پژوهشگاه بین المللی مهندسی زلزله و زلزله شناسی
رساله دکتری
مهندسی عمران – زلزله
ارزیابی شبکه های توزیع آب با بهره گرفتن از روش آنتروپی اطلاعات بر پایه عدم قطعیت های مکانیکی و هیدرولیکی
استاد راهنما
دکتر محمود حسینی
تابستان 1393
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
یکی از ابزارهای مناسب برای شناخت وضعیت شبکه های توزیع آب به عنوان یکی از سیستمهای شریان حیاتی، شاخص قابلیت اعتماد است. یک دسته روش دیگر که به علت وجود پارامترهای زیاد سیستمهای شریان حیاتی مناسبتر است، استفاده از مفهوم تئوری آنتروپی اطلاعات شانون و تعیین شاخص درجه افزونگی شبکه است. درکارهای انجام شده بر روی درجه افزونگی شبکه های توزیع آب معمولاً اثر همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی لحاظ نمی شود. به همین منظور در این مطالعه یک معیار اصلاح شده بر اساس مفهوم آنتروپی اطلاعات برای ارزیابی سطح خدمترسانی شبکه های توزیع آب ارائه شده است. به طوری که در این رابطه به طور همزمان اثر عدم قطعیتهای هیدرولیکی (مانند میزان جریان در لولهها) و عدم قطعیتهای مکانیکی (مانند احتمال گسیختگی خطوط جریان) لحاظ شده باشد.
برای این منظور، پس از بررسی تأثیر انواع روشهای وزن‌دار نمودن تابع آنتروپی بر روی نوع رفتار تابع، ضریبی به صورت نسبت نیاز گره مصرف به نرخ جریان تمام لینکهای شبکه تعریف شده است. با وزن‌دار نمودن مناسب تابع آنتروپی هیدرولیکی موجود در ادبیات فنی، تأثیر توالی و نحوه اتصال گرههای مصرف به گرههای چشمه در رابطه پیشنهادی دیده شده است. صحت رفتار تابع پیشنهادی به کمک مثال‌هایی با پیکره‌بندی‌های متفاوت، مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای لحاظ نمودن اثر احتمال عدم خدمترسانی لینکها نیز از مفهوم آنتروپی شرطی استفاده شده است. بدین صورت که یک تابع جریمه بر اساس احتمال گسیختگی هر یک از لینکها تحت یک سناریوی خطر مشخص تعریف میشود و این تابع جریمه به صورت مناسب در تابع آنتروپی هیدرولیکی اعمال می‌گردد. در این حالت نیز با در نظر گرفتن حالات حدی مختلف و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج مورد انتظار، صحت رفتار تابع آنتروپی پیشنهادی بررسی شده است.
به کمک رابطه آنتروپی پیشنهادی نحوه عملکرد تعدادی شبکه توزیع آب نمونه، از شبکه های ساده درختی تا شبکه‌های حلقهای پیچیده، بررسی شده است تا صحت نتایج حاصل از رابطه پیشنهادی در ارزیابی عملکرد کلی شبکه‌ها نیز مورد بررسی قرار گرفته باشد. در ادامه، نتایج حاصل از رابطه آنتروپی پیشنهادی با نتایج حاصل از روابط کلاسیک محاسبه قابلیت اعتماد شبکه های توزیع آب برای تعدادی شبکه با گرههای مصرف و چشمه یکسان ولی پیکره‌بندی‌های مختلف مقایسه گردیده و کارایی شاخص پیشنهادی هم جهت دستیابی به پیکرهبندی بهینه هیدرولیکی برای یک شبکه آب جدید و هم انتخاب بهترین برنامه ریزی برای کاهش خسارت در یک شبکه موجود در برابر خطرات مختلف طبیعی یا ساخته دست انسان، نشان داده شده است. به عنوان یک مثال واقعی رفتار شبکه توزیع آب شهر کوبه نیز بر اساس رابطه پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گرفته است. از مهمترین مزایای روش پیشنهادی میتوان به سادگی بسیار بیشتر این روش نسبت به سایر روشهای موجود برای تعیین قابلیت اعتماد شبکه‌ها و تعیین بهترین پیکرهبندی اشاره نمود. این در حالی است که در این روش پیشنهادی به طور همزمان عدم قطعیتهای هیدرولیکی و مکانیکی نیز لحاظ شده است.
