روشهای موجود برای بررسی شبکه حمل و نقل بعد از بروز زلزله

بروز زلزله های شدید بخصوص در شهرهای بزرگ می تواند آسیبهای انسانی گسترده‌ای را بهمراه آورد. شکبه حمل و نقل برای نجات جان و مجروحین زلزله را ارائه سریع و خدمات درمانی به آنان ، نقش اساسی دراد. لذا از شبکه حمل و نقل بعنوان شریان حیاتی نامرده می‌شود. برای کاهش آسیبهای انسانی احتمالی زلزله در هر شهر یا منطقه‌ای نیازمند به ارزیابی عملکرد شبکه حمل و نقل در پاسخگویی به تقاضا، برای سفرها ی امدادی بعد از زلزله می باشیم تا بتوایم ضمن کسب آمادگی لازم برای مقابله با بحران، اولویت بندی اجزاء شبکه را از نظر بازسازی تعیین نماییم.

در این سمینار به ارزیابی عملکرد شبکه حمل و نقل برای انجام سفره های امدادی بعد از بروز زلزله با توجه به عرضه و تقاضا پرداخته شده است روش ارائه شده دارای پنج مرحله است.

ابتدا سناریو های مختلف زلزله تعین می گردد. سپس میزان آسیبهای احتمالی شبکه حمل و نقل و وضعیت مراکز امدادی (عرضه) و تعداد مجروحین (تقاضا) شبیه سازی می گردد. برای اینکار از نمونه سازی مونت کارلو و LHS و توابع خرابی اجزاء آسیب‌ دیده شبکه بدست می آید در مرحله بعدی توزیع و تخصیص سفرها انجام می‌شود و سرانجام معیارهای ارزیابی شبکه، مانند زمان سفر برای هر سناریو برآورد می گردد. در این سمینار شبکه های مختلفی مورد تحلیل قرار گرفته است. به کمک این روش می توان ضمن ارزیابی شبکه حمل و نقل بعد از زلزله، به برآوردی از وضعیت بحران بعد از زلزله دست یافت. همچنین مسیرها را اولیت بندی نموده و برای توسعه یا ایجاد دست یافت. همچنین مسیرها را اولیت بندی نوده و برای توسعه یا ایجاد راههای جدید تصمیم گیری کرد. مراکز امدادی موجود را از نظر انجام تقویت اولیت بندی کرده و یا مراکز امدادی جدید را امکان یابی کرد، برای اولیت بندی کرده و یا مراکز امدادی جدید را مکان یابی کرد. برای مدیریت بحران و کنترل ترافیک پیش‌‌بینیها لازم انجام داده و تاثیر آنها را در عملکرد اجزاء شبکه حمل و نقل محاسبه کرد. این روش جدای از زلزله می تواند در مورد دیگری که شبکه حمل و نقل اعم ا شهری یا منطقه ای در معرض آسیب و کاهش ظرفیتهای احتمالی قرای می گیرد. مانند بارش باران یا برف سنگین و بروز تصادفات یا بمبارانهای هوائی مورد استفاده قرار گیرد.

فهرست

عنوان صفحه

1-1 مقدار................................................................................................................... 2

1-2 اهداف و دست آوردهای پروژه‌........................................................................... 5

2 بررسی کارهای انجام شده تاکنون............................................................................ 8

2-1 عملکرد اجزای شبکه بصورت مستقل................................................................. 9

2-1-1 عملکرد فیزیکی و آسیب پذیری..................................................................... 10

2-1-2 کارآیی............................................................................................................ 11

2-2-1 ازائة معیارهای کارایی..................................................................................... 11

2-2-2 بررسی تأخیرهای وارد از خرابی.................................................................... 17

2-2-3 اولیت دهی پلها برای بازسازی........................................................................ 20

2-3عملکرد کلی شبکة حمل و نقل............................................................................ 23

2-3-1 بررسی معیارهای کارایی شکبة تخریب شده................................................... 24

2-3-3 برآوردتأخیرهای وارده از خرابی..................................................................... 35

2-3-4 ارزیابی سیستم بیمارستانی منطقه‌ای............................................................... 38

2-3-5 ارزیابی ریسک منطقه‌ای................................................................................. 42

2-3-6زمان جمع شدن افراد امداد رسان..................................................................... 47

2-4سفرهای ترافیکی بعد از زلزله.............................................................................. 50

2-4-1-رابطة بین حجم سفرها و بازسازی بعد از زلزله............................................. 50

4-1 عملکرد شبکه‌های حمل و نقل ایران در زلزله‌های گذشته................................... 54

4-2 عملکرد شبکه های ح0مل و نقل دنیا در زلزله های اخیر.................................... 55

4-2-1زلزله کوبه ژاپن 1995...................................................................................... 56

4-2-1-1 پلها و راههای اصلی کوبه........................................................................... 57

4-2-1-2 راه آهن کوبه.............................................................................................. 59

4-2-1-3 سیستم متروی کوبه.................................................................................... 60

4-2-1-4 فرودگاههای اطراف کوبه............................................................................ 60

4-2-2 لزله نورث ریج. کالیفرنیا آمریکا 1994........................................................... 60

4-2-3 زلزله لوما پریتا، آمریکا 1989......................................................................... 61

4-2-4 زلزله ارمنستان 1988...................................................................................... 62

4-2-5 زلزله کاستاریا 1991....................................................................................... 63

4-2-6 زلزله مکزیکوسیتی، مکزیک 1995................................................................. 63

4-2-7 زلزله فیلیپین 1990......................................................................................... 63

4-2-8 زلزله ازمیت ترکیه 1999................................................................................ 63

5ستاریوی زلزله.......................................................................................................... 68

5-1کارهای انجام شده دردنیا در زمینه طراحی برمبنای سناریوی زلزله...................... 69

5-2پارامترهای موثر در تعریف سناریو....................................................................... 69

5-2-1 زلزله............................................................................................................... 70

5-2-2 مقیاس اندازه گیری زلزله............................................................................... 72

5-2-3 آنالیز زلزله ..................................................................................................... 72

5-2-4 پهنه بندی لرزه ای.......................................................................................... 72

5-2-5 روش‌ پهنه بندی حرکات زمین تحت اثر زلزله............................................... 73

5-2-5-1 لرزه خیزی................................................................................................. 73

5-2-5-2 کاهش شدت حرکات زمین در اثر دورشدن از مرکز زلزله......................... 73

5-2-5-3اثرات وضعیت محل برروی حرکات زمین لرزه.......................................... 74

5-2-6بررسی اثرات وضعیت محل برای پهنه بندی با دقت کم.................................. 74

5-2-7بررسی اثرات وضعتی محل برای پهنه‌بندی با دقت کم.................................... 74

5-2-8 بررسی اثرات وضعیت محل برای پهنه‌بندی با دقت زیاد................................ 75

5-2-9کارهای انجام شده در دنیا درزمینه پهنه‌‌بندی لرزه........................................... 76

6 تقاضا....................................................................................................................... 79

6-1 سفرهای خدماتی................................................................................................ 80

6-2 سفرهای امدادی.................................................................................................. 82

6-3 برآورد مجروحین................................................................................................ 84

6-3-1 ناحیه بندی ساختمانها.................................................................................... 85

6-3-2 طبقه بندی ساختمانها..................................................................................... 86

6-3-3 برآورد آسیبهای وارده به ساختمانها................................................................ 86

6-3-4 نسبت تلفات انسانی....................................................................................... 91

6-3-4-1 اعتبار سنجی تلفات برای شهرتهران........................................................... 95

6-3-4-2 برآورد تلفات برای شهرتهران................................................................... 96

7 بررسی رفتارهای انسانی.......................................................................................... 99

7-1 رفتار رانندگان در هنگام وقوع زلزله.................................................................. 100

7-1-1 عوامل موثر در وضعیت رفتار رانندگان....................................................... 100

7-1-2 مشکلات احتمالی ناشی از رفتار رانندگان وعوامل تشدید کنندة‌آن.............. 102

7-1-2-1اشغال سطح خیابانها................................................................................. 102

7-1-2-4 بروز تصادفات احتمالی........................................................................... 103

7-1-2-5 وسایل نقلیه رها شده.............................................................................. 104

7-1-2-6 هراس ناشی از زلزله و عواقب آن........................................................... 104

7-1-2-7 افزایش طول سفرها دراثر عدم اطلاع...................................................... 104

7-1-3 راههای مواجهه با این مشکلات.................................................................. 104

7-1-3-1 آموزش و اطلاع رسانی........................................................................... 105

7-1-3-2 تخلیه و بازگشایی مسیر.......................................................................... 105

7-2 رفتار رانندگان در استفاده از شبکه بعد از زلزله................................................ 106

7-3 رفتار نیروهای امنیتی و امدادی ....................................................................... 107

7-4 رفتار نیروهای مدیریت امدادی و انتظامی........................................................ 111

8 برآورد عرضه........................................................................................................ 115

8-1 برآورد شبکة حمل و نقل بعد از زلزله............................................................. 115

8-1-1 اجزاء شبکه.................................................................................................. 115

