Bahram Rezaei

در زمان وقوع سيلاب در رودخانه ها، در صورتي كه مقطع اصلي رودخانه قادر به انتقال سيلاب ايجاد شده نباشد، جريان كانال اصلي را ترك كرده و وارد سيلاب دشت ها مي شود. با توجه به تأثير شرايط توپوگرافي محلي، رودخانه هايي با مقطع مركب مستقيم در طبيعت به ندرت پيدا مي شوند و اغلب رودخانه ها داراي مقطع عرضي غيرمنشوري هستند. ساختار جريان در كانال هاي مركب غيرمنشوري بسيار پيچيده تر از كانال هاي مركب منشوري است. به همين دليل بررسي ميدان جريان در چنين كانال هايي بسيار حائز اهميت است و به مهندسان در درك بهتر رفتار جريان در رودخانه ها به ويژه در زمان وقوع سيلاب كمك مي كند. در دهه هاي اخير مشخصات ميدان جريان در كانال هاي مركب منشوري و غيرمنشوري با هندسه مختلف مورد بررسي قرار گرفته، اما تاكنون مطالعات محدودي در مورد مقاطع مركب غيرمنشوري با سيلاب دشت هاي مايل واگرا صورت گرفته و ابهامات زيادي در مورد ويژگي هاي جريان در اين نوع از كانال هاي مركب وجود دارد. لذا در اين پژوهش ميدان جريان در كانال مركب غيرمنشوري با سيلاب دشت هاي مايل واگرا (8/11 درجه) به صورت آزمايشگاهي بررسي شده است. آزمايش ها شامل اندازه گيري پروفيل سطح آب، توزيع سرعت جريان و توزيع تنش برشي مرزي بود. نتايج حاصل از بررسي ها نشان داد كه با حركت در امتداد ناحيه واگرايي سرعت جريان در كانال اصلي و سيلاب دشت ها كاهش يافت اما با افزايش دبي جريان و حركت در امتداد ناحيه واگرايي، سرعت در كانال اصلي افزايش و در سيلاب دشت ها كاهش يافت. با حركت در امتداد ناحيه واگرايي، ميزان و ابعاد جريان هاي ثانويه كاهش يافت. در يك دبي مشخص، با حركت در امتداد ناحيه واگرايي، نيروي برشي در كف و ديواره كانال اصلي كاهش يافت؛ در حالي كه نيروي برشي در كف سيلاب دشت، افزايش و در ديواره هاي آن كاهش يافت. با افزايش دبي جريان در يك مقطع عرضي يكسان، نيروي برشي در كف كانال اصلي به طور متوسط افزايش مي يابد در صورتي كه در كف سيلاب دشت ها به طور متوسط كاهش مي يابد. همچنين نتايج بررسي پروفيل سطح آب نشان داد كه در ناحيه منشوري بالادست كانال، عمق آب تقريبا ثابت است اما در ناحيه واگرايي كانال، پروفيل سطح آب صعودي است. نوسان هاي به وجود آمده در پروفيل سطحي آب ناشي از جريان هاي برگشتي و موج هاي عرضي است.
Thesis summary

در هنگام وقوع سيلاب در رودخانه، چنانچه مقطع اصلي رودخانه قادر به انتقال سيلاب ايجاد شده نباشد، جريان مازاد بر ظرفيت كانال اصلي، وارد سيلاب دشت ها مي شود. سيلاب دشت ها اغلب محل تعداد زيادي از گياهان است. پوشش گياهي عموما مقاومت در برابر جريان را افزايش مي دهد و موجب تغيير توزيع سرعت شده و بر ظرفيت تخليه و نرخ انتقال رسوب تاثير مي گذارد. در پژوهش حاضر اثر پوشش گياهي در ميدان جريان در كانال مركب با سيلاب دشت هاي مايل به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. آزمايش ها براي دبي هاي 27، 30، 35، 40 و 45 ليتر بر ثانيه و براي سه حالت بدون پوشش گياهي، پوشش گياهي با آرايش زيگزاگ و پوشش گياهي با آرايش موازي در سيلا ب دشت، انجام شد. يك سرعت سنج داپلر آكوستيك سه بعدي براي اندازه گيري سرعت جريان استفاده شد. به منظور الگو پوشش گياهي غير مستغرق در سيلاب دشت ها، از ميله هايي با جنس پالستيك فشرده سخت به قطر mm 10 و فواصل طولي و عرضي mm 100 از يكديگر استفاده شد. در نتيجه نسبت فاصله بين ميله ها به قطرآن ها برابر 10 لحاظ گرديد. تراكم پوشش گياهي موازي 28/14 %بيشتر از تراكم پوشش گياهي زيگزاگ است. با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي، توزيع عرضي سرعت جريان، تنش برشي مرزي، توزيع دبي جريان، جريان هاي ثانويه، نيمرخ سطح آب و مقاومت جريان بررسي شده اند. نتايج نشان داد كه سرعت جريان، سرعت متوسط در عمق، دبي عبوري و تنش برشي مرزي براي حالت با پوشش گياهي در مقايسه با شرايط بدون پوشش گياهي در كانال اصلي همواره افزايشي و در سيلاب دشت ها همواره كاهشي است. وجود پوشش گياهي موجب مي شود دبي عبوري در سيلاب دشت بين 30 تا 40 درصد كاهش و دبي عبوري در كانال اصلي بين 10 تا 22 درصد افزايش يابد. تاثير آرايش زيگزاگ در دبي عبوري در كانال اصلي نسبت به آرايش موازي 2 تا 3 درصد بيشتر است. با حضور پوشش گياهي نسبت به شرايط بدون پوشش گياهي ميانگين سرعت متوسط در عمق، در كانال اصلي 10 تا 23 درصد افزايش و در سيلاب دشت 13 تا 19 درصد كاهش مي يابد. همچنين در پوشش گياهي با آرايش زيگزاگ يكنواختي بيشتري در توزيع عرضي سرعت متوسط در عمق و توزيع تنش برشي در محدوده سيلاب دشت مشاهده مي شود. ضريب اصلاح انرژي جنبشي در امتداد پوشش گياهي و دبي 27 ليتر بر ثانيه 10 تا 50/11 درصد و براي دبي 45 ليتر بر ثانيه 22 تا 24 درصد افزايش مي يابد. اعداد بزر
Thesis summary

