یکی از راههای کنترل و جلوگیری از این پدیده کاویتاسیون هوادهی جریان است که از طریق تعبیه هواده ها در سرریز سدها و پایین دست دریچه های تحتانی صورت می گیرد. یکی از مباحث مهم در این ارتباط تعیین غلظت هوا و تغییرات آن در طول جریان می باشد که در این تحقیق علاوه بر برداشت نتایج در موسسه تحقیقات آب ،توسط مدل عددی هم مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق از دستگاه اپتیکال پراب برای اندازه گیری سرعت و غلظت هوا در جریان دوفازی در طول و عمق مدل استفاده شده است. مطالعه انجام گرفته بر روی یک فیزیکی تخلیه کننده تحتانی که در مقیاس 1:25 در موسسه تحقیقات آب ایران ساخته شده است صورت گرفته و نتایج در هدهای مختلف و در بازشدگی های گوناگون دریچه ها برداشت و ارئه شده است. در ادامه بحث از آنچه که مدلسازی عددی امروزه بسیار متداول گشته و همچنین با توجه به هزینه بسیار پایین آن در مطالعه سازه های هیدرولیکی، مقرر شد که از نرم افزار فلوئنت که یکی از نرم افزارهای شناخته شده می باشد جهت انجام بررسی شبیه سازی عددی استفاده گردد تا نتایج سرعت، غلظت هوا و فشار مدل عددی به روش mixture با مدل آزمایشگاهی مقایسه شد در این مدلسازی که به صورت دو بعدی میباشد مدلسازی قبل و بعد از دریچه و به همراه دو مقطع از تونل انجام شده است این مدل برای هد 135 متر آب با بازشدگی 100 درصد ساخته شده است هوادهی علاوه بر هواده توسط پله هم مورد بررسی قرار گرفته است.

انتقال رسوب و رسوبگذاری از جمله موارد مهم در مطالعه مصب دریاها می باشد. به علت هزینه های بالای لایروبی، مطالعات عددی دو بعدی و سه بعدی فراوانی به منظور مدلسازی انتقال رسوبات در مصب دریاها در حال انجام است. خور موسی یکی از خورهای اصلی در جنوب ایران است که با مشکلات فراوان رسوبگذاری در کانال آن روبرو بوده و از آنجا که آبراهه اصلی به بندر امام خمینی می باشد، مصائبی را در حمل و نقل از طریق این بندر ایجاد نموده است. در نتیجه، این رساله به منظور شبیه سازی عددی سه بعدی رسوبگذاری این محدوده، از نرم افزار flow model flexible mesh mike 3 که برای مدلسازی ترکیب موج، جریان و انتقال رسوب در گستره مهندسی سواحل و مورفولوژی به صورت سه بعدی به کار می رود، استفاده کرده و مدول های هیدرودینامیک و انتقال رسوبات چسبنده آن را به کار برده است. در تمامی مراحل محاسبه پارامترهای مدل سعی گردیده از نتایج نمونه برداری های صورت گرفته استفاده شود. پس از حساسیت سنجی و کالیبراسیون هیدرودینامیک جریان و رسوب، مکانیزم دراز مدت انتقال رسوبات در خور موسی مورد توجه قرار گرفته و عوامل موثر بر پدیده رسوبگذاری از قبیل تاثیرات غلظت رسوب و آشفتگی، بررسی شده است. نتایج حاصله بیانگر قابلیت خوب نرم افزار در شبیه سازی های عددی هیدرودینامیک و رسوب منطقه می باشد. ورتکس ایجاد شده در محدوده و تاثیر آن در رسوبگذاری، جریانات چرخشی خلیج فارس و تاثیر آن در مکانیسم انتقال رسوبات، پدیده اختلاط شدید ناشی از جریانات جزرومدی از جمله نتایج قابل توجه تحقیق حاضر است. ارزیابی محدودیت های مدول mt نرم افزار mike 3 flow model fm از دیگر موارد مطرح گردیده است. کلمه های کلیدی: مصب، شبیه سازی عددی،3 mike، مدول hd، مدول mt، رسوب

رخدادهای طبیعی چون سیل از مشکلات بشر درگذشته و حال می باشد و همواره مورد توجه هیدرولوژیست ها بوده است. یکی از مهمترین پارامترهای هیدرولوژیکی در طراحی سازه های آبی تعیین سیلاب طرح می باشد گاهی به دلیل عدم وجود ایستگاه های اندازه گیری و یا همچنین کمبود آمار مورد نیاز در محل احداث سازه های آبی نمی توان به دبی طراحی دسترسی داشت. ازمتداولترین روش های برآورد سیلاب در مناطق فاقد آمار می توان به بکارگیری فرمول های تجربی، ساختن هیدروگراف مصنوعی، روش شبیه سازی، روش های آماری و روش سیلاب شاخص اشاره کرد. در کنار روش های موجود، روش تحلیل منطقه ای سیلاب را می توان به عنوان راه حلی مناسب در برآورد سیلاب در مناطق فاقد آمار پیشنهاد نمود. در روش آنالیز منطقه ای سیلاب می توان بین برخی از خصوصیات حوضه آبریز و حداکثر دبی لحظه ای روابطی را به دست آورد که با استفاده از آنها سیلاب های آن حوضه را پیش بینی نمود. پیچیدگی و تأثیر عوامل و پارامترهای مختلف حوضه در برآورد سیلاب، موجب شده تا روش های تحلیلی و ریاضی در حوضه های فاقد آمار کارایی نداشته و از دقت پایین برخوردار باشند. با توجه به عوامل ذکر شده، مشخص می گردد که به ابزاری دقیق جهت ارائه یک مدل منطقه ای برای حوضه آبریز نیاز است در این شرایط، مدل های مفهومی بهترین گزینه به شمار می آیند. با توجه به این که شبکه های عصبی مصنوعی دو ویژگی اساسی یادگیری بر اساس ارایه ی داده های تجربی و ساختارپذیری موازی را دارند، یکی از مهم ترین روش های هوش مصنوعی می باشند که در آن با الهام گیری از مغز انسان، ضمن اجرای فرآیند آموزش، اطلاعات مربوط به داده ها درون وزن های شبکه ذخیره می شوند. در این پژوهش با هدف طراحی شبکه ای جهت شبیه سازی مشخصات حوضه ها به منظور پیش بینی دبی حداکثر سیلاب، زیرحوضه جنوبی حوضه آبریز دریاچه ارومیه به 19 حوضه هیدرولوژیک تقسیم گردید و 9 پارامتر از مشخصات فیزیوگرافیک حوضه به عنوان ورودی های شبکه و حداکثر دبی سیلاب به عنوان تنها خروجی آن با استفاده از نقشه های gis از زیرحوضه ها استخراج گردید سپس آرایش های مختلف شبکه های عصبی مصنوعی با روش پس انتشار برای آموزش و آزمایش شبکه مورد استفاده قرار گرفت. پس از تخمین تعداد تقریبی نرون های مورد نیاز در هر لایه پنهان معماری های مختلف شبکه با الگوریتم پس-انتشار خطا و توسط توابع آموزشی مختلف در محیط نرم افزار آموزش دیده و آزمایش شدند و بهترین شبکه پیش بینی سیلاب با استفاده از آماره های ریشه میانگین مربعات خطا (rmse) و ضریب همبستگی (r2)برای دبی با دوره بازگشت های مختلف انتخاب گردید. در پایان با استفاده از آنالیز حساسیت به ارزیابی تأثیر پارامترهای ورودی در پیش بینی سیلاب پرداخته شد تا ورودی های کم اثر در خروجی شبکه مشخص گردد سپس ورودی های یاد شده حذف و شبکه ای جدید برای پیش بینی دبی حداکثر سیلاب 100 ساله از میان شبکه های مختلف آزمایش شده با ورودی های به جا مانده با معماری مناسب انتخاب گردید. به منظور ارزیابی بهتر نتایج حاصل از شبکه عصبی مصنوعی از مدل رگرسیونی نیز برای پیش بینی سیلاب با دوره بازگشت های مختلف استفاده شد. نتایج حاصل از مقایسه این دو مدل بیانگر دقت بسیار بالای شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی دبی حداکثر سیلاب با دوره بازگشت های مختلف در زیرحوضه جنوبی حوضه آبریز دریاچه ارومیه می باشد. در این تحقیق صرفاً به دلیل قرار گرفتن منطقه مورد مطالعه(حوضه آبریز دریاچه ارومیه) در ناحیه کوهستانی نام مدل بندی منطقه ای سیلاب در حوضه های کوهستانی برای پژوهش انتخاب گردیده است و کلیه مراحل و مطالعات صورت گرفته در این پژوهش قابل بسط به سایر حوضه ها می باشد.