از آنجا که پارامترهای مشخصه شبکه مانند میزان نیاز گرههای مصرف یا میزان احتمال عدم خدمترسانی لینکها و غیره، خود نیز دارای عدم قطعیت میباشند، در بخش پایانی پایان‌نامه به کمک ریاضیات فازی و مفهوم فازی- آنتروپی به بررسی میزان حساسیت نتایج حاصل به این‌گونه عدم قطعیتها پرداخته شده است. در این بخش نشان داده شده است که وجود عدم قطعیت در برخی پارامترها، همچون میزان نیاز برخی گرههای مصرف، می تواند تأثیر قابل توجهی بر روی میزان اطمینان به نتایج حاصل داشته باشد در حالی که وجود عدم قطعیت در برخی پارامترهای دیگر تأثیر زیادی روی تغییرات نتایج ندارد. در نتیجه به کمک این روش میتوان پارامترهای حساس بر روی عملکرد شبکه را نیز شناسایی نمود.
2- مبانی نظری تحلیل قابلیت اعتماد شبکه‌ها 10
2-3- تحلیل قابلیت اعتماد سیستم‌ها 16
2-4- مروری بر کارهای انجام گرفته بر روی تحلیل قابلیت اعتماد سیستم‌ها 21
2-5- مروری بر کارهای انجام شده بر روی قابلیت اعتماد امکانی 22
2-6- مروری بر کارهای انجام شده درباره قابلیت اعتماد شریانهای حیاتی 26
2-7- مطالعات انجام شده در زمینه قابلیت اطمینان شبکه توزیع آب 29
3- مفهوم آنتروپی و درجه افزونگی 39
3-2- آنتروپی اطلاعات برای شبکه‌های توزیع آب 40
3-3- شاخص نامعینی مکانیکی برای سیستمهای شریان حیاتی 44
3-4- آنتروپی هیدرولیکی برای سیستمهای شریان حیاتی 58
3-5- بحث پیرامون تابع آنتروپی پیشنهادی توسطT&T 65
4- تابع آنتروپی پیشنهادی با در نظر گرفتن عدم قطعیتهای هیدرولیکی و مکانیکی 70
4-2- وارد نمودن تأثیر پیکرهبندی و ترتیب ارتباطات گرههای نیاز در ارزیابی خدمت‌پذیری شبکه 71
4-3- در نظر گرفتن احتمال عدم خدمترسانی لینکها در ارزیابی خدمت‌پذیری شبکه 74
4-4- بررسی رفتار تابع آنتروپی پیشنهادی در شبکه‌های موازی و شبکه‌های سری 76
4-5- کاربرد تابع آنتروپی پیشنهادی برای شبکه حلقوی 85
4-6- تحلیل حساسیت نتایج آنتروپی شبکه 94
4-7- بررسی عملکرد یک شبکه با دو حلقه بر اساس تابع آنتروپی پیشنهادی 98
4-8- بررسی تأثیر شکل حلقه‌ها در عملکرد یک شبکه دو حلقهای بر اساس تابع آنتروپی پیشنهادی 110
4-9- بررسی رابطه بین تابع آنتروپی پیشنهادی و قابلیت اعتماد شبکه توزیع آب 119
4-10- ارزیابی خدمترسانی شبکه توزیع آب شهر کوبه به کمک رابطه آنتروپی پیشنهادی 124
5- محاسبه آنتروپی شبکه بر اساس متغیرهای فازی 130
5-2- مجموعه‌های فازی جهت مدلسازی عدم قطعیتهای امکانی 132
5-3- بررسی تأثیر تغییرات قطر لوله بر روی خواص هیدرولیکی شبکه توزیع آب 137
5-4- مدلسازی تغییرات قطر لوله به صورت فازی و محاسبه آنتروپی شبکه 142
5-5- مدلسازی تغییرات نیاز گرههای مصرف به صورت فازی و محاسبه آنتروپی شبکه 144
5-6- مدلسازی احتمال عدم خدمترسانی لولهها به صورت فازی و محاسبه آنتروپی شبکه 146
