در این پایان نامه، طراحی بهینه ی شبکه های انتقال آب با استفاده از الگوریتم ژنتیک و سپس تلفیق این الگوریتم بهینه ساز با سیستم تصمیم گیری فازی (الگوریتم ژنتیک- فازی) بررسی شده است. الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از روش های تکاملی بهینه ساز، طراحی بهینه شبکه هایی در ابعاد واقعی و همراه با کلیه ی تجهیزات مورد نیاز در چنین شبکه ای را برای محققین ممکن کرده است. پیاده سازی کاربردی سیستم استنتاج فازی در طراحی شبکه های انتقال آب نشان می دهد که می توان ایده و نظرات طراح و نیز قیود طراحی را در قالب پایگاه قواعد سیستم استنتاجی درآورد و در فرآیند طراحی دخالت داد. تبدیل روش افراد خبره در طراحی و ارایه ی الگوریتم های کارا برای طراحی شبکه های انتقال آب به وسیله ی سیستم استنتاج فازی تفکر کاملاً جدیدی برای توسعه ی سیستم های نرم افزاری است. در این پایان نامه طراحی بهینه دو شبکه متداول بررسی شده است. در مثال اول، طراحی بهینه ی شبکه دوحلقه ای ثقلی صورت گرفته است. این طراحی شامل تعیین قطر لوله های موجود در شبکه است و قیود حاکم بر برنامه ی بهینه ساز کمینه و بیشینه ی فشار در گره ها و کمینه و بیشینه ی سرعت جریان در لوله ها است. در فرایند بهینه سازی، انتخاب به روش رقابتی و ترکیب با استفاده از روش تک نقطه ای به عنوان موثرترین عملگرها در طراحی بهینه ی شبکه ی انتقال آب توسط الگوریتم ژنتیک شناخته شدند. در این بخش با استفاده از شبیه سازی های مکرر جریان در هریک از نسل های الگوریتم ژنتیک و ترکیب برازندگی مربوط به شبکه در حالت های مختلف بارگذاری، شبکه ای با کارایی مطلوب تحت چندین بارگذاری متفاوت طراحی شد. در قدم بعدی، طراحی بهینه ی شبکه با استفاده از الگوریتم تلفیقی ژنتیک- فازی بررسی شد. در این بخش، بهینه ساز یک الگوریتم ژنتیک است که در قسمت انتساب عدد برازندگی به هر رشته، از یک سیستم استنتاج فازی استفاده می کند. در مثال دوم، شبکه ی معروف anytown بررسی شده است که دارای ابعادی در حدود یک شبکه ی آب با کلیه ی مشخصات و فرضیات موجود در شرایط واقعی است. در این بخش، طراحی کم هزینه ی شبکه شامل تعیین قطر لوله ها و انجام و یا عدم انجام عملیات ارتقا در آن ها، تعیین محل مخازن هوایی و کلیه مشخصات آن ها و تعیین محل ایستگاه های پمپاژ و برنامه ی زمان بندی بهره برداری از پمپ ها در هر ایستگاه توسط الگوریتم ژنتیک- فازی بررسی شد. با اضافه کردن قابلیت تعبیه پمپ در بخش های مختلف شبکه، توانایی برنامه ی بهینه ساز در ارضای قیود هیدرولیکی افزایش یافت. جهت کاهش تعداد متغیرهای تصمیم، تنها محل مخازن هوایی و حداکثر تراز آب در آن ها توسط الگوریتم بهینه ساز تعیین شد. بدین طریق یک تابع برازندگی تعمیم یافته خواهیم داشت که با تغییر مسأله، تغییر محدوده ی متغیرها، تغییر مشخصات شبکه و ... تغییر نمی کند و با استفاده از الگوریتم مبتنی بر تصمیم گیری فازی می توان دنیای بهینه سازی را از محدوده ی تحقیقاتی به دنیای مهندسی وارد کرد. با استفاده از این سیستم، طراح با توجه به قضاوت مهندسی و کلیه ی شرایط حاکم از جمله شرایط اقتصادی قادر به کنترل جعبه سیاه بهینه ساز است. لازم به ذکر است که در فرایند بهینه سازی به روش ژنتیک- فازی با افزایش قیود حاکم بر برنامه ی بهینه ساز، زمان لازم جهت همگرایی در روش ژنتیک- فازی با سرعت زیادی افزایش می یابد. لذا در هر فرآیند طراحی بهینه ی شبکه انتقال آب، باید تعداد محدودی از قیود به صورت فازی تعریف شوند.

در این پایان نامه روش جدیدی بر اساس روش تفاضل محدود برای حل معادلات ناویر- استوکس تراکم ناپذیر ارائه شده است. در این تحقیق از روش ضمنی کامل برای حل معادلات ناویر- استوکس استفاده شده است. هدف از حل معادلات ناویر- استوکس با روش جدید, ایجاد تغییر در روش حل و بهبود آن بود که پس از تولید و بررسی کدهای حل این معادلات و رفع مشکلات آنها، روش حل ابداع شد. در این روش دامنهی مسأله به تعداد معینی گره تقسیم شده و معادلات ناویر- استوکس در هر گره گسسته میشود. همچنین برای ارضای هم زمان چند شرط مرزی مربوط به میدان سرعت و میدان فشار در یک نقطه از مرز، تعدادی نقطه ی مجازی در خارج از دامنه ی مسأله در نظر گرفته می شود. بدین ترتیب، دستگاه معادلاتی بهدست میآید که میدان سرعت و میدان فشار مجهولات آن هستند. در این دستگاه هر دو دسته معادلات پیوستگی و ممنتوم به صورت همزمان حل می شوند و این در حالی است که روش های پیشین قادر به حل معادلات ناویر- استوکس با اعمال شرایط مرزی متناظر به طور هم زمان نبوده اند. حل هم زمان معادلات ناویر- استوکس با شرایط مرزی مختلف، عدم نیاز به استفاده از روش های سعی و خطا و نیز استفاده از روش های وابسته سازی معادله ی پیوستگی به فشار (مانند روش تراکم پذیری مصنوعی) این روش را از دیگر روش های حل معادلات ناویر- استوکس متمایز می کند. استفاده از نقاط مجازی مانع از حذف معادلات حرکت سیال در نقاط مرزی دامنه ی مسأله میشود و امکان استفاده از تفاضل مرکزی در گسسته کردن معادلات را نیز فراهم میسازد. بنابراین در روش پیشنهاد شده، مشتقات مکانی در تمام نقاط دامنه ی حل، با تفاضل مرکزی گسسته سازی می شود. شایان ذکر است که این روش را به آسانی می توان به حالت سه بعدی و ناماندگار تعمیم داد. برای بررسی صحت و دقت روش پیشنهاد شده، در طی این پایان نامه نتایج حل جریان کوئت و جریان درون یک حفره ی مربعی با نتایج دیگر محققین در این زمینه مقایسه شده است. کلمات کلیدی: معادلات تراکم ناپذیر ناویر- استوکس، روش تفاضل محدود، نقاط مجازی، جریان کوئت ، جریان درون یک حفره ی مربعی

