شناخت میدان جریان در اطراف موانعی همچون پایه پل ها ، عرشه پل های مستغرق، سرریزها و ... در بسیاری از کاربردهای مهندسی حائز اهمیت است. در تحقیق حاضر به بررسی استغراق عرشه پلها و همچنین مشخصات جریان بر روی سرریزهای لبه پهن مستطیلی پرداخته شده است. در حین یک رخداد بحرانی در رودخانه ها مانند سیل، عرشه پل ممکن است نسبتاً و یا بطور کامل توسط جریان رودخانه مستغرق گردد. در ضمن استغراق، بارهای هیدرودینامیکی قابل ملاحظه ای به عرشه وارد می شود که می تواند پایداری آن را بطور جدی به مخاطره اندازد. در کنار اطلاعات مربوط به احتمال وقوع سیل، پیش بینی مناسب بارهای هیدرودینامیکی وارد به سازه در حین وقوع سیل اهمیت بسزایی در طراحی و ارزیابی آسیب پذیری سازه خواهد داشت. در تحقیق حاضر ابتدا میدان متوسط جریان در اطراف عرشه پل و ضریب نیروی درگ متوسط زمانی وارد بر آن با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 12.0.16 و بهره گیری از سه نوع مدل آشفتگی استاندارد، rng و realizable شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی ها از روش های vof و سطح صلب جهت شبیه سازی سطح آزاد استفاده گردیده است. از طرح های بازسازی هندسی و کوئیک به منظور تعیین موقعیت سطح آزاد در روش vof استفاده شده است. تطابق مناسب نتایج شبیه سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود، نشان دهنده توانایی شبیه سازی عددی در پیش بینی مناسب میدان متوسط جریان مجاور عرشه و نیروی درگ متوسط وارد بر آن می باشد. در ابتدا در جریان های با عدد فرود پایین به بررسی اثر تغییر تراز غوطه وری، تأثیر شرایط مرزی سطح آزاد و کف کانال و همچنین اثر تغییر نسبت طول به ضخامت بر میدان متوسط جریان مجاور عرشه و ضریب نیروی درگ وارد بر آن پرداخته شده است. بیشترین مقدار ضریب نیروی درگ در ترازهای غوطه وری پایین رخ می دهد، بعبارت دیگر بحرانی ترین وضعیت برای پایداری سازه هنگامی رخ می دهد که تراز سطح آب بر روی سازه اندک باشد. در این شرایط میدان متوسط جریان مجاور عرشه نامتقارن است. اما در ترازهای غوطه وری بالا با افزایش تراز غوطه وری، ضریب نیروی درگ تقریباً ثابت است و میدان متوسط جریان مجاور عرشه متقارن می باشد. در شرایطی که فاصله عرشه از بستر کانال و سطح آزاد قابل ملاحظه است، شرایط جریان نامحدود بوده و میدان متوسط جریان اطراف عرشه متقارن و ضریب نیروی درگ با تغییر این فاصله، نسبتاً ثابت است. اما با نزدیک شدن عرشه به بستر کانال و یا سطح آزاد، وضعیت تقارن میدان جریان از بین رفته و با تغییر این فاصله ضریب نیروی درگ تغییر می کند. یکی از عوامل موثر بر بارهای هیدرودینامیکی وارد بر عرشه مستطیلی نسبت طول به ضخامت آن است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش نسبت طول به ضخامت مقدار ضریب نیروی درگ کاهش می یابد و در نسبتهای طول به ضخامت زیاد، بدلیل عدم تغییر میدان متوسط جریان، مقدار ضریب نیروی درگ متوسط نیز تقریباً ثابت و مستقل از نسبت فوق می باشد. سپس به بررسی اثر تغییر تراز غوطه وری در جریانهای با عدد فرود بالا پرداخته شد. در جریانهای با عدد فرود بالا، تغییرات سطح آزاد بر روی عرشه قابل ملاحظه است. در این بخش، نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده اختلاف قابل ملاحظه دو طرح بازسازی هندسی و کوئیک در روش vof می باشد. بطوریکه در شرایط استغراق نسبی طرح کوئیک قادر به شبیه سازی مناسب ضریب نیروی درگ نمی باشد و در چنین شرایطی طرح بازسازی هندسی ضریب نیروی درگ را بنحو مناسبی پیش بینی می نماید. همچنین هنگامی که تراز سطح آب بر روی عرشه کم است بدلیل اندرکنش سطح آزاد و عرشه، بر روی سطح آزاد جریان اختلاط آب و هوا مشاهده می شود که در این شرایط طرح بازسازی هندسی قادر به شبیه سازی این اختلاط نیست و در این حالت باید از طرح های حجم محدود مانند کوئیک استفاده نمود. در ادامه تحقیق جریان عبوری از سرریزهای لبه پهن مستطیلی شبیه سازی شد. سرریزهای لبه پهن از جمله سازه های هیدرولیکی رایج در سیستمهای آبیاری، طرح های هیدروالکتریک و... هستند. تغییرشیب وجه بالادست و پایین دست از عوامل مهمی می باشد که می تواند شرایط جریان و راندمان تخلیه سازه را تحت تأثیر قرار دهد. در تحقیق حاضر با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 12.0.16 و بهره گیری از روش شبیه سازی سطح آزاد vof و دو نوع مدل آشفتگی استاندارد، rng به صحت سنجی مدل پرداخته شده است. تطابق مناسب نتایج شبیه سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود، نشان دهنده توانایی شبیه سازی عددی در پیش بینی مناسب مشخصات جریان بر روی سرریزهای لبه پهن مستطیلی است. در ادامه با استفاده از مدل آشفتگی rng ، برخی از مهمترین مشخصات جریان بر روی سرریزهای لبه پهن بررسی شده است. در ابتدا به بررسی اثر تغییر دبی بر ناحیه جدایی جریان ابتدای تاج و همچنین اثر تغییر شیب در وجوه بالادست و پایین دست سرریز بر ناحیه جدایی جریان و ضریب دبی پرداخته شده است. همچنین میدان سرعت سرریزهای لبه پهن و اثر عوامل مختلفی چون تغییر دبی و تغییر شیب در وجوه بالادست و پایین دست بر پروفیل سطح آزاد و موقعیت تشکیل عمق بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با کاهش دبی، ناحیه جدایی جریان در ابتدای تاج کوچکتر می شود اما آهنگ تغییرات این ناحیه با تغییر دبی ثابت نیست بطوری که در دبی های پایین تر، تغییرات پروفیل جدایی جریان با تغییر دبی بیشتر است. با شیب دار کردن وجه بالادست سرریز، محدوده جدایی جریان ابتدای تاج کاهش یافته و در نتیجه ضریب دبی افزایش می یابد اما تغییر شیب وجه پایین دست اثری بر ناحیه جدایی جریان ابتدای تاج و ضریب دبی ندارد. بررسی میدان سرعت سرریزهای لبه پهن نشان می دهد که از ابتدای تاج تا محل تشکیل عمق نرمال، پروفیل سرعت تحت تأثیر عواملی مانند انحنای خطوط جریان و پدیده جدایی خطوط جریان، یکنواخت نیست. اما در محدوده تشکیل عمق نرمال خطوط جریان موازی و مستقیم بوده و پروفیل سرعت، به جز در ناحیه کوچک لایه مرزی، یکنواخت است. در گوشه پایین دست تاج پروفیل سرعت متناسب با شیب وجه پایین دست متفاوت می باشد. در سرریز با شیب وجه پایین دست قائم حداکثر سرعت در نزدیک کف رخ می دهد. با ملایم شدن شیب پایین دست، محل سرعت ماکزیمم از کف فاصله گرفته و همچنین مقدار آن کاهش می یابد. نتایج نشان می دهد که با افزایش دبی موقعیت تشکیل عمق بحرانی به سمت پایین دست منتقل می شود. تغییر شیب وجه پایین دست موقعیت تشکیل عمق بحرانی را تغییر نمی دهد، همچنین تغییر شیب در وجه بالادست نیز تغییر محسوسی در موقعیت تشکیل عمق بحرانی ایجاد نمی کند. اما عمق آب در بالادست و قسمت ابتدایی تاج تا قبل از محل تشکیل عمق بحرانی در سرریز با شیب وجه بالادست تند مقداری بیشتر از سرریز با شیب وجه بالادست ملایم می باشد. بعد از محل تشکیل عمق بحرانی تا قسمت های انتهایی تاج، عمق آب در سرریز با شیب وجه بالادست ملایم اندکی بیشتر از سرریز با شیب وجه بالادست تند می باشد. ضمناً افت سطح آب در ابتدای تاج در سرریز با با شیب وجه بالادست ملایم تر با شیب کمتری صورت می گیرد. با ملایم کردن شیب پایین دست با کاهش میزان فشار منفی بدلیل کاهش انحنای خطوط جریان و همچنین از بین رفتن ناحیه جدایی جریان ابتدای وجه پایین دست، احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون کاهش می یابد.