شبيه سازي جريان در مقاطع مركب يا رودخانه هاي طبيعي از مهم ترين مسائلي است كه براي كاهش خطرات سيلاب و همچنين مديريت سيلاب دشت ها مورد بررسي قرار مي گيرد. به دليل پيچيدگي ساختار جريان در زمان سيلاب، استفاده از مدل هاي رياضي يك بعدي، منطقي نبوده و نتايجي توأم با خطا ارائه مي نمايند. امروزه با پيشرفت و توسعه نرم افزارهاي شبيه سازي عددي و افزايش سرعت محاسبات كامپيوترها، استفاده از روش هاي عددي مبتني بر ديناميك سيالات محاسباتي توسعه يافته است است، تاكنون مشخصات ميدان جريان در كانال هاي مركب منشوري و غير منشوري با مقطع مختلف به صورت مدل هاي عددي و آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفته است. اما مطالعات محدودي در مورد مقاطع مركب غيرمنشوري با سيلاب دشت هاي مورب صورت گرفته و ابهامات زيادي در مورد ويژگي هاي جريان در اين نوع از كانال هاي مركب وجود دارد. براي بررسي مشخصات جريان در كانال هاي مركب با سيلاب دشت هاي مايل مورب، از نرم افزار انسيس فلوئنت و مدل آشفتگي k-ɛ استفاده و نتايج عددي با داده هاي آزمايشگاهي مقايسه شده است. نتايج اين تحقيق نشان دهنده آن است كه مدل آشفتگي k-ɛ با دقت قابل توانائي پيش بيني توزيع سرعت و تنش برشي مرزي در اين نوع كانال ها بوده و نيز قادر به پيش بيني الگوي جريان هاي ثانويه و گردابه هاي ايجاد شده در كانال اصلي ناشي از انتقال جرم بين زير بخش هاي كانال مي باشد. بررسي ها نشان مي دهد كه با افزايش زاويه اريب سيلاب دشت ها، سرعت جريان در امتداد ناحيه اريب كانال، افزايش مي يابد. بيشترين اختلاف سرعت بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها، در مقطع ابتدائي ناحيه اريب كانال مشاهده و با حركت در امتداد ناحيه اريب، اين اختلاف سرعت كاهش مي يابد. با افزايش زاويه اريب، تنش برشي در كل مقطع عرضي كانال، به ويژه در مقاطع ابتدائي و مياني ناحيه اريب، افزايش مي يابد؛ اما در مقطع انتهائي ناحيه اريب، ميزان افزايش ناچيز است. همچنين محل بيشينة تنش برشي در كل مقطع عرضي كانال، در مقطع شروع ناحيه اريب در كانال اصلي و در سمت سيلاب دشت واگرا است. افزايش عمق نسبي جريان سبب افزايش تنش برشي در كل مقطع عرضي مي شود. همچنين با افزايش زاويه اريب سيلاب دشت ها، تاثير عمق نسبي جريان بر افزايش تنش برشي، كاهش مي يابد.
Thesis summary

يافتن پروفيل توزيع سرعت جريان در عمق در كانال ها يكي از مهم ترين موضوعات براي مهندسين هيدروليك بوده و سال ها مورد تحقيق و بررسي قرار گرفته است. توزيع سرعت در مقطع عرضي رودخانه، اساس مدل سازي هيدروليكي، انتشار جريان، انتقال رسوبات و انتقال آلودگي بوده است. توزيع سرعت همچنين مستقيماً با مشخصات مختلف جريان، نظير توزيع تنش برشي، تخمين پروفيل سطح آب، اندازه گيري ظرفيت كانال و ساير ويژگي هاي جريان در ارتباط است. در مجاري روباز نظير رودخانه ها و كانال ها، سرعت از صفر در كف كانال به مقدار بيشينه درنزديكي سطح آب افزايش مي يابد. در كانال هاي كم عرض، علاوه بر راستاي قائم، سرعت در جهت عرضي نيز تغيير مي كند، بنابراين توزيع سرعت در اين كانال ها دوبعدي در نظر گرفته مي شود. هدف از اين پايان نامه، بررسي امكان كاربرد مدل هاي تحليلي، جهت پيش بيني توزيع سرعت در عمق در كانال هاي مركب منشوري و غيرمنشوري مي باشد. تاكنون تحقيقات بسياري حهت شبيه سازي توزيع سرعت در عمق در كانال منشوري با مقطع ساده انجام شده است اما بر روي كانال هاي مركب منشوري و يا غيرمنشوري مطالعه ي چنداني صورت نگرفته است. در اين تحقيق تلاش شده تا با استفاده از مدل بنكداري و همكاران (2008)، توزيع سرعت در عمق در كانال هاي مركب منشوري و غيرمنشوري شبيه سازي شود. به اين منظور دو نوع كانال مركب منشوري (با سيلاب دشت هاي به عرض 200 و 400 ميلي متر) و كانال مركب غير منشوري با سيلاب دشت هاي اريب (با زواياي اريب 5 و 9 درجه) انتخاب و توزيع سرعت در عمق و در ناحيه مركزي كانال اصلي، شبيه سازي شده است. بررسي ها نشان دهنده آن است كه مدل بنكداري و همكاران (2008) توزيع سرعت در عمق را در ناحيه مركزي كانال مركب منشوري و غيرمنشوري با دقت قابل قبولي پيش بيني مي كند. اين دقت عموماً در كانال هاي مركب منشوري با افزايش عرض سيلاب دشت ها از 200 ميلي متر به 400 ميلي متر و نيز افزايش عمق جريان افزايش مي يابد. همچنين در كانال هاي مركب غير منشوري با سيلاب دشت هاي اريب، با كاهش زاويه اريب از 9 درجه به 5 درجه دقت مدل فوق الذكر در پيش بيني توزيع سرعت در عمق افزايش مي يابد.
Thesis summary

