ارزیابی ریسک روگذری سد تبارک‌آباد بر پایه تحلیل فراوانی یک متغیره و دو متغیره سیلاب

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• آتوسا رضازاده عنبرانی ¹
• محمود فغفور مغربی ²

¹ دالنشگاه فردوسی مشهد

² دانشگاه فردوسی مشهد

10.22067/civil.v32i2.68228

چکیده

از میان دلایل مهم شکست سد خاکی روگذری عمده­ترین دلیل است. در تحلیل شکست سد به علت روگذری تحلیل عدم قطعیت و محاسبه ریسک ضروری است. در این پژوهش کاربرد تحلیل ریسک شکست سد خاکی بر اثر سرریز شدن آب از بدنه سد بر پایه تحلیل فراوانی یک متغیره و دو متغیره سیلاب با استفاده از توزیع لوگ نرمال برای سد خاکی تبارک­آباد واقع در خراسان رضوی بررسی شده است. نتایج تحلیل فراوانی دو ­متغیره سیلاب در شش هیدروگراف جریان ورودی و با در نظر گرفتن V Qp– (ترکیب دبی و حجم سیلاب) برای دورۀ ­بازگشت­­های توأم ۵۰، ۱۰۰ و ۲۰۰ سال ارائه شده است. ریسک روگذری بر اساس تحلیل فراوانی تک متغیره سیلاب و برای همۀ هیدروگراف­های حاصل از تحلیل فراوانی دو متغیره و شش تراز اولیۀ آب در مخزن با درنظرگرفتن دبی اوج سیل، تراز اولیه آب و ضریب دبی سرریز به‌عنوان متغیرهای غیرقطعی ارزیابی شده است. برای انجام تحلیل عدم قطعیت از روش شبیه­سازی مونت­کارلو و تکنیک نمونه­گیری لاتین هایپرکیوب استفاده شده ­است. نهایتاً، نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از هر دو روش تحلیل فراوانی سیلاب یک ­متغیره و دومتغیره در دورۀ بازگشت‌های مختلف با هم مقایسه گردید. نتایج نشان داد که ریسک روگذری برآورد شده در همۀ دورۀ بازگشت­ها بر اساس تحلیل فراوانی سیلاب دو متغیره بیشتر از روش تک متغیره بوده که خطرات بیشتری به همراه دارد. همچنین هیدروگراف V1-Q که دارای بیشترین حجم سیلاب بوده، در همۀ ارتفاع­ها از ریسک بیشتری نسبت به بقیه هیدروگراف­ها برخوردار است. در برآورد ریسک روگذری بر اساس تحلیل فراوانی یک متغیره و دو متغیره، بالارفتن تراز آب در مخزن، نسبت به استفاده از سیلاب‌های با دورۀ بازگشت طولانی­تر، منجر به روند افزایش ریسک محسوس‌تری خواهد شد، به‌طوری‌که در ارتفاع 66 متری تراز سطح آب، مقدار ریسک روگذری برای سد بسیار بالا است.

کلیدواژه‌ها

• عدم قطعیت
• ریسک روگذری
• تحلیل فراوانی یک متغیره و دو متغیره سیلاب
• شبیه سازی مونت کارلو
• نمونه گیری لاتین هایپرکیوب

---

عنوان مقاله [English]

Overtopping Risk Evaluation of Tabarak-Abad Dam based on Univariate and Bivariate Flood Frequency Analysis

نویسندگان [English]

• Atousa Rezazadeh Anbarani ¹
• Mahmoud F. Maghrebi ²

¹ ferdowsi university af mashhad

² Ferdowsi Mashhad

چکیده [English]

Among the most important causes of dam failure, overtopping is the main causes. Analysis of dam failure due to overtopping is essential to calculate the failure risk considering the uncertainties. In this study, the application of risk analysis for earth dam failure due to overtopping based on univariate and bivariate flood frequency analysis has been investigated using log-normal distribution for the Tabarak-Abad earth-fill dam located in Khorasan Razavi province of Iran. Considering Qp – V combinations (flood peak discharge - flood volume) for the joint return periods of 50, 100 and 200 years, the results of the bivariate flood frequency analysis have been proposed in the form of six inflow hydrographs. The overtopping risk has been evaluated based on the univariate flood frequency analysis for all hydrographs resulted from bivariate frequency analysis with different return periods and six initial depth of water in the reservoir, considering quantile of flood peak discharge, initial depth of water in the reservoir and discharge coefficient of spillway as uncertain variables. Uncertainty analysis is conducted using Monte Carlo simulation method and Latin hypercube sampling technique. Finally, comparison of univariate and bivariate flood frequency analysis within different periods indicates that bivariate flood frequency analysis method resulted in greater estimated overtopping risk values in all return periods which is accompanied with higher degree of risk. Also, the V1-Q hydrograph, which has the highest volume of flood, is associated with a higher risk in all waterlevels in comparison to other hydrographs. Moreover, to evaluate overtopping risk based on univariate and bivariate frequency analyses, the increasing trend of risk values for rising water level in the reservoir is more tangible than that of increasing return periods. So that at the water level of 66 meters, overtopping risk for the dam is very high.

