Επιλογή μορφής υπερχειλιστή φράγματος με εφαρμογή πολυκριτηριακής ανάλυσης σε ασαφές περιβάλλον

Abstract

The aim of the present thesis was to make a decision about the optimum form of a spillway using Multiple Criteria Decision Making (MCDM) theory and Fuzzy Logic and finally obtain an integrated methodology to the problem. In most cases, the selection derives from a techno-economic and feasibility analysis. Our study proves that it is a MCDM problem and more parameters rather than technical feasibility and low construction costs should be taken into consideration such as aesthetic, hydraulic conditions and topography, the type of the dam etc. The optimal type of a spillway is one of the most complex issues in water management including fuzziness due to the existence of qualitative criteria and the uncertainty in evaluating them. An extension to the fuzzy multiple criteria decision making (MCDM) model is suggested in this work, where the ratings of alternatives versus criteria, and the importance weights of all criteria, are assessed in linguistic values represented by fuzzy numbers. For the importance weights of the criteria and the ratings, Analytic Hierarchy Process (AHP) (Saaty, 1980) was used so that the results would be as objective as possible. In parallel, a second technique for weighting the criteria was applied; Shannon’ s entropy (Shannon, 1948a, 1948b). For this application, the dam that was chosen for this application was “Pigi Dam” on the “Kotza-Dere” river and it is located in the north of Greece. Five alternative types of the spillway, based on their technical efficiency for the dam was selected; (a) ogee or overfall spillway, (b) shaft or morning glory spillway, (c) side channel spillway, (d) siphon spillway and (e) gated spillway. An extension of the TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) method in a fuzzy environment is adopted.

Σκοπός της διατριβής ήταν ο βέλτιστος σχεδιασμός υπερχειλιστή ασφαλείας ενός φράγματος με τη χρήση συνδυασμού Πολυκριτηριακών Μεθόδων Απόφασης (MCDM) και της Ασαφούς Λογικής (fuzzy logic) και τελικώς η ανάπτυξη μίας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας αντιμετώπισης του προβλήματος. Σύμφωνα με τη συνήθη πρακτική, η επιλογή ενός υπερχειλιστή είναι αποτέλεσμα τεχνικοοικονομικής ανάλυσης. Στην πραγματικότητα, το πρόβλημα αυτό είναι πολυπλοκότερο και αποτελεί ένα πρόβλημα πολυκριτηριακής ανάλυσης, αφού για την επιλογή του υπερχειλιστή ασφαλείας πρέπει να ληφθούν περισσότερα κριτήρια πέραν του κόστους, όπως η αισθητική, οι υδραυλικές και τοπογραφικές συνθήκες, ο τύπος του φράγματος, οι κατάντη συνθήκες, ο σκοπός του φράγματος, οι συνθήκες λειτουργίας του κ.λπ. Το γεγονός ότι πολλά από τα κριτήρια από τα οποία εξαρτάται η επιλογή του υπερχειλιστή ασφαλείας είναι ποιοτικής φύσεως και δεν εκφράζονται με ποσοτικές εκφράσεις, αλλά με λεκτικές μεταβλητές, σε συνδυασμό με την έλλειψη καλής πληροφόρησης και δεδομένων, εισάγονται αβεβαιότητες και ασάφειες στο πρόβλημα οι οποίες αντιμετωπίστηκαν με τη χρήση της ασαφούς λογικής. Για την βαθμολόγηση τόσο των εναλλακτικών προτάσεων ως προς τα κριτήρια όσο και για την εύρεση των βαρών των κριτηρίων, εφαρμόστηκε η μέθοδος Analytic Hierarchy Process (AHP) (Saaty, 1980), ώστε να αντικειμενικοποιηθούν όσο το δυνατόν η βαθμολόγηση των εναλλακτικών προτάσεων και τα σταθμιστικά βάρη. Επιπλέον της μεθόδου ΑΗΡ, εξετάστηκε η εύρεση των σταθμιστικών βαρών και με βάση τη μέθοδο της εντροπίας του Shannon (Shannon, 1948a, 1948b). Ειδικότερα στην έρευνα αυτή, εξετάστηκε ο τύπος υπερχειλιστή του υφιστάμενου φράγματος Πηγής (Κοτζά –Ντερέ) του Δήμου Παιονίας της Περιφερειακής Ενότητας Κιλκίς. Οι εναλλακτικοί τύποι υπερχειλιστή που επιλέχθηκαν είναι: α. Υπερχειλιστής τύπου ogee, β. Φρεατοειδής υπερχειλιστής, γ. Πλευρικός υπερχειλιστής, δ. Σιφωνοειδής υπερχειλιστής, ε. Υπερχειλιστής τύπου ogee με θυρόφραγμα. Η πολυκριτηριακή μέθοδος που επιλέχθηκε είναι η TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) σε ασαφές περιβάλλον.