آلودگی منابع آب زیرزمینی به نیترات در حال حاضر یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی میباشد. نیترات به دلیل زیاد بودن حلالیتش در آب، به راحتی در اثر بارندگی یا آبیاری از خاک شسته و به آب های سطحی و یا زیر زمینی منتقل می شود. اهمیت شناسایی آلودگی آبهای زیرزمینی که یک سوم آب شرب جهان را تشکیل می دهد، و افزایش تقاضا برای آب با کیفیت، نیاز روزافزونی را برای ایجاد مدلهای پیشگو، قدرتمند، دقیق و قابل اطمینان مشخص می کند. در این زمینه مدلهای هوشمند و مدلسازیهای داده محور از جمله روشهای نوینی هستند که به سرعت در حال گسترش در زمینه های متنوع علمی می باشند. این مدلها قادر به یادگیری و تعمیم مفاهیم هستند و می توانند در مسائل مربوط به تخمین، پیش بینی، مدیریت و کنترل، در جنبه های مختلفی از منابع آب مورد استفاده قرار گیرند. از آن میان ماشینهای بردار پشتیبان ابزاری جدید و قدرتمند در فراهم کردن راه حلهایی برای دسته بندی و رگرسیون می باشند که دارای قابلیت عمومیت پذیری بالا و کارایی مناسب حتی در صورت وجود داده های کم، در مقایسه با سایر روشهای داده محور پیشین می باشد. از آنجا که در برخی موارد استفاده از مدلهای فیزیکی به منظور شبیه سازی جریان آب زیرزمینی، به دلیل کمبود داده های مورد نیاز و استفاده از فرضیات ساده کننده در ارتباط با هیدروژئولوژی پیچیده و ناهمگن در بسیاری از آبخوان ها، منجر به نتایج نامطلوبی خواهد شد. لذا در این تحقیق، روش ماشین های بردار پشتیبان جهت پیشبینی غلظت نیترات در آبخوان دشت اراک با استفاده از پارامترهای کیفی که براحتی قابل اندازه گیری هستند، مانند دما، هدایت الکتریکی، عمق آب زیرزمینی، میزان کل جامدات محلول، میزان اکسیژن محلول، اسیدیته، کاربری اراضی و موقعیت مکانی چاه، بکار گرفته شده است. برای این منظور از داده های کیفی جمع آوری شده از 40 چاه در 4 فصل متوالی به مدت یک سال استفاده شده است. سپس با ایجاد مدل های مختلف svm براساس پارامترها و ورودی های متفاوت و مقایسه بین نتایج، مدل بهینه انتخاب شده است و با استفاده از داده های حقیقی موجود، مورد آموزش و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده بر اساس معیارهای ارزیابی عملکرد شامل r، e و rmse به ترتیب برابر با 87/0، 71/0 و 111/0 در مرحله ارزیابی مدل می باشد که در مقایسه با نتایج حاصل از مدل سازی کیفی مدلmodflow با ضریب همبستگی 88/0؛ قابلیت بالای پیش بینیِ مدل svm استفاده شده در این تحقیق را در تخمین غلظت نیترات نشان می دهد. با این تفاوت که حجم عملیاتی و محاسباتی در مدل svm به مراتب ساده تر و کمتر از مدلmodflow است و می تواند بدون نیاز به مشخصات هندسی آبخوان، شرایط اولیه و مرزی سفره، میزان تغذیه، تبخیر، تخلیه و ... با تقریب نسبتاً خوبی، میزان غلظت نیترات را در سطح منطقه پیش بینی نماید.

مدل سازی اکثر فرایندهای هیدرولوژیکی امری مشکل ولی حائز اهمیت است زیرا این فرایندها نتیجه تاثیرات متقابل پارامترهای بسیار زیادی می باشند که منجر به یک سیستم پیچیده می شود. در این میان به دلیل نیاز روز افزون به ذخایر آبی قابل استحصال، رواناب ورودی به مخازن از اهمیت بسیاری برخوردار است. بهدلیل عدم قطعیت ذاتی رواناب، پیش بینی جریان های آتی ورودی به مخزن، در اتخاذ تصمیمات کاربردی و موثر، بسیار مفید و لازم می باشد. در این پژوهش با استفاده از مدل های سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی (anfis) که از پایگاه داده ی کاملی برخوردار است، به مدل سازی فرایند بارش-رواناب پرداخته می شود. ازآنجایی که مدل anfis در مواجهه با فرایندهای پیچیده با تعداد پارامترهای زیاد، قوانین زیادی تولید می کند و دچار نفرین ابعادی می شود، با پیش پردازش خوشه بندی فازی به افزایش کارایی مدل anfis پرداخته می شود. در این پژوهش خوشه بندی فازی با دو روش subclust و fcm انجام می شود. خوشه بندی فازی با دسته بندی داده های ورودی به دسته هایی مستقل، ضمن کاهش تعداد ورودی ها به مدل anfis، به علت استقلال دسته ها، هیچ نگاشتی بین دسته ها ایجاد نمی کند و تنها به تعداد دسته های ورودی قانون تشکیل می دهد. با استفاده از خوشه بندی فازی به عنوان پیش پردازش مدل anfis با کاهش قابل توجه تعداد قوانین، علاوه بر اینکه سیستم دچار نفرین ابعادی نمی شود سرعت مدل نیز بسیار افزایش می یابد. در راستای اهداف پایا ن نامه با استفاده از تکنیک های ذکرشده، دو مدل پیش بینی روزانه و ماهانه رواناب توسعه داده شده است که روش anfis با پیش پردازش خوشه بندی فازی fcm بهترین نتایج را دو پیش بینی ارائه نمود. جهت ارزیابی کارایی مدل های معرفی شده، عملکرد مدل fcm در بهره برداری از مخزن جهت شبیه سازی استفاده شده است. نتایج در مقایسه با نتایج حاصل از منحنی فرمان، حکایت از برتری مدل توسعه داده شده در این تحقیق دارد. به طوریکه توانسته است تغییرات نسبت عدم تامین نیاز آبی را در طول سال به میزان قابل قبولی کاهش دهد.

در این پایان نامه با استفاده از روش بدون شبکه ی ذره مبنای sph به مدل سازی استهلاک انرژی موج به وسیله ی صفحه ی مشبک افقی پرداخته شده است. مسأله ی موج در مخزنی بررسی شده است که در یک انتهای آن موج ساز و در انتهای دیگر صفحه ی مشبک افقی قرار دارد. الگوریتم جدیدی برای جستجوی ذرات مجاور ارایه شده است تا زمان مدل سازی کاهش یابد. علاوه بر الگوریتم جستجوی ذرات، از پردازش موازی با استفاده از smp نیز استفاده شده است تا زمان محاسبات تا حد امکان کاهش یابد. درنتیجه ی این تمهیدات امکان مدل سازی بیش از یکصدهزار ذره در زمان کمی فراهم شده است و ذرات را می توان به حدی کوچک کرد که از حفره های صفحه ی مشبک عبور کنند. با مقایسه ی زمان مدل سازی به صورت موازی با دیگر الگوریتم های موجود، افزایش سرعتی تا 10 برابر مشاهده می شود. در ادامه الگوریتم طراحی شده و کد نوشته شده، برای مدل سازی مسأله ی شکست سد استفاده شده است. داده های موقعیت پیشانی موج به دست آمده از مدل سازی، تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی موجود در تحقیقات قبلی دارد و نشان دهنده ی صحت عملکرد الگوریتم است. سپس مسأله ی انعکاس موج از دیواره ی قایم بررسی شده است. نتایج این مدل سازی نیز تطابق بسیار خوبی با نتایج مورد انتظار دارد. در نهایت نیز مسأله ی مدل سازی صفحه ی مشبک افقی انجام شده است و نتایج با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی چو وکیم (2008) مقایسه شده است. مقادیر ضریب انعکاس 62/0 و 71/0 برای نسبت طول صفحه به طول موج 13/0 و 11/0، تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی چو و کیم دارد. در این کار برای اولین بار مسأله ی برخورد موج با صفحه ی مشبک، با استفاده از حل کامل معادلات ناویر-استوکس انجام شده است. این در حالی است که مطالعات قبلی در این زمینه از جریان پتانسیل برای مدل سازی استفاده کرده اند.

