سرریز سدهای بلند، جریان سیلاب های عبوری را با سرعت بالایی از خود عبور می دهند. عبور جریان با سرعت بالا با پدیده مخرب کاویتاسیون همراه است. سازه های بسیاری در سراسر دنیا و در ایران به علت پدیده کاویتاسیون تخریب و یا آسیب دیده اند. مشخص شده است که وجود 8 درصد هوا در داخل جریان آب می تواند از پدیده کاویتاسیون پیشگیری و یا خطرات آن را متوقف کند. هوادهی جریان توسط ساخت هواده ها در مسیر جریان انجام می شود. ورود هوا به داخل جریان آب و رفتار جریان مخلوط آب و هوا در روی سرریز پیچیده و تحلیل آن مشکل است. علیرغم اهمیت موضوع و مطالعاتی که در ارتباط با کاویتاسیون انجام شده است اطلاعات زیادی برای طراحی سرریزها مورد نیاز است که تاکنون به آن پاسخ داده نشده است. به عنوان مثال رابطه و روشی مشخص و قابل قبول برای تعیین فاصله بین هواده ها موجود نیست و اطلاعات کمی از مخلوط جریان آب و هوا بر روی سرریز در دسترس می باشد. در مطالعه حاضر شناخت مکانیزم رفتاری و بررسی عوامل موثر بر رشد لایه آب و هوا در جریان جت هواده ها مورد نظر می باشد. در این پایان نامه توزیع غلظت هوا در لایه تحتانی آب و هوا در جت هواده مطالعه شده و رابطه ای تجربی برای آن ارائه شده است. سپس رابطه پیشنهادی برای توزیع غلظت هوا با داده های آزمایشگاهی محققین دیگر مقایسه و نشان داده شده است که تطابق خوبی بین داده های آزمایشگاهی آن محققین و رابطه جدید وجود دارد. همچنین رشد لایه مخلوط آب و هوا در جت هواده به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته و رابطه ای بین ضخامت لایه آب و هوا در جت هواده و ضریب پخش آشفتگی برقرار شده است. در انتها ، نتایج مطالعات تحلیلی حاضر با نتایج اندازه گیریهای تحلیلی و آزمایشگاهی محققین دیگر مقایسه گردیده و نشان داده شده است که این نتایج با نتایج محققین قبلی تقریباً در یک محدوده قرار گرفته و هم خوانی قابل قبولی دارند.

بخش قابل توجهی از آب بدون درآمد را تلفات واقعی تشکیل می دهد. کاهش تلفات واقعی همچون نشت و حوادث و جلوگیری از هدر رفت آب به خصوص در کشور ایران که دارای منابع محدود آب می باشد، از اهمیت فراوانی برخوردار است. حوادث شبکه توزیع مخصوصا حوادث در انشعابات علاوه بر هدر رفت آب باعث تحمیل هزینه های زیادی به شرکتهای آب و فاضلاب می شود. یکی از راههای کنترل و کاهش حوادث، انتخاب صحیح مواد مصرفی و اجرای صحیح خط انشعاب می باشد. علیرغم اهمیت این موضوع، مطالعات عملی انجام شده در این زمینه محدود می باشد. یکی از عوامل تأثیر گذار در حوادث انشعاب نوسانات فشار در شبکه توزیع می باشد هر چند کارخانه های سازنده لوله، آزمایش فشار حداکثر را بر روی لوله انجام می دهند ولی در عمل لوله ها و خطوط انشعاب فشارهای متغیر ناشی از تغییرات الگوی مصرف را تجربه می کنند. در این تحقیق با اجرای خطوط انشعابی که از لوله های پنج لایه و دو نوع لوله پلی اتیلن از دو کارخانه متفاوت ساخته شده اند، به مطالعه تأثیر نوسانات فشار بر خطوط انشعاب پرداخته شد . این خطوط انشعاب