سرریز های جانبی یکی از سازه های هیدرولیکی کاربردی و مهم در سیستم های کنترل و هدایت آب هستند. این سازه در دیواره کانال اصلی احداث شده و هنگامی که سطح آب در کانال بالاتر از تاج سرریز قرار می گیرد، قسمتی از جریان توسط آن به خارج از کانال هدایت می گردد. سرریز های جانبی در انحراف آب اضافی در سیستم های جمع آوری فاضلاب شهری، همچنین در کنترل و پخش سیلاب و به عنوان سازه اضطراری در تأسیسات هیدرولیکی بزرگ چون سدها و شبکه های آبیاری و زهکشی به کار برده می شود. یکی از نکات مهم در طراحی این نوع سازه هیدرولیکی اینست که سطح آب در مخزن یا کانال اصلی حتی در زمان عبور دبی بیشینه از سرریز جانبی تحت تاثیر جریان کانال جانبی قرار نگیرد و ضریب تخلیه سرریز تغییر نکند. در نتیجه باید خصوصیات جریان عبوری از سرریز جانبی به طور موشکافانه و دقیقی مورد بررسی قرار گیرد که این سازه در عمل بیشترین کارایی را از خود نشان دهد. در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان عبوری از سرریز جانبی لبه تیز با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 26/03/ 6 ، روش vof و مدل آشفتگی rsm، میدان جریان در مسیر مستقیم همراه با سرریز جانبی شبیه سازی عددی و با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی انجام شده توسط سابراماینا و آوستی و هاگر نتایج حاصل از حل عددی صحت سنجی شده است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی الگوی سه بعدی جریان روی سرریزهای جانبی می باشد. در ادامه، خصوصیات جریان مانند خطوط جریان در تراز های مختلف، توزیع تنش برشی، توزیع بردار های سرعت، روند تغییرات جریان ثانویه و تغییرات تراز سطح آب تحت نسبت های آبگذری مختلف مورد بررسی و تحلیل دقیق قرار گرفته است. پس از شناخت کامل الگوی جریان در کانال مستقیم همراه با سرریز جانبی، اثر شبیه سازی سطح آزاد در پیش بینی الگوی جریان مطالعه شده است. به این منظور الگوی جریان پیش بینی شده توسط دو روشvof و سطح صلب مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی های انجام شده حاکی از آن است که روش سطح صلب در حالیکه از دقت کمتری نسبت به روش vof برخوردار است اما هزینه های محاسباتی را بسیار کاهش می دهد. همچنین در نسبت آبگیری پایین، تفاوت دو روش مزبور در پیش بینی مکانیزم های جریان که در نزدیکی سطح آب رخ می دهد، بسیار چشمگیر بوده در حالیکه این اختلاف در نسبت های آبگیری بالا کمتر است. در بخش آخر این تحقیق تاثیر پارامتر های هندسی و هیدرولیکی مانند طول، ارتفاع تاج سرریز و عدد فرود بالا دست بر الگوی جریان بررسی شده است. بررسی نتایج حاصله از این مطالعه پارامتریک حاکی از آن است که با انتخاب مناسب ارتفاع تاج و طول سرریز می توان از رسوب گذاری احتمالی در کانال اصلی که منجر به تنگ شدگی مقطع کانال می گردد، جلوگیری نمود و عملیات آبرسانی را با بیشترین راندمان انجام داد.

پرش هیدرولیکی اعم از آزاد یا مستغرق، امروزه به عنوان یکی از مباحث مهم در مهندسی آب مطرح بوده و به دلیل اهمیت آن در طراحی هیدرولیکی سازه ها، تاکنون تحقیقات فراوانی بر روی آن صورت گرفته است. هرگاه عمق آب پایین دست بیشتر از عمق ثانویه پرش هیدرولیکی گردد، پرش هیدرولیکی به صورت مستغرق شکل می گیرد. با توجه به ماهیت سه بعدی پرش هیدرولیکی مستغرق، در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان این پدیده، پرش هیدرولیکی مستغرق با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 26/03/6 به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. همچنین در تعیین موقعیت سطح آزاد از روش vof و طرح بازسازی هندسی استفاده شد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی پروفیل سطح آب، پروفیل سرعت، توزیع شدت های آشفتگی و تنش برشی، نشان دهنده ی قابلیت مدل عددی در شبیه سازی سه بعدی میدان جریان پرش هیدرولیکی مستغرق در پاببن دست دریچه می باشد. در ادامه، اثر شبیه سازی دیواره در پیش بینی الگوی جریان پرش هیدرولیکی مستغرق بررسی شد. به این منظور میدان جریان شبیه سازی شده توسط سه روش تابع دیواره استاندارد، تابع دیواره غیر تعادلی و رویکرد جداره اصلاح شده، مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که رویکرد جداره اصلاح شده با وجود زمان و هزینه محاسباتی بالا، پروفیل سرعت در ناحیه ی کاملاً توسعه یافته را با دقت بالاتری نسبت به توابع دیواره استاندارد و غیر تعادلی پیش بینی می نماید. سپس اثر مدل های آشفتگی rsm، k-? استاندارد،rng k-? و realizable k-? بر میدان جریان پرش هیدرولیکی مستغرق مورد بررسی قرار گرفت. در پیش بینی پروفیل سرعت طولی، مدل آشفتگی rsmبا استفاده از رویکرد جداره اصلاح شده از دقت بالاتری نسبت به سایر مدل های آشفتگی برخوردار است. و همچنین بهترین پیش بینی پروفیل سطح آب با استفاده از مدل rng k-? و رویکرد جداره اصلاح شده به دست آمد. در ادامه اثر عرض کانال برمیدان جریان پرش هیدرولیکی مستغرق مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج عددی، کاهش عرض کانال سبب افزایش طول پرش هیدرولیکی مستغرق، افزایش ضریب تنش برشی بستر در ناحیه بازسازی جریان، و همچنین کاهش ارتفاع سطح آب شد.