امروزه تمایل به ساخت ساختمان هایی بلندتر که از انعطاف پذیری بیشتر و میرایی کمتر برخوردار باشند، افزایش یافته است. انعطاف پذیری سازه ها سبب افزایش احتمال بروز شکست در آنها خواهد شد. میراگر تلاطمی تنظیمی (tsd) یکی از انواع روش ها برای کاهش ارتعاش سازه است. tsd مخزنی استوانه ای یا مکعب مستطیلی محتوی مقدار مشخصی مایع است که تلاطم سیال در آن و نیروی دینامیکی وارد بر جداره های مخزن موجب تولید نیرویی کنترلی در برابر نیروهای اعمالی به سازه می شود. در پایان نامه ی حاضر، tsd به کمک یک روش عددی بدون شبکه بندی تحت عنوان هیدرودینامیک ذرات هموار (sph) مدل سازی شده است. بررسی جریان در tsd مجهز به صفحات مشبک تحت بارگذاری هارمونیک و مقایسه نتایج با داده های آزمایشگاهی، از دیگر مسایلی است که در این پایان نامه به آن پرداخته شده است. پارامترهای مختلفی نظیر مقدار نیروی وارده از سیال به بدنه مخزن، ارتفاع موج و تعیین پروفیل جریان درون مخزن تحت دامنه ها و فرکانس های مختلف ارتعاشی تعیین شده است. طول مخازن مورد مطالعه بین 5/0 تا 5/1 متر و عمق آب درون آنها بین 10 تا 320 میلی متر تغییر می کند.با توجه به توانایی های روش عددی sph در شبیه سازی جریان سطح آزاد همراه با تغییرشکل های بزرگ، مسایل مختلفی مرتبط با تحلیل جریان در tsd حل گردید. محدوده دامنه ارتعاشی مورد مطالعه بین 5/0 تا 1000 میلی متر است که نسبت به مطالعات پیشین بسیار بزرگتر می باشد. پاسخ سازه های یک و چند درجه آزادی مجهز به tsd با استفاده از مدلی هیبریدی متشکل از دو روش عددی sph و اجزاء محدود (fem)، بررسی شده است. مدل مذکور برای ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه های مورد مطالعه تحت بارگذاری های زلزله در طیف وسیع فرکانسی استفاده گردید. دو سازه چند درجه آزادی با رفتار خطی تحت 3 زلزله قرار گرفتند. این سازه ها به tsd مجهز بوده و خصوصیات آنها برای نسبت های مختلف فرکانسی و جرمی بررسی شد. صحت سنجی روش sph بوسیله 4 مثال انجام شد. در این مثال ها مخزن tsd تحت بارگذاری های هارمونیک قرار داده شد. تطابق قابل قبولی میان نتایج sph و نتایج آزمایشگاهی مشاهده گردید که این مسأله به معنای توانایی sph در شبیه سازی tsd است. همچنین با مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدل هیبریدی قابلیت مدل مذکور در تعیین پاسخ سازه ای یک درجه آزادی تحت بارگذاری تصادفی اثبات گردید. پس از صحت سنجی، مخزنن tsd با طول 500 میلی متر محتوی مقادیر مختلف عمق آب، تحت بارگذاری هایی با دامنه ارتعاشی 10 و 40 میلی متر بررسی شد. بر اساس نتایج حاصله، تشکیل امواج انتقالی سبب افزایش کارایی مخزن tsd خواهد شد. در این شرایط جرم سیال در طول مخزن جابه جا شده و امواج با عمق مناسب ایجاد می گردند. در بخش سازه ای نیز نشان داده شد که استفاده از tsd سبب کاهش پاسخ سازه های مورد مطالعه خواهد گردید هرچند که در بعضی موارد افزایش پاسخ سازه را در پی داشته است. کارایی tsd به نوع امواج تشکیل یافته و نیز خصوصیات ذاتی سازه بستگی دارد. نتایج حاکی از آن است که نسبت فرکانس 9/0 و نسبت جرمی 08/0، مقادیر بهینه برای سازه های مورد مطالعه می باشند.

آبشستگی پدیده ای است که در اثر اندرکنش آب وخاک، بستر رودخانه یا سواحل دچار تغییرات شوند. این پدیده به عنوان تهدیدی بالقوه برای سازه های در مقابل جریان شناخته می شود. همواره پل های زیادی در اثر آبشستگی موضعی پایه های آن در اثر جریان آب در رودخانه ها تخریب می شوند. لذا، تعیین حداکثر عمق آبشستگی در پایه های پل از اهمیت به سزایی برخوردار است. باتوجه به پیچیدگی فرآیند آب شستگی به دلیل پخش سه بعدی جریان حول پایه های پل همزمان با انتقال رسوبات و تغییر مدوام مرزهای جریان که تحلیل مسأله را به روش های تحلیلی و عددی مشکل می سازد، بررسی این مسأله اغلب از طریق تحقیقات آزمایشگاهی انجام می پذیرد. تاکنون راه های زیادی جهت کاهش عمق آبشستگی به کار گرفته شده است. استفاده از پی علاوه بر اینکه در طراحی سازه ای و ژئوتکنیکی موثر است، می تواند به عنوان راه کاری جهت کاهش عمق آبشستگی انتخاب گردد. در این پایان نامه، اثر پی پیوسته بر میزان و الگوی آبشستگی موضعی در بالادست و پایین دست پایه بررسی شده است. مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده ی مهندسی عمران دانشگاه صنعتی اصفهان ساخته شد. آزمایش ها در کانال به شکل مستطیل با عرض 4/0 متر، ارتفاع 7/0 متر و طول 9 متر انجام گرفت. در این تحقیق، از پایه ی استوانه ای به قطر 40 میلی متر و از جنس پلاستیک تفلون استفاده شد. ماسه های استفاده شده با دانه بندی تقریبا یکنواخت در محدوده ی 600 تا 850 میکرون با وزن مخصوص 65/2 بودند. از پایه‎ی منفرد و پی پیوسته هم عرض پایه تا 4 برابر عرض پایه، جهت مدلسازی استفاده شده است. در تمامی حالات در شروع آزمایش ها، پی پیوسته همتراز بستر قرار گرفتند. معیار مورد استفاده جهت عمق تعادل، معیار ملویل و چیوو (1999) بود. در پی های منفرد هم می توان مانع از برخورد گرداب نعل اسبی به بستر متحرک شد، اما وجود پی پیوسته باعث می شود که گرداب های برخاستگی نتوانند پی را دور بزنند. آزمایش ها نشان داد که با حضور پی پیوسته ی هم عرض پایه ی پل، آبشستگی در جلوی پی به میزان 52 درصد کاهش خواهد یافت. با استفاده از پی پیوسته با عرض دو برابر پایه ی پل و بیشتر، آبشستگی در جلوی پی مشاهده نشد. از عمق آب شستگی در پایین دست پایه هم با حضور پی پیوسته کاسته شد. در حالتی که عرض پی پیوسته چهار برابر پایه است، عمق آبشستگی در پایین دست پایه به میزان 31 درصد نسبت به پایه بدون پی کاهش یافت. زمان تعادل نیز با حضور پی پیوسته افزایش می یابد. زمان تعادل در حالتی که عرض پی با عرض پایه یکسان است، 71 درصد نسبت به پایه بدون پی افزایش می یابد. با حضور پی پیوسته، در شرایط تعادل در پایین‎دست پایه ی پل، دو چاله ی متقارن نسبت به محور طولی کانال شکل خواهد گرفت که با افزایش عرض پی این دو چاله به محور تقارن کانال نزدیک می شوند. مقادیر آبشستگی با مطالعات پیشین در زمینه ی پی های منفرد مقایسه شده است.

امروزه افزایش سطوح نفوذناپذیر حوزه های آبریز که ناشی از گسترش شهرسازی واحداث انواع ساختمان ها برروی خاک های غالباً نفوذپذیر حوزه است، بر حجم و شدت رواناب افزوده است. درنتیجه، سیستم های زه کشی موجود جهت کنترل سیلاب ناکافی است و لازم است در طراحی آن ها بازنگری شود. در سیستم‎های زه کشی رواناب شهری، کانال های آب باید دارای شیب کمی باشند تا جریان با سرعتی محدود حرکت کند. سرعت بالا در کانال، باعث فرسایش و تخریب آن خواهد شد. درصورت نیاز به کاهش تراز کانال از چاهک آدم رو با شیب شکن استفاده می شود که علاوه بر کاهش تراز جریان، انرژی آن را نیز کاهش می دهد. هدف این پایان‎نامه بررسی عملکرد نوع جدیدی از چاهک آدم‎رو با شیب‎شکن جهت کاهش انرژی جریان عبوری، کاهش ابعاد آن و افزایش دبی است. طرح جدیدی که بدین منظور پیشنهاد می شود، از ترکیب چاهک آدم رو با شیب‎شکن قایم و سازه ی خروجی لوله ی تشکیل شده است. برای دستیابی به این هدف، نمونه ی آزمایشگاهی این سازه ی هیدرولیکی در آزمایشگاه ساخته شد. این مدل از یک لوله ی دایره ای در بالادست با قطر 19/0 و طول 2 متر و یک کانال مستطیلی با طول 5/2 متر در پایین دست شیب شکنی به ارتفاع 345/0 متر تشکیل شده بود. همچنین یک دیوار آویزان با قابلیت حرکت قائم و افقی در طول کانال ساخته شد. برای ایجاد جریان سطح آزاد از یک وسیله به نام جعبه جت و با بازشدگی اسمی 50 و 80 درصد استفاده شد. دبی در آزمایش ها از 10 تا 38 لیتر بر ثانیه و عدد فرود هم از 1 تا 4 تغییر می کرد. در ابتدا الگوهای پایه ی جریان و سایر پارامتر های هیدرولیکی بررسی شد. همزمان، با استفاده از نرمافزار openfoam مدل ساخته شده در آزمایشگاه به صورت عددی شبیه سازی شد. سازه ی خروجی لوله از دو جز ء اساسی به نام دیوار آویزان و پله ی انتهایی تشکیل شده است که در این تحقیق جهت بررسی عملکرد دیوار آویزان به تنهایی و جلوگیری ازایجاد پرش هیدرولیکی از پله استفاده نشد. نخست آزمایش ها بر روی مدل بدون دیوار آویزان انجام شد و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی موجود در زمینه ی شیب شکن های قایم مستطیلی مقایسه شد. در مرحله ی دوم آزمایش ها، مدل چاهک آدم رو با دیوار آویزان بررسی شد. در حالت بدون دیوار آویزان نتایج نشان می دهد، بازده استهلاک انرژی در این سازه حدود 40 تا 80 درصد است و به طور کلی حدود 50 درصد بیشتر از شیب شکن های معمولی است. علاوه بر افت انرژی، متغیرهای دیگری همچون عمق و طول گرداب، غلظت هوا و عمق پایین دست نیز اندازه گیری و با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شد. در مرحله ی دوم، با درنظر گرفتن دیوار آویزان، ابتدا رژیم های جریان با تعریف پارامتر تأثیر طبقه بندی شدند. چهار نوع رژیم در حالت کلی شناسایی شد که محل برخورد جت آب، میزان بازشدگی دیوار آویزان و عمق حوضچه تعیین کننده ی رژیم حاکم بود. نتایج نشان می دهد از لحاظ افت انرژی، این مدل هم سطح با مدل بدون دیوار آویزان و بازده آن در حدود 50 تا 80 درصد است. در این تحقیق همچنین با استفاده از معادلات اندازه حرکت، رابطه ای نیمه تحلیلی برای یافتن عمق حوضچه ارایه شد که همخوانی خوبی با داده های آزمایشگاهی داشت. با بررسی ضریب انقباض و تخلیه ی این مدل مشخص شد که این سیستم نسبت به دریچه های معمولی دبی کمتری را عبور می دهد. نتایج شبیه سازی عددی نیز نشان می داد که نرم افزار openfoam قابلیت تخمین مناسب متغیرهای هیدرولیکی اندازه گیری شده را دارد.

