بررسی آبشستگی ایجاد شده توسط جتها یکی از موضوعات بسیار مهم در طراحی سدها و سازه های تخلیه کننده سدها می باشد. تا به حال تحقیقات بسیاری در مورد آبشستگی ایجاد شده توسط این نوع جریانها (جتها) انجام شده است و بررسی تاثیر بسیاری از پارامترها از جمله عمق پایاب، ارتفاع ریزش، سرعت جت و خصوصیات هندسی جت و خصوصیات رسوب بر ابعاد حفره آبشستگی انجام شده است. در تحقیق حاضر به بررسی اثر غیر یکنواختی مصالح بر ابعاد حفره ایجاد شده توسط جتهای ریزشی می پردازیم. در مورد جتهای دیواره-ای اثر پارامترهای تاثیرگذار بر ابعاد حفره آبشستگی از جمله عمق پایاب، زاویه جت، عدد فرود مصالح زاویه جت دیواره ای بر ابعاد حفره آبشستگی بررسی شد. برای بررسی حفره آبشستگی ایجاد شده توسط جتهای دیواره ای و برخوردی همزمان، تاثیر پارامترهای مختلف مانند: محل قرارگیری جت برخوردی، عدد فرود مصالح جت برخوردی و جت دیواره ای، عمق پایاب بررسی شد. در فصل آخر این رساله بررسی آماری آشفتگی نزدیک کف حفره ایجاد شده توسط جتهای دیواره ای افقی و مایل انجام می شود و تاثیر زاویه جت و عمق پایاب بر آشفتگی نزدیک کف حفره ایجاد شده توسط این نوع جتها انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که در جتهای ریزشی، با استفاده از قطری که 90% مصالح از آن درشت تر باشند در عدد فرود مصالح، همبستگی بهتری بین ابعاد حفره آبشستگی و عدد فرود مصالح ایجاد می شود به بیان دیگر عدد فرود مصالح اثر غیریکنواختی مصالح را نیز درون خود دارد. با حذف پارامترهایی از جمله نسبت ارتفاع ریزش به قطر مصالح و ضریب غیر یکنواختی مصالح از روابط مستخرج برای پیش بینی ابعاد حفره آبشستگی تاثیر چندانی در دقت روابط موجود ایجاد نمی شود که نشان دهنده این واقعیت است که این پارامترها در درجه دوم اهمیت نسبت به سایر پارامترها قرار دارند. برای تخمین ابعاد حفره آبشستگی ایجاد شده توسط جتهای ریزشی روابطی مناسب و ساده ارایه شد که نسبت به روابط پیشین ارایه شده از دقت بیشتری برخودار است همچنین برای تخمین ابعاد حفره آبشستگی ناشی از جتهای ریزشی در طبیعت نیز دقت بیشتری نسبت به روابط پیشین دارد. نتایج آزمایشات انجام شده در مورد اثر زاویه جت دیواره ای بر ابعاد حفره آبشستگی نشان می دهد که در شرایطی که عمق پایاب زیاد می باشد با افزایش زاویه جت دیواره ای، ابعاد حفره آبشستگی کاهش می یابد. در شرایطی عمق پایاب کم می باشد حفره آبشستگی مشاهده شده از دو حفره آبشستگی متصل به هم تشکیل شده که عمق حفره آبشستگی دوم با افزایش زاویه جت روندی کاهشی- افزایشی دارد که مرز آن زاویه ? 10 می باشد. با افزایش عمق پایاب ابعاد حفره آبشستگی نیز روندی کاهشی افزایشی دارد و با افزایش زاویه جت عمق پایاب حدی افزایش می یابد. با افزایش عدد فرود جت دیواره ای افقی و مایل ابعاد حفره آبشستگی افزایش می یابد. نتایج آزمایشات انجام شده توسط جتهای دیواره ای و برخوردی همزمان نشان می دهد که با افزایش عمق پایاب عمق و عرض حفره آبشستگی کاهش می یابد در حالی که طول و محل قرارگیری انتهای برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی افزایش می یابد. با افزایش فاصله جت برخوردی تا دیواره بالادست عمق و عرض حفره آبشستگی کاهش می یابد در حالی که طول حفره آبشستگی و فاصله قرارگیری انتهای برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی تا دیواره بالادست کانال افزایش می یابد. در مطالعات انجام شده در مورد میدان جریان جتهای دیواره ای افقی و مایل پروفیلهای بی بعد شده سرعت جریان و نوسانات آن در طول کانال ارایه شد. نتایج بررسی های آماری آشفتگی نزدیک کف نشان داد که در درون حفره آبشستگی احتمال ایجاد پدیده های جاروبی و بیرون رانی بیشتر از پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل می باشد. برروی برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی احتمال ایجاد پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل نسبت به پدیده های جاروبی و بیرون رانی بیشتر می باشد. در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی تنشهای رینولدز وارد بر کف بیشترین مقدار را دارند در حالی که بر روی تاج برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی بیشترین تنش رینولدز منفی در طول حفره آبشستگی مشاهده می شود. همبستگی های درجه 3 نشان می دهد که در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی پدیده جاروبی حاکم می باشد و بیشترین انتقال مومنتم بسمت کف حفره در این ناحیه مشاهده می شود. بر روی برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی پدیده اندر کنش رو به داخل حاکم می باشد و بر روی تاج برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی انتقال مومنتم به سمت کف و دیواره بالادست می باشد. پایداری پدیده ها نسبت به احتمال تبدیل آنها به یکدیگر بیشتر می-باشد. در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی بیشترین اختلاف بین پایداری پدیده های عامل آبشستگی بیرون رانی و جاروبی) با پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل وجود دارد. کمترین زاویه اعمال پدیده های بیرون رانی و جاروبی در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی مشاهده شد در حالی که بیشترین زاویه اعمال این پدیده ها در محل حداکثر برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی ایجاد می شود.

