فرار و نشت آب از پدیده های مخربی هستند که بعد از احداث سدهای خاکی می تواند ایمنی و پایداری این سازه ها را به مخاطره بیاندازد. دقیق ترین روش تعیین الگوی حرکت جریان و تعیین خصوصیات جریان از درون ساختار سدهای خاکی استفاده از تکنیک ردیابی می باشد. اعتقاد بر این است که اجرای هر گونه عملیات اصلاحی برای کنترل نشت بدون مطالعه ردیابی الزاماً نتایج مطلوبی به بار نخواهد آورد.بر اساس بازدیدهای صورتگرفته از سد خاکی شاه قاسم واقع در شهرستان بویراحمد، میزان نشت و فرار آب مشاهده شده در چاهک های پایین دست آن قابل توجه بوده و بیشتر از حد محاسبه شده در طراحی سد می باشد. در این پایان نامه به مطالعه ردیابی جریان آب نشت یافته از بدنه و تکیه گاههای سد شاه قاسم را مشخص می گردد. برای انجام این تحقیق سه مرحله آزمایش ردیابی انجام گرفت و برای تشخیص نقاط تزریق و نمونه برداری سطح ایستابی آب پیزومترهای بدنه و تکیه گاه های سد را اندازه گیری گردیدند و نتایج را با مدل عددی بدست آمده از نرم افزار seep/w مقایسه گردیدند و سپس سطح ایستابی آب موجود در بدنه و تکیه گاه های سد با استفاده از زمین آمار میان یابی شد و قسمتی از سد به عنوان منطقه بحرانی معرفی گردید. با استفاده از این نتایج در نهایت محل نقاط تزریق و نمونه برداری مشخص شدند. بعد از انجام آزمایشات ردیابی مقادیر زمان ظهور ماده ردیاب، سرعت متوسط و سرعت ماکزیمم در قسمت های مختلف سد محاسبه و با توجه به این مقادیر، مسیرهای احتمالی نشت جریان آب را مشخص شدند. در پایان راهکارهای لازم برای انجام مطالعات بیشتر در این زمینه و تشخیص دقیق تر مسیرهای نشت جریان آب از بدنه و تکیه گاه های سد پیشنهاد می شود.

فرار و نشت آب از پدیده های مخربی هستند که بعد از احداث سد های خاکی می تواند ایمنی و پایداری این سازه ها را به مخاطره بیاندازد. پژوهش های متعددی درباره مدل سازی عددی جریان های نشتی از سد های خاکی انجام شده است. روش های عددی می تواند یک ابزار خوب، دقیق و سودمند برای مدل سازی پدیده های فیزیکی از جمله حرکت و جریان آب درون نهشته های متخلخل باشد. بر اساس بازدید های صورت گرفته از سد خاکی شاه قاسم واقع در شهرستان بویراحمد، میزان نشت و فرار آب مشاهده شده در چاهک های پایین دست آن قابل توجه بوده و بیشتر از حد محاسبه شده در طراحی سد می باشد. در این پایان نامه برای مدل سازی عددی جریان آب نشت یافته از بدنه به سمت پی و جناحین سد شاه قاسم، یک مدل عددی توسعه داده می شود. نتایج مدل عددی بعد از ارزیابی اولیه و انجام آزمون های لازم برای تدقیق نتایج مورد بحث و بررسی قرار می گیرند. ابعاد و هندسه سد خاکی شاه قاسم واقع در شهرستان بویراحمد برای مدل تعریف، و شرایط مرزی مربوطه به نحو مناسب تعیین و به مدل معرفی می شوند. بعد از اجرای مدل نتایج مدل برای تدقیق محاسبات و صحت نتایج مورد برسی قرار گرفته و سپس با داده های برداشت شده توسط سیستم ابزار دقیق سد مقایسه می شوند. در این مقایسه نقاط ضعف و قوت مدل عددی مشخص شده و تلاش می شود که پیش بینی جریان نشتی و فشار بالابر بصورت دقیق صورت پذیرد. در نهایت راهکار های لازم برای تشخیص مسیر نشت، میزان فرار آب و سایر تمهیدات مربوط به ایمنی سد پیشنهاد می شود.