چکیده از آنجا که از دیرباز رودخانه ها در شکل گیری تمدن های بشری نقش قابل توجهی داشته اند و برای زندگی بشر بسیار حیاتی بوده اند و از سوی دیگر اغلب رودخانه های طبیعی دارای شکل قوسی و پیچانرودی هستند و به ندرت به صورت مستقیم دیده می شوند بنابراین شناخت رفتار رودخانه های قوسی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. با ورود جریان به قوس در اثر نیروی گریز از مرکز در سطح آب شیب عرضی به نحوی ایجاد می گردد که موجب افزایش ارتفاع سطح آب در جداره خارجی قوس و کاهش آن در جداره داخلی قوس می گردد. جریان در قوس کاملا دارای ماهیت سه بعدی است و موجب ایجاد آشفتگی و تغییرات غیریکنواخت در توپوگرافی بستر و سطح آزاد و در نتیجه شکل گیری الگوی خاصی از جریان با نام جریان حلزونی می شود. این الگوی جریان توپوگرافی نامنظمی در قوس ایجاد کرده و باعث پدیده فرسایش در جداره خارجی و رسوبگذاری در جداره داخلی می‏شود. یکی از راهکارهای جلوگیری ازفرسایش ساحل و تثبیت جداره ها مستقر کردن آبشکن ها در جداره خارجی رودخانه هاست. هدف اصلی از کاربرد آبشکن ها افزایش عمق آب، ممانعت از فرسایش ساحل و جلوگیری از پدیده سیلاب است. الگوی جریان در اطراف آبشکن به خودی خود پیچیده است اما این پیچیدگی زمانی بیشتر می شود که آبشکن در قوس مستقر شود که دلیل عمده آن دلیل اندرکنش جریان در قوس با جریان حول آبشکن تشکیل جریان حلزونی در این ناحیه است. به طور کلی الگوی جریان در مسیرهای دارای خم به دلیل تشکیل جریان های حلزونی بسیار پیچیده ودارای ماهیت سه بعدی است. از این رو شناخت الگوی جریان در اطراف آبشکن ها بسیار ضروری به نظر می رسد. شناخت این پیچیدگی ها مستلزم انجام تحقیقات و مطالعات است و شبیه سازی این پدیده ها می بایست از طریق یک نرم افزار سه بعدی انجام پذیرد. در این پایان نامه از نسخه 9.3 نرم افزار flow-3d جهت شبیه سازی الگوی جریان استفاده شده است. همچنین در این شبیه سازی از روش حجم سیال برای شبیه سازی سطح آزاد و از مدل آشفتگی rng k-? برای بستن معادلات ناویر استوکس استفاده شده است. در تحقیق حاضر ابتدا الگوی جریان در قوس 90 درجه مورد بررسی قرار می گیرد و پس از صحت سنجی آن با داده های آزمایشگاهی دکتر واقفی، به بررسی اثر شعاع انحناء نسبی بر الگوی جریان در قوس پرداخته می شود در مرحله بعد در بررسی الگوی جریان در اطراف آبشکن، ابتدا الگوی جریان حول آبشکن ساده مستغرق در کانال مستقیم شیبدار آذین فر و سپس اثر طول بر پروفیل های سرعت و سطح آزاد در این کانال بررسی می گردد. در ادامه این پایان نامه الگوی جریان حول آبشکن t شکل در قوس 90 درجه واقفی بررسی و صحت سنجی می گردد و نتایج حاصل از این مدل سازی با نتایج حاصل از قوس بدون آبشکن مقایسه می گردد. شعاع انحناء قوس و نسبت شعاع به عرض 4/2 و 4 می باشد که نتایج عددی و آزمایشگاهی دراین شعاع انطباق مناسبی یا هم دارند. سپس به منظور یررسی اثر شعاع انحناء به عرض بر الگوی جریان، به ازاء3 شعاع انحناء نسبی2،3و4 الگوی جریان اطراف آبشکن مطالعه می شود. تطابق مناسب نتایج شبیه سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی در پروفیل های سرعت و سطح آزاد آب موجود، نشان دهنده توانایی این نرم افزار در شبیه سازی عددی الگوی جریان در قوس و نیز در اطراف آبشکن در مسیر مستقیم و قوسی است. همچنین این نرم افزار توانایی مدل کردن ناحیه جداشدگی در اطراف آبشکن و گردابه های بالادست و پایین دست و جریان های چرخشی را نیز دارد.

مطالعات فرسایش بستر رسوب بخش مهمی از طراحی پل ها و شبکه های حمل و نقلی می باشد. چنانکه پایداری و واکنش هیدرودینامیکی پل شدیداً به آبشستگی بستر رودخانه بستگی دارد. ایجاد و گسترش آبشستگی در پایه پل ها از مهمترین عوامل آسیب و خرابی پل ها می باشد. پیش بینی نحوه ایجاد و گسترش وضعیت نهایی گودال آبشستگی از مهمترین موارد طراحی هیدرولیکی پل ها می باشد. استفاده از روابط تجربی ارائه شده بر مبنای تحلیل ابعادی و مطالعات آزمایشگاهی در موارد واقعی نتایج قابل قبولی ارائه نمی کنند. علت این امر در نظر نگرفتن شرایط پیچیده میدانی و همچنین عدم فهم کامل جریان سه بعدی و مکانیزم های حاکم بر آبشستگی است. از طرفی در نظر نگرفتن کلیه شرایط واقعی در مطالعات آزمایشگاهی وقت گیر، هزینه بر و گاهی غیرممکن است. امروز با تکیه بر پیشرفت های چشمگیر در علوم کامپیوتر و توسعه مدل های عددی قوی می توان امید داشت که مسائل پیچیده ای همچون آبشستگی موضعی اطراف پایه ها را با دقت خوبی مدل سازی نمود. امتیازی که مدل های عددی نسبت به مدل های آزمایشگاهی دارند این است که در این مدل ها می توان با کمترین هزینه پیچیده ترین شرایط را در نظر گرفت از طرفی جهت اطمینان از نتایج و بهبود این مدل ها انجام آزمایش های دقیق اندازه گیری جریان و آبشستگی ضروری است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار flow-3d میدان جریان سه بعدی اطراف پایه پل با بستر صاف به صورت عددی و با استفاده از مدل آشفتگی k-? rng مدل سازی و بررسی شده است. مقایسه نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که این مدل قابلیت پیش بینی الگوی سه بعدی جریان مزبور را دارد. در ادامه به بررسی اثر قطر پایه بر افزایش میزان نوسانات میدان جریان پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش قطر پایه، اندازه و قدرت گردابه های تشکیل شده، مقدار و محل سرعت ماکزیمم تشکیل شده در اطراف پایه افزایش می یابد. در ادامه برای کاهش نوسانات میدان جریان از پایه های شکاف دار استفاده شده و میدان جریان اطراف پایه های شکاف دار با ابعاد مختلف شکاف شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد با شکاف دار شدن پایه، اندازه و قدرت گردابه های تشکیل شده در پایین دست پایه و مقدار سرعت ماکزیمم تشکیل شده در اطراف پایه کاهش می یابد. سپس میدان جریان اطراف پایه های دوتایی شبیه سازی شده است که این پایه ها به دو صورت کنار هم در جهت عمود بر جریان و متوالی هم جهت جریان در کانال قرار گرفته اند. نتایج مدل عددی شامل تحلیل الگوی جریان، پروفیل های سرعت در مقاطع مختلف افقی و قائم و مقایسه آنها با نتایج آزمایشگاهی می باشد. نتایج نشان می دهد در پشت هر یک از پایه ها گردابه های مجزا تشکیل می شود. در ادامه به بررسی میدان جریان اطراف پایه پل با هندسه پیچیده (شامل شمع، کلاهک شمع و ستون) پرداخته شده است و با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. بررسی نتایج مدل عددی در راستای طولی در نقاط مختلف بالادست و پایین دست پایه و کلاهک شمع اطراف پایه انجام خواهد شد. نتایج نشان می دهد تطابق قابل قبولی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی وجود دارد. جریان در نزدیکی کلاهک شمع بسیار پیچیده است، چنان که جریان به جهت های مختلف منحرف می شوند.