8-1-1-1 راهها ...................................................................................................... 115

8-1-1-2 تقاطعات ............................................................................................... 117

8-1-1-3 پلها ........................................................................................................ 119

8-1-2 پارامترهای ارزیابی شبکه............................................................................. 120

8-1-3 خرابی‌های مستقیم شبکه‌حمل و نقل بعد از زلزله....................................... 121

8-1-3-1 خرابی بدنة راه ....................................................................................... 122

8-1-3-2 تونل ...................................................................................................... 124

8-1-3-3 خرابی پل............................................................................................... 125

8-1-3-4 منحنیهای شکنندگی یا خرابی پلها.......................................................... 126

8-1-4 خرابی های غیر مستقیم شبکه حمل و نقل بعداززلزله................................ 130

8-1-4-1 خرابی تأسیسات جانبی مسیر................................................................. 131

8-1-4-2 عوامل ترافیکی....................................................................................... 131

8-2 برآورد مراکز امداد رسانی................................................................................ 132

8-2-1 پارامترهای مهم برای ارزیابی مراکز امدادی................................................. 133

8-2-2 ظرفیت پذیرش مجروح.............................................................................. 134

8-2-3 عملکرد بیمارستان بعد از زلزله.................................................................... 135

8-2-4 خرابی بیمارستانها........................................................................................ 136

9 توزیع................................................................................................................... 140

9-1 شبیه سازی...................................................................................................... 140

9-1-1 روشهای ضریب رشد.................................................................................. 142

9-1-2 ضریب رشد بکنواخت................................................................................. 143

9-1-3 روش میانگین ضریب رشد ........................................................................ 143

9-1-4 مدل فراتر ................................................................................................... 144

9-1-5 مدل دیترویت ............................................................................................. 145

9-1-6 ضرایب رشد با محدودیت دوگانه (روش فورنیس)..................................... 145

9-1-7 مزایا و معایب ضریب رشد.......................................................................... 146

9-1-8 مدل جاذبه .................................................................................................. 147

9-1-9 محدودیتهای مدل جاذبه ............................................................................. 149

9-1-10 مدل فرصت بینابینی ................................................................................. 150

9-2 توزیع به کک مدلهای برنامه ریزی خطی......................................................... 152

9-3 مقایسة بین مدلهای توزیع ............................................................................... 155

10 مدلهای تخصیص .............................................................................................. 159

10-1 تخصیص به روش هیچ یاهمه (کوتاهترین مسیر).......................................... 160

10-1-1 الگوریتم کوتاهترین مسیر.......................................................................... 161

10-2 تخصیص تعادل ی (ظرفیت محدود)............................................................. 162

10-2-1 روند تخصیص افزایشی............................................................................ 164

10-2-2 روند با سرعت تغییرات زیاد و کم............................................................ 165

10-3-3 روند میانگین متوالی ................................................................................ 165

10-3 تخصیص احتمالاتی ...................................................................................... 166

10-3-1 تخصیص احتمالاتی برمبنای شبیه‌سازی.................................................... 166

10-3-2 تخصیص احتالاتی نسبی .......................................................................... 168

10-4 روش برنامه ریزی خطی .............................................................................. 168

10-5 روشMcLaughiln .................................................................................. 169

11 تحلیل ریسک ................................................................................................... 171

11-1 شبیه سازی مونت کارلو................................................................................. 171

11-1-1 مزایای نمونه سازی مونت کارلو............................................................... 173

11-2 نمونه سازیLatin Hyper cube یا LHS ............................................... 173

11-3 مقایسه بین نمونه سازیLHS و مونت کارلو................................................ 175

11-4 توابع توزیع برای شبیه سازی......................................................................... 176

11-4-1 توابع توزیع............................................................................................... 177

11-5- دقت برآوردهای احتمالاتی.......................................................................... 177

12 ارائه مدل ........................................................................................................... 182

12-1 سناریوی زلزله .............................................................................................. 182

12-2 برآورد تقاضا ................................................................................................. 184

12-3 برآورد عرضه ................................................................................................ 188

12-3-1 برآورد شبکه حمل ونقل........................................................................... 189

12-3-2-1 @ Risk ............................................................................................ 192

12-4-1 الگوریتم کوتاهترین مسیر ........................................................................ 194

12-4-2 برنامه ریزی خطی ................................................................................... 195

12-4-3 نرم افزار مدل ........................................................................................... 196

12-4-4 قابلیت توسعه ........................................................................................... 197

12-4-4-1 درنظر گرفتن ترافیک غیرامدادی رسانی............................................... 197

12-4-4-2 درنظرگرفتن وضعیت کنترل برترافیک................................................. 198

12-4-4-3 در نظر گرفتن احتمالی ظرفیت مراکز امدادشده رسانی......................... 199

12-4-4-4 درنظردرنظرگرفت احتمالی ظرفیت مراکز امداد رسانی........................ 199

12-4-4-5 مبداء و مقصدها مجازی...................................................................... 199

12-4-4-6 استفاده از تابع ارزش زمان.................................................................... 199

12-5 ارزیابی شبکه ................................................................................................ 200

12-5-1 ارزیابی کل شبکه ..................................................................................... 202

12-5-2 ارزیابی اجزاء شبکه .................................................................................. 204

12-5-2-1 تحلیل حساسیت................................................................................... 204

13 بکارگیری مدل .................................................................................................. 202

13-1 شبکه ساده با یک مبداء و مقصد ................................................................... 208

13-1-1 روندانجام تحلیل شبکه ............................................................................ 209

13-2 شبکه متشکل از چند مبداء‌و مقصد................................................................ 212

13-2-1 نتایج تحلیل ............................................................................................. 214

14- پیشنهادات برای کارهای آینده......................................................................... 219

لیست اشکال

عنوان صفحه

شکل 2-1 تابع کارآیی زمان ....................................................................................... 14

شکل 2-2 .................................................................................................................. 21

شکل 2-3 تابع عملکرد منطقی a) حداقل معبرها b) کوتاهترین مسیر....................... 21

شکل 2-4 قابلیت اطمینان بهینه شبکه حمل و نقل باتوجه به منابع دردسترس............ 23

شکل2-5 حداکثرجریان ترافیک درشبکه حمل ونقل برحسب منابع‌ دردسترس.......... 23

شکل2-6 رابطه بین معیارهای کارایی T,D,Q نسبت به مقادیر قبل از زلزله برای قبل مختلف نرخ

خرابیl ..................................................................................................................... 26

شکل 2-7 همبستگی بین Q و D (5000 نمونه نسبت به مقادیر از زلزله سنجیده شده‌اند) 26

شکل 2-8 فاصلة نسبی جمعیت ساکن منطقه ازمراکز امدادی.................................. 28

شکل 2-9 رابطه بین درصد جمعیت آسیب‌ دیده وشدت زلزله................................... 39

شکل 2-10 رابطة بین تعداد تخت کمپ بیمارستانی و فاصلة حمل‌مجروح................ 41

شکل 6-1 فلوچارت برآورد خرابی برای ساختمانهای مسکونی................................. 87

شکل 6-2 نسبت خسارت وارده به ساختمانهای مسکونی درزلزله منجیل.................. 88

شکل 6-3 تابع‌آسیب‌پذیری ساختمانهای مسکونی به کاررفته در مطالعه JICA........ 88

شکل6-4 میانگین ضریب خرابی برحسب نمره‌سازه‌ای برای سازه‌PCI وO.22 = PGA 90

شکل 6-5 نسبت تلفات زلزله در ایران ...................................................................... 94

شکل 6-6 نسبت تعداد تلفات زلزله روزهنگام به شب هنگام..................................... 94

شکل 6-7 اعتبار سنجیی تلفات برآوردشده کوبرن واسپنس........................................ 95

شکل 6-8 توزیع تلفات انسانی درشب بدون نیروهای نجات (مدل گسل ری)......... 91

شکل 8-1 توابع خرابی برای حالتهای مختلف خرابی راههای شهری..................... 124

شکل 8-2توابع آسیب‌پذیر برای حالتهای مختلف خرابی اجراشده به روش حفاری و خاکبردای125

شکل 8-3 احتمال خرابی برای پلهای فولادی.......................................................... 128

شکل 8-4 احتمال خرابی برای پلهای بتنی.............................................................. 128

شکل 8-5 احتمال خرابی برای پل نوع 1 ث اب برای شتابg 8/0=PGA............. 129

شکل 8-6 احتمال خرابی برای پل نوع 3 ث اب برای شتابg 8/0=PGA............. 130

شکل8-7 احتمال خرابی برای پل نوع 6ث اب برای شتابg 8/0 = PGA ............ 130

شکل 8-8 نمودار خرابی ساختمان بیمارستانها......................................................... 138

شکل 9-1 تفاوت بین توابع مختلف جاذبه............................................................... 148

شکل 9-2 مقایسه مابین روش جاذبه، فرصت بینابینی و فرصت بینابینی رقابتی....... 156

شکل 10-1 توزیع هزینه‌هایی که‌درهر اتصال رانندگان آن رادرک می‌کنند............... 167

