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http://hdl.handle.net/1843/72592| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Avaliação da aplicabilidade e desempenho de métodos de aproximação e amostragem na simulação probabilística de hidrogramas de ruptura de barragens com leitos não erodíveis |
| Título(s) alternativo(s): | Assessment of the applicability and performance of approximation and sampling methods in the probabilistic simulation of dam break hydrographs with non-erodible beds |
| Autor(es): | Jáder Vinícius Almeida Pereira |
| Primeiro Orientador: | Julian Cardoso Eleutério |
| Primeiro membro da banca : | Rodrigo Cauduro Dias de Paiva |
| Segundo membro da banca: | Veber Afonso Figueiredo Costa |
| Terceiro membro da banca: | Priscilla Macedo Moura |
| Resumo: | Os estudos de ruptura hipotética de barragens envolvem um alto nível de complexidade e possuem diversas incertezas a eles inerentes. Assim, a compreensão das incertezas aos quais os modelos hidrodinâmicos estão submetidos, é essencial para o entendimento dos resultados por eles fornecidos. Uma alternativa para a análise de riscos relacionados às inundações provocadas por rompimentos de barragens é a abordagem probabilística. O método mais comum para essa abordagem é o Método de Monte Carlo (MMC), associado à Amostragem Aleatória Simples (AAS). Entretanto, esse método requer muitas simulações, demandando um elevado esforço computacional, limitando a quantidade de variáveis aleatórias a serem consideradas ou a resolução espacial das malhas computacionais. O presente trabalho realizou uma avaliação da aplicabilidade e do desempenho de quatro métodos de aproximação do tipo Point Estimated Method (PEM) e o método Latin Hypercube Samplig (LHS) para a análise do impacto das incertezas relacionadas aos parâmetros de brecha envolvidos na simulação probabilística de hidrogramas de ruptura. Essa avaliação considerou as geometrias das brechas de ruptura sob a hipótese de não erodibilidade do leito na seção de implantação da barragem. Foram tomadas como variáveis aleatórias cinco parâmetros de brecha de ruptura (Elevação de Fundo, Inclinações Laterais Esquerda e Direita, Largura de Fundo e Tempo de Formação). Foram desenvolvidos dois códigos, que podem ser reaproveitados e adaptados em estudos futuros. Ambos automatizam as simulações hidrodinâmicas no programa HEC-RAS, utilizando como referência o código desenvolvido por Silva et al. (2021) . O primeiro código desenvolvido refere-se à aplicação da AAS associada ao MMC, considerando-se a restrição das brechas de ruptura dentro dos limites definidos pelo terreno natural. O segundo código refere-se à aplicação do LHS sob a mesma hipótese de restrição. A avaliação da aplicabilidade dos métodos considerou seus aspectos teóricos e as características específicas do estudo de caso hipotético adotado, proposto por Zenz e Goldgruber (2013). Os resultados apontaram que o método LHS, assim como dois dos métodos PEM avaliados não são aplicáveis nas condições propostas. Além disso, a hipótese de não erodibilidade do terreno natural apresentou resultados, em média, 37% inferiores aos quantis de vazão de pico encontrados sob a hipótese de erodibilidade do terreno natural. Ademais, o cenário de não erodibilidade apresentou uma redução significativa dos indícios de instabilidade numérica do modelo hidrodinâmico, quando comparado ao cenário de erodibilidade. A aplicação dos dois outros métodos PEM, permitiu a obtenção dos momentos estatístico das vazões de pico que, associados à expansão de Gram-Charlier, possibilitaram o ajuste de distribuições de probabilidade às vazão de pico dos hidrogramas de ruptura estimados pelos referidos métodos. Os resultados apontaram que o PEM proposto por Rosenblueth (1981) - RPEM - demonstrou um desempenho superior ao proposto por Tsai e Franceschini (2005) - TPEM -, porém nenhum dos métodos se aproximou dos resultados obtidos pela aplicação da AAS associada ao MMC, subestimando os quantis associados a menores probabilidade de excedência e, portanto, sendo menos conservadores do ponto de vista de apreciação ao risco. |
| Abstract: | Hypothetical dam breach studies are characterized by a high degree of complexity and inherent uncertainties. Understanding the uncertainties to which hydrodynamic models are exposed is crucial for interpreting the obtained results. A probabilistic approach offers an alternative for assessing risks associated with flooding resulting from dam breaches. The most common method for this approach is the Monte Carlo Method (MCM) coupled with Simple Random Sampling (SRS). Nevertheless, this method demands numerous simulations, imposing substantial computational burdens that limit the number of random variables considered and the spatial resolution of computational grids. This research conducted an evaluation of the applicability and performance of four Point Estimate Methods (PEM), as well as the Latin Hypercubic Sampling (LHS) method for analyzing the impact of uncertainties related to breach parameters involved in the probabilistic simulation of rupture hydrographs. This evaluation considered breach geometries under the assumption of non-erodibility of the bed in the dam deployment section. Five breach parameters (Bottom Elevation, Left and Right Side Slopes, Bottom Width, and Formation Time) were treated as random variables. Two codes were developed, offering reusability and adaptability for future studies. Both codes automated hydrodynamic simulations within the HEC-RAS program, referencing the framework developed by Silva et al. (2021). The first code pertained to the application of SRS associated with MCM, while adhering to the restriction that breaches remain within the bounds defined by the natural terrain. The second code focused on the application of LHS under the same restrictive assumption. Applicability assessments considered theoretical aspects and the specific characteristics of the adopted hypothetical case study, proposed by Zenz and Goldgruber (2013). Results indicated that LHS, as well as two of evaluated PEMs, were unsuitable for the examined conditions. Furthermore, the hypothesis of non-erodibility of the natural terrain yielded results that were, on average, 37% lower than the peak flow quantiles found under the assumption of terrain erodibility. Additionally, the non-erodibility scenario demonstrated a substantial reduction in indications of numerical instability within the hydrodynamic model compared to the erodible terrain scenario. The application of the other two PEMs allowed for the derivation of statistical moments for peak flows, facilitating the fitting of probability distributions to the peak flows of rupture hydrographs estimated by these methods. Results indicated that Rosenblueth (1981) Method (RPEM) exhibited superior performance to Tsai and Franceschini (2005) method (TPEM). However, neither method approximated the results obtained by applying SRS with MCM, resulting in an underestimation of quantiles associated with lower exceedance probabilities and, therefore, a less conservative risk assessment perspective. This research underscores the importance of addressing uncertainties in dam breach simulations and offers insights into the suitability of various probabilistic methods. The findings are significant for enhancing the accuracy and reliability of flood risk assessments in the context of dam safety and emergency planning. |
| Assunto: | Engenharia sanitária Recursos hídricos - Desenvolvimento Incerteza Probabilidades Barragem Amostragem |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Instituição: | UFMG |
| Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA |
| Curso: | Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/72592 |
| Data do documento: | 6-Dez-2023 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações de Mestrado |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
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