در این تحقیق مدلی عددی برای حل معادلات دوبعدی نویر-استوکس غیردائمی، با قابلیت محاسبه فشارهای دینامیک در جریان های همراه با سطح آزاد، توسعه داده شده است. در این مدل از ایده تفکیک زمانی (روش پروجکشن) استفاده شده است؛ بطوریکه در نیم گام اول، معادلات ممنتوم با فرض توزیع هیدرواستاتیک فشار حل شده و مقادیر سرعت واسط به دست می آید. برای نیم گام دوم، از ترکیب معادله پیوستگی با معادلات ممنتوم (بدون حضور ترم های انتشار و جابجایی)، رابطه ای برای محاسبه فشار دینامیک بدست آمده و با استفاده از آن فشارهای دینامیک محاسبه شده اند. در پی آن سرعت های واسط نیم گام اول بر اساس فشارهای بدست آمده، اصلاح می گردد و تراز جدید سطح جریان آب با استفاده از رابطه پیوستگی برای المان ستون آب، به دست می آید. برای شبیه سازی میدان های همراه با تغییر در تراز سطح آب و تراز بستر، از سیستم مختصات منحنی الخط غیرمتعامد با قابلیت جابجایی شبکه در جهت قائم استفاده شده است.معادلات حاکم به روش حجم کنترل روی شبکه جابجانشده با استفاده از روش کاملاً ضمنی حل شده است و برای جلوگیری از ایجاد میدان فشار صفحه شطرنجی، یک روش توسعه یافته میانیابی مومنتوم برای محاسبه شار روی وجوه حجم کنترل بکارگرفته شده است. به منظور ارزیابی عملکرد مدل عددی تهیه شده، تست های متعددی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی جریان متغیر تدریجی، توانایی مدل حاضر در برخورد با مرزهای متحرک و دارای انحناء را نشان می دهد. مقایسه نتایج شبیه سازی جریان های عبوری در حفره آب شستگی موضعی، ترانشه و جریان عبوری از روی برآمدگی کف با داده های آزمایشگاهی و نتایج مدل های عددی دیگر، توانایی مدل در شبیه سازی جریان های با سطح آزاد را تائید می نماید.

تخمین هندسه ی چاله فرسایش در پایین دست سدها از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. چاله ای که در پایین دست سرریز ایجاد می شود باعث به خطر افتادن پایداری سد، سرریز و سازه-های وابسته می شود. نظر به ماهیت مساله از روش های تجربی مدل سازی مختلفی برای تخمین هندسه ی چاله فرسایش استفاده شده است. با توجه به کارآمدی روش های هوش مصنوعی، در این پایان نامه از تعدادی از این مدل ها جهت پیش بینی هندسه ی چاله فرسایش استفاده شده است. جهت اطمینان از طراحی سرریز پرتابی، پیش بینی حداکثر عمق چاله فرسایش پایین-دست سرریز پرتابی با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی صورت می گیرد. این تحقیقات نشان داده که عمق چاله فرسایش به پارامترهای مختلفی از قبیل: دبی واحد عرض، ارتفاع ریزش جریان، عمق پایاب، اندازه ی ذرات بستر، زاویه ی برخورد جت ورودی به حوضچه و در مواردی به شعاع جام پرتابی بستگی دارد. محققین با استفاده از مدل های آزمایشگاهی، رابطه های گوناگونی را با دقت های مختلف برای پیش بینی حداکثر عمق چاله فرسایش پایین دست سرریز پرتابی ارائه نموده اند. مدل های پیشنهادی توسط یک سری داده های بدست آمده از نتایج آزمایشگاهی و یک سری داده های سدهای واقعی مورد آزمایش قرار گرفته است، که نتایج بدست آمده برتری شبکه ی پسخور المن را با توجه به تحلیل های آماری، در مقایسه با روش های دیگر نشان می دهد.