دیوارهای سپری از جمله تمهیداتی هستند که به منظور کاهش نشت، نیروی زیر‎ ‎فشار و شیب ‏خروجی در پی نفوذپذیر سازه های آبی مورد استفاده قرار‎ ‎می گیرند. در خصوص نشت از پی سازه-‏های آبی تاکنون تحقیقات زیادی، به ویژه در قالب مدل های عددی انجام شده است که برای ارزیابی ‏صحت آنها به داده های صحرائی و آزمایشگاهی نیاز است، لیکن تاکنون یک مدل آزمایشگاهی یا ‏فیزیکی که مسائل نشت و جوشش از پی سازه های ساحلی و آبرفتی را به طور دقیق مورد مطالعه ‏قرار دهد، ارائه نشده است. در این تحقیق برای بررسی اثر عوامل موثر بر پدیده جوشش از پی سازه-‏های هیدرولیکی مستقر بر پی های آبرفتی یک مدل آزمایشگاهی به طول 2/2، ارتفاع 0/8 و عرض ‏‏0/4 متر با استفاده از اسکلت فولادی و جداره های پلکسی گلاس ‏‎(plexiglas)‎‏ ساخته و آماده ‏گردید. در این مدل آزمایشگاهی پرده آب بند به عنوان متغیر عمقی، از ورقه پلکسی گلاس ساخته ‏شده و ترازهای پیزومتریک در دو وجه پایین دست و بالادست فلوم با استفاده از پیزومترهای شفاف ‏با قطر کم اندازه گیری شده اند. مصالح پی ماسه تمیز ساحلی است که با تراکم یکنواخت در عمق ‏‏40 سانتیمتری پایینی فلوم مورد استفاده قرار گرفت.‏ آزمایش ها برای دو حالت جریان ماندگار و غیر ماندگار بر روی دو حالت قرارگیری پرده آب بند ‏به صورت قائم و مورب با زاویه 60 درجه نسبت به افق در عمق های مختلف پی صورت پذیرفت. تأثیر ‏موقعیت و عمق دیواره های سپری بر مقدار دبی نشت، گرادیان خروجی و فشار بالابر در قالب ‏نمودارهای بی بعد ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که نسبت های ‏d/d=0/34 و ‏d/d=0/44 ‏ با نسبت بیشترین تراز آب بالادست h/hm=1.0به ترتیب برای دو حالت ‏کارگذاری پرده آب بند به صورت قائم و مورب در عمق پی به عنوان نسبت بهینه عمق پرده آب بندمی باشند. همچنین نتایج آزمایش ها در حالت جریان غیر ماندگار نشان می دهد که کارگذاری پرده ‏آب بند مورب نسبت به پرده آب بند قائم در عمق و شرایط یکسان مدت زمان بیشتری سپری می شود تا آب مخزن بالادست از طریق پی متخلخل تخلیه گردد. به عبارت دیگر کارگذاری پرده ‏آب بند مورب‎ ‎در کاهش و کنترل میزان دبی نشت، فشار بالابر و گرادیان هیدرولیکی بسیار موثرتر از ‏پرده آب بند قائم‎ ‎می باشد.‏

استفاده از مصالح درشت دانه سنگریزه ای در سازه های آبی بدلیل خصوصیات ویژه آنها روز به روز رو به افزایش می باشد. بطوریکه امروزه از این مصالح جهت فیلتراسیون، ساخت گابیون، پوشش کانال ها، حوضچه های آرامش و سدهای پاره سنگی استفاده می شود. رفتار جریان در این محیط ها بدلیل بزرگی اندازه ذرات و منافذ و بروز سرعت های بالا و آشفتگی در جریان بسیار پیچیده می-باشد. نظر به اهمیت جریان درون مصالح سنگریز و درشت دانه مطالعه خصوصیات این نوع جریان از اهمیت خاصی برخودار است. به علت فقدان شناخت کافی از نحوه حرکت جریان درون این مصالح، بایستی خصوصیات آنها را به نحو مطلوبی بررسی و رفتارسنجی نمود. در چارجوب این پایان نامه، ابتدا دستگاه پرمئامتری طراحی و ساخته شد. سپس مصالح گردگوشه و تیزگوشه مورد نظر از معدن شن و ماسه در حومه شهر یاسوج تهیه وآماده گردید. قطر متوسط سنگریزه ها و میزان تخلخل آنها جهت مطالعه خصوصیات آنها اندازه گیری و محاسبه گردید. آزمایش های بارافتان و بارثابت بر روی مصالح انجام شد و اطلاعات مورد نظر جهت مطالعه و روندیابی خصوصیات جریان برداشت گردید. یکی از اهداف این تحقیق طراحی و اجرای یک آزمایش استاندارد بارافتان جهت محاسبه ضریب هدایت هیدرولیکی مصالح درشت دانه می باشد که هر کدام از مصالح بطور جداگانه درون استوانه پرمئامتر ریخته شد و مورد مطالعه قرار گرفت. روابط افت فشار بدست آمده در این تحقیق مورد مطالعه و ارزیابی با محققان پیشین قرارگرفت و رابطه ای که در معادلات درجه دوم و معادلات توانی از قابلیت اعتماد بیشتری نسبت به دیگر معادلات برخورداربودند مشخص شد. نمودار های بدست آمده از رابطه بین سرعت و گرادیان هیدرولیکی در آزمایش های بارثابت و بارافتان نشانگر غیر خطی بودن رابطه بین سرعت و گرادیان دارد که همین امر دلیل محکمی بر غیردارسی بودن جریان است.