بررسی میدان جریان، انتقال رسوب و نهایتا الگوی مهاجرت رودخانه در بازه های پیچانرودی یکی از مسائل مهم در حوزه هیدرولیک رودخانه ها می باشد. اهمیت این موضوع از آنجا ناشی می شود که تغییرات کنترل نشده بستر بازه های پیچانرودی باعث ایجاد خسارت های جانی و مالی فراوانی برای ساکنین سواحل این رودخانه ها می گردد. در این پایان نامه در ابتدا به منظور بررسی الگوی جریان در قوس 180 درجه دورند (1979) به بررسی توزیع تنش برشی و میدان سرعت پرداخته شده است. پس از ارزیابی کیفیت الگوی جریان پیش بینی شده توسط نرم افزارcche2d در قوس دورند (1979) به شبیه سازی فرآیند مهاجرت در رودخانه ی کارون در بازه ی سید شریف به کمک مدلcche2d که یکی از اهداف اصلی این تحقیق بوده است، پرداخته شده است. در این پایان نامه، شبیه سازی میدان جریان در حالت متوسط گیری شده در عمق و غیر دائم، شبیه سازی انتقال رسوب در حالت غیر تعادلی و غیر یکنواخت و نهایتا برای مدلسازی مهاجرت رودخانه ای از مدل عثمان و تورن (1988) استفاده شده است. نتایج حاصل از مدلسازی قوس دورند (1979) نشان می دهد که این مدل توانایی شبیه سازی الگوی جریان در خم و الگوی جریان ثانویه را دارا می باشد. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی عددی انتقال رسوب و فرسایش کناره ای نشان می دهد که روش فن راین (1984) برای تعیین طول تطبیق بار بستر و روش وی (1999) برای تعیین فاکتور تطبیق بار معلق دارای بهترین نتایج در پیش بینی تغییرات بستر در بازه ی مورد بررسی می باشند. علاوه بر این کاربرد مدل فرسایش کناره ای عثمان و تورن (1988) نشان می دهد که این مدل به درستی توسعه و گسترش جانبی رودخانه ای را پیش بینی می نماید، اما توانایی پیش بینی چرخش رودخانه و انقباضات عرضی رودخانه را دارا نمی باشد.

در این تحقیق سعی شد تا با ایجاد شکست شیب بستر به بررسی تغییرات ایجاد شده در اثر جریان غلیظ بر روی خصوصیات جریان ورودی پرداخته شود. در این راستا، با ساخت یک مدل فیزیکی(کانالی به طول 8 متر، عرض 5/0 متر و ارتفاع 8/0 متر) اثر شیبهای متفاوت، تغییرات دبی و غلظت جریان غلیظ ورودی بر مشخصه های جریان غلیظ بررسی گردید. بررسی پروفیل های بی بعد سرعت نشان داد که صرف نظر از شرایط مختلف، می توان پروفیل واحدی را برای سرعت در ناحیه زیرین و فوقانی ترسیم نمود. ضمنا سرعت بیشینه جریان در جریان های فوق بحرانی نسبت به جریان های زیر بحرانی در مکانی نزدیکتر از نظر ارتفاع نسبی به بستر اتفاق می افتد. بیشترین تغییرات سرعت و ارتفاع نیز در ناحیه شیبدار رخ داده، به نحوی که ارتفاع و سرعت متوسط جریان به ترتیب تا بیش از 3.5 و 1.6 برابر نسبت به مقطع قبل از شیب بدست آمد. نتایج نشان داد، میزان شدت اختلاط علاوه بر عدد ریچاردسون (که در محدوده 0.4 تا 8 متغیر بود) به نسبت ارتفاع آب مخزن به عمق جریان غلیظ( ) نیز حساسیت زیادی دارد. شدت اختلاط در محدوده ، با افزایش این نسبت افزایش یافته و در نسبت های روند مشخصی ندارد. ضمنا جهت برآورد میزان شدت اختلاط یک رابطه نمایی جدید با متغیرهای مستقل عدد ریچاردسون و نسبت پیشنهاد شده است. مقایسه نتایج این رابطه با داده های برداشت شده از دقت خوبی در برآورد شدت اختلاط برخوردار است. بدلیل تغییر رژیم جریان از حالت فوق بحرانی به زیر بحرانی، در برخی از آزمایش های این تحقیق پرش هیدرولیکی اتفاق افتاد. نتایج نشان داد افزایش دبی جریان ناشی از آشفتگی پرش هیدرولیکی در محدوده 4 تا 24 درصد متغیر بود. ارتفاع جریان بدلیل وقوع پرش از 9 تا 50 درصد افزایش نشان داد. داده های مشاهده شده، نسبت اعماق مزدوج پرش را در برخی موارد بیشتر و در برخی موارد نیز کمتر از مقادیر محاسبه شده از طریق حل تحلیلی نشان داد، به نحوی که اختلاف داده های محاسباتی و مشاهده ای در محدوده 3/31- تا 4/19 درصد متغیر است.

مساله کالیبراسیون مدل های ریاضی با توجه به برخی ویژگی ها، نظیر غیرخطی بودن سطح پاسخ مدل نسبت به تغییر پارامترها، تعدد پارامترها و بعضاً زمان بر بودن اجرای مدل، به طور ویژه برای کاربران کم مهارت، امری مشکل و زمان بر می باشد. در این پژوهش، ضمن بازتعریف مساله کالیبراسیون مدل های ریاضی به یک مساله بهینه-سازی و با بهره گیری از ایده های نو، روشی کاملاً کاربردی برای کالیبراسیون خودکار مدل های شبیه سازی کیفیت آب و بارش-رواناب، با دقت و سرعت قابل توجه ارایه شده است. در این تحقیق، روش بهینه سازی «تکثیر علف هرز» که در زمره جدیدترین روش های بهینه سازی تکاملی و فرا-ابتکاری است؛ معرفی شده است. سپس ضمن مطالعه دقیق بوم شناسی جامعه علف هرز که در نوع خود از مقاوم ترین گونه های گیاهی است؛ با مدل-سازی ریاضی خاصیت چگالی توده علف و تاثیر آن بر نحوه تکثیر علف به همراه نگهداری برازنده ترین علف در نسل بعدی، توانایی الگوریتم در فرار از کمینه های محلی در کنار افزایش دقت و سرعت آن، ارتقا داده شده است. در مرحله بعد، این الگوریتمِ توسعه یافته، با دو روش شناخته شده بهینه سازی ga و pso در مواجهه با سه تابع آزمون بهینه سازی، مقایسه شده و برتری آن به اثبات رسیده است. با توجه به اهمیت صرفه جویی در زمان در مساله کالیبراسیون مدل های ریاضی، در این پژوهش با استفاده از مفهوم «مدل جایگزین هوشمند» و پیوند آن با الگوریتم تکثیر علف هرز توسعه یافته، ضمن معرفی دو نسخه الگوریتم پیوندی به نام های «الگوریتم پیوندی هم زمان» و «الگوریتم پیوندی تناوبی»، به مقایسه عملکرد آن ها با الگوریتم تکثیر علف هرز توسعه یافته از دیدگاه دقت و سرعت پرداخته شده و نتایج این بررسی حاکی از کاهش 5 تا 6 برابری تعداد دفعات ارزیابی تابع هدف با برخورداری از کیفیت جواب های نسبتاً مشابه با الگوریتم غیر پیوندی است. عملیات کالیبراسیون خودکار مدل بارش-رواناب hec-1 (مطالعه موردی در بخشی از حوضه آبریز گرگان رود) و مدل یک بعدی کیفیت آب qual2e (مطالعه موردی در بخشی از جاجرود) به کمک سه الگوریتم علف هرز توسعه یافته، پیوندی هم زمان و پیوندی تناوبی، در قالب دو نوع سناریو، یکی مصنوعی (با داده های ساختگی و جواب های از پیش معلوم) و دیگری واقعی به انجام رسیده است. در مرحله نهایی و به منظور حل یک مساله پیچیده کالیبراسیون، مدل دو بعدی متوسط گیری شده در عرض ce-qual-w2 به کمک الگوریتم پیوندی برای شبیه سازی رژیم دمایی مخزن سد کرخه، مورد واسنجی قرار گرفته است؛ که نتایج حاکی از صرفه جویی بسیار زیاد در زمان (صرفه جویی به میزان 5/3 روز یا 84 ساعت) به همراه دقت بالای نتایج می باشد. به طور کلی، الگوریتم های پیوندی 5 تا 6 بار سریع تر از الگوریتم غیر پیوندی به جواب های ریاضی بسیار دقیق در سناریوی مصنوعی، و جواب های قابل قبول مهندسی در سناریوی واقعی، دست یافته و پارامترهای کالیبره شده حاصل از سناریوی واقعی، در یک رویداد واقعی دیگر، تایید شده اند. مفاهیم و الگوریتم های ارایه شده در این پژوهش، قابل تعمیم به سایر مدل های ریاضی، به ویژه مدل های با زمان اجرای طولانی هستند.

