همواره محاسبه و تعیین میزان نشت در بدنه سدهای خاکی در روند طراحی این سدها مورد توجه بوده است و تا کنون روشهای مختلفی جهت تعیین میزان نشت آب در بدنه سدهای خاکی و همچنین تعیین سطح آزاد نشت در این سدها بکار گرفته شده، از جمله این روشها، روش های تقریبی و فرمولهای تجربی همچنین حل با استفاده از ترسیم شبکه جریان می باشد. این دسته از روشها همانطور که از اسم آنها بر می آید از دقت کافی برخوردار نمی باشند و یا روش حل ترسیمی شبکه جریان روشی است وقت گیر، مخصوصاً در مورد مسایل مربوط به طراحی، این روش خسته کننده می باشد. دسته دیگر روشهای حل، روشهای حل تحلیلی می باشد که این روشها برای حل معادله دیفرانسیل حاکم بر جریان از یک سری فرضیات ساده کننده استفاده می کنند. همچنین در مسایل پیچیده مهندسی با شرایط هندسی پیچیده حل به این روش بسیار دشوار می باشد. امروزه با پیشرفت برنامه های کامپیوتری و افزایش سرعت در کامپیوترها استفاده از روشهای حل عددی مانند روشهای اجزاء محدود، تفاضلات محدود و احجام محدود گسترش چشمگیری یافته است، که البته این روشها، روشهایی پیچیده می باشند. در این تحقیق هدف ما ارائه یک روش ساده و در عین حال دقیق، جهت محاسبه نشت، همچنین تعیین سطح ایستایی در بدنه سدهای خاکی می باشد. این روش مبتنی بر معادله انرژی می باشد که روشی است بسیار ساده. به عبارت دیگر بر اساس معادله انرژی در محیط نرم افزار matlab برنامه ای جهت محاسبه میزان نشت و تعیین خط آزاد نشت ارائه شده است. در ابتدا، این روش جهت آنالیز نشت در یک سد خاکی همگن با مقطع مستطیلی بکار گرفته شده، سپس این روش برای سد خاکی همگن با مصالح ایزوتروپ ، اعمال می شود. پس از آن نتایج حاصل از روش معادله انرژی با نتایج حاصل از روشهای عددی مقایسه می شود. جهت مقایسه جوابهای حاصل از روش معادله انرژی و تعیین صحت و درستی جوابها، از برنامه seep/w استفاده شده است. روش حل این برنامه بر اساس روش اجزاء محدود می باشد و جزء دقیق ترین روشهای حل موجود می باشد. در گام بعد معادله انرژی برای سد خاکی غیرهمگن و ایزوتروپ اعمال می شود.

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. علیرغم 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. از آنجا که این دستورالعمل ها, بیشتر تابع سلیقه و تجربه مهندس طراح هستند؛ ممکن است که نتایج بسیار متفاوتی از آنها حاصل گردد. در این مطالعه سعی شده است با توجه به هر یک از اهداف اصلی ساخت آبشکن ها و تاثیرات عوامل مهم در جانمایی و طراحی آنها, روشی دقیق و نظام مند, متکی بر روش های ریاضی برای طراحی اینگونه سازه ها ارائه گردد. بدین منظور ابتدا با شبیه سازی جریان پیرامون آبشکن برای هندسه های مختلف و مقایسه نتایج آنها با نتایج مدل های دیگر و نتایج آزمایشگاهی, صحت و دقت مدل ریاضی تحلیل گر fast-2d مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن با اتصال مدل تحلیل گر جریان و مدل بهینه ساز, مدلی جهت انجام پروسه ی بهینه سازی آرایش آبشکن ها تهیه گردید. در ادامه با تاکید بر روی برخی از اهداف ساخت آبشکن ها, آرایش بهینه ی هر یک از موارد با تعریف هندسه, شرایط هیدرولیکی و تابع هدف به مدل تهیه شده, محاسبه شد.