کاویتاسیون یکی از مهم ترین عواملی است که پایداری سازه های هیدرولیکی را به خطر می اندازد. احتمال وقوع این پدیده در جریان های با سرعت بالا، بسیار زیاد است و می تواند سبب تخریب سرریز سدها شود. تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان داده اند که موثرترین و اقتصادی ترین روش برای جلوگیری از این پدیده، هوادهی است. هوادهی جریان به عنوان یکی از بهترین روشهای جلوگیری از کاویتاسیون در سرریزها همواره مورد توجه محققین قرار داشته و بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر هوادهی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پایان نامه پس از مروری بر رفتار جریان در ناحیه هوادهی، بر روی اثر هندسه رمپ بر میزان هواگیری مطالعه شده است. برای بررسی این موضوع، رمپ هایی با اندازه های مختلف بر روی هواده مدل هیدرولیکی سرریز سد آزاد قرار داده شد و آزمایش های متعددی بر روی مدل فیزیکی انجام گردید. در تحقیق آزمایشگاهی حاضر با تغییر مشخصات هندسی هواده سرریز در مدل فیزیکی، میزان هوای ورودی به جریان از طریق هواده ، به ازای مقادیر مختلف مشخصات هیدرولیکی جریان اندازه گیری شده است. با تحلیل آماری داده های این آزمایشات، رابطه ای برای تخمین میزان هوای ورودی به جریان برای هندسه های متفاوت هواده ارائه گردید و در نهایت تحلیل حساسیت برای این رابطه انجام شد تا میزان حساسیت ضریب هوادهی به پارامترهای هندسی هواده و پارامترهای هیدرولیکی جریان ارزیابی شود. نتایج نشان می دهد که حساسیت ضریب هوادهی به پارامتر نسبت طول رمپ هواده به عمق جریان، بسیار زیاد است. پس از آن بیشترین حساسیت مربوط به اعداد فرود و اولر است و حساسیت به شیب تندآب و شیب رمپ کمتر می باشد. حساسیت به عدد رینولدز نیز به این ترتیب است که اگرچه حساسیت به اعداد رینولدز کوچکتر از ده میلیون بسیار زیاد است ولی با بزرگتر شدن عدد رینولدز، حساسیت بسیار کم می شود.

عبور جریان از روی سرریز سدهای بلند در هنگام وقوع سیل یکی از مهمترین مسائلی است که میتواند برای آن خطر آفرین باشد. برای مقابله با این مشکل راه حل های گوناگونی از جمله استفاده از حوضچه های آرامش اندیشیده شده است. راه حل مناسب تر ، پراکنده نمودن انرژی جریان در حین عبور از روی شیب سرریز است. بدین منظور سرریز های پلکانی ساخته شده از بتن به عنوان یک راهکار موثر و مناسب شناخته شده اند. تاکنون بر اساس روابط تحلیلی و عددی، مطالعات اندکی جهت بررسی توزیع فشار استاتیک و دینامیک در سطح پله در سرریزهای پلکانی انجام و بعضا روابطی نیز در این مورد ارائه شده است. به کمک مدلهای فیزیکی می توان شرایط هندسی پیچیده را با دقت قابل قبولی شبیه سازی و با برقراری جریان های عبوری مختلف و اندازه گیری و ثبت توزیع فشار دینامیک و لحظه ای، استنباطی از توزیع فشار روی پله ها در طول سرریز سدها بدست آورد. اهمیت این تحقبق را میتوان در طراحی سازه ای ایمن و کاهش هرچه بیشتر اثرات تخریبی جریان بر سازه سرریز به جهت نیروهای دینامیک لحظه ای وارد بر کف پله ها در سرریز های پلکانی جستجو نمود. در این تحقیق در ابتدا به بررسی آزمایشگاهی توزیع فشار استاتیکی و دینامیکی بر روی 3 مدل سرریز با شیب و هندسه متفاوت (سیاه بیشه بالا، سیاه بیشه پائین و ژاوه) پرداخته شده و بر اساس نتایج به دست آمده از سرریزهای مذکور و همچنین نتایج 4 نوع سرریز دیگر مورد استفاده توسط سایر محققین رابطه ای جهت تعیین حداکثر فشار در وجه افقی هر پله ارائه شده است. در ادامه جهت بررسی تاثیر شیب و هندسه پله ها بر مقادیر و نوسانات فشار در کف پله ها، سد سیاه بیشه بالا توسط نرم افزار فلوئنت شبیه سازی و پس از صحت سنجی مدل بر اساس نتایج آزمایشگاهی ، 4 نوع شیب مختلف (? 46/9، ? 57/26،? 69/33 و ? 45)در دوحالت الف)ایجاد شیب مورد نظر با تغییر در عرض پله و ثابت ماندن ارتفاع پله ب) ایجاد شیب با تغییر در ارتفاع پله و ثابت ماندن عرض پله، بر روی مدل مذکور اعمال و در هر حالت نتایج استخراج و با حالتهای دیگر مقایسه گردیده است. به طور کلی مشاهده گردید که با افزایش شیب سرریز مقادیر فشار نیز افزایش می یابد.از سوی دیگر در شرایط هیدرولیکی مشابه و با شیب یکسان مشاهده شد که با افزایش تعداد پله ها(کاهش ابعاد پله) مقادیر فشار وارد بر کف پله کاهش می یابد.