دارای اجزای شیر محفظه و شیر قطع و وصل و یا یکی از اینها بوده و دارای شرایط تکیه گاهی ساده و یا گیردار بودند. همچنین خطوط انشعابی جهت مطالعه تأثیر وجود یا عدم وجود زانوئی های 90 درجه (در تغییرات ارتفاعی) در خطوط انشعاب ساخته شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که خطوط انشعاب پنج لایه در هر شرایطی در مقابل نوسانات فشار بدون حادثه و بدون نشت می باشند. خطوط انشعاب ساخته شده از بعضی از لوله های پلی اتیلنی در مقابل نوسانات فشار مقاوم بوده ولی خطوط انشعاب ساخته شده از نوع دیگری از لوله های پلی اتیلنی در مقابل نوسانات فشار دچار حادثه می شوند و دارای عمر مفید 17 تا 24 سال (بسته به اجزای انشعاب و شرایط تکیه گاهی) می باشند. ولی در هر حال خطوط انشعاب ساخته شده از لوله های پلی اتیلنی در هر فشاری دچار نشت می شوند. همچنین در این تحقیق مشخص شد که خطوط انشعاب گیردار نسبت به خطوط ساده، خطوط دارای شیر قطع و وصل نسبت به خطوط دارای شیر محفظه و خطوط بدون زانوئی نسبت به خطوط دارای زانوئی عملکرد بهتری دارند. لوله ها و اتصالات پنج لایه در صورت ارزان بودن بهترین گزینه جهت استفاده در خطوط انشعاب می باشند.

در تونل های تخلیه تحتانی با هدهای بالا، جریان هایی با سرعت زیاد تشکیل می شود. در این شرایط ممکن است تونل ها در معرض خطر رخداد حفره زایی قرار بگیرند. یکی از کاربردی ترین و اقتصادی ترین روش های شناخته شده برای پیشگیری و کاهش خطرات ناشی از حفره زایی در سازه های هیدرولیکی، هوادهی جریان است. تحقیقات زیادی بر روی عملکرد هواده های مستطیلی در سرریز سدها انجام شده است، علیرغم مطالعات انجام شده نمونه های کمی از طرح و اجرای هواده های حلقوی وجود دارد. در این تحقیق ابتدا هواده مستطیلی، با استفاده از نرم افزار flow3d شبیه سازی و نتایج با داده های موجود آزمایشگاهی مقایسه شد. سپس جریان آب و هوا در تونل تخلیه کننده در شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف شبیه سازی شده است. ابتدا با استفاده از داده-های آزمایشگاهی هواده حلقوی موجود برای مدل هیدرولیکی سد گتوند علیا، واسنجی مدل عددی برای شبیه-سازی هواده حلقوی انجام شد. سپس شبیه سازی برای شرایط مختلف هیدرولیکی وهندسی انجام گرفت. در این مطالعه اثر شیب تونل و هندسه هواده حلقوی شامل تغییرات زاویه و ارتفاع رمپ بر هواگیری در تونل تخلیه کننده تحتانی مدل هیدرولیکی سد گتوند علیا بررسی شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد، در حالت ثابت بودن زاویه رمپ هواده، با افزایش ارتفاع رمپ (که منجر به افزایش طول رمپ می شود)، میزان هواگیری افزایش می یابد. همچنین در حالت ثابت بودن ارتفاع رمپ هواده، با افزایش زاویه رمپ (که منجر به کاهش طول رمپ می شود)، میزان هواگیری نیز افزایش می یابد. با استفاده از داده های شبیه سازی یک رابطه برای توزیع غلظت هوای کف در طول تونل ارائه شد. نتایج این تحقیق می تواند به شناخت بهتر مکانیزم جریان آب و هوا در هواده-های حلقوی و طراحی آن ها کمک کند.

