عنوان پایان‌نامه
تحلیل ریسک لرزه ای شبکه آبرسانی با در نظرگرفتن اندرکنش افزونگی و خرابی های وابسته و ارائه راهکارهای مدیریتی مطالعه موردی: منطقه ۶ تهران
- رشته تحصیلی
- مدیریت در سوانح طبیعی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده محیط زیست شماره ثبت: ENV 933;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56328
- تاریخ دفاع
- ۱۳ تیر ۱۳۹۱
- دانشجو
- نیلوفر صادقی کمجانی
- استاد راهنما
- مهرداد نظریها, بابک امیدوار
- چکیده
- چکیده سیستم تأمین آب آشامیدنی، یکی از مهمترین شریان¬های حیاتی است که در معرض گستره وسیعی از ریسک‌ها قرار داشته و بسیار آسیب پذیر می‌باشد. با توجه به لرزه‌خیزی بالای تهران و آسیب‌پذیری سیستم شبکه آب آن لزوم تحلیل ریسک شبکه در اثر زلزله احساس می‌گردد تا با استفاده از نتایج آن بتوان راهکارهای مناسب کاهش خطرپذیری این سیستم را پیشنهاد داد. یکی از راه¬های کاهش ریسک سیستم‌ها و افزایش برگشت‌پذیری آنها تعبیه افزونگی در آنها می‌باشد. در مطالعات اخیر، نشان داده شده است که اثر افزایش افزونگی بر خلاف آنچه که در گذشته تصور می‌شد همیشه در راستای کاهش ریسک نیست و در نظر گرفتن خرابی¬های با دلیل مشترک (CCF) می‌تواند با اضافه شدن افزونگی سیستم و وجود اجزاء مشابه به شدت ریسک سیستم را افزایش دهد. پایان‌نامه پیش رو به منظور تحلیل ریسک شبکه آب با در نظر گرفتن اندرکنش افزونگی و خرابی‌های با دلیل مشترک تهیه گردیده است. بدین منظور با بررسی‌های صورت گرفته و زلزله‌های تاریخی به وقوع پیوسته در محدوده مورد مطالعه و وضعیت گسل‌های منطقه، 2 سناریوی زلزله در اثر فعالیت گسل شمال تهران با شدت 2/7 ریشتر از روابط کمپل- بزرگ‌نیا و زارع برای تحلیل‌ها انتخاب شدند. پس از شناخت کامل سیستم و بررسی المان‌های افزونه و پتانسیل وقوع خرابی‌های با دلیل مشترک (CCF) برای آنها، ایستگاه‌های پمپاژ و مخازن یوسفآباد بالا و پایین، امیرآباد بالا و پایین و مخزن 61 در منطقه 6 شهر تهران به عنوان سیستم موردمطالعه انتخاب شدند. در مرحله بعد احتمال خرابی پمپ‌ها با استفاده از منحنی‌های شکنندگی موجود در در HAZUS با 6/0=?fc و 25/1=µ استخراج شد. سپس احتمال خرابی مشترک مؤلفه‌های افزونه با استفاده از روش بتا فاکتور و MGL به منظور محاسبه کل احتمال خرابی ایستگاه‌ها و مخازن نام برده با استفاده از درخت خطا که از پرکاربردترین روش‌های تحلیل ریسک سیستم‌های پیچیده در علوم مختلف است، محاسبه گردید. نتایج این تحلیل‌ها نشان داد با در نظر گرفتن CCF احتمال خرابی ایستگاه‌های پمپاژ مخزن 61 به میزان 18?، امیرآباد بالا و یوسفآباد پایین به میزان 23?، امیرآباد پایین و یوسفآباد بالا به میزان 25? نسبت به حالت بدون در نظر گرفتن CCF افزایش یافت. این تحلیل‌ها با استفاده از درخت خطا برای ایستگاه‌های پمپاژ در حالت مهاربندی شده نیز صورت پذیرفت و معلوم گردید با انجام مهاربندی احتمال خرابی ایستگاه امیرآباد بالا 6/3%، امیرآباد پایین 2/9?، یوسفآباد بالا 12?، یوسفآباد پایین 7?و مخزن 61، 15?، کاهش خواهد یافت و می‌توان از مهاربندی به عنوان راهکاری برای کاهش ریسک آنها استفاده نمود. در ادامه ریسک مربوط به عدم تامین آب در هر کدام از مناطق تحت پوشش این مخازن با در نظر گرفتن جمعیت بدون آب به عنوان پیامد خرابی ایستگاه‌های پمپاژ محاسبه شد. نتایج این مرحله نشان داد ریسک عدم تامین آب جمعیت تحت پوشش (نفر بدون آب) برای مخزن 61، 5975 نفر، مخزن امیرآباد پایین 34125 نفر، امیرآباد بالا 35627 نفر، یوسفآباد پایین 13780 نفر و یوسفآباد بالا 123662 نفر می‌باشد. سپس به بررسی قابلیت اطمینان ایستگاه پمپاژ پرداخته شده است. برای محاسبه دقیق قابلیت اطمینان و در نظر گرفتن اندرکنش افزونگی و خرابی‌های با دلیل مشترک، ابتدا قابلیت اطمینان پمپ‌های ایستگاه پمپاژ به عنوان مؤلفه‌های افزونه محاسبه گردید. در ادامه خرابی‌های با دلیل مشترک نیز وارد محاسبات گردیده و مقایسه قابلیت اطمینان این دو حالت نشان داد که حداکثر قابلیت اطمینان افزایشی زمانیکه خرابی‌های با علت مشترک به حساب آورده می‌شوند نسبت به مورد ایده‌آل یعنی وقتی که خرابی‌ها غیر وابسته فرض می‌شوند، هم کوچکتر است و هم زودتر به وقوع می‌پیوندد. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که برای آنکه سیستم افزونه با وجود خرابی‌های با دلیل مشترک برای مدت زمان طولانی‌تری عمل کند می‌بایست مقدار ? برای سطوح افزونگی (1، 2، 3، 4و 5) به ترتیب کمتر از 293/0، 374/0، 411/0، 432/0و 445/0 باشد و بدین ترتیب در نهایت مرزی برای تصمیم‌گیری مهندسان برای طراحی ایستگاه پمپاژ با در نظر داشتن المان‌های افزونه تعیین گردید. در ادامه به محاسبه قابلیت اطمینان کل ایستگاه‌های پمپاژ که علاوه بر پمپ‌ها دارای اجزای دیگری نظیر برق تجاری، ساختمان و تجهیزات می‌باشند، پرداخته شد که نتایج این مرحله نشان داد قابلیت اطمینان ایستگاه پمپاژ امیرآباد بالا .17/0، امیرآباد پایین 24/0 ، یوسفآباد بالا 22/0، یوسفآباد پایین 244/ 0و مخزن 61، 1/ 0می‌باشد. بنابراین برای افزایش قابلیت اطمینان و کاهش احتمال خرابی و ریسک پیشنهاد گردید علاوه بر استفاده از پمپ‌های مهاربندی شده، جمعیت تحت پوشش مخازن با احداث اصولی مخازن جدید کاهش داده شود.