اهمیت آب در زندگی انسان و اقتصاد جامعه و همچنین نقش آن در شکل گیری اجتماعات و رشد تمدن های بشری بر کسی پوشیده نیست. از طرف دیگر مسائل و مشکلات ناشی از عدم کنترل و مهار آب، به خصوص خسارات ناشی از سیلاب و خشکسالی ها از زمان های قدیم مورد توجه انسان ها بوده است. سیلاب ها و کم آبی ها هر سال در سرتاسر جهان جان بسیاری را گرفته و میلیون ها دلار خسارت به بار می آورند [بزرگ نیا و همکاران، 1369]. هر ساله شاهد سیلاب های مخرب و ویرانگری در سطح دنیا هستیم. به عنوان مثال در پاکستان سیلاب امسال ضربه بزرگی بر زیر ساخت های این کشور وارد آورد و اگر در زمینه مهار سیلاب پیش بینی های لازم انجام گرفته بود، چنین فاجعه ای رخ نمی داد. در خیلی از پروژه های مهندسی تخمین قابل اطمینان سیلاب ضروری می باشد. هر چند اغلب طول مدت آمار در دسترس از جریان رودخانه در مناطق مورد نظر خیلی کمتر از دوره بازگشت دلخواه می باشد و حتی ممکن است که هیچ گونه آماربرداری صورت نگرفته باشد. آنالیز منطقه ای سیلاب تخمین قابل اطمینانی از سیلاب در چنین مناطقی بدست می دهد [jingyi, 2004; shu et al., 2008]. در حوضه هایی که دارای ایستگاه های هیدرومتری با آمار کافی می باشند می توان سیلاب را بیش بینی کرد. ولی با توجه به کمبود آمار در اکثر حوضه های کشور می توان در تخمین سیلاب ها روش هایی را پیشنهاد کرد که نیاز کمتری به آمار هیدرولوژیکی داشته باشد. بعضی از این روش ها تجربی و بعضی دیگر مبتنی بر آمار داده های موجود می باشد. روشی که مبتنی بر تحلیل آماری بر روی داده ها است، روش تحلیل منطقه ای سیلاب می باشد که بر اساس برقراری رابطه بین سیلاب و عوامل تولید آن می باشد [بهرامی 1385]. بطور کلی آنالیز منطقه ای عمدتا به عنوان ابزاری جهت انتقال اطلاعات هیدرومتری ایستگاه های اندازه گیری شده به مناطق فاقد ایستگاه مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، آنالیز منطقه ای جهت کنترل اطلاعات مناطق دارای ایستگاه نیز کاربرد دارد. به عبارت دیگر آنالیز منطقه ای اقدامی است برای تعمیم داده ها از نقاط مشخص و محدود ( ایستگاه های اندازه گیری و آماربرداری شده ) به تمام سطح یک ناحیه. در یک چنین مطالعاتی لازم است علاوه بر مناسب بودن تعداد و صحت سری داده ها، همگنی آنها نیز بررسی گردد تا بتوان مدل های منطقه ای مناسب برای تخمین سیلاب بدست آورد. تعیین مدل های منطقه ای شامل مراحل زیر است: الف) انتخاب مشخصه مورد نظر جهت تعمیم مکانی آن نظیر دبی حداکثر و دوره های پرآبی ( حجم سیلاب ) سالانه، دبی حداقل و دوره های کم آبی سالیانه، دبی متوسط سالیانه، دبی های متوسط ماهانه، رقوم سیلاب ها و همچنین کیفیت آب، رسوب ویژه و . . . ب) انتخاب خصوصیات حوضه های دارای ایستگاه نظیر مساحت حوضه، شیب متوسط حوضه، طول آبراهه، ارتفاع متوسط حوضه، درصدی از سطح حوضه که بوسیله دریاچه یا تالاب پوشیده شده و . . . ج) بدست آوردن معادلات یا مدل های جهت برآورد مقادیر سیلاب، بوسیله همبستگی خطی ساده یا چند گانه. د) بررسی باقیمانده ها ( اختلاف بین مقادیر مشاهده شده و پیش بینی شده ) یا ارزیابی مدل های بدست آمده . از میان مراحل فوق، انتخاب مشخصه مورد نظر بسته به نیاز متفاوت خواهد بود، همچنان که در این تحقیق، دبی حداکثر با توجه به اهمیت آن در طراحی سازه های هیدرولیکی موضوع انتخاب شده می باشد. بهبود وضعیت آنالیز فراوانی سیلاب ها نقش مهمی در آنالیز منطقه ای دارد. بدین جهت باید تلاش کرد تا منحنی های فراوانی حاصله به بهترین وجه انتخاب شوند. نکته ای را که در اینجا باید مورد توجه قرار داد این است که چه روشی باید در آنالیز منطقه ای انتخاب شود؟ آیا بهتر است از مشاهدات تطویل شده استفاده شود؟ و یا سری داده های اصلی باید بدون هیچ تطویلی بکار رود؟ در عمل از سری های با سال های آماری مشترک استفاده می شود. به عبارتی بین سری مشاهدات با طول های مختلف تعدیل صورت می گیرد. بدین صورت که طول آمار بلند مدت را کاهش داده و آمار کوتاه مدت تطویل می شوند. مزیت بکارگیری سری داده ها با طول آماری مشترک باعث خواهد شد که همه حوضه ها تحت تأثیر شرایط مشابه آب و هوایی قرار گیرند و در نتیجه اختلاف سری داده ها حتی الامکان به تفاوت خصوصیات حوضه ها مربوط خواهد شد. همچنین در آنالیز منطقه ای استفاده از داده های با دوره پایه مشترک، انحراف معیار کمتری در نتایج برآورد شده ایجاد می کند. اگر چه با انتخاب دوره پایه مشترک، تفاوت های ناشی از عوامل به حساب نیامده کاهش خواهد یافت، لیکن استقلال سری ها کم خواهد شد و بنابراین نتایج اریبی را در بر خواهد داشت [معاون هاشمی 1369]. انظر به اینکه اکثر ایستگاه های آب سنجی کشور طی 40 سال اخیر تأسیس شده اند، آمار بلندمدت و مطلوبی از سیلاب های جاری شده در رودخانه در دست نیست. بررسی آمار ارائه شده در مورد سیلاب های بزرگ رودخانه های مختلف کشور حاکی از این است که دبی اوج لحظه ای سیلاب در بسیاری از موارد اندازه گیری نشده و اصولاً می توان گفت در این زمینه ضعف آماری و اطلاعاتی جدی وجود دارد. از طرفی روند رو به افزایش سیل در سال های اخیر حاکی از آن است که اکثر مناطق کشور در معرض سیلاب های ادواری و مخرب قرار داشته است. از این نظر بسیاری از شهرها، روستاها، تأسیسات صنعتی و کشاورزی و اماکن مسکونی در معرض خطر سیل گیری قرار گرفته اند . لذا شناسایی اصولی مناطق سیل خیز و آسیب پذیر در داخل حوضه آبریز از جمله مقدمات بسیار مهم در کنترل سیل و کاهش خسارات ناشی از آن محسوب می شود [میرزایی و همکاران،1385]. کنترل سیل به برنامه ریزی اصولی برای مدیریت منابع آب نیازمند است، در این راستا وجود یک روش صحیح و دقیق برای تعیین فراوانی سیل می تواند در رسیدن به این هدف نقش موثری داشته باشد [مهدوی،1374]. مطالعات هیدرولوژیکی یکی از مهمترین بخش های مطالعات برنامه ریزی، طراحی و بهره برداری از سیستم های آبی است. با این وجود اغلب مطالعات هیدرولوژیکی به دلایلی مانند کمبود داده و عدم استفاده از روش های پیشرفته هیدرولوژیکی، با دقت قابل قبولی انجام نمی شود. این مسئله موجب عدم قطعیت و ریسک زیادی در عملکرد سیستم های آبی و در نتیجه عدم بهینگی طراحی ها و سیاست های بهره برداری آنها می شود. یکی از روش های موثر افزایش قابلیت اعتماد پارامترهای مدل، تحلیل منطقه ای سیلاب و تهیه مدل های هیدرولوژیکی منطقه ای است [ابریشمچی و همکاران،1384]. وقتی که در یک منطقه داده های جریان رودخانه اندازه گیری نشده و یا کم باشد، معمولاً از انتقال اطلاعات از مناطق دارای داده به مناطق بدون داده استفاده می شود. در چنین حالتی برای تخمین سیلاب بهترین روش استفاده از آنالیز منطقه ای سیلاب می باشد. آنالیز منطقه ای سیلاب دقت خیلی بیشتری را در تخمین سیلاب نسبت به تحلیل فراوانی نقطه ای حتی در مناطق با ناهمگنی متوسط نشان داده است [ellouze et al., 2007]. مرور مطالعات انجام شده نشان می دهد که هر چند تحقیقات بر روی آنالیز منطقه ای سیلاب رو به افزایش است، اما کمتر مقایسه تطبیقی این روش ها صورت گرفته است [ouarda,2006 ;grehys,1996 b]. با توجه به اینکه بیشتر کارهای جدید روی حوضه های بزرگ و دشتی صورت گرفته است [shu et al, 2008]، در این تحقیق ضمن مقایسه روش های مختلف، آنالیز منطقه ای سیلاب با تاکید بر تخمین داده های مفقوده در حوضه های با مقیاس های مختلف و کوهستانی انجام می شود. هر ساله به علت طغیان رودخانه ها و همچنین برآورد نامناسب پارامترهای مربوط به دبی اوج سیلاب، خسارات جبران ناپذیری بر اقتصاد کشور ما وارد می شود که در بعضی موارد تلفات جانی نیز به همراه دارد . برای رفع این مشکلات لازم است با پیش بینی نسبتاً دقیق دبی های سیلابی در هر منطقه اقدام به طراحی سازه های هیدرولیکی با ظرفیت مناسب نمود و از بروز مشکلات یاد شده جلوگیری کرد. با توجه به کمبود آمار و اطلاعات در اکثر حوضه ها یا زیر حوضه های کشور می توان در تخمین علمی و منطقی سیلاب ها روش هایی را پیشنهاد نمود که نیاز کمتری به آمار هیدرولوژیکی داشته باشند. معمولاً نقاطی که در آنها آماربرداری صورت می گیرد، بسیار کمتر از نقاطی است که در آنها به اطلاعات نیاز است، مثلاً یک جاده یا کانال بزرگ معمولاً در مسیر خود چندین آبراهه فصلی و دائمی را قطع می کند که به احتمال زیاد در خیلی از این نقاط آماربرداری وجود نداشته و یا آمار ناقص می باشد. در حالیکه در روی برخی از این آبراهه ها در فواصل نزدیک با محل تلاقی، ممکن است ایستگاه آب سنجی وجود داشته باشد و یا ایستگاه های دیگر بر روی رودخانه های مجاور این منطقه موجود باشد. یک راه حل مناسب در چنین شرایطی مدل بندی منطقه ای سیلاب می باشد. بیشترکارهای انجام شده روی حوضه های متوسط وبزرگ می باشد اما گاهی لازم است دبی در حوضه های کوچک تخمین زده شود. معمولا کارهای روی حوضه های بزرگ با یک برون یابی خطی به حوضه های کوچک تعمیم داده می شود و یک توزیع فراوانی برای تمامی حوضه ها با وسعت های مختلف انتخاب می گردد. این روند علیرغم اینکه الگوی های پاسخ هیدرولوژیکی در حوضه های کوچک با حوضه های بزرگ فرق دارد، عمل می شود. حوضه های کوچک معمولا در مناطق مرتفع قرار گرفته اند در نتیجه تجربه نشان داده که دارای بارندگی بالاتر و وتوپوگرافی با شیب بیشتری بوده و از نظر پوشش گیاهی و زمین شناسی متفاوت می باشند. بعلاوه جریان در حوضه های کوچک بیشتر تحت تاثیر مستقیم متغییرهای مکانی و زمانی بارش هستند] cathcart, 2001 [. با توجه به اینکه بیشتر کارهای جدید روی حوضه های بزرگ و دشتی صورت گرفته است و در حوضه های کوچک و مناطقی با مقیاس آزاد نیاز به بررسی بیشتر می باشد [shu & ouarda, 2008]. لذا در این تحقیق تخمین و مدل بندی سیلاب در حوضه های با مقیاس های مختلف و کوهستانی انجام می شود. از سوی دیگر از شبکه های عصبی مصنوعی به کرات در پیش بینی جریان رودخانه و پیش بینی در زمینه های دیگر مانند آب های زیر زمینی، دبی رسوب و غیره استفاده شده اما در رساله حاضر از این مدل هوشمند برای تخمین منطقه ای سیلاب سالیانه و به عبارتی پیش گویی سیلاب سالیانه استفاده می شود که در مرور تحقیقات خلا انجام کارهای پژوهشی در این قسمت واضح است. سالنامه های هیدرولوژیکی، بخصوص در کشورهای در حال توسعه، پر از داده های مفقوده در سری داده ها هستند. اگر از این داده ها در سیستم زمان واقعی تصمیم گیری و کنترل استفاده شوند، فاجعه های جدی ممکن است اتفاق بیفتد [dastorani et al ,2010]. لذا در این تحقیق تاکید بیشتری بر روی تخمین داده های گم شده می شود که می تواند ریشه و منشا خطاهای عمده در مراحل بعدی تحلیل منطقه ای سیلاب باشد. در مرور ادبیات موضوع نیز دیده می شود هر چند کارهای محدودی برای پیش بینی داده های گم شده ماهانه انجام گرفته اما در زمینه تخمین داده های مفقوده دبی سالیانه جای کار اساسی وجود دارد و در نتیجه در این رساله داده های مفقوده سیلاب سالیانه با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی، روش رگرسیون غیر خطی، مدل سری زمانی و روش رگرسیون چند متغیره تخمین زده شده و کارایی این مدل ها و روش ها مورد مقایسه قرار گرفته است. اهم اهداف این رساله را می توان به صورت زیر خلاصه نمود: - بازسازی و تخمین کمبود داده ها یا داده های ناقص دبی حداکثر سالیانه از روشی با کمترین خطا ( اختلاف بین مقادیر واقعی و تخمین زده شده ) - بررسی توانایی شبکه عصبی مصنوعی در تخمین داده های مفقوده دبی حداکثر سالیانه با تعداد کم داده موجود - تخمین داده های مفقوده با مدل سازی هوشمند سری زمانی - مقایسه عملکرد مدل های هوشمند و رگرسیونی در تخمین داده های مفقوده دبی حداکثر سالیانه - کاربرد شبکه عصبی مصنوعی جهت پیش گویی سیلاب سالیانه که از نظر استقلال و خودهمبستگی، عدم قطعیت، نوسانات، روند و دسترسی با جریان های روزانه و ماهانه متفاوت است. - بررسی اثر مقیاس یا مساحت حوضه آبریز بالا دست در دقت تخمین سیلاب - تعیین بهترین روش بازسازی دبی در هرکدام از ایستگاه های موجود در حوضه های مورد مطالعه