چکیده پایدارسازی شیروانی ها از جمله مسائل مهم در مهندسی خاک وپی می باشد. یکی از عوامل مهم که باعث ناپایداری شیروانی می شود، وجود آب و در نتیجه فشار آب حفره ای در خاک است. وجود فشار آب حفره ای سبب کاهش مقاومت برشی خاک و در نتیجه عامل اصلی در ناپایداری شیروانی تلقی می گردد. مطالعات زیادی که در مورد پایداری شیروانی ها انجام شده نشان دهنده این است که نفوذ باران درون خاک شیروانی باعث ناپایداری آن می شود. شمار زیادی از شکست ها پس از وقوع بارندگی های شدید و طولانی مدت اتفاق افتاده است. در اثر بارندگی های طولانی مدت تراز آب زیرزمینی و در نتیجه فشار آب حفره ای افزایش می یابد لذا تنش موثر کاهش می یابد و موجب ناپایداری و شکست شیروانی می گردد. بنابراین پایین آوردن تراز آب زیرزمینی و کنترل سطح آبهای زیر زمینی راهکاری مهم برای کاهش فشار آب حفره ای و افزایش پایداری شیروانی ها است. در این رساله، ابتدا به کمک شبیه سازی عددی تأثیر فشار آب حفره ای در ناپایداری شیروانی ها بررسی می شود (مطالعه موردی). با عنایت به اینکه، تغییرات تراز آبهای زیرزمینی متأثر از شدت، مدت و فراوانی وقوع بارشها در منطقه می باشد. مهمترین هدف این رساله بررسی ارتباط ناپایداری شیروانی با پارامترهای بارش می باشد. از دیگر اهداف این پژوهش، بررسی عملکرد زهکش ها به عنوان راهکاری عملی جهت کاهش فشار آب حفره ای و در نتیجه پایدارسازی شیروانی می باشد. در این راستا، با استفاده از دو نرم افزار seep/w وslope/w که زیر مجموعه بسته ی نرم افزاری geostudio2004 هستند، شیروانی مورد مطالعه شبیه سازی شده است. ازseep/w برای شبیه سازی جریان آب زیرزمینی (ویا فشار آب حفره ای) ونیز شبیه سازی تراوش و نفوذ بارش درون شیب استفاده شده است. slope/w برای بررسی پایداری شیروانی و محاسبه ضریب پایداری در حالت های مختلف قبل و بعد از نصب زهکش مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور صحت سنجی نتایج به دست آمده از نرم افزار slope/w، شیروانی مورد مطالعه به کمک نرم افزار slide5 که برای تحلیل پایداری شیروانی ها قابل استفاده است، نیز شبیه سازی شده و ضرایب پایداری به دست آمده از هر دو نرم افزار باهم مقایسه شده اند. کلمات کلیدی : پایداری شیروانی، شبیه سازی عددی، فشار آب حفره ای، نفوذ بارش ، زهکش، seep/w ،slope/w

سازه های انحراف واقع در دیواره ی جانبی کانال باز به منظور انحراف جریان از کانال اصلی مورد استفاده قرار می-گیرند. سرریز های جانبی، روزنه های جانبی و دریچه های تخلیه جانبی از جمله سازه های انحراف جریان محسوب می شوند که دارای کاربرد گسترده ای درسد ها، شبکه های آبیاری، زهکشی و سیستم های فاضلاب شهری هستند. در این پایان نامه به منظور بررسی الگو و مشخصات جریان عبوری از سازه های انحراف جریان، شبیه سازی عددی میدان جریان عبوری از سرریز جانبی مستطیلی لبه تیز و روزنه ی جانبی مستطیلی لبه تیز با استفاده از نرم افزارflow-3d انجام شده است. مدل آشفتگی rng به منظور بستن معادلات ناویراستوکس و روش vof برای مدل سازی تغییرات پروفیل سطح آزاد بکار رفته است. در تحقیق حاضر پس از صحت سنجی نتایج مربوط به توزیع مولفه های مختلف سرعت و زاویه ی جت خروجی در مجاورت سرریز جانبی مستطیلی لبه تیز در ارتفاع های مختلف از تاج سرریز با داده های آزمایشگاهی باقری و حیدرپور (2012)، به بررسی اثرات عدد فرود بالادست و ارتفاع تاج سرریز جانبی بر الگو و مشخصات جریان در اطراف سرریز جانبی در کانال اصلی پرداخته می شود. توزیع مولفه های مختلف سرعت در راستای ارتفاع جریان در روی وسط تاج سرریز نشان می دهد با کاهش عدد فرود بالادست، توزیع سرعت طولی در راستای ارتفاع بخصوص در نزدیک تاج سرریز غیر یکنواخت تر می شود. برای اعداد فرود متفاوت، سرعت جانبی تا ارتفاع معینی از روی تاج سرریز افزایش می یابد و سپس با افزایش ارتفاع و نزدیک شدن به سطح آزاد جریان مقدارآن کاهش می یابد. با افزایش عدد فرود، ماکزیمم سرعت جانبی در ارتفاع بالاتری نسبت به تاج سرریز جانبی رخ می دهد. ماکزیمم سرعت قائم برای عدد فرود های متفاوت، در نزدیکی تاج سرریز رخ می دهد و با افزایش ارتفاع و نزدیک شدن به سطح آزاد جریان سرعت قائم به تدریج کاهش می یابد. با کاهش عدد فرود بالادست، سرعت قائم در نزدیکی سطح آزاد جریان به دلیل حرکت جریان به سمت پایین منفی می باشد. در خصوص سطح آزاد جریان در مجاورت سرریز جانبی با افزایش عدد فرود بالادست، عمق سطح آب در انتهای مجاورت سرریز جانبی دچار تغییرات شدیدی می شود. همچنین با افزایش عدد فرود، زاویه انحراف جت خروجی جریان در طول سرریز جانبی افزایش می یابد. اثرات تغییرات ارتفاع تاج سرریز جانبی در این مطالعه نشان می دهد میزان حداکثر پایین افتادگی سطح آب در طول سرریز نسبت به عمق آب بالادست برای سرریز های جانبی با ارتفاع تاج 10، 15 و20 سانتی متر، به ترتیب 12، 11 و 7 درصد است. با کاهش ارتفاع تاج سرریز ابعاد ناحیه جدا شدگی در اطراف سرریز جانبی در نزدیکی بستر کانال اصلی، در مقطع طولی و عرضی کانال اصلی به ترتیب افزایش و کاهش می یابد و به سمت پایین دست سرریز جانبی منتقل می شود. با کاهش ارتفاع تاج سرریز، زاویه انحراف جت خروجی جریان در طول سرریز جانبی کاهش می یابد. در ادامه ی پایان نامه نتایج دبی عبوری از روزنه-ی جانبی مستطیلی لبه تیز و الگوی جریان در اطراف آن در مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی حسین و همکاران (2011) مورد مقایسه قرار می گیرد و سپس اثر عدد فرود بالادست بر توزیع مولفه های مختلف سرعت و سطح آزاد جریان در مجاورت روزنه ی جانبی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد در مدل های شبیه سازی شده با اعداد فرود متفاوت، ماکزیمم و مینیمم سرعت طولی به ترتیب در ابتدا و انتهای روزنه ی جانبی رخ می دهد. با افزایش عدد فرود بالادست سرعت طولی ماکزیمم کاهش و سرعت طولی مینیمم افزایش می یابد. باکاهش عدد فرود، ماکزیمم سرعت جانبی در طول روزنه افزایش می یابد، که نشان می دهد با کاهش عدد فرود دبی عبوری از روزنه افزایش می یابد. در حالت عدد فرود پایین که عمق جریان بیشتر است، تغییرات سطح آزاد جریان ناچیز می-باشد. اما با افزایش عدد فرود، تغییرات قابل توجهی در سطح آزاد جریان در اطراف روزنه ی جانبی رخ می دهد