پدیده سیل یکی از پیچیده ترین و مخرب ترین رویدادهای طبیعی به شمار می رود که بیش از هر بلای طبیعی دیگر جان و مال انسانها و شرایط اجتماعی و اقتصادی یک جامعه را به مخاطره می اندازد. یکی از روشهای کنترل سیلاب رودخانه ها، احداث سدهای مخزنی است. برای محاسبه تاثیر مخزن سد بر سیلاب عبوری و برآورد میزان کاهش دبی در پایین دست رودخانه لازم است که هیدروگراف سیل خروجی از سد های مخزنی مشخص شود. این امر توسط روندیابی مخزن انجام می شود. روندیابی سیلاب در مخزن سد در حالتی که آب ذخیره شده در مخزن فقط از طربق سرریز تخلیه می گردد با استفاده از معادله پیوستگی به راحتی قابل انجام است. اما انجام آن در حالتی که خروجی سد به شکل چند تونل در ارتفاعات مختلف باشد بسیار وقت گیر و پیچیده می باشد. در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار matlab یک مدل ریاضی برای محاسبه روندیابی سیلاب از سد مخزنی با خروجی چند تونله تهیه شده است. این مدل با در نظرگرفتن کلیه حالات جریان در مجرای تونل، پروفیل سطح آب در مجرا را تعیین کرده و با محاسبه رابطه دبی-اشل مجرا و ترکیب آن با رابطه پیوستگی هیدروگراف سیلاب روندیابی شده از درون مخزن را محاسبه می کند. در این مدل کلیه مقاطع مختلف مجرای تونل شامل مقاطع جعبه ای، دایره ای، نعل اسبی و d شکل در نظر گرفته شده است.

یکی از مهمترین مشکلات در ایستگاههای هیدرومتری که به اندازه گیری دبی رسوب در آنها پرداخته می شود، ناتوانی افراد و کمبود تجهیزات مناسب این اندازه گیری، در شرایط سیلابی می باشد. در نتیجه قسمت اعظم اندازه گیریها در شرایط غیرسیلابی می باشد از طرفی بیشتر رسوبات رودخانه بطور طبیعی در شرایط سیلابی منتقل می شوند. پس برای غلبه بر این مشکل نیاز به استفاده از روش مناسبی برای تعیین غلظت رسوب در رودخانه می باشد. در اولین گام باید عوامل موثر بر مقدار دبی رسوب تعیین گردند. از جمله این عوامل می توان به دبی جریان، شرایط بارندگی و حوزه آبریز، مواد تشکیل دهنده بستر و کناره رودخانه و شرایط جریان اشاره نمود که در اکثر موارد آماری از آنها وجود ندارد. در بین این عوامل تنها دبی جریان قابل اندازه گیری بوده و از طرفی مهمترین عامل در تعیین دبی رسوب است که این موضوع به وسیله منحنی سنجه دبی-دبی رسوب اثبات می گردد. بنابراین در این تحقیق به منظور تعیین دبی رسوب از دبی جریان استفاده شد. برای پیش بینی دبی رسوب بر اساس آمار دبی جریان از روش شبکه عصبی پرسپترون استفاده شد و انواع ساختارها (یک لایه و دو لایه میانی با تعداد نرونهای مختلف) و انواع روشهای آموزشی (روش مومنتم و روش لونبرگ مارکوارت) مورد بررسی قرار گرفت. معیار بررسی کمترین میزان خطا mse و بیشترین کارآئی بود. با مقایسه نتایج در مرحله تست و آموزش شبکه مشخص شد که بهترین روش آموزش، روش لونبرگ مارکوارت و بهترین ساختار دولایه میانی است که هر لایه 4 گره دارد. نتایج این شبکه توانست بهترین انطباق را با آمار مشاهداتی سالهای 1382و 1386 نشان دهد که این آمار در آموزش و تست شبکه استفاده نشده بود. در ادامه برای بهبود نتایج شبکه با استفاده از روش بهینه سازی ژنتیک الگوریتم به بهینه سازی پارامترهای شبکه (ضریب مومنتم در روش آموزش مومنتم و تعداد گره ها در لایه های پنهان در روش آموزش لونبرگ مارکوارت) پرداخته شد.در اثر استفاده از ژنتیک الگوریتم مقدار mse به مقدار زیادی کاهش یافت ولی کارآئی سیستم تنها 2 درصد افزایش یافت. برای بررسی نتایج تحقیق در این پایان نامه از آمار ایستگاه ایدنک در بالادست سد مارون در استان خوزستان استفاده شد.به منظور پیش بینی دبی رسوب در شرایط حدی با استفاده از روش زنجیره مارکوف به تولید مرطوبترین وخشکترین سری محتمل در سالهای آینده پرداخته شد و با استفاده از روش شبکه عصبی رسوب این سریهای پیش بینی شد.

