سیل از زیان بارترین انواع بلایای طبیعی در ایران و دیگر بخش های جهان هستند که سالانه تلفات جانی و خسارات مالی زیادی به اراضی و تأسیسات حاشیه رودخانه ها وارد می کند. طبق گزارش وزیر نیرو در کنفراس ملی مدیریت سیلاب های شهری (تهران، 1389)، میزان خسارات ناشی از سیل در ایران سالانه بطور متوسط افزون بر 1500 میلیارد ریال می باشد. با کاهش اثرات مخرب سیل، تلفات جانی و خسارات مالی را می توان تا حد قابل قبولی کم نمود. اقدامات کنترل سیل به دو گروه اقدامات سازه ای و غیرسازه ای قابل تقسیم است. در حالت کلی کنترل کامل یا مدیریت خسارت سیل، همیشه از طریق اقدامات سازه ای بدلیل محدودیت های اقتصادی، تکنولوژیکی، محیط زیستی و اجتماعی عملی نمی باشد. بنابراین غالباً اقدامات غیرسازه ای مانند پیش بینی و هشدار سیل جهت اتخاذ بهترین تصمیمات و انتخاب راه های مناسب برای مقابله با سیلاب نقش مهمی را در کاهش تلفات بازی می کنند، بخصوص در مواقعی که اقدامات سازه ای بسرعت قابل اجرا نباشد. در حالی که برنامه ریزی، طراحی، اجرا و بهره برداری در اکثر اقدامات سازه ای می تواند با استفاده از مکانیزم های معین انجام شود اقدامات غیرسازه ای مخصوصاً پیش بینی و هشدار سیل پیچیده بوده و تعریف مشخصی ندارند. پر واضح است که وجود خطای انسانی در این میان می تواند نقش مهمی در کاهش اعتبار تصمیمات اخذ شده داشته باشد. از اینرو اتخاذ تصمیمات مناسب نیازمند پشتیبانی این تصمیمات توسط نتایج حاصل از مدل های ریاضی و اتکا آنها بر روش های مدلسازی می باشد. چنین تصمیماتی از آغاز تا پایان، می تواند با استفاده از سیستم های پشتیبان تصمیم (dss) انجام گیرد. در سالهای اخیر با پیشرفت علم کامپیوتر و گسترش فناوری اطلاعات در حوزه های مرتبط با علوم آب، این تمایل در محققین بوجود آمده که اتخاذ چنین تصمیماتی را بطور مکانیزه و خودکار انجام دهند. در تحقیق حاضر یک سیستم پشتیبان تصمیم با استفاده از برنامه mike flood watch، برای پیش بینی و هشدار سیل و درنتیجه کاهش خسارات جانی و مالی در حوضه ی چم نظام رودخانه ی مارون بهبهان طراحی شده است.

یکی از مهمترین مسائلی که در زمینه ی مطالعات منابع آب مطرح است، پیش بینی عمق، دبی و دیگر مشخصات جریان ناپایدار در نقاط کلیدی رودخانه های طبیعی است که با عنوان روندیابی سیل نامگذاری می شود. روندیابی سیل در طراحی سازه هایی که در محدوده سیلاب قرار دارند، طراحی و بهینه سازی مخازن و هم چنین کاهش خسارتهای وارده به شهرها و تاسیسات مجاور رودخانه ها، نقش به سزایی دارد. روش های روندیابی به دو گروه کلی شامل روندیابی هیدرولوژیکی و روندیابی هیدرولیکی تقسیم بندی می گردند. در روندیابی هیدرولوژیکی به کلی از معادله اندازه حرکت صرف نظر و تنها از معادله پیوستگی در یک بعد استفاده میشود و این در حالی است که در روندیابی هیدرولیکی از معادله پیوستگی و تمام یا قسمتی از معادله اندازه حرکت بهره گرفته می شود . با در نظر گرفتن فرم کامل معادله اندازه حرکت معادله ی سنت – ونانت حاصل می گردد که حل تحلیلی ندارد و می بایست از روشهای عددی مانند: روش خطوط مشخصه، روش های تفاضل محدود، روش های حجم محدود استفاده کرد. در این پایان نامه به صورت جزیی تر به بررسی روش ضمنی چهار نقطه که یکی از روش های تفاضل محدود به شمار می آید و به گواه بسیاری از منابع مرجع از دقت و سرعت قابل قبولی برخوردار است، پرداخته می شود . حال اگر در روندیابی هیدرولیکی تعدادی از جملات معادله مومنتم مورد استفاده قرار گیرد روندیابی حاصل با عنوان روندیابی تقریبی خوانده می شود. روند یابی هیدرولیکی تقریبی خود به سه روش : موج پخشیدگی، موج کینماتیکی و موج دینامیکی دسته بندی می شود . در بسیاری از مسائل عملی می توان از جملات شتاب به دلیل کوچک بودن آنها در مقایسه با دیگر جملات معادله سنت- ونانت صرف نظر کرد که در نتیجه ترکیب معادلات به حالت ساده شده موج دیفیوژن تبدیل می گردد. در سال های اخیر با توجه به نتایج قابل قبول این روش در روندیابی سیل و همچنین در نظر گرفتن مسائل ناشی از پدیده پس زنی آب (1)، استفاده از مدل موج دیفیوژن در روندیابی جریان های ناپایدار کاربرد روز افزون پیدا کرده است. به همین دلیل و دلایل دیگری که در فصول آتی به آن پرداخته می شود در این پایان نامه به بررسی روش موج دیفیوژن می پردازیم. شایان ذکر است که در این پایان نامه به صورت موردی به بررسی سیلاب های رودخانه کارون در بازه ملاثانی– اهواز پرداخته می شود. با توجه به مطالعات گسترده ای که در این بازه انجام گردیده است می توان گفت دلایلی که تکرار یا تجدید مطالعات هیدرولوژی در هر منطقه را موجه جلوه می دهد عبارتند از: 1- افزایش طول دوره آماری موجود نسبت به زمانی که مطالعات قبلی انجام پذیرفته است. 2- دستیابی به اطلاعات و داده های دقیق تر با گذشت زمان 3- پدید آمدن روش های محاسباتی دقیق تر و کامل تر 4- اهداف اختصاصی و نیازهای ویژه مطالعاتی طرحهای جدید و کمبود یا عدم پرداخت مطالعات قبلی به جنبه های خاص و مورد نظر طرحهای جدید

بهینه سازی سیسمتهای واقعی منابع آب به دلیل عدم قطعیت در جریانهای ورودی به مخازن سدها دارای پیچیدگیهایی است که در بیشتر موارد با روشهای بهینه سازی معمول امکانپذیر نبوده و یا انجام آن به لحاظ اقتصادی توجیهی ندارد. به همین دلیل محققین در این زمینه به دنبال استفاده از روشهای بهینه سازی کاوشی همچون الگوریتم ژنتیک بوده اند. در این پایان نامه بر اساس دبیهای ورودی به مخزن سد کرج و نیازهای آبی پایین دست آن (شرب و کشاورزی) و مسأله تبخیر، مقدار بهینه حجم مخزن، در قالب مدل آبدهی تعیین می گردد. به منظور بررسی شرایط مختلف جریان ورودی، بر اساس توزیع احتمالاتی حاکم بر آنها، به وسیله زنجیره مارکوف چندین سری زمانی دبی ورودی تولید می شود. سپس به ازاء حالات خاص سریها (خشک و مرطوب) مقدار بهینه حجم مخزن سد نیز تعیین می گردد. سیاستهای استخراج شده به روشهای dp و ga که با رویکرد حداقل سازی مجموع انحرافات از نیاز پایین دست، برای حالات مختلف حجم به دست آمده اند شبیه سازی می شود و نتایج ماههای شکست و شاخصهای عملکردی برای همه حالات جریان ورودی بررسی و مقایسه می گردند. تعداد زیاد شکست، عدم کفایت حجم مخزن با وجود نیازهای فراوان پایین دست و دبیهای ورودی حتی در حالت مرطوب ترین سری تولید شده را نشان می دهد.

