بهینه‌یابی مبتنی بر ریسک سیستم انحراف سیلاب سد کارون 4 تحت عدم قطعیت‌های هیدرولیکی و هیدرولوژیکی

بهینه‌سازی سیستم انحراف سیلاب بر پایه ریسک، چارچوبی است که به طراحان اجازه می دهد که عدم قطعیت‌های عامل بر فرایند تصمیم گیری را در نظر گرفته و سطح اعتمادپذیری این سازه هیدرولیکی را تعیین کنند. این مطالعه به منظور کاربرد عدم قطعیت‌های هیدرولیکی و هیدرولوژیکی در طراحی احتمالاتی سیستم انحراف سیلاب سد کارون 4 در استان خوزستان واقع در جنوب غربی ایران انجام شده است. تاثیر منابع عدم قطعیت بر مشخصه های سیستم انحراف جریان با استفاده از توسعه یک مدل احتمالاتی چندمتغیره بر پایه توابع مفصل تعیین شده است. برای دستیابی به این هدف، سری های زمانی داده ها شامل دبی حداکثر لحظه‌ای سالانه و حجم حداکثر سیلاب سالانه برای یک دوره 37 ساله گردآوری شد. دو تابع هدف کمینه سازی ریسک شکست سیستم و کمینه سازی هزینه ساخت به عنوان دو هدف متضاد در ساختار یک مدل شبیه‌سازی بهینه‌سازی با الگوریتم ژنتیک چندهدفه مبتنی بر رتبه بندی نامغلوب تعریف و برای رسیدن به بهترین مقادیر متغیرهای تصمیم اجرا شد. قطر، شیب، پوشش دیواره و ارتفاع ورودی تونل ها، ارتفاع فرازبند، و ارتفاع نشیب بند به عنوان متغیرهای تصمیم در فضای امکان پذیر مساله جستجو شد. نتایج نشان داد دوره بازگشت 25 سال با توجه به دو عامل هزینه و ریسک روگذری پاسخ بهینه به شمار می رود. برای این دوره بازگشت قطر تونل ها 10.5 و 9.9 متر، ارتفاع فرازبند 44.5 متر و ارتفاع نشیب بند 12.5 متر حاصل گردید. همچنین نتایج نشان داد که این مفهوم می تواند با لحاظ نمودن تغییرات اقتصادی، هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، برای توسعه ساختار طراحی سیستم های انحراف سیلاب سودمند باشد.

Riskbased Optimization of Flood Diversion System of Karun4 Dam under Hydraulic and Hydrologic Uncertainties

Riskbased optimization in flood diversion system is a framework that allows the designer to involve uncertainties in the decisionmaking process and determine the reliability of the hydraulic structure. This study was conducted to incorporate hydrological and hydraulic uncertainties in the probabilistic design of Karun4 diversion system in Khuzestan province, southwestern Iran. The riskbased multivariate probabilistic model was developed for determining the effect of uncertainty sources on the characteristics of the flow diversion system. For this purpose, the time series of annual maximum peak flow and maximum flood volume data for a period of 37 years were prepared and evaluated. Archimedean copula function and nondominated sorting genetic algorithm were adopted to minimize the overtapping risk and construction cost as objective functions. Diameter, slope, wall covering and tunnel entrance height, cofferdam height at upstream and downstream were searched as decision variables in the possible space of the problem. The results show that optimal values of upstream cofferdam height, downstream cofferdam height and the diameter of the first and second tunnels were estimated as 44.5, 12.5, 10.5 and 9.9 m, respectively, all corresponding to 25year return period. Moreover, the results suggest that the proposed framework could be valuable for decision makers when economic, hydraulic and hydrological uncertainties are expected.