Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/74827
Type: Dissertação
Title: Uso de técnicas de metamodelagem para análise de sensibilidade e quantificação de incertezas na modelagem hidrodinâmica de perdas de vidas associadas a inundações tecnológicas
Authors: Juliana Maia Duarte
First Advisor: Veber Afonso Figueiredo Costa
First Referee: Luiz Rafael Palmier
Second Referee: Francisco Eustáquio Oliveira e Silva
Third Referee: Ludmilson Abritta Mendes
Abstract: A metamodelagem é frequentemente utilizada para propagar incertezas, ou seja, determinar estatísticas de saída de um modelo matemático ou computacional considerando as distribuições de probabilidades nas variáveis de entrada, além de realizar a análise de sensibilidade dessas variáveis. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi de realizar uma análise de sensibilidade e incertezas das variáveis de entrada do modelo computacional LifeSim, utilizado para modelagem de perdas de vidas em caso de inundações naturais e tecnológicas. Para tal, foram construídos o modelo hidrodinâmico e de perdas de vidas para a ruptura hipotética da Barragem da Pampulha, Belo Horizonte - MG. A metodologia do trabalho é estabelecida em 3 etapas. Na primeira etapa foi realizada a atualização do modelo hidrodinâmico bidimensional no software HEC-RAS v. 6.3. Na segunda etapa foram utilizados cenários determinísticos considerando sistemas de alerta e evacuação eficientes e ineficientes para o período diurno e noturno do dia. Na terceira etapa, foi realizada a construção de um modelo substituto (metamodelo), baseado na Expansão de Caos Polinomial, no software MatLab. Os resultados do modelo substituto foram, de forma geral, adequados. O erro da ECP esteve entre 10-3 e 10-2 para os cenários simulados, e o erro quadrático médio gerado entre a saída do modelo substituto e o modelo computacional (LifeSim) estiveram entre 1 e 2 fatalidades. A análise de sensibilidade global, calculada pelo Índice de Sobol até a terceira ordem, foi realizada para os parâmetros “População Alertada”, “População Mobilizada”, “Emissão do Alerta” e “Identificação do Perigo”. Para todos os cenários, as variáveis “Emissão do Alerta” e “Identificação do Perigo” foram as que geraram maiores valores de contribuição para a saída do modelo, ou seja, para o número de fatalidades. Porém, para os cenários otimistas, que consideram que a população esteja preparada para a mobilização e evacuação e que o sistema de alerta e evacuação sejam eficientes, a variável “População Mobilizada” apresentou índices mais significativos. Por fim, com base nos resultados, a utilização do modelo substituto baseado na Expansão de Caos Polinomiais para análise de incertezas e sensibilidade das variáveis de entrada se apresentou de forma satisfatória.
Abstract: Metamodeling is frequently used to propagate uncertainties, i.e., to determine output statistics of a mathematical or computational model considering the probability distributions of the input variables, and to perform sensitivity analysis of these variables. In this context, the objective of this study was to conduct a sensitivity and uncertainty analysis of the input variables in the computational model Lifesim, used for modeling loss of life stemming from natural and technological flood events. To achieve this, the hydrodynamic and loss of life modeling for the hypothetical rupture of the Pampulha Dam in Belo Horizonte - MG was performed. The methodology of the study is divided into three stages. In the first stage, a two-dimensional hydrodynamic model was updated using HEC-RAS v. 6.3 software. The second stage involved deterministic scenarios considering efficient and inefficient alert and evacuation systems for both daytime and nighttime. In the third stage, a substitute model (metamodel), based on Polynomial Chaos Expansion, was constructed using MatLab software. Overall, the results of the substitute model were appropriate. The error of the Polynomial Chaos Expansion ranged from 10^(-3) to 10^(-2) for the simulated scenarios, and the mean squared error between the substitute model output and the computational model (LifeSim) resulted in differences of 1 to 2 fatalities. The global sensitivity analysis, calculated using the Sobol Index up to the third order, was conducted for the parameters "Alerted Population," "Mobilized Population," "Alert Emission," and "Hazard Identification." For all scenarios, the variables "Alert Emission" and "Hazard Identification" had the greatest contribution to the model output, i.e., to the number of fatalities. However, in the optimistic scenarios, which assume that the population is prepared for mobilization and evacuation and that the alert and evacuation system are efficient, the variable "Mobilized Population" presented more significant indices. In conclusion, the use of the substitute model based on Polynomial Chaos Expansion for uncertainty and sensitivity analysis of the input variables proved to be useful.
Subject: Recursos hídricos
Modelos computacionais
Inundações
Catastrofes naturais
Hidrodinâmica
Incerteza
Incerteza - Modelos matemáticos
Modelagem
Evacuação de civis
Perda (Psicologia)
Barragens de rejeitos
Calamidades públicas - Socorro
Probabilidades
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/74827
Issue Date: 31-Aug-2023
metadata.dc.description.embargo: 31-Aug-2025
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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