نیروی زلزله، بارگذاری بیش از ظرفیت سازه، ترک خوردگی، فرسودگی مصالح و سایر رخدادهای غیر قابل پیش بینی در طول دوره عمر یک سازه از جمله موارد غیر قابل اجتنابی است که باعث تغییر شرایط محیطی در یک سازه می گردند و سلامت آن را مورد تهدید قرار می دهند. از آنجا که این رخدادها باعث کاهش طول عمر مفید سازه می شوند، شناسایی آسیب در سازه، پیش از رسیدن آن به حالت بحرانی از اهمیت بسیاری برخوردار است. این موضوع بخصوص درسازه های مهم نظیر سد ها که هرگونه خرابی در آنها علاوه بر ایجاد هزینه های گزاف مادی ، تلفات جانی بسیاری را نیز تحمیل می کند از اهمیت بیشتری برخوردار می باشد. روش های پایش سلامت سازه ها ،shm(structural health monitoring) موضوع تحقیقات بسیاری در سال های اخیر بوده است. هدف کلی روش های مذکور بدست آوردن ارزیابی دقیقی از شرایط فعلی سازه در هر لحظه از زمان بهره برداری می باشد، به نحوی که تصمیم گیری صحیح نسبت به بازسازی و نگهداری سازه را قبل از وقوع خرابی فاجعه بار امکان پذیر سازد. این روش ها معمولا بر پایه گردآوری اطلاعاتی هستند که از رفتارسازه بدست می آیند و هرگونه تغییر درپاسخ سازه را که در نتیجه تغییر در شرایط محیط (تغییر در دما،جابجایی،سرعت،شتاب،کرنش،تنش و انحنا و...) ایجاد می شود شناسایی می کنند. از طرفی نداشتن اطلاعات کافی از پاسخ سازه قبل از خرابی و به عبارت دیگر عدم اطلاع از مشخصات سازه سالم باعث شده تا تحقیقات جدیدتر پایش سلامت سازه ها بر پایه ارائه روش هایی قرار گیرد که نیاز کمتری به پاسخ سازه سالم دارند و یا حتی بدون داشتن پاسخ سازه سالم، انجام این پایش را امکان پذیر می سازند. روش ارائه شده در این مقاله بر اساس روش آنالیز موجک است که با استفاده از داده های حاصل از آنالیز مودال سد قوسی و بدون نیاز به مدل سازه سالم، خرابی را در بدنه سد با دقت بسیار بالایی تشخیص می دهدبدین منظور مدل سد کرج به عنوان مطالعه موردی به روش المان محدود تحت آنالیز مودال قرار گرفته و نتایج حاصل به عنوان داده های ورودی آنالیز موجک استفاده گردید و نهایتا محل خرابی های مختلف مانند ترک ، تعیین شد.

شبکه های توزیع و خطوط انتقال آب به منظور تأمین آب مورد نیاز مصرف مردم در سطح شهرها، روستاها، مراکز صنعتی و غیره طرح و اجرا می شوند. در هر سیستم توزیع آب، تلفات به دو صورت فیزیکی و غیر فیزیکی و به علل مختلفی از جمله استهلاک اجزاء شبکه، خوردگی لوله ها، قطع اتصالات، ضربه، رانش ها و نشست های زمین و غیره به وقوع می پیوندد که این امر سبب هدر روی بخش عظیمی از سرمایه های ملی و مالی هر کشور در عصر بحران آب می گردد. اساسی ترین اقدام در راه کاهش میزان تلفات آب، شناسایی دقیق و به موقع علل و محل وقوع شکستگی ها و نشت ها در سیستم های توزیع آب می باشد. در این تحقیق به منظور ردیابی نشت در شبکه های توزیع آب ، روشی مبتنی بر مدل سازی هیدرولیکی و حل معکوس معادلات جریان، جهت پیش بینی محل و میزان نشت موجود در شبکه های توزیع آب با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی، با داشتن مقادیر اندازه گیری شده فشار در تعدادی از گره های شبکه، معرفی می گردد. لازم به ذکر است که در شناسایی لوله های مشکوک به نشت ، جریان آب بصورت ماندگار مدل می شود.

یکی از اهداف ساخت سدهای مخزنی ذخیره کردن آب توسط مخزن می باشد. برای طراحی یک سد و تعیین حجم مخزن و ارتفاع سد، اولین گام تعیین تراز نرمال سد است. هر چه تراز نرمال یک سد بالاتر باشد، حجم آب ذخیره شده در آن افزایش یافته و درآمدهای حاصله از ساخت سد افزایش می یابد. از طرف دیگر با افزایش تراز نرمال سد، ارتفاع سد هم افزایش یافته و هزینه های ساخت سد افزایش می یابد. بنابراین تعیین تراز نرمالی که در آن بیشترین نسبت سود به هزینه به دست آید از اهمیت زیادی برخوددار است. هزینه احداث سیستم تخلیه سیلاب جزو هزینه های عمده احداث یک سد مخزنی است. هر چه طول سرریز بیشتر باشد، هزینه احداث سیستم تخلیه سیلاب بیشتر شده ولی ارتفاع سد کاهش یافته و هزینه احداث سد مخزنی کاهش می یابد. با توجه به تاثیر مستقیم هزینه ساخت سرریز در هزینه احداث سد مخزنی برای تعیین رقوم نرمال بهینه لازم است طول سرریز نیز به طور همزمان بهینه گردد. در این پایان نامه برای محاسبه تراز نرمال سد مخزنی یک مدل شبیه سازی تهیه شده است. در این مدل با در نظر گرفتن دو پارامتر رقوم نرمال و طول سرریز طراحی های هیدرولیکی انجام شده و پس از ارزیابی های اقتصادی لازم نسبت درآمد به هزینه ناشی از ساخت سد مخزنی محاسبه می گردد. سپس با ترکیب مدل شبیه سازی تهیه شده با یک مدل بهینه سازی، رقوم نرمال و طول سرریز بهینه سد تعیین می شود.

ارزیابی سلامت سازه های بتنی غیرمسلح، از قبیل سدهای بتنی، نیازمند پیش بینی دقیق ترک خوردگی است. توسعه یک مدل رفتاری مناسب برای مصالح و یک روند محاسباتی قابل اعتماد برای تحلیل ترک خوردگی در بتن به یک چالش و نیاز ضروری بدل گشته است. تحقیقات زیادی بر روی رفتار غیرخطی بتن در فضای دوبعدی و سه بعدی صورت گرفته است. در فضای سه بعدی، فرض های ساده کننده زیادی وجود دارند که منجر به پیش بینی های غیر دقیق می شوند. در تحقیق حاضر، از مفهوم مکانیک شکست غیرخطی و مدل ترک پخشی چرخان برای مدل سازی شکست کششی بتن در شرایط بارگذاری استاتیکی و دینامیکی استفاده شده است . مدل پیشنهادی شامل جنبه های مختلفی برای شبیه سازی رفتار غیرخطی بتن در کشش در سدهای وزنی بتنی می باشد و شامل رفتار پیش از نرم شدگی، شروع نرم شدگی و تاثیر سرعت بارگذاری تحت بارهای دینامیکی می باشد. این مدل تنها به خصوصیات پایه ای مصالح از قبیل مدول الاستیسیته، نسبت پواسون، مقاومت کششی و انرژی مخصوص شکست نیاز دارد. یکی از مهم ترین مزیت های مدل به کار گرفته شده، عمومیت آن در خصوصیات ناهمسانگرد المان شکست خورده می باشد که در آن نرم-شدگی می تواند در هر یک از جهت های اصلی آغاز شود. مزیت دیگر این مدل ضریب نگهداشت برش متغیر آن است که با توجه به رابطه آن با کرنش های اصلی مربوطه در هر مرحله به هنگام می شود. رفتار بتن در فشار الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. فرض شده است که بتن ماده ای همگن است، یعنی کاهش مقاومت در طول درزهای ساختمانی افقی حین اجرا در نظر گرفته نشده است. سد کوینا با در نظر گرفتن تاثیرات اندرکنش سد ومخزن، برای صحت سنجی رفتار دینامیکی مدل به کار رفته مورد تحلیل قرار گرفت. مشخص شد که کاربرد این مدل نتایجی منطقی در بر خواهد داشت و پروفیل ترک به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مطابقت خوبی دارد. نهایتا با استفاده از مدل غیرخطی مورد استفاده، سد پاین-فلت مشتمل بر اندرکنش سد و دریاچه مورد تحلیل واقع شد. پروفیل ترک به دست آمده با کانتور تنشهای اصلی ماکزییم تطابقت دارد و هیچ گونه ناپایداری عددی در طول تحلیل مشاهده نشد.

تحقیق انجام شده، شبیه سازی انتقال رسوب در رودخانه دز به وسیله مدل های شبه دوبعدیgstars 2.1 و یک بعدی hec-ras 4.0 می باشد. در این پژوهش، مدل ها توسط تئوری های مختلف انتقال رسوب اجرا شد، تا علاوه بر اینکه نتایج حاصله با داده های آماری مقایسه و بهترین رابطه برای برآورد بار کل رسوب رودخانه مشخص شود، خروجی های دو مدل نیز با هم مقایسه شود، و تفاوت میان یک مدل شبه دوبعدی و یک مدل یک بعدی، نیز مشخص شود. هر دو مدل پس از واسنجی ، صحت سنجی نیز شدند. نتایج نشان می دهد که برای شبیه سازی، مدل شبه دوبعدی gstars 2.1 بسیار کارآمدتر از مدل یک بعدی hec-ras 4.0 می باشد. برای هر دو مدل ضریب مانینگ 045/0 و دمای آب 20 درجه سانتی گراد بهترین نتایج را نشان می دهد. در میان فرمول های محاسبه انتقال رسوب، فرمول توفالتی کم ترین میزان خطا را در برآورد حجم رسوب انتقالی به خود اختصاص داده است.