تخلیه کننده ها یکی از سازه های جنبی سدها هستند که به دلیل سرعت زیاد جریان در آن ها و کاهش فشار، مشکلاتی نظیر کاویتاسیون می تواند اثرات تخریبی بر روی این سازه ها داشته باشد. لذا با توجه به این مشکلات، طراحی دقیق تخلیه کننده ها ضروری خواهد بود. از آنجا که بررسی های آزمایشگاهی نیازمند صرف هزینه های فراوان است، استفاده از مدل های عددی که قادر به تعیین خصوصیات جریان در تخلیه کننده ها باشد مورد توجه طراحان این امر قرار گرفته است. در مطالعه حاضر تخلیه کننده تحتانی سد جگین با مقیاس 1 به 10 به صورت عددی مدل گردیده و نتایج آن با مقادیر اندازه گیری شده از مدل آزمایشگاهی در موسسه تحقیقات آب با همان مقیاس مقایسه گردید. نتایج نشان دهنده عملکرد مناسب مدل عددی در پیش بینی الگوی جریان است. هدف این تحقیق بررسی تأثیر نسبت عمق به عرض مجرا بر هوادهی و میدان جریان پایین دست دریچه است. برای این کار مدل های عددی متفاوتی متناسب با مدل اولیه در نرم افزار ساخته شد که وجه تمایز آن با مدل اولیه تفاوت در مقدار پارامتر عمق به عرض مجرا بود. این تغییرات در سه حالت عمق ثابت و عرض متغیر، عرض ثابت و عمق متغیر و عمق و عرض متغیر جهت حفظ برابری سطح مقطع کنترل صورت پذیرفت. نتایج نشان می دهد همواره با افزایش عمق و عرض مجرا هوادهی جریان افزایش می یابد. همچنین افزایش عمق و عرض، افزایش سرعت و کاهش فشار را به همراه دارد.

حوضچه های آرامش یکی از معمول ترین سازه های استهلاک انرژی در پایین دست سدها می باشند. اصول کار این حوضچه ها استفاده از پرش هیدرولیکی برای افزایش آشفتگی و اختلاط دو فاز آب و هوا جهت کاهش انرژی جریان می باشد. به علت ماهیت نوسانی جهش هیدرولیکی اجزای جانبی حوضچه ها تحت تاثیر تغییرات زیاد فشار قرار گرفته که این تغییرات می تواند منجر به خرابی ناشی از خستگی و خلا زایی شوند. یکی از اجزای موثر حوضچه های آرامش که می تواند انرژی اولیه را تا حد قابل توجهی مستهلک کند، بلوکهای میانی حوضچه بوده که به علت برخورد مستقیم جت آب به آنها، بررسی و تحلیل میدان فشار پیرامونی جهت جلوگیری از خرابی آنها ضروری می باشد. در این تحقیق یک مدل حوضچه استاندارد تیپ 3 استفاده و با قراردادن پیزومترهایی در داخل چهار بلوک میانی واقع در یک ردیف عرضی، فشار استاتیک و دینامیک اطراف آنها مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای بی بعد فشار شامل میانگین cp، نوسانات c’p و حداکثر مثبت و منفی نوسانات c-p ,c+p برآورد و مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین فرکانس غالب نوسانات فشار با تحلیل طیف انرژی، نیروی وارد بر بلوک، توزیع احتمالات، احتمال وقوع و تاثیر بلوکها بر پارامترهای فشار کف حوضچه مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس یک ردیف دیگر بلوک میانی به حوضچه اضافه شد و موارد بالا و تاثیر آن بر میدان فشار و نیرو بررسی شدند. نتایج حاصل اطلاعات مفیدی در برآورد پتانسیل کاویتاسیون، آنالیز ارتعاش بلوکها و میدان فشار و نیرو اطراف بلوکها در اختیار طراحان قرار می دهد.

در پژوهش صورت گرفته در آزمایشگاه مدلهای هیدرولیکی دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی با طراحی، ساخت و تجهیز مدل آزمایشگاهی به تأثیر غلظت بار رسوبی بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی مانند طول پرش، اعماق اولیه وثانویه، میزان افت انرژی و پروفیل غلظت عمقی در انتهای پرش پرداخته شده است. نتایج حاصل از تحقیق بیانگر اثر گذاری محسوس غلظت بر مشخصات پرش هیدرولیکی در دامنه اعداد فرود بالا می باشد. به نحوی که با افزایش غلظت تا حدود 13 درصد وزنی، به میزان 14 درصد از عمق ثانویه و حدود 12 درصد از طول پرش هیدرولیکی ایجاد شده کاسته می گردد. همچنین با افزایش غلظت میزان افت نسبی انرژی افزایش می یابد. به طوری که بار رسوبی، افت انرژی نسبی پرش هیدرولیکی را به میزان 8 درصد نسبت به آب صاف افزایش داد. همچنین تلاطم ناشی از جهش باعث می شود که توزیع غلظت در انتهای جهش عمودی باشد. در غلظت های بیشتر از 10 درصد وزنی، جریان توان حمل تمام رسوبات را نداشته و در نتیجه سبب ته نشین شدن آنها در ناحیه زیر بحرانی و در پشت دریچه خواهد شد.

در این پژوهش تحلیل جریان در کانال بر اساس روش شبیه سازی مستقیم معروف به dns صورت گرفته است. تحلیل جریان بر اساس روش شبه طیفی ? در شش روش مختلف گسسته سازی زمانی بر پایه دو تکنیک لغزشی و مونولیتیک با دو الگوریتم با گام زمانی ثابت و متغیر انجام شد. همچنین تاثیر الگوهای همانند سازی غیر محذوف(aliased)، حذف همانند سازی در راستای قائم(dealiased y)، حذف همانند سازی در راستای طولی و عرضی (dealiased xz) و حذف کامل همانند سازی در سه راستا (dealiased xyz) در حذف خطای همانندسازی در جریان بررسی گردید. در ادامه پس از استخراج معادلات در فضای فوریه و چبیشف، شش ساختار مختلف معادل با جمله غیرخطی شامل ساختار چرخشی (rotational)، ساختار متقارن انحرافی (skew symmetric)، ساختار انتقالی (convection)، ساختار واگرایی (divergence)، عبارت خطی شده (linearized) و روش متناوب (alternate) معرفی گردید و نتایج حاصل از تحلیل جریان در یک کانال با عنایت به ساختارهای فوق نیز ارائه شد. مطالعه عددی میدان جریان به ابعاد در شبکه ای از نقاط 128×65×128 و عدد رینولدز اصطکاکی re?=175 تحلیل و ارائه گردیده است. نتایج حاصله از تحلیل و مقایسه مقادیر آشفتگی بویژه مقادیر آماری آشفتگی در روشهای مختلف گسسته سازی زمانی نشان می دهد الگوریتم با گام زمانی متغیر و الگوهای اصلاحی حذف همانند سازی منجر به افزایش دقت و کاهش هزینه های محاسباتی به ترتیب در حدود 37% و 33% میگردد. ضمن آنکه انتخاب ساختار جمله چرخشی در مقایسه با پنج ساختار دیگر معادل با جمله غیرخطی بویژه الگوی متقارن انحرافی (با کاهش هزینه های محاسباتی 62%) توصیه می گردد. در ادامه با عنایت به توانایی شبکه عصبی مصنوعی در مدلسازی سیستمهای به شدت غیر خطی، مدل هوشمند آشفتگی برای پیش بینی جریان کانال ارائه گردید. بدین ترتیب آموزش شبکه عصبی bp با الگوریتم لونبرگ- مارکواردت با مجموعه داده های بدست آمده از حلdns با استفاده از دو رویکرد جدید در تعیین تعداد نرونهای لایه پنهان و آموزش چند منظوره برای تحلیل همزمان المانهای بردار سرعت میدان جریان با دستیابی به کارایی 0005/0 و ضریب همبستگی در حدود 98% صورت پذیرفت. با توجه به تردیدهای موجود در دقت اندازه گیری جریان مجاورت جداره در کانال، مدلسازی هوشمند این بخش از میدان جریان با آموزش 20480 نمونه، جداگانه در طول گامهای زمانی انجام پذیرفت. نتایج حاصل از آموزش شبکه در حالات مختلف بیانگر این مساله است که شبکه عصبی مصنوعی نیز همانند روشهای معمول تجربی و عددی دینامیک سیالاتی قابلیت مدلسازی جریانهای آشفته را بخوبی دارا می باشد.