شكل (2‑1) : تابع چگالی احتمال بار و مقاومت و محدوده ایمن 12
شكل (2‑2) : تابع چگالی بار و مقاومت 12
شكل (2‑3) : دامنه ایمن و دامنه گسیختگی در یک فضای حالت دو بعدی 14
شكل (2‑4) : بیان سه بعدی از تابع چگالی احتمال توام fRQ 14
شكل (2‑5) : تعریف شاخص قابلیت اعتماد به صورت کوتاهترین فاصله در فضای متغیرهای کاهش یافته 15
شكل (2‑6) : مفهوم شاخص قابلیت اعتماد 15
شكل (2‑7) : علائم مورد استفاده برای اعضای شکل‌پذیر و ترد 16
شكل (2‑8) : (a) سیستم سازه‌ای سری، (b) سیستم سازه‌ای موازی 16
شكل (2‑9) : خرپای معین استاتیکی به عنوان یک سازه سری 16
شكل (2‑10) : نمایش یک سیستم سری 17
شكل (2‑11) : نمایش یک سیستم موازی 17
شكل (2‑12) : یک سازه قابی و مدل تحلیلی مربوط به آن 18
شكل (2‑13) : نمایش یک سیستم سری از سیستمهای موازی 18
شكل (2‑14) : یک شبکه توزیع آب 19
شكل (2‑15) : بیان گسیختگی به وسیله برش‌ها 20
شكل (2‑16) : نمایش مجموعه گره حداقل 20
شكل (2‑17) : توزیع امکانی π(x) و تابع عضویت عدد فازی μQ(x) 24
شكل (2‑18) : سطح قابلیت اعتماد برای یک شبکه 35
شكل (3‑1) : تابع آنتروپی برای یک متغیر دو مقداره 42
شكل (3‑2) : دیاگرام ون برای فضای نمونه خرابی در یک سیستم مهندسی با m عضو 45
شكل (3‑3) : شبکه توزیع آب نمونه 49
شكل (3‑4) : مقایسه شاخص‌های درجه افزونگی RE و RZ در مقابل احتمال جدایش گرههای مصرف 53
شكل (3‑5) : شبکه توزیع آب نمونه 54
شكل (3‑6) : نتایج درجه افزونگی شبکه نشان داده شده در شکل 3-5 برای شبکه موجود و شبکه بهسازی شده 55
شكل (3‑7) : شبکه توزیع آب ناحیه پایین شهر، شهر کوبه 55
شكل (3‑8) : ناحیه A شبکه توزیع آب شهر کوبه 56
شكل (3‑10) : نتایج شبیه‌سازی ناحیه A شبکه توزیع آب شهر کوبه 58
شكل (3‑11) : نحوه محاسبه آنتروپی برای یک شبکه نمونه 59
شكل (3‑12) : یک شبکه توزیع آب ساده با جریانهای مربوط به آنتروپی حداکثر 61
شكل (3‑14) : دیاگرام PEM و محاسبات آنتروپی شبکه 63
شكل (3‑15) : دیاگرام PEM برای یک شبکه با دو گره چشمه و دو گره تقاضا 63
شكل (3‑16) : شبکه توزیع آب نمونه کاملاً متصل 65
شكل (3‑17) : زیرمجموعه‌های درختی شبکه نمونه 66
شكل (3‑18) : دیاگرام مسیر زیرمجموعه‌های درختی 67
شكل (3‑19) : حالت‌های مختلف اتصال گرههای نیاز چشمه برای شبکه‌های درختی نشان داده شد در شکل 3-16 67
شكل (4‑6) : شبکه توزیع آب با دو گره نیاز و یک گره چشمه با پیکرهبندی کاملاً سری 82
شكل (4‑7) : تغییرات آنتروپی شبکه نمونه نشان داده شده در شکل 4-6 با نسبت نیاز ( ) 83
شكل (4‑8) : تغییرات آنتروپی شبکه نمونه نشان داده شده در شکل 4-6 با نسبت نیاز ( ) 84
شكل (4‑9) : تغییرات آنتروپی شبکه نمونه نشان داده شده در شکل 4-6 با نسبت نیاز ( ) 84
شكل (4‑10) : شبکه حلقوی نمونه با یک گره چشمه و سه گره نیاز 86