به دلیل ساختار هیدرولیکی کانال های با سطح مقطع u شکل، این نوع مجاری به عنوان مقطع مبدل کانال های مستطیلی و دایروی دریچه های آدم رو و نیز به همراه سرریزهای جانبی در شبکه دفع فاضلاب شهری، سیستم های آبیاری-زهکشی، پروژه های محافظت سیلاب و غیره برای تخلیه جریان های مازاد مورد استفاده قرار می گیرند. در این نوع کانال ها رژیم جریان می تواند در شرایط زیربحرانی و یا فوق بحرانی باشد. در مطالعه حاضر، میدان جریان آشفته و سطح آزاد جریان در کانال های u شکل دارای سرریزجانبی در شرایط جریان زیربحرانی و فوق بحرانی با استفاده از نرم افزار فلو تری دی، مدل آشفتگی rng و طرح vof شبیه سازی شده است. مقایسه بین نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل عددی، سطح آزاد و مشخصات میدان جریان را با دقت قابل قبولی شبیه سازی می-نماید. مقادیر درصد خطای متوسط و خطای ریشه میانگین مربعات نسبی برای پروفیل های طولی سطح آزاد جریان در هر دو رژیم زیربحرانی و فوق بحرانی به ترتیب 79/2%، 7/1%، 86/2% و 21/2% محاسبه شده است. در ادامه، الگوی جریان در کانال های u شکل دارای سرریزجانبی در شرایط جریان زیر بحرانی و فوق بحرانی مورد بررسی قرار گرفت. برای هر دو رژیم زیربحرانی و فوق بحرانی، یک افت سطح آزاد در یک چهارم ابتدایی دهانه سرریز و یک پرش سطحی در یک چهارم انتهایی طول دهانه به وقوع پیوسته است. سرعت جانبی در شرایط جریان زیربحرانی از ابتدای سرریز تا وسط دهانه سرریز در حال افزایش بوده و سپس با پیشروی به سوی انتهای پائین دست سرریزجانبی مقدار آن کاهش می یابد. این در حالی است که در شرایط فوق بحرانی، سرعت جانبی از ابتدای سرریز به سمت انتهای آن در حال افزایش می باشد. در رژیم زیربحرانی، جریان ثانویه ای بعد از سرریزجانبی به وجود می آید، به گونه ای که سلول جریان ثانویه مذبور با پیشروی به سمت پائین دست کانال اصلی توسعه یافته و بزرگای مولفه عرضی جریان به شکل قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. بر اساس نتایج شبیه سازی، حداقل زاویه ریزشی جت جریان برای رژیم های زیربحرانی و فوق بحرانی به ترتیب در یک پنجم انتهایی و وسط دهانه سرریزجانبی پیش بینی شده است. در شرایط جریان زیر بحرانی، با پیشروی به سمت انتهای پائین دست کانال اصلی از مقدار تنش برشی کاسته می شود به گونه ای که حداکثر و حداقل مقدار تنش برشی بستر به ترتیب در ابتدای بالادست و انتهای پائین دست سرریزجانبی و در زیر ناحیه ایستایی اتفاق می افتد. سپس اثر عدد فرود بالادست سرریزجانبی بر روی جریان های زیربحرانی و فوق بحرانی بررسی شد. با افزایش عدد فرود طول پرش سطحی و ارتفاع نقطه ایستایی به شکل قابل توجه ای افزایش می یابد. برای عدد فرودهای مختلف، بر خلاف طول ناحیه ایستایی، عرض صفحه جدایش جریان از کف کانال اصلی به سمت سطح آزاد جریان توسعه یافته و عرض ناحیه ایستایی از تراز تاج سرریز به سوی کف کانال u شکل افزایش یافته است. حداکثر قدرت جریان جانبی در انتهای پائین دست سرریزجانبی (5/0x= متر) به وقوع می پیوندد و برای کلیه عدد فرودها با پیش روی به سمت پائین دست کانال اصلی قدرت جریان جانبی کاهش می یابد. در ادامه اثرات نسبت طول سرریزجانبی به قطر کانال u شکل بر مشخصات میدان جریان مورد بررسی قرار گرفت. سطح آزاد جریان در قبل از سرریزجانبی به علت افزایش طول سرریز تحت تاثیر آن قرار گرفته و یک اختلاف تراز در کلیه مقاطع طولی به وجود آمده است. اختلاف متوسط انرژی مخصوص در بالادست و پائین دست سرریز با طول بیشتر برابر 94/2% محاسبه شده که در مقایسه با سرریزجانبی کوتاه تر تقریبا 5/2 برابر شده است. در بخش مربوط به تغییر پارامتر، اثرات استغراق سرریزجانبی بر الگوی جریان در کانال های u شکل برای هر دو رژیم جریان زیربحرانی و فوق بحرانی بررسی شده است. استغراق سرریزجانبی تنها بر روی الگوی تغییرات سطح آزاد در هر دو رژیم جریان، مولفه عرضی سرعت در شرایط جریان فوق بحرانی و زاویه ریزشی جت جریان در رژیم زیربحرانی اثر گذار بوده است.