در این پژوهش بخشی از رودخانه کن حدفاصل پل راه آهن تهران-تبریز در بالادست تا بزرگراه آزادگان در پایین دست با استفاده از نرم افزار hec-ras شبیه سازی گردید. هدف از مدلسازی, بررسی تأثیر متغیرهای مختلف هیدرولیکی (از جمله شیب, ضرایب زبری بستر, شکل پایه ها, زاویه حمله جریان اصابت کننده به پل, عرض پایه ها, دانه بندی های مختلف, فاصله دهنه ها, عرض عرشه و فاصله بین دو پل) بر پارامترهای هیدرولیکی پل های موازی (فراآب, سرعت جریان عبوری از پل و عمق آبشستگی)می باشد. این متغیرها در چهار حالت پل یالادست به صورت منفرد,پل پایین دست به صورت منفرد و پل های موازی بالادست و پایین دست به صورت توامان بررسی و مقایسه گردیده است. در غالب موارد پل پایین دست در حالت منفرد و موازی به صورت یکسان عمل نموده و تاثیر حالت موازی بر پل بالادست بیشتر بوده است. دانستن نکات کلیدی در شبیه سازی مدل هیدرولیکی پل ها به ویژه در حالت موازی, نقش موثری در طراحی بهینه و اقتصادی آنها ایفا می نماید.