در این تحقیق هیدرودینامیک سه بعدی حول تک آبشکن با شکل های مختلف دماغه، بصورت آزمایشگاهی و در یک کانال با بستر صلب و تخت مورد مطالعه قرار گرفته است. تحقیق انجام شده در دو بخش می باشد: در بخش اول با استفاده از سرعت سنج نقطه ای سه بعدی adv و ترکیب ابزارهای دو لوله ای و سه لوله ای، به ترتیب میدان جریان آشفته و تنش برشی بستر حول آبشکن های مستقیم، tشکل وl شکل برداشت شده و مشخصات متوسط و آشفته میدان مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های انجام شده در این بخش، در حالت جریان عمیق بوده و در آزمایشگاه مطالعات آشفتگی کانال باز دانشگاه تربیت مدرس انجام شده است. در بخش دوم تحقیق که طی فرصت مطالعاتی در آزمایشگاه سیالات انستیتیوی هیدرومکانیک دانشگاه کارلسروهه آلمان انجام شده است، به اندازه گیری یکپارچه میدان و مطالعه ساختارهای مکانی و زمانی جریانهای آشفته حول تک آبشکن مستقیم در حالت جریان کم عمق با استفاده از روش سرعت سنجی تصویری سطحی پرداخته شده است. در این بخش از تحقیق، هدف اصلی مطالعه ساختار coherent flow سطحی بوده و نقش آنها در روند تغییرات لایه برشی و پدیده های مربوط به آن بررسی شده است. نتایج حاصل از بخش اول نشان می دهد که ساختار جریانهای متوسط و آشفته حول آبشکن های مستقیم و غیر مستقیم کاملاً متفاوت می باشد. بطوریکه در ناحیه بالادست آبشکن مستقیم، شکل گیری و توسعه گردابه های نعل اسبی به سمت دماغه و پائین دست آبشکن، جریان حول سازه و همچنین توزیع تنش برشی بستر را کاملاً تحت تاثیر قرار می دهد. در حالیکه افزودن باله به آبشکن مستقیم ضمن کنترل شکل گیری گردابه نعل اسبی و حتی حذف نسبی آن، ضمن حفاظت سازه آبشکن در مقابل جریان پر سرعت، توزیع تنش برشی بستر را نیز کاملاً تحت تاثیر قرار می دهد. توزیع تنش برشی بستر حول آبشکن مستقیم، نشانگر تشدید تنش حول دماغه آبشکن و توسعه ناحیه پر تنش به سمت پائین دست، منطبق بر مسیر وقوع گردابه نعل اسبی و مماس بر بخش بیرونی لایه برشی می باشد، در حالیکه در آبشکن tشکل، ضمن دور شدن ناحیه پر تنش از دماغه بالادست، از تمرکز تنش کاسته شده و علاوه بر آن، توزیع تنش در ناحیه پائین دست آبشکن نیز به مراتب یکنواخت تر از آبشکن مستقیم می باشد. در قسمت هایی از میدان که انرژی جنبشی آشفتگی حداکثر مقدار را داراست، انرژی جنبشی جریان متوسط حداقل بوده و برعکس. روش برونیابی خطی تنش های رینولدز برای تعیین تنش برشی بستر حول آبشکن بحث شده و نشان داده شده است که استفاده از این روش در بخش های مهمی از میدان از جمله محدوده لایه برشی بواسطه غیر خطی بودن توزیع قائم تنش های رینولدز نادرست بوده و منجر به پیش بینی نا صحیح تنش برشی بستر می شود. بررسی ساختار جریان در بخش دوم تحقیق نشان از شکل گیری دو ناحیه چرخشی مجزا در پشت آبشکن دارد بطوریکه علاوه بر گردابه اصلی، یک ناحیه چرخشی ثانویه نیز تشکیل می شود. اندرکنش جریانهای چرخشی مزبور باعث ایجاد پدیده پرش در ابعاد گردابه ای بزرگ مقیاس سطحی و همچنین افزایش ناگهانی عرض لایه برشی می شود.

در شرایط جریان با جداره زبر مقایس های طولی حاکم بر دینامیک جریان در ناحیه داخلی لایه مرزی علاوه بر خصویات جریان (مانند لزجت سیال) از ابعاد عناصر زبر نیز تاثیر می پذیرد. حضور اجزای زبر در بستر کانال موجب ابهام در موقعیت سطح مبنای کانال می شود. علاوه بر آن یافتن کمیتی مناسب به منظور اعمال اثر زبری در معادلات حاکم از دیگر مشکلات موجود در شرایط بستر زبر می باشد. و لذا تعیین ویژگی های جریان، مانند تنش برشی، سرعت موضعی، تنش های رینولدز و مواردی از این دست در این شرایط با عدم قطعیت فراوانی همراه خواهد بود. در رساله حاضر به بررسی اثر زبری روی الگوی جریان و تنش برشی بستر پرداخته شده است. بدین منظور براساس روشی مشهور در حیطه مهندسی هوافضا جهت اندازه گیری تنش برشی، به اندازه گیری تنش برشی پرداخته شده است. به جهت این اندازه گیری دستگاهی تحت عنوان «دستگاه سه لوله ای اندازه گیری تنش برشی» به همراه سیستم پشتیبانی و مانیتورینگ آن ساخته شد. دقت این دستگاه در تونل باد و کانال روباز آب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می-دهد که دستگاه فوق الذکر قادر است با دقت مقبولی تنش برشی را چه در بسترهای زبر و چه در بسترهای صاف برآورد نماید. دیگر دستاورد این رساله، بررسی توزیع تنش برشی در عرض کانال بود. بررسی ها نشان داد که حداکثر تنش برشی در نقطه ای در نزدیکی مرکز کانال و نه در مرکز کانال روی خواهد داد. توزیع تنش برشی در عرض به شدت تحت تاثیر حضور سلول های جریان ثانویه بوده و نوسان آن در تطابق با موقعیت این سلول ها قرار دارد. همچنین جهت بررسی الگوی جریان در دورن کانال آب دستگاه سرعت سنج صوتی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده با سرعت سنج صوتی نشان داد که رابطه لگاریتمی در بستر زبر با ضریب ثابت 5/8 قادر به تعیین سرعت با دقت معقولی می باشد. همچنین تغییرات خصوصیات جریان در عرض کانال کاملاً تحت تاثیر حضور سلول-های جریان ثانویه می باشد. علاوه بر آن برخی از پارامترهای آشفتگی جریان مانند تنش های رینولدز، شدت آشفتگی و تغییرات آنها گزارش گردیدند.

