مدل بهینه سازی طراحی گوره ها با لحاظ عدم قطعیت های مختلف به روش مونت کارلو - مطالعه موردی رودخانه لیف

طراحی، تحلیل و بهره برداری از سیستم های کنترل سیلاب، به دلیل ماهیت تصادفی فرایند ها و خطاهای اندازه گیری با انواع عدم قطعیت های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی، اقتصادی و ژئوتکنیکی همراه است. در طراحی به روش سنتی، یک دبی با دوره بازگشت مشخص به منظور تعیین ابعاد سازه به کار می رود و از پرداختن به عدم قطعیت های موجود صرف نظر می شود. ولی در روش احتمالاتی، اثر عدم قطعیت ها در طراحی اعمال می گردد و با کمی نمودن ریسک، می توان به ابعاد بهینه سازه دست یافت. یکی از اقدامات سازه ای به منظور مقابله با سیلاب، احداث خاکریز کناره رودخانه یا گوره می باشد. در این تحقیق به طراحی ابعاد بهینه گوره با در نظر گرفتن انواع عدم قطعیت های موجود در محدوده رودخانه لیف در ایالت می سی سی پی پرداخته شده است. بدین منظور دو مدل استوکستیک، یکی بدون اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته (مدل استوکستیک مستقل) و دیگری با اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته (مدل استوکستیک وابسته) تهیه شده است. بهینه سازی انجام شده در این تحقیق به روش تحلیل ریسک صورت گرفته است. در این روش سود عبارت است از جلوگیری یا کاهش خسارت سیلاب در ناحیه پتانسیل خسارت و هزینه عبارت است از مجموع هزینه های اجرایی و بهره برداری گوره. مدل بهینه سازی حاصل، یک مدل استوکستیک غیرخطی است که به منظور کمی نمودن عدم قطعیت ها از گشتاور های آماری و روش شبیه سازی مونت کارلو استفاده گردیده است. مدل بهینه سازی حاصل با استفاده از نرم افزار lingo-13 حل شده است. به منظور مقایسه و مشاهده میزان اختلاف نتایج مدل استوکستیک و مدل قطعی، یک مدل قطعی نیز تهیه شده است. با توجه به مطالعات انجام گرفته و در پی اجرای مدل احتمالاتی، سیلاب با دوره بازگشت 200 ساله همانند مدل قطعی دارای بیشترین سود خالص سالانه بوده و به عنوان سیل طراحی انتخاب گردیده، اما مقدار دبی طراحی به علت وجود عدم قطعیت، متفاوت است. برخلاف مدل قطعی که در آن ابعاد سیستم به صورت قطعی و تک مقداری حاصل شده، در مدل استوکستیک یک بازه برای هر پارامتر طراحی نتیجه شده و توزیع آماری مناسب آن ها نیز تعیین شده است. همچنین ابعاد طراحی سازه براساس ریسک قابل قبول برای اقتصاد و ایمنی طرح تعیین شده و نمودار طراحی ابعاد گوره هم براساس هر دو عامل ایمنی و اقتصاد تهیه شده است. در این تحقیق، به منظور مشاهده و درک تأثیر اعمال همبستگی متغیر های تصادفی وابسته در روند شبیه سازی مونت کارلو، مقایسه ای بین نتایج حاصل از مدل قطعی، استوکستیک مستقل و استوکستیک وابسته نیز صورت گرفته است. نتایج بیانگر این موضوع هستند که عدم اعمال وابستگی متغیر های تصادفی در روند شبیه سازی و بهینه سازی بر روی ابعاد و پارامتر های طراحی موثر بوده و عدم اعمال وابستگی باعث ایجاد حالاتی می شود که با واقعیت تطابق نداشته و قابلیت اعتماد مناسبی ندارند و در نتیجه اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته در مدل ضروری است. به عنوان نتیجه گیری کلی می توان بیان نمود که با در نظر گرفتن عدم قطعیت های معمول در مهندسی منابع آب، روش تحلیل ریسک مقادیر واقع بینانه تری را در اختیار طراحان سازه کنترل سیلاب از نظر ایمنی و اقتصادی قرار می دهد و در نتیجه تعیین ابعاد سازه گوره، با تحلیل ریسک و اعمال عدم قطعیت ها، نسبت به روش های سنتی طراحی و مدل های قطعی ارجحیت دارد.