از گذشته هاي دور تا كنون بسياري از تمدن ها و شهرهاي بزرگ، بدليل حاصل خيزي خاك و دسترسي آسان به آب آشاميدني در كنار رودخانه ها و در محدوده سيلاب دشت ها شكل گرفته و توسعه يافته است. در نتيجه هرساله بر اثروقوع بارندگي و جاري شدن سيلاب، شاهد تلفات جاني و خسارات مالي بسياري در كشورهاي مختلف بوده و هستيم. اين امر سبب شده كه در دهه هاي اخير به منظور پيش بيني رفتارجريان در رودخانه ها و در زمان سيلاب، مطالعات بسياري به صورت تجربي و يا تحليلي توسط مهندسين هيدروليك ترتيب داده شود. مقطع عرضي رودخانه ها عموماً از كانال اصلي در وسط و يك يا دو سيلاب دشت در طرفين تشكيل شده است. در زمان وقوع سلاب بدليل محدود بودن ظرفيت انتقال كانال اصلي، جريان آب وارد سيلاب دشت ها شده و مقطع عرضي رودخانه از مقطع ساده به مقطع مركب تغيير شكل مي دهد. به همين دليل مطالعه جريان در كانال هاي مركب مي تواند به محققين در شبيه سازي جريان در رودخانه كمك كند. در كانال هاي مركب، به دليل تفاوت سرعت جريان در كانال اصلي و سيلاب دشت ها، يك لايه برشي در فصل مشرك بين آن ها شكل مي گيرد. كه در اثر تشكيل اين لايه برشي و تبادل جرم و اندازه حركت در آن،ظرفيت انتقال كانال اصلي كاهش، در سيلاب دشت ها افزايش و در كل مقطع كاهش مي يابد. در اين پايان نامه به منظور بررسي تاثير كاهش عرض و شيب جانبي سيلاب دشت ها بر ميدان جريان، توزيع سرعت جريان و تنش برشي جدار در كانال مركب منشور با سيلاب دشت هاي به عرض 200 و 400 ميلي متر و شيب جانبي 075/0 براي دبي هاي مختلف به صورت آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي ضرايب مقاومت جريان، مقادير دبي جريان در كانال اصلي و سيلاب دشت ها و نيز سلول هاي جريان ها ثانويه براي دبي ها و عمق هاي نسبي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين با استفاده از معادلات اندازه حركت نوشته شده براي حجم كنترل در كانال اصلي و سيلاب دشت ها، نيروي برشي ظاهري در فصل مشترك بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها براي عمق هاي نسبي مختلف محاسبه شده است. در برخي مراحل تحقيق نتايج حاصل از اندازه گيري سرعت و تنش برشي بستر با داده ها حاصل از آزمايش بر روي كامال مركب منشوري با ابعاد هندسي مشابه ولي سيلاب دشت هاي مسطح (افقي) مقايسه شده است.
Thesis summary

در هنگام وقوع سيلاب در رودخانه، چنانچه مقطع اصلي رودخانه قادر به انتقال سيلاب ايجاد شده نباشد، جريان مازاد بر ظرفيت كانال اصلي وارد سيلاب دشت ها مي شود. با توجه به تأثير شرايط توپوگرافي محلي، رودخانه هايي با مقطع مركب مستقيم در طبيعت به ندرت يافت مي شوند و اغلب رودخانه ها داراي مقطع عرضي غيرمنشوري هستند. در كانال هاي مركب غيرمنشوري، به دليل تأثير تغيير مقطع عرضي در طول كانال، ساختار جريان پيچيده تر از كانال هاي مركب منشوري است. به همين دليل بررسي ويژگي هاي جريان در چنين كانال هايي امري مهم بوده و مي تواند به مهندسان در درك بهتر رفتار جريان در رودخانه ها، به ويژه در مواقع سيلابي كمك كند. در پژوهش حاضر، رفتار جريان در كانال هاي مركب مورب با سيلاب دشت هاي مايل (شيب دار) به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين كانال ها يكي از سيلاب دشت ها به صورت واگرا و ديگري به صورت همگرا است. آزمايش ها در سه عمق نسبي 2/0، 3/0 و 4/0 و براي دو زاويه اريب 81/3 و 31/11 درجه انجام شده است. اندازه گيري ها در طول ناحيه اريب در 5 مقطع با فواصل طولي 5/1 متري براي كانال مركب با زاويه اريب 81/3 درجه و در 3 مقطع با فواصل طولي 1 متري براي كانال مركب با زاويه اريب 31/11 درجه انجام شده است. هدف از اين اندازه گيري ها بررسي اثر زاويه اريب سيلاب دشت ها و همچنين شيب جانبي (عرضي) آن ها بر ويژگي هاي جريان در كانال هاي مركب مورب است. با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي، توزيع عرضي سرعت جريان، تنش برشي مرزي، توزيع دبي جريان، جريان هاي ثانويه، نيمرخ سطح آب و مقاومت جريان بررسي شده اند. با توجه به نتايج، توزيع عرضي سرعت جريان و تنش برشي مرزي در كانال هاي مركب مورب با سيلاب دشت هاي مايل به صورت نامتقارن و غيريكنواخت است. همچنين همواره سرعت جريان و تنش برشي مرزي در سيلاب دشت واگرا بيشتر از مقدار آن ها در سيلاب دشت همگرا است. با افزايش زاويه اريب سيلاب دشت ها، سرعت جريان و تنش برشي مرزي در كل مقطع عرضي كانال، به ويژه در سيلاب دشت ها افزايش يافته است. همچنين با افزايش زاويه اريب سيلاب دشت ها، بزرگاي جريان هاي ثانويه افزايش يافته نيمرخ سطح آب به صورت غير يكنواخت درمي آيد. به دليل شيب جانبي سيلاب دشت ها، سرعت و تنش برشي مرزي در سيلاب دشت واگرا افزايش يافته درحالي كه مقادير آن ها در سيلاب دشت همگرا كاهش يافته
Thesis summary