در این تحقیق اثر پارامترهای مهم در طراحی شبکه های زهکشی شهری مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور بخشی از شبکه زهکشی کرمانشاه که شامل دو شهرک عسگریه و کرناچی می باشد با نرم افزار sewer gems تحلیل و بررسی گردید. با تحلیل شرایط موجود شبکه نقاط مشکل ساز آن مشخص و در مورد علت آن نیز بحث گردیده است. در مرحله بعد با اصلاح شیب که یکی از مشکلات اصلی شبکه بود، شبکه شبیه سازی شد. با شناسایی عوامل اثر گذار مانند قطر لوله ها در نقاط مختلف، شیب خط لوله ها، لحاظ کردن افت در منهول ها و ورودی خروجی ها، اثر تغییر جنس لوله ، اثر فرسایش آنها و دیگر عوامل در طراحی شبکه زهکشی شهری بررسی گردید. با مشخص شدن مقدار اثر هر یک از عوامل، در انتها اثرگذارترین عوامل معرفی گردیدند.

افزایش کیفیت رواناب شهری از عوامل مهم در عملکرد صحیحِ شبکه های جمع آوری آبهای سطحی شهری است. حوضچه های رسوبگیر به عنوان یکی از اولین سازه های ورودی در مجموعه ی زهکشی شهری، وظیفه ی افزایش کیفیت رواناب حاصل از بارندگی را، قبل از ورود رواناب به مجموعه ی زهکشی شهری، بوسیله ی ته نشینی ذرات درشت تا متوسط رسوب به عهده دارند. طراحی اینگونه حوضچه ها معمولاً بر مبنای جریان یکنواخت و غیرآشفته در آن صورت میگیرد. این در حالی است که اکثر جریانهای ورودی به این سازه از نوع سیلابی بوده که طبیعتاً آشفته میباشند. اگرچه در این نوع از حوضچه ها نیز جداسازی ذرات براساس ته نشینی ثقلی ذرات جامد در آب صورت میگیرد، اما هندسه و شرایط ورودی متفاوت جریان و ذرات رسوب در آنها باعث شکل گیری جریانی با هیدرولیک متفاوت میگردد. بنابراین با آگاهی از میدان جریان و غلظت در حوضچه ها، میتوان علاوه بر شناخت میدان جریان آشفته، راندمان حوضچه را نیز به طور دقیقتر محاسبه نمود. در این مطالعه در وهله ی اول با استفاده از جریانهای چند فازی و با استفاده از نرم افزار fluent میدان جریان و غلظت رسوب در حوضچه ها بررسی گردید و سپس راندمان تله اندازی آن محاسبه گردید. در انتخاب ابعاد اولیه حوضچه ها از میانگین گیری تقریبی ابعاد حوضچه های شهری تهران بهره برده شد. نتایج در این بخش نشان داد که میانگین یک ساعته راندمان این سازه ها، به دلیل وجود دو خروجی در کف، کمتر از 30% میباشد. در بخش دوم مطالعات پارامتریک بر روی حوضچه انجام شد. در این راستا طول، عرض و ارتفاع حوضچه ای با حجم ثابت تغییر داده شد و اثرات آن بر روی راندمان بررسی گردید. محاسبات راندمان در این بخش نشان داد که برخلاف بررسیهای دیگر محققین که طول را موثرترین پارامتر در رسوبگذاری حوضچه دانسته اند، افزایش عرض بیشترین تاثیر را در بالا بردن راندمان دارد که علت اصلی آن به درشت دانه بودن ذرات و هندسه خاص حوضچه شهری ارتباط دارد. همچنین در این بخش دو حوضچه که به ترتیب حوضچه l شکل و حوضچه با عرض متغیر نامیده شدند، شبیه سازی گردید. نتایج محاسبات راندمان نشان داد که حوضچه l شکل موجب افزایش کمی در راندمان میگردد، اما مقدار راندمان حوضچه با عرض متغیر نسبت به حوضچه اولیه تغییری نمیکند. با توجه به عملکرد ضعیف این حوضچه ها، در بخش آخر از این پایان نامه از سه روش متفاوتِ تغییر محل خروجی های کف، به کارگیری بافل و استفاده از شیب معکوس برای بهبود راندمان حوضچه ها استفاده گردید. هر سه روش موجب افزایش زیادی در راندمان حوضچه های شهری میگردند.

در این تحقیق حرکت رسوبات در کانال های مستقیم و آبگیرهای جانبی بر اساس دیدگاه لاگرانژی و با استفاده از کد تجاری فلوئنت مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات صورت گرفته در این تحقیق شامل دو بخش کلی می باشد: در بخش اول به بررسی خصوصیات جریان و حرکت رسوب در کانال مستقیم پرداخته شده است. مقایسه نتایج حاصل از این مطالعات با داده های آزمایشگاهی که به همین منظور برداشت شده است، صحت مدلسازی عددی را تایید می کند. در بخش دوم الگوی حرکت رسوبات در آبگیر جانبی از مسیر مستقیم بررسی گردید. در این بخش پارامترهای موثر بر حرکت ذره در دو دسته پارامترهای جریان (عرض به عمق جریان در کانال اصلی، نسبت آبگیری، زاویه آبگیر، عرض کانال اصلی به عرض آبگیر) و خصوصیات رسوب (قطر) مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج، نسبت عرض به عمق کانال اصلی از پارامترهای موثر بر حرکت ذرات رسوب است و نقش تعیین کننده ای در میزان رسوب ورودی به آبگیر دارد. نتایج مطالعات حاضر نشان میدهد با افزایش نسبت آبگیری، آبگیری در کل عمق یکنواخت تر می شود و لذا در شرایطی که فرسایش قابل توجه نباشد، راندمان آبگیری افزایش یابد. بررسی تاثیر زاویه آبگیری در میزان رسوب ورودی به آبگیر نشان میدهد در شرایط یکسان با افزایش زاویه آبگیری، آبگیری در کل عمق یکنواخت تر می شود و در شرایطی که فرسایش قابل توجه نباشد، راندمان آبگیری بهبود می یابد، اما نکته قابل توجه آنست که با افزایش زاویه آبگیری توزیع تنش برشی در کف غیر یکنواخت تر می شود و فرسایش موضعی در دهانه آبگیر شدت می یابد. ردیابی لاگرانژی ذرات رسوب نشان میدهد، رسوبات در دهانه آبگیر یک ناحیه گوه ای شکل را تشکیل میدهند و از این ناحیه وارد آبگیر می شوند. بر اساس نتایج اصلی ترین عامل در میزان رسوب ورودی به آبگیر صرفنظر از خصوصیات رسوب، شکل حرکت بار رسوبی است. محل ته نشینی رسوبات معلق و بستر در کانال آبگیر یکسان نمی باشد.