شکل11-1 رابطه بین X و F(x) و G(x) ............................................................. 172

شکل 11-2 مثال روش نمونه سازی آغازین بدون جایگزین................................... 174

شکل 11-3 مقایسه بین ث بپ و مونت کارلو......................................................... 175

شکل 11-4 ............................................................................................................ 179

شکل 12-1 روندکلی ارزیابی شبکه حمل و نقل بعد از بروز زلزله.......................... 184

شکله 12-2 روند برآورد تقاضا (سفرهای امدادی) بعداز بروززلزله......................... 185

شکل12-3 روند برآورد عرضه مراکز امدادی.......................................................... 189

شکل12-4 تابع آسیب پذیری تول 99 Hazus ..................................................... 191

شکله 12-5 روند برآورد شبکه حمل و نقل ........................................................... 192

شکل 12-6 وضعیتهای مختلف کنترل ترافیک........................................................ 198

شکل12-7 روند توزیع و تخصیص درشبکة حمل و نقل بعد از بروززلزله.............. 200

شکل 12-8 روند ارزیابی شبکة حمل و نقل بعد از بروز زلزله............................... 201

شکل 13-1 احتمال خرابی برای پل نوعHBRI برای شتاب g 8/0 = PGA ........ 207

شکل 13-2 شبکه ساده با یک مبداء و مقصد........................................................... 208

شکل 13-2 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط زمان حمل مجروح برای شدت زلزله g 60 به روش نمونه سازی مونت کارلو................................................................................................... 212

شکل 13-5 شبکه متشکل مونت کارلو.................................................................... 212

شکل 13-6 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط خرابی کل شبکه برای شدت زلزله g 2/0 با نمونه سازی LHS ..................................................................................................................... 215

شکل 13-7 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط خرابی کل شبکه برای شدت زلزله g و 4/0 با نمودارLHS ................................................................................................................................ 216

شکل 13-8 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط خرابی کل شبکه برای شدت g 6/0 با نمونه سازی LHS ................................................................................................................................ 211

تصویر الف-1 خرابی دربزرگراه هانشین کوبه ژاپن 1995....................................... 221

تصویر الف-2 آتش سوزی بعد از زلزله درشهر کوبن ژاپن1995............................ 222

تصویرالف-3 ترافیک بعد از زلزله درشهرکوبه ژاپن1995....................................... 222

تصویرالف-4 واژگونی پل در بزرگراه هانشین شهرکوبه ژاپن1995......................... 223

تصویرالف-5 خرابی دربزگراه هانشین شهر کوبه ژاپن1995................................... 223

تصویرالف-6 خرابی پایه پل بزرگراه هانشین، کوبه ژاپن1995................................ 224

تصویرالف-7 خرابی پل نیشینومیاکو با دهانه 252 متری کوبه ژاپن 1995............... 224

تصویرالف-8 خرابی خط آهن وانسدا دراههای جانبی، کوبه ژاپن........................... 225

تصویر الف-9 خرابی پل گاویون کانیون نورث ریج، کالیفرنیا آمریکا1994............. 225

تصویرالف-10 استفاده ازژاکت فولادی نورث ریج آمریکا1994.............................. 226

تصویرالف-11 انفجار خط لوله گاز و تاثیر آن برراه مجاور، نورث ریج‌1994......... 226

تصویر الف-12 خرابی درآزاد راه نیمیتز، اکلندا، زلزله لوما پریتا آمریکا 1989......... 22

تصویرالف-13 پل خلیج اکلند، لوما پریتا آمریکا 1989............................................ 227

تصویرالف-14ماشین آتش‌نشانی درترافیک شهرلنینکان، ارمنستان 1988................ 228

تصویرالف-15 تخریب بدنه راه براثر روانگرائی، کاستاریکا..................................... 1991

تصویرالف-16 تخریب شدید بدنه راه براثر روانگرایی، کاستاریکا........................... 1991

تصویرالف-17 واژگونی تریلی درجاده، کاستاریکا1991.......................................... 229

تصویرالف-18 تخریب بیمارستان، مکزیکو سیتی مکزیک1995.............................. 230

تصویرالف-19 خرابی پل کارمن، فیلیپین 1990...................................................... 230

تصویرالف-20 روانگرای درمرکز شهرداگویان،فیلیپین1990.................................... 231

تصویرالف-21 بیمارستان رستم آباد، منجیل ایران1990........................................... 231

تصویرالف-22 تخریب پل قدیمی، منجیل ایران1990............................................. 232

تصویرالف-23 تخریب بزرگراه اروپایی، ازمیت ترکیه1999.................................... 232

لیست جداول

عنوان صفحه

جدول2-1- مثالی از ضرایب تاخیر(برای پیاده روی).................................................. 49

جدول6-1 نمره مقدماتی خطرسازه BSH برمبنای ATC –21................................ 91

جدول شماره6-2 نمادهای ضرایب اصلاح کارآئی ساختمان....................................... 91

جدول6-3 نسبت تلفات درزلزله‌های ایران................................................................. 93

جدول8-1 طبقه بندی تقاطعات درتحلیل لرزه شبکه............................................... 118

جدول 8-2 معیارهای کارایی شبکة حمل و نقل درشرایط عادی............................. 120

جدول8-3 مقادیر میانه وضریب توزیع نرمال لگاریتمی برای راههای شهری.......... 123

جدول8-4 پارامترهای توابع خرابی تونل HAZUS99 ......................................... 125

جدول8-5 خلاصه خرابی های ثبت شده در زلزله کوبه 1995................................ 127

جدول 8-6 ضرایب منحنیهای خرابی...................................................................... 128

جدول8-7 احتمال خرابی کامل و کوتاه مدت بیماستان برحسب درصد................... 135

جدول8-8 احتمال وقفه درخدمات بیمارستان.......................................................... 136

جدول10-1 نمایی از طبقه‌بندی روشهای تخصیصی ترافیک................................... 160

جدول10-2 ضرایب اصلاح شدهBPR و 356 NCHRP و 1988 ...................... 164

جدول13-1 درصد احتمال وقوع وضعیت خرابی برای سه نوع پل انتخابی............. 207

جدول13-2 مشخصات شبکه ساده با یک مبداء و مقصد......................................... 209

جدول13-3 مقایسه بین نتایج روشهای مختلف نمونه سازی و مقدارتئوری........... 210

جدول13-4 مقادیرآماری تحلیل معیارهای کارایی شبکه ساده (روش‌مونت‌کارل).... 211

جدول13-5 مشخصات شبکه متشکل از دو مبداء و مقصد...................................... 213

جدول13-6 مشخصات آماری معیاری ارزیابی شبکه برای سناریوهای مختلف (به روش LHS) 214

روشهای موجود برای بررسی شبکه حمل و نقل بعد از بروز زلزله

بروز زلزله های شدید بخصوص در شهرهای بزرگ می تواند آسیبهای انسانی گسترده‌ای را بهمراه آورد. شکبه حمل و نقل برای نجات جان و مجروحین زلزله را ارائه سریع و خدمات درمانی به آنان ، نقش اساسی دراد. لذا از شبکه حمل و نقل بعنوان شریان حیاتی نامرده می‌شود. برای کاهش آسیبهای انسانی احتمالی زلزله در هر شهر یا منطقه‌ای نیازمند به ارزیابی عملکرد شبکه حمل و نقل در پاسخگویی به تقاضا، برای سفرها ی امدادی بعد از زلزله می باشیم تا بتوایم ضمن کسب آمادگی لازم برای مقابله با بحران، اولویت بندی اجزاء شبکه را از نظر بازسازی تعیین نماییم.

در این سمینار به ارزیابی عملکرد شبکه حمل و نقل برای انجام سفره های امدادی بعد از بروز زلزله با توجه به عرضه و تقاضا پرداخته شده است روش ارائه شده دارای پنج مرحله است.

ابتدا سناریو های مختلف زلزله تعین می گردد. سپس میزان آسیبهای احتمالی شبکه حمل و نقل و وضعیت مراکز امدادی (عرضه) و تعداد مجروحین (تقاضا) شبیه سازی می گردد. برای اینکار از نمونه سازی مونت کارلو و LHS و توابع خرابی اجزاء آسیب‌ دیده شبکه بدست می آید در مرحله بعدی توزیع و تخصیص سفرها انجام می‌شود و سرانجام معیارهای ارزیابی شبکه، مانند زمان سفر برای هر سناریو برآورد می گردد. در این سمینار شبکه های مختلفی مورد تحلیل قرار گرفته است. به کمک این روش می توان ضمن ارزیابی شبکه حمل و نقل بعد از زلزله، به برآوردی از وضعیت بحران بعد از زلزله دست یافت. همچنین مسیرها را اولیت بندی نموده و برای توسعه یا ایجاد دست یافت. همچنین مسیرها را اولیت بندی نوده و برای توسعه یا ایجاد راههای جدید تصمیم گیری کرد. مراکز امدادی موجود را از نظر انجام تقویت اولیت بندی کرده و یا مراکز امدادی جدید را امکان یابی کرد، برای اولیت بندی کرده و یا مراکز امدادی جدید را مکان یابی کرد. برای مدیریت بحران و کنترل ترافیک پیش‌‌بینیها لازم انجام داده و تاثیر آنها را در عملکرد اجزاء شبکه حمل و نقل محاسبه کرد. این روش جدای از زلزله می تواند در مورد دیگری که شبکه حمل و نقل اعم ا شهری یا منطقه ای در معرض آسیب و کاهش ظرفیتهای احتمالی قرای می گیرد. مانند بارش باران یا برف سنگین و بروز تصادفات یا بمبارانهای هوائی مورد استفاده قرار گیرد.