در سال‏های اخیر با وقوع خشکسالی‏های متوالی و کاهش منابع آب سطحی در رودخانه‏ها و مخازن سدها، رویکرد استفاده روزافزون از منابع آب زیرزمینی در اغلب مناطق کشور منجمله مناطق مرکزی توسعه یافته و باعث ایجاد مشکلاتی در برنامه ریزی و بهره برداری از منابع آب شده است، تا جایی که در برخی مناطق ایران از جمله حوضه ی آبریز زاینده رود سطح سفره های آبهای زیرزمینی به شدت افت کرده است (بین 2 تا 12 متر در آبخوان های مختلف در طی سال آبی گذشته). این مطالعه برروی آبخوان‏های حوضه آبریز زاینده رود انجام گرفته است. در سال‏های اخیر به علت کاهش منابع آب سطحی، این حوضه با افزایش شدید در استفاده از آب‏های زیرزمینی مواجه شده است که به تبع آن سطح آب زیرزمینی در اکثر آبخوان‏های این حوضه به صورت چشمگیری افت پیدا کرده است. تا به حال شاخص های خشکسالی متعددی جهت پیشبینی و تعیین شدت خشکسالی ارائه شده است، اما شاخص جامعی جهت برآورد شدت خشکسالی آب‏های زیرزمینی ارائه نشده است. در این پایان نامه با استفاده از داده های سال‏های آبی (1390-1374)، با بهره-گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی (gis) پارامترهای تعیین شاخص جامع خشکسالی آب‏ زیرزمینی (igdi) محاسبه شده است و به مقایسه ی این شاخص با شاخص منبع آب زیرزمینی (gri) پرداخته شده است. شاخص پیشنهادی در این پایان‏ نامه دربر گیرنده‏ پارامترهای اصلی خشکسالی در دو گروه پارامترهای استاتیک و دینامیک می‏باشد. پارامترهای استاتیک شامل خصوصیات خاک در سه لایه ی سطحی، غیراشباع و اشباع، هدایت هیدرولیکی، کاربری اراضی و پارامترهای دینامیک شامل حجم بارش نفوذی به آبخوان، ضخامت لایه ی اشباع، حجم آب رهاشده از سد ذخیره‏ای بالادست، هدایت الکتریکی و سطح پیزومتریک لایه آبدار می-باشد.به دلیل طولانی بودن فرآیند نفوذ و تغذیه آب‏های زیرزمینی ناشی از بارش، فاصله زمانی بین خشکسالی هواشناسی و خشکسالی آب‏های زیرزمینی به لحاظ وضعیت بحرانی آن‏ها دیده می‏شود. از اینرو انتخاب شاخصی جامع جهت تعیین شدت آسیب‏پذیری آب‏های زیرزمینی در مقابل خشکسالی در راستای برنامه ریزی و مدیریت خشکسالی این حوضه کمک شایانی خواهد کرد.

افزایش تقاضای مداوم برای آب به میزان و با کیفیت مناسب و توزیع زمانی و مکانی مطلوب، مهندسان و برنامه ریزان را به تفکر و ارایه طرح های جامع تر و پیچیده تر برای سیستم های منابع آب وادار نموده است. برای تشخیص طرح یا مجموعه ای از طرح ها به اهداف طراحان، سرمایه گذاران و استفاده کنندگان، روش های تحلیل سیستمی به کار می روند. کاربرد روش های تحلیل سیستمی مانند شبیه سازی و بهینه سازی در ارزیابی و انتخاب طرح های مدیریت منابع آب به طور قابل ملاحظه ای مفید می-باشد. بهینه سازی راهکاری است برای نیل به گزینه بهینه در طرح های مدیریت منابع آب. در این پایان نامه، سیستم آبهای سطحی مرتبط با هم شامل حوزه رودخانه زاینده رود تا سد زاینده رود و قسمتهایی از حوزه رودخانه های کوهرنگ و چشمه لنگان که طرح های انتقال آب به حوزه زاینده رود در آنها در دست بهره برداری یا احداث است، مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این مطالعه، بررسی ظرفیت تنظیم آب توسط سه سازه تنظیم جریان پیش بینی شده در این مجموعه شامل سدهای مخزنی زاینده رود، کوهرنگ 3 و سرداب می باشد. برای این منظور از بهینه سازی بوسیله الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. بهینه سازی سیستم مورد مطالعه با استفاده از داده های ماهیانه جریان و تبخیر منهای بارندگی در یک دوره 45 ساله و در نظر گرفتن مقادیر مختلف نیاز آبی انجام گرفته است. بعلت ویژگیهای مسیله، مشکلات موجود در توابع ناپیوسته و غیر قابل مشتق گیری و همچنین رفتار شدید غیر خطی آنها از الگوریتم ژنتیک بعنوان یک الگوریتم کاوشی و تکاملی استفاده گردید. نتایج نشان می دهند که میزان تاثیرات حجم رهاسازی مخازن، وابستگی زیادی به حجم ذخیره مخزن در ابتدای دوره مدلسازی دارد. همچنین با ارایه راهکارها و روندهایی در تسریع هر چه بیشتر اجرای برنامه تلاش شد که نتایج حاصل از آن منتج به ارایه راهکارهایی بمنظور حذف وابستگی عملکرد الگوریتم ژنتیک به جمعیت اولیه گردید. در حالت حل بهینه همزمان هر سه مخزن بیش از 76% نیاز سالیانه تامین شده است و بهترین جواب در حالتی اتفاق می افتد که مقدار درصد تامین نیازهای ماهیانه متفاوت است لیکن حجم کمبود نیاز ماهیانه تقریبا یکسان باشد.