شكل (4‑11) : پیکره‌بندی‌های ممکن برای شبکه حلقوی نشان داده شده در شکل 4-10 86
شكل (4‑13) : نمودار کلی آنتروپی مسیر برای شبکه حلقوی نشان داده شده در شکل 4-10 88
شكل (4‑19) : شبکه توزیع آب نمونه با دو حلقه و یک گره چشمه و سه گره مصرف 99
شكل (4‑20) : الگوهای جریان ممکن برای شبکه آب نشان داده شده در شکل 4-19 100
شكل (4‑22) : زیر مجموعه‌های درختی شبکه نشان داده شده در شکل 4-19 102
شكل (4‑32) : شبکه توزیع آب متشکل از دو حلقه با یک گره چشمه و سه گره مصرف 110
شكل (4‑33) : الگوهای جریان ممکن برای شبکه نشان داده شده در شکل 4-32 111
شكل (4‑43) : پیکره‌بندی‌های مختلف مورد بررسی برای شبکه نشان داده شده در شکل 4-42 121
شكل (4‑44) : شبکه خطوط جریان اصلی شبکه توزیع آب ناحیه Higashi-Nada شهر کوبه 124
شكل (4‑45) : شبکه خطوط جریان اصلی شبکه توزیع آب ناحیه Higashi-Nada شهر کوبه 126
شكل (4‑46) : مدل شبکه توزیع آب شهر کوبه پس از اضافه شدن خط لوله جدید 126
شكل (5‑1) : عدد فازی مثلثی نمونه 133
شكل (5‑2) : پاسخ‌های هندسی دستگاه معادلات خطی با ضرایب فازی رابطه 5-14 137
شكل (5‑6) : عدد فازی میزان قطر لوله‌های شبکه نشان داده شده در شکل 4-10 143
شكل (5‑7) : مقدار آنتروپی فازی شبکه با فرض فازی بودن قطر تمام لوله به صورت شکل 5-6 143
شكل (5‑9) : میزان نیاز گرههای مصرف به صورت کمیت فازی 145
شكل (5‑10) : مقدار آنتروپی فازی شبکه با فرض فازی بودن مقدار نیاز گرههای مصرف به صورت شکل 5-9 145
شكل (5‑12) : میزان احتمال خدمترسانی صحیح تمام لینکهای شبکه به صورت کمیت فازی 146
جدول (2‑1): تعاریف مختلف اعتماد برای شبکه‌های توزیع آب 30
جدول (2‑2): تعاریف مختلف اعتماد برای شبکه‌های توزیع آب 31
جدول (2‑3): روشهای مختلف ارزیابی قابلیت شبکه‌های توزیع آب 33
جدول (3‑1): مشخصات لینکهای شبکه نشان داده شده در شکل 3-3 49
جدول (3‑2): اطلاعات ضرایب لوله p و k برای شبکه نشان داده شده در شکل 3-3 51
جدول (3‑3): اطلاعات ضریب زمین G برای شبکه نشان داده شده در شکل 3-3 51
جدول (3‑4): نتایج شبیه‌سازی مونت کارلو شبکه نشان داده شده در شکل 3-3 (با تعداد شبیه‌سازی ) 52
جدول (3‑5): مشخصات لینکهای شبکه آب نشان داده شده در شکل 3-5 54
جدول (3‑6): مشخصات لینکها و گرههای مصرف ناحیه A شبکه توزیع آب شهر کوبه 57
جدول (4‑2): مقادیر آنتروپی شبکه نمونه نشان داده شده در شکل 4-6 با نسبت نیاز ( ) 82
جدول (4‑3): مقادیر آنتروپی شبکه نمونه نشان داده شده در شکل 4-6 با نسبت نیاز گرههای ( ) 83
جدول (4‑4): مقادیر آنتروپی شبکه نمونه نشان داده شده در شکل (4-6) با نسبت نیاز گرههای ( ) 84
جدول (4‑5): نرخ‌های جریان ممکن برای لوله‌های شبکه نمونه نشان داده شده در شکل 4-10 86