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.

هنگامی که مدتی از زمان بهره برداری از یک سیستم انتقال و توزیع آب شهری می گذرد، مشخصات این شبکه ها به علت تغییر در زبری لوله ها و در پی آن کاهش ظرفیت هیدرولیکی آنها تغییر کرده و مانع بهره برداری رضایت بخش و کارکرد مناسب شبکه می شود. در این تحقیق، هدف تخمین ضرایب زبری واقعی در یک شبکه آبرسانی موجود یا واسنجی زبری جهت اجرای نوسازی در شبکه ها می باشد. روند انجام واسنجی زبری در یک شبکه موجود به صورت مسأله معکوس از اندازه گیری پارامترهای خروجی مدل هیدرولیکی، فشار، تخمین زده می شوند. با توجه به کمبود فشارهای مشاهداتی یکی از بحث های مهم در آنالیز معکوس طراحی سایت آزمون بهینه می باشد که در این تحقیق با استفاده از تحلیل حساسیت ویک روش پیشنهادی، طراحی سایت آزمون انجام گردیده است. در مدل معکوس پیشنهادی در این تحقیق، هیدرولیک و الگوریتم قوی بهینه یابی ژنتیک در یک پروسه تکراری به هم متصل می شوند و تا رسیدن به حداقل تابع هدف منظور شده، تکرارها ادامه دارند.

یکی از مهم ترین اقدامات در کنترل کیفیت منابع آب، پایش مستمر و دقیق آن ها می باشد. طی عملیات پایش، روند کیفیت منابع آب مورد ارزیابی قرار می گیرد و از طریق آن می توان منابع آلاینده را شناسایی و در جهت رفع آن اقدام نمود. مراکز تولید کننده آلودگی واقع در حاشیه منابع آب سطحی موظفند تا در صورت لزوم تخلیه پساب ها، آن ها را با توجه به استانداردهای خاص زیست محیطی به درون محیط آبی مجاور تخلیه کنند. پس از تخلیه مواد آلاینده به درون محیط آبی، این مواد توسط فرایندهای انتقال (جابه جایی و پراکندگی) به پایین دست منتقل می شوند. با توجه به این امر در صورت وجود چندین منبع آلاینده در بالادست و با توجه به جمع آلاینده های ناشی از آن ها در پایین دست و فرایندهای انتقال، در حالت عادی به راحتی نمی توان منبع یا منابع آلاینده متخلف و همچنین میزان تخطی آن ها را از استانداردها تشخیص داد. تشخیص منبع یا منابع آلاینده متخلف و همچنین میزان تخطی آن ها از استاندارد برای موارد متعددی از جمله تعیین جرایم زیست محیطی لازم است. در این تحقیق با استفاده از حل معکوس معادله انتقال، مسئله تشخیص منابع آلاینده مورد توجه قرار می گیرد. در اینجا هدف از حل معکوس معادله انتقال، تشخیص مکان و شدت منابع آلاینده نقطه ای در رودخانه و با استفاده از اندازه گیری های غلظت آلاینده در پایین دست می باشد. در این تحقیق حل معکوس معادله انتقال در حالات یک بعدی و دو بعدی ارائه شده است و با توجه به اینکه در حل معکوس معادله انتقال، حل مستقیم (معمولی) آن نیز مورد نیاز است، حل عددی مستقیم معادلات جریان و جابه جایی-پراکندگی در حالات یک بعدی و دو بعدی نیز ارائه می گردد. اساس حل معکوس معادله انتقال در این تحقیق بر مبنای گسسته سازی معادله انتگرالی ناشی از اعمال روش تابع گرین بر معادله دیفرانسیل جابه جایی-پراکندگی می باشد. با انجام گسسته سازی مذکور، دستگاه خطی فرامعین بدخیم حاصل می گردد که در این تحقیق برای حل آن از روش حداقل مجذورات خطی با اعمال روش تنظیم تیخونف استفاده می شود. برای صحت سنجی روش ارائه شده از مثال های فرضی متعدد و همچنین از دو سری داده واقعی استفاده می گردد. بررسی حساسیت مدل معکوس ارائه شده نسبت به پارامترهای ورودی مختلف نیز سنجیده می شود. نتایج صحت سنجی با استفاده از مثال های فرضی و داده های واقعی در حالات مختلف حاکی از عملکرد مناسب مدل معکوس جهت تشخیص منابع آلاینده نقطه ای در رودخانه می باشد.