فهرست

عنوان صفحه

1-1 مقدار................................................................................................................... 2

1-2 اهداف و دست آوردهای پروژه‌........................................................................... 5

2 بررسی کارهای انجام شده تاکنون............................................................................ 8

2-1 عملکرد اجزای شبکه بصورت مستقل................................................................. 9

2-1-1 عملکرد فیزیکی و آسیب پذیری..................................................................... 10

2-1-2 کارآیی............................................................................................................ 11

2-2-1 ازائة معیارهای کارایی..................................................................................... 11

2-2-2 بررسی تأخیرهای وارد از خرابی.................................................................... 17

2-2-3 اولیت دهی پلها برای بازسازی........................................................................ 20

2-3عملکرد کلی شبکة حمل و نقل............................................................................ 23

2-3-1 بررسی معیارهای کارایی شکبة تخریب شده................................................... 24

2-3-3 برآوردتأخیرهای وارده از خرابی..................................................................... 35

2-3-4 ارزیابی سیستم بیمارستانی منطقه‌ای............................................................... 38

2-3-5 ارزیابی ریسک منطقه‌ای................................................................................. 42

2-3-6زمان جمع شدن افراد امداد رسان..................................................................... 47

2-4سفرهای ترافیکی بعد از زلزله.............................................................................. 50

2-4-1-رابطة بین حجم سفرها و بازسازی بعد از زلزله............................................. 50

4-1 عملکرد شبکه‌های حمل و نقل ایران در زلزله‌های گذشته................................... 54

4-2 عملکرد شبکه های ح0مل و نقل دنیا در زلزله های اخیر.................................... 55

4-2-1زلزله کوبه ژاپن 1995...................................................................................... 56

4-2-1-1 پلها و راههای اصلی کوبه........................................................................... 57

4-2-1-2 راه آهن کوبه.............................................................................................. 59

4-2-1-3 سیستم متروی کوبه.................................................................................... 60

4-2-1-4 فرودگاههای اطراف کوبه............................................................................ 60

4-2-2 لزله نورث ریج. کالیفرنیا آمریکا 1994........................................................... 60

4-2-3 زلزله لوما پریتا، آمریکا 1989......................................................................... 61

4-2-4 زلزله ارمنستان 1988...................................................................................... 62

4-2-5 زلزله کاستاریا 1991....................................................................................... 63

4-2-6 زلزله مکزیکوسیتی، مکزیک 1995................................................................. 63

4-2-7 زلزله فیلیپین 1990......................................................................................... 63

4-2-8 زلزله ازمیت ترکیه 1999................................................................................ 63

5ستاریوی زلزله.......................................................................................................... 68

5-1کارهای انجام شده دردنیا در زمینه طراحی برمبنای سناریوی زلزله...................... 69

5-2پارامترهای موثر در تعریف سناریو....................................................................... 69

5-2-1 زلزله............................................................................................................... 70

5-2-2 مقیاس اندازه گیری زلزله............................................................................... 72

5-2-3 آنالیز زلزله ..................................................................................................... 72

5-2-4 پهنه بندی لرزه ای.......................................................................................... 72

5-2-5 روش‌ پهنه بندی حرکات زمین تحت اثر زلزله............................................... 73

5-2-5-1 لرزه خیزی................................................................................................. 73

5-2-5-2 کاهش شدت حرکات زمین در اثر دورشدن از مرکز زلزله......................... 73

5-2-5-3اثرات وضعیت محل برروی حرکات زمین لرزه.......................................... 74

5-2-6بررسی اثرات وضعیت محل برای پهنه بندی با دقت کم.................................. 74

5-2-7بررسی اثرات وضعتی محل برای پهنه‌بندی با دقت کم.................................... 74

5-2-8 بررسی اثرات وضعیت محل برای پهنه‌بندی با دقت زیاد................................ 75

5-2-9کارهای انجام شده در دنیا درزمینه پهنه‌‌بندی لرزه........................................... 76

6 تقاضا....................................................................................................................... 79

6-1 سفرهای خدماتی................................................................................................ 80

6-2 سفرهای امدادی.................................................................................................. 82

6-3 برآورد مجروحین................................................................................................ 84

6-3-1 ناحیه بندی ساختمانها.................................................................................... 85

6-3-2 طبقه بندی ساختمانها..................................................................................... 86

6-3-3 برآورد آسیبهای وارده به ساختمانها................................................................ 86

6-3-4 نسبت تلفات انسانی....................................................................................... 91

6-3-4-1 اعتبار سنجی تلفات برای شهرتهران........................................................... 95

6-3-4-2 برآورد تلفات برای شهرتهران................................................................... 96

7 بررسی رفتارهای انسانی.......................................................................................... 99

7-1 رفتار رانندگان در هنگام وقوع زلزله.................................................................. 100

7-1-1 عوامل موثر در وضعیت رفتار رانندگان....................................................... 100

7-1-2 مشکلات احتمالی ناشی از رفتار رانندگان وعوامل تشدید کنندة‌آن.............. 102

7-1-2-1اشغال سطح خیابانها................................................................................. 102

7-1-2-4 بروز تصادفات احتمالی........................................................................... 103

7-1-2-5 وسایل نقلیه رها شده.............................................................................. 104

7-1-2-6 هراس ناشی از زلزله و عواقب آن........................................................... 104

7-1-2-7 افزایش طول سفرها دراثر عدم اطلاع...................................................... 104

7-1-3 راههای مواجهه با این مشکلات.................................................................. 104

7-1-3-1 آموزش و اطلاع رسانی........................................................................... 105

7-1-3-2 تخلیه و بازگشایی مسیر.......................................................................... 105

7-2 رفتار رانندگان در استفاده از شبکه بعد از زلزله................................................ 106

7-3 رفتار نیروهای امنیتی و امدادی ....................................................................... 107

7-4 رفتار نیروهای مدیریت امدادی و انتظامی........................................................ 111

8 برآورد عرضه........................................................................................................ 115

8-1 برآورد شبکة حمل و نقل بعد از زلزله............................................................. 115

8-1-1 اجزاء شبکه.................................................................................................. 115

8-1-1-1 راهها ...................................................................................................... 115

8-1-1-2 تقاطعات ............................................................................................... 117

8-1-1-3 پلها ........................................................................................................ 119

8-1-2 پارامترهای ارزیابی شبکه............................................................................. 120

8-1-3 خرابی‌های مستقیم شبکه‌حمل و نقل بعد از زلزله....................................... 121

8-1-3-1 خرابی بدنة راه ....................................................................................... 122

8-1-3-2 تونل ...................................................................................................... 124

8-1-3-3 خرابی پل............................................................................................... 125

8-1-3-4 منحنیهای شکنندگی یا خرابی پلها.......................................................... 126

8-1-4 خرابی های غیر مستقیم شبکه حمل و نقل بعداززلزله................................ 130

8-1-4-1 خرابی تأسیسات جانبی مسیر................................................................. 131

8-1-4-2 عوامل ترافیکی....................................................................................... 131

8-2 برآورد مراکز امداد رسانی................................................................................ 132

8-2-1 پارامترهای مهم برای ارزیابی مراکز امدادی................................................. 133

8-2-2 ظرفیت پذیرش مجروح.............................................................................. 134

8-2-3 عملکرد بیمارستان بعد از زلزله.................................................................... 135

8-2-4 خرابی بیمارستانها........................................................................................ 136

9 توزیع................................................................................................................... 140

9-1 شبیه سازی...................................................................................................... 140

9-1-1 روشهای ضریب رشد.................................................................................. 142

9-1-2 ضریب رشد بکنواخت................................................................................. 143

9-1-3 روش میانگین ضریب رشد ........................................................................ 143

9-1-4 مدل فراتر ................................................................................................... 144

9-1-5 مدل دیترویت ............................................................................................. 145

9-1-6 ضرایب رشد با محدودیت دوگانه (روش فورنیس)..................................... 145

9-1-7 مزایا و معایب ضریب رشد.......................................................................... 146

9-1-8 مدل جاذبه .................................................................................................. 147

9-1-9 محدودیتهای مدل جاذبه ............................................................................. 149

9-1-10 مدل فرصت بینابینی ................................................................................. 150

9-2 توزیع به کک مدلهای برنامه ریزی خطی......................................................... 152

9-3 مقایسة بین مدلهای توزیع ............................................................................... 155

10 مدلهای تخصیص .............................................................................................. 159

10-1 تخصیص به روش هیچ یاهمه (کوتاهترین مسیر).......................................... 160