تقاطع دو کانال باز یک رخداد عمومی و مهم در بسیاری از رودخانه ها، سازه های تنظیم کننده رفتار فاضلاب و نیز سازه های هیدرولیکی می باشد که بعلت اثرات فراوانی که بر روی ساختار جریان شامل نتایج اندازه گیری، انتقال رسوب و پخش آلودگی در جریان دارند، در مهندسی هیدرولیک اهمیت بسیاری دارند. محل تقاطع نقطه ایست که دو جریان یا بیشتر با یکدیگر مخلوط می شوند. این نقطه مکانیست که تغییرات سریعی در جریان، رسوب و هندسه جریان رخ می دهد. فهمیدن دینامیک جریان در تقاطع یکی از بزرگترین دغدغه های مهندسین رودخانه، دانشمندان مورفولوژیست رودخانه ای و رسوب شناسان می باشد.در طراحی سازه های هیدرولیکی، رفتار جریان در محل تقاطع درباره فرسایش کف کانال که منجر به انحراف جریان می شود و یا اصابت دهانه جریان ها با یکدیگر مورد توجه می باشد. سطح آزاد، توزیع سرعت، تنش برشی و نیز کمیت های دیگر از قبیل پخش، ضرائب پراکنش و همه فرایندهای انتقال سه بعدی هستند که برای جمع آوری یک سری اطلاعات کامل برای صحت سنجی سه بعدی کد cfd سطح آزاد جریان متداول است. این پایان نامه، یک مطالعه تفصیلی بر پایه مقایسه با داده های آزمایشگاهی می باشد که با بررسی جریان در تقاطع کانال های باز به سوالات مطروحه در مطالعات انجام گرفته، پاسخ می دهد. هدف این پروژه جمع آوری یک سری اطلاعات است که شرایط سه بعدی جریان را در یک تقاطع توصیف کند. در این پژوهش الگوی جریان در تقاطع کانال باز با زاویه انشعاب 90 درجه و با استفاده از بسته نرم افزاری ansys–cfx? درحالت سه بعدی شبیهسازی و جهت صحت سنجی شبیهسازی عددی از نتایج آزمایشگاهی موجود استفاده شده? است. نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی مقایسه و تطابق بالایی را نشان داده اند. در ادامه الگوی جریان در نواحی ایجاد شده بر اثر ورود جریان انحرافی به کانال اصلی بررسی و با نتایج مطالعه آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار داده شده است. در ادامه اثرات میزان اصطکاک دیواره کانال بر روی کل جریان و نیز نواحی مختلف آن در محل تقاطع مورد بررسی قرار گرفته است. نمودارها و جداول این پژوهش به منظور تحلیل تغییرات سطح آب، میدان سرعت و ابعاد ناحیه جداشده در مهندسی هیدرولیک و طراحی سازه های هیدرولیکی کاربرد دارد??. اهداف اصلی این مقاله عبارتند از: 1) توصیف الگوی جریان در محل تقاطع کانال های باز، 2) بررسی اثرات نسبت دبی بر روی هندسه ناحیه جداشدگی، و 3) مطالعه اثر پارامتر زبری دیواره های کانال بر روی ناحیه جداشده در تقاطع ها.?

چکیده حفاظت از حریم روردخانه¬ها از جمله مهمترین مسائل در علم هیدرولیک می¬باشد. یکی از اقتصادی ترین روش-های تثبیت ساحل خارجی ساخت آبشکن در دیواره آن می¬باشد. مدل¬های عددی با کاهش زمان و هزینه¬هایی که صرف کار¬های آزمایشگاهی می¬شود و همچنین قابلیت تکرار پذیری بالا، این امکان را فراهم کرده که بسیاری از پدیده¬های پیچیده هیدرولیکی شبیه¬سازی شود. به علت شرایط پیچیده در مسیر¬های مئاندری و هزینه بالایی که در تحلیل آزمایشگاهی آن نیازمند است، در این پژوهش با استفاده از مدل عددی flow-3d به آنالیز الگوی جریان در حول آبشکنt شکل و نیز اثر حضور سازه محافظ بر پارامترهای هیدرولیکی جریان پیرامون آبشکن اصلی پرداخته شده است. به منظور شبیه¬سازی از داده¬های مدل فیزیکی در حالت حضور آبشکن منفرد t شکل، جهت صحت سنجی مدل عددی استفاده گردید. نتایج نشان دهنده تطابق بسیار مطلوب بین داده¬های آزمایشگاهی و عددی و وجود خطای کمتر از 5 درصد بین این داده¬ها می¬باشد. در مطالعه حاضر تمامی پارامتر¬های هیدرولیکی جریان برای چهار مدل به ترتیب تغییرات، نسبت فاصله سازه محافظ از آبشکن اصلی، نسبت طول بال به جان آبشکن، نسبت طول جان به بال آبشکن و نیز تغییرات همزمان طول بال، جان و فاصله سازه محافظ بررسی شده است. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله سازه محافظ از 3 تا 9 برابر طول آبشکن اصلی، طول ناحیه جدایی از 8/0 تا 5/2 برابر نسبت به حالت آبشکن منفرد افزایش و همچنین میزان قدرت گردابه¬ای در اطراف آبشکن اصلی حداکثر 40 تا 120 درصد کاهش می¬یابد. یافته¬ها نشان دادند که سازه محافظ در فاصله 5 برابری طول آبشکن اصلی، بهینه¬ترین عملکرد در پایداری بستر و سواحل کانال را دارد. پس از تعیین فاصله مناسب سازه محافظ و آبشکن اصلی، با افزایش نسبت بال به جان آبشکن t شکل طول ناحیه جدایی جریان از 7 تا 12 درصد و عرض ناحیه جدایی جریان 2 درصدی افزایش پیدا نموده است. کاهش نسبت بال به جان آبشکن t شکل موجب جابجایی مرکز گردابه پایین¬دست آبشکن اصلی به سمت جان آبشکن اصلی و کوچک¬تر شدن ابعاد گردابه بین آبشکن اصلی و سازه محافظ میگردد. تغییر نسبت جان به بال آبشکن، طول و عرض ناحیه جدایی را به ترتیب 88 و 26 درصد افزایش می¬دهد. کمترین مقدار قدرت جریان گردابه¬ای در نسبت جان به بال برابر یک ایجاد شده است. افزایش توام طول بال و جان آبشکن و به تبع آن فاصله سازه محافظ از آبشکن اصلی، سبب افزایش 22 درصدی طول ناحیه جدایی جریان شده است. افزایش فاصله سازه محافظ و طول باعث کاهش سطح آزاد سیال در محدوده بین سازه محافظ و آبشکن اصلی شده است. با افزایش طول بال و جان در نزدیکی آبشکن اصلی مقدار قدرت جریان ثانویه تا 25 درصد افزایش می¬یابد. دراین پایان نامه تمامی پارامتر¬های هیدرولیکی از قبیل خطوط جریان و کانتور¬های سرعت هر مدل به تفصیل ارائه شده است. کلمات کلیدی: مدل flow-3d، ناحیه جدایی جریان، سازه محافظ، آبشکن t شکل