- Abstract
- Abstract Water supply systems are among the most important lifelines which are vulnerable and prone to the wide range of different threats. According to the high potential of seismicity in Tehran andhigh vulnerability of potable water systems against earthquake, seismic analysis for water supply network due to earthquake is essential to recommend appropriate solutions to increase the water network reliability. One of the methods to reduce systems risk and increase resilience is embedding the system by redundancy. Current studies show that the effect of increase in redundancy, unlike what was previously believed, may not always result in risk reduction. In addition, inclusion of Common Cause Failure (CCF) may increase the probability of system failure when adding similar redundant components to the system. The aim of this thesis was to perform water supply network risk analysis considering redundancy and common cause failure interactions. Based on the available data on historical earthquakes and identified fault in the study area, 2 earthquake scenarios were chosen for further analysis. Nevertheless, potential for common cause failure of reservoirs and pump stations namely upper and lower Yousefabad pumping stations as well as upper and lower Amirabad pumping stations and reservoir 61 in municipal region 6 of Tehran were studied. Then, the possibility of pumps failure using fragility curves in HAZUS with ?fc=0.6 and µ=1.25 were established. At the next step, the probability of common cause failure of redundant elements was computed. Then the total probability of failure of aforementioned pump stations and reservoirs failure were calculated using fault tree methods and considering CCFs available. The results showed that by considering CCF, the failure possibility for pump station 61, upper Amirabad and lower Yousefabad, lower Amirabad and upper Yousefabad pumping stations were increased up to 18%, 23% and 25%, respectively as compared with the case not considering CCF. In addition, the effect of implementing seismic anchorage for the pumps on reliability of pumping stations was investigated using FTA. The results indicated that by anchoring pumps, the failure probability for upper Amirabad, lower Amirabad, upper Yousefabad and lower Yousefabad pumping stations and reservoir 61 were decreased up to 3.6%, 9.2%, 12%, 7%, and 15%, respectively. Therefore, seismic anchorage can be used as an effective solution to the problem. In addition, the risk due to lack of water supply in each area was computed by considering population without water supply as a consequence of pump stations failure. The results showed that the risk of population without water due to lack of water supply (number of persons without water) for reservoirs 61, lower Amirabad, upper Amirabad, lower Yousefabad, and upper Yousefabad pumping stations were 597561, 34125, 35627, 13780, and 123662 people, correspondingly. Afterward, the reliability of pump stations was examined. In order to compute exact reliability and considering redundancy interaction with CCF, firstly the reliability of pumps in the pump stations as a redundant element was computed. Then CCFs were added to the computations and comparison between these two methods showed that the maximum increase in reliability, when CCFs are taken into account is both smaller and occurred earlier. The results showed that inorder to have a redundant system that operates for longer time with respect to unredundant system, the ? value for level of redundancies (1, 2, 3, 4, and 5) should be less than 0.293, 0.374, 0.411, 0.432, 0.445, respectively. Finally, a boundary for ? was determined for engineers in pump stations design so that the inclusion of redundant elements. Furthermore, the total reliability for pump stations affected from several other components in addition to pumps such as commercial Hydro power, buildings and equipment were computed. The results showed that the total reliability for pumping stations namely upper Amirabad, lower Amirabad, upper Yousefabad, lower Yousefabad, and reservoir 61 were 0.17, 0.24, 0.22, 0.244, 0.1, respectively. Therefore, it is recommended to add the number of the reservoirs in the region to reduce the affected people for each reservoir and to increase the reliability.