یکی از مهم ترین انواع لوله های تحت فشار آب، مانیفلد نام دارد. مانیفلد لوله انتقال آبی است که در امتداد خود چند ورودی یا خروجی دارد و می تواند جمع کننده یا توزیع کننده آب باشد. مانیفلدهای توزیع کننده جریان آب می توانند خصوصیات ویژه ای از خود نشان دهند بطوریکه، شیب تغییرات آبدهی روزنه های آن با توجه به مشخصات مانیفلد، می تواند، متغییر باشد. از این رو، 3 لوله گالوانیزه مخصوص آب بطول 5/4 متر، در سه قطر مختلف 5/2 ،4 و 6 سانتیمتر تهیه شد و10 روزنه با قطرهای 5، 6و 7 میلیمتر با فواصل مساوی، در سه نوبت بر روی آن تعبیه گردید. این آزمایشات در پنج دبی مختلف 20، 30 ،40 ،50 و 60 لیتر در دقیقه انجام شد و به بررسی پارامترهای موثر بر تغییرات آبدهی روزنه ها و همچنین تغییرات زاویه خروجی آب از آن ها پرداخته شد، بطوریکه افزایش قطر روزنه و دبی جریان و همچنین کاهش قطر لوله مانیفلد، باعث افزایش شیب تغییرات آبدهی روزنه ها و همچنین افزایش شیب تغییرات زاویه خروج آب از آن ها شد.

مدل سازی فرآیند بارش- رواناب و پیش بینی دبی رودخانه یک اقدام مهم در مدیریت و مهار سیلاب ها، طراحی سازه های آبی در حوضه های آبخیز و مدیریت خشکسالی است. به علت تغییرهای زیاد مکانی، ویژگی های هیدرولوژیکی حوضه های آبخیز و الگوهای بارش، وهمچنین تعداد زیاد متغیرهای فیزیکی دخیل در فرآیند بارش- رواناب، این پدیده یکی از پیچیده ترین فرآیندهای هیدرولوژیکی به شمار می آید. به طوری که از دیرباز پژوهشگران به منظور مدل سازی این فرآیند از مدل های مختلفی استفاده کرده اند. در دو دهه اخیر پژوهشگران برای شبیه سازی فرآیند بارش رواناب به روش های شبیه سازی هوش مصنوعی از جمله منطق فازی و شبکه عصبی، روی آورده اند. مدل منطق فازی در مورد فرآیند بارش- رواناب که تعریف دقیق و درک خاصی از آن وجود ندارد، بسیار موثر عمل می کند. خصوصیت ویژه این مدل که آن را نسبت به سایر روش ها متمایز می کند، توانمندی و انعطاف پذیر بودن آن برای مدل سازی عدم قطعیت های موجود در فرآیندهای هیدرولوژیکی و از جمله فرآیند بارش- رواناب و بیان عبارت های زبانی برگرفته از تجربه و دانش بشر در قالب روابط ریاضی به شمار می آید. جهت ساخت مدل های فازی باید پارامترهای توابع عضویت و قانون های فازی که متغیرهای ورودی و خروجی را به هم نسبت می دهند، تعیین شوند. تعیین این پارامترها یا به وسیله دانش متخصص و یا به وسیله تلفیق روش فازی با روش های دیگر مانند شبکه عصبی مصنوعی، خوشه بندی و الگوریتم های بهینه سازی صورت می گیرد. در این تحقیق مدل بارش- رواناب حوضه سد زاینده رود واقع در استان اصفهان ساخته شده است. جهت مدل سازی از داده های آماری روزانه ایستگاه هیدرومتری اسکندری و ایستگاه کلیماتولوژی قلعه شاهرخ به مدت 30 سال استفاده شده و برای تعیین بهترین حالت ورودی، با توجه به داده های موجود، 12 حالت ورودی مختلف در نظر گرفته شده است. جهت ساخت مدل ها 75 درصد داده ها به مرحله آموزش مدل و مابقی آنها به مرحله آزمایش مدل اختصاص داده شده است. همچنین جهت ساخت مدل های بارش- رواناب ازچهار روش مختلف شامل روش فازی عصبی (با دو حالت جداسازی خوشه ای و جداسازی شبکه ای)، خوشه بندی فازی (برای مدل های نوع سوگنو و ممدانی)، سیستم استنتاج فازی نوع ممدانی و تلفیق سیستم فازی نوع ممدانی و الگوریتم ژنتیک، استفاده شده است. در تمامی این روش ها پارامترهای مدل بهینه به گونه ای انتخاب شده اند که خطای مدل به حداقل برسد. در پایان نتایج به دست آمده از روش های مختلف با استفاده از معیارهای آماری با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند که تا زمانی که دبی روزهای قبل در ساختار ورودی مدل وارد نشود، مدل نتایج خوبی را ارئه نمی دهد. همچنین از بین روش های استفاده شده جهت ساخت مدل ها، مدل فازی بهینه شده با الگوریتم ژنتیک بهترین نتایج و مدل فازی نوع ممدانی که برای تعیین پارامترهای آن از هیچ روش بهینه سازی استفاده نشده است، بدترین نتایج را به همراه داشتند.