پیش¬ بینی دبی بر اساس اشل از مسائل بسیار مهم و اساسی در تحقیقات هیدرولیکی و هیدرولوژیکی می¬باشد. در گذشته پیش بینی دبی معمولاً با استفاده از روش¬های رگرسیونی انجام می¬پذیرفت. با توجه به اینکه اخیراً تکنیک¬های هوش محاسباتی توسعه یافته¬اند، می¬توان با استفاده از آنها پیش ¬بینی¬هایی با دقت بالاتر انجام داد. بنابراین در این تحقیق، توانایی روش شبکه عصبی– ¬فازی برای پیش ¬بینی دبی رودخانه قره¬سو در ایستگاه¬های فرامان و قورباغستان بررسی شده است. این تحقیق نشان می¬دهد که شبکه عصبی– فازی با دقت قابل قبولی، توانایی پیش ¬بینی دبی رودخانه را داشته و می¬تواند به جای روش¬های دیگر مورد استفاده قرار گیرد. همچنین در این تحقیق تلاش می¬شود بهترین ترکیب از داده¬های ورودی که نتایج قابل قبول¬تری را ارائه دهد، پیدا شود. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که پیش ¬بینی دبی با استفاده از دبی روز قبل، اشل همان روز، اشل روز قبل و اشل دو روز قبل بهترین نتایج را در ایستگاه¬های فرامان و قورباغستان نشان می¬دهد.

پرش هیدرولیکی از مباحث اساسی در هیدرولیک کانال های باز بوده که با توجه به اهمیت آن در طراحی هیدرولیکی سازه ها، تاکنون تحقیقات گسترده ای درباره آن انجام شده است. هرگاه عمق آب پایین دست بیشتر از عمق ثانویه پرش هیدرولیکی گردد، پرش هیدرولیکی به صورت مستغرق شکل می گیرد. با توجه به ماهیت سه بعدی پرش هیدرولیکی مستغرق، در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان این پدیده، پرش هیدرولیکی مستغرق در پایین دست یک بازشدگی ناگهانی کانال مستطیلی با استفاده از نرم افزار flow-3d به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. مدل آشفتگی k-? rng به منظور بستن معادلات ناویر- استوکس و روش vof برای مدلسازی تغییرات پروفیل سطح آزاد بکار رفته است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی پروفیل سطح آب، پروفیل سرعت و طول غلتاب نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی سه بعدی میدان جریان پرش هیدرولیکی مستغرق می باشد. در ادامه اثر عدد فرود، عمق پایاب و عرض مجرای ورودی بر الگوی جریان و مشخصات پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج عددی با افزایش عدد فرود مقدار اتلاف نسبی انرژی در طول پرش و فاصله محل آغاز جریان چرخشی از ابتدای کانال افزایش یافته اما تراز سطح آزاد جریان کاهش می یابد. مقایسه مقادیر اتلاف نسبی انرژی پرش مورد مطالعه و پرش کلاسیک در هر عدد فرود نشان می دهد که مقدار اتلاف نسبی انرژی پرش مورد مطالعه بیشتر از مقدار اتلاف نسبی انرژی پرش کلاسیک است. با افزایش عمق پایاب طول و سطح ناحیه غلتاب قائم و نسبت استغراق افزایش یافته ولی مقدار اتلاف نسبی انرژی در طول پرش کاهش می یابد. با افزایش عرض مجرای ورودی مقدار اتلاف نسبی انرژی در طول پرش و سطح غلتاب افقی کاهش پیدا می کند. همچنین غلتاب های افقی بیشتر به سمت دیواره متمرکز می شوند. اما با افزایش عرض مجرای ورودی نسبت استغراق افزایش پیدا خواهد کرد.

باتوجه به کاهش شدید منابع قابل استحصال آب درمقیاس جهانی بررسی عوامل موثربرمدیریت منابع آب بیش ازگذشته مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مسائل مهم در مدیریت منابع آب مساله قیمت تمام شده آب می باشد. در این مطالعه سعی بر آنست که عوامل موثر بر قیمت تمام شده آب شرب در سال 1390 در هر یک از شهرستان های استان کرمانشاه مورد بررسی قرار گرفته، و اولویت بندی گردند.به طور کلی عوامل تاثیر گذار بر قیمت آب را می توان به چهار بخش توزیع آب، خرید تامین و استحصال آب، تصفیه و گندزدایی و نگهداری تاسیسات و تجهیزات آب تقسیم نمود.سپس به بررسی و اولویت بندی جزء هزینه های موثر بر این چهار بخش که در نهایت قیمت آب را تشکیل می دهند، پرداخته شده است. جهت اولویت بندی از روش تحلیل عاملی و نرم افزار spssاستفاده گردید.تحلیل عاملی یکی از روش های کاهش حجم متغیرها و تشکیل ساختار جدیدی برای آنها است. هر یک از این بخش های موثر بر قیمت تمام شده آب به تنهایی از متغیرهای جزئی تری تشکیل می شوند. در بخش خرید تامین و استحصال آب عوامل موثر را می توان به استهلاک تاسیسات، استهلاک ساختمان، استهلاک ماشین آلات وتجهیزات تولید،آب خریداری شده،اجاره ماشین آلات،هزینه حمل ونقل، تعمیرونگهداری دارایی های ثابت تولید، تعمیرونگهداری تاسیسات تولید، گندزدا واستهلاک وسائط نقلیه تولید تقسیم نمود. استهلاک تاسیسات، استهلاک ماشین آلات وتجهیزات تولید، اجاره ماشین آلات، هزینه حمل ونقل، تعمیرونگهداری دارایی های ثابت تولید، استهلاک وسایط نقلیه تولید، استهلاک ساختمان و تعمیرونگهداری تاسیسات تولید متغیرهایی هستند که بخش توزیع آب را تشکیل می دهند. در بخش نگهداری تاسیسات و تجهیزات آب متغیرهای استهلاک تاسیسات، تعمیرونگهداری تاسیسات تولید، استهلاک ماشین آلات وتجهیزات تولید، استهلاک سایر دارایی ها،هزینه حمل ونقل، اجاره ماشین آلات، تعمیرو نگهداری دارایی های ثابت تولید، استهلاک وسائط نقلیه تولید، تعمیرونگهداری دارایی ثابت غیرازوسائط نقلیه، استهلاک ساختمان، هزینه نگهداری(حقوق) توسط آبدار و توزیع وفروش حقوق آبدار موثر هستند. و در نهایت متغیرهای استهلاک تاسیسات، استهلاک ساختمان، استهلاک لوازم آزمایشگاه، گندزدا، استهلاک ماشین آلات وتجهیزات تولید، هزینه حمل ونقل، اجاره ماشین آلات، تعمیرونگهداری دارایی های ثابت تولید، استهلاک وسائط نقلیه تولید، تعمیرونگهداری تاسیسات تولید، هزینه نگهداری (حقوق) توسط آبدار و توزیع وفروش حقوق آبدار بخش تصفیه و گندزدایی را تشکیل می دهند. نتایج حاصل نشان می دهد که هشت متغیر موثر بر توزیع آب، ده متغیر موثر بر خرید آب، دوازده متغیر موثر بر تصفیه و گندزدایی و دوازده متغیر موثر بر نگهداری تجهیزات و تاسیسات آب را به دو عامل کاهش داد. با توجه به نتایج بدست آمده می توان بیان نمود که در بخش توزیع بیشترین تاثیر متغیرهای عامل اول در شهرستان های ثلاث و کرمانشاه و در عامل دوم بیشترین مقدار عاملی در شهرستان های جوانرود و گیلانغرب و کمترین تاثیر در عامل دوم مربوط به شهرستان های سرپل ذهاب و قصرشیرین می باشد. در بخش خرید آب بیشترین تاثیر عامل اول در شهرستان جوانرود و در عامل دوم شهرستان های اسلام آباد و کرمانشاه از اهمیت بیشتر و شهرستان ثلاث از اهمیت کمتری برخوردارند. در بخش تصفیه شهرستان کرمانشاه در عامل اول و در عامل دوم شهرستان هایا سلام آباد و ثلاث بیشترین اهمیت را دارند. در بخش نگهداری تاسیسات بیشترین تاثیر متغیرهای عامل اول مربوط به شهرستان های گیلانغرب و جوانرود و در عامل دوم بیشترین تاثیر در شهرستان های کرمانشاه و اسلام آباد به چشم می خورند.