شناسایی آسیب و تحلیل ریسک ناشی از آن در سال های اخیر مورد مطالعه بسیاری از محققان قرار گرفته است و روش های مختلفی برای انجام این فرآیند ایجاد شده است. یکی از این روش ها، شبکه عصبی است که روشی قابل قبول و توانمند در زمینه شناسایی آسیب می باشد. این روش از پاسخ سازه بهره گرفته و وجود آسیب را به واسطه ی تغییرات در پاسخ دینامیکی سازه نشان می دهد. سازه مورد نظر در این پایان نامه، سد فولسوم آمریکا است که یک سد وزنی می باشد. به این منظور، سد توسط نرم افزار ansys مدل و تحت تأثیر حالات مختلف آسیب دیدگی چندین المان به صورت همزمان، تحلیل می شود. با فراهم آوری داده های ورودی و خروجی از نرم افزار ansys، شبکه عصبی متناسب آموزش داده شده و برای حالات جدید آسیب دیدگی المان ها به کار می رود. سپس با استفاده از روش درخت حوادث که روشی متداول در زمینه تحلیل ریسک می باشد، ریسک بروز آسیب های احتمالی محاسبه می شود. نتایج نشان می دهند که روش های شبکه عصبی و درخت حوادث توانایی شناسایی آسیب و تحلیل ریسک ناشی از آن در سازه را دارند.

تحلیل های عددی و آزمایشگاهی، همینطور مشاهدات تجربی رفتار سدهای بتنی وزنی تحت بارگذاری-های دینامیکی زلزله، نشانگر رفتار غیرخطی سازه و ترک خوردگی در بدنه ی سد می باشد. مطالعه ی ترک خوردگی در سدهای بتنی، توجهات زیادی را به خود معطوف داشته و مطالعات گسترده ای بر روی آن صورت گرفته است. یکی از جنبه های نامکشوف این پدیده در سدهای بتنی، بررسی فشارهای هیدرودینامیکی ناشی از نفوذ آب مخزن به داخل ترک ها و درزه های باز شده در حین زلزله می باشد. در این رساله، تحلیل دینامیک غیرخطی سدهای بتنی وزنی با احتساب تأثیرات فشارهای هیدرودینامیکی توسعه یافته در ترک های باز شده در حین بارگذاری های دینامیکی زلزله ارائه گردیده است. بدین ترتیب که ابتدا مدل های مختلف محاسبه فشارهای هیدرودینامیک در ترک ها و درزه های باز شده مورد بررسی واقع شده و مناسب ترین مدل انتخاب می گردد. جهت بکارگیری این مدل در تحلیل دینامیکی سدهای بتنی، ماکرویی به زبان apdl که زبان خاص ماکرونویسی در نرم افزار ansys می باشد تدوین گردیده است. مدل پیشنهاد شده، توانایی احتساب خواص فیزیکی ترک و تأثیر میزان و سرعت باز و بسته شدن دهانه و جداره های ترک بر فشارهای هیدرودینامیکی را داراست. روش کار بدین شکل می باشد که مسیر ترک های ایجاد شده در بدنه سد، که طبق الگوهای مطالعات پیشین تعیین می گردد، با استفاده از ایده ی ترک مجزا مدلسازی می گردد و تحلیل های غیرخطی با احتساب فشار هیدرودینامیک آب در ترک های باز شده در طول زلزله به کمک اجرای ماکروی تدوین شده صورت می پذیرد. در انتها با بررسی نتایج حاصل از تحلیل ها، مناسب ترین نوع تحلیل برای احتساب تأثیر فشار هیدرودینامیک آب در رشد ترک ها تخمین زده می شود.

روندیابی سیل به عنوان یکی از مهم ترین مسائل، در بسیاری از طرح های مهندسی آب، در نظر گرفته می شود. روش های متداول روندیابی سیل، روش های هیدرولیکی و روش های هیدرولوژیکی هستند. روش های هیدرولیکی دارای دقت بالایی در مقایسه با روش های هیدرولوژیکی هستند. لیکن، روش های هیدرولیکی جهت تعیین اطلاعات مربوط به مقاطع رودخانه و شیب بستر در بازه های مختلف مسیر جریان، نیاز به انجام عملیات نقشه برداری مفصل دارند، که این امر مستلزم صرف وقت و هزینه زیادی می باشد. از طرف دیگر روش های هیدرولوژیکی مانند روش ماسکینگام بسیار ساده بوده و نیاز به اطلاعات به مراتب کمتری دارند و در طراحی سازه ها و کنترل سیل با اطمینان قابل قبولی به کار می روند. اما روش های هیدرولوژیکی قابلیت به کار گیری در سیستم رودخانه های پیچیده را ندارند. در این پایان نامه، روندیابی سیل روی رودخانه تک شاخه ای با استفاده از روش هیدرولوژیکی، مبتنی بر روش ماسکینگام خطی پیشنهاد می شود. سپس، به تحلیل معادلات روش ماسکینگام با استفاده از تکنیک تفاضل های محدود جهت حل معادلات دیفرانسیل معمولی پرداختیم. روش های تفاضل های محدود به کار برده شده، شامل روش صریح، ضمنی، کرانک-نیکلسون و رانگ-کوتا می باشد. همچنین جهت تعین پارامترهای مجهول در روش ماسکینگام، روی یک بازه معین از رودخانه، از تکنیک بهینه سازی غیرخطی استفاده شد. روش های بهینه سازی استفاده شده، الگوریتم ژنتیک و روش گرادیان کاهشی تعمیم یافته می باشد. در میان روش های پیشنهادی جهت حل معادلات روش ماسکینگام خطی، روش ضمنی از بیشترین دقت و روش صریح از کمترین میزان دقت برخوردار است.

بتن پرتلند جوابگوی تمامی نیازهای بهره برداری در پروژه‎ها نمی‎باشد. زیرا این ماده در برابر خوردگی سولفات، سرطان بتن، خوردگی شیمیایی و ... مقاوم نبوده و پس از مدت کوتاهی دچار تخریب می‎شود. علاوه بر این نفوذپذیری بتن پرتلند نیز بالاست که همین امر موجب خوردگی آرماتور در مجاورت یون کلر و انهدام بتن در سیکل‎های متوالی یخبندان و ذوب و همینطور هیدرولیز اجزای سیمان می‎شود. بتن گوگردی نسل جدیدی از بتن‎های ساخته شده است که از ترکیب مصالح سنگی با سیمان گوگردی مذاب حاصل می‎شود که دارای مشخصه های هیدرومکانیکی مناسبی برای استفاده در ساخت سازه‎های هیدرولیکی است. در این پایان‎نامه پس از معرفی بتن گوگردی و اجزای آن و روش‎های اجرایی آن، نقاط ضعف و مکانیزم‎های خوردگی بتن پرتلند معرفی شده و سپس با آزمایشاتی مشخصه‎های هیدرومکانیکی بتن گوگردی بررسی می‎شود. آزمون‎های مقاومت فشاری، درصد جذب آب ، مقاومت در برابر خوردگی اسید سولفوریک 40% و اسید فسفریک 50% بر روی 50 نمونه ساخته شده بتن گوگردی انجام شد و نتایج با بتن پرتلند مقایسه شد. بتن گوگردی دارای مقاومت فشاری بسیار بیشتر از بتن پرتلند، نفوذپذیری بسیار کمتر و مقاومت در برابر خوردگی اسید یسیار بالاتر نسبت به بتن پرتلند از خود نشان داد. به همین سبب نقش بتن گوگردی در پدافند غیر عامل و مقاوم سازی پروژه‎های مهم و حساس کشور و افزایش دوام آن‎ها نیز بررسی شد و مشخصه‎هایی از بتن گوگردی که به ساخت پناهگاه و استحکامات و اجرای اصول پدافند غیر عامل در حاشیه خلیج فارس کمک فراوانی می‎کن معرفی گردید.

طراحی شبکه های جمع آوری فاضلاب شامل حل دو مسئله جزء متوالی می باشد که به ترتیب عبارتند از 1- طراحی جانمایی لوله های شبکه و 2- محاسبات هیدرولیکی شبکه. در مناطق با شیب کم دو مسئله جزء نام برده شدیداً با یکدیگر مرتبطند و جهت بهینه سازی اقتصادی سیستم لازم است که به حل همزمان هر دو پرداخت. در این تحقیق یک مدل یکپارچه طراحی شبکه های جمع آوری فاضلاب معرفی می شود که بواسطه آن امکان بهینه سازی همزمان هر دو مسئله جزء وجود خواهد داشت. جهت طراحی جانمایی شبکه از الگوریتم برش حلقه به حلقه بهره جسته می شود. بواسطه این الگوریتم گراف درختوار و جهت دار شبکه بصورت سازگار شونده از یک گراف حلقوی و بدون جهت، تحت عنوان گراف پایه، استخراج می شود. در روش مورد استفاده کلیه معیارها و قیود طراحی درخت فراگیر سیستم بطور خودکار طی طراحی شبکه تأمین می شوند. پس از طراحی جانمایی لوله ها، از یک مدل بدون شرط جهت طراحی هیدرولیکی اجزاء شبکه شامل قطر و شیب لوله ها و همچنین مشخصات ایستگاه های پمپاژ استفاده می شود. در این روش نیز کلیه قیود هیدرولیکی و فنی طی فرایند طراحی بطور خودکار تأمین می شوند. در نهایت دو روش معرفی شده در قالب یک مدل یکپارچه آماده سازی می شوند. در زیر مدل اول، متغیرهای تصمیم گیری عبارتند از شماره لوله ها و آدم روهایی که فرایند برش شبکه در آنها انجام می شود و در زیر مدل دوم، متغیرهای تصمیم گیری عبارتند از قطر و شیب لوله ها و مشخصات ایستگاه های پمپاژ در سیستم. همچنین جهت بهینه سازی هزینه ساخت شبکه یک مدل جستجوی تابو توسعه داده می شود. جستجوی تابو یک روش فراکاوشی قطعی است که با توسعه روشهای جستجوی محلی مستقیم بدست می آید. روش بهینه سازی توسعه یافته، به مدل یکپارچه فوق الذکر متصل شده و با جستجو در فضای متغیرهای تصمیم گیری به کمینه سازی تابع هزینه می پردازد. در نهایت جهت ارزیابی مدل از دو مسئله واقعی بهره گرفته شد. یکی از مسائل یک شبکه جمع آوری فاضلاب مرجع می باشد که در سایر تحقیقات پیشین نیز مورد طراحی قرار گرفته است و مسئله دیگر شبکه فاضلاب شهر هندیجان در استان خوزستان می باشد. عملکرد و نتایج روش در هر دو مسئله بسیار رضایت بخش بوده است. در خصوص مسئله مرجع، هزینه ساخت شبکه کمتر از تحقیقات پیشین گردید و علاوه بر آن روند محاسبات و طراحی نیز بسیار ساده و سریع شده است چرا که بواسطه این روش کلیه قیود و ضوابط پیچیده غیر خطی طراحی شبکه های فاضلاب بطور خودکار و سیستماتیک تأمین می شود