اگاهی از شدت تبخیر و تعرق در یک منطقه جهت بهره برداری مطلوب از منابع آب موضوعی مهم است. نخستین گام در طراحی سیستم¬های آبیاری و نیز بخش اصلی و مهم برنامه ریزی آبیاری، تخمین مقدار صحیح و دقیق تبخیر-تعرق است. اندازه گیری مستقیم تبخیروتعرق بسیار پر هزینه و برای تعیین دقیق آن تجهیزات خاصی مانند لایسیمتر لازم است. معمولا به عنوان یک جایگزین (برای لایسیمتر)، معادلات نیمه تجربی مانند فائو-پنمن-مونتیث جهت تخمین تبخیر-تعرق توصیه می¬شود. در این پژوهش، با استفاده از روابط تجربی برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل، مقادیر آن محاسبه و با داده¬های مشاهداتی موجود در ایستگاه¬های استان کهگیلویه و بویر احمد مقایسه گردید. در نهایت با معرفی مدل پنمن مانتیث به عنوان بهترین روش برآورد تبخیر و تعرق، پهنه¬بندی مقادیر تبخیر و تعرق برای منطقه مورد مطالعه انجام گردید. با استفاده از روش¬های زمین آماری اقدام به تعمیم نتایج ایستگاه¬ها به کل سطح استان شد. از بین مدل¬های معمول روش زمین آماری کریجینگ مدل کروی به عنوان بهترین مدل انتخاب گردید. به بر اساس محاسبات انجام شده برای برآورد مقادیر تبخیر و تعرق در منطقه مطالعه، با استفاده از پنج مدل تبخیر و تعرق پنمن مانتیث، بلانی کریدل، جنسن-هایز، تورنت وایت و هارگریوز، نتایج حاکی از آن است که مدل پنمن مانتیث برآورد بهتری نسبت به سایر روش¬ها دارد و روش روش تورنت وایت در جایگاه بعدی بود. مقادیر شاخص آماری rmse برای روش پنمن مانتیث از کمترین مقدار 22/18 تا بیشترین مقدار 31/61 تغییر می¬کند و بطور متوسط مقدار آن 10/40 مشاهده شد. این پارامتر برای دیگر روش¬ها میانگین¬های بیشتری را دارا می¬باشد که دو روش تورنت وایت و بلانی کریدل بعد از روش پنمن مانتیث بهترین نتایج را داشتند که میانگین مقادیر rmse برای این دو روش به ترتیب 59/51 و 84/69 حاصل شد همچنین دو مدل جنسن هیز و هارگریوز سامانی با مقادیر 108 و 107 بیشترین اختلاف را با مقادیر واقعی داشتند. در نقشه¬های پهنه¬بندی شده با روش و پنمن مانتیث، اختلاف¬هایی حدود 78- تا 59 با مقادیر واقعی مشاهده گردید. در تمام ایستگاه¬ها، روش پنمن مانتیث اختلاف بیشتری از 80 را نسبت به مقادیر واقعی نشان نداد.