جدول (4‑8): نرخ‌های جریان ممکن برای لینکهای شبکه نمونه نشان داده شده در شکل 4-19 99
جدول (4‑9): میزان قطر لولهها برای پیکره‌بندی‌های مختلف نشان داده شده در شکل 4-43 122
جدول (4‑10): مقدار قابلیت اعتماد و آنتروپی پیکره‌بندی‌های نشان داده شده در شکل 4-42 123
جدول (4‑11): مشخصات لینکها و گرههای شبکه موجود شهر کوبه(Javanbarg & Takada,2007) 125
جدول (4‑12): مشخصات لینکهای شبکه شهر کوبه پس از اضافه شدن خط لوله جدید 127
1-
| فصل اول |
مقدمه
| مقدمه |
1-1- زمینه تحقیق
به سیستم‌هایی مانند شبکه های توزیع آب که در هنگام حوادث طبیعی مانند زلزله دارای حساسیت و اهمیت زیادی میباشند و در واقع نجات جان انسان‌ها و كاهش خسارات مالی و برگشت به زندگی عادی و خدمترسانی جامعه به آنها وابستگی شدیدی دارد، شریان حیاتی گفته میشود. بازگرداندن هر چه سریع‌تر شریانهای حیاتی به حالت عادی نیازمند برنامه‌ریزی دقیق است. برنامه‌ریزی دقیق در شرایط بحرانی مستلزم شناخت كافی از وضعیت سیستم، تحلیل سیستم، تعیین پارامترهای اجزاء سالم و یا آسیب دیده سیستم است. تعمیرات و بازسازی بر مبنای نتایج حاصل از تحلیل جامع سیستم و با رعایت اولویت‌ها می‌تواند انجام گیرد که در بازگشت سریع جامعه به حالت عادی بسیار حائز اهمیت میباشد. از این رو تعیین وضعیت کنونی شریانهای حیاتی و بیان آن به صورت قابل لمس برای تصمیمگیرندگان کلان کشور از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است تا آنها بتوانند تصمیمی صحیح، سریع و اقتصادی بگیرند. شاخص قابلیت اعتماد یکی از بهترین ابزارها برای این منظور میباشد. اما محاسبه قابلیت اعتماد سیستمهای بزرگ مقیاس مانند شریانهای حیاتی کاری بسیار دشوار است بطوری که بسیاری از پژوهشگران به دنبال یافتن راهی برای ساده کردن این مسئله میباشند و یکی از این روش‌ها برای ارزیابی میزان ایمنی سیستمهای شریان حیاتی شاخص نامعینی است. در ادبیات فنی برای بیان شاخص نامعینی از مفهومی ریاضی به نام آنتروپی اطلاعات استفاده می شود.
برای شبکه‌های توزیع آب معمولاً قابلیت اعتماد به دو شکل محاسبه میشود: قابلیت اعتماد مکانیکی و قابلیت اعتماد هیدرولیکی. در قابلیت اعتماد مکانیکی، احتمال متصل ماندن گرههای تقاضا به گره چشمه بررسی میشود. در قابلیت اعتماد هیدرولیکی، این احتمال برآورد میشود که هر یک از گرههای تقاضای موجود در شبکه، آب را با فشاری از قبل تعیین شده دریافت کند، حتی اگر تعدادی از خطوط لوله نیز از عملکرد خارج شده باشند. در ادبیات فنی کمتر قابلیت اعتماد هیدرولیکی و مکانیکی به طور همزمان مطالعه شده است. در این پروژه هدف تعیین میزان قابلیت اعتماد شبکه توزیع آب به کمک مفهوم تئوری آنتروپی اطلاعات میباشد که بطور همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی لحاظ گردد.