None

آبشکن های رودخانه ای، از سازه های مهم ساماندهی رودخانه به شمار می آیند. آبشکن ها سازه های متقاطع یا عرضی هستند که از دیواره رودخانه به سمت محور جریان توسعه یافته و کارایی اصلی آنها، انحراف جریان از کناره رودخانه و هدایت آن به سمت مجرای اصلی است. علی رغم کاربرد گسترده آبشکن ها، هنوز ضوابط عمومی برای طراحی مطمئن آبشکن ها ارائه نشده و کاربرد نتایج تجربی و نیمه تجربی موجود برای شرایط محدودی توصیه شده است. در این مطالعه به منظور ارائه نتایج تحلیلی در خصوص هندسه و آرایش بهینه آبشکن ها با توجه به هدف حداقل آبشستگی و حداکثر رسوب گذاری، طول و فاصله مناسب برای آبشکن ها متکی بر روش های ریاضی بهینه سازی ارائه گردید. بدین منظور ابتدا با شبیه سازی مدل رسوب گذاری و آبشستگی پیرامون آبشکن ها، هندسه مورد نظر تعیین و سپس با اتصال مدل تحلیل گر رسوب ssiim و مدل بهینه ساز الگوریتم ژنتیک، آرایش بهینه آبشکن ها تهیه گردید. نتایج تحقیق در حوزه مدل های ارائه شده نشان داد طول بهینه آبشکن 20% عرض کانال بوده که با توصیه نشریه 311-الف وزارت نیرو انطباق مناسبی دارد. از طرفی نسبت فاصله بهینه به طول آبشکن 8/5 برآورد گردید که این مقدار نیز با توصیه نشریه 311-الف وزارت نیرو همخوانی دارد. در نهایت بهینه سازی همزمان طول و فاصله برای آبشکن بالادست نشان داد که مقادیر بدست آمده در محدوده ارائه شده در تحقیقات پیشین قرار دارد.

سازه های عمرانی در طول عمر مفید خود در معرض آسیب هستند. آسیب می تواند ناشی از عوامل متعددی از قبیل سن، بارگذاری محیطی، خستگی و بارگذاری بیش از حد باشد. آسیب به شکل قابل ملاحظه ای روی عملکرد و امنیت سازه اثر می گذارد. بنابراین، نظارت بر عملکرد سازه، بازرسی و برآورد آسیب در ابتدایی ترین مرحله ی ایجاد و رشد آن، به منظور کاهش هزینه ها و افزایش امنیت سازه ضرورت دارد. این مساله در مورد سدها از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا هرگونه خرابی در آن ها خسارات جانی و مالی زیادی به همراه دارد. انجام یک تکنیک شناسایی آسیب برای سیستم های مکانیکی و عمرانی، پایش سلامت سازه ها (shm) نام دارد. این تکنیک ها امکان شناسایی آسیب را در مرحله ی مقدماتی پیدایش آن فراهم کرده، برنامه ی دقیق تر و کارآمدتری برای نگه داری و تعمیر سازه ارائه می کنند. با استفاده از اطلاعات به دست آمده از این تکنیک ها برآوردهای دقیقی از سطح امنیت فعلی سازه و قابلیت اعتماد به آن به دست می آید. علاوه بر این، اقدامات لازم برای بازسازی و یا برخی مواقع تخریب سازه می تواند صورت بگیرد. در سال های اخیر تحقیقات زیادی در زمینه ی روش های قابل اعتماد و مقرون به صرفه انجام شده که با کمک مهندسان، امکان برآورد دقیق شرایط سازه را فراهم می کنند. به کارگیری این روش ها در کاهش هزینه های نگه داری، بازسازی، تجهیزات و نیروی کار نقش مهمی دارد در این تحقیق یک روش شناسایی آسیب در سد قوسی با استفاده از تبدیل موجک دوبعدی ارائه شد. روش ارائه شده یک آلگوریتم شناسایی آسیب بر مبنای پاسخ سازه است که تنها به اطلاعات شکل مود سازه پس از آسیب نیاز دارد. در این تحقیق به منظور بررسی کارآمدی روش آنالیز موجک دوبعدی در شناسایی آسیب در سد قوسی، سد کرج به عنوان مثال موردی، به روش المان محدود تحت آنالیز مودال قرار گرفته و نتایج حاصل به عنوان ورودی های آنالیز موجک استفاده گردید و نهایتاً محل خرابی ها شناسایی شد.

به دلیل صنعتی شدن دنیا و افزایش روزافزون گازهای گلخانه ای در اتمسفر زمین، پدیده گرمایش جهانی و تغییر اقلیم در حال وقوع است و بنا به گفته محققان، این روند بصورت یک فرآیند تدریجی و دنباله دار تا پایان قرن حاضر ادامه خواهد یافت. بنابراین بررسی اثرات این پدیده بخصوص آثار آن بر منابع آب که در ارتباط تنگاتنگ با زندگی انسان و سایر موجودات می باشد، ضروری به نظر می رسد. این تحقیق با هدف بررسی اثرات تغییر اقلیم بر حوضه آبریز رودخانه دز صورت پذیرفته است. در این تحقیق در ابتدا با استفاده از ریزمقیاس نمایی آماری، الگوی تغییرات دما و بارش در دوره های 2050-2021 (آینده نزدیک) و 2100-2071 (آینده دور) نسبت به دوره مشاهداتی 2000-1971 پیش بینی شده است و سپس با معرفی اطلاعات ریزمقیاس شده دما و بارش به مدل بارش – رواناب ihacres، الگوی تغییرات جریان رواناب ناشی از بارش در حوضه موردنظر پیش بینی شده است. بررسی تغییرات دما در این حوضه، نشان می دهد که تقریباً در تمامی ماه های سال، دما افزایش می یابد که این امر با گذشت زمان تشدید خواهد شد. همچنین بررسی الگوهای بارش، نشان دهنده افزایش بارش بخصوص در اواخر پاییز و فصل زمستان می باشد که آثار آن بر الگوهای پیش بینی شده جریان رواناب نیز دیده می شود. با توجه به اینکه افزایش دما در دهه های آتی سبب تأثیرگذاری بر شکل بارش ها (از برف به باران) و همچنین ذوب زودرس ذخایر برفی خواهد شد، لذا در صورت همراه شدن این موارد با افزایش بارش های پاییزی و زمستانی، وقوع سیلاب های زمستانی دور از انتظار نخواهد بود. با توجه به اینکه محدوده مورد مطالعه در این تحقیق رودخانه دز تا قبل از سد دز می باشد، لذا تغییرات دما و بارش علاوه بر اثرگذاری بر الگوی تغییرات زمانی و مقدار رواناب ناشی از بارش، سبب تغییرات آورد رودخانه به سد دز خواهد شد. بنابراین سازگار شدن نحوه تأمین آب و سیاست های بهره برداری از مخزن سد دز یکی از مسائل مهم در آینده خواهد بود.

