ارزيابي ريسك روگذري سدهاي خاكي با مدل پويايي سيستم ها تحت شبيه سازي مونت كارلو و روش ابرمكعب لاتين، مطالعه موردي: سد حاجيلر چاي

Evaluation of Earth Dam Overtopping Risk by System Dynamics, Monte-Carlo Simulation and Latin Hypercube Sampling Methods (Case Study: Hajilarchay Dam, Iran

ارزيابي ريسك سازه ها مخصوصا سدها، از موضوعاتي است كه اخيرا مورد توجه محققين مي باشد. به كمك نظريه قابليت اطمينان و ريسك مي توان عدم قطعيت پارامترهاي تصادفي را به صورت روابط رياضي در روند طراحي استفاده نمود. در اين مقاله عدم قطعيت هاي مختلف به همراه سيلاب و باد با دوره هاي بازگشت مختلف به طور مجزا و همزمان در مدل پويايي سيستم ها براي ارزيابي ريسك روگذري سد خاكي جاجيلرچاي مورد استفاده قرار گرفته است تا بتوان تمهيدات لازم را براي كاهش ريسك روگذري سد مذكور اتخاذ نمود. به منظور برآورد ريسك در مدل مدنظر از روش هاي شبيه سازي مونت كارلو و نمونه گيري ابر مكعب لاتين با تعداد تكرار مختلف استفاده شده است. نتايج ضمن نشان دادن توانايي پويايي سيستم ها در محاسبه ريسك روگذري و افزايش آن در شرايط توام سيلاب و باد، نشان مي دهد كه باز بودن دريچه تخليه كننده تحتاني سد حاجيلر چاي به طور متوسط باعث كاهش 9/20 درصد ريسك روگذري در اثر سيلاب و 4/10 درصد در اثر سيلاب و باد مي گردد. همچنين ميانگين ريسك روگذري محاسبه شده به روش مونت كارلو در اثر سيلاب حدودا 4/30 درصد و در اثر توام سيلاب و باد حدودا 3/50 درصد از ميانگين مقادير روش ابر مكعب لاتين بيشتر مي باشد. در شرايط مشابه، شاخص اعتماد پذيري نتايج روش مونت كارلو از روش ابر مكعب لاتين بيشتر بوده و زمان لازم براي شبيه سازي آن كمتر مي باشد. بر پايه اين نتايج، روش پويايي سيستم ها با مونت كارلو ابزار كارآمدي در محاسبه ريسك روگذري سدهاي خاكي مي باشد.

Risk assessment of structures, especially dams, has recently been one of the main topics considered by researchers. Risk analysis makes it possible to estimate uncertainties coming up from randomness of parameters in the models which are applicable in designing process. In this paper, different uncertainties along with flood and wind with various return periods segregated and simultaneously were exploited to mitigate the overtopping risk of Hajilarchay earth dam. To assess the risk in the proposed model, we used Monte-Carlo simulation (MCS) and Latin hypercube sampling (LHS) method with different iterations through system dynamics approach. The results proved the effectiveness of system dynamics approach in assessing the overtopping risk for earth dams which showed the influences of different parameters besides flood and wind on overtopping risk. Furthermore, the results showed that opening the bottom outlet of Hajilarchay Dam may reduce the average overtopping risk as much as 9.20 and 4.10 percent when incorporating the effects of just flood and flood and wind, respectively. In addition results showed that the average overtopping risk owing to just flood and to flood and wind estimated from MCS method were respectively about 4.30 and 3.50 percent more than corresponding results obtained by the LHS method. Also the reliability index obtained by the MCS method was higher than LHS method and MCS method has less calculation time compared to the LHS. Finally, we could conclude that system dynamics approach along with MCS is a very effective tool to estimate the overtopping risk in earth dams.