JOURNAL OF HYDRAULICS
Year:2015 | Volume: | Issue: |Papers Count:6

نظر به اهمیت شکل های بستر نظیر تلماسه ها در کنترل میزان انتقال رسوب، تولید اغتشاش و مقاومت جریان و همچنین نقش پوشش گیاهی در انتقال جریان و جرم در رودخانه ها، کانال ها و تالاب ها، ضرورت مطالعه ساختار جریان در اثر برهم کنش پوشش گیاهی و تلماسه بیش از پیش مطرح می گردد. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر ارتفاع تاج تلماسه در حضور پوشش گیاهی بر توزیع سرعت و شدت آشفتگی است. بدین نظور مدل فیزیکی شامل تلماسه ها با طول موج یک متر، دو ارتفاع تاج 0.04 و 0.08 متر، شیب وجه پایین دست 28 درجه و عرضی برابر عرض کانال تهیه شد. شن مورد استفاده برای ساخت تلماسه ها دارای قطر متوسط 14 میلی متر می باشد. برای شبیه سازی پوشش گیاهی کناری رودخانه ها از ساقه برنج استفاده گردید. نتایج نشان داد که با افزایش ارتفاع تاج تلماسه، ناحیه جدایی جریان از نزدیکی تاج تلماسه با ارتفاع 4 سانتی متر به نزدیکی بخش فرورفته انتقال می یابد. مقدار بیشینه تنش با افزایش ارتفاع تاج تلماسه در فاصله دورتری از بستر اتفاق می افتد. بیشینه نوسانات در راستای جریان روی تلماسه با ارتفاع تاج 4 سانتی متر روی وجه بالادست قرار گرفته است، در حالی که این مقدار در تلماسه با ارتفاع 8 سانتی متر در بالای ناحیه جدایی جریان در منطقه برخاستگی اتفاق افتاده است.

برآورد ریسک روگذری سدهای خاکی از مسائل مهم و موثر در تعیین ارتفاع سد و ظرفیت آبگذری سیستم تخلیه سیلاب محسوب می شود. حالت ایده ال برآورد ریسک روگذری، در نظر گرفتن تمام متغیرهای تصادفی و موثر بر روگذری می باشد. البته در نظر گرفتن کلیه متغیرهای تصادفی موثر و برآورد ریسک روگذری با الگوریتم هایی مانند مونت کارلو بسیار زمان بر و بعضی مواقع غیرممکن است. در این تحقیق سعی شده است با استفاده از تئوری بارش آستانه و تلفیق آن با روش مونت کارلو شرطی، گام مهمی در کاهش زمان شبیه سازی ها برداشته شود. نتایج این تحقیق نشان داد با پذیرش 6 درصد خطا در محاسبه ریسک روگذری سد جامیشان، زمان محاسبات در حدود 29 ساعت کمتر می شود و یا به عبارت دیگر راندمان الگوریتم شرطی معرفی شده در این تحقیق 7 برابر بیشتر از روش مونت کارلو معمولی در تحلیل ریسک روگذری سد جامیشان می باشد.

رویکرد اصلی حل مسائل بهینه سازی چند هدفه در اغلب الگوریتم های بهینه سازی فراکاوشی، بکارگیری مفهوم " غلبگی پارتو" می باشد. یک روش جدید و جایگزین برای این دسته از الگوریتم های حل، الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر تجزیه است که در آن به جای حل مستقیم، با استفاده از تجمیع توابع هدف، مساله اصلی به چند زیر مساله تک هدفه گسسته تبدیل شده و همزمان حل می شوند. در این مقاله الگوریتم مبتنی بر تجزیه برای طراحی بهینه شبکه های آب رسانی بزرگ مقیاس مورد آزمون قرار می گیرد. برای این منظور عملگرهای الگوریتم ژنتیک در قالب رویکرد بهینه سازی مبتنی بر تجزیه بکار گرفته می شود و برای حل دو مساله استاندارد و شناخته شده طراحی بهینه شبکه توزیع آب، به ترتیب با 99 و 454 متغیر تصمیم، مورد استفاده قرار می گیرد. عملکرد مدل توسعه داده شده با دو الگوریتم معروف بهینه سازی، الگوریتم های NSGA-II و SPEA-II، که بر اساس "غلبگی پارتو" توسعه داده شده اند، مقایسه می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که الگوریتم مبتنی بر تجزیه هم به لحاظ معیار همگرائی (کیفیت جواب ها) و هم به لحاظ حفظ تنوع در جمعیت بر دو الگوریتم مذکور برتری دارد. این نتایج بیانگر امیدبخش بودن عملکرد این الگوریتم در حل مسائل پیچیده بهینه سازی در حوزه مهندسی آب می باشد.

