطالعه موردی برای سیلاب های طرح مختلف استخراج شده است. با استفاده از نتایج بدست آمده، تصمیم گیران با انتخاب سیلاب طرح، قادر خواهند بود طرح (ترکیبی) بهینه مورد نظر را با استفاده از منحنی تعامل هزینه- خسارت مورد انتظار و بر اساس معیارهای تصمیم گیری انتخاب نمایند. به منظور بررسی کارایی سیستم های هشدار سیل مبتنی بر مدل سازی بارش-رواناب بعنوان یکی از مهمترین روش های غیرسازه ای کنترل سیلاب، یک ساختار غیر قطعی بر اساس تئوری بیزین و تحلیل متغیرهای همبسته با استفاده از توابع آماری copula ارائه شده است که می تواند برای اعتمادپذیری سیستم هشدار سیل در مناطق مختلف بکار گرفته شود. در مدل سازی در محیط غیر قطعی (رویکرد خطرپذیری)، طراحی سیستم کنترل سیلاب بر اساس عدم قطعیت دبی های سیلابی مد نظر قرار گرفته است و با نمونه گیری از توابع چگالی احتمال دبی های سیلابی با استفاده از mcs، طراحی بهینه سیستم تحت شرایط بار متغیر سیلاب های ورودی با بکارگیری مدل تلفیقی برای مطالعه موردی انجام شده و طرح های بهینه استخراج گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که طرح های سازه ای مخازن تأخیری و اقدامات غیرسازه ای تقویت پوشش گیاهی و مقاوم سازی ساختمان ها در برابر سیلاب از کارایی مطلوبی برای تسکین سیلاب و کاهش خسارات آن برای منطقه مطالعاتی برخوردار هستند. با توجه به تغییرپذیری مکانی سیلاب ها و به منظور لحاظ نمودن دقیق تر این عدم قطعیت ها در طراحی بهینه سیستم ترکیبی کنترل سیلاب، با اضافه نمودن یک مدل بارش-رواناب به مدل تلفیقی و بکارگیری الگوریتم های تولید داده تصادفی همبسته، مسأله طراحی با رویکرد خطرپذیری در شرایط عدم قطعیت بارش نیز توسعه داده شده است که نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهد که مدل تلفیقی در شناسایی طرح های با کارایی ضعیف و همچنین طرح های مطلوب کنترل سیلاب موفق عمل نموده و بخوبی توانسته است اندرکنش طرح های مختلف را در تسکین و یا تشدید خسارات سیلاب تحت شرایط متغیر مکانی و زمانی سیلاب ها و با حفظ همبستگی سیلاب های بخش های مختلف حوضه آبریز مدل سازی کرده و جانمایی مناسب طرح-های کنترل سیلاب را به همراه سطح طراحی آنها در سطح حوضه آبریز ارائه نماید.