یکی از راه های سازگاری با کم آبی استفاده بهینه از منابع آب و افزایش بهره وری آب است. افزایش نیاز روزافزون به آب با کیت و کیفیت مطلوب، مهندسین و برنامه ریزانا را وادار به تفکر و ارایه طرح های پیشرفته برای بهره برداری بهینه از سیستتم منابع آب نموده است. کاربرد روش های تحلیل سیستمی مانند شبیه سازی و بهینه سازی در ارزیابی و انتخاب طرح های مدیریت منابع آب به طور قابل ملاحظه ای مفید است. روش های بهینه سازی راهکاربی برای دست یابی به گزینه های مطلوب در طرح های مدیریت منابع آب هستند. این پژوهش به معرفی روش نوین بهینه سازی راهکارهای برای دست یابی به گزینه های مطلوب در طرح های مدیریت منابع آب هسند. این پژوهش به معرفی روش نوین بهینه سازی فراکاوشی با عنوان الگوریتم جستجوی هارمونی پرداخته و کاربرد آن را جهت تعیین منحنی های فرمان بهره برداری از سیستم های چند مخزنه تحت شرایط اقلیمی مختلف مورد بررسی قرار می دهد. درتعریف مفاهیم و قواعد الگوریتم فراکاوشی جستجوی هارمونی می توان به استفاده از ماتریس حافظه برای تولید بردار هارمونی ریاضیات ساده و محاسبات فوق العاده سریع اشاره نمود. هدف این مطالعه آشنایی با الگوریتم فراکاوشی جستجوی هارمونی و ارزیابی قابلیت های آن در بهینه سازی سسیستم های چند مخزنه و نهایتا ارایه یک الگوی سازگار با اقلیم جهت بهره برداری از مخازن با استفاده از این الگوریتم می باشد در این پایان نامه پیشبرد اهداف مذکور در سه بخش پیگیری شده است. در بخش اول توانایی الگوریتم جستجوی هارمونی از طریق حل مسیله بهره برداری سیستم نمادین چهارمخزه مورد تایید قرار گرفته است. بخش دوم به تعیین محنی های فرمان عملکردی سیستم چند مخزنه زاینده رود با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی اختصاص دارد. در این کاربرد مقایسه نتایج الگوریتم جستجوی هارمونی و الگوریتم ژنتیک قابلیت بالا و سرعت فوق العاده الگوریتم جستجوی هارمونی را نشان می دهد. ارایه الگوی بهره برداری سازگار با شرایط اقلیمی کاربردی است که در بخش سوم مورد بررسی قرار گرفته است. مدل برای رسیدن به این هدف تلفیقی از روش های داده محور دسته بندی بردار پشتیبان و الگوریتم جستجوی هارمونی را جهت دسته بندی دوره های اقلیمی و بهینه سازی منحنی های فرمان بهره برداری مورد استفاده قرار می دهد. در انتها با شبیه سازی عملکرد سیستم مورد مطالعه دریک دوره 25ساله اقلییمی در 90 ماه های دوره به مقادیر بهینه پیشنهادی منحنی های فرمان اقلیمی دست یافته است. نتایج این مقایسه حاکی از برتری مطلق مدل سازگار اقلیمی در کاهش شدت کمبودهای دوره های اقلیمی خشک و تر نسبت به منحنی فرمان میانگین می باشد.

کمبود آب، تغییرات آب و هوایی و عدم قطعیت های هیدرولوژیکی ضرورت وجود مدلسازی و مدیریت هدفمند منابع آب را آشکار می سازند. مهار کردن و استفاده صحیح از منابع آبهای جاری، توسعه منابع آب زیرزمینی، کاهش اثرات منفی ناشی از سیل و یا خشکسالی و تأمین آب آشامیدنی سالم نیازمند مدلهایی با قابلیت انجام پیش بینی های دقیق ومطمین هستند. مدلسازی داده-محور، از جمله روشهای نوینی است که به سرعت در حال گسترش در زمینه های متنوع علمی می باشد. این شیوه ی مدلسازی می تواند در مسایل گوناگونی جایگزین سایر روشهای شبیه سازی نظیر مدلسازی فیزیکی ویا مدلسازی تجربی شود. این مطالعه، اصول روشی جدید و پیشرفته به نام ماشین های بردار پشتیبان را که بر پایه تیوری یادگیری آماری استوار است، مورد بحث قرار خواهد داد. استفاده از این روش یادگیری باعث افزایش قابلیت عمومیت پذیری ماشین خواهد شد که منجر به بهبود یافتن دقت مدل در مقایسه با سایر روشهای داده-محور پیشین شده است. هدف این پژوهش آشنایی با مفهوم ماشین های بردار پشتیبان، به منظور دستیابی به فرایندهای فیزیکی پیچیده و رفتارهای غیر خطی سیستم های هیدرولوژیکی می باشد. در این پایان نامه عملکرد روش یادگیری مذکور در قالب سه کاربرد مختلف از مدلسازی منابع آب شامل 1) پیش بینی کوتاه مدت رواناب، 2) تخمین سطح تراز آب در چاه مشاهده ای و 3) پیش بینی زمانی-مکانی بارندگی، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین جهت ترکیبهای مختلفی از داده ها برای پیش بینی رفتار سیستم های هیدرولوژیکی گفته شده، معرفی می گردند. مقایسه نتایج روش پیشنهادی با نتایج مدل شبکه های عصبی مصنوعی جهت ارزیابی کارایی آن، قابلیت پیش بینی بالای ماشین های بردار پشتیبان را در کاربردهای فوق، روشن می سازد. به عنوان نمونه استفاده از این نوع ماشین یادگیر در تخمین رواناب موجب شده تا جذر مربع میانگین خطا در دو مدل ساخته شده به مقدار 16 و 27 درصد نسبت به روش شبکه های عصبی مصنوعی کاهش یابد. در پنج مدل ارایه شده در کاربرد دوم و همچنین سه مدل پیش بینی بارندگی در کاربرد سوم نیز این کاهش خطا مقدار متوسطی به ترتیب برابر با 12 و72 درصد داشته است. عملکرد موفقیت آمیز این نوع ماشین یادگیر در این تحقیق، امکان توسعه و استفاده از آن را در کاربردهای دیگری از مدلساز ی منابع آب نشان می دهد.

سرریز کناری از سازه های مهم هیدرولیکی است که در کنار کانال و به موازات آن نصب شده و برای انحراف بخشی از جریان از کانال اصلی به کانال انحرافی مورد استفاده قرار می گیرد. مادامی که ارتفاع آب به تاج سرریز می رسد، سرریز وارد عمل شده و آب اضافی را از کانال اصلی به صورت کناری خارج می نماید. سرریز های کناری در انتقال آب از کانال اصلی به کانال های فرعی در سیستم های آبیاری و زهکشی، کنترل سیلاب و جمع آوری آب های سطحی و جداسازی رسوب و کاهش بار بستر به کار می روند. هدف از انجام تحقیق حاضر اصلاح ورودی جریان در محدوده ی سرریز کناری منقاری به منظور افزایش ضریب دبی سرریز است. سرریز های کناری منقاری، به دلیل افزایش طول موثردرطول ثابتی از دیواره کانال، دارای ضریب تخلیه 5/4 - 5/1 برابر سرریز-های معمولی هستند. به منظور اصلاح ساختار ورودی جریان، از تعدادی صفحه برای انحراف جریان استفاده خواهد شد. این صفحات علاوه بر انحراف جریان، نقش بسیار موثری در دور کردن رسوبات بار بستر از دهانه آبگیر و کنترل رسوبات دارند. مشخصه اصلی صفحات این است که بر اثر اختلاف فشار دو طرف صفحه جریان ثانویه ای در اطراف آنها ایجاد می شود و دبی جریان بیشتری را با حداقل تبعات هیدرودینامیکی نظیر ورود رسوبات به کانال جانبی هدایت می کنند. در این تحقیق از نرم افزار openfoam، برای مدل سازی جریان در محدوده ی سرریز کناری در حضور صفحات هادی استفاده شده است. با بررسی چیدمان های مختلف صفحات، بهترین ترکیب سرریز کناری منقاری و صفحات هادی انتخاب شد. بیشترین ضریب تخلیه در حالتی که صفحات هادی در انتهای پایین دست سرریز و به صورت عمود بر جهت جریان قرار گرفته و نسبت مجموع عرض صفحات به عرض کانال برابر 38/0 بود، به-دست آمد. در ادامه برای مدل با بیشترین ضریب تخلیه، میدان جریان و نمودار های توزیع سرعت ترسیم و محل وقوع گردابه ها و جدایش جریان مشخص شد. هم چنین برخی از خصوصیات جریان نظیر زاویه خروج جریان از کانال اصلی، تنش های رینولدزی، عدد فرود، انرژی جنبشی آشفتگی و سایر مورد بحث و بررسی قرار گرفتند.