بازشدگی سریع دریچه ها ممکن است منجر به بروز خطراتی گردد. از طرفی بازشدگی کم دریچه های سرریز نیز ممکن است با عوارضی مانند نوسانات ثابت و شدید دریچه ها و ایجاد گرداب در بالادست و بروز کاویتاسیون همراه باشد. ارتعاش در دریچه ها پدیده خطرناکی محسوب می شود، زیرا این پدیده موجب خستگی فلز و شکستن دریچه و یا خروج از مرکزیت نیروی هیدرودینامیکی وارد بر دریچه از راستای گذرنده از پین دریچه شده و در نتیجه افزایش نشت و کاهش پایداری و ایمنی آن و در نهایت به مخاطره افتادن کل سد می شود. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر موقعیت قرارگیری و هندسه ی دریچه قطاعی در میزان توزیع فشار غیرهیدرواستاتیکی و نیروی برآیند وارد بر دریچه است. برای مدلسازی عددی جریان در محدوده ی سرریز از نرم افزار فلوئنت استفاده شده است. برای محاسبه سطح آزاد از روش vof استفاده شده است. همچنین مدل دو معادله ای rng)) ?k- به عنوان مدل آشفتگی به کار رفته و برای کوپل کردن معادلات سرعت و فشار از الگوریتمsimple ، استفاده شده است. داده های آزمایشگاهی منتشر شده توسط usace به عنوان معیاری برای صحت سنجی مدل عددی است. پس از ارزیابی وحصول اطمینان از صحت عملکرد مدل عددی، تاثیر پارامتر های موثری چون شعاع دریچه، میزان بازشدگی دریچه، ارتفاع آب پشت دریچه، محل قرارگیری دریچه و انحنای لبه ی زیرین دریچه بر توزیع فشار غیرهیدرواستاتیکی روی دریچه و سرریز مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت نتایج این تحقیق نشان داد که شعاع دریچه کمترین تاثیر و شکل لبه ی دریچه بیشترین تاثیر را بر روی توزیع فشار غیرهیدرواستاتیک و نیروی وارد بر دریچه نسبت به سایر پارامترهای مورد بررسی، دارد.

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

سازه ترکیبی سرریز- دریچه دارای مزایایی نسبت به استفاده جداگانه هریک از سازه ها، از جمله عبور همزمان مواد شناور (چوب، یخ و...) و رسوبات است. یکی از انواع این مدل ها، سازه ترکیبی استوانه ای است که دارای ویژه گی هایی از جمله اقتصادی بودن، طراحی آسان، سهولت ساخت، ضریب دبی بالا و... می باشد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تأثیر پارامترهای هیدرولیکی و هندسی بر ضریب دبی مدل ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای پرداخته شده است. کلیه آزمایش ها در دو بخش مجزا که بخش اول در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری در فلومی به طول 5 متر و عرض 75 میلی متر و بخش دوم در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده عمران دانشگاه بوخوم آلمان در فلومی به طول10 متر و عرض 60 سانتی متر انجام گرفت. سرریز- دریچه های استفاده شده در این تحقیق لوله هایی از جنس پی وی سی بودند. در بخش اول از 5 قطر(ارتفاع سازه) 40 ،50 ،60 ،70 و 85 میلی متر و با بازشدگی ثابت دریچه 10 میلی متر و در بخش دوم از 4 قطر(ارتفاع سازه) 110 ،160 ،200 و 250 میلی متر که در این بخش میزان بازشدگی دریچه برای هر قطر سه بازشدگی 22 و 44 و 66 میلی متر بود استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که در کانال های کوچک و بزرگ ضریب دبی سرریز- دریچه استوانه ای به پارامترهای بی-بعد ( نسبت عمق آب بالادست به بازشدگی دریچه) و ( نسبت عمق آب بالا دست به قطر سازه) وابسته می باشد و در کانال های کوچک و قطر کم سازه با افزایش هر دو این پارامترها ضریب دبی مدل ترکیبی استوانه ای افزایش می یابد. در حالی که در کانال های بزرگ و درقطرهای زیاد سازه با افزایش و ضریب دبی ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که ضریب دبی سازه ی ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای در یک و ثابت، به میزان 50 درصد بیشتر از ضریب دبی سرریز- دریچه لبه تیز در حالت مشابه است و در مدل ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای، جریان عبوری از سرریز بر جریان عبوری از دریچه اثر گذاشته و سبب کاهش 1- 25 درصدی ضریب دریچه نسبت به حالت بدون سرریز می گردد. مقایسه روند ضریب دبی در سه مدل سرریز، دریچه و سرریز- دریچه نشان داد، در هر سه بازشدگی دریچه، ضریب دبی دریچه با افزایش کاهش می یابد. ضریب دبی سرریز ابتدا روند صعودی داشته و نهایتا ثابت می گردد. در دبی مدل ترکیبی سرریز- دریچه با افزایش ، ضریب دبی افزایش می یابد و شیب آن بتدریج کم می شود که ناشی از کاهش رشد ضریب دبی سرریز و دریچه می باشد.