حرکت آب در لایه های زیر زمین و بالا آمدن سطح آن در نقاط مختلف خاک، یکی از مسائل بسیار مهم در زمینه های مختلف مهندسی، کشاورزی، صنعت و غیره محسوب می شود. در خصوص جریان های زیرزمینی و پروفیل سطح آب در خاک، تاکنون تحقیقات زیادی به ویژه در قالب مدل های عددی و روابط تحلیلی انجام شده است، که برای ارزیابی صحت آن ها به داده های صحرایی و آزمایشگاهی نیاز است. لیکن تاکنون یک مدل آزمایشگاهی یا فیزیکی که این مسئله را به طور دقیق مورد مطالعه قرار دهد، ارائه نشده است. در تحقیق حاضر سعی شده است با طراحی و تکمیل یک فلوم آزمایشگاهی به ابعاد طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 2/2، 4/0 و 8/0 متر، صحت روابط تحلیلی و مدل های عددی ارائه شده برای دبی و پروفیل نشت برای سه نوع مصالح ریزدانه، درشت دانه و مخلوطی از دو مصالح ذکر شده روی سه شیب بستر افق، 5 درصد (شیب ملایم) و 15 درصد (شیب تند) در دو حالت قبل و بعد از تغذیه سطحی مورد ارزیابی و سنجش قرار گیرد.

در مطالعات مربوط به جابجایی املاح مهمترین هدف تعیین ضریب انتشار طولیمی باشد. ضریب انتشار طولی به عنوان یکی از پارامتر های ورودی معادلات انتقال- انتشار و مدل کیفی در تعیین روند آلودگی و پیش بینی غلظت آلاینده از اهمیت زیادی برخوردار است و از آنجا که از دامنه گسترده ای برخوردار است امکان فرض یا در نظر گرفتن آن بدون اندازه گیریدقیق نمی باشد. تزریق ردیاب در محیط متخلخل یکی از روش های اندازه گیری ضریب انتشار طولی می باشد. در مهندسی ژئوتکنیک تحقیقات قابل توجهی برای مطالعه ضریب انتشار طولی و انتشارپذیری مواد ردیابی و املاح و آلاینده های مختلف انجام نگرفته است. لذا در این پژوهش به دنبال یافتن ارتباط و همبستگی بین ضریب انتشار طولی و قابلیت انتشارپذیری مواد آلاینده و ردیابها و دانه-بندی و نوع خاک می باشد. در این پژوهش برای انجام آزمایشهای ردیابییک مدل آزمایشگاهی حاوی مخازن بالادست و پایین دست و یک ستون سیلندری ساخته شد. از سه نوع خاک ریزدانه، ترکیبی و درشت دانه به عنوان محیط متخلخل درون ستون استفاده گردید. از دو ردیاب سدیم کلراید و سدیم نیترات در بحث انتقال املاح در این پژوهش استفاده گردید. برای محاسبه ضریب انتشار طولی از روش شار انتشارپذیر و روش سعی و خطا و روش گشتاور زمانی استفاده گردید که روش های سعی و خطا و گشتاور زمانیدقیق نمی باشند.نتایج آزمایش ها در قالب منحنی های رخنه و درصد بازیابی جرم ردیاب تجزیه و تحلیل شدند و نتایج نشان داد که جذب نمک در محیط کم می باشد. شار انشارپذیر اعتبار قانون فیک در آزمایش های بار ثابت تایید گردید در حالیکه در آزمایش بار افتان قانون فیک برقرار نبود. نتایج نشان داد که ضریب انتشار طولی به دانه بندی و قطر ذرات خاک ارتباط دارد و با افزایش قطر انتشارپذیری افزایش می یابد. لذا ضریب انتشار طولی بدست آمده برای هر سه نوع خاک نشان می دهد که ضریب انتشار طولیبه نوع خاک بستگی دارد و هر چه خاک درشت دانه تر باشد ضریب انتشار طولی بزرگتر می باشد. داده های آزمایشگاهی و آزمایش ردیابی به وسیله مدل هایseep/w و ctran/w عیناً مورد مدل سازی قرار گرفت و نتایج مدلسازی نشان داد که مدل های فوق الذکر قادر است حرکت جریان و املاح را به خوبی شبیه سازی نماید.