بشر در همه زمان ها نیاز انکارناپذیری به آب داشته و همواره در صدد مهار و استفاده صحیح تر از آن بوده است. با گذشت زمان به علت تقاضای روزافزون آب، سیستم های منابع آب موجود با فشار بیشتری مواجه خواهند بود. بنابراین برای رسیدن به اهداف توسعه، مدیریت هدفمند منابع آب بیش از پیش مورد نیاز است. در بهره برداری از منابع آب های سطحی یکی از مهم ترین مباحث، مدیریت در مخازن سدها است. این پایان نامه در راستای همین امر تهیه و تدوین شده است. در این پژوهش با نگرشی به آینده روشی معرفی شده است تا بر اساس آن بتوان در زمان های آتی بهره برداری از سیستم های چندمخزنه را به شکل به هنگام انجام داد. به منظور تحقق این امر الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونی (hs) و روش داده محور ماشین های بردار پشتیبان (svm) مورد استفاده قرار گرفته اند. الگوریتم hs یکی از روش های نوین بهینه سازی فراکاوشی است که به واسطه عملکرد موفق آن در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. روش داده محور svm با تکیه بر اصل کمینه سازی ریسک ساختاری، به عنوان روشی قدرتمند در یادگیری معرفی شده است. در راستای اهداف پایان نامه با استفاده از تکنیک های ذکر شده دو مدل بهره برداری به هنگام از سیستم چندمخزنه زاینده رود توسعه داده شده است. تفاوت اساسی این مدل ها در بررسی تاثیر نوسانات اقلیمی، مبنای نامگذاری آن ها با عناوین غیراقلیمی و اقلیمی می باشد. هر یک از مدل های بهره برداری توسعه داده شده در یک فرایند دو مرحله ای نحوه بهره برداری از مخازن موجود در سیستم را تعیین می کنند. در مرحله اول مقادیر خروجی بهینه با استفاده از الگوریتم hs در یک دوره بلندمدت آماری (44 ساله) تعیین می گردد. در مرحله دوم مدل یادگیری توسعه داده شده به کمک روش svm با استفاده از مقادیر خروجی بهینه به دست آمده از مرحله اول به نحوی آموزش داده می شود که بتواند با استفاده از داده های معلوم گذشته مقدار بهینه خروجی را در آینده مشخص کند. اطلاعات موثر جهت آموزش مدل های پیشنهادی شامل پارامترهای رواناب ورودی، نیاز ماهانه و حجم اولیه مخزن می باشد. نزدیکی مقادیر خطای محاسبه شده مدل های مذکور در مراحل آموزش و آزمون نشان دهنده عمومیت پذیری بالای این دو مدل است. استفاده از متغیرهای مشخص کننده وضعیت اقلیم در بردار ورودی مدل اقلیمی، سبب کاهش میزان خطا (rmse) و درنتیجه بهبود نتایج آن نسبت به مدل غبراقلیمی می شود. درانتها جهت ارزیابی کارآیی مدل های معرفی شده، عملکرد آن ها در بهره برداری از سیستم برای دوره آماری 44 ساله شبیه سازی شده است. در این راستا از نتایج شبیه سازی عملکرد مخازن با استفاده از منحنی فرمان میانگین و همچنین نتایج بهینه سازی بلندمدت به عنوان معیارهای مقایسه استفاده شده است. مدل های اقلیمی و غیر اقلیمی از نقطه نظر کاهش شدت کمبودها به ترتیب به 95درصد و 91درصد نتایج بهینه سازی بلندمدت دست یافته اند. این نتایج در مقایسه با نتایج حاصل از منحنی فرمان میانگین (80 درصد نتایج بهینه سازی بلندمدت)، حکایت از برتری مدل های توسعه داده شده در این تحقیق دارد.

یکی از انواع بسیار مهم و کاربردی سرریزها، سرریز مدور قائم با شکل¬های مختلف ورودی نظیر نیلوفری یا لاله¬ای است. این نوع سرریز در شرایطی که محدودیت مکانی برای ساخت انواع دیگر سرریزها وجود دارد، بسیار موثر عمل می¬کند. از خصوصیات هیدرولیکی این سرریز می¬توان به تشکیل جریان گردابی در ورودی آن اشاره نمود. یکی از روش¬های کنترل جریان گردابه¬ای اصلاح شکل ورودی است. استفاده از سرریز کلید پیانویی مدور به¬عنوان ورودی شفت¬های قائم یکی از روش¬های اصلاح ورودی سرریز مدور قائم است. در این تحقیق به بررسی عددی هیدرولیک جریان در اطراف سرریز مدور قائم با ورودی از نوع کلید پیانویی پرداخته می¬شود. معادلات حاکم بر جریان سیال شامل معادلات پیوستگی و حرکت ناویراستوکس در دستگاه مختصات استوانه¬ای حل می¬شوند. برای مدل¬سازی میدان جریان اطراف سازه و درون شفت قائم از نرم افزار فلوئنت استفاده شده و شبیه¬سازی عددی با استفاده از روش حجم محدود و مدل آشفتگی k-? انجام شده¬ است. طول و ارتفاع و زاویه کلید پیانویی از جمله پارامتر¬های هندسی سرریز هستند که تاثیرشان بر هیدرولیک جریان بررسی شده است. همچنین اثر وجود زانویی و شفت قائم و اصلاح قطاع¬های مقعر سرریز کلید پیانویی بر هیدرولیک جریان از دیگر مواردی است که در تحقیق حاضر مد نظر قرار گرفته است. همچنین با افزایش دبی، قدرت جریان گردابی و چرخش جریان نیز افزایش می¬یابد. در نتیجه نقش کلید پیانویی به¬عنوان گرداب¬شکن پررنگ¬تر می¬شود. در انتها بهترین هندسه¬ی ورودی کلید پیانویی برای دست¬یابی به بیشترین راندمان در سرریز مدور قائم پیشنهاد می¬شود.

یکی از مهم ترین مسائل در بهره برداری از منابع آب، مدیریت هدفمند در مخازن سدها است. در بحث بهینه سازی عملکرد مخازن، وجود عدم قطعیت و عدم صراحت، بر پیچیدگی این موضوع می افزاید. در این تحقیق با استفاده از رویکرد فازی در بهینه سازی خروجی مخزن سد زاینده رود، مدلی برای بهره برداری به هنگام از مخزن سد ارائه شده است. برای تحقق این مهم، از الگوریتم فراکاوشی بهینه سازی جستجوی هارمونی (hs) با رویکرد فازی و روش داده محور ماشین های بردار پشتیبان (svm) استفاده شده است. الگوریتم جستجوی هارمونی از روش های بهینه سازی فراکاوشی است که به علت عملکرد موفق، مورد توجه قرار گرفته و روش svm نیز از روش های قدرتمند در یادگیری معرفی شده است. برای دست یابی به اهداف پایان نامه، در یک فرایند دو مرحله ای شامل بهینه سازی و پیش بینی رگرسیونی، شیوه بهره برداری از مخزن تعیین می گردد. در مرحله اول مقادیر خروجی بهینه با استفاده از الگوریتم هارمونی فازی در دوره آماری 55 ساله به دست می آید. برای فازی سازی پارامترها و تابع هدف، از توابع عضویت مطابق با شرایط حاکم بر مسئله استفاده شده است. نتایج نشان از این موضوع دارند که مدل در سال های پرآب علاوه بر بالا بردن درصد تامین نیاز، پتانسیلی برای ذخیره سازی و بالا بردن میزان حجم ذخیره ایجاد می کند. در سال های کم آب استفاده از این پتانسیل برای جبران کمبود آب و تعدیل درصد تامین نیاز توسط مدل در دستور کار قرار گرفته است. در این دوره آماری 55 ساله، میانگین درصد تامین آب نسبت به نیاز ماهانه 4/74 درصد است. مدل فازی الگوریتم هارمونی در مقایسه با الگوریتم هارمونی غیرفازی، 6 درصد تابع هدف را بهبود داده است.در مرحله دوم مدل یادگیری توسعه داده شده با روش svm با استفاده از مقادیر خروجی بهینه به دست آمده از مرحله اول، به نحوی آموزش داده می شود که با استفاده از داده های معلوم گذشته، مقادیر بهینه خروجی در آینده را مشخص کند. پارامترهای موثر در آموزش مدل پیشنهادی، شامل پارامترهای رواناب ورودی، نیاز ماهانه و حجم اولیه مخزن است. قرابت مقادیر خطاهای محاسبه شده مدل در مراحل آموزش و آزمون، نشان دهنده عمومیت پذیری مدل است. نهایتا برای ارزیابی کارایی مدل، عملکرد آن در بهره برداری از سیستم، شبیه سازی شده است. نتایج به دست آمده برای تعمیم پذیرترین پاسخ، شامل r2 برابر با 987/0 و rmse برابر با 3/17 میلیون مترمکعب در مرحله آموزش و r2 برابر با 972/0 و rmse برابر با 98/17 میلیون مترمکعب در مرحله آزمون بود.