تامین آب سالم و بهداشتی جهت مصارف مختلف زندگی بشری از ملزومات جوامع امروزی و از شاخصهای توسعه کشورها می باشد. شبکه آبرسانی که وظیفه انتقال آب به بخشهای مختلف را دارا است، یکی از شریانهای حیاتی شهرها محسوب می گردد. شبکه توزیع آب به عنوان آخرین بخش از یک سیستم آبرسانی بایستی بتواند آب تصفیه شده مورد نیاز مصرف کننده را با کمیت و کیفیت مناسب در اختیار قرار دهد. مبنای طراحی فعلی شبکه های آبرسانی شهری با عنوان روش متعارف بر اساس جمعیت انتهای دوره طرح و مبتنی بر مقادیر حداکثر مصرف ساعتی آب در طی یک شبانه روز و برای پرمصرف ترین روز سال جهت اعمال شرایط بحرانی مصرف قرار دارد. بنابراین اقطار شبکه توزیع با هدف تامین مصرف حداکثر برای یک بازه نسبتاً کوتاه زمانی، افزایش می یابد و در بخش عمده ای از سایر ساعات و روزهای سال ظرفیت شبکه بیش از مقدار مورد نیاز می باشد.طراحی شبکه به این شکل به منزله افزایش سرمایه گذاری اولیه و بلااستفاده بودن بخش قابل ملاحظه ای از آن خواهد بود. از سوی دیگر، طراحی شبکه به روش متعارف معادل با وجود فشاری بیش از میزان مورد نیاز در زمانهای خارج از اوج مصرف است. این فشار مضاعف سبب بروز مشکلاتی همانند افزایش نشت، افزایش مصرف، افزایش تعداد حوادث و در نتیجه افزایش هزینه های بهره برداری و تعمیرات خواهد گردید. با حذف تاثیر ضریب حداکثر ساعتی در تعیین ظرفیت شبکه به روشهای عملی نظیر ذخیره غیرمتمرکز آب در محل مصرف به جای ذخیره متمرکز آن در مخازن، می توان به طراحی شبکه ها به روش غیرمتعارف پرداخت.بدین ترتیب ضمن کاهش سرمایه گذاری اولیه، به علت توزیع یکنواخت آب در شبانه روز، مدیریت فشار به عنوان ابزاری موثر درکاهش مقادیر نشت و میزان آب بدون درآمد، کاهش حوادث ناشی از وجود فشار بالا و افزایش عمر تاسیسات شبکه، کاهش آب مصرفی و در نهایت کاهش هزینه های بهره برداری را در پی خواهدداشت. در این تحقیق سعی گردیده کلیه نکات فنی و اجرایی در طراحی و اجرای شبکه های آب به روش غیرمتعارف بیان شود. تاثیر انباشت آب در مخازن داخل ساختمانها به عنوان بخشی از تمهیدات ضروری در اجرای این نوع از شبکه بر کیفیت آب درون آن، مورد بررسی واقع و از عدم تنزل کیفیت آب از سطح استاندارد آن اطمینان حاصل گردد.به این منظور ابتدا تغییرات کیفی آب آشامیدنی به علت راکد ماندن در لوله ها و مخازن داخل ساختمانهای مسکونی دارای مخزن ذخیره آب مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش شمارش باکتری های هتروتروفیک بر نمونه های آب 11 ساختمان دارای مخزن در شهر تهران، نشان داد با وجود افزایش باکتری های موجود در آب مخازن در اثر انباشت، تعداد آنها از حد استاندارد کمتر بودند. آزمایشها در مخازن با خصوصیات مختلف از لحاظ جنس، شکل، حجم و سن بهره برداری انجام گرفته است. سپس با کمک مدل سازی هیدرولیکی یک شبکه نمونه و یک شبکه آبرسانی واقعی (مطالعه موردی)در نرم افزار watergemsو مقایسه نتایج حاصل از دو روش طراحی، تاثیر تغییر روش طراحی بر روی اقطار لوله، هزینه های احداث شبکه و میزان نشت مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این بخش شبکه هایی به صورت نمونه و سپس قسمتی از شبکه تهران به عنوان مطالعه موردی با نرم افزار watergems به دو شکل متعارف و غیرمتعارف شبیه سازی شد. نتایج، حاکی از کاهش بالای 20درصد در هزینه احداث و تقلی لحدوداً 13درصدیدر میزان نشت شبکه در اثر تغییر روش طراحی به غیرمتعارف در سبکه مطالعه موردی بود.