برآورد دقیق ضریب‏ زبری رودخانه‏ها همواره یکی از مسایل مهم و اساسی در مطالعات هیدرولیک مجاری روباز بوده است که باعث شده مطالعات گسترده‏ای جهت تعیین آن صورت پذیرد. با این وجود، تا به امروز تعیین دقیق این ضریب میسر نبوده است. در این تحقیق سعی بر ارائه روشی جدید و دقیق برای این ضریب بر پایه روش‏های بهینه‏سازی شده است. در کنار این مسئله، به تعیین رابطه‏ای بین عمق آب و دبی رودخانه پرداخته شد. از این رابطه می‏توان در برنامه‏ریزی‏های منابع آب(بررسی کیفیت آب، تخصیص آب مخزن به بخش‏های مختلف)، تعیین حداکثر رقوم سطح آب، پهنه‏بندی و کنترل سیلاب استفاده نمود. در این تحقیق مقدار ضریب زبری مانینگ و رابطه دبی-اشل با ترکیب روش بهینه‏سازی و مدل سازی هیدرولیکی، با استفاده از اطلاعات تراز سطح آب تعیین شده است. جهت مدل‏سازی هیدرولیکی از نرم‏افزار hec-ras در حالت جریان ماندگار و برای بهینه‏سازی از الگوریتم ژنتیک نرم‏افزار matlab استفاده شد. تابع هدف تعریف شده برابر با مجموع مربعات اختلاف بین مقادیر مشاهده‏ای و محاسبه‏ای تراز سطح آب انتخاب شد. در حل مسأله بهینه‏سازی ابتدا ضرایب زبری و دبی‏های فرضی را به نرم‏افزار hec-ras وارد کرده و پس از اجرای مدل، مقادیر تراز سطح آب در هر مقطع مشخص شد. اگر مقادیر بدست آمده از hec-ras به مقادیر مشاهده‏ای نزدیک بودند(به بیان دیگر اگر تابع هدف را براساس معیاری که از پیش تعیین شده حداقل نمود) در این صورت مقادیر ضرایب مانینگ و دبی‏های تولید شده مقادیری بهینه می‏باشند. در غیر این صورت این فرآیند با تولید مقادیر دیگری از ضرایب زبری مانینگ و دبی‏ها ادامه پیدا می‏کند تا جایی که تابع هدف حداقل گردد. در این تحقیق روند حل مسأله برای رودخانه‏های تک شاخه‏ای و چندشاخه‏ای انجام گرفت که نتایج حاکی از دقت بالا در تخمین ضرایب زبری و دبی‏ها دارد.

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.