روش هیدرودینامیک ذرات هموار، یک روش عددی لاگرانژی مبتنی بر مقیاس ذره و مناسب برای مسائل هیدرودینامیک سطح آزاد است. کد عددی SPHysics از جمله کدهایی است که با روش SPH میدان سیال را حل می کند. این کد متن باز قادر به حل محیط سیال تک فاز و محدود به سیالات نیوتنی است. در این تحقیق با توسعه کد دو بعدی سریال SPHysics به یک مدل دو فازی غیرنیوتنی با مدل بینگهام، مساله شکست سد با بستر متحرک ناشی از رسوبات به روش SPH مدل سازی شده است. برای توسعه مدل از تعریف یک ترم جدید برای فشار افزوده استفاده شده است. سپس مدل برای مسائل مختلف شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج با مدل های مشابه و داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. در انتها نیز از مدل برای شبیه سازی مساله شکست سد در بستری از رسوبات که به صورت سیال غیرنیوتنی بینگهام مدل شده، مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج با مدل MPS و نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. نتایج نشان می دهند مدل SPH توانایی خوبی در مدل سازی مساله با تلاش اجرایی معقول در مقایسه با روش MPS دارد.

تعداد زیادی از پدیده های طبیعی جریان سیال توسط معادلات سنت-ونانت و مدل موج دینامیکی توصیف می شوند. از آن جمله می توان به پدیده شکست سد و روندیابی سیلاب اشاره کرد. روندیابی سیلاب یک روش ریاضی برای پیش بینی تغییرات حجم، سرعت و شکل موج سیل بصورت تابعی از زمان و مکان است. آگاهی از شدت وقوع سیلاب، نقش بسزایی در کاهش خسارت های جانی و مالی ناشی از آن دارد. تغییرات شدید متغیر وابسته در فاصله مکانی کوتاه ویژگی بارز این پدیده ها است. لذا در نتایج شبیه سازی ریاضی آنها، اغلب بالا و پایین زدگی های غیرفیزیکی و نوسانات غیریکنواخت مشاهده می شود که می توانند موجب بی اعتباری نتایج مدل سازی گردند. از این رو علاوه بر استفاده از روش گسسته سازی کارآمد لازم است تمهیداتی برای کاهش خطا و جلوگیری از بروز نتایج غیرفیزیکی بکار گرفته شود. در این تحقیق مدل موج دینامیکی توسط روش گسسته سازی حجم محدود، که روشی تقریبا جدید و بسیار کارآمد است، منفصل سازی شده است. سپس برای مدل سازی، الگوریتمی ارائه شده که در عین سادگی استراتژی Ultimate را برای جلوگیری از بوجود آمدن نتایج غیرفیزیکی و نوسانات غیرواقعی به خدمت گرفته است. همچنین در الگوریتم حل پیشنهادی امکان استفاده از انواع الگوهای مرتبه بالا ممکن می باشد و امکان استفاده از آن در انواع محیط های کدنویسی وجود دارد. در آخر، برای بررسی صحت دستگاه معادلات گسسته و الگوریتم حل پیشنهادی، کدی در محیط نرم افزار مت لب تهیه شد و نتایج آن با نتایج (Chow et al. (1988 مقایسه گردید. نتایج مقایسه اعتبار دستگاه معادلات گسسته و توانمندی الگوریتم حل را اثبات نمود.

شبیه سازی هیدرولیکی پدیده شکست سد، برای برآورد خسارت، برنامه ریزی صحیح و تدارک فعالیت های امدادی در محدوده ساختگاه اهمیت زیادی دارد. از جمله این شبیه سازی ها پیش بینی دبی اوج سیلاب ناشی از شکست سدهای بتنی است. روابط مختلف با استفاده از مدل سازی عددی و مدل های فیزیکی در شبیه سازی پدیده شکست سد و رها شدن آب موجود در مخازن آن ها ارائه گردیده است. در این مقاله به مدل سازی پدیده شکست سد پرداخته شده است. در این راستا هیدروگراف خروجی ناشی از شکست سد محاسبه و سپس با توجه به مورفولوژی پایین دست روند یابی و پهنه بندی سیلاب انجام گردید. این مطالعه به ارزیابی مقایسه نتایج نرم افزار Mike 11 با نتایج حاصل از حل تحلیلی در خصوص هیدرو گراف سیلاب ناشی از شکست سد دز و نتایج حاصل از معادلات تجربی پرداخته است. نتایج این پژوهش بیانگر آن است که تاثیر اوج سیلاب ناشی از شکست سد دز تنها در 30 کیلومتر پایین دست آن و در محدوده سد دز علیا شهر دزفول اهمیت داشته و برای سایر نواحی رودخانه اهمیت چندانی ندارد. همچنین نتایج نشان داد که سد دز به هر صورتی که شکسته شود، سیلابی در حدود 60000 مترمکعب بر ثانیه به شهر دزفول و 11000 مترمکعب به شهر اهواز می رسد.