با احداث یک پل در مسیر رودخانه معمولاً عرض طبیعی جریان کاهش می یابد و لذا مانعی در برابر جریان به وجود می آید. برای اینکه عبور جریان از میان پایه های پل با حداقل انرژی مخصوص ممکن گردد، عمق آب در بالادست پل افزایش پیدا خواهد کرد. این افزایش عمق را فراآب می نامند و تغییرات آن با فاصله از بالادست پل را پروفیل برگشت آب می نامند. تحقیقات نشان می دهد که هر چه پهنای دهانه پل نسبت به عرض مجرا کمتر باشد، میزان فراآب و برگشت آب بیشتر خواهد بود. به عبارت دقیق تر، آب بیشتر بالا خواهد آمد و هم چنین این اثر تا فاصله دورتری از بالادست پل ادامه پیدا خواهد کرد. اهمیت موضوع هنگامی مشخص می گردد که بخواهیم مناطق خاص و مهمی در بالادست پل را از سیلاب محافظت نماییم. قبل از احداث پل باید برآورد مناسبی از میزان فراآب بدست آید و بر اساس این میزان پیش بینی شده، هزینه عملیات ساماندهی در بالادست پل بررسی گردد. یکی از پارامترهای بسیار مهم در طراحی پل ها، همین میزان فراآب می باشد. بررسی مطالعات انجام گرفته در زمینه فراآب گویای این واقعیت است که اطلاعات جامع و کاملی در این زمینه وجود ندارد و در اکثر تحقیقات انجام شده، پارامترهای موثر بر روی فراآب بهطور کامل و دقیق در نظر گرفته نشده اند. با توجه به این موضوع، مطالعات آزمایشگاهی حاضر به منظور بررسی دقیق تر پارامترهای موثر بر روی فراآب و نحوه ارتباط آن ها با فراآب انجام گرفته است. با توجه به مطالعات گذشته در مورد فراآب، می توان نشان داد که پارامترهایی نظیر عدد فرود، نسبت انقباض ، زاویه محور پایه پل با جهت جریان و شکل پایه پل در میزان فراآب موثر می باشند. در این تحقیق آزمایشگاهی، چهار شکل مختلف برای پایه پل انتخاب گردید. کار در فلومی به طول دوازده متر انجام گرفت. برای هر شکل بجز پایه استوانه ای شکل سه نسبت طول به عرض و برای هر نسبت طول به عرض چهار عدد پایه در نظر گرفته شد. با انجام آزمایشات مربوطه، هدف اصلی تحقیق پیرامون نحوه ارتباط نسبت طول به ضخامت پایه پل و مقدار فراآب می باشد. در کنار این هدف نحوه ارتباط دیگر متغیرها با میزان فراآب نیز مورد بررسی دقیق قرار گرفت. نتایج حاصله ? نشان می دهد که با افزایش عدد فرود، مقدار فراآب زیاد می شود و نیز با افزایش تعداد پایه ها در مسیر جریان، عدد فرود باید بیشتر مورد توجه قرار بگیرد. با افزایش زاویه محور پایه پل با جهت جریان، فراآب بیشتری خواهیم داشت که در زوایای بالاتر روند افزایشی فراآب نسبت به زیاد شدن زاویه بیشتر می شود. علاوه بر این در شرایط برابر هر چه نسبت انقباض کمتر باشد، یا به عبارت دیگر تعداد پایه های واقع در مسیر جریان بیشتر باشد، فراآب بیشتری ایجاد می گردد و نیز پایه با نسبت طول به ضخامتبزرگ تر، فراآب بیشتری تولید می کند. تجزیه و تحلیل داده های آزمایشگاهی منجر به ارائه رابطه جدیدی جهت برآورد مقدار فراآب شد.