چکیده به موازات رشد سریع جمعیت و افزایش نیاز های بشری، تأمین آب از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. استفاده و مدیریت بهینه منابع آب، مستلزم شناخت پدیده های هیدرولوژیکی می باشد که رواناب سطحی یکی از مهم ترین مراحل این چرخه به شمار می آید. برای اعمال سیاستهای مدیریتی و اتخاذ تصمیمات شایسته در بهره برداری از منابع آب، پیش بینی مقدار جریان های حاصل از بارندگی و مقادیر ورودی به مخازن سد ها و ... از نقش و جایگاه ویژه ای برخوردار می باشد. مدل های مختلف با ساختار های متفاوت می توانند در تخمین و پیش بینی جریان رودخانه مورد استفاده قرار گیرند و نتایج قابل قبولی ارائه نمایند. لذا در این تحقیق، ضمن بررسی مدل های مختلف، مدل hec-hms به همراه مدل محاسبه تلفات sma که قابلیت شبیه سازی پیوستـه جریان(time sequenced) را دارد و اخیراً به آن اضافه شده است به عنوان یک مدل مفهومی مناسب انتخاب گردید و این مدل جهت شبیه سازی جریان روزانه رودخانه زاینده رود در محل ایستگاه قلعه شاهرخ مورد ارزیابی قرار گرفت. برای کالیبراسیون و آموزش مدل از داده های دبی روزانه 4 سال (سالهای آبی 72-1371 تا 75-1374) و برای صحت سنجی و آزمون نیز یک دوره چهارساله (سالهای آبی 88-1387 تا 91-1390) مورد استفاده قرار گرفته است. مدل hec-hms در حالتی که تمایز بین بارش جامد و مایع در آن وجود ندارد و ذوب برف مدل سازی نمی گردد نتوانسته است نتایج مطلوبی ارائه نماید و در برآورد دبی های اوج ضعیف عمل نموده است. نتایج نشان داد که با اضافه نمودن مدل ذوب برف، نتایج مدل hec-hms بهبود یافته و مدل دبی های اوج را با دقت بیشتری تخمین می زند که نتایج بدست آمده برای مدل hec-hms با در نظر گرفتن معیارهای متفاوت اندازه گیری خطا عبارتند از r2= 0.84، nash-sutcliffe= 0.77، bias= 4.3cms، ptve= 14.9%، rmse=12.1cms و pw-rmse= 14.1cms . مقایسه نتایج آماری و گرافیکی مدل hec-hms (به همراه مدل پیوسته محاسبه تلفات sma) در مقایسه با سایر مدل های مفهومی و جعبه سیاه که در همین حوضه مورد ارزیابی قرار گرفته بودند نمایانگر قابلیت مناسب آن در مدل سازی در مقیاس روزانه و بصورت یکپارچه می باشد. همچنین نتایج بررسی عدم قطعیت مدل با روش مونت کارلو و استفاده از تاثیرگذارترین پارامترهای مدل شامل حداکثر نفوذ سطحی، درصد نفوذناپذیری و نفوذ خاک با عدم قطعیت 50 درصد نشان داد که مقدار تغییرات نتایج مدل نسبت به تغییرات پارامترهای ذکر شده کم و نتایج مدل سازی مقاومت نسبتاً خوبی در برابر نویزهای ورودی به سیستم دارند.

تعیین و پیش بینی میزان آلودگی منابع آبهای سطحی ناشی از ورود آلاینده های شهری، صنعتی و کشاورزی به دلیل استفاده مستقیم از آب آنها، پیشگیری از آلوده شدن آنها و یا تأمین هزینه های لازم در پالایش منابع آب آلوده شده به طور روز افزون مورد توجه قرار گرفته شده است. در بیشتر موارد رودخانه ها بعنوان اصلی ترین منبع تأمین کننده نیاز شرب، کشاورزی و صنعت از اهمیت خاصی برخوردار هستند و از طرفی کیفیت آب از لحاظ شرب در بین پارامترهای کیفی مهمترین متغیر است. در این راستا بررسی و پیش بینی تغییرات پارامترهای کیفی در طول رودخانه یکی از اهداف مدیران و برنامه ریزان منابع آب می باشد. بدین منظور تعداد مدلهای زیادی در شبیه سازی پارامترهای کیفی رودخانه ها گسترش یافته اند. همه این مدلها نیازمند پارامترهای ورودی زیادی مانند داده های هواشناسی، هیدرولوژی، مقاطع عرضی رودخانه و سرعت جریان هستند که یا دسترسی به آنها مشکل است و یا اندازه گیری آنها محتاج صرف هزینه و زمان زیادی می باشد. از جمله این مدلها می توان به مدلهای همچون qualiie، wasp، hspf و . . . اشاره کرد. در این میان شبکه های عصبی (ann) با الهام از عصبهای بیولوژیکی به عنوان گزینه ای برتر مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند که می توانند با تعداد پارامترهای اندازه گیری شده و با دقت قابل قبولی تغییرات متغیر مورد نظر را پیش بینی نمایند. مزیت استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی توانایی آنها در حل مسائل غیر خطی و حجیم که حل آنها با دقت زیاد میسر نیست می باشد. در این تحقیق برخی پارامترهای کیفی آب رودخانه زاینده رود. شامل در برخی از ایستگاههای موجود در طول رودخانه با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی مورد بررسی و شبیه سازی قرار گرفته و از مدلهای شبیه سازی شده موجود به منظور پیش بینی میزان پارامتر کیفی مورد نظر در ماههای آینده استفاده شده است. پارامترهای کیفی ورودی مدل شبکه عصبی نیز شامل دبی جریان، دمای هوا و میزان بارندگی در ایستگاههای موجود در طول رودخانه می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی شبکه عصبی حاکی از کارایی مناسب مدل شبکه عصبی در پیش بینی پارامترهای کیفی در طول رودخانه زاینده رود می باشد. نتایج شبیه سازی شبکه عصبی برای پارامتر های کیفی ، و با توجه به شاخصهای آماری ، و بسیار مناسب و برای پارامترهای کیفی ، ، و نیز نسبتا مناسب گزارش شده است. تغییرات و برای پارامترهای کیفی ، و به ترتیب برابر 80/0 تا 93/0 و 056/0 تا 43/0 و این تغییرات برای پارامترهای کیفی ، ، ، به ترتیب برابر 62/0 تا 92/0 و 06/0 تا 54/0 گزارش شده است. در میان مدلهای شبیه سازی، مدل شبکه عصبی در پیش بینی از عملکرد بسیار مطلوبی برخوردار می باشد به نحوی که تغییرات مقادیر بین 06/0 تا 23/0 و بین 89/0 تا 93/0 متغیر می باشد. همچنین مدل شبکه عصبی در مدلسازی ph بدترین عملکرد را از خود نشان داده است به نحوی که تغییرات بین 10/0 تا 45/0 و بین 90/0 تا 63/0 متغیر می باشد. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی شبکه عصبی با یک مدل رگرسیون خطی و غیر خطی چند متغیره مقایسه شده که نتایج آن نشان دهنده برتری کاملا محسوس شبکه های عصبی مصنوعی در مقابل روشهای رگرسیونی می باشد. نتایج رگرسیون خطی و غیر خطی چند متغیره در شبیه سازی پارامترهای کیفی فوق نشانگر عملکرد بسیار ضعیف این مدلها در مقابل مدل شبکه عصبی می باشد به نحوی که مقادیر بین 30/0 تا 63/0 و بین 42/0 تا 91/2 متغیر بوده که این مقادیر برای مدل شبکه عصبی به ترتیب بین 68/0 تا 92/0 و 056/0 تا 39/0 می باشد.

در این پایان نامه ابتدا به معرفی سدهای زیرزمینی و کاربرد آن پرداخته و سپس به بررسی شاخصهای مکانی مورد نیاز جهت ساخت اینگونه سازه ها می پردازیم. شرایط نرمال یک سدزیرزمینی شامل یک سفره عمیق ، در یک دره ، با شیب مناسب با وجود تنگه باریک در معبر خروجی است. بررسی شاخصهایی از جمله زمین شناسی ، هیدرولوژی ، هیدروژئولوژی ، نیاز آبی ، شرایط اقتصادی-اجتماعی و زیست محیطی در منطقه مورد مطالعه صورت گرفته که شاخصهای مذکور دارای ویژگیهای ایده آلی هستند که محل انتخابی باید تمام شرایط را در بر داشته باشد. در این تحقیق مکانهایی جهت ساخت سد معرفی شد که پس از بررسی بر روی چهار محل انتخابی تنها تنگه حسین آباد واقع در 100 کیلومتری استان اصفهان به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردید.