10-1-1 الگوریتم کوتاهترین مسیر.......................................................................... 161

10-2 تخصیص تعادل ی (ظرفیت محدود)............................................................. 162

10-2-1 روند تخصیص افزایشی............................................................................ 164

10-2-2 روند با سرعت تغییرات زیاد و کم............................................................ 165

10-3-3 روند میانگین متوالی ................................................................................ 165

10-3 تخصیص احتمالاتی ...................................................................................... 166

10-3-1 تخصیص احتمالاتی برمبنای شبیه‌سازی.................................................... 166

10-3-2 تخصیص احتالاتی نسبی .......................................................................... 168

10-4 روش برنامه ریزی خطی .............................................................................. 168

10-5 روشMcLaughiln .................................................................................. 169

11 تحلیل ریسک ................................................................................................... 171

11-1 شبیه سازی مونت کارلو................................................................................. 171

11-1-1 مزایای نمونه سازی مونت کارلو............................................................... 173

11-2 نمونه سازیLatin Hyper cube یا LHS ............................................... 173

11-3 مقایسه بین نمونه سازیLHS و مونت کارلو................................................ 175

11-4 توابع توزیع برای شبیه سازی......................................................................... 176

11-4-1 توابع توزیع............................................................................................... 177

11-5- دقت برآوردهای احتمالاتی.......................................................................... 177

12 ارائه مدل ........................................................................................................... 182

12-1 سناریوی زلزله .............................................................................................. 182

12-2 برآورد تقاضا ................................................................................................. 184

12-3 برآورد عرضه ................................................................................................ 188

12-3-1 برآورد شبکه حمل ونقل........................................................................... 189

12-3-2-1 @ Risk ............................................................................................ 192

12-4-1 الگوریتم کوتاهترین مسیر ........................................................................ 194

12-4-2 برنامه ریزی خطی ................................................................................... 195

12-4-3 نرم افزار مدل ........................................................................................... 196

12-4-4 قابلیت توسعه ........................................................................................... 197

12-4-4-1 درنظر گرفتن ترافیک غیرامدادی رسانی............................................... 197

12-4-4-2 درنظرگرفتن وضعیت کنترل برترافیک................................................. 198

12-4-4-3 در نظر گرفتن احتمالی ظرفیت مراکز امدادشده رسانی......................... 199

12-4-4-4 درنظردرنظرگرفت احتمالی ظرفیت مراکز امداد رسانی........................ 199

12-4-4-5 مبداء و مقصدها مجازی...................................................................... 199

12-4-4-6 استفاده از تابع ارزش زمان.................................................................... 199

12-5 ارزیابی شبکه ................................................................................................ 200

12-5-1 ارزیابی کل شبکه ..................................................................................... 202

12-5-2 ارزیابی اجزاء شبکه .................................................................................. 204

12-5-2-1 تحلیل حساسیت................................................................................... 204

13 بکارگیری مدل .................................................................................................. 202

13-1 شبکه ساده با یک مبداء و مقصد ................................................................... 208

13-1-1 روندانجام تحلیل شبکه ............................................................................ 209

13-2 شبکه متشکل از چند مبداء‌و مقصد................................................................ 212

13-2-1 نتایج تحلیل ............................................................................................. 214

14- پیشنهادات برای کارهای آینده......................................................................... 219

لیست اشکال

عنوان صفحه

شکل 2-1 تابع کارآیی زمان ....................................................................................... 14

شکل 2-2 .................................................................................................................. 21

شکل 2-3 تابع عملکرد منطقی a) حداقل معبرها b) کوتاهترین مسیر....................... 21

شکل 2-4 قابلیت اطمینان بهینه شبکه حمل و نقل باتوجه به منابع دردسترس............ 23

شکل2-5 حداکثرجریان ترافیک درشبکه حمل ونقل برحسب منابع‌ دردسترس.......... 23

شکل2-6 رابطه بین معیارهای کارایی T,D,Q نسبت به مقادیر قبل از زلزله برای قبل مختلف نرخ

خرابیl ..................................................................................................................... 26

شکل 2-7 همبستگی بین Q و D (5000 نمونه نسبت به مقادیر از زلزله سنجیده شده‌اند) 26

شکل 2-8 فاصلة نسبی جمعیت ساکن منطقه ازمراکز امدادی.................................. 28

شکل 2-9 رابطه بین درصد جمعیت آسیب‌ دیده وشدت زلزله................................... 39

شکل 2-10 رابطة بین تعداد تخت کمپ بیمارستانی و فاصلة حمل‌مجروح................ 41

شکل 6-1 فلوچارت برآورد خرابی برای ساختمانهای مسکونی................................. 87

شکل 6-2 نسبت خسارت وارده به ساختمانهای مسکونی درزلزله منجیل.................. 88

شکل 6-3 تابع‌آسیب‌پذیری ساختمانهای مسکونی به کاررفته در مطالعه JICA........ 88

شکل6-4 میانگین ضریب خرابی برحسب نمره‌سازه‌ای برای سازه‌PCI وO.22 = PGA 90

شکل 6-5 نسبت تلفات زلزله در ایران ...................................................................... 94

شکل 6-6 نسبت تعداد تلفات زلزله روزهنگام به شب هنگام..................................... 94

شکل 6-7 اعتبار سنجیی تلفات برآوردشده کوبرن واسپنس........................................ 95

شکل 6-8 توزیع تلفات انسانی درشب بدون نیروهای نجات (مدل گسل ری)......... 91

شکل 8-1 توابع خرابی برای حالتهای مختلف خرابی راههای شهری..................... 124

شکل 8-2توابع آسیب‌پذیر برای حالتهای مختلف خرابی اجراشده به روش حفاری و خاکبردای125

شکل 8-3 احتمال خرابی برای پلهای فولادی.......................................................... 128

شکل 8-4 احتمال خرابی برای پلهای بتنی.............................................................. 128

شکل 8-5 احتمال خرابی برای پل نوع 1 ث اب برای شتابg 8/0=PGA............. 129

شکل 8-6 احتمال خرابی برای پل نوع 3 ث اب برای شتابg 8/0=PGA............. 130

شکل8-7 احتمال خرابی برای پل نوع 6ث اب برای شتابg 8/0 = PGA ............ 130

شکل 8-8 نمودار خرابی ساختمان بیمارستانها......................................................... 138

شکل 9-1 تفاوت بین توابع مختلف جاذبه............................................................... 148

شکل 9-2 مقایسه مابین روش جاذبه، فرصت بینابینی و فرصت بینابینی رقابتی....... 156

شکل 10-1 توزیع هزینه‌هایی که‌درهر اتصال رانندگان آن رادرک می‌کنند............... 167

شکل11-1 رابطه بین X و F(x) و G(x) ............................................................. 172

شکل 11-2 مثال روش نمونه سازی آغازین بدون جایگزین................................... 174

شکل 11-3 مقایسه بین ث بپ و مونت کارلو......................................................... 175

شکل 11-4 ............................................................................................................ 179

شکل 12-1 روندکلی ارزیابی شبکه حمل و نقل بعد از بروز زلزله.......................... 184

شکله 12-2 روند برآورد تقاضا (سفرهای امدادی) بعداز بروززلزله......................... 185

شکل12-3 روند برآورد عرضه مراکز امدادی.......................................................... 189

شکل12-4 تابع آسیب پذیری تول 99 Hazus ..................................................... 191

شکله 12-5 روند برآورد شبکه حمل و نقل ........................................................... 192

شکل 12-6 وضعیتهای مختلف کنترل ترافیک........................................................ 198

شکل12-7 روند توزیع و تخصیص درشبکة حمل و نقل بعد از بروززلزله.............. 200

شکل 12-8 روند ارزیابی شبکة حمل و نقل بعد از بروز زلزله............................... 201

شکل 13-1 احتمال خرابی برای پل نوعHBRI برای شتاب g 8/0 = PGA ........ 207

شکل 13-2 شبکه ساده با یک مبداء و مقصد........................................................... 208

شکل 13-2 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط زمان حمل مجروح برای شدت زلزله g 60 به روش نمونه سازی مونت کارلو................................................................................................... 212

شکل 13-5 شبکه متشکل مونت کارلو.................................................................... 212

شکل 13-6 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط خرابی کل شبکه برای شدت زلزله g 2/0 با نمونه سازی LHS ..................................................................................................................... 215

شکل 13-7 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط خرابی کل شبکه برای شدت زلزله g و 4/0 با نمودارLHS ................................................................................................................................ 216

شکل 13-8 نمودار تورنادو، تحلیل حساسیت برای متوسط خرابی کل شبکه برای شدت g 6/0 با نمونه سازی LHS ................................................................................................................................ 211

تصویر الف-1 خرابی دربزرگراه هانشین کوبه ژاپن 1995....................................... 221

تصویر الف-2 آتش سوزی بعد از زلزله درشهر کوبن ژاپن1995............................ 222

تصویرالف-3 ترافیک بعد از زلزله درشهرکوبه ژاپن1995....................................... 222

تصویرالف-4 واژگونی پل در بزرگراه هانشین شهرکوبه ژاپن1995......................... 223