یکی از مهمترین شاخه‌های تحقیق بر روی شبکه‌های توزیع آب در دهه های اخیر، کمّی نمودن میزان قابلیت اعتماد این شبکه‌ها در شرایط مختلف بوده است. یکی از روشهای پذیرفته شده برای مطالعه میزان اطمینان به این شبکه‌ها، استفاده از تئوری آنتروپی اطلاعات و تعیین درجه افزونگی این شبکه ها میباشد. کارهای انجام شده در ادبیات فنی بر روی قابلیت اعتماد شبکه های توزیع آب معمولاً یا تنها به بررسی قابلیت اعتماد هیدرولیکی شبکه می پردازد و یا به بررسی قابلیت اعتماد مکانیکی سیستم می پردازد و به طور همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی لحاظ نمیشوند. بررسی همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی برای تعیین میزان ریسک شبکه بعد از وقوع حادثهای مانند زلزله حائز اهمیت میباشد. بررسی قابلیت اعتماد هیدرولیکی یک شبکه بدون در نظر گرفتن این نکته که بعضی از خطوط بعد از حادثه از سرویسدهی خارج میشوند و همچنین مقداری از آب آن ها هدر میرود، نمی تواند تصویری جامع از وضعیت شبکه به ما بدهد. از سوی دیگر بررسی قابلیت اعتماد شبکه به صورت مکانیکی بدون در نظر گرفتن میزان تقاضای هیدرولیکی گرهها که مشخصاً قبل، هنگام و بعد از حادثه متفاوت میباشد، نمی تواند دید مناسبی به تصمیمگیرندگان برای مدیریت وضعیت بحرانی بدهد. تعیین قابلیت اعتماد شبکه با رویکرد مکانیکی- هیدرولیکی به ما این اجازه را میدهد که قسمت‌های با ریسک بالا را در شبکه شناسایی و آنها را تقویت کنیم و در صورت نیاز حتی با اضافه کردن درجه افزونگی این نواحی از میزان ریسک شبکه برای حوادثی مانند زلزله بکاهیم.
از دستاوردهای مورد انتظار این پروژه میتوان به توسعه روشی جهت محاسبه قابلیت اعتماد شبکه توزیع آب با در نظر گرفتن اثرات پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی برای ارزیابی شبکه شهری تحت پوشش یک مخزن در وضعیت موجود و در وضعیت بعد از حادثه و همچنین استفاده از این روش جهت توسعه شبکه های جدید اشاره نمود.
1-2- بیان مسئله
گزارشات ناشی از وقوع حوادث غیرمترقبه نشان می‌دهند که شریانهای حیاتی در معرض مخاطرات ناشی از پدیده‌های تحت‌الارضی و فوق‌الارضی قرار دارند. به علت گسترده بودن شریانهای حیاتی و تأثیرگذاری آنها به مجموعه شهری دو معیار اساسی ایمن بودن و قابل اعتماد بودن آنها در برابر حوادث غیرمترقبه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
سیستمهای شریان حیاتی نه تنها باید در برابر هر عاملی مقاوم باشند، بلكه در شرایط اضطراری مانند زمان بعد از زلزله كه وظیفه دسترسی و كمك‌رسانی به آسیب‌دیدگان را نیز به عهده دارند باید قابل بهره‌برداری باقی بمانند. به علت وابستگی بین شریانهای حیاتی، در صورت آسیب‌دیدگی یكی از آنها، دیگر شریانهای حیاتی وابسته و مرتبط نیز از كار افتاده و متعاقباً ممكن است باعث تشدید عوامل دیگر از قبیل قطع ارتباطات، اختلال در حمل و نقل، توسعه آتش‌سوزی‌ها و انفجارات و غیره گردد و در نتیجه فعالیت سیستم شهری مختل و فلج گردد. برای مثال در اثر خرابی سیستم حمل و نقل، دسترسی به آسیب‌دیدگان و كمك‌رسانی با مشكل جدی مواجه میشود و یا در اثر آسیب‌دیدگی سیستم مخابرات، عدم اطلاع‌رسانی و ارتباطات به موقع و یا در اثر خرابی سیستمهای انتقال گاز، گسترش غیر قابل كنترل آتش‌سوزی را در پی خواهد داشت.