شکی نیست که در شرایط کنونی، آب عنصری با ارزش در کل دنیاست که رفته رفته با افزایش جمعیت و محدودیت منابع آب وضعیت بحرانی کمبود آب مشکلات جدی را برای ادامه حیات ایجاد خواهد نمود. استفاده بهینه ازمنابع آب و جلوگیری از هدر رفتن این گوهر گرانبها می تواند تا حدی وضعیت بحرانی را مرتفع نماید. یکی از منابع مهم آب، سفره های آب زیر زمینی می باشد. در بعضی مناطق با برداشت بی رویه و عدم مدیریت بهره برداری صحیح افت بیش از حدی را بر سفره اعمال می نماید که ادامه این روند منجر به خشک شدن چاهها، قنوات، چشمه ها و ... می شود. در راستای رفع این مشکل لازم است مدیریت بهره بردرای صحیحی بر دشت اعمال شود، بنحوی که ضمن برداشت حداکثر از سفره افت سطح آب نیز کنترل شده باشد. در این راسله با استفاده از روشهای برنامه نویسی خطی مدلی ساخته شده است که بتوان هدف مورد نظر را به مرحله اجرا درآورد. با استفاده از آمار و اطلاعات هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی موجود دشت ابتدا مدلی جهت کالیبره نمودن دشت ساخته و مقادیر پارامترهای فیزیکی سفره بروش بهینه سازی برآورد می شوند. بمنظور تعیین حداکثر پمپاژ از سفره تحت افت کنترل شده نیز مدلی ساخته شده است که ضمن بکارگیری مقادیر پارامترهای فیزیکی برآورد شده از مدل اول و استفاده از دیگر اطلاعات موجود دشت، مدیریت بهره برداری بهینه را با حداکثر نمودن برداشت آب از منطقه تعیین می نماید. نتایجی در قالب عملکردهای مختلف در دشت فریمان-تربت جام توسط مدل حاصل گردید. این نتاجی نشاندهنده کاهش قابل توجهی از کل آب قابل برداشت سفره آب زیرزمینی نسبت به برداشت کنونی آن است. در اثر اتخاذ یکی از این عملکردها است که می توان روند کاهشی شدید افت سفره را کنترل نمود. در چند حالت ضمن تعیین میزان افت مجاز در قیود مربوطه، نرخ پمپاژ بنحوی تعیین میگردد که میزان افت سطح آب در سفره، در محدوده مورد نظر قرار گیرد. نتایج محاسبات موارد فوق در جداولی که در آنها میزان پمپاژ بهینه در هر حالت در مقابل پمپاژ موجود دشت آمده، تنظیم شده است. امید است که بتوان با بکارگیری این نتایج و اعمال مدیریت بهره برداری صحیح وضعیت بحرانی دشت را بهبود بخشید.

از دهه هفتاد تا به امروز روش مشخصه ها با شبکه ثابت بطور موفقیت آمیزی برای تحلیل شرایط میرائی جریان در شبکه ها و خطوط انتقال آب بکار می رود. دلیل آن هم این است که با این روش علاوه بر تحلیل دقیق، می توان مسائل مختلف را با شرایط مرزی پیچیده به سادگی مدل کرد. هنگام تحلیل میراثی جریان در شبکه ها و خطوط انتقال آب به علت عدم ارضا کامل شرط کورانت، استفاده از روشهای درونیابی امری اجتناب ناپذیر می باشد. بنابراین روشهای درونیابی خطی و غیر خطی مختلفی توسط محققین ارائه شده است که اکثر این روشهای درونیابی ضمن آنکه در معادلات کلاسیک ضربه قوچ بکار رفته اند، بیشتر از دیدگاه تئوری مورد بررسی قرار گرفته اند.در این پایان نامه ابتدا بررسی کلی بر حل تحلیلی معادلات تقریبی ضربه قوچ به روش اختلال صورت پذیرفته است، سپس روشهای درونیابی که تا بحال توسط محققین ارائه شده بعلاوه روشهای درونیابی پیشنهادی غیرخطی اسپلاین مرتبه سه روی خط مکانی، زمانی و ترکیبی (استفاده از تابع شکل مرتبه سه)، در معادلات کامل و تقریبی ضربه قوچ توسعه داده شده است. در ادامه تمام روشهای درونیابی توسعه داده شده فوق در یک خط انتقال آب با سه لوله سری و با شرایط مرزی مخزن و شیر واقعی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته و نشان داده می شود که: 1) هنگامی که از گام زمانی بزرگ در تحلیل استفاده می شود، درونیابی های اسپلاین مرتبه سه بالخصوص درونیابی اسپلاین مرتبه سه روی خط زمانی که در معادلات کامل ضربه قوچ توسعه داده شده است، جوابهای بهتری نسبت به درونیابی های خطی ارائه می کنند. 2) درونیابی رو خط زمانی در تمام حالات به غیر از درونیابی اسپلاین مرتبه سه با استفاده از معادلات تقریبی، جوابهای بهتری نسبت به درونیابی روی خط مکانی ارائه می کنند. 3) در مجموع بهترین روش درونیابی از لحاظ محاسباتی، درونیابی اسپلاین درجه سه روی خط مکانی با استفاده از معادلات تقریبی ضربه قوچ می باشد زیرا علاوه بر زمان تحلیل کم، دقت بالائی از خود نشان میدهد.

امروزه روش اجزای محدود برای تحلیل سیستمهای مختلف از قبیل سازه ، سیالات و ... بطور گسترده ای بکار برده می شود. این پایان نامه به بررسی و ارزیابی این روش در تحلیل پدیده ضربه قوچ می پردازد. دو روش گالرکین استاندارد و پتروف گالرکین برای مدل کردن این پدیده در یک سیستم ساده مخزن بالا دست در ابتدای لوله و شیر در انتهای لوله بکار برده شده اند. در روش گالرکین از توابع شکلی و وزنی خطی استفاده شده است . در روش پتروف گالرکین به توابع وزنی جملاتی اضافه می شود که نوعی ویسکوزیته مصنوعی به معادلات اعمال می کندو هنگامی که شیر تدریجا بسته می شود روش گالرکین استاندارد به خوبی این پدیده را مدل می کند. اما هنگامی که شیر بطور ناگهانی بسته می شود جوابهای بدست آمده از این روش بلافاصله پس از بسته شدن شیر حول جواب واقعی نوسان می کند. همچنین برای رسیدن به مقدار نهایی خود چند گام زمانی را طی می کند. روش پتروف گالرکین بخوبی هر دو حالت را مدل می کنددر روش گالرکین استاندارد افزایش تعداد المانها باعث می شود که نوسانات در مدت زمان کمتری رخ دهد و هد فشار زودتر به مقدار نهایی خود برسد اما هرگز این نوسانات از بین نمی روند . در روش پتروف گالرکین افزایش تعداد المانها باعث بهبود جوابها خواهد شد. در هر دو روش فوق با کاهش گام زمانی جوابها بهبود می یابند. همچنین نشان داده می شود که تاثیر افزایش تعداد المانها قابل توجه تر از تاثیر کاهش گام زمانی است. در ادامه استفاده از روش پتروف گالرکین برای سیستم لوله های سری و همچنین شرایط مرزی مخزن پایین دست و شیر واقعی قبل از آن بررسی می شود که نتایج مطلوبی بدست می آیند . در همه موارد جوابهای بدست آمده با نتایج حاصل از روش مشخصه ها مطابقت دارند.

در این تحقیق ، شبیه سازی آبخوان دشت برخوار واقع در شمالشرق اصفهان، برای تخمین ضرایب هیدرودینامیک و تهیه مدل پیش بینی و مدیریتی آبخوان به منظور بررسی وضعیت سطح آب سفره در سال های آینده مورد مطالعه قرار گرفته است . با بررسی وضعیت زمین شناسی دشت و لوگ چاههای موجود در دشت ، مشخص شد که دشت برخوار شامل دو آبخوان تحت فشار و آزاد می باشد. نتایج بررسی نشان می دهد که کاهش افت 26 درصد بوده و همچنین تاثیر کانال انتقال آب به منطقه (که بهره برداری خواهد شد.) بر تراز آبهای سفره زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفت. روند افت در هر کدام از نقاط ماکزیمم افت منطقه مشخص کننده تغییر روند افزایشی افت و بهبود وضعیت آبخوان است. با بررسی روند افت در نقطه کنترل ناحیه مرکزی ، مشخص شد که این ناحیه طی سالهای آبی 82-81 تا 90-89 خشک نخواهد شد و افت در این محل نسبت به دو گزینه قبلی کمتر خواهد بود.