یکی از مشکلات اساسی در شبکه های توزیع آب، وجود نشت در سیستم و هدر رفت مقادیر قابل توجهی آب است. نوسان فشار بالای جریان در لوله ها به مرور زمان باعث ایجاد ترک و شکستگی در لوله ها و خروج مقادیر قابل توجه آب از سیستم توزیع می شود. با کاهش این اختلاف فشار در شبکه می توان باعث جلوگیری از نشت در سیستم و در نتیجه افزایش اطمینان پذیری سیستم شد. در این پایان نامه، کاهش نوسانات فشار در شبکه از دو طریق صورت پذیرفته است: 1- نزدیک کردن فشار در گره ها به فشار متوسط و 2- نزدیک کردن فشار در گره ها به فشار حداقل مجاز. مزیت استفاده از روش اول، تامین فشار کافی در گره های دوردست، کاهش فشارهای بالا در سیستم، کاهش احتمال نشت و افزایش اطمینان پذیری شبکه است. همچنین در روش دوم، علاوه بر کاهش نوسانات فشار، فشار در تمامی گره ها به فشار حداقل نزدیک شده و کاهش قابل ملاحظه نشت از سیستم را نتیجه خواهد داد. این پایان نامه مدلی جهت بهینه سازی همزمان قطر و جانمایی لوله ها در شبکه های آبرسانی به منظور کاهش نوسانات فشار و کاهش هزینه لوله ها با استفاده از nsga2 ارائه می دهد. الگوریتم nsga2 در محیط متلب کدنویسی شده و تحلیل هیدرولیکی شبکه ها بوسیله نرم افزار epanet2 صورت پذیرفته است.

در طراحی تأسیسات آبرسانی، علاوه بر ملاحظات معمول طراحی، لازم است تأمین امنیت تأسیسات برای مقابله با حملات احتمالی دشمنان مورد توجه واقع شود. این موضوع در قالب مهندسی پدافند غیرعامل مورد مطالعه قرار می گیرد. مهندسی پدافند غیر عامل به عنوان الزامی برای کاهش خطرپذیری، کنترل عواقب تهاجم و افزایش توان مرمت پذیری بدون استفاده از ابزارآلات نظامی و جنگ افزارها مطرح است. این تحقیق در جهت معرفی و توسعه موضوع پدافند غیر عامل در تأسیسات آبرسانی برای ارتقاء امنیت این تأسیسات در برابر تهدیدات گوناگون می باشد. با انجام مطالعات در تأسیسات آبرسانی، تهدیدات مربوط به هر یک از آن ها طبقه بندی شد. آلوده شدن سیستم آبرسانی به عنوان یک تهدید بالقوه مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور، مدل مفهومی ارائه شد تا آب را از محل منبع، تصفیه خانه و شبکه توزیع آب، پایش کند. این مدل می تواند الگویی برای برنامه های عملیاتی مدیریت بحران باشد. تحلیل ریسک یکی از گام های بنیادین در طراحی اقدامات پدافند غیرعامل محسوب می شود. مطالعه موردی تصفیه خانه جلالیه برای بررسی خطرپذیری در برابر تهدیدات هوایی، موشکی، زمینی و خرابکارانه، صورت گرفت. نشان داده شد در این تصفیه خانه خطرپذیری کلیه واحدها در برابر اقدامات خرابکارانه از سایر تهدیدات بیشتر است. در این پایان نامه شبکه های توزیع آب شهری در مقابل خطر آلودگی مورد مطالعه قرار گرفت. موضوع آلوده سازی شبکه، بررسی شد و سپس شهر شریف آباد به عنوان پایلوت عملی، شبیه سازی شد. در این مطالعه سناریوهای مختلف آلوده سازی مورد بحث قرار گرفت. موضوع ضریب پخش و همچنین مواد مختلف (کلر و آهن) بررسی و نتایج مدلسازی آن ها مقایسه و نتایج آن ارائه شد. روش تحلیلی معرفی شده و پیشنهادهای ارائه شده، می تواند در تحلیل و مطالعه بررسی شرایط شبکه های آب شهری در زمان بحران آلوده سازی مورد استفاده قرار گیرد.