كشورهای مختلف و به ویژه کشورهای پیشرفته توجه زیادی به شریانهای حیاتی و برگشت سریع جامعه به حالت عادی و كاهش خسارات جانی و مالی دارند. بعضی تیم‌های پژوهشی در فكر تهیه نرم‌افزاری هستند كه پس از وقوع زلزله، برگشت به حالت عادی از چه شریانی و با چه الویتی شروع شود تا عملیات بهینه باشد. البته در سال‌های اخیر با توجه به اهمیت شریانهای حیاتی مسئولین کشور ما نیز به مفهومی مانند پدافند غیرعامل اهمیت زیادی می‌دهند و در حقیقت آن را جزء اولیت‌های کاری خود قرار داده‌اند.
در مهندسی كلان لازم است با شناخت كافی از وضعیت تمام شریانهای حیاتی هر شهر و میزان اهمیت هر کدام از آنها و وابستگی و ارتباطات و اثرات متقابل و اندركنشی آنها در مدیریت شهری و به ویژه در سطح مدیریت كلان استانی و كشوری، برنامه‌ریزی دقیقی صورت گیرد و قبل از وقوع حوادث تلخ و فاجعه‌بار آنها را مورد بررسی قرار داد. البته این موضوع باید بیشتر مورد توجه مسئولین كلیدی کشور قرار گیرد.
در دنیای امروز با گسترش نظام اجتماعی شهری و گسترش شهرها، مناطق مدرن شهری بسیار بیشتر از سابق بر شریانهای حیاتی تكیه كرده‌اند وگسترش شریانهای حیاتی تنها راه بالا بردن كارایی فعالیت افراد جامعه در فضا و زمان میباشد. تلاش‌های زیاد برای بالا بردن ایمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله، مناطق شهری را نسبت به گذشته ایمن‌تر كرده است. حال اگر شریانهای حیاتی یک شهر از هم گسیخته شوند، خسارات قابل توجهی ایجاد می‌كنند و فعالیت شهری با سازه‌های ایمن را فلج می‌نمایند. خرابی شریانهای حیاتی در هنگام زلزله بحران‌های زیادی از جمله عدم دسترسی به آسیب‌دیدگان و كمك‌رسانی به آنها (خرابی سیستم حمل و نقل)، عدم اطلاع‌رسانی و ارتباطات به موقع و درست (خرابی مخابرات)، همه‌گیر شدن بیماری‌های واگیردار (خرابی سیستمهای جمع آوری فاضلاب)، گسترش غیر قابل كنترل آتش‌سوزی (خرابی سیستمهای آب) و عدم تأمین انرژی لازم برای خدمات مختلف (خرابی سیستمهای تأمین انرژی) را باعث میشود. خرابی بعضی از شریانهای حیاتی مانند خطوط انتقال گاز و نفت علاوه بر قطع خدمات‌رسانی در موقع نیاز، باعث ایجاد آتش‌سوزی‌های وسیع میشود، به طوری كه گاهی خسارات ناشی از این آتش‌سوزی‌ها چندین برابر خسارت ابتدایی زلزله می‌گردد.
بازگرداندن هر چه سریع‌تر شریانهای حیاتی به حالت عادی نیازمند برنامه‌ریزی دقیق است. برنامه‌ریزی دقیق در شرایط بحرانی مستلزم شناخت كافی از وضعیت سیستم، تحلیل سیستم، پارامترهای سالم و آسیب دیده اجزا سیستم است. از گام‌های اساسی در سیستم‌ها، تعیین اولویت‌هاست و این کار فقط زمانی محقق میشود که امتیاز فوریت کلیه سیستم‌ها مشخص شده و به ترتیب امتیاز بالاتر آنها اولویت‌بندی شوند. تحلیل سیستم در وضعیت بحرانی نیز مهمترین مرحله عملیات است. تحلیل سیستم با مشخص کردن اولویت‌ها، بطور چشم‌گیری از هدر رفتن زمان، بی‌نظمی و هزینه‌های اضافی در انجام عملیات بازسازی جلوگیری می‌کند. تعمیرات و بازسازی بر مبنای نتایج حاصل از تحلیل جامع سیستم و با رعایت اولویت‌ها می‌تواند انجام گیرد که در بازگشت سریع جامعه به حالت عادی بسیار حائز اهمیت میباشد.