رودخانه ها دائماً بستر و كناره هاي خود را دست خوش تغيير قرار داده و همين امر سبب مي شود كه مسير آن ها در طول زمان دچار تغييرات اساسي شود. همگام با حركت و جاري شدن آب و رسوب بستر در رودخانه، تغيير و جابجايي در ساير مشخصات هندسي آن به وقوع مي پيوندد. كانالهاي مركب، مقطع عرضي بسياري از رودخانه ها را تشكيل مي دهد. بررسي رفتار هيدروليكي كانال هاي مركب، در طرح هاي كنترل سيلاب و ساماندهي رودخانه ها اهميت فراواني دارد. سرعت جريان در كانال اصلي رودخانه به دليل عمق زياد و ضريب زبري كمتر نسبت به سيلاب دشت ها بيشتر است، اين در حالي است كه جريان در سيلاب دشت ها به دليل عمق كم و ضريب زبري بيشتر داراي سرعت بسيار كمتري است. اين اختلاف سرعت بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها باعث ايجاد گراديان عرضي قابل توجهي مي شود، به همين دليل لايه برشي در مرز مشترك اين دو بخش به وجود خواهد آمد. اين لايه برشي ايجاد شده، منجر به بروز تنش برشي اضافه بر تنش برشي بستر و جداره هاي كانال مي شود كه به آن تنش برشي ظاهري گفته مي شود. در نتيجه حضور اين لايه برشي، گردابه هايي در جهت جريان و در جهت عمود بر جريان به وجود مي آيد. با افزايش عمق جريان بر روي سيلاب دشت ها، فاصله بين اين گردابه ها و ابعاد آن ها به تدريج كم شده و در عمل يك ناحيه اندركنشي پيوسته در فصل مشترك كانال اصلي و سيلاب دشت ها به طور يكنواخت ايجاد مي شود. اين فرآيند باعث تبادل پيوسته جرم و مومنتم بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها مي گردد. در اين تحقيق تأثير زاويه هاي مختلف همگرايي سيلاب دشت ها با شيب عرضي يكسان بر هيدروليك جريان در كانال هاي مركب غيرمنشوري به صورت آزمايشگاهي بررسي شده است. به همين منظور آزمايش هاي مختلفي در سه عمق نسبي (3/0 و 4/0 و 5/0) براي زاويههاي همگرايي °81/3 و °31/11 انجام شده است. آزمايش ها شامل اندازه گيري پروفيل سطح آب، توزيع سرعت جريان و توزيع تنش برشي مرزي بود و نتايج به دست آمده در قالب جدول و نمودارهاي مختلف گزارش شد. براي اندازه گيري سرعت در مقاطع عرضي مختلف در طول ناحيه همگرايي از دستگاه سرعت سنج صوتي داپلر (ADV) و براي اندازه گيري تنش برشي مرزي از لوله پرستون با قطر خارجي چهار ميلي متر استفاده شده است. نتايج حاصل نشان مي دهد كه افزايش زاويه همگرايي و عمق نسبي باعث تغيير در هيدروليك جريان خواهد شد به طوريكه در يك عمق نس
Thesis summary

سرريز ها از قديمي ترين و مهم ترين سازه هاي هيدروليكي هستند كه كاربردهاي متعددي نظير عبور آب اضافي ناشي از سيلاب، كنترل سطح آب در مخزن، انحراف جريان، كاهش فرسايش رودخانه و محاسبه ميزان دبي عبوري را دارند. يك نمونه از انواع سرريزها، سرريز جانبي است. هدف از استفاده ي سرريز جانبي در سيستم هاي انتقال و توزيع آب ، كنترل سطح جريان، انحراف آب و جلوگيري از خسارات ناشي از وقوع سيل مي باشد. مي توان از اشكال مختلف سرريزهاي جانبي به سرريزهاي غير خطي در تاج اشاره نمود. سرريزهاي غيرخطي داراي اشكال مختلفي نظير سرريزهاي كنگره اي و كليد پيانويي هستند و در جايي كه براي احداث سرريز محدوديت طول داشته باشيم براي افزايش طول تاج و در نتيجه افزايش ظرفيت تخليه استفاده مي شوند. در سرريزهاي كنگره اي و كليدپيانويي ضريب تخليه دبي از اهميت ويژه اي برخوردار است و در اين تحقيق ضريب تخليه اين سرريزها به صورت سرريز جانبي مورد بررسي قرار گرفته است. مدل هاي آزمايشگاهي سرريزهاي كنگره اي مثلثي، ذوزنقه اي و مستطيلي و سرريز كليد پيانويي اين پژوهش هر كدام در 3 سيكل و 4 ارتفاع 5، 10، 15 و 20 سانتي متر با استفاده از ورق هاي پلكسي گلس به ضخامت 5 ميلي متر در طول بازشدگي 57 سانتي متر ساخته شده اند و سرريزهاي كليد پيانويي از نوع تيپA بوده است. آزمايش هاي انجام شده در اين پژوهش در كانال تحقيقاتي آزمايشگاه هيدروليك دانشگاه بوعلي سينا با طول 10 متر و عرض و ارتفاع 60 سانتي متر انجام شده است. همچنين جريان حاكم بر روي سرريزهاي جانبي از نوع متغير مكاني با كاهش دبي مي باشد و براي بررسي ضريب تخليه سرريزها از رابطه دي مارچي استفاده گرديده است. در سرريزهاي كنگره اي مثلثي، ضريب تخليه سرريز با ارتفاع 5 سانتي متر به طور ميانگين نسبت به سرريزهاي با ارتفاع 10، 15 و 20 سانتي متر به ترتيب 9/17، 3/22 و 8/26 درصد افزايش داشته است. در سرريزهاي كنگره اي ذوزنقه اي، ضريب تخليه سرريز با ارتفاع 5 سانتي متر به طور ميانگين نسبت به سرريزهاي با ارتفاع 10، 15 و 20 سانتي متر به ترتيب 4/11، 14 و 6/17 درصد افزايش داشته است. در سرريزهاي كنگره اي مستطيلي، ضريب تخليه سرريز با ارتفاع 20 سانتي متر به طور ميانگين نسبت به سرريزهاي با ارتفاع 5، 10 و 15 سانتي متر به ترتيب 34، 3/7 و 1/14 درصد افزايش داشته است. در سرريزهاي كليد پيانويي ضريب تخليه سرريز با ا
Thesis summary

پيش بيني توزيع سرعت و تنش برشي در كانال هاي مركب غير منشوري با سيلاب دشت هاي همگرا با استفاده از مدل آشفتگي LES
Thesis summary