رساله حاضر به معرفی و مدل سازی اثرات جداره های ویسکوالاستیک لوله های پلیمری رایج در کارهای آبرسانی (از جمله پلی اتیلن ها) در جریانهای گذرا می پردازد. شبیه سازی عددی رفتار لوله های ویسکوالاستیک با استفاده از مدل مکانیکی کلوین- ویت و معرفی تابع خزش جهت معرفی رابطه تنش کرنش در مواد پلی اتیلن صورت می گیرد. خواص ویسکوالاستیک سبب بروز ترمهای جدیدی در معادلات سازگاری حاکم بر جریانهای گذرا (پیوستگی و مومنتوم) می شود که مدلها موجود فاقد آن هستند. بر این اساس معادلات سازگاری برای خواص ویسکوالاستیک بازنویسی شده و با بکارگیری روش خطوط مشخصه در ترکیب با تفاضل محدود تحلیل می شوند. همچنین جهت تدقیق مدل سازی، اثرات دینامیکی افت ناماندگار نیز توسط مدل برونون شبیه سازی می شود. برای واسنجی پارامترهای مجهول نظیر ضرایب افت و خزش و صحت سنجی مدل عددی توسعه یافته، از داده های فیزیکی جمع آوری شده در یک مدل آزمایشگاهی ضربه قوچ، معروف به آزمایش ایمپریال کالج، استفاده می شود. با بکارگیری روش تحلیل معکوس جریان گذرا و استفاده از روش الگوریتم ژنتیک، پارامترهای مجهول مسئله شامل ضرایب افت ناماندگار و ضرایب ویسکوالاستیک برای شرایط مختلف محاسبه می شوند. نتایج نشان می دهد که مدل های کلاسیک ضربه قوچ به هیچ عنوان قادر به شبیه سازی نوسانات فشار در لوله های پلی اتیلن نمی باشند. در واقع مدل سازی دو اثر دینامیکی افت ناماندگار و ویسکوالاستیک برای این لوله ها بسیار ضروری است. همچنین نتیجه گرفته می شود که اثرات ویسکوالاستیک نقش بسیار پررنگ و مهم تری نسبت به افت ناماندگار در شکل گیری سیگنالهای ضربه قوچ بازی میکنند تاجایی که در نظر گرفتن آن به تنهایی می تواند به پاسخ های قابل قبولی منتج شود. با اینحال وقتی که مدل افت ناماندگار نیز به تحلیل جریان افزوده شود پاسخ ها بسیار دقیق تر خواهند بود. همچنین مدل تابع خزش بدست آمده در این تحقیق با نمونه حاصل از تست مکانیکی مقایسه شد که حاکی از رضایت بخش بودن نتایج بود.

یکی از مسائل مهم در کارهای مهندسی آب پیش بینی چگونگی طغیان و فروکش سیل در محل معینی از رودخانه است. روش های متداول جهت روندیابی سیلاب به ویژه در رودخانه های چندشاخه ای روش هیدرولیکی می باشند. روشهای هیدرولیکی علی رغم دقت بالا نسبت به روش هیدرولوژیکی، نیازمند اطلاعات بیشتری همچون مقاطع عرضی رودخانه ها، شیب بستر، وضریب زبری در بازه های مختلف مسیر جریان می باشند که این اطلاعات خود نیازمند انجام عملیات نقشه برداری گردآوری داده های بسیار است و مستلزم صرف زمان و هزینه ی بسیاری می باشد. از طرفی روش های هیدرولوژیکی از جمله روش های ماسکینگام بسیار ساده بوده و اطلاعات کمتری نیاز دارد. اما با این وجود روش های هیدرولوژیکی قابلیت بکارگیری در سیستم های چندشاخه را ندارند. بنابر این در پایان نامه ی حاضر، رابطه ای مبتنی بر روش هیدررولوژیکی ماسکینگام خطی پیشنهاد شده است که تعیین پارامترهای مجهول آن بهینه یابی شده است. سپس روندیابی سیل با این پارامترها برای رودخانه های سه شاخه ای انجام گرفته است. هیدروگرافهای خروجی محاسباتی حاصل از نتایج روندیابی با این روابط با هیدروگراف خروجی مدل سازی شده توسط نرم افزار مایک 11 مورد مقایسه قرار گرفت، نتایج بدست آمده از رابطه پیشنهادی بیانگر دقت و همبستگی بالایی است.