پیشرفتهای علم و فناوری سد سازی در دهه های اخیر، امکان احداث سدهای مرتفعتر را فراهم کرده است. روند رو به رشد احداث سدهای بزرگ خاکی و بتونی در سالهای اخیر نیز موید این واقعیت است. نکته حائز اهمیت این است که در طراحی این سازه ها و کلیه ملحقات آنها می بایستی اصول مهندسی به طور کامل لحاظ گردد و لازمه این امر نیز شناخت صحیح و کامل از قوانین حاکم و پدیده هایی است که با این علم در ارتباط هستند. در غیر این صورت احتمال بروز خسارات جبران ناپذیری وجود خواهد داشت که علاوه بر تحمیل هزینه های اضافی بر طرح، حتی می تواند سلامت سازه را نیز به مخاطره بیندازد. برای اینکه سدها بتوانند کارایی لازم برای اهداف مهندسی که بر اساس آنها طراحی شده اند را برآورده سازند، نیاز به سازه های هیدرولیکی با اهداف مشخص دارند که یکی از مهمترین این سازه های هیدرولیکی سرریزها هستند. سرریزها از جمله سازه های هیدرولیکی مهمی هستند که برای تخلیه سیلاب استفاده می شوند و در پایداری سدها نقش اساسی ایفا می کنند. سرریز ها باید قادر باشند تا حجم آبی با دبی بزرگترین سیلاب محتمل در حوزه آبریز سد را در مدت زمان کوتاهی تخلیه کنند. یکی از پر کاربردترین سریزها سرریز شوت است که این سرریزها معمولا برای انتقال جریانهای معمولی یا سیل از روی تاج یک سد به سمت بستر رودخانه پایین دست سد استفاده می شوند. به عبارت دیگر سرریزهای شوت در واقع سازه های هیدرولیکی هستند متشکل از کانالهای باز که معمولا برای عبور دادن آب مازاد یا جریان آب ناشی از سیل، که بیشتر از ظرفیت تخصیص داده شده برای مخزن سد می باشد، از دریاچه سد به سمت رودخانه پایین دست ایجاد می شوند. کارکرد این سازه های هیدرولیکی این است که از پایداری سازه ای سد با تلف کردن مقداری از انرژی جریان آب و جلوگیری از خرابی و خوردگی دیواره های دره پایین دست سد که بستر رودخانه را تشکیل می دهند و خرابی آنها ممکن است به پایداری سد آسیب برساند، جلوگیری کنند. بنابراین طراحی هیدرولیکی ایمن سرریزهای شوت، در جلوگیری از حوادث فاجعه بار که ممکن است این سیستم انتقال آب ایجاد کند، از اهمیت زیادی برخوردار است. امتیازهای سرریزهای شوت معمولا عبارتند از طراحی و اجرای ساده، سازگاری مناسب با تقریبا هر شرایطی از فونداسیون و همچنین صرفه اقتصادی. ولی از طرف دیگر، جریانهای با سرعت بالا و دارای سطح آزاد معمولا در این سرریزها بوجود می آیند که باعث ایجاد فشارهای پایین و احتمال وقوع خرابی های ناشی از پدیده کاویتاسیون در کف و دیواره های کانال انتقال می شوند. پدیده کاویتاسیون روند تکرار شونده ایجاد و انفجار حبابها یا حفره ها در داخل یک سیستم سیال به علت نوسانات فشار می باشد. در عمل، در سرریزهای شوت به دلیل وجود عدد فرود و سرعت جریان بالا و وجود نوسانات فشار، خرابی های ناشی از پدیده کاویتاسیون ممکن است اتفاق بیافتد. حفره ها یا حبابهای ناشی از پدیده کاویتاسیون معمولا به علت دو نوع مکانیسم مختلف ایجاد می شوند که عبارتند از کاویتاسیون گازی و کاویتاسیون ناشی از بخار . کاویتاسیون گازی به علت وجود گاز حل نشده در داخل جریان آب و هنگامی که فشار کمتر از فشار اشباع گازها باشد، اتفاق می افتد که این نوع از کاویتاسیون خطری ندارد. در مقایسه، کاویتاسیون ناشی از بخار هنگامی اتفاق می افتد که فشار از فشار بخار آب کمتر شود که این پدیده کاویتاسیون می توان منجر به خرابی شود. حبابهای ایجاد شده ناشی از پدیده کاویتاسیون مخرب در ناحیه ای که پدیده کاویتاسیون اتفاق می افتد، بعد از آنکه توسط جریان به سمت پایین دست حمل می شوند و به نواحی با فشار بالاتر می رسند، در نزدیکی کف بتنی کانال منفجر می شوند و ایجاد موجهای فشاری در سطوح بسیار کوچک در نزدیکی کف کانال می کنند. این روند تکرار شونده ایجاد و انفجار حبابها می تواند به خرابی تدریجی و ناشی از خستگی مصالح کف کانال و در نتیجه کنده شدن تدریجی مصالح بتن کف کانال شود. یکی از روشهای عملی برای از بین بردن پدیده کاویتاسیون یا کاهش دادن خطرات ناشی از این پدیده، استفاده از سیستمهای هوادهی می باشد. علت استفاده از سیستمهای هواده برای جلوگیری از خرابی های ناشی از پدیده کاویتاسیون این است که با اضافه کردن هوای کافی در نزدیکی کف کانال، تراکم پذیری آب در این ناحیه افزایش پیدا می کند که باعث می شود این ترکیب دو فازه آب-هوا بتواند به علت خاصیت ارتجاعی خود، انرژی موجهای فشاری ایجاد شده ناشی از پدیده کاویتاسیون را تلف کرده و این موجها را میرا کند. به عبارت دیگر در مجاورت مرزهای صلب، هوای موجود در جریان به صورت المانهای قابل ارتجاع عمل می کند و باعث اتلاف انرژی ناشی از انفجار حبابها می گردد. به طور دقیقتر باید ذکر شود که هواده موجب می شود که جریان به صورت یک جت از کف سرریز جدا شود تا هوا از سطح زیرین جت نیز وارد آن گردد. بدین ترتیب غلظت هوا در نزدیکی سطح صلب زیاد می شود و از خسارات ناشی از کاویتاسیون جلوگیری به عمل می آید. این امر با طراحی یک سیستم هوادهی شامل طراحی هندسه سازه هواده، مشخصات هیدرولیکی جریان در اطراف و روی هواده و جانمایی و محل هواده ممکن می گردد. پیشرفت کامپیوتر باعث شده است که مسائلی که در گذشته از لحاظ تئوریک پیشرفت زیادی کرده بودند ولی قابلیت بکارگیری عملی آنها به علت عدم وجود یک دستگاه محاسباتی کارآمد وجود نداشت، در سالهای اخیر به صورت کاربردی در علوم مختلف استفاده شوند. یکی از علوم محاسباتی کارآمدی که پیشرفت علوم کامپیوتری استفاده عملی از آنها را فراهم کرده، الگوریتمهای تحلیل عددی قابل برنامه نویسی توسط کامپیوتر می باشند. یک دسته از این الگوریتمهای تحلیل عددی، الگوریتمهای مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) می باشند که امکان حل دسته معادلات پیچیده مشتق جزیی حاکم بر پدیده های دینامیک سیالات را در صورت مشخص بودن شرایط مرزی و اولیه مساله، فراهم می کنند. به علاوه، پیشرفت علوم کامپیوتری در سالهای اخیر باعث شده است که تئوری های کاربردی جدیدی در علوم ریاضیات شکل بگیرند که با استفاده از آنها بتوان مکانیسمهای تفکر انسانی را شبیه سازی نمود که این موضوع منجر به پدید آمدن تکنیکهای هوش مصنوعی شده است. یکی از تئوری های بسیار موثر در تکنیکهای هوش مصنوعی، تئوری فازی می باشد که هدف اصلی آن شبیه سازی کامپیوتری قضاوت انسانی بر اساس تجربیات حاصل از مشاهده رفتار پدیده مورد بررسی و با استفاده از الگوریتمهای قابل برنامه ریزی با کامپیوتر می باشد. در این راستا، سیستمهای فازی یکی از ابزارهای نیرومندی می باشند که تئوری فازی ارائه می کند که این سیستمها در صورت طراحی و آموزش درست، قابلیت تخمین و شبیه سازی هر پدیده ای را با دقت تعیین شده دارند. عملکرد سیستمهای فازی مبتنی است بر یک پایگاه قواعد متشکل از قوانین از پیش تعیین شده که بر اساس تجربه یک موجود خبره از پدیده مورد بررسی جمع آوری شده است و این سیستمها با اتکا به این پایگاه قواعد و بر اساس تئوری های مطرح شده در تئوری فازی، قادرند با دقت معینی رفتار پدیده مورد بررسی را پیشبینی و شبیه سازی کنند. تئوری فازی بر اساس تعریف جامعتری از مجموعه های ریاضی شکل گرفته است و در واقع مجموعه های فازی که اساس تئوری فازی را تشکیل می دهند از ایجاد اصلاحاتی در مجموعه های کلاسیک شکل گرفته اند که این اصلاحات قابلیت مدلسازی قضاوت انسانی و هوشمند را در تئوری فازی فراهم می کنند. در مجموعه های کلاسیک، تعلق یا عدم تعلق به یک مجموعه معنی دارد و حالت بینابینی وجود ندارد. در مقایسه، در مجموعه های فازی تعلق به یک مجموعه با یک درجه تعلق تعریف می شود که توسط تابع تعلق مجموعه فازی بیان می شود. در نتیجه مجموعه های فازی در مقایسه با مجموعه های کلاسیک این انعطاف پذیری را دارند که بتوان با بکارگیری آنها یک قضاوت هوشمند و دقیق را با داشتن اطلاعاتی از رفتار گذشته یک پدیده، از رفتار آینده یا مشاهده نشده آن پدیده ارائه نمود. با استفاده از قابلیتهای انعطاف پذیر مجموعه های فازی، این امکان فراهم شده است که بتوان قضاوت مهندسی مناسب و دقیقی را از یک پدیده با استفاده از یک الگوریتم برنامه نویسی شده توسط کامپیوتر ارائه داد. قابلیتهایی که تئوری فازی در اختیار مهندسین قرار داده باعث شده است که در سالهای اخیر، تئوری فازی در بسیاری از مسائل مهندسی از جمله مهندسی عمران و مکانیک بکار گرفته شود و به خصوص سیستمهای فازی به طور گسترده و موفقی در تخمین رفتار پدیده های پیچیده بکاربرده شده اند. در این راستا، سیستمهای فازی، الگوریتمهای محاسباتی بسیار ارزانتری را در مقایسه با روشهای عددی مرسوم از جمله دینامیک سیالات محاسباتی فراهم کرده اند که می توان با استفاده از آنها مسائل مطرح در مهندسی آب را با صرف زمان و هزینه کمتری در مقایسه با دینامیک سیالات محاسباتی تحلیل نمود. هدف از انجام پایان نامه حاضر این است که یک سری تحقیقات آزمایشگاهی بر روی عملکرد هیدرولیکی هواده ها در سرریز شوت ترتیب داده شود. در این پایان نامه، اندازه گیری های آزمایشگاهی بر روی مقدار هوای ورودی به جریان بوسیله سیستم هواده ارائه شده است. این آزمایشات در آزمایشگاه موسسه تحقیقات آب ایران بر روی مدل هیدرولیکی مقیاس شده سرریز سد داریان انجام شده است. همچنین باید ذکر شود که به منظور تعیین مکان مناسب سیستم هواده در سرریز شوت، ناحیه محتمل برای وقوع کاویتاسیون باید تعیین شود. با این هدف در این پایان نامه یک سیستم فازی آموزش داده شده است برای اینکه بتوان پدیده کاویتاسیون را در سرریز شوت پیشبینی کرد. به منظور آموزش دادن و کنترل کردن سیستم فازی، اطلاعات بدست آمده از اندازه گیری های آزمایشگاهی استفاده شده است. همچنین یک الگوریتم کمترین مربعات برای آموزش دادن سیستم فازی به طوری که سیستم فازی کارایی مطلوب را نشان دهد، استفاده شده است. سیستم فازی ارائه شده دارای توانایی بدست آوردن اندیس کاویتاسیون به ازای دبی های عبوری مختلف سرریز و در مکانهای مختلف در سرریز می باشد. مقایسات انجام شده نشان داده است که کاویتاسیون پیشبینی شده توسط سیستم فازی تطابق خوبی با نتایج اندازه گیری های آزمایشگاهی دارد. در نهایت در این پایان نامه یک رابطه تجربی برای تعیین میزان هوای ورودی به جریان به وسیله سیستم هواده نصب شده ارائه شده است و نتایج حاصل از آن با فرمولهای تجربی دیگر و همچنین نتایج حاصل از اندازه گیری های آزمایشگاهی مقایسه شده است. با توجه به موارد گفته شده، ترتیب مطالبی که در ادامه در پایان نامه حاضر ارائه می شوند به این صورت است فصل دوم پایان نامه به طور خلاصه به جوانب مختلف پدیده کاویتاسیون در سرریزها می پردازد و سعی می شود در این فصل با مطالعه و مرور تحقیقات گذشته، یک جمع بندی درباره رفتار جریان بر روی هواده و مکانیزم هواگیری ارائه شود. در فصل سوم پایان نامه، مدل فیزیکی ساخته شده از سرریز سد داریان که ابتدا بدون نصب سیستم هواده ساخته شده توضیح داده می شود و به ازای دبی های مختلف عبوری از سرریز، عدد کاوتاسیون در نقاط مختلف سرریز محاسبه می شود و همچنین وسایل اندازه گیری مورد استفاده در آزمایشگاه و خطاهای مربوط به آنها توضیح داده می شوند. در فصل چهارم این پایان نامه، سیستمی فازی برای تخمین اندیس کاویتاسیون در مکانهای مختلف مدل فیزیکی سرریز، آموزش داده می شود تا با استفاده از این سیستم فازی بتوان ناحیه ای از سرریز را که احتمال بروز خرابی های ناشی از پدیده کاویتاسیون در آن زیاد است مشخص نمود. برای ایجاد این سیستم فازی، ابتدا پارامترهای ورودی-خروجی سیستم فازی تعریف می شوند و سپس با هدف ساختن پایگاه داده های فازی، مجموعه های فازی در فضای ورودی تعیین می شوند. در مرحله بعدی ساختار کلی سیستم فازی استفاده شده در این پایان نامه بدست آمده و اصول تئوریک استفاده شده برای این کار تشریح می شوند. سپس به کمک یک الگوریتم کمترین مربعات خطای بازگشتی و با استفاده از داده های ورودی-خروجی بدست آمده از نتایج آزمایشگاهی، سیستم فازی برای عملکرد مناسب آموزش داده می شود. در نهایت با استفاده از داده های بدست آمده از اندازه گیری های آزمایشگاهی، سیستم فازی آموزش داده شده کنترل می شود. بعد از مشخص شدن ناحیه محتمل رخ دادن پدیده کاویتاسیون، در فصل پنجم پایان نامه مدل فیزکی ساخته شده از سرریز که در آن در محل وقوع کاویتاسیون سیستم هواده نصب شده است تشریح می شود. در مدل فیزیکی ساخته شده از سرریز با هواده، کارایی سرریز به همراه سیستم هواده بررسی می شود. در نهایت در این فصل، با استفاده از اطلاعات اندازه گیری شده در آزمایشگاه، یک رابطه تجربی برای محاسبه سرعت هوای عبوری از سیستم هواده ارائه می شود. این رابطه تجربی قابلیت بدست آوردن سرعت هوای گذرنده از سیستم هواده را با داشتن سرعت آب گذرنده از لبه رمپ هواده و زاویه جت آب در محل لبه رمپ هواده با افق، دارد. همچنین نتایج حاصل از رابطه تجربی بدست آمده، در این فصل با نتایج آزمایشگاهی و چند فرمول تجربی دیگر مقایسه می شود. در نهایت در فصل ششم، بعد از ارائه یک جمعبندی از مطالب مطرح شده و نتایج بدست آمده در این پایان نامه، پیشنهاداتی برای ادامه تحقیقات انجام شده در این پایان نامه، آورده شده است.