در این تحقیق، با استفاده از مدل عددی سه بعدی فلوئنت ابتدا الگوی جریان آشفته در کانال مستقیم با شیب تند مدل سازی شد و انطباق پروفیل های سرعت حاصل از آن با فرمول های تحلیلی بررسی شد. در ادامه الگوی سه بعدی جریان فوق بحرانی در قوس 180 درجه و 51 درجه به صورت جریان دو فازی (آب و هوا) مدل سازی گردید و نتایج حاصل از موج اول (مهمترین موج) در جداره های داخلی و خارجی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شد. با توجه به وجود جریان فوق بحرانی در قوس و تأثیر ناچیز تنش برشی و اهمیت بالای اینرسی، تفاوت چندانی بین مدل های آشفتگی وجود نداشته و لذا جهت مدل سازی آشفتگی از مدل k-? استاندارد استفاده شد. در ادامه، تأثیر برخی ازپارامتر های حاکم بر جریان بر الگوی جریان در خم بررسی گردید. نتایج بررسی نشان داد با افزایش عدد فرود نسبت بی بعد تراز سطح آب افزایش می یابد که با افزایش نسبت تراز سطح آب، عمق ماکزیمم و زاویه ماکزیمم در جداره خارجی افزایش یافته و تقریباً به همین میزان عمق آب در جداره داخلی کاهش می یابد به طوری که از عدد فرود 4 به بعد جریان آب کم کم به جداره خارجی متمایل شده و تراز سطح آب بالاتر می رود و با افزایش عدد فرود جداره داخلی شروع به خشک شدن می کند. همچنین در این مدل از عدد فرود 4 به بعد تقریباً هیچ موج دومی تشکیل نمی شود.

در این مطالعه امکان¬سنجی احداث سد زیرزمینی ‏ در دشت کاشان، که با مشکل جدی کم¬آبی ‏روبرو¬است، بررسی¬شد. برای مکان¬یابی نقاط مناسب جهت احداث سد زیرزمینی، ابتدا لایه¬های ‏اطلاعاتی: پوشش گیاهی، خطواره¬ها ، آبراهه¬ها، آبرفت، توپوگرافی، شیب، قنات و لیتولوژی از ‏طریق داده¬¬های ماهواره¬ایetm ‏ و داده¬های رقومی ارتفاعی (‏dem) منطقه و با استفاده از ‏روش¬های سنجش¬از¬دور (‏rs)، نرم¬افزار ‏envi‏ و نرم¬افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی (‏gis‏) ‏محاسبه شدند. سپس با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (‏ahp‏) به هر لایه اطلاعاتی، ‏وزنی مناسب داده شد. در نرم¬افزار ‏arcmap‏ لایه¬ها به¬روش هم¬پوشانی وزن¬دار ‏ با هم تلفیق و ‏بهترین مکان¬ها برای احداث سد زیرزمینی، مشخص¬شدند. پس از بازدیدهای به¬عمل¬آمده، 7 ‏نقطه مناسب در محدوده انتخاب شد. برای آگاهی از عمق سنگ بستر‏ ‏ و عمق آبرفت به¬عنوان ‏منبع ذخیره¬کننده آب¬های زیرسطحی ، مطالعات ژئوفیزیکی ‏ (ژئورادار ‏gpr‏) انجام و در ‏نهایت نقاط مناسب برای احداث سد زیرزمینی مشخص شدند. با داشتن عمق آبرفت، مقدار ‏بارش، تبخیر و نفوذ به آبخوان، مقدار ظرفیت¬ذخیره و آبگیری سالیانه، توسط هر یک از سدهای ‏زیرزمینی (در صورت احداث) محاسبه شدند. در قسمت شمال¬شرقی محدوده مطالعاتی (بندریگ ‏کاشان) با¬استفاده از شواهد ¬موجود و داده¬های برداشت¬شده توسط ژئورادار، احتمال وجود سد ‏زیرزمینی طبیعی مطرح¬شد. سد زیرزمینی طبیعی در این ناحیه می¬تواند عامل پایداری ماسه-‏های روان باشد.‏