كانال مركب در واقع مدل ساده شده آزمايشگاهي از يك رودخانه مي باشد و مطالعه آن كمك بسياري در شناخت ويژگي هاي جريان در رودخانه ها، در طرح هاي مهندسي رودخانه در مواقع سيلابي و كنترل سيلاب خواهد داشت. با توجه به اهميت بالاي سيلاب دشت هاي مجاور رودخانه، از حيث جنبه هاي مختلف اقتصادي، تفريحي، كشاورزي و به خصوص تامين حفاظت انسان ها از خطرات احتمالي ناشي از سيلاب و طغيان رودخانه‎ ها، نياز به مطالعه هيدروليك و مشخصات جريان جهت ايجاد ساختاري مطمئن براي بهره برداري هرچه بيشتر از ظرفيت اين منابع ، از ضرورت بالايي برخوردار مي شود. توزيع سرعت يكي از مهم ترين مباحث در مطالعات جريان هاي كانال هاي روباز است، به طوريكه جهت تعيين سرعت متوسط، تعيين دبي متوسط و لحظه اي، محاسبه تنش برشي روي جداره ها، انتقال غلظت رسوب، انتقال آلودگي و مقاومت جريان مورد نياز است. از اين رو پروفيل سرعت در مقطع عرضي كانال ها، سالها مورد مطالعه ي پژوهشگران بسياري قرار گرفته است. روابط معروف توزيع سرعت داراي ضعف هايي در پيش بيني توزيع سرعت مي باشند از جمله اينكه سرعت را در حالت يك بعدي اندازه گيري مي كنند، و يا در مواقعي كه سرعت بيشينه در زير سطح آب رخ مي دهد، در اندازه گيري دچار خطا مي شوند، همچنين اندازه گيري ميداني سرعت بسيار زمان بر و پرهزينه مي باشند، و در موارد سيلابي كاربرد ندارند، لذا استفاده از روش هايي كه هم دقت كافي را دارا باشند و هم در زمان و هزينه بهينه عمل كنند بسيار با اهميت مي باشد. در اين تحقيق سعي برآن شده است كه با استفاده از تئوري آنتروپي، و اصل بيشينه آنتروپي و معادله توزيع سرعت چيو، توزيع سرعت را در يك كانال مركب منشوري روباز با مشخصات معلوم بدست آوريم و سپس آن را با نتايج آزمايشگاهي و همينطور با نتايج روش SKM بر روي همين كانال به مقايسه و بررسي قرار دهيم. اين روش توسط معيارهاي RMSE و ER مورد ارزيابي قرارگرفت، و نتايج نشان دهنده دقت بالاي روش آنتروپي در پيش بيني توزيع سرعت و برتري آن نسبت به روش SKM مي باشد.
Thesis summary

مقاطع مركب در مهندسي رودخانه از اهميت زيادي برخوردار است. معمولاً در بستر رودخانه هاي طبيعي يك يا دو ناحيه كم عمق (سيلاب دشت ها) در مجاورت يك ناحيه عميق (مقطع اصلي) قرار دارند. اختلاف سرعت جريان در كانال اصلي و سيلاب دشت ها، موجب شكل گيري يك لايه برشي و اندركنش در فصل مشترك بين اين زير مقاطع مي شود. در گذشته روش هاي تجربي و تحليلي بسياري براي برآورد ظرفيت انتقال در كانال هاي مركب ارائه شده است. در سال هاي اخير نيز با توسعه علوم رايانه اي، پيشرفت زيادي در زمينه هاي مختلف هوش مصنوعي، از جمله شبكه هاي عصبي حاصل شده است. استفاده از شبكه هاي عصبي در پيش بيني و تخمين پديده هاي مختلف علمي و مهندسي، رواج و توسعه بسياري پيدا كرده است. در اين تحقيق به منظور پيش بيني سرعت جريان در كانال هاي مركب منشوري با سيلاب دشت هائي به عرض 100، 200ُ، 300 و 400 ميلي متر، از شبكه هاي عصبي مصنوعي پرسپترون چندلايه (MLP) موجود در نرم افزار MATLAB استفاده شده است و ميزان دقت مدل سازي با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه و سنجش قرار گرفته است. در اين مدل سازي 70 درصد داده ها جهت آموزش و 30 درصد آن ها جهت آزمون مدل استفاده شده است. دقت مدل سازي با استفاده از معيارهاي ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE) و مجذور ضريب همبستگي (R^2) مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتيجه حاصل، نشان از دقت خوب اين مدل ها در تخمين ميزان سرعت جريان آب در كانال هاي مركب منشوري دارد.
Thesis summary

در اين پايان نامه، مسئله اصلي پيشبيني سرعت و تنش برشي جريان در كانال هاي مركب غيرمنشوري است. اين كانال ها از دو قسمت كانال اصلي عميق در وسط و دو سيلاب دشت همگرا در اطراف آن كه به صورت نسبي عمق كمتري نسبت به كانال اصلي دارند، تشكيل شده است. مطالعات هيدروليك جريان بر روي اين كانال ها به تبادل جرم و اندازه حركت بين سيلاب دشت ها و كانال اصلي به مراتب پيچيده تر از كانال هاي مركب منشوري است. در كانال هاي غيرمنشوري با سيلاب دشت ها همگرا به دليل ورود جريان از سيلاب دشت ها به كانال اصلي و تركيب آن با جريان طولي، جريان هاي ثانويه بسيار قوي در كانال اصلي و در نزديك ديواره ها به وجود آمده كه اين جريان هاي گردا به اي مارپيچي توزيع سرعت و به خصوص تنش برشي را به شدت تحت تأثير خود قرار مي دهد. بنابراين ارائه مدلي كه در آن تأثير پارامترهاي مختلف هندسي و هيدروليكي در توزيع سرعت و تنش برشي موردتوجه قرار گيرد لازم و ضروري است. در دهه اخير روش هاي مبتني بر هوش مصنوعي به دليل قابليت شبيه سازي فرايندهاي پيچيده، كاربرد زيادي در زمينه هاي مختلف مهندسي آب يافته اند. در تحقيقات و پژوهش هاي پيشين روش هاي مختلفي براي پيش بيني دبي جريان، سرعت آب و تنش برشي در كانال مركب ارائه شده است. برنامه ريزي ژنتيك جز الگوريتم هاي تكاملي محسوب مي شود، قادر به بهينه سازي ساختار مدل و مؤلفه هاي آن بوده و رابطه صريحي بر اساس متغيرها و پارامترهاي فرايند ارائه مي نمايد. در اين تحقيق به منظور پيش بيني توزيع سرعت و تنش برشي در كانال مركب غيرمنشوري از روش برنامه ريزي ژنتيكي موجود در نرم افزار MATLAB استفاده شده است و ميزان دقت مدل سازي با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه و سنجش قرارگرفته است كه 70 درصد داده ها براي آموزش و 30 درصد داده ها براي آزمون مدل به كاررفته است. دقت اين روش ها نيز با استفاده از معيار جذر ميانگين مربعات خطا RMSE، ضريب تعيين R2، مربع ميانگين خطاي استاندارد MSE و ميانگين قدر مطلق خطا MAE مورد ارزيابي قرارگرفته است. نتايج حاصل از مدل-سازي نشان داد كه اين مدل در پيش بيني توزيع سرعت و تنش برشي در كانال هاي مركب غيرمنشوري عملكرد خوبي داشته و همچنين روابطي براي اين دو پارامتر ارائه شده است.
Thesis summary