تصویرالف-5 خرابی دربزگراه هانشین شهر کوبه ژاپن1995................................... 223

تصویرالف-6 خرابی پایه پل بزرگراه هانشین، کوبه ژاپن1995................................ 224

تصویرالف-7 خرابی پل نیشینومیاکو با دهانه 252 متری کوبه ژاپن 1995............... 224

تصویرالف-8 خرابی خط آهن وانسدا دراههای جانبی، کوبه ژاپن........................... 225

تصویر الف-9 خرابی پل گاویون کانیون نورث ریج، کالیفرنیا آمریکا1994............. 225

تصویرالف-10 استفاده ازژاکت فولادی نورث ریج آمریکا1994.............................. 226

تصویرالف-11 انفجار خط لوله گاز و تاثیر آن برراه مجاور، نورث ریج‌1994......... 226

تصویر الف-12 خرابی درآزاد راه نیمیتز، اکلندا، زلزله لوما پریتا آمریکا 1989......... 22

تصویرالف-13 پل خلیج اکلند، لوما پریتا آمریکا 1989............................................ 227

تصویرالف-14ماشین آتش‌نشانی درترافیک شهرلنینکان، ارمنستان 1988................ 228

تصویرالف-15 تخریب بدنه راه براثر روانگرائی، کاستاریکا..................................... 1991

تصویرالف-16 تخریب شدید بدنه راه براثر روانگرایی، کاستاریکا........................... 1991

تصویرالف-17 واژگونی تریلی درجاده، کاستاریکا1991.......................................... 229

تصویرالف-18 تخریب بیمارستان، مکزیکو سیتی مکزیک1995.............................. 230

تصویرالف-19 خرابی پل کارمن، فیلیپین 1990...................................................... 230

تصویرالف-20 روانگرای درمرکز شهرداگویان،فیلیپین1990.................................... 231

تصویرالف-21 بیمارستان رستم آباد، منجیل ایران1990........................................... 231

تصویرالف-22 تخریب پل قدیمی، منجیل ایران1990............................................. 232

تصویرالف-23 تخریب بزرگراه اروپایی، ازمیت ترکیه1999.................................... 232

لیست جداول

عنوان صفحه

جدول2-1- مثالی از ضرایب تاخیر(برای پیاده روی).................................................. 49

جدول6-1 نمره مقدماتی خطرسازه BSH برمبنای ATC –21................................ 91

جدول شماره6-2 نمادهای ضرایب اصلاح کارآئی ساختمان....................................... 91

جدول6-3 نسبت تلفات درزلزله‌های ایران................................................................. 93

جدول8-1 طبقه بندی تقاطعات درتحلیل لرزه شبکه............................................... 118

جدول 8-2 معیارهای کارایی شبکة حمل و نقل درشرایط عادی............................. 120

جدول8-3 مقادیر میانه وضریب توزیع نرمال لگاریتمی برای راههای شهری.......... 123

جدول8-4 پارامترهای توابع خرابی تونل HAZUS99 ......................................... 125

جدول8-5 خلاصه خرابی های ثبت شده در زلزله کوبه 1995................................ 127

جدول 8-6 ضرایب منحنیهای خرابی...................................................................... 128

جدول8-7 احتمال خرابی کامل و کوتاه مدت بیماستان برحسب درصد................... 135

جدول8-8 احتمال وقفه درخدمات بیمارستان.......................................................... 136

جدول10-1 نمایی از طبقه‌بندی روشهای تخصیصی ترافیک................................... 160

جدول10-2 ضرایب اصلاح شدهBPR و 356 NCHRP و 1988 ...................... 164

جدول13-1 درصد احتمال وقوع وضعیت خرابی برای سه نوع پل انتخابی............. 207

جدول13-2 مشخصات شبکه ساده با یک مبداء و مقصد......................................... 209

جدول13-3 مقایسه بین نتایج روشهای مختلف نمونه سازی و مقدارتئوری........... 210

جدول13-4 مقادیرآماری تحلیل معیارهای کارایی شبکه ساده (روش‌مونت‌کارل).... 211

جدول13-5 مشخصات شبکه متشکل از دو مبداء و مقصد...................................... 213

جدول13-6 مشخصات آماری معیاری ارزیابی شبکه برای سناریوهای مختلف (به روش LHS) 214

سیستم های کنترل گسترده پست های فشار قوی

چکیده

به علت ساختار شبکه های توزیع، گستردگی و در معرض عوامل محیطی بودن آنها بسیاری از خاموشیهای اعمال شده به مشترکین ناشی از حوادث این شبکه هامی باشد.

روش عیب یابی فعلی در شبکه های توزیع به علت عدم وجود تجهیزات حفاظتی و مانیتورینگ مناسب و نیز نبودن امکان کنترل از راه دور زمانبر بوده و بصورت سعی و خطا می باشد.این مسئله باعث برخی آسیبهای احتمالی به تجهیزات شبکه و مشترکین نیز می گردد.

افزایش اطلاعات از وقایع سیستم اتوماسیون شبکه های توزیع در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است که با اجرای آن اطلاعاتی نظیر عملکرد تجهیزات حفاظتی، وضعیت کلیدها و مقادیر ولتاژ و جریان در مرکز قابل مشاهده بوده و امکان ارسال فرمان برای تجهیزات وجود دارد.

در این پروژه سعی شده است معرفی جامعی از سیستمهای اتوماسیون ومانیتورینگ پست ارائه گردد.

در فصل دوم از پروژه به شرح کلی سیستمهای اتوماسیون پست(SAS) پرداخته شده است و همچنین انواع سیستمهای پست همراه با مزایای آنها نیز بیان شده است.

در فصل سوم، پیشرفته ترین سیستم اتوماسیون پست(SAS570) بطور کامل شرح داده شده است و به توزیع مواردی از قبیل خصوصیات، طراحی تجهیزات و وظایف این سیستم پرداخته شده است.

اجزای سیستم اتوماسیون پست بسیار زیاد وگسترده است و صحبت در مورد تمامی آنها نیاز به تالیف چندین کتاب دارد ولی بطور خلاصه چند جزء مهم سیستم اتوماسیون پست در فصل چهارم آورده شده است.

در فصل پنجم به شرح کاملی از سیستم مانیتورینگ پست(530 SMS) پرداخته شده است.

امید است این پروژه بتواند دید جدیدی نسبت به تکنولوژی پیشرفته اتوماسیون و مانیتورینگ به شما ارائه کند.

فهرست

کاربرد فلو سنجها در آلومینای جاجرم FLOWMETERS USE IN JAJARM ALUMINA

خلاصه

دردنیای صنعتی امروزی که هر لحظه علم الکترونیک وصنعت نیمه هادیها روبه پیشرفت می باشد شاهد وارد شدن روز افزون انها در تمام زندگی بشر بوده ومیتوان گفت زندگی بدون استفاده ازانها برای انسان ناممکن شده است . با توجه به پیشرفت علوم کامپیوتر در این دوره ، انجام وکنترل تمام کارها توسط ان به سرعت افزایش یافته و دیگر نیازی به کارطاقت فرسا ونیروی انسانی زیاد ، نمی باشد.

همانطور که در بالا اشاره شد این صنعت خیلی زود درکارخانجات وجایی که نیروی انسانی دران نقش عمده ای را ایفا می کردوارد شده ودنیا را متحول کرد،این تحول بنام اتوماسیون صنعتی ثبت گردید.دراتوماسیون صنعتی شاهد دقت بالا ، افزایش تولید ، سرعت بالا ،کاهش نیروی انسانی ،کیفیت مطلوب ،مشکلات کمتر و رفع سریعتر مشکلات و در نهایت سود اقتصادی بسیار بالا هستیم .

اندازه گیری یکی ازشاخه های مهم درصنعت اتوماسیون بوده که بنام ابزار دقیق درهرکارخانه یا کارگاهی ارائه می شود و بخش دیگر اتوماسیون، کنترل می باشد . علم ابزار دقیق ، اندازه گیری تمام پارامتر های فیزیکی یا شیمیایی یک پروسه صنعتی در هر لحظه و تبدیل این پارامترها به سیگنالهای الکتریکی قابل قبول برای بخش کنترل می باشد .با ورود این سیگنالها از یک طرف و ورود برنامه های فرایندی به فرم نرم افزار از طرف دیگر به بخش کنترل ارائه خروجی مناسب از ان را شاهد هستیم که این خروجی ها به انواع مختلف سیگنالهای الکتریکی برای کنترل پروسه صنعتی ارسال میگردد.. پارامترهای فیزیکی مانند اندازه گیری فشار ، دما ، فلو ، جابجایی ، دانسیته ‌، ویسکوزیته ، وزن و غیره و پارامترهای شیمیایی اندازه گیری مانند شناخت درصد ترکیبات عناصر یا ملکولهای خاصی(مثل کلر موجود در اب واکسیژن موجود در هوا ودرصد اسیدی وبازی سیالات و.......)در مواد و نقاط مختلف می باشد.