کلیدواژه‌ها [English]

• Uncertainty
• Overtopping risk
• Univariate and bivariate flood frequency analysis
• Monte Carlo Simulation
• Latin Hypercube Sampling

مراجع

Goodarzi, E., Shui, L.T, and Ziaei, M., "Risk and uncertainty analysis for dam overtopping–Case study: The Doroudzan Dam, Iran", Journal of Hydro-environment Research, Vol. 8, pp. 50-61, (2014).

سالاری، م.، آخوندعلی، ع. م.، ادیب, آ.، و دانشخواه، ع. "تحلیل فراوانی سیلاب دو متغیره با استفاده از توابع مفصل"، علوم و مهندسی آبیاری، 37، صص29-38. (1393).

Cunnane, C., "Methods and merits of regional flood frequency analysis", Journal of Hydrology, Vol. 100, pp. 269-290, (1988).

Bobee, B. and Rasmussen, P., "Statistical analysis of annual flood series", Trends in Hydrology (1). Council of Scientific Research Integration, India, pp. 117-135, (1994).

Goel, N., Seth, S. and Chandra, S., "Multivariate modeling of flood flows", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 124, pp. 146-155, (1998).

Yue, S., "Applying bivariate normal distribution to flood frequency analysis", Water International, Vol. 24, pp. 248-254, (1999).

Yue, S., "The bivariate lognormal distribution to model a multivariate flood episode", Hydrological Processes, Vol. 14, pp. 2575-2588, (2000).

De Michele, C., Salvadori, G., Canossi, M., Petaccia, A. and Rosso, R., "Bivariate statistical approach to check adequacy of dam spillway", Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 10, pp. 50-57, (2005).

Yanmaz, A. M. and Gunindi, M. E., "Assessment of overtopping reliability and benefits of a flood detention dam", Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 35, pp. 1177-1182, (2008).

Goodarzi, E., Mirzaei, M. and Ziaei, M., "Evaluation of dam overtopping risk based on univariate and bivariate flood frequency analyses", Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 39, pp. 374-387, (2012).

محمدپور، ع.، حسن‌زاده، ی.، و خدادادی،ا.، "تحلیل ریسک حوادث سیل با استفاده از توابع مفصل سه متغیره"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، 46 ، صص 75 – 63، (1395).

Zhang, L. and Singh, V., "Bivariate flood frequency analysis using the copula method", Journal of hydrologic engineering, Vol. 11, pp. 150-164, (2006).

Yue, S., "A bivariate gamma distribution for use in multivariate flood frequency analysis", Hydrological Processes, Vol. 15, pp. 1033-1045, (2001).

Chongxun, M., Fanggui, L., Mei, Y., Rongyong, M. and Guikai, S., "Risk analysis for earth dam overtopping", Water Science and Engineering, Vol. 1, pp. 76-87, (2008).

Tung, Y. K., Yen, B. C. and Melching, C. S., "Hydrosystems engineering reliability assessment and risk analysis", (2006).

Singh, V.P., Jain, S.K. and Tyagi, A. "Risk and reliability analysis: a handbook for civil and environmental engineers", American Society of Civil Engineers., (2007).

Kuo, J.T., Yen, B.C., Hsu, Y.C. and Lin, H.F. "Risk analysis for dam overtopping—Feitsui reservoir as a case study", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 133, pp. 955-963, (2007).

Goodarzi, E., Ziaei, M. and Shui, L.T. "Introduction to risk and uncertainty in hydrosystem engineering", Springer Science & Business Media, (2013).

بزرگ حداد، ا. "مقدمه‌ای بر تحلیل عدم قطعیت در سامانه‌های منابع آب"، تهران، انتشارات دانشگاه تهران، (1392).

Hable, O., "Multidimensional probabilistic design concept for the estimation of the overtopping probability of dams", Verlag d. Techn. Univ. Graz, (2001).

Aldama, A. and Ramirez, A., "A new approach for dam design flood estimation", Proceedings of the IAHR Congress, Graz, Austria, pp. 22-27, (1999).

Chow, V.T., " Handbook of applied hydrology: A compendium of water-resources technology", McGraw-Hill, (1964).