طراحی بهینه برای ابعاد سیستم انحراف آب در سدها با بررسی و آنالیز عدم قطعیت هیدرولیکی و ریسک هیدرولوژیکی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 استاد، دانشکده عمران، دانشگاه تهران،تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد عمران آب،دانشکده مهندسی،دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات،تهران، ایران

3 استادیار پردیس فنی شهیدعباسپور، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

احداث سیستم انحراف آب به دلیل قابل توجه بودن هزینه اجرای آن در سدها همواره طراحان را با مسائل و مشکلات فراوانی روبرو نموده است. مطالعه ظرفیت حمل سیستم‌های انحراف و نحوه انتخاب سیل طراحی و به طور کلی مشخصات سیستم انحراف، همواره مورد بحث و بررسی محققان بوده است. در این تحقیق الگو و مدلی ارائه شده که با دو رویکرد اقدام به بهینه‌سازی سیستم انحراف آّب سد نموده است. در رویکرد اول با مبانی یکسان طرح مشاور و به کارگیری روش‌های بهینه‌سازی ابعاد سیستم انحراف بهینه می‌شود. در رویکرد دوم با در نظر گرفتن عدم قطعیت پارامترهای هیدرولیکی و تحلیل ریسک هیدرولوژیکی یک مدل عددی بر اساس هزینه‌های اولیه پروژه، هزینه‌های ناشی از شکست و میزان کل ریسک سیستم انحراف و سد ارائه شده است . سپس در هر دو رویکرد  با الگوریتم بهینه‌سازی ژنتیک و ساختن یک تابع هزینه مناسب که شامل هزینه ساخت سیستم انحراف وخسارات ناشی از شکست سیستم در اثر رخداد سیل که به صورت امید ریاضی می‌باشد، بهترین قطر، تراز، جنس پوشش، طول تونل‎ها و ارتفاع فرازبند و ارتفاع نشیب‌بند تعیین می‎شود و همچنین مشخص می‎شود که فرازبند دارای سرریز باشد یا بدون سرریز طراحی شود. سد کارون4 که در جنوب غربی ایران واقع است به عنوان مطالعه موردی مورد استفاده قرار گرفته شده است. مشخصات طرح مشاور برای ارتفاع فرازبند، ارتفاع نشیب بند، قطرتونل‌ها، به ترتیب 20، 40، 5/9، 5/9 متر می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد ارتفاع فرازبند، ارتفاع نشیب بند، قطرتونل‌ها به ترتیب برابر با 38و16، 5/9و5/9 متر برای رویکرد اول و 33، 5، 9، 9 متر، برای رویکرد دوم می‌باشد. در نتیجه طرح دوم مدل کمترین هزینه سالیانه مورد انتظار ساخت را نسبت به طرح مشاور دارا می‌باشد.  

کلیدواژه‌ها


شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس (1385). "طرح سد و ‌نیروگاه کارون4 گزارش فرازبند برای سال آبی 85-86".

Afshar, A. and Marino, M. A. (1990). "Optimizing spillway capacity with uncertainty in flood estimator". Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE 116(1): 71-84.

Afshar, A., Barkhordary, A. and Marino, M.A. (1994). "Optimizing river diversion under hydraulic and hydrologic uncertainties." J. Water Resour. Plng. and Mgmt., ASCE, 120(1), 36-47

Afshar, A., Rasekh, A., and M. H., Afshar (2010). "Risk-based optimization of large flood-diversion systems using genetic algorithms", Engineering Optimization, Vol. 41, No. 3, pp. 259–273

Chow, Ven Te. (1959). Open Channel Hydraulics, New York, Mc Graw-Hill Book Company, Inc.

Gen M.R. and Cheng L. (2000). Genetic algorithms and engineering optimization, Wiley, Europe.

Karamouz, M., Doroudi, S., Ahmadi, A. and Moridi, A., (2009). "Optimal design of water diversion system: A case study", ASCE World Environmental and Water Resources Congress, Kansas City, Missouri, USA, May 13-16.

Lerma, N., Paredes-Arquiola, J., Andreu J., Solera A. and Sechi, G.M. (2015). "Assessment of evolutionary algorithms for optimal operating rules design in real water resource systems." Environmental Modelling and Software, Vol. 69, pp. 425-436

Mays, L. W. (2005). Water Resource Engineering, John Wiley & Sons, Inc

Michalewicz Z. (1992). Genetic algorithms data+ structure=evolutionary programs, Springer, New York.

Pate-Cornell, M.E. and Tagaras, G. (1986). "Risk costs for new dams: Economic analysis and effects of monitoring", Water Resources Res., 22(1), 5-14

Pingel, N. and Ford, D. (2004(."Interior floodplain flood-damage reduction study", J. Water Resour. Plan. Manage. 130(2), pp. 123-130.

Rasekh, A., Afshar, A., and M. H., Afshar (2010). "Risk-cost optimization of hydraulic structures: methodology and case study", Water Resource Manage., Vol. 24, 2833-2851

Saiedi, S. (2007). "Optimum diameter of diversion tunnels in dam construction." J. Dam Engineering, XVIII (1), 51-70.

Sedighizadeh, S. (2011). "A new model for economic optimization of water diversion system during dam construction using PSO algorithm", J. World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol:5 2011-01-20

Takbiri, Z. and Afshar, A., (2012). "Multi-objective optimization of fusegates system under hydrologic uncertainties", Water Resour. Manage., 26: 2323–2345

Tung, Y. Y. and Mays, L. W. (1981). "Optimal risk-based design of flood levee systems." Water Resour. Res., 17 (4), 843-852.

US. Army Corps of Engineers (1987). Design of small dams, pp. 369

Wardlaw, R. and Sharif, M. (1999). "Evaluation of genetic algorithms for optimal reservoir system operation". J. Water Resour. Plan. Manage. 125, 25–33.

YEN, B.C. (1985). Hydrosystems Engineering Reliability Assessment and Risk Analysis, Springer Netherlands, ISBN: 978-94-010-8100-9