رودخانه ها و كانال ها به عنوان مجاري انتقال آب محسوب مي شوند كه امروزه به واسطه اهميت منابع آب و افزايش بهره برداري از اين منابع، شناخت و بررسي جريان در آن ها امري مهم تلقي مي شود. توزيع تنش برشي مرزي و سرعت متوسط عمقي از مشخصه هاي مهم هيدروليكي در كانال هاي روباز به شمار مي روند كه شناخت چگونگي توزيع آن ها در مجاري انتقال مي تواند در مطالعه آشفتگي جريان و انتقال رسوب مفيد باشد. براي اندازه گيري پارامترهاي مهم هيدروليكي از جمله سرعت متوسط عمقي و تنش برشي مرزي روش هاي مختلفي پيشنهاد شده است. روش SKM يكي از اين روش ها است كه براي اولين بار توسط شيونو و نايت 1988 معرفي شد. روش SKM در واقع يك مدل شبه دوبعدي است كه براساس انتگرال گيري در عمق معادلات ناويه-استوكس و حل تحليلي آن بنا شده است. در اين تحقيق با استفاده از الگوريتم ژنتيك پارامترهاي SKM به صورت خودكار بهينه شدند. در اين روش ابتدا معادله SKM با پارامترهاي اوليه كه توسط الگوريتم ژنتيك فرض مي شود براي كانال ذوزنقه اي ساده اعمال شد. سپس با استفاده از الگوريتم ژنتيك بهترين مقدار براي اين پارامترها محاسبه شد. در انتها براي اطمينان از مقادير به دست آمده از اين روش نتايج سرعت متوسط عمقي و تنش برشي به دست آمده از اين روش با مقادير به دست آمده در آزمايشگاه مقايسه شد. مقايسه نتايج نشان داد كه پارامترهاي محاسبه شده در اين تحقيق با دقت خوبي محاسبه شده است و در نتيجه سرعت متوسط عمقي و تنش برشي با دقت زيادي تخمين زده شدند. همچنين نتايج نشان داد كه بهترين مقدار براي عامل اصطكاك برابر 02/0، براي تعداد نسل 125، پول سايز 120، تورنمنت سايز 70، احتمال تركيب 9/0 و شاخص توزيع تركيب 10 مي باشد. در نهايت بهترين مقدار براي ويسكوزيته گردابي در پنل هاي 1 تا 4 به ترتيب 9/0، 19/0، 48/0 و 23/0 و بهترين مقدار ترم جريان در پنل هاي 1 تا4 به ترتيب 18/0-، 42/0، 73/0 و 24/0- مي باشد.
Thesis summary

رودخانه ها نقش مهمي را در شرايط روزانه كره زمين ايفا مي كنند. با نبود آب و منابع آن، هستي امكان پذير نيست؛ در مهندسي رودخانه، دقّت در پيش بيني پارامترهاي جريان و دبي در كانال هاي باز از اهداف اصلي و ضروري به شمار مي آيد. بيشتر رودخانه ها و نهرهاي طبيعي از دو قسمت تشكيل شده اند؛ كه شامل كانال اصلي و سيلاب دشت ها مي شوند. به دليل ايجاد ساختار خاص جريان در كانال هاي مركب شناخت و پيش بيني جريان در نوع از كانال ها، براي مهندسين هيدروليك اهميت زيادي دارد. جريان در كانال هاي مركب، داراي ساختار پيچيده اي است؛ كه اين پيچيدگي به دليل حضور لايه برشي در فصل مشترك جريان بين كانال اصلي و سيلاب دشت است. لايه برشي به دليل اختلاف سرعت بين جريان كانال اصلي و جريان موجود در سيلاب دشت به وجود مي آيد؛ و درنتيجه حضور اين لايه، گردابه هايي در جهت جريان و در جهت عمود بر جريان به وجود مي آيد. مقدار شعاع و شدت گردابه هاي موجود در جريان در ناحيه لايه برشي به تبادلات جرم و اندازه حركت در كانال اصلي و سيلاب دشت ها، ميزان اختلاف سرعت و سرعت نسبي، عمق نسبي جريان، زبري نسبي و جريان هاي ثانويه بستگي دارد. در پژوهش پيش رو به مدل سازي جريان در كانال مركب غير منشوري با سيلاب دشت هاي همگرا، با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي و شبكه هاي عصبي مصنوعي پرداخته شده است و ميزان دقت مدل سازي ها با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي ارائه شده توسط رضايي، در سال 2006 مورد مقايسه و سنجش قرار گرفته است. مدل سازي با روش ديناميك سيالات محاسباتي با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent، و با استفاده از مدل آشفتگي گردابه بزرگ (Large Eddy) صورت گرفته است؛ و در مدل سازي با استفاده از شبكه هاي عصبي مصنوعي (ANN)، از الگوريتم انتشار برگشتي (BP) استفاده شده است. طبق نتايج حاصل از هر دو روش تطابق قابل قبول در پيش بيني مشخصات جريان مشاهده شده است و مي توان اين گونه بيان نمود كه؛ اين دو روش، روش هاي قابل اطميناني براي مدل سازي جريان در كانال مركب غيرمنشوري با سيلاب دشت هاي همگرا به حساب مي آيند . همچنين مشاهده شده است كه؛ مدل آشفتگي گردابه بزرگ در مدل سازي جريان هاي آشفته توانايي قابل توجّهي دارد و در نواحي از جريان كه حضور گردابه ها پررنگتر است دقت پيش، دقت رگرسون افزايش يافته و رابطۀ ايجاد شده بين پارامترها دقيق تر بود.
Thesis summary

ماهيت سه بعدي جريان در كانال هاي مركب با سيلاب دشت هاي منشوري، پيش بيني مشخصات جريان را براي مهندسين هيدروليك با دشواري مواجه مي سازد. در كانال هاي مركب به دليل تفاوت سرعت در كانال اصلي و سيلاب دشت ها يك لايه برشي در فصل مشترك كانال اصلي و سيلاب دشت ها ايجاد مي شود كه در نتيجه آن، گردابه هاي بزرگ مقياس با محور قائم و نيز جريان ثانويه مارپيچي شكل در جهت محور طولي ايجاد مي گردد. مطالعه جريان در مقاطع مركب و شناخت عوامل موثر بر جريان در اين نوع مقاطع يك عامل ضروري محسوب مي شود به ويژه در مواقعي كه مسير رودخانه از دشتي وسيع به دره اي تنگ برسد كه در اين شرايط سيلاب دشت ها همگرا مي شوند. در كانال هاي مركب غيرمنشوري كه داراي سيلاب دشت هاي همگرا هستند به دليل تغييرات هندسي سيلاب دشت ها در طول مسير جريان، تاثيرات اندركنش و تبادل اندازه حركت بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها مدام در حال افزايش است. در اين تحقيق جريان در كانال مركب غيرمنشوري با سيلاب دشت هاي همگرا به صورت تحليلي با استفاده از معادلات ناويه استوكس متوسط گيري شده در عمق مورد مطالعه قرار گرفته است. به اين منظور در معادله ناويه-استوكس متوسط گيري شده، تأثير همگرايي سيلاب دشت ها بر روي جريان هاي ثانويه به صورت پارامتر K اعمال و جواب تحليلي معادله استخراج شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي تحليلي سرعت متوسط در عمق و تنش برشي با داده هاي آزمايشگاهي كانال مركب غير منشوري با زواياي تقارب 31/11 و 81/3 (آزمايش هاي سري ONPC2-0 وONPC6-0 ) و نيز روش شيونو و نايت مقايسه شده است. بررسي ها نشان داده كه منظور نمودن تناسب بين مولفه طولي و عرضي سرعت در معادله ناويه استوكس منجر به بهبود قابل ملاحظه توزيع سرعت و تنش برشي در مقايسه با روش معمول شيونو و نايت مي شود.
Thesis summary

اندازه گيري ميدان جريان در آزمايش هاي هيدروليك كماكان يكي از دغدغه هاي اصلي محققين مختلف است. با پيشرفت علم هيدروليك و پيچيده شدن هر چه بيشتر آزمايش هاي مربوطه، در دو دهه اخير سعي شده است تا تجهيزات و روش هاي اندازه گيري دقيق تري ارائه و استفاده گردد. تجهيزات اندازه گيري كنوني از جمله سرعت سنج هاي مكانيكي، جريان سنج، داپلر ليزري و ديگر تجهيزات مشابه از دقت مناسبي در اندازه گيري متغيرهاي جريان مانند سرعت برخوردار هستند؛ اما اين تجهيزات به طور كلي اندازه گيري ها را به صورت نقطه اي انجام مي دهند و به دليل سريع بودن فرآيندهاي جريان، قادر به اندازه گيري ميدان سرعت جريان نيستند. همچنين همه اين تجهيزات براي اندازه گيري سرعت جريان بايد در نزديكي يا در تماس مستقيم با آب باشند. امروزه با پيشرفت تجهيزات اپتيكي و افزايش وضوح تصاوير و سرعت تصويربرداري دوربين هاي ديجيتال، روش پردازش تصوير مي تواند جايگزيني براي روش هاي پر هزينه كنوني باشد. محدوديت هاي فوق در استفاده از روش هاي كنوني در تعيين سرعت آب و برآورد دبي باعث شده است تا محققين به دنبال روش هاي جديدي در برآورد سرعت سطحي جريان باشند، روش هايي كه مي توانند به صورت پيوسته، سرعت سطحي و دبي جريان را برآورد نمايند و همچنين به عنوان روشي جديد و نو مورد توجه قرار گيرند و پايه و اساس تحقيقات بعدي در اين زمينه باشند. مطالعه حاضر، نتايج كار آزمايشگاهي صورت گرفته براي برآورد سرعت سطحي جريان با استفاده از پردازش تصوير را ارائه مي دهد. به منظور استفاده از تكنيك پردازش تصوير از نرم افزار Matlab استفاده شده است و به منظور برآورد دقت روش حاصله، سرعت ها نيز با استفاده از سرعت سنج ADV برداشت شد. همچنين از الگوريتم PIV براي برآورد سرعت سطحي و فاصله هر شناور تا ديواره كانال استفاده شد. پروفيل هاي سرعت عرضي و قائم و كانتور سرعت ها با استفاده از نتايج ADV ترسيم شد و در نهايت نتايج پردازش تصوير با نتايج داده هاي آزمايشگاهي موجود مقايسه شدند و جذر متوسط خطا برابر 063 به دست آمد. مقايسه نتايج آزمايش PIV با نتايج ADV نشان داد كه انطباق خوبي بين نتايج ADV و نتايج حاصل از پردازش تصوير وجود دارد. اين امر تصديق مي كند كه سرعت هاي سطحي با استفاده از تكنيك PIV بهدرستي اندازه گيري شده اند و ابزارهاي اندازه گيري مبتني بر تصوير يك ابزار اندازه گيري مناسب بر
Thesis summary

از ديرباز تا كنون وجود روشي مناسب براي تخمين سرعت در مجاري طبيعي يكي از دغدغه هاي مهندسان رودخانه محسوب مي شود. بدين منظور روش هاي بسياري براي برآورد سرعت جريان به وجود آمده است، يكي از اين روش ها روش دو بعدي SKM است. روش SKM اولين بار در كانال هاي مركب منشوري شكل، مورد استفاده قرار گرفته است. توزيع عرضي سرعت، در كانال هاي مركب، به دليل وجود جريان هاي ثانويه قوي داراي شرايط پيچيده اي است. اين پيچيدگي در رودخانه ها به علت داشتن مقطع نامنظم، بيشتر به چشم مي خورد. در چنين شرايطي، پيش بيني سرعت جريان، امري دشوار به نظر مي رسد. همچنين تخمين سرعت، با روش هاي كلاسيك موجود نظير رابطه مانينگ، در كانال هاي مركب و به ويژه در رودخانه ها به دليل اندركنش بين جريان در كانال اصلي و سيلاب دشت ها نسبت به نتايج واقعي، ، خطاي بيشتري دارد. براي مطالعه ي جريان در رودخانه ها، شناخت برخي از عوامل موثر بر رفتار جريان، ضروري است. جهت دستيابي به اين شناخت، مي توان از تلفيق داده هاي آزمايشگاهي و مدل هاي تحليلي و عددي بهره گرفت. دراين پايان نامه از روش شيونو-نايت بهره گرفته شده است. اين روش، مبتني بر حل معادلات دو بعدي جريان در كانال هاي باز، با استفاده از متوسط گيري معادلات ناويه-استوكس مي باشد. در اين پژوهش ابتدا مقادير سرعت متوسط در عمق و همچنين تنش برشي محاسبه شد. سپس مقادير دبي جريان برآورد و با مقادير به دست آمده از اندازه گيري مقايسه شده است. نتايج حاكي از آن است كه روش شيونو نايت با داشتن اطلاعات پايه صحيح، از قابليت مناسبي در برآورد ميزان سرعت متوسط در عمق بر خوردار است.
Thesis summary

پيش بيني ميدان جريان در كانال هاي مركب به علت ماهيت سه بعدي جريان براي مهندسين هيدروليك امري دشوار تلقي مي شود. در كانال هاي مركب منشوري مشخصه اصلي شامل اثر بر هم كنش بين جريان سريع در كانال اصلي و جريان آرام در سيلاب دشت ها مي شود. اين اختلاف كه يك لايه برشي قوي در سطح مشترك بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها ايجاد مي كند، منجر به توليد گردابه هاي بزرگ مقياس در جهت محور عمودي و نيز جريان ثانويه مارپيچي شكل در جهت محور طولي مي گردد. در نتيجه اين امر، بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها تبادل اندازه حركت صورت گرفته كه سبب كاهش ظرفيت انتقال جريان در كانال اصلي و افزايش آن در سيلاب دشت ها مي شود. در اين تحقيق تلاش گرديده است كه ميدان جريان در كانال هاي مركب با سيلاب دشت هاي مورب براي دو زاويه اريب مختلف 5.1 و 9.2 درجه با استفاده از نرم افزار ANSYS-CFX شبيه سازي گردد. نتايج حاصل از شبيه سازي عددي كه از طريق حل معادلات ميانگين زماني ناويه – استوكس با استفاده از 4 مدل آَشفتگي ، EARSM، Eddy Viscosity Transport Eqو SSG در دو مقطع بالادست و پايين دست جريان و در چهار عمق نسبي متفاوت براي هر يك از زواياي اريب به دست آمده با نتايج حاصل از فلوم آزمايشگاهي مقايسه گرديده است. توزيع سرعت ميانگين در عمق، توزيع تنش برشي مرزي، محاسبه دبي در كانال اصلي و سيلاب دشت ها، توزيع سرعت طولي و عرضي در عمق و پيش بيني گردابه هاي ناشي از جريان ثانويه با استفاده از 4 مدل آشفتگي انتخاب شده و مقايسه آن با نتايج آزمايشگاهي، از جمله موارد مورد بحث در اين تحقيق مي باشند.
Thesis summary

پيش بيني ميدان جريان در كانال هاي مركب به علت ماهيت سه بعدي جريان براي مهندسين هيدروليك امري دشوار تلقي مي شود. در كانال هاي مركب منشوري مشخصه اصلي شامل اثر بر هم كنش بين جريان سريع در كانال اصلي و جريان آرام در سيلاب دشت ها مي شود. اين اختلاف كه يك لايه برشي قوي در سطح مشترك بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها ايجاد مي كند، در كانال هاي مركب غير منشوري با سيلاب دشت هاي همگرا با توجه به تغيير هندسه و انتقال جرم از سيلاب دشت ها به كانال اصلي و برخورد آن با جريان موجود در كانال اصلي سبب تبادل اندازه حركت و به دنبال آن افزايش سرعت جريان در كانال اصلي مي شود. در اين تحقيق بر مبناي معادلات ناويه – استوكس و مدل آشفتگي ، ميدان جريان در كانال هاي مركب با سيلاب دشت هايغيرمنشوريشبيه سازيشده است، نرم افزار بكار رفته ANSYS-CFX مي باشد. بدين منظور دو كانال مركب غيرمنشوري با سيلاب دشت هاي همگرا از عرض 400 ميلي متر به 0 ميلي متر در طول 6 متر و 2 متر انتخاب و توزيع سرعت متوسط در عمق، توزيع سرعت و تنش برشي مرزي در آن هاشبيه سازيشده است. نتايج به دست آمده در اين مرحله جهت اعتبارسنجي با داده هاي آزمايشگاهي مقايسه شده است. مقايسه منحني هايسرعت متوسط در عمق، توزيع سرعت، توزيع تنش برشي مرزي نشان مي دهد كه نتايج حاصل از شبيه سازي عددي با مقادير اندازه گيري شده داراي تطابق قابل قبولي مي باشد.
Thesis summary