در این تحقیق با استفاده از مدل عددی سه بعدی fluent ابتدا الگوی جریان آشفته در اطراف پایه پل مدلسازی و الگوی جریان متوسط بررسی شده است. سپس با مدلسازی جریان اطراف چهار استوانه با آرایش مربعی، الگوی سه بعدی جریان لحظه ای و اندرکنش استوانه های ردیفی مورد بررسی قرار گرفته است. پس از شناخت الگوی جریان اطراف گروه استوانه، جریان در کانال مرکب مدلسازی شده است. در این مدلسازی از مرز تناوبی در ورودی و خروجی استفاده شده تا به این طریق آشفتگی جریان ورودی طبیعی ایجاد شده در کانال باشد. با شناخت الگوی جریان در کانال مرکب و گروه استوانه، الگوی سه بعدی جریان لحظه ای در کانال مرکب با موانع گیاهی موضعی در امتداد سیلابدشت مدلسازی عددی شده و الگوهای مختلف جریان مورد بررسی قرار گرفته است. در مدلسازی کانال مرکب با موانع گیاهی نیز از شرط مرزی تناوبی در ورودی و خروجی استفاده شده است. برای حل میدان جریان آشفته از مدل شبیه‏سازی گردابه های بزرگ استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که مدل les الگوی جریان متوسط عبوری از پایه را به خوبی پیش بینی کرده و مدل زیرشبکه دینامیکی اسماگورینسکی-لیلی نسبت به مدل اسماگورینسکی-لیلی بهتر عمل کرده است. مدلسازی عددی جریان اطراف چهار استوانه با آرایش مربعی بیانگر این است که مدل les بادقت مناسبی، قادر به پیش بینی جریان لحظه ای و جاری شدن هم‏فاز و غیر هم‏فاز گردابه ها می باشد. مدلسازی عددی جریان در کانال مرکب نیز نشان دهنده عملکرد مناسب مدل les و تکنیک شرط مرزی تناوبی به کار رفته در ورودی، برای پیش بینی جریان متوسط است. مدل وجود دو گردابه در محل اتصال کانال اصلی و سیلابدشت، که منجر به تحدب خطوط جریان متوسط این ناحیه می شود، را به خوبی پیش بینی کرده است. الگوی جریان سه بعدی در حالت آشفته برای کانال مرکب با یک ردیف مانع گیاهی در امتداد سیلابدشت با استفاده از مدل les مدلسازی عددی شده و تکنیک شرط مرزی تناوبی برای ایجاد آشفتگی در جریان ورودی بکار رفته است. مدل آشفتگی و تکنیک مزبور ضمن پیش بینی مناسب توزیع سرعت، جابجایی محل حداکثر سرعت ماکزیمم کانال اصلی و سیلابدشت را نیز به خوبی پیش-بینی کرده است. نتایج حاصله نشان داد، در جریان عبوری از کانال مرکب با یک ردیف مانع گیاهی در امتداد سیلابدشت پنج مکانیزم قابل مشاهده است. برخی از این مکانیزم ها در کانال مرکب بدون پوشش گیاهی نیز وجود دارند اما سایر این مکانیزم ها ناشی از اثر مستقیم نیروی پسا بر جریان است. توزیع انتقال مومنتم جانبی در میانه فاصله دو مانع نشاندهنده ی احتمال انتقال بار معلق به سیلابدشت و رسوبگذاری در این ناحیه است.

مطالعه آزمایشگاهی بر روی تأثیر شیب بدنه تک آبشکن بر الگوی آبشستگی موضعی و ساختار جریان انجام شد. این تحقیق شامل دو بخش می باشد، در بخش اول تحقیق هیدرودینامیک سه بعدی اطراف تک آبشکن مستقیم با دیواره ی شیب دار 75 درجه، بصورت آزمایشگاهی و در یک کانال مستقیم با بستر صلب مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور مشخصات جریان با برداشت پارامترهای آشفتگی و تنش برشی بستر اطراف آبشکن به وسیله سرعت سنج نقطه ای سه بعدی adv، مورد بررسی قرار گرفت. در بخش دوم تحقیق با انجام آزمایشات آبشستگی در حالت بستر با مصالح غیر تثبیت شده، تأثیر شیب کناره ی آبشکن در آبشکن های مستقیم بر آبشستگی اطراف آبشکن مطالعه گردید. در پشت آبشکن با کاهش سرعت جریان که منجر به تشکیل ناحیه ی سکون می شود، سرعت جریان در نواحی میانی افزایش می یابد. به همین علت قسمتی از جریان به سمت بالا و قسمتی از جریان به سمت پایین که فشار کمتر است، حرکت می کند. جریان پایین رونده عامل تشکیل گردابه ی نعل اسبی می باشد. دو ناحیه ی تشدید سرعت که اولی مربوط به تشدید سرعت در هسته ی اصلی جریان و ناشی از کاهش عرض عبوری جریان بوده و ناحیه ی پرسرعت دیگر که مربوط به تشدید موضعی سرعت در پایین دست آبشکن و در ناحیه ی بیرونی لایه ی برشی می باشد، تشکیل شد. با محاسبه تنش برشی در لایه نزدیک بستر مشاهده شد که تمرکز تنش در بالادست دماغه آبشکن ایجاد می شود. این امر بعلت افزایش سرعت جریان ناشی از کاهش عرض عبوری بوده و باعث شروع آبشستگی از این ناحیه می گردد. حداکثر مقدار مولفه ی تنش –?(u^? v^? ) ? در امتداد لایه ی برشی رخ می دهد. با توجه به مقادیر منفی تنش های رینولدز (-?(u^ w^ ) ?) و (-?(v^ w^ ) ?)، تجمع رسوبات در ناحیه ی چرخشی پشت آبشکن اتفاق می افتد. نتایج نشان داد که در آبشکن های مستقیم با کناره شیب دار در عدد های فرود مختلف، با افزایش عدد فرود و تندتر شدن شیب کناره ی آبشکن، حداکثر عمق آبشستگی و ابعاد حفره ی آبشستگی افزایش می-یابد. این روند همچنین در مورد طول پشته ی رسوبی تشکیل شده نیز مشاهده شد اما ارتفاع این پشته رسوبی کاهش یافته و نیز، مقدار پیشروی تغییرات بستر به سمت پایین دست بیشتر می شود.

سیلاب یا طغیان در رودخانه ها باعث می شود تا سطح مقطع رودخانه از حالت اولیه و اصلی خارج شده و به علت گسترش جریان آب و بالا آمدن سطح آن مقطع عرضی جدیدی به وجود آید .به این مجموعه که شامل یک کانال اصلی و دو سیلابدشت است، مقطع مرکب گفته می شود. در طبیعت معمولا سیلابدشت ها دارای انواع پوشش گیاهی هستند و به این علت، سرعت جریان در آن کمتر و زبری کف بیشتر است. تا کنون تحقیقات وسیعی بر روی الگوی جریان در کانال مرکب بدون پوشش گیاهی انجام گرفته، اما حالتی که سیلابدشت ها پوشیده از گیاهان مستغرق صلب باشند، مورد بررسی قرار نگرفته است. در این تحقیق برای بررسی تاثیر پوشش گیاهی صلب مستغرق بر الگوی جریان و به خصوص ساختار آشفتگی در کانال با مقطع مرکب، در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس، پوشش گیاهی با استوانه هایی فلزی مدلسازی شده و در یک ردیف در لبه سیلابدشت با فواصل مشخص جایگذاری شده اند. سپس با استفاده از دستگاه سرعت سنج سه بعدی adv جانب نگر، مولفه های سرعت نوسانی در سه جهت طولی، عرضی و قائم در مقطع عرضی کانال برداشت و تحلیل شده و نمودارهای توزیع سرعت متوسط طولی، بردارهای جریان ثانویه و تنش های رینولدز ، و برای جریان با عمق های نسبی 36/0 و 2/0 ترسیم گردیده اند. همچنین تنش برشی بستر در کانال مرکب ساده با استفاده از ابزار لوله پرستون اندازه گیری گردید. نتایج حاکی از آن است که مقدار تنش برشی بستر در محل تقاطع کانال اصلی و سیلابدشت، بطور مشخص افزایش یافته, ولی با افزایش عمق نسبی، اختلاف تنش بین کانال اصلی و سیلابدشت کاهش می یابد و توزیع تنش به حالت یکنواخت متمایل می شود. پوشش گیاهی صلب مستغرق نیز، تغییری کلی در الگوی جریان و ساختار آشفتگی به نسبت کانال بدون پوشش گیاهی نداشته و فقط باعث تغییرات موضعی در سرعت طولی، جریان ثانویه و تنش های رینولدز در اطراف خود شده است. همچنین نتیجه گرفته می شود که هر چه عمق جریان در سیلابدشت کمتر شود، الگوی جریان در کانال مرکب به الگوی جریان در کانال ساده نزدیک تر شده و تاثیر وجود سیلابدشت بر آن کمتر می شود. کم شدن عمق جریان باعث می شود تا موانع تاثیر بیشتری بر پدیده انتقال ممنتوم از کانال اصلی به سیلابدشت داشته باشند، اما باعث توقف انتقال ممنتوم از کانال اصلی به سیلابدشت نمی شده اند.