در حالت کلی، جهت تحلیل جریان در محیط های متخلخل از رابطه دارسی و در مجاری باز، از معادلات سنت ونانت استفاده می شود. در این تحقیق محیط متخلخل مشابه یک مجرای باز در نظر گرفته شده و از معادلات سنت ونانت جهت تحلیل آن استفاده شده است. مجرایی که ویژگی های اصلی آن به گونه ای است که شرایط جریان در محیط متخلخل را به خوبی شبیه سازی می کند. مهم ترین ویژگی این معادل سازی، اصطکاک در نظر گرفته شده است. به عبارت دیگر محیط متخلخل همان مجرای روبازی است که اصطکاک زیادی بین آب و جداره های آن وجود دارد. در این پژوهش به دلیل استفاده از رابطه مانینگ جهت محاسبه اصطکاک، ضریب زبری مانینگ عاملی تعیین کننده در معادل سازی خواهد بود. در این راستا ، ابتدا 120 نمونه محیط متخلخل مستطیلی شکل همگن تحت شرایط مختلف گرادیان هیدرولیکی و مقادیر متفاوت طول و هدایت هیدرولیکی، در حالت ماندگار، با استفاده از مدل seep/w تحلیل شده است. سپس برای هر نمونه، کانالی معادل در mike11 مدل و نتایج هر یک بر اساس ضریب زبری مانینگ کالیبره شده است. در ادامه داده های حاصل تحلیل و به صورت رابطه ای جهت محاسبه ضریب زبری مانینگ در کانال معادل، ارائه شده است. با طرح چند مثال عددی، از این رابطه جهت تحلیل جریان در محیط های متخلخل ذوزنقه ای شکل و همچنین غیرهمگن در دوحالت ماندگار و غیر ماندگار استفاده شده است. این مثال ها نشان می دهد درصد خطای نسبی روش ارائه شده در حالت ماندگار کمتر از دو درصد است.

تکنیک صفحات مستغرق یکی از روش‏های موثر مدیریت رسوبات بار بستر در رودخانه‏ها و مجاری آبرفتی می‏باشد. صفحات مستغرق به صورت قائم و با زاویه‏ای کم نسبت به جریان نزدیک‏شونده، در بستر رودخانه نصب می‏شوند. یک صفحه‏ی مستغرق در واقع یک مولد جریان‏های ثانوی است. جریان‏های ثانوی در نتیجه‏ی گرادیان قائم فشار در طرفین صفحه‏ی مستغرق و توزیع غیر یکنواخت سرعت جریان در امتداد قائم به وجود می‏آیند و موجب شکل‏گیری یک جریان چرخشی (جریان حلزونی) در پایین‏دست صفحه می‏شوند. جریان چرخشی حاصل از صفحه‏ی مستغرق سبب اصلاح الگوی جریان نزدیک بستر و تنش برشی بستر شده و در نهایت موجب تغییر الگوی توزیع عرضی رسوبات در میدان تحت تأثیر صفحه می‏گردد. علی‏رغم مطالعات گسترده در زمینه صفحات مستغرق، هنوز ضوابط عمومی برای طراحی مطمئن صفحات مستغرق ارائه نشده و کاربرد نتایج تجربی و نیمه تجربی موجود برای شرایط محدودی توصیه شده است. در این مطالعه نتایج تحلیلی در خصوص هندسه و آرایش صفحات مستغرق (شامل طول، زاویه قرارگیری و فاصله مناسب) و جانمایی بهینه آنها متکی بر روش‏های ریاضی ارائه گردید. بدین منظور ابتدا با شبیه‏سازی مدل رسوب‏گذاری و آبشستگی ناشی از صفحات مستغرق با استفاده از نتایج آزمایشگاهی در مدل تحلیل‏گر ssiim انجام گرفته، و سپس با برقراری اتصال بین مدل تحلیل‏گر (ssiim) با مدل بهینه‏ساز الگوریتم ژنتیک (matlab)، طول، زاویه قرارگیری و فاصله بهینه صفحات تعیین گردید. بهینه‏سازی در ابتدا در حالت تک‏پره، با دو متغیر (طول و زاویه قرارگیری)، سپس در حالت سه‏پره، با دو متغیر (طول و زاویه قرارگیری)، در آخر در حالت سه‏پره، با سه متغیر(طول و زاویه قرارگیری و فاصله صفحات از یکدیگر) انجام گرفت.

یکی از مهم ترین عوامل خرابی روسازی های انعطاف پذیر عدم وجود زهکشی مناسب در طول راه می باشد.وجود آب در سیستم روسازی یکی از اصلی ترین پارامترهای شکست روسازی است .اگر آب را بدون تاخیر و قبل از آسیب رساندن به روسازی تخلیه کنیم عمر خدمت روسازی به اندازه قابل توجهی افزایش می یابد. در این تحقیق تاثیر خواص مصالح در مدت زمان باقیماندن آب در سیستم روسازی، اثرات دانه بندی و ضریب هدایت هیدرولیکی مصالح بر روی سرعت زهکشی و اثرات استفاده از سیستم زهکشی زیر سطحی بر روی کاهش زمان زهکشی و افزایش عمر روسازی بررسی شده است بر طبق روابط ارائه شده و بررسی های صورت گرفته می توان نتیجه گرفت که هر چه ضریب هدایت هیدرولیکی بیشتر باشد زمان زهکشی کمتر شده و استفاده از سیستم زهکشی زیر سطحی باعث دو تا سه برابر شدن عمر روسازی می شود. در این پژوهش تلاش شده است با بررسی و محاسبه عمر روسازی های زهکشی شده و زهکشی نشده، که با در نظر گرفتن اثر آب و ضریب زهکشی روی مدول ارتجاعی مصالح و با استفاده از نرم افزار kenlayer بدست آمده است به مقایسه هزینه ارزش فعلی این روسازی ها برای عمر طراحی 20 سال پرداخته شود.بدین منظور 14 مقطع روسازی در نظر گرفته شده، که 7 مقطع بدون زهکش و 7 مقطع زهکشی شده اند و نتایج مقایسه هزینه ها در جداول و نمودارها ارائه و تحلیل گردید. نتایج نشان دادند که روسازی های زهکشی شده هزینه اولیه زیادتری نیاز دارند اما شدت خرابی در آنها بسیار کمتر است و عمر طولانی تری دارند و برای عمر طراحی 20 سال روسازی های زهکشی شده خیلی به صرفه تر و بهینه تر می باشند.

سرب از جمله عناصر کمیاب و مضر برای حیات و از آلاینده های خطرناک به شمار می رود. این عنصر از طریق منابع آلوده از جمله پساب ها و فاضلاب (شهری و صنعتی)، سبب آلودگی و کاهش کیفیت وگاهی حتی سمیت منابع خاک می گردد، از سوی دیگر با توجه به افزایش جمعیت و افزایش آلوده شدن منابع خاک، نیاز شدیدی به روش های نو و ارزان برای پالایش و بهبود کیفیت خاکها احساس می-شود. اصلاح الکتروسینتیکی خاک یکی از روشهای ابتکاری جهت رفع آلودگی از خاک های آلوده به فلزات سنگین است. این روش کارایی بالایی به ویژه از نظر کاهش زمان برای حذف فلزات سنگین از خاک هایی با نفوذپذیری کم در مقایسه با روشهای آبشویی متداول دارد. در این پژوهش اصلاح الکتروکینتیکی یک خاک آهکی آلوده به فلز سنگین سرب در غلظت 500 میلی گرم در کیلوگرم خاک جهت بررسی کارایی اصلاح الکتروکینتیکی در مقیاس آزمایشگاهی با چهار نوع محلول الکترولیت و دو درصد شوری(5 و 2 دسی زیمنس بر متر) بکار گرفته شد. محلولهای الکترولیت شامل اسید نیتریک و اسید استیک با غلظت 1/. مولار ، edta با غلظت 01/0 مولار و آب مقطر بودند. در تمامی تیمارها اختلاف پتانسیل 2/2 ولت در هر سانتی متر ستون خاک ، بمدت 168 ساعت برقرار گردید. تیمار edta با میانگین بیش از 80 درصد حذف سرب در ستون خاک ، بیشترین کارایی را در مقایسه با بقیه تیمارها داشت. تیمارهای اسید استیک و اسید نیتریک نتایج تقریباَ مشابهی از نظر میانگین درصد حذف سرب (حدود 45 درصد) در طول ستون داشتند.