امروزه آب به عنوان کلید توسعه، در جوامع بشری اهمیت فوق¬العاده¬ای پیدا کرده و کشور ایران نیز از این قاعده مستثنی نمی¬باشد. بویژه آنکه این کشور در منطقه خشک و نیمه خشک جهان قرار دارد. شرایط آب و هوایی حاکم بر استان کرمانشاه و محدودیت های موجود در منابع آب زیرزمینی، بهره وری بیشتر از منابع آب های سطحی را اجتناب ناپذیر می نماید. از سوی دیگر عدم بهره برداری از پتانسیل¬ آب¬های سطحی استان، افزایش جمعیت و به تبع آن افزایش نیازها در سنوات اخیر، باعث برداشت بی¬رویه و غیر اصولی از منابع آب زیرزمینی اغلب دشت¬های استان شده است. در دهه¬های گذشته با رشد قابلیت¬های نرم¬افزاری، امکان توسعه مدل¬های رایانه¬ای فراهم شده است که به نوبه خود نقش بسزایی در بهینه¬سازی و شبیه¬سازی منابع آب داشته است. امروزه تجزیه و تحلیل مسائل منابع آب با استفاده از مدل¬های هیدرولوژیکی که فرآیندهای از قبیل بارش، تبخیر، نفوذ و رواناب را شبیه¬سازی می¬کنند، از جایگاه ویژه¬ای برخوردار است. یکی از پر کاربردترین این نرم¬افزارها در سال¬های اخیر نرم¬افزار weap بوده است. weapدر زمینه برنامه¬ریزی و ارزیابی پروژه¬های آبی، اجزای مختلف یک حوضه و رودخانه را گرد هم می¬آورد. این تحقیق در حوضه گاماسیاب که زیر حوضه شمال شرقی حوضه کرخه است، انجام شده است. هدف از این تحقیق بررسی جامع منابع آب سطحی حوضه گاماسیاب با توجه به سدهای در دست ساخت و مطالعه بوده است. بخش اعظم این حوضه در استان کرمانشاه و سرشاخه¬ آن در استان همدان قرار دارد. رودخانه اصلی این حوضه رودخانه گاماسیاب است که برروی شاخه¬های آن در استان کرمانشاه سدهای جامیشان، قشلاق علیا و آناهیتا (کبوتر لانه) در دست ساخت، و سد بیستون در پایین دست آنها در دست مطالعه است. بمنظور ساخت مدل weap تعریف مسئله قالب زمانی، محدوده مکانی، اجزای سیستم و طراحی مسئله انجام گردیده است. سپس با اعمال سناریوهای مختلف وضعیت طرح در شرایط آینده با توجه به سیاست گذاری¬های موجود، سنجیده شده است. در این پژوهش داده¬های هیدرولوژیکی 41 ساله حوضه گاماسیاب جهت کالیبراسیون مورد استفاده قرار گرفته است و سناریوها نیز در دوره ای 40 ساله جهت بررسی عملکرد سد و نیز تأثیر سدهای بالادست بر سد پایین دست، با کمک نرم¬افزار weap، به کار گرفته شده¬اند. در شبیه¬سازی حوضه، از روش مونتانا جهت برآورد نیاز زیست محیطی استفاده و گامهای زمانی بصورت ماهانه در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشانگر عملکرد مناسب سد بیستون در تأمین نیازهای مربوطه بوده است. سدهای بالا دست با کمبود آب در تأمین تقاضاهای حوضه مواجه بوده و برای جبران باید راهکارهای مناسبی اندیشیده شود. بیشترین کمبود در بخش کشاورزی سد قشلاق مشاهده شده است و توان تعریف شده انتقال خط انتقال آب از رودخانه گاماسیاب به سد بیستون مناسب می باشد.

کانال های مرکب مقاطع هیدرولیکی می باشند که از دو بخش اصلی، کانال اصلی و سیلابدشت تشکیل یافته اند. مقطع مرکب، مقطع هیدرولیکی بسیاری از رودخانه ها می باشد. بیشتر رود خانه های طبیعی یک منطقه سیل گیر دارند که به صورت جانبی به طرف خارج کانال اصلی، در یک شیب ملایم یا تخت گسترده می شود. وقتی سیل اتفاق می افتد جریان سریع در کانال اصلی به وسیله جریان آرام تر در سیلابدشت کند می شود که به موجب آن یک تغییر مومنتوم جانبی بزرگ به وجود می آید. مهمترین جنبه اختلاف کانال های مرکب با کانال های منظم معمولی در زمینه های کاربردی و طرح های مهندسی رودخانه، افت دبی و کاهش ظرفیت انتقال این مقاطع نسبت به مقاطع منظم می باشد. در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان عبوری از کانال مرکب با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 26/03/ 6 و مدل آشفتگی rsm، میدان جریان در مسیر مستقیم شبیه سازی عددی و با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی انجام شده توسط تومیناگا و نزو نتایج حاصل از حل عددی صحت سنجی شده است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی الگوی سه بعدی جریان از کانال مرکب می باشد. در ادامه، خصوصیات جریان مانند خطوط هم سرعت، توزیع تنش برشی، توزیع بردار های سرعت، روند تغییرات جریان ثانویه و تغییر پارامتر های هندسی و هیدرولیکی مانند طول و ارتفاع زبری در سیلابدشت کانال مرکب و عدد فرود بالا دست بر الگوی جریان مورد بررسی و تحلیل دقیق قرار گرفت. در آخر این تحقیق هم میدان جریان شوری در کانال مرکب شبیه سازی شد.

آبشکنها از مهمترین سازه هایی هستند که جهت حفاظت از دیواره رودخانه مