پژوهش آب ایران

چکیده پایداری پل‌ها در برابر عوامل هیدرولیکی مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از اجزای پل‌ها، پایه‌های آن‌ها هستند که در اندرکنش با جریان رودخانه، دچار آب‌شستگی می‌شوند. در حالتی‌که دبی رودخانه قابل توجه است و جریان به‌صورت تحت فشار از زیر عرشه پل عبور می­کند، آب‌شستگی ناشی از آن می‌تواند متفاوت از جریان با سطح آزاد باشد. این مطالعه به آب‌شستگی انقباضی پایه پل دوتایی در زمان سیلاب با و بدون حضور عرشه پل می‌پردازد. همچنین در پژوهش حاضر تأثیر چیدمان پایه­های دوتایی به صورت عمود بر جهت جریان و همچنین موازی با جریان بر مشخصات جریان و آب‌شستگی بررسی شده است. همچنین با استفاده از مدل‌سازی عددی به بررسی جریان و آب‌شستگی اطراف این پایه­ها پرداخته شد. برای این منظور از نرم­افزار FLOW-3D و مدل آشفتگی RNG استفاده شده است. نتایج نشان داد که وجود عرشه پل اثر قابل توجهی بر وضعیت جریان اطراف پایه­ها و مقدار آب‌شستگی در اطراف پایه­ها دارد. افزایش عمق آب‌شستگی در حالت حضور عرشه پل 2 برابر بیشتر از حالت جریان با سطح آزاد است. همچنین سرعت بیشینه جریان در حالت جریان تحت فشار با حضور عرشه پل 35/2 برابر حالت جریان با سطح آزاد است. علاوه بر این چیدمان پایه­ها نیز در الگوی جریان، مقدار آب‌شستگی، الگوی آب‌شستگی، مشخصات جریان و آشفتگی آن مؤثر است.

چکیده مستندات تاریخی موجود بیانگر این است که آبریزهای جنوب ایران به‌ویژه کلان‌شهر شیراز از استعداد بالایی در سیل‌خیزی برخوردار است. در این تحقیق ضمن تعیین ضریب نشت، عوامل موثر بر افت حجم سیلاب در حوضه آبریز رودخانه خشک شیراز مورد بررسی قرار گرفت. به‌همین منظور کاربری‌های مختلف اراضی و درصد پوشش گیاهی از روی تصاویر ماهواره‌ی تهیه شد. علاوه بر آن، اطلاعات مربوط به ایستگاه‌های آب‌سنجی زیرحوضه‌ها نیز جمع‌آوری گردید. همچنین از اطلاعات هندسی 470 مقطع عرضی عمود بر جهت جریان در طول مسیر رودخانه استفاده شد. به‌منظور شبیه‌سازی جریان در رودخانه خشک شیراز و سرشاخه‌های آن از نرم‌افزار MIKE استفاده گردید. سپس سیلاب‌هایی با دوره‌بازگشت 5 ساله تا 100 ساله برای فرآیند شبیه‌سازی درنظر گرفته شد و داده‌های مربوط به آن وارد پایگاه داده‌های نرم‌افزار گردید. برای ارزیابی دقت مدل از شاخص ریشه میانگین مربعات خطا RMSE استفاده شد. نتایج نشان داد مدل کامپیوتری MIKE و معادلات حاکم سنت‌ونانت می‌تواند برای شبیه‌سازی جریان در رودخانه‌های فصلی مورد استفاده قرار گیرد. براین‌اساس میزان ضریب نشت برای رودخانه خشک و سرشاخه‌های آن برابر با 5-10(l/s)، حجم افت انتقال سیلاب برای دوره‌بازگشت‌های 25، 50 و 100 ساله در روخانه خشک بیش از یک میلیون متر مکعب، در شاخه چنارسوخته بیش از یک‌صد هزارمترمکعب و در شاخه نهراعظم برای سیلاب با دوره‌بازگشت‌های 50 و 100 ساله بیش از دویست هزار مترمکعب می باشد. بیشترین درصد نفوذ در دوره‌بازگشت 5 ساله رخ می‌دهد و مقدار آن برای رودخانه خشک ، شاخه چنارسوخته و شاخه نهراعظم به ترتیب 20 ، 6 و 5 درصد از حجم سیلاب محاسبه شد. در شرایطی که افزایش شیب رودخانه منجر به کاهش قابل توجه افت حجم سیلاب می‌گردد، دوره بازگشت سیلاب رابطه مستقیم با افت حجم سیلاب دارد. با توجه به کارایی مدل در شبیه‌سازی جریان در رودخانه‌های فصلی پیشنهاد می‌گردد، از مدل MIKE-11 در شبیه‌سازی جریان در مسیل‌های مشابه استفاده شود.

چکیده به دلیل رشد جمعیت، آبیاری زمین‌های کشاورزی و توسعه صنعتی و ترکیب این عوامل با خشکسالی‌ها و پیامد‌های ناشی از تغییرات آب و هوایی، بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی افزایش یافته است. هدف این تحقیق، مدیریت بهینه منابع آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از الگوی مدل‌سازی ترکیبی به منظور افزایش پایداری سیستم منابع آب زیرزمینی و کاهش مسائل آبی می‌باشد. در این مطالعه یک الگوی شبیه‌سازی ترکیبی ارائه شد که با توجه به آن، ابتدا بهترین مکان تغذیه مصنوعی به روش فازی و وزنی با استفاده از مدل GIS در دشت شهریار مشخص شد. سپس به منظور محاسبه پارامتر (نسبت دبی نفوذ به دبی سیلاب) در رودخانه، از مدل هیدرولیکی HEC-RAS استفاده شد. در مرحله بعد دو مدل مستقل برای روندیابی سیلاب در رودخانه و مخازن سیستم تغذیه مصنوعی بوسیله مدل HEC-HMS تعریف شد. در مدل اول جهت روندیابی سیلاب در رودخانه از پارامتر نسبت دبی نفوذ به دبی سیلاب در روش ماسینگهام-کانژ استفاده شد و مقدار سیلاب ورودی به طرح تغذیه مصنوعی برآورد شد. در مدل دوم روندیابی سیلاب در مخازن طرح تغذیه انجام شد و مقدار نفوذ، ذخیره و تغذیه توسط طرح محاسبه شد. و در نهایت مقدار تغذیه در طرح تغذیه مصنوعی با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی شبیه‌سازی شد و عملکرد سیستم تغذیه مصنوعی و تغییرات سطح آب زیرزمینی برآورد شد. با توجه به تحلیل فازی و وزنی، بهترین مکان‌ جهت تغذیه مصنوعی مخروطه افکنه آبرفتی در شمال دشت در نظر گرفته شد. مساحت نواحی مناسب (خوب) حاصل از روش فازی به طور میانگین 8.62 درصد بیشتر از روش وزنی محاسبه شد و عملکرد روش فازی در برآورد مکان‌های مناسب بهتر از روش وزنی ارزیابی شد. بر اساس نتایج حاصل از مدل HEC-HMS و مدل شبکه عصبی، حجم تغذیه سیلاب در مخازن طرح نسبت به حجم سیلاب ورودی به طرح به ترتیب برابر 89 و 86 درصد محاسبه شد. همچنین تغییرات سطح آب زیرزمینی حاصل از سیستم تغذیه مصنوعی برابر 1.88 متر و عملکرد تغذیه برابر 90 درصد برآورد شد. با توجه به نتایج الگوی شبیه‌سازی ترکیبی، همزمان سیلاب، منابع آب سطحی و زیرزمینی و سیستم تغذیه مصنوعی تحت کنترل بوده و می‌توان بر اساس منابع آبی قابل دسترس، افزایش پایداری سیستم منابع آب زیرزمینی و کاهش مسائل کمی و زیست‌محیطی مربوط به منابع آبی را مدیریت نمود.

چکیده مجرای ورودی یکی از اجزای شبکه فاضلاب است که نقش انتقال آب سطحی به شبکه زیرزمینی را ایفا می‌نماید. به‌طورکلی مدل‌سازی این‌گونه جریانات تنها با استفاده از معادلات سه‌بعدی ناویر-استوکس امکان‌پذیر می‌باشد که بسیار پیچیده و زمان‌بر هستند. در اینجا از معادلات آب‌های کم‌عمق با فرض فشار هیدرواستاتیک به‌منظور پیش‌بینی حرکت امواج و به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای معادلات ناویر-استوکس استفاده می‌گردد. برای در نظر گرفتن وضعیت جریان در مجرای ورودی، از یک سیستم معادلات معمولی استفاده شده است. در پژوهش حاضر، ابتدا به‌منظور صحت سنجی حل عددی، برهم‌کنش جریان ناشی از شکست سد با جریان خروجی از مجرای فاضلاب مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس جریان آب در یک شبکه فاضلاب شامل یک مجرای ورودی و کانال زیرین، مدل‌سازی شده و نتایج آن با نتایج معادلات ناویر-استوکس که از نرم‌افزار استار سی‌دی به دست می‌آید، مقایسه می‌گردد. هم‌چنین یک عدد بدون بعد به نام عدد مجرای ورودی بر اساس ارتفاع مجرا و کانال زیرین، عرض مجرا و سرعت ورود آب به مجرا تعریف می‌شود. برای تعریف یک محدوده مناسب برای این عدد، آزمایشات عددی گوناگونی با تغییر در پارامترهای مؤثر انجام گرفته و نتیجه شد که درصورتی‌که MN کمتر مساوی 0.98 باشد، خطای محاسبه‌شده با روش RMSE کمتر از یک درصد بوده و به سمت صفر میل می‌نماید.

چکیده سیلاب‌های مخروط‌افکنه‌‌ای، خطرناک‌تر از سیلاب‌های رودخانه‌ای هستند؛ زیرا مسیر جریان روی مخروطه‌افکنه بالقوه غیرقابل پیش‌بینی است. خطر سیلاب روی مخروط‌افکنه‌‌ها با پتانسیل تغییر مکان آبراهه همراه و باعث خسارات فراوانی می‌شود. در ‌این راستا آژانس فدرال مدیریت بحران آمریکا (FEMA) برای تهیه نقشه‌های خطر سیل روی مخروط‌افکنه‌ها روشی سه مرحله‌ای را طراحی کرده است. ‌این پژوهش در جنوب دشت چناران (واقع در استان خراسان رضوی) و با روش FEMA روی مخروطه‌افکنه فریزی انجام شده است. در ابتدا وجود مخروطه‌افکنه در منطقه شناسایی و سپس مناطق فعال روی مخروط از مناطق غیرفعال مجزا شدند. در گام سوم مناطق دارای سیلاب صد ساله روی مخروطه‌افکنه پهنه‌بندی شد. در ادامه گام سوم از سه راهکار به شرح زیر استفاده شد: 1. مدل‌سازی با FAN PROGRAM، 2. مدل‌سازی هیدرولیکی جریان با (HEC-RAS) و 3. استفاده از اطلاعات ژئومورفولوژی. نقشه‌های خطر سیل مستخرج از هرکدام از‌این راهکارها با یکدیگر مقایسه شد. مقایسه‌های صورت گرفته تناقض‌هایی را بین‌ این نقشه‌ها نشان داد که دلیلش ‌این است که هر روش بخشی از واقعیت سیل‌گیری را بیان می‌کند؛ بنابراین کاربرد مشترک مدل هیدرولیکی آبراهه و مدل FAN (جریان روی بخش فعال مخروط‌افکنه) و نیز تحلیل توأم ‌این نتایج با شواهد تاریخی سیل‌گیری از نظر ژئومورفولوژیکی روی مخروطه‌افکنه می‌تواند مخاطره سیل را به نحو مطلوبی نمایش دهد

چکیده در این پژوهش،‏ اثر تغییر اقلیم بر رواناب‌های بیشینة روزانة یکی از زیر حوضه‌های کارون ارزیابی شد. بدین منظور،‏ فرایند بارش- رواناب پیوستة روزانه حوضه توسط مدل ARNO شبیه‌سازی شد. رویکردهای بزرگ مقیاس GCM،‏ به روش عامل تغییرات برای حوضه ریزمقیاس شدند. با ورود سری‌های اقلیمی حال و رویکردهای آینده به مدل بارش- رواناب،‏ جریان روزانه اقلیم حال و آینده شبیه‌سازی شد. بر جریان‌های بیشینه سالانه تولید شده اقلیم فعلی و اقلیم تغییر یافتة آینده،‏ توزیع گامبل برازش و با مقایسة توزیع فراوانی سیلاب‌های روزانه حداکثر سالانة اقلیم حال و اقلیم آتی،‏ اثر تغییر اقلیم بر سیلاب‌ها ارزیابی شده است. شاخص‌های ضریب بازده و ضریب تعیین در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی مدل بارش- رواناب،‏ بیش از 0.8 به دست آمده و در جریان شبیه‌سازی شده جریان‌های حداکثر به خوبی تولید شد. نتایج نشان داد که با وجود عدم قطعیت رویکردهای انتشار،‏ تحت همه رویکردهای انتشار مورد بررسی،‏ اندازة سیلاب‌ها در اقلیم آینده نسبت به اقلیم فعلی به میزان قابل توجة بزرگ‌تر می‌شوند؛ بنابراین باید در طرح‌های آبی جدید،‏ به اثر تغییر اقلیم بر سیلاب‌ها توجه شود.

چکیده مطالعات مربوط به شکست سد به ویژه موج سیلاب ناشی از آن،‏ برای مدیریت ایمنی پایین‌دست سدها ضروری است. دانستن سرعت امواج ناشی از شکست سد و اثرات زبری بستر در تغییرات کمی و کیفی گسترش سیلاب در پایاب سدها در هیدرولیک جریان‌های با سطح آزاد مهم است. پدیده شکست سد با نصب دریچه در مسیر کانال آزمایشگاهی و باز کردن ناگهانی دریچه قابل بررسی است. در این پژوهش با به‌کارگیری نرم‌افزار Flow-3D به مدل‌سازی سه‌بعدی بررسی مشخصات هیدرولیکی سیلاب ناشی از شکست سد و تأثیر‌پذیری موج شکل گرفته به‌دلیل وجود زبری‌های مصنوعی،‏ نحوه آرایش آن‌ها،‏ تأثیر عمق پایین‌دست،‏ و مقایسه آن‌ها با نتایج آزمایشگاهی پرداخته شده است. نتایج نشان داد که وجود زبری در کف سبب افزایش مقاومت در برابر جریان شده و از سرعت موج پیش‌رونده می‌کاهد که این کاهش سرعت در آرایش زیگزاگ زبری‌ها بیشتر از آرایش منظم است که دلیل آن تفاوت در فاصله عرضی بین زبری‌ها در دو نوع آرایش است که نحوه پخش جریان را متفاوت می کند. به‌طور کلی وجود زبری با آرایش زیگزاگ در کنار افزایش عمق پایین‌دست بیشترین تأثیر را در استهلاک سرعت موج پیش‌رونده دارد.

چکیده امروزه ارزیابی سطوح ایمنی سدهای موجود در دنیا بر اساس تحلیل ریسک و عدم قطعیت با روش‌های ریاضی و آمار به صورت فزاینده‌ای در حال انجام است. در این تحقیق کاربرد تحلیل ریسک شکست سد خاکی بر اثر سرریز شدن آب از بدنه با در نظر گرفتن عدم قطعیت برای برخی از پارامتر‌های ورودی ارایه شده است. سپس با به کار بردن روش‌های احتمالاتی،‏ احتمال وقوع این پدیده محاسبه شده است. در این مطالعه با انجام تحلیل فراوانی دبی‌های حداکثر سالیانه (32 سال سیلاب) و با به کار بردن روش توزیع نهایی کل(GEV)‎ و در نظر گرفتن هیدروگراف ورودی،‏ تراز آب اولیه و ضریب دبی سرریز به عنوان متغیر‌های غیرقطعی،‏ احتمال سرریز شدن آب از بدنه سد برآورد شده است. بدین منظور،‏ با بهره‌گیری از تکنیک روندیابی مخزن،‏ بالاترین تراز آب در مخزن محاسبه شده و سپس از روش‌های مونت‌کارلو و لاتین هایپرکیوب برای انجام تحلیل عدم قطعیت استفاده شده است. همچنین برای بررسی اثر سرعت باد بر روی سرریزشدن آب از بدنه سد،‏ تحلیل فراوانی برای داده‌های حداکثر سرعت باد (34 سال) انجام شده و احتمال شکست سد با توجه به تأثیر همزمان سیلاب و باد برای دوره بازگشت 50،‏ 20،‏ 10،‏ 2 و 100 ساله و 4 تراز سطح آب مختلف برآورد شده است.

چکیده مهار سیلاب به تمهیدات و روشهایی گفته میشود که باعث کاهش آثار زیانبار سیلاب می شود. پس از تهیه مدل رقوم ارتفاعی استان (Digital Elevation Model)‎،‏ حوضه ها و زیر حوضه ها در محیط GIS ArcView تشخیص و خصوصیات آنها همچون مساحت،‏ شیب،‏ طول آبراهه اصلی و ... به دست آمد. سپس از روی نقشه های کاربری اراضی و نفوذ،‏ خصوصیات نفوذپذیری و کاربری اراضی حوضه های منطقه فراهم شده و از تلفیق آنها در محیط HEC-GeoHMS میزان CN برای حوضه‌ها به دست آمد و مدل HEC-HMS برای منطقه مورد نظر اجرا شد. از روی آمار بارش سنج های ثبات موجود توزیع زمانی بارش های منطقه به دست آمد. سپس این توزیع زمانی به بارش های با دوره بازگشت مختلف برازش داده شد. با استفاده از هیدروگراف های ثبت شده در رودخانه های منطقه مطالعه مقادیر مشخصات حوضه ها کالیبره شد. سپس با این مقادیر کالیبره شده،‏ هایتوگراف بارش های با دوره بازگشت مختلف و مشخصات کنترل پروژه هیدروگراف های خروجی محاسبه و آن مورد که دارای بیشترین مقدار بود به عنوان سیل طرح برای پهنه بندی سیلاب در نظر گرفته شد. در ادامه فایل مشخصات هندسی مقاطع آبراهه های حوضه مورد مطالعه در محیط HEC-GeoRAS تهیه و سپس از محیط GIS به محیط HEC-RAS انتقال داده شد. سپس با استفاده از هیدروگراف های سیلاب با دوره های بازگشت مختلف که از مدل HEC-HMS بدست آمد،‏ پهنه بندی سیلاب برای رودخانه های منطقه طرح انجام و مناطق مورد تهدید سیل مشخص شد. مشاهده شد که حوضه آبخیز رودخانه دوغ بیشترین میزان تولید سیل را دارد. در ادامه کل مساحت خسارت دیده براساس نتایج حاصل از برنامه HEC-RAS به ازاء دوره‌های بازگشت مختلف محاسبه گردید که با همپوشانی نقشه های کاربری اراضی،‏ نقشه راه ها و تأسیسات زیربنایی با نقشههای پهنه بندی سیلاب حاصل از مدل HEC-RAS تعداد روستاها , ...