علیرغم کارائی روش اجزاء محدود، یکی از مشکلاتی که در رابطه با آن مطرح است وقت cpu نسبتاً زیادی است که جهت عملیات شبکه بندی و آماده سازی اطلاعات لازم برای تحلیل مسائل از کامپیوتر گرفته می شود. به هدف رفع این مشکل، روشهای نسبتاً جدیدی ابداع شدند که در آنها حل معادلات دیفرانسیل حاکم تنها با استفاده از مجموعه ای از نقاط محدود صورت می گیرد و در آنها نیازی به شبکه اجزاء جهت تقریب متغیرهای محلی نمی باشد. این روشها، روشهای "بدون جزء (mesh free)" نامیده می شوند. تاکنون روشهای بدون جزء به طور نسبتاً زیادی در تحلیل محیطهای آبی، مسائل ارتجاعی خطی در مکانیک جامدات، مکانیک شکست و مسائل دیگر بکار رفته اند. با این وجود، استفاده از این روشها در تحلیل مسائل غیر خطی در بتن هنگامی که تنشهای حرارتی نیز در نظر گرفته شوند اندک بوده است.یکی از روشهای بی نیاز از شبکه به نام روش بدون جزء گالرکین که به اختصار روش efg نامیده می شود جهت تحلیل عددی بتن با مدل رفتاری ریز صفحات استفاده شده که بدین منظور کدنویسی لازم به زبان matlab برای تحلیل بدون شبکه در حالت 3بعدی انجام گرفته است و زیربرنامه های مناسب جهت مدلسازی سازه های پیچیده مانند سد بتنی قوسی و نیز روابط ساده شده ای از تاثیر حرارت بدان اضافه شده اند. در کار حاضر یک مدل سازگار چندصفحه ای ریزمقیاس برای توصیف عددی رفتار غیرخطی بتن در شرایط سه بعدی بکار برده شده است. فرض اصلی مدل چند صفحه ای آن است که بردار کرنش عمل کننده روی هر صفحه در داخل ماده، تصویر تانسور کرنش درشت مقیاس می باشد برای استفاده از این مدل زیربرنامه مدل ساختاری بتن، بدست آمده و در برنامه سه بعدی بدون المان گالرکین، اعمال شده است. تحلیلهای انجام شده نشان می دهند که، در صورت گره گذاری مناسب و انتخاب درست فراسنج ها، نتایج تحلیل efg از دقت بالایی برخوردارند اما زمان بسیار زیاد محاسبات و همچنین تعدد فراسنج ها و حساسیت نتایج نسبت به این فراسنج ها موجب می شود که با وجود مزایای روشهای بدون جزء، هنوز نتوان آنها را جایگزین مناسبی برای روش اجزاء محدود به حساب آورد. مسئله فراسنجی ومقایسه مدل چندصفحه ای با استفاده از داده های تجربی - که مشخص کننده رفتار مکانیکی بتن می باشد - نیز بیان شده است و نشانگر آن می باشد که مدل جدید چند صفحه ای، کارآئی مناسب عددی برای اعمال در برنامه بدون المان گالرکین را داشته و دارای دقت قابل قبولی در تطابق با نتایج آزمایشگاهی از جمله مسیر گسترش ترک می باشد.اگر چه مقصود از کار حاضر، تحلیل جامع یک سد قوسی مشخص در بارگذاریهای متعدد نمی باشد، این تحقیق مناسب بودن و کارآئی روش جدید چندصفحه ای برای تحلیل استاتیکی سدهای قوسی، مخصوصاً تحت بارگذاری آب، را مشخص می نماید.

عملکرد ایستگاه های پمپاژ در شبکه های توزیع آب، روزانه هزینه ی زیادی جهت تأمین انرژی و نیز تعمیر و نگهداری به بهره برداران تحمیل می نماید. در تحقیق حاضر، به منظور کاهش هزینه های ساخت و بهره برداری شبکه های آبرسانی، مدلی براساس الگوریتم بهینه سازی چند هدفه ی ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب nsga-ii در ارتباط با مدل شبیه سازی هیدرولیکی epanet توسعه داده می شود. در این راستا، فرآیند بهینه سازی در دو مرحله پیاده سازی می گردد. در مرحله ی نخست، بهینه سازی با دوهدف کمینه کردن هزینه ی ساخت و کمینه کردن هزینه ی بهره برداری (انرژی) اجرا می شود و در نتیجه ی آن یک جبهه ی پارتو بهینه متشکل از پاسخ هایی برای طراحی شبکه به دست میآید. با برگزیدن یک شبکه منتخب از جبهه ی پارتو در دست، بهینه سازی این بار با دو هدف کمینه کردن هزینه ی انرژی و کمینه کردن هزینه ی تعمیر و نگهداری و از طریق طراحی زمان بندی بهینه برای عملکرد پمپ ها به اجرا در می آید. مدل پیشنهادی بر روی یک شبکه ی آبرسانی تئوری، شبکه vanzyl و یک شبکه ی واقعی، بخشی از شهر باغملک، به کار گرفته شده است. آزمایش انجام شده بر روی شبکه vanzyl به خوبی نشان می دهد که چنان چه اجازه داده شود سطح آب مخزن در انتهای دوره برنامه به اندازه تلورانس مشخصی از مقدار اولیه خود بالاتر یا پایین تر باشد، به کاهش چشم گیر هزینه ی انرژی منجر خواهد شد. این حالت به واقعیت شبکه های آبرسانی نزدیک تر است و به موجب آن 7% کاهش هزینه انرژی در شبکه vanzyl محاسبه شده است. همچنین نتایج به دست آمده از آزمایش انجام شده بر روی شبکه باغملک نشان می دهد که نگاهی توأمان به بهینه سازی ساخت و بهره برداری علاوه بر مدیریت سرمایه گذاری اولیه، عملکرد سیستم در زمان بهره برداری را بهبود خواهد بخشید و از هزینه های مازاد جهت ساخت سیستم، مصرف انرژی و همچنین تعمیر و نگهداری پمپ ها خواهد کاست. این نتایج نشان دهنده ی کاهش 8.5 درصدی هزینه ی انرژی و کاهش50 درصدی تعداد سوییچ کل پمپ ها برای شبکه باغملک می باشد.

یکی از مهمترین مراحلی که در مدل سازی مسائل آب های زیرزمینی بایستی انجام شود، کالیبراسیون مدل می باشد. با توجه به وقت گیر بودن فرآیند کالیبراسیون به صورت دستی، ارائه ی مدل های قابل اطمینان برای خودکار سازی این فرآیند بسیار قابل توجه می باشد. در این پایان نامه چگونگی استفاده از مدل های شبیه ساز-بهینه ساز جهت کالیبراسیون مدل ها با ارتباط خارجی میان دو قسمت، تشریح شده است. مدل شبیه ساز بر اساس روش المان محدود بوده و توانایی مدل کردن آبخوان های محصور و غیرمحصور را دارا می باشد. مدل بهینه ساز نیز از الگوریتم ژنتیک حقیقی برای کالیبره کردن پارامتر های مورد نظر استفاده می کند. طی فرآیند حل مسئله، مدل شبیه ساز با استفاده از پارامتر های حدس زده شده توسط الگوریتم ژنتیک، مقادیر ارتفاع هیدرولیکی در نقاط مشاهداتی را شبیه سازی کرده و این مقادیر برای محاسبه ی مقدار تابع هدف استفاده شده است. تابع هدفی که معیّار سنجش حل ها بوده، شامل تفاضل مربعات ارتفاع هیدرولیکی مشاهداتی و محاسباتی بوده است. در طی فرآیند کالیبراسیون سعی شده است مدل برای کالیبره کردن انواع مختلف پارامتر های ورودی مدل شامل، ضریب ذخیره، ضریب نفوذ پذیری، دبی چاه های برداشت و محل آن ها و همچنین شرایط مرزی آبخوان آزموده شود. با بررسی خطای نسبی بین مقادیر دقیق و مقادیر تخمین زده شده توسط مدل بهینه ساز ملاحظه می شود که مدل مذکور عملکرد مناسبی دارد و در اکثر مسائل جواب های قابل اعتمادی ارائه می دهد.

ارزیابی سلامت و پایداری سدهای بتنی نیازمند پیشبینی دقیق ترک خوردگی است، که به دست آوردن یک مدل رفتاری مناسب برای مصالح و یک روش محاسباتی قابل اعتماد و نزدیک به واقعیت، برای تحلیل ترک خوردگی در بتن به نیازی ضروری تبدیل شده است. در این رساله از مفهوم مکانیک شکست غیر خطی و مدل ترک مجزا برای مدل سازی ترک ایجاد شده در سد کوینا تحت شرایط بارگذاری استاتیکی و دینامیکی استفاده شده است. مدل پیشنهادی شامل جنبه¬های مختلفی برای شبیه¬سازی رفتار غیرخطی بتن در کشش در سدهای وزنی بتنی بوده و شامل رفتار پیش از نرم¬شدگی و شروع نرم¬شدگی بتن تحت بارهای دینامیکی می باشد و به خصوصیات پایه¬ای مصالح از قبیل مدول الاستیسیته، نسبت پواسون، مقاومت کششی و انرژی مخصوص شکست نیاز دارد. بدین ترتیب که نقاط آغاز شروع ترک را با توجه به تحقیقات و نتایجی که محققان گذشته بدست آورده اند را در نظر گرفته و مسیر ترک را از آن نقاط تا به انتها بدست میاوریم. جهت بکار گیری این مدل در تحلیل دینامیکی سد های بتنی، ماکرویی به زبان apdl که زبان مخصوص ماکرو نویسی در نرم افزار ansys میباشد تدوین گردیده است. مدل پیشنهاد شده توانایی تشخیص مسیر ترک، محاسبه تنش و جابجایی سد تحت بارگذاری دینامیکی را داراست. در این رساله چهار تحلیل با نقاط آغاز شروع ترک متفاوت با در نظر گرفتن تاثیرات اندر کنش سد و مخزن بر روی سد کوینا انجام شده است که در نهایت مشخص میشود، کاربرد این مدل نتایجی معقول در بر خواهد داشت و پروفیل ترک بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مطابقت خوبی دارد.