با گسترش مناطق شهری، سطوح نفوذ ناپذیر مانند جاده و آسفالت بیشتر شده و احتمال وقوع پدیده سیل افزایش می یابد. به همین دلیل استفاده از سامانه جمع آوری سیلاب شهری و ضرورتا سازه های مستهلک کننده انرژی اجتناب ناپذیر است. در این تحقیق بر روی یکی از انواع انرژی کاهنده ها به نام سراشیب های بلوکی مطالعه صورت گرفته که قبل از این در سیستم رودخانه ای استفاده شده است. برای تعیین میدان جریان سه بعدی بر روی سازه، از نرم افزار flow-3d، مدل آشفتگی les و برای محاسبه سطح آزاد از روش vof استفاده شده است. پس از اجرای شبیه سازی عددی، الگوی جریان عبوری از روی سراشیب به دست آمد و نتایج صحت سنجی نشان داد که این نرم افزار از دقت مناسبی برای مدل سازی جریان های آشفته و استخراج سطح آزاد برخوردار است. در ادامه تحقیق با ساخت چند مدل، مطالعه پارامتریک در هر مورد انجام شد و مکانیزم استهلاک انرژی سازه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که استهلاک انرژی ابتدا در جریان غیر مستغرق و سپس در حالت های تداخل دنباله ها و زبری منفرد از جریان مستغرق بیشتر است. با توجه به این نکته، کاهش فاصله طولی بین ردیف بولدرها، کاهش سطح مقطع عرضی موثر، ثابت نگه داشتن سطح مقطع عرضی موثر ولی استفاده از بولدرهای بلندتر به جای بولدرهای عریض تر و تغییر حالت چینش بولدرها از ردیفی به یکی، در میان استهلاک انرژی را افزایش می دهد.

در تحقیق حاضر با بکارگیری نرم افزار ansys fluent 14® به مدل سازی عددی جریان در تقاطع کانال ها به صورت سه بعدی پرداخته شده است. در ابتدا، الگوی جریان در تقاطع 90 درجه کانال های باز مستقیم مدل سازی عددی شده و با نتایج آزمایشگاهی موجود صحت سنجی شده است. در ادامه عمل کرد مدل های مختلف آشفتگی شامل مدل های دو تا هفت معادله ای در پیش بینی الگوی جریانِ این نوع تقاطع مورد بررسی قرار گرفته است. سپس روش های مختلفی شامل کاربرد دیوار جداکننده کانال جانبی، به کارگیری صفحات مستغرق در کانال اصلی، اصلاح هندسه ورودی کانال جانبی و خط جریانی کردن کانال اصلی در اطراف تقاطع برای بهبود الگوی جریان در تقاطع کانال های باز مستقیم، مورد مطالعه قرار گرفتند. پس از آن، الگوی جریان در تقاطع کانال های باز مستقیم و قوسی شکل مورد بررسی قرار گرفته و اثر نسبت دبی کانال اصلی به دبی کل، زوایای مختلف تقاطع، محل قرارگیری تقاطع در خم و نوع خم بر الگوی جریان سنجیده شده است. در این تحقیق به مقایسه الگوی جریان در تقاطع مستقیم و قوسی شکل، با یک تقاطع مستقیم معادل نیز پرداخته شده است. در پایان، به کارگیری صفحات مستغرق در کانال اصلی و اصلاح هندسی ورودی کانال جانبی به کانال اصلی، جهت بهبود الگوی جریان در تقاطع مستقیم و قوسی شکل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان دهنده عمل کرد مناسب مدل های آشفتگی rsm و k-kl-? در پیش بینی الگوی جریان تقاطع مستقیم می باشند. نتایج بیان گر وجود تفاوت های اندک در الگوی جریان تقاطع مستقیم با تقاطع مستقیم و قوسی شکل هستند؛ هم چنین نشان می دهند، کاربرد دیوار جداکننده کانال جانبی، صفحات مستغرق، اصلاح هندسه ورودی کانال جانبی در محل تقاطع و خط جریانی کردن کانال اصلی در اطراف تقاطع، هر کدام به نوعی منجر به بهبود الگوی جریان در تقاطع ها شده اند. پارامترهای بهینه برای این موارد، در این تحقیق ارائه شده است.