از این رو تعیین وضعیت کنونی شریانهای حیاتی و بیان آن به صورت قابل لمس برای تصمیمگیرندگان کلان کشور از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است تا آنها بتوانند تصمیمی صحیح، سریع و اقتصادی بگیرند. بدون شک شاخص قابلیت اعتماد یکی از بهترین ابزارها برای این منظور میباشد. اما همان‌طور که می‌دانیم، با توجه به زیاد بودن تعداد متغیرها و پیچیدگی ساختار کلی شبکه ها، محاسبه قابلیت اعتماد سیستمهای بزرگ مقیاس مانند شریانهای حیاتی حتی با در دست داشتن اطلاعات کافی و فرض خطی بودن تابع عملکرد کاری بسیار دشوار است بطوری که بسیاری از پژوهشگران به دنبال یافتن راهی برای ساده کردن این مسئله میباشند. گزارشات ناشی از وقوع حوادث غیر مترقبه نشان می‌دهند که شریانهای حیاتی در معرض مخاطرات ناشی از پدیده‌های تحت‌الارضی و فوق‌الارضی قرار دارند. به علت گسترده بودن شریانهای حیاتی و تأثیرگذاری آنها به مجموعه شهری دو معیار اساسی ایمن بودن و قابل اعتماد بودن آنها در برابر حوادث غیر مترقبه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
سال‌ها از آمار و تئوری احتمالات به عنوان تنها راه برخورد با متغیرهای عدم قطعی و انجام تحلیل قابلیت اعتماد سازه‌ها یاد می‌شد. به کمک آمار میتوان با بهره گرفتن از اطلاعات و اندازه‌گیری‌های موجود برای متغیرهایی که طبیعت تصادفی دارند، پارامترهایی را تعیین نمود که خصوصیات نحوه رخ دادن آن متغیرها را نشان دهد. احتمالات این اطلاعات را تبدیل به توابع رخداد (توابع چگالی احتمال Pdfs و توابع چگالی تجمعی CDFs می‌کند و چارچوب کلی تحلیل اعتمادپذیری را تعریف می‌کند. هدف اصلی در تحلیل اعتمادپذیری بدست آوردن احتمال‌های گسیختگی سیستم سازه‌ای است که با مقادیر حدی مقایسه میشوند تا قابلیت اعتماد سازه بدست آید. هر چه اهمیت سازه بیشتر باشد، نیاز به اطمینان بیشتری برای کوچک بودن احتمال گسیختگی است.
با این وجود، تنها زمانی میتوان از احتمالات استفاده نمود که متغیرهای ورودی، طبیعتی رندوم داشته باشند و اطلاعات دقیقی از نحوه تغییرات آنها برای تعریف توابع چگالی احتمال آنها وجود داشته باشد. از آنجا که ممکن است اطلاعات آماری برای بارها و مقاومت‌ها کم یا حتی وجود نداشته باشد، معمولاً این مطلب در مورد طراحی سیستم‌ها صادق نمی‌باشد. علاوه بر این، باید به عوامل دیگری مانند اندرکنش سیستم با محیط اطراف (مثل اندرکنش سازه با خاک یا اندرکنش شریانهای حیاتی مختلف بر روی عملکرد یکدیگر) و نقش اساسی خطاهای انسانی اشاره نمود. این جنبه‌های عدم قطعیت اغلب دارای اهمیت زیادی میباشند ولی نمی‌توان آنها را در قالب احتمالات بیان نمود. بنابراین استفاده از الگوریتم‌های سنگین محاسباتی برای تحلیل قابلیت اعتماد احتمالاتی که برای مشخص کردن نقش متغیرهای رندوم بر روی پاسخ سازه در تحلیل‌های پارامتری بسیار مفید میباشند، در موارد واقعی کارا نمی‌باشند. به خاطر این دلایل، در سال‌های اخیر خانواده‌های جدیدی از روشهای غیر احتمالاتی گسترش یافته‌اند.
لذا در ادامه پس از بیان انواع روشهای محاسبه قابلیت اعتماد، به بررسی دقیق آنتروپی اطلاعات به عنوان معیار جایگزین قابلیت اعتماد شبکه‌های آب و چالشهای موجود در محاسبه آن می‌پردازیم .
تعداد صفحه : 211
قیمت :14700 تومان