چنانچه میزان جریان آب رودخانه بیش از ظرفیت آبگذری مقطع اصلی رودخانه باشد، مناطق همجوار رودخانه در معرض سیلاب قرار می گیرند. روش های سازه ای کنترل سیلاب، معمولا به منظور کاهش دبی اوج و یا جلوگیری از سیل بردگی به کار برده می شوند. سد پاره سنگی یک روش سازه ای کنترل سیل است که بخشی از جریان سیلابی در مخزن آن ذخیره شده و با گذشت زمان بتدریج و با دبی کمتری از میان بدنه سد تخلیه می شود. خاکریزساحلی نیز به عنوان یک روش سازه ای کنترل سیل، بدون تغییر موثر در دبی اوج سیلاب، باعث جلوگیری از سیل بردگی می شود. در صورتی که طرح کنترل سیلاب با مشارکت این دو روش انجام شود، علاوه بر کاهش قدرت و شدت سیلاب و جلوگیری از آبگرفتگی زمین های اطراف رودخانه، گزینه نهایی کنترل سیلاب با انعطاف پذیری بیشتری انتخاب خواهد شد. نکته مهم در رابطه با اقدامات تاخیری کنترل سیل، انتخاب درست موقعیت آنها در سطح حوضه می باشد. بسته به عوامل توپوگرافی و دیگر عوامل محیطی، مکان احداث سدهای پاره سنگی و همچنین طراحی این سدها و خاکریزساحلی متفاوت بوده و بر این اساس هر چینش و طراحی دلخواه از این دو روش سازه ای می تواند در تسکین سیلاب موثر واقع شود. بدیهی است ترکیب مذکور نه تنها از نظر هیدرولیکی بلکه از نظر اقتصادی نیز نمی تواند بهترین ترکیب ممکن باشد. بنابراین هدف از این تحقیق، معرفی روشی است که در آن مناسب ترین طراحی ترکیبی از چینش سدهای پاره سنگی درون حوضه به همراه خاکریزساحلی در محدوده مسکونی پایین دست حوضه را ارائه نماید، به طوری که با در نظر گرفتن محدودیت های حاکم بر حرکت سیلاب، مجموع هزینه ساخت سدها و احداث خاکریزساحلی حداقل مقدار ممکن شود. بدین منظور یک "مدل شبیه ساز - بهینه ساز" تهیه گردید که ضمن روندیابی جریان سیلاب در حوضه آبریز (با توجه به وجود و یا عدم وجود سدهای پاره سنگی)، هزینه احداث سدهای پاره سنگی در سطح حوضه آبریز بالادست و خاکریز ساحلی در محدوده مسکونی پایین دست را محاسبه کرده و در فرآیند بهینه سازی، بهترین چینش و قرارگیری سدهای پاره سنگی به طوری که هزینه های حاکم بر طرح کنترل سیلاب حداقل مقدار ممکن شود را تعیین می نماید. برای روندیابی جریان در حوضه آبریز بالادست متشکل از سدهای تاخیری پاره سنگی و بازه های مختلف، از روندیابی پالس و ماسکینگام - کونژ، در قالب مدل شبیه ساز استفاده گردید. همچنین برای محدوده مسکونی پایین دست نیز، رابطه حجم خاکریز - دبی پیک، تهیه و به مدل بهینه ساز معرفی شد. مدل شبیه ساز، با مدل بهینه ساز الگوریتم ژنتیک در محیط نرم افزار matlab ترکیب شده و در نهایت، شاخص های بهینه سدهای پاره سنگی و خاکریز ساحلی برای ترکیب بهینه به دست آمد. نتایج حاصله از کاربرد مدل مذکور برای حوضه آبریز طالقان بیان گر آن بود که به منظور بالا رفتن راندمان تسکین سیلاب این سدها و همچنین برای کاهش هزینه های طرح کنترل سیل، حتی الامکان سدهای پاره سنگی، در قسمت های میانی و بالادست حوضه آبریز احداث شوند. به طوری که از 6 سد باقیمانده، تنها یکی در پایین دست حوضه واقع شده است و بقیه در قسمت های میانی و بالادست حوضه آبریز استقرار یافته اند. علاوه بر این، در حالت بهینه، هزینه سدها، ????/?? در قیمت واحد حجم سنگریزه، هزینه خاکریزها، ????/?? در قیمت واحد حجم سنگریزه و هزینه کل، ?????/?? در قیمت واحد حجم سنگریزه به دست آمد. بر این اساس، هزینه طرح کنترل سیل، بیشتر از 81 درصد نسبت به استقرار تمامی سدها کاهش داشته است. علاوه بر جنبه اقتصادی طرح، از نظر مسایل هیدرولیکی نیز طرح بهینه، باعث تسکین قابل توجه هیدروگراف سیل گردید به طوری که طرح بهینه سیلاب، موجب کاهش 56 درصدی دبی پیک هیدروگراف خروجی گردید. علاوه بر این، پخشیدگی و کشیدگی هیدروگراف خروجی در حالت بهینه، قابل ملاحظه بود و طرح بهینه کنترل سیلاب به خوبی توانسته بود شدت وقوع سیلاب را کنترل نماید. بنابراین، کاربرد هم زمان سدهای تاخیری پاره سنگی و خاکریز ساحلی به عنوان یک طرح تلفیقی کنترل سیل، از نظر هیدرولیکی و اقتصادی باعث افزایش راندمان طرح کنترل سیل خواهد شد.