در کارخانه الومینای جاجرم انواع مختلفی از سنسورهای ابزار دقیقی از لحاظ نوع پارامتر مورد اندازه گیری ، رنج اندازه گیری ، کاربرد در مکانهای مختلف ، شرکتهای سازنده ، دقت در اندازه گیری و غیره وجود دارند. عنوان پایان نامه بنده فقط در مورد اندازه گیری فلو در این کارخانه می باشد که این فلو مکن است مربوط به مایعات ،گازها و جامدات باشد . روشهای اندازه گیری فلو بسیار زیاد بوده و فقط از چند روش مذکور در این کارخانه استفاده شده است:

1- فلومتر های مغناطیسی

2- فلومتر های هیدروستاتیک(ونتوری-اوریفیس - پیتوت )

3- فلومتر های توربینی در انواع مختلف .

از این سه روش فقط برای اندازه گیری فلوی سیالات و گازها استفاده می شود وفقط یک روش برای اندازه گیری جامدات عبوری از روی نوار نقاله ها به صورت سیستم توزین می باشد.

این پایان نامه شامل سه بخش اصلی می باشد که در زیر به تفسیر تک تک انها می پردازیم:

بخش اول: شامل توضیحات مختصری در باره سه بخش کارخانه الومینا ( قرمز – سفید- جانبی) بوده و در ضمن تمام واحدهای مر بوط به هر بخش را از لحاظ کارکرد وکاربرد فلو سنج ها در ان تشریح می کنم .

بخش دوم: بعلت کثرت استفاده از فلومتر مغناطیسی در این کارخانه فقط به توضیح و تفسیر کامل این تجهیز پرداخته و در این اصول کار- ساختار- کاربردها- مزیتها - معایب می پر دازیم.

بخش سوم :در بخش سوم این پایان نامه نیز به دلیل بالا تشریح کامل فلومتر های هیدروستاتیکی را در نظر گرفته و با ارائه قانون برنولی واستفاده از ان در این فلومتر به تشریح تک تک فلومتر ها ی اوریفیس ونتوری وپیتوت می پردازیم .

بعلت کثرت مطالب از تحقیق در باره فلومتر های تور بینی و مسی و سیستمهای توزین خودداری کرده، بخش یک به محلهایی که این تجهیزات در آنها استفاده شده است را یاد آور میشود .

فصل اول

خلاصه ای از عملکرد واحدهای عملیاتی و کاربرد فلوسنجها در انها

1-1- مقدمه

در کارخانه الومینای جاجرم انواع مختلفی از سنسورهای ابزار دقیقی مختلف ازلحاظ پارامترها ورنج مورد اندازه گیری ، شرکتهای سازنده ، دقت مورد اندازه گیری وغیره بکاررفته است که بنده بنا بعنوان پروژه تحقیقاتی خود اندازه گیرهای فلو را انتخاب کرده ام.

فلو میزان مواد عبوری ازخط(گاز، سیال ، جامد‌‌ )درواحد زمان می باشدکه این خطوط ممکن است خط

لوله یا نوار نقاله در رنجهای مختلف و با اشکال مختلف باشد.فلو را به تعبیر دیگرمیتوان همانند جریان

الکتریکی عبوری از یک سیم در نظرگرفت همانطورکه برای اندازه گیری جریان الکتریکی روشهای مختلف (از لحاظ رنج ودقت) وجود دارد دراندازه گیری فلو مواد نیز روشهای زیادی وجود دارد که به شرایط مختلفی وابسته است.

شرایط استفاده از انواع مختلف این فلو مترها به قرار زیر می باشد.

1- محل نصب در کارخانه که بسته به جنس مواد مصرفی در ساخت فلومتر دارد.

2-رنج اندازه گیری (نسبت میزان فلو در خط).

3-ارزش اقتصادی ماده مورد اندازه گیری .

4-دقت مورد نیاز برای ایجاد کنترل کیفیت مناسب در پروسه های بعد از فلومتر.

5-قیمت اقتصادی انهادر کاربرد مورد نظر .

6- تعمیر و نگهداری اسان با عمر مفید .

7-ارائه سیگنال الکتریکی متناسب با تجهیزات کنترلی .

مثلآدریک مثال بسیارکوچک درکوره های حرارتی باید میزان درجه حرارت تولیدی متناسب با ماده گرم شونده باشد وبرای این نیز میزان مصرف سوخت با هوای احتراق و گرمای تولیدی تناسب دارد و اندازه گیری سوخت وهوا توسط فلومترها صورت می گیرد حال اگر در اثرخرابی فلومترها (عدم فلومتر) هوای اضافی وارد سیستم شود برای رسیدن به دمای مورد نظر باید سوخت بیشتری وارد کوره شود ودرنهایت چیزی جزگرم کردن هوای اضافی وهدررفتن سوخت و ضرر اقتصادی نصیب ما نخواهد شد.

ازمورد بالا ما درمی یابیم که تمام تجهیزات اندازه گیری بسیارمهم بوده و دررشد اقتصادی کشوربسیار

مؤثر می باشد.

1-2- بخش یک (واحدهای قرمز )

در این بخش بنده به توضیحات بسیارمختصری درباره واحدهای عملیاتی بخش یک پرداخته، وجود یا عدم وجود فلومترها ونقش انها را درواحدهای مربوط به این بخش تشریح خواهم کرد.دراین واحدها بیشتر خردایش بوکسیت، اهک و مخلوط کردن انها با اب وسود و تهیه دوغاب بوکسیت ودرنهایت انحلال اکسید الومینیوم دردوغاب انجام می پذیرد و نگاه مختصری به این اعمال همراه با فلوسنجهای کاربردی دراین بخش کرده وبه اهمیت این تجهیزات در صنعت پی خواهیم برد .

ابتدا درواحد 01 سنگ بوکسیت انتقال داده شده توسط کامیون ازمعادن همجوارتوسط سنگ شکنهای فکی و چکشی خرد می گردد و ابعاد ریزتراز 20میکرو توسط نوار نقاله به قسمت هموژنیزاسیون و انبار

بوکسیت در واحد 02 انتقال می یابددر ورودی واحد 02 مقدار بوکسیت توسط یک سیستم توزین بر حسب تن بر ساعت اندازه گیری شده واین سیستم درزیرنوارنقاله نصب گردیده وفلوی مواد جامدرا اندازه می گیرد و بعد از هموژنیزاسیون دوباره در همان واحد برای ارسال به واحد 08انبار می شود .

در واحد 03 نیزسنگ آهکی که از معدن اهک توسط کامیون به کارخانه ارسال شده توسط یک سیستم سرند به سه نوع سنگ با ابعاد مختلف جدا سازی می شود ودو نوع ان بوسیله نوار نقاله به محل انبارسرباز انتقال یافته ودردو انبار مجزا ذخیره می شود . درورودی 04 مقدار فلوی اهک توسط سیستم توزین اندازه گیری شده (برحسب تن بر ساعت ) و به کوره ها ارسال می گردد .

درواحد 04 مقدار کافی اهک برای تآمین نیازهای فرایند در مرحله شیر اهک جهت بازیابی سودسوزآور از گل قرمزدر واحد 14 وهمچنین درمراحل قبل ازانحلال به منظورسلیس زدایی وکاتالیزورانحلال تولید می

شود ودرهرکوره یکی ازدونوع سنگ پخت می شود. دراین واحدازکوره حرارتی مازوت سوزکه اخیرآ دو سوخته نیز شده است (گاز طبیعی) استفاده شده است و میدا نیم که درکوره های حرارتی نسبت ترکیب سوخت وهوا بسته به مقداردمایی ایجادشونده دران کوره دارد که برای این منظور روی خط سوخت مازوت از فلومترهای توربینی و خط هوااز فلومترپیتوت استفاده شده است و میزان ترکیب هوا وسوخت برای ایجاد دمای معین توسط کنترل ولوهای روی خط سوخت و دمپرهای روی خط هوا که قبل از فلومترهانصب شده اند با توجه به میزان فلو تنظیم می شوند و لوپ کنترلی را ایجاد کرده وباعث تنظیم کوره در یک دمای معین درحجم هوای ثا بت خواسته شده می شود. واحد اندازه گیری مورد استفاده برای فلو سیالات و گازها دراین کارخانه بیشتر متر مکعب بر ساعت می باشد .

در واحد 05 برای تهیه شیر اهک ،آب و آهک را به نسبت خاصی مخلوط کرده وآنرا تهیه می کنیم برای اندازه گیری میزان اب مصرفی دراین پروسه ازفلومترهای نوع اوریفیس وبرای اهک از فلومترهای چشمی (پیمانه ای)مکانیکی بدون سیگنال الکتریکی خاصی استفاده کرده و این دو را با هم مخلوط کرده وبااستفاده از پیمانه های آهک، شیراهک را به دانسیته خاصی برای مصرف سایت می رسانند و جهت ارسال به واحد های مصرفی بعد ازپمپ های سرعت متغییرفلومترهای نوع مگنتی قرار داده و میزان ارسال ان را به واحد

های دیگر کنترل می کنند.