در سیستم های هیدرولیکی یکی از مهمترین مسائل تحلیل و بررسی جریان های غیر ماندگار می باشد. در اثر حاضر به بررسی ضربه قوچ که یکی از آثار جریان غیر ماندگار می باشد،می پردازیم.این پژو هش به بررسی پدیده ضربه قوچ به کمک سه روش خطوط مشخصه ،احجام محدود ،اجزای محدود می پردازد. در این بررسی روش هایی نظیر خطوط مشخصه ،شبکه جا به جا شده ،گالرکین، پتروف گالرکین بررسی می گردد.همچنین اثر حاضر به بررسی انواع سیستم های آبی نظیر سیستم ساده مخزن و شیر ،چند شاخه ای ،حلقه ای و مرکب می پردازد. هدف از طرح پژوهشی حاضر مقایسه نتایج روش های مذکور و انتخاب روشی با بهترین دقت از طریق مقایسه فشار و سرعت در نقاط مختلف یک سیستم آبی می باشد.پژوهش حاضر در چارچوب روش های فوق به ارائه الگوریتم در هر بخش می پردازد و پس از ارائه الگوریتم در هر سیستم شرایط مرزی متنوع را بررسی می کند، طوری که بتواند شرایط مرزی پیچیده را نیز پوشش دهد.پس از بررسی روش های مذکور و اعمال آنها بر روی سیستم های مختلف و مقایسه نتایج در این سیستم ها روش خطوط مشخصه را به عنوان روشی که دارای دقت بالا و سرعت مناسب در محاسبات و همچنین تسهیل در اعمال شرایط مرزی می باشد، انتخاب گردید.روش های عددی به کار رفته نظیر احجام محدود و اجزای محدود با داشتن الگوریتم پیچیده تر توانایی پایین تری نسبت به روش خطوط مشخصه در شبیه سازی مسائل را دارا می باشند. روش خطوط مشخصه با تسهیل در اصلاح شرایط مرزی و تنوع پذیری در استفاده از روش در شبکه های لوله های مجتمع یا پیچیده. ، به همراه استحکام و پایداری مناسب ، به عنوان مناسب ترین روش در حل مسائل هیدرولیک ناماندگار و ضربه قوچ می باشد.

روند افزایشی خسارت های جانی و مالی ناشی از جاری شدن سیلاب، مهندسین را بر آن داشته است تا با اتکاء به ابزار مدرنی نظیر مدل های پیشرفته ریاضی، چاره ای نو جهت کنترل و مدیریت این پدیده بیأندیشند. امروزه مبارزه با سیل از طریق روش های مدیریت غیرسازه ای در حوزه های آبخیز و در مسیر رودخانه ها، مورد توجه فراوان قرار گرفته است که،ازجمله اقدامات مدیریتی که می تواند نقش به سزایی درکاهش خسارات ناشی ازوقوع سیلاب داشته باشد،پهنه بندی خطرسیل است.در مدل های ریاضی متفاوت، با قابلیت انجام محاسبات هیدرودینامیک، بدلیل استفاده از معادلات مختلف و فرضیات ساده کننده متفاوت ممکن است نتایج یکسانی حاصل نگردد.لذا، در این تحقیق به مقایسه نتایج پهنه سیل گیر حاصل از مدل یک بعدی، مدل دوبعدی و مدل یک بعدی-دوبعدی در بازه ای از رودخانه کارون پرداخته شد. به این صورت که تحلیل هیدرولیکی سیل با ورود داده های هندسی مسیر رودخانه، مقاطع عرضی، شرایط مرزی و داده های اولیه مدل ها انجام گرفت. نتیجه حاکی از این می باشد که مدل شبه دوبعدی مزایای هر دو مدل یک بعدی و دوبعدی را بصورت توام دارد. مدل یکبعدی متغیرهای هیدرولیکی را فقط در جهت طولی محاسبه کرده و توزیع عرضی را در نظر نمی گیرد لذا، از نظر دقت دارای محدودیت می باشد. مدل دوبعدی نیز اگرچه فیزیک و مکانیسم جریان را با دقت بیشتری شبیه سازی می کند اما به دلیل نیاز به اطلاعات دقیق مرزهای جریان و تراز اولیه و نیز حجم بالای حافظه کامپیوتر، نیاز به مهارت و زمان بالایی دارد. اما، مدل شبه دوبعدی به عنوان یک پل ارتباطی بین مدل های یک بعدی و دوبعدی، ضمن دارا بودن سادگی مدل های یک بعدی، پیچیدگی مدلهای دوبعدی را نیز ندارد.

مطالعه جریانهای دوفازی در محیط های متخلخل در زمینه هایی چون ردیابی آلاینده های امتزاج ناپذیر، مدلسازی مخازن هیدروکربنی و علوم هیدرولوژی بسیار حائز اهمیت می باشد. با پیشرفت صنعت رایانه، استفاده از روشهای عددی دارای بقاء محلی و با دقت بالا پیش بینی رفتار جریانهای دوفازی در محیط های متخلخل را بنحو مطلوبی میسر نموده اند. موضوع این رساله حل عددی جریانهای دوفازی تراکم ناپذیر، بر مبنای فرمولاسیون فشار ترکننده- درجه اشباع ترکننده و در نظر گرفتن شرط مرزی ترکیبی (رابین)، شرایط همدمایی و با استفاده از روش های پنالتی داخلی گالرکین ناپیوسته (obb، swip و nwip) می باشد. هدف اصلی این رساله، تعیین دقیق تر محل سطح تماس دو فاز سیالات امتزاج ناپذیر در محیطهای متخلخل، می باشد که غالیا به صورت یک جبهه نازک و کم عرض رخ می دهد. محوریت مسائل مطروحه در این مطالعه، کاربرد روش های توسعه یافته در استحصال ثانویه مخازن نفت می باشد. برای این منظور ابتدا معادلات حاکم در بعد مکانی با استفاده از روش گالرکین ناپیوسته گسسته سازی می گردند. سپس برای گسسته سازی زمانی معادلات از دو استراتژی مختلف تحت عنوان روش حل متوالی ضمنی (seq.s) و روش فشار ضمنی-اشباع صریح بهبود یافته (improved impes) با خاصیت tvd استفاده می شود. همچنین به منظور افزایش دقت نتایج مدلسازی، میدان سرعت حاصل با استفاده از پس فرایند نگاشت h(div)در فضای المان محدود ترکیبی راویارت-توماس بازسازی می شوند. در این پژوهش به منظور افزایش کارایی و دقت مدلسازی خصوصا در محیطهای ناهمگن، از نوع آوریهایی چون مقیاس نمودن ترمهای پنالتی و نیز کاربرد فرمولاسیون وزنی عملگر متوسط در محل تماس ناهمگنیها استفاده شده است. استفاده از چنین تکنیکهایی موجب کاهش ناپایداری در محیطهای ناهمگن می گردد. به منظور جلوگیری از نوسانات غیرفیزیکی نتایج، در پایان هر گام زمانی از محدود کننده شیب (گره- محور) غیر نوسانی چاونت- جافر اصلاح شده استفاده شده است که موجب تثبیت نتایج در محل سطح تماس مشترک دو فاز سیال می گردد. مدل ارائه شده با استفاده از مسائل شناخته شده شبه یک بعدی باکلی- لورت و مک ورتر صحت سنجی شده است. نمونه های عددی متعددی با استفاده از هر دو استراتژی برای محیط های همگن و ناهمگن ارائه شده است که هدف از آنان بیان توانایی مدل در تسخیر جبهه نازک در محل تماس فاز سیالات در محیط متخلخل می باشد.

هدف از این پژوهش ارائه ی مدل سه بعدی اجزای محدود نزدیک به واقعیت از سد دز است. با توجه به پیچیده بودن هندسه ی سد دو قوسی، از دو نرم افزار matlab و catia جهت ساختن هندسه ی سه بعدی این سد و نرم افزار اجزای محدود آباکوس استفاده شده است. پس از صحت سنجی اولیه ی مدل، دو مدل از سد تهیه شد مدل اول شامل یک مدل اجزای محدود سه بعدی دقیق و منطبق بر ابعاد واقعی سد با درنظر گرفتن درز های انقباضی و بارهای استاتیکی و حرارتی بود ونیروی هیدرواستاتیک ناشی از مخزن به شکل معادل در آن درنظر گرفته شد. در مدل دوم به جای نیروی هیدرواستاتیک معادل، مخزن به طور کامل با المان های سیال مدل سازی شد. در هر دو مدل تمامی سطوح تماس و اندر کنش های سد- مخزن- پی و شرایط مرزی بین بلوک های سد و انتهای دور مخزن مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. همچنین بار ناشی از حرارت در تمام نقاط بالادست و پایین دست سد درنظر گرفته شد. مشخص گردید بارهای حرارتی برعکس بار هیدرواستاتیکی مخزن ایجاد تنش های کششی قوسی در بدنه سد می کنند. تنش های کششی قوسی در قسمت های نزدیک تکیه گاه بیشتر می باشند و خطر ایجاد ترک در این نقاط بیشتر است و چون میزان تنش کششی قوسی موجود در بدنه سد، از میزان مقاومت کششی بتن کمتر است، امکان وقوع ترک های کششی وجود نخواهد داشت. بین بلوک ها نیروی فشاری در راستای عمود بر سطح تماس آن ها وجود دارد که این نیرو به دلیل عملکرد قوسی سد در توزیع تنش ها به سمت تکیه گاه ها به شکل فشاری است.

امروزه یا توجه به اهمیت مناطق مجاور رودخانه ها بحث پهنه بندی سیلاب ضرورت یافته است. بنابر این می بایست مناطق سیلگیر با دوره بازگشت های متفاوت از سایر مناطق جدا شوند و کاربری هر کدام مشخص گردد.

در آنالیز دینامیکی سازه ها به منظور تعیین نیروها و جابجایی های ناشی از بارهای دینامیکی نظیر زلزله، معمول آن است که فرض می شود تمامی نقاط اتصال سازه با زمین، شتاب زلزله را به طور همزمان و یکنواخت دریافت می کنند. این چنین فرضی مستلزم پذیرفتن دو شرط است: الف) سرعت انتشار امواج زلزله بینهایت در نظر گرفته شود. ب) انتشار امواج زلزله در طول مسیر انتشار، به صورت یکنواخت و بدون تغییر در نظر گرفته شود. خطای در نظر گرفتن دو فرض یاد شده برای آنالیز سازه های کوچک و متوسط، محدود و قابل چشم پوشی می باشد. ولی برای سازه های بزرگ، دو فرض یاد شده می تواند خطاهای بزرگی در میزان جابجایی ها و تنش های محاسبه شده ایجاد نماید. در این پایان نامه، با معرفی تغییرات مکانی حرکات زمین لرزه و روش های مختلف محاسبه آن، شتاب نگاشت های غیر همزمان و غیر یکنواخت حرکت زمین در فواصل مختلف، با استفاده از یک روش احتمالاتی تولید شده اند. سپس از این شتاب نگاشت ها برای آنالیز دینامیکی سد های بتنی با منظور کردن انتشار غیر همزمان و غیر یکنواخت امواج زلزله استفاده شده است. بدین منظور سد وزنی رودبار و سد قوسی بختیاری به عنوان دو نمونه از سد های وزنی و قوسی مدل شدند و رفتار آن ها در سه حالت تحریک غیر همزمان و یکنواخت، تحریک همزمان و غیر یکنواخت و تحریک غیر همزمان و غیر یکنواخت بررسی شده و با نتایج تحلیل دینامیکی معمولی مقایسه شده اند. در این کار از روش عددی اجزای محدود و نرم افزار ansys استفاده شده است و آنالیز ها به صورت تاریخچه زمانی انجام شده اند .نتایج حاصله حاکی از آن است که دو فرض معمول، باعث کاهش تنش های بدست آمده از آنالیز دینامیکی گردیده و بنابراین در آنالیز سازه های با طول تکیه گاهی زیاد، بایستی به مساله انتشار غیر همزمان و غیر یکنواخت امواج زلزله توجه شود.

ضربه قوچ به عنوان یک پدیده هیدرولیکی ، در اثر هرگونه تغییر سرعت جریان وبه دنبال آن افزایش یا کاهش ناگهانی فشار در خط لوله پدید می آید. وقوع ناگهانی این پدیده یا در صورت عدم کنترل ،تکرار آن منجر به صدمات جبران ناپذیری به خط لوله خواهد شد .لذا در این تحقیق ، هدف تهیه مدل ریاضی جامعی برای بهینه سازی سیستم های انتقال پمپاژو ثقلی در محیط matlab می باشد ،به طوریکه که خط انتقال مدل شده توسط آن ، در اثر حوادث ناگهانی نظیرپدیده ضربه قوچ و خطرات ناشی از آن با ضریب اطمینان مناسبی مصون بماند.این مدل به روش خطوط مشخصه، یک سیستم خط لوله را در حالت ماندگار و غیر ماندگار با کلیه شرایط مرزی پیچیده، نظیر ایستگاههای پمپاژ،مخازن ذخیره،مخزن هوای تحت فشار و کلیه شیرهای کنترلی شبیه سازی نموده و مقادیر فشارپیزومتریک و دبی را در نقاط مختلف آن برای مدت زمان مشخص محاسبه می نماید. از طرفی جهت حفاظت خط لوله در زمان وقوع ضربه قوچ ،پیش بینی تجهیزات حفاظتی نظیر مخازن هوای تحت فشار ،شیر های کنترلی ،مخزن موج گیر و افزایش ممان اینرسی ایستگاه پمپاژ ضروری است.اما بدیهی است، گزینه مناسب در طرح خط لوله گزینه ای است که با حفظ اصول حاکم و استاندارد های بین المللی در طراحی خط لوله نظیر awwa ، ansi و غیره، کمترین هزینه را به خود اختصاص دهد.لذا در ادامه این تحقیق ،مدل مذکور به روش الگوریتم ژنتیک در محیط matlab با معرفی تابع هزینه خط لوله به عنوان تابع هدف و توابع جریمه ای که در زمان اجرای مدل به تناسب تخلف از استاندارد های طراحی و شرایط حدی سیستم، به مقدارتابع هدف اضافه خواهد شد،تجهیز گشته تا طراح بتواند با ارائه تجهیزات پیشنهادی متنوع برای خط لوله ، بهترین گزینه را با حفظ اصول هیدرولیکی وحداقل هزینه انتخاب کند و همچنین در صورت نیاز به تجهیزات کنترلی ضربه قوچ در هر گزینه، مشخصات مربوط به آنها را با دقت بسیار بالایی تعیین و جهت طراحی و ساخت ارائه نماید.

آب های زیرزمینی یکی از با ارزش ترین منابع آب به لحاظ کمی و کیفی است. این مسئله در نواحی ساحلی و جزایر نمود بیشتری پیدا می کند. تهاجم آب شور دریا به سفره های آب زیرزمینی در این مناطق سبب آلوده شدن منابع آب زیرزمینی می گردد. هدف از انجام تحقیق، بهینه سازی عملیات پمپاژ و مکان یابی چاه، به عنوان راهکارهای مقابله با پدیده تهاجم آب شور و مدیریت آبخوان های ساحلی، می باشد. این کار با در نظر گرفتن قیودی که از پیشروی آب شور دریا جلوگیری می کند، صورت گرفته است. الگوریتم ژنتیک و مدل شبیه سازی جریان- انتقال شوری به عنوان ابزارهای اصلی مورد استفاده قرار گرفتند. مدل شبیه سازی براساس حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر جریان وابسته به چگالی و انتقال نمک به روش اجزاء محدود بنا نهاده شد. الگوریتم ژنتیک با دریافت اطلاعات مورد نیاز از مدل شبیه سازی، به بهینه سازی دبی چاهها و موقعیت آنها می پردازد.کاربرد پروسه بهینه سازی با در نظر گرفتن چهار چاه پمپاژ بر روی آبخوان ساحلی و محصور اوکیناوای ژاپن، مورد بررسی قرار گرفت. دبی بهینه با در نظر گرفتن قیدهای مختلف و همچنین دبی بهینه به همراه موقعیت بهینه چاهها برای سه حالت تعیین گردید.

آئین نامه های مختلف ارائه شده برای طراحی سدهای بتنی , معیارهای مختلفی را برای کنترل پایداری اینگونه سدها پیشنهاد می کنند که برخی از آنها تا حدود زیادی محافظه کارانه بوده و منجر به بیش طراحی مقاطع سدها می گردند . این تحقیق بر آن است که با استفاده از روش اجزای محدود که روش دقیق تر به شمار می رود , میزان دقت روشهای تقریبی را تعیین نموده و با هم مقایسه نماید . از آنجائیکه در آیین نامه ها عرض ترک ایجاد شده در محل تماس سد و پی بعنوان شاخص پایداری برای محاسبه واژگونی و لغزش مدنظر قرار می گیرد , در اینجا نیز از همین شاخص استفاده گردیده است . برای چند مثال مختلف عملی از سدهای وزنی , با استفاده از روشهای تقریبی آئین نامه های usace ferc, usbr, کنترل پایداری صورت گرفته و ضرایب اطمینان موجود به هر روش محاسبه می گردد . سپس همان مثال ها با استفاده از یک نرم افزار تحلیل اجزای محدود نظیر ansys و با استفاده از توزیع فشار برخاست همان آیین نامه مجددا حل شده و ضرایب اطمینان مربوطه تعیین و مقایسه می گردند . نکته دیگری که باید به آن توجه داشت , این است که در محاسبه توزیع تنش های تکیه گاهی و سپس در محاسبه ضرایب اطمینان , هیچیک از آیین نامه های مورد استفاده , اشاره ای به خواص ارتجاعی مصالح فونداسیون نمی کنند و لذا برای انواع مختلف مصالح پی , تنش های سطح تماس سد و پی به یک صورت محاسبه می گردد و نوع مصالح موجود هیچ تاثیری در ضرایب اطمینان پایداری ندارد . این مسئله که یک نقص جدی در این آیین نامه ها محسوب می شود , در روش اجزای محدود وجود ندارد . این پایان نامه ضرورت استفاده از روش المان محدود را برای تحلیل سدهای وزنی حتی در فاز اولیه طراحی اثبات می کند . همچنین به منظور انجام خودکار مراحل محاسبه طول ترک که نیازمند چندین بار تکرار مدل سازی می باشد , یک برنامه کامپیوتری در قالب یک ماکرو برای نرم افزار ansys نوشته شده است که می تواند کلیه عملیات محاسبه طول ترک را با هر مقدار تکرار و به هر میزان دقت و به صورت کاملا خودکار انجام دهد .