نقش و اهمیت ضوابط و استانداردها و تأثیرات فنی و اقتصادی آنها در طراحی و بهره برداری بهینه از تأسیسات آب و فاضلاب امری غیر قابل چشم پوشی است. با توجه به پیچیدگی طراحی شبکه های آب شهری، وجود معیار و ضابطه ای که طبق آن بتوان استانداردها را در طراحی رعایت کرد، از اهمیت زیادی برخوردار است. در کشور ما طراحی شبکه های آبرسانی شهری بر اساس نشریه 3-117 (مبانی و ضوابط طراحی طرحهای آبرسانی شهری) انجام می شود. تدوین این آیین نامه در اوایل سالهای دهه 70 صورت گرفته است؛ در حال حاضر با توجه به تغییر و افزایش نیازها و محدودیت منابع آب که در سالهای اخیر تشدید شده است و با توجه به اینکه این آیین نامه سالانه مبنای طراحی دهها و صدها طرح آبرسانی قرار می گیرد، نیاز به بازبینی و تجدید نظر در آن احساس می شود. در این تحقیق که شامل دو قسمت می باشد، ابتدا ضمن بررسی موارد و جزئیات مطرح شده در نشریه 3-117 از قبیل سرعت، فشار، قطر لوله، تلفات، نیاز آتش نشانی و تطبیق آن با شرایط و نیازهای مربوط به شبکه های توزیع آب شهری، مقایسه ای نیز با استانداردها و معیارهای طراحی سایر کشورها صورت گرفته است. در قسمت دوم این تحقیق به صورت تخصصی به بررسی معیار طراحی آتش نشانی پرداخته شده و سعی گردیده است، مطالعاتی در جهت روشن شدن دلایل انتخاب معیار دبی آتش نشانی در طراحی شبکه توزیع انجام گیرد. برای طراحی آتش نشانی، مقدار دبی روزانه با دبی موردنیاز آتش نشانی جمع می شود؛ دلیل اینکه چرا مصرف حداکثر روزانه با دبی موردنیاز آتش نشانی جمع می شود و به عنوان دبی مبنای طراحی آتش نشانی قرار می گیرد، روشن نیست. در این تحقیق سعی شده است با شبیه سازی مصرف ساعتی وروزانه در سالهای دوره طرح و تحلیل این مصارف به بررسی این موضوع پرداخته شود. بدین ترتیب که ابتدا پس از تعیین چند گروه جمعیتی مشخص، با درنظر گرفتن دوره طرح معین، پیش بینی جمعیت طی این مدت انجام گرفت؛ سپس با تعیین مصرف سرانه متناسب با هر گروه جمعیتی و استفاده از الگوی مصرف روزانه و ساعتی فرضی، مصرف روزانه و ساعتی در سالهای دوره طرح شبیه سازی شد. پس از آن با درنظر گرفتن مصرف حداکثر روزانه انتهای دوره طرح و نسبتهای مختلف آن، تعداد ساعاتی که در طول دوره طرح دارای مصرف بیش از مقادیر هر یک از این نسبتها هستند و احتمال وقوع آن بدست آمد. سپس با تعریف خطرپذیری، خطرپذیری معیار طراحی بر اساس مصارف بدست آمده برای گروههای جمعیتی مختلف بدست آمد و برروی نتایج بحث شد. نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد که معیار طراحی آتش نشانی موجود دقیق نبوده، بطوریکه برای گروه های جمعیتی ریسک پذیرفته شده برای تأمین آب آتش نشانی یکسان نیست. پیشنهاد برای روش طراحی بطوریکه ریسک و خطرپذیری برای شرایط مختلف طراحی یکسان باشد، ارائه گردید.