در واحد 08 ، بوکسیت هموژنیزه خروجی از واحد 02 و آهک پخته شده خروجی از واحد 04 و محلول سود سوزآور رقیق درآسیاب استوانه ای شکل مرطوب کاملآ نرم و ریز می گردد و برای این کار سه خط کامل آسیاب پیش بینی شده است و میزان فلوی بوکسیت وآهک برای هر خط جداگانه توسط سیستم توزین و برای سود سوزاور توسط فلومترهای مگنت اندازه گیری شده تا درصد خاصی از این سه مخلوط و دوغاب مورد نظر ایجاد شود .

در واحد 09 این امکان فراهم می گردد تا بخشی از سیلس فعا ل موجود در اسلاری¹(دوغاب )بوکسیت با مواد پیرامون خود وارد واکنش شده و تبدیل به ترکیباتی غیر فعال در شرایط انحلال شود. برای این منظور اسلاری بوکسیت را دردرجه حرارت100 درجه سانتی گراد به مدت 8 ساعت نگهداری می کنند و بامحلول سود سوز اور به میزان خاصی که توسط فلومترهای مگنتی اندازه گیری می شود مخلوط وبه واحد پمپاژ ارسال می گردد.

درواحد 10پمپاژ توسط چهارپمپ بسیارقوی که به پمپ های گهو² معروف می باشد اسلاری بوکسیت

سیلسی زدایی شده با فشار حداقل 145 بار به واحد انحلال ارسا ل می گردد در این واحد فلومترها فقط

در ورودی پمپ های گهو بوده و از نوع مگنتی می باشد.

1- slurries

2- GEHO (موتورهای جریان مستقیم ساخت هلند با قدرت بسیار بالا میباشند.)

در واحد 11 اسلاری بوکسیت تا دمای 270درجه سانتی گراد در کوره های حرارتی (مازوت وگاز) گرم

می شود و براثر این گرما فشاردرلوله ها زیاد شده و اسلاری از فازمایع به فازگازی تبدیل می گردد و در نتیجه موجب انحلال اکسیدآلومینوم بوکسیت دردوغاب می شود و توسط فلاش تانکهای فشار ان کاهش پیدا کرده ، فشار به اتمسفر و فاز مایع برمی گردد .واحد 11 دارای چهارخط مجزا می باشد در قسمت کوره های حرارتی آن ازفلومترهای توربینی وبرای خروجی مواد ازتانک ذخیره واحد از فلومترهای مگنتی استفاده شده است در ضمن این واحد یک سیستم بسته می باشد که برای پیش گرم شدن اسلاری از بخار گرفته شده از فلاش تانکها استفاده شده و دمارا قبل از کوره ها به 250درجه سانتی گراد می رسانند .در ضمن برای استفاده بهینه از سوخت در بالای کوره بویلری تعبیه شده که تولید بخار می نماید و اب ورودی وبخار خروجی از انها توسط فلومترهای اوریفیس اندازه گیری می شود .

1- 3- بخش دو (واحدهای سفید)

در واحد 12 اسلاری الومینات پس از خروج از واحد 11 توسط سر ریز محلول شستشوی گل قرمز از واحد 14 و همچنین محلول رقیق سود سوزآور به دست امده از فیلتراسیون هیدرات ازواحد17 رقیق می شود تا امکان ته نشین شدن بهتر ذرا ت گل قرمز فراهم می گردد خروجی از واحد 12 توسط فلومترهای مگنتی اندازه گیری می شود .

در واحد 13و14 محلول لیکور الومینیوم از گل قرمز توسط سر ریز تیکنرها¹و دو مرحله فیتراسیون جدا شده وگل قرمز به سد باطله فرستاده می شود و محلول لیکورآلومینا به واحد های بعد ارسال می شود برای ته نشین بهتر و سریعتر در تیکنرها از ماده فلو کلانت استفاده می شود تمام فلومترهای این دو بخش از نوع مگنتی بوده بجز مواردی که برای فلوی آب یا کندانس و بخار از اوریفیس استفاده شده است .

واحدهای 16و17مربوط به جوانه زدن آلومینا در تانکها می باشد , بعد از جوانه زدن و بزرگ شدن دانه

های الومینا در واحد 17 , الومینا از سود و آب جدا شده توسط فیلتر های درام² جدا می شود وبا نوارنقاله

1- TIKNER (فرق ان با TANK در این است که قطر ان از ارتفاعش خیلی بیشتر می باشد.)

2- DRAM (نوعی فیلتر استوانه ای برای جدا سازی مواد جامد از مایع توسط وکیوم میباشد.)

به واحد بعدی ارسال می گردد تمام فلومترهای این واحد نیزازانواع مگنتی بوده بجزموارد اندازه گیری آب وبخار و کندانسکه از نوع اوریفیس می باشد.

خروجی از واحد 17 هیدرات آلومینا نام داشته که توسط سیستم توزینی که در زیر نوار نقاله نصب گردیده است اندازه گیری می شود و در واحد 19 انبار می شود , مجموعه نوار نقاله های انتقال این دو بخش را واحد 20 نامگذاری کرده اند.

در واحد18 فقط غلظت سود رقیق شده را افزایش داده و از بخاربرای ایجاد حرارت استفاده می کنند.و فلو سنجهای روی خطوط سود مگنتی و روی خطوط اب وبخار اوریفیس میباشد .

در واحد 19 هیدرات توسط نوار نقاله ها به مخزن ورودی واحد 21 رفته و در ان واحد هیدرات به پودر الومینا تبدیل می شود واحد 21 شامل چندین برنر¹ (مشعل) بوده که تقریبآ مانند واحدهای پخت سیمان می باشد . تمامی این مشعل ها دوگانه سوز(مازوت وگاز)کار می کنند و تمام فلوسنجهای نصب شده جهت سوخت ورودی به انها از نوع توربینی وبسیاردقیق می باشد . بعد ازتولید, الومینا درسیلوهای واحد15 انبار می گردد و درانجا بارگیری کامیون و واگن انجام می پزیرد فقط در ورودی هیدرات به واحد 21 از سیستم توزین نصب شده در زیر نوار نقاله ورودی استفاده شده است .

1-4- واحدهای جانبی²

این کارخانه دارای چندین واحد جانبی جهت کمک به واحدهای اصلی(موجود در بخش 1و2 )، می باشد که تک تک به توضیح مختصری در باره انها و فلومترها ی نصب شده در انها می پردازیم .

1- برای تولید هوای ابزار دقیق (واحد 22) واحدی شامل سه کمپرسور که هوا با فشار 7 بار تولید می کند وجود دارد و بسته به میزان مصرف هوا در واحدها زمان زیر بار رفتن کمپر سورها تنظیم می شود در ضمن از یک فلو متر اوریفیس برای تعیین میزان هوای مصرفی در خروجی واحد استفاده شده است .

2 - برای تولید بخار مصرفی کارخانه (واحد24 )از سه بویلر استفاده شده است که از سه نوع سوخت (گاز, گازوئیل, مازوت) برای ان استفاده می شود و برای تنظیم هوای احتراق از فلومتر ونتوری و تنظیم

فهرست مطالب

"عنوان" "صفحه"

1 خلاصه

فصل اول : خلاصه ای از عملکرد واحد های عملیاتی و کاربرد فلو سنجها در آنها

1-1- مقدمه 4

1-2- بخش یک (واحدهای قرمز) 5

1-3- بخش دو (واحدهای سفید) 7

1-4- بخش سه (واحدهای جانبی) 8

فصل دوم : فلومترهای مغناطیسی

2- 1- اصول کار 11

2-1-1- القای AC و DC 13

2-1-2- القاء با دو فرکانس 16

2 – 2 – ساختار 18

2-2-1- لاینرهای سرامیکی 22

2-2-2- مدارات الکترونیکی و هوشمند 24

2-2-3- ظرفیت ورنج 25

2 – 3 – کاربردها 26

2 – 4 – نصب 31

2 – 5 – مشخصات 32

2-5-1- مزیتها 32

2-5-2- محدودیتها 34

فصل سوم : فلومترهای هیدروستاتیک

3-1- مقدمهای بر اندازه گیری فلو به روش اختلاف فشار 37

3-1-1- تئوری برنولی 37

3-1-2- قانون جذر در جریان سیال 42

3-2- محاسبه قطر اوریفیس 46

3-3- ونتوری ها 48

3-3-1- لوله های ونتوری 48

3-3-2- نازلهای جریان 50

3-3-3- لوله های جریان 51

3-4- لوله پیتوت 52

3-5- مشخصات صفحه اورفیس 54

3-6- افت فشار دائمی در سیستم 56

3-7- اتصال لوله های فشار از المنت اولیه به وسایل اندازه گیری 57

3-8- مقایسه لوله ونتوری و صفحه اوریفیس 59

3-9- وسایل اندازه گیری اختلاف فشار 60

3-9-1- مدرج کردن جریان سنج 60

3-9-2- انواع وسایل اندازه گیری اختلاف فشار 62

3-9-3- اندازه گیری اختلاف فشار به روش الکتریکی 64

پیوستها 69

منابع 72

خلاصه انگلیسی 73