یک روش جدید در ساخت موج شکن های توده سنگی، استفاده از ژئوتکستایل تیوب در مغزه این سازه ها می باشد. هدف این پایان نامه بررسی آزمایشگاهی بالاروی امواج منظم و نامنظم بر روی این نوع از موج شکن ها می باشد که در نهایت منجر به ارائه روابط تجربی جدید بر اساس داده های آزمایشگاهی گردیده است. این روابط تجربی نسبت بی بعد بالاروی به ارتفاع موج شاخص را بر حسب پارامتر بی بعد تشابه شکست موج به صورت رابطه توانی بیان می کنند. کلیه آزمایش ها در آزمایشگاه مدل هیدرولیکی دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی انجام گرفت. در این تحقیق 3 مقطع موج شکن با هسته ژئوتکستایل تیوب با مقیاس 1:15 در فلوم موجی به عرض 30 سانتیمتر و ارتفاع 45 سانتیمتر مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج بالاروی حاصل از امواج منظم و نامنظم به طور جداگانه با روابط تجربی سایر محققینی که بر روی بالاروی موج در موج شکن های توده سنگی معمولی مطالعه کرده اند، مقایسه گردید و مشخص شد که در حالتی که لایه فیلتر بر روی ژئوتکستایل تیوب وجود دارد نسبت بی بعد بالاروی در مقایسه با متوسط نتایج سایر محققین تا 25% افزایش می یابد که این عدد در شرایط حذف لایه فیلتر تا 50% افزایش می یابد. این افزایش حداکثر بالاروی همواره در امواج با پارامتر تشابه شکست بیش از 4 رخ می دهد (?>4). در مجموع با تجمیع داده های هر 3 مقطع موج شکن ملاحظه می شود نسبت بی بعد بالاروی در مقایسه با متوسط نتایج سایر محققین تا 35% افزایش می یابد لذا پیشنهاد می گردد در طراحی ارتفاع آزاد موج شکن های دارای هسته ژئوتکستایل تیوب، برای یک موج شاخص مقدار بالاروی نسبت به موج شکن های معمولی حداقل 35% بیشتر در نظر گرفته شود.

بررسی روش های توسعه کم اثر بر رواناب شهری

کشور ایران در توزیع وقوع بلایای طبیعی ناشی از سیلاب جزء مناطق پرخطر و آسیب پذیر است. رویکردهای سنتی مقابله با سیلاب که عمدتا ماهیت سازه ای دارند، کارایی خود را از دست داده و رویکردهای نوین که بر کاهش عواقب ناشی از سیلاب تاکید دارند در حال گسترش می باشد. در مدیریت ریسک سیلاب برای رسیدن به توسعه پایدار دو روش مقاومتی و انعطاف پذیری وجود دارد. انعطاف پذیری را می توان به عنوان توانایی نواحی سیل زده در مقابل سیلاب به وسیله بازیابی یعنی بازگشت به شرایط طبیعی قبلی خود تعریف نمود. از طرف دیگر مقاومت، توانایی دوام آوردن سیستم در مقابل اغتشاش بدون هیچ واکنشی می باشد. برای کمی سازی مفهوم انعطاف پذیری که باعث افزایش تحمل سیستم فیزیکی-اقتصادی-اجتماعی در معرض سیلاب می شود، شاخص هایی توسط محققین قبلی تعریف شده است. سیستم های تصمیم گیری چند معیاره به عنوان ابزاری برای اولویت بندی استراتژی های انعطاف پذیر مختلف که در مدیریت سیلاب مطرح شده، مورد استفاده قرار می گیرد. در تصمیم گیری چند معیاره با ارزیابی شاخص های موجود در هر یک از استراتژی ها، سناریو یا استراتژی ها رتبه بندی می شوند. در مطالعه موردی حاضر، بازه ای از حوضه آبریز گرگانرود از پایین دست سد گلستان یک تا پایین دست شهر گنبد را شامل می شود. هفت استراتژی مدیریتی توسط چند روش گوناگون از سیستم های تصمیم گیری چند معیاره با هم مقایسه و رتبه بندی می شود. به منظور تحلیل تغییر نتایج در اثر عدم قطعیت های موجود در مقادیر، تحلیل حساسیت روی نتایج انجام شده و الویت بندی نهایی ارایه شده است. هفت استراتژی متفاوت شامل استراتژی سازه ای و غیر سازه ای توسط روش های تصمیم گیری چند معیاره و از نظر انعطاف پذیر ی و با شاخص های انعطاف پدیری مقایسه و اولویت بندی شد ه اند. با اولویت بندی استراتژی ها توسط روش های تصمیم گیری چند معیاره ، استراتژی کانال انحراف (رودخانه سبز) به عنوان مناسب ترین گزینه از نظر انعطاف پذیر ی انتخاب شد ه است.

با توجه به مشکلات بوجود آمده از رویدادهای گرد و غبار ورودی از مرزهای غربی کشور و تأثیر آن بر بخشهای مرکزی کشور، ضرورت بررسی این رویدادها بیش از گذشته افزایش یافته است. با توجه به اینکه این رویدادها دارای مقیاس منطقه ای بوده و منابع گرد و غبار این رویدادها اغلب خارج از ایران و در کشورهای همسایه غربی و جنوب غربی ایران وجود دارند، این تحقیق روی رویدادهای با منشا همسایگان غربی و جنوب غربی ایران متمرکز شده است. با همین دیدگاه، برای مطالعه این رویدادها از داده ها، اطلاعات و ابزارهایی که قابلیت استفاده در مطالعه ای با ابعاد منطقه ای را دارند استفاده گردیده است. با عنایت به موضوع این تحقیق از شبیه سازی عددی بعنوان ابزاری برای بررسی زمان وقوع، شدت، مدت و ابعاد مختلف رویدادهای گرد و غبار استفاده گردیده است. با مقایسه مدلهای مختلف مدل wrf-dumo با توجه به فاکتورهای موردبحث بعنوان مدل مناسب برای شبیه سازی این تحقیق انتخاب شده و در مطالعه رویدادهای گرد و غبار منطقه خاورمیانه مورد استفاده قرار گرفته است. نظر به اینکه کاربرد مدل مورد نظر برای منطقه مورد مطالعه نیازمند تهیه داده ها و اطلاعات ورودی لازم مختص به منطقه مورد مطالعه می باشد، سعی گردید تا حد امکان داده های مختص به منطقه خاورمیانه بصورت اختصاصی تهیه و تنظیم گردد.. همچنین برای افزایش شناخت ماهیت جوی توفانهای گرد و غبار منطقه خاورمیانه، آنالیز اتمسفریک مهمترین توفانهای گرد و غبار سالهای اخیر این منطقه انجام گردید و حالتهای مختلف این توفانها شناسایی شد. با استفاده از مدل wrf-dumo و داده های اختصاصی تهیه شده نظیر منابع مستعد گرد و غبار، بافت خاک منطقه و شاخص سطح برگ مدلسازی عددی رویداد گرد و غبار جولای 2009 انجام گردید و خروجی مدل با استفاده از داده های مشاهداتی مورد صحت سنجی قرار گرفت. بررسی نتایج مدل عددی در برآورد مقدار انتشار گرد و غبار در منطقه مورد مطالعه نشان داد لازمست نرخ انتشار محاسبه شده توسط مدل تدقیق گردد. با بررسی همزمان خواص معدنی خاک منطقه مورد مطالعه و همچنین کد مرجع مورد استفاده در مدل مشخص گردید، از عوامل موثر در تصحیح مقدار انتشار، تأثیر نمک خاک در این مدل لحاظ نشده است . با بررسی جنس خاک منطقه مورد مطالعه و استفاده از تصاویر ماهواره ای و تکنیکهای سنجش از دور، نقشه پراکندگی نمک برای منطقه تهیه گردیده و مدل به شکلی ارتقاء یافت که توانایی ملحوظ کردن نمک را در محاسبه نرخ انتشار داشته باشد. با اعمال اصلاحات در مدل، نتایج مجددا صحت سنجی شده و تطابق مناسبی پدیدار گردید. با استفاده از مدل ارتقا یافته مدلسازی رویداد مورد بررسی این تحقیق مجددا انجام گردید. نتایج این تحقیق توانایی ارائه اطلاعات کمی در مباحث مختلف رویدادهای گرد و غبار مانند انتشار گرد و غبار، فرونشست ذرات در ایران و همچنین بار گرد و غبار معلق و زمان ماندگاری این ذرات در جو منطقه مورد مطالعه را دارا می باشد. استفاده از سنجش از دور در تهیه نقشه نمک منطقه مورد مطالعه و همچنین اثبات اهمیت در نظرگیری نمک در فرآیندهای انتشار در منطقه خاور میانه و غرب آسیا از دیگر دستاوردهای تحقیق می باشد.