پیشگیری و برنامه ریزی برای کاهش خسارات سیلاب مهمترین فعالیتهای مدیریت سیلاب قبل از وقوع بحران به شمار می آیند. با توجه به هزینه های هنگفت طرح های کنترل سیلاب، عواقب سنگین شکست و وجود عدم قطعیت های مختلف، طراحی بهینه سیستم های ترکیبی کنترل سیلاب از اهمیت بسزایی در پیشگیری و کاهش خسارات سیلاب برخوردار است. هدف اصلی این رساله تدوین یک مدل تلفیقی شبیه سازی و بهینه سازی برای طراحی بهینه سیستم های ترکیبی کنترل سیلاب با در نظرگیری عدم قطعیت های سیلاب است. برای این منظور مدل عددی mike11 بعنوان مدل ریاضی هیدرولیک سیلاب برای شبیه سازی سناریوهای مختلف سیلاب و پیش بینی رفتار جریان تحت شرایط اعمال ترکیب های مختلف طرح های سازه ای و غیر سازه ای در سیستم بکار گرفته شده و برای تعیین طرح های بهینه با مدل بهینه سازی چند هدفه nsga-ii پیوند داده شده است. مدل بهینه سازی طرح های مختلف را بر اساس تعامل بین هزینه های سرمایه گذاری و خسارات مورد انتظار ارزیابی می نماید. با توجه به عدم قطعیت های مهم سیلاب، در این رساله از دیدگاه معروف تحلیل عدم قطعیت مونت کارلو (mcs) و تکنیک نمونه گیری تصادفی لاتین هایپرکیوب (lhs) و روش تجزیه چولسکی برای تولید داده برای متغیرهای همبسته و لحاظ کردن عدم قطعیت متغیرهای تصادفی سیستم شامل بارش و دبی سیلابی بهره گرفته شده است. الگوریتم طراحی سیستم بر اساس رویکرد بهینه سازی مبتنی بر شبیه سازی و با استفاده از روش ها و مدل های پیشنهادی در دو محیط قطعی و غیر قطعی توسعه داده شده است. منطقه مورد مطالعه این رساله، حوضه آبریز کن در استان تهران انتخاب شده است. این منطقه یک منطقه کوهستانی با رودخانه های پر شیب است که علاوه بر پتانسیل بالقوه خطر سیلاب، از حیث آسیب پذیری نسبت به سیلاب نیز بدلیل قرارگیری رستوران ها و ویلاهای تفریحی متعدد در حاشیه رودخانه ها بویژه در بازه های پایین دست، حائز توجه بوده است. در بررسی و امکان سنجی روش-های کنترل سیلاب برای این منطقه گزینه های سازه ای و غیرسازه ای مناسب شناسائی شدند که روش-های منتخب برای این منطقه بیشتر بر روش های سازه ای تأکید دارد. در رویکرد طراحی در محیط قطعی، طرح های بهینه در مطالعه موردی برای سیلاب های طرح مختلف استخراج شده است. با استفاده از نتایج بدست آمده، تصمیم گیران با انتخاب سیلاب طرح، قادر خواهند بود طرح (ترکیبی) بهینه مورد نظر را با استفاده از منحنی تعامل هزینه- خسارت مورد انتظار و بر اساس معیارهای تصمیم گیری انتخاب نمایند. به منظور بررسی کارایی سیستم های هشدار سیل مبتنی بر مدل سازی بارش-رواناب بعنوان یکی از مهمترین روش های غیرسازه ای کنترل سیلاب، یک ساختار غیر قطعی بر اساس تئوری بیزین و تحلیل متغیرهای همبسته با استفاده از توابع آماری copula ارائه شده است که می تواند برای اعتمادپذیری سیستم هشدار سیل در مناطق مختلف بکار گرفته شود. در مدل سازی در محیط غیر قطعی (رویکرد خطرپذیری)، طراحی سیستم کنترل سیلاب بر اساس عدم قطعیت دبی های سیلابی مد نظر قرار گرفته است و با نمونه گیری از توابع چگالی احتمال دبی های سیلابی با استفاده از mcs، طراحی بهینه سیستم تحت شرایط بار متغیر سیلاب های ورودی با بکارگیری مدل تلفیقی برای مطالعه موردی انجام شده و طرح های بهینه استخراج گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که طرح های سازه ای مخازن تأخیری و اقدامات غیرسازه ای تقویت پوشش گیاهی و مقاوم سازی ساختمان ها در برابر سیلاب از کارایی مطلوبی برای تسکین سیلاب و کاهش خسارات آن برای منطقه مطالعاتی برخوردار هستند. با توجه به تغییرپذیری مکانی سیلاب ها و به منظور لحاظ نمودن دقیق تر این عدم قطعیت ها در طراحی بهینه سیستم ترکیبی کنترل سیلاب، با اضافه نمودن یک مدل بارش-رواناب به مدل تلفیقی و بکارگیری الگوریتم های تولید داده تصادفی همبسته، مسأله طراحی با رویکرد خطرپذیری در شرایط عدم قطعیت بارش نیز توسعه داده شده است که نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهد که مدل تلفیقی در شناسایی طرح های با کارایی ضعیف و همچنین طرح های مطلوب کنترل سیلاب موفق عمل نموده و بخوبی توانسته است اندرکنش طرح های مختلف را در تسکین و یا تشدید خسارات سیلاب تحت شرایط متغیر مکانی و زمانی سیلاب ها و با حفظ همبستگی سیلاب های بخش های مختلف حوضه آبریز مدل سازی کرده و جانمایی مناسب طرح-های کنترل سیلاب را به همراه سطح طراحی آنها در سطح حوضه آبریز ارائه نماید.

با توجه به اینکه آبشکن های توده سنگی جاذب در شرایط مستغرق تحت تاثیر قرار گرفته و روگذری جریان باعث تخریب، خسارت و عملکرد نامناسب آبشکن می شود، لذا در این پایان نامه سعی شده تا اثر برخی از متغیر های طراحی در فرآیند تخریب آبشکن توده سنگی جاذب در شرایط مستغرق بیان شود و ناحیه های حساس در تخریب مشخص شود. این تحقیق شامل دو قسمت می باشد؛ در قسمت اول، نقش الگوی جریان در محل آستانه تخریب توسط سرعت سنج سه بعدی adv و با استفاده از نرم افزار flow 3d مورد بررسی قرار گرفته و در قسمت دوم اثر دانه بندی مصالح بدنه آبشکن، درصد استغراق و زاویه قرارگیری آبشکن نسبت به راستای عمومی جریان بر فرآیند تخریب و حجم آن، در کانال مستقیم و با بستر صلب بررسی شده است. آزمایشات در کانالی به طول 6 متر، عرض و ارتفاع 45/0 متر انجام شد. به منظور بررسی اثر دانه بندی، استغراق و زاویه قرارگیری در فرآیند تخریب آبشکن، سه مقدار مختلف برای آنها در نظر گرفته شده و اثر این پارامتر ها در دو محدوده سرعت بیشتر از آستانه حرکت مصالح بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش ارتفاع استغراق، محل شروع خرابی از ترازهای نزدیک تاج به ترازهای نزدیک بستر جابه جا می شود. همچنین با افزایش ارتفاع استغراق، حجم خرابی در هر سه زاویه قرارگیری آبشکن نسبت به راستای عمومی جریان، کمتر می شود. با افزایش زاویه قرارگیری آبشکن، محل شروع خرابی از محل اتصال دماغه و تاج و شیب بالادست به سمت محل اتصال دماغه و شیب بالادست در نزدیکی بستر پیشروی می کند. همچنین با افزایش زاویه قرارگیری آبشکن نسبت به راستای عمومی جریان، تغییر حجم نسبی آبشکن افزایش پیدا می کند. دانه بندی تاثیری در محل آستانه تخریب نداشته همچنین افزایش اندازه مصالح، تاثیری بر حجم خرابی ندارد. با توجه به نتایج حاصل شده، محل اتصال دماغه به شیب بالادست، حساس ترین ناحیه آبشکن توده سنگی جاذب در تخریب می باشد.