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.

منحنی دبی- اشل از جمله اطلاعات پایه¬ای در زمینه ساماندهی طرح های رودخانه، مهار و کنترل سیلاب و دیگر مسائل حیاتی مربوط به رودخانه می¬باشد. عوامل متعددی سبب تغییر در وضعیت این منحنی می¬گردند که از آن جمله می¬توان به اثرات برگشت آب اشاره کرد. آب برگشتی یکی از مشکلات شایع در سیستم رودخانه¬های چندشاخه¬ای است که به علت تاثیر متقابل دو شاخه بر یکدیگر ایجاد می¬شود. در این حالت عمق جریان در شاخه¬ای که به شدت متاثر از جریان برگشتی است بیشتر از حالت معمول خوانده می¬شود. به عبارت دیگر در نزدیکی محل تلاقی عمق جریان به طور غیرعادی افزایش می¬یابد. در نمودارهای دبی- اشل معمول، عمق افزایش یافته به افزایش در دبی منجر می¬شود که نادرست است، چراکه این عمق متفاوت از عمق اولیه جریان است و سبب افزایش دبی نمی¬گردد، بلکه در این حالت رفتار رودخانه به رفتار یک مخزن شباهت دارد. هدف تحقیق حاضر یافتن راه¬حلی جهت شناسایی اثرات برگشتی و ارائه رابطه¬ای است که در این شرایط دبی را به خوبی تخمین بزند. دو راه حل جهت حل مسئله ارائه شده است. روش اول مبتنی بر مدل سازی جریان با استفاده از مدل هیدرولیکی hec-ras و برازش رابطه با استفاده از نرم افزار tablecurve 3dاست، و از تئوری تولید داده¬های فرضی استفاده می¬کند. در روش دوم برنامه¬ای تبادلی بین محیط کدنویسی matlab و نرم¬افزار hecras ایجاد شده است که بر اساس الگوریتمی مبتنی بر وضعیت جریان برگشتی، دبی را محاسبه می¬کند. جهت ارزیابی بیشتر، سیستم سه شاخه ای رودخانه های سزار، بختیاری و دز واقع در استان خوزستان، معرفی و مدل سازی شده است. نتایج نشان می دهد که مدل پیشنهادی با ارائه یک رابطه ساده قادر به اصلاح آمار دبی اشل ایستگاه های تحت اثر آب برگشتی در سیستم یادشده می باشد.