با شهری شدن حوضه های آبریز، مخاطرات سیلاب های شهری و پتانسیل تخریبی آنها بیشتر شده و همچنین آلودگی های سیلاب بیشتر شده که این خود خطری برای آلودگی منابع آب محسوب می شود. در دو دهه اخیر رویکردهای مدیریتی نوین سیلاب شهری شکل گرفته است که نگاه بسیار ریزبینانه ای نسبت به مسئله محیط زیست دارند. علاوه بر اهداف کیفی، این رویکردها نگاه ویژه به مسئله کمی سیلاب و جمع آوری رواناب در نزدیکی منبع ایجاد آن دارند. هدف این پایان نامه بررسی و مطالعه سیستم های زیست ماند و جوی باغچه به عنوان دو راهکار مدیریتی نوین سیلاب شهری، با توجه به مسئله محیط زیست و اثر آنها بر روی حجم رواناب، حجم طغیان و پیک دبی سیلاب است. محل مورد مطالعه خیابان ولیعصر تهران حد فاصل چهارراه پارک وی تا میدان ونک است که این سیستم ها را در محل های مناسب جانمایی کرده و مدل ایجاد شده با استفاده از مدل swmm در دو حالت وضع موجود و هنگامی که از زیست ماندها و جوی باغچه استفاده کرده ایم، تحلیل می نماییم. نتایج این پژوهش نشان می دهد که استفاده از سیستم های زیست ماند در حجم رواناب را در حدود 11% ، حجم طغیان برای بارش 2 ساله با مدت 6 و 24 ساعت را به ترتیب در حدود 24% و 100%، حجم طغیان برای بارش 5 ساله با مدت 90 دقیقه، 6 و 24 ساعت را به ترتیب در حدود 29%، 12% و 21% کاهش می دهد. زیست ماندها تاثیر بیشتری بر کاهش دبی پیک برای بارش های با شدت بیشتر و مدت کمتری دارند. استفاده از جوی باغچه ها تاثیری بر حجم رواناب، حجم طغیان و دبی پیک ندارد. همچنین پس از بهینه کردن سیستم جمع آوری رواناب شهری مشاهده گردید که استفاده از سیستم های زیست ماند می توانند حجم خاکبرداری کانال ها را در حدود 6% کاهش دهند در حالی که این مقدار برای جوی باغچه ها در حدود 3% است.

آبشستگی زیر لوله های مستغرق،پدیده ای مخرب است که در اثر اندرکنش جریان،لوله و بستر فرسایش پذیر به وجود می آیدو لوله را در طول های قابل توجه،بدون تکیه گاه،رها می کند-عامل اصلی توسعه ی این نوع حفره ها،جریان های گردابی پایین دست لوله است.در این پایان نامه علاوه بر مطالعه ی مدل آزمایشگاهی لوله و بستر،اثر وجود یا عدم وجود پوشش گیاهی روی حفره آبشستگی ،بررسی و پارامترهای موثر روی آن ها تحلیل شده است و نتایج نشان می دهند که وجود پوشش گیاهی ،به دلیل بالا بردن مقاومت جریان و نیروی درگ اعمال نموده بر روی جریان،به طور موثری از شدت آبشستگی می کاهد.

سرریز ها از مهم ترین و حساس ترین بخش در سازه سدها می باشند که وظیفه تخلیه دریاچه سد درمواقع اضطراری و سیلابی را بر عهده دارند. با وجود اینکه مطالعات زیادی برای شناخت مشخصات جریان بر روی سرریزها انجام شده است، اما اطلاعات اندکی در مورد جریان فوق بحرانی پایین دست پایه های مستقر روی سرریز شوت و اثر پایه دریچه بر آن موجود است. دراثر برخورد جریان و پایه های دریچه های مستقر در سرریز، جریان فوق بحرانی موجی، شکل می گیرد که به آن جریان بالی شکل یا دم خروسی می گویند. حاصل این جریان فوق بحرانی برروی سرریز مورد بررسی، سه موج عرضی است که اولی پایین دست پایه، دومی وسط سرریز و سومی روی دیوار سرریز شکل می گیرد .این پدیده، میدان جریان پایین دست را تحت تاثیر قرار داده و شرایط نامتعادل هیدرولیکی روی سرریز را باعث می شود. بررسی های انجام شده نشان می دهد که ارتفاع امواج روی دیواره شوت می تواند به بیش از 2 برابر عمق متوسط آب رسیده و از دیواره سرریز خارج شود. بنابراین ارتفاع امواج روی دیواره، طرح دیوارهای کناری شوت را تحت تاثیر قرار داده و از این لحاظ پروفیل امواج بالی شکل روی دیواره نیز اهمیت می یابد. در تحقیق حاضر به صورت آزمایشگاهی و عددی به بررسی تاثیر پایه دریچه بر میدان جریان بالی شکل پرداخته شد. بررسی-های آزمایشگاهی بر روی مدل فیزیکی سرریز سد خیرآباد خوزستان که در موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو ساخته شده است، انجام گرفته است و ملاحظه شد عدد فرود جریان و بازشدگی دریچه ها تاثیر قابل ملاحظه ای بر این امواج دارند. در بررسی آزمایشگاهی هیـدرولیک جریان و عملکرد بازشدگی دریـچه های مخـتلف سرریز شوت به صورت متقارن و با درصد بازشدگی مختلف بر نحوه شکل گیری امواج بالی شکل روی سرریز ارائه شده است. مشخصه های جریان اعم از مقاطع عرضی و طولی، فشار پیزومتریک، ضریب نوسانات فشار دینامیکی برای امواج فوق در حالات بازشدگی مختلف دریچه های سرریز و با درصد بازشدگی متفاوت بررسی شده است. سپس مدل هیدرولیکی سرریز خیرآباد در نرم افزار flow-3d شبیه سازی شد و پس از صحت سنجی با ازای هندسه های مختلف پایه، شرایط میدان جریان شبیه سازی شد و مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. در نهایت هندسه ای بهینه برای پایه سرریز ارائه شد. همچنین بررسی عملکرد مختلف دریچه ها به صورت شبیه سازی عددی نیز مورد بررسی قرار گرفت و خیزاب هریک از امواج سه-گانه ی معرفی شده در دو عدد فرود بررسی شد و نشان داده شد که خیزاب امواج تابعی از عملکرد دریچه ها و عدد فرود ورودی به سرریز می باشد. در ادامه ی بررسیِ عددی، انرژی مستهلک شده بوسیله ی امواج بالی شکل مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که تعداد پایه و عدد فرود جریان ورودی به سرریز تأثیر مستقیم بر افزایش درصد استهلاک انرژی جریان دارند. همچنین نشان داده شد سهم موج 1 در درصد استهلاک انرژی بیشتر از دو موج دیگر می باشد.

در این تحقیق جت ثقلی منفی با اعداد فرود دنسیمتریک پایین بین 8/2 و 7/4 تخلیه رو به پایین در یک کانال آب در جریان، با استفاده از نرم افزار انسیس cfx مدل سازی شده است. در مجموع 25 مدل با زوایای نازل 45 و 90 درجه نسبت به افق و پنج نسبت متفاوت سرعت اولیه جت به سرعت جریان اصلی بین 9 و 3/3 با چهار مدل رفتاری متفاوت k ?، sst، bsl و ssg مدل سازی شده است و نتایج شامل سه مقایس طولی از مسیر جت: 1- حداکثر عمق نفوذ، 2- فاصله افقی سر نازل تا مکان هندسی حداکثر عمق نفوذ و 3- فاصله افقی سر نازل تا نقطه تماس می باشد. بررسی صحت مدلسازی، با مقایسه نتایج مذکور با نتایج مدل آزمایشگاهی ساخته شده توسط حاجی کندی و برجسته ملکی انجام شده است، با توجه به نتایج بدست آمده از مدلهای رفتاری مذکور مشاهده می شود که نزدیک ترین نتایج را نسبت به نمونه آزمایشگاهی از مدل k ? بدست می آید همچنین بر اساس مدل k-? برای زوایای 90 و 45 درجه معادلات ذیل جهت محاسبه عمق نفوذ (z) بر اساس فاصله افقی از سر نازل (x) در مرز پایینی جت پیشنهاد می شود؛ برای z=11.666 x^2/(d_j ?fr?_d r^0.5 )-4.767x ? = 90? برای ? = 45? z=0.776 x^2/(d_j ?fr?_d r^0.5 )-0.8932x