روش پیشنهادی کادو مبتنی بر مسیر بحرانی برای کاهش زمان الگوریتم ژنتیک در بهینه سازی شبکه های توزیع آب پیشنهاد شده است. این روش چندین مرحله ای بوده و الگوریتم آن دارای پیچیدگی هایی برای پیاده سازی عملی آن میباشد، که استفاده از آن را غیر ممکن میکند، در این پژوهش علاوه بر اصلاح نقاط ضعف و توسعه این روش، برنامه ای کامپیوتری بر مبنای یک الگوریتم جدید برای پیاده سازی آن ارائه شده است. برنامه تهیه شده بصورت یک نرم افزار قابل نصب بر روی سیستم ها تهیه شده و سهولت استفاده از آن را برای کارهای پیچیده و عملی فراهم میکند.

بطور معمول شبکه های توزیع آب شهری به این صورت طراحی می شوند که در ابتدا یک دوره طراحی (معمولاً 25 ساله) در نظر گرفته می شود. سپس بر اساس تحلیل های مختلف اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و ... جمعیت شهر برای انتهای طرح تخمین زده می شود. از طرفی دیگر میزان سرانه مصرف آب ساکنین شهر تعیین می گردد. با داشتن این اطلاعات، متوسط مصرف آب در انتهای طرح قابل محاسبه خواهد بود. سپس با اعمال ضریب مشخصی بر مبنای اقلیم، حداکثر دبی روزانه و سپس بر اساس ضریب دیگری بر مبنای جمعیت شهر، دبی حداکثر ساعتی را تعیین می نمایند. این دبی ملاک طراحی شبکه های آبرسانی محسوب می شود. به این معنی که قطر لوله ها، مشخصات مخازن و ایستگاه های پمپاژ برای مصرف در ساعت 12 ظهر مرداد ماه 25 سال آینده (انتهای دوره طرح) بدست می آید یعنی مبنای طراحی زمانی است که عمر طرح به پایان رسیده و می بایست طرح های علاج بخشی و توسعه وارد عمل شوند. در کاربردهای پیشرفته مشخصات شبکه با استفاده از روشهای بهینه سازی تعیین می شود. اگرچه در این شرایط تا حد ممکن شبکه اقتصادی می شود اما مبنا همچنان ثابت است و هدف تأمین نیازهای شبکه برای انتهای دوره طرح است.

هدف از ارائه این تحقیق، یافتن روشی است که در آن، بهینه سازی شبکه، با در نظر گرفتن اعتمادپذیری صورت گیرد. برای اعمال اعتمادپذیری از مفهوم یکنواخت سازی توزیع جریان لوله های شبکه و برای کمی ساختن این معیار، از مفهوم حداقل کردن واریانس دبی لوله ها استفاده می شود. در انجام بهینه سازی، با استفاده از الگوریتم ژنتیک و با اعمال تابع هزینه سالیانه به عنوان تابع هدف، قطر لوله ها و ارتفاع مخازن به عنوان متغیرهای تصمیم گیری در نظر گرفته می شوند؛ همچنین، علاوه بر قیود تأمین فشار گره ها، قید تأمین حداقل واریانس نیز اعمال می شود. در حالت اول، اعتمادپذیری شبکه بدون حذف لوله بررسی شده و در حالت دوم، اعتمادپذیری با در نظر گرفتن کلیه حالات حذف تک تک لوله ها بررسی می شود. برای مقایسه عملکرد نتایج دو حالت، تعریف دیگری از اعتمادپذیری، بانام فاکتور اعتمادپذیری شبکه (rnw)، در نظر گرفته شده و مقدار آن برای اعتمادپذیرترین و کم هزینه ترین نتیجه حاصل از هر دو حالت، محاسبه می شود. نتایج نشان می دهد که استفاده از تعریف یکنواخت سازی توزیع جریان به عنوان معیار اعتمادپذیری، اعتمادپذیری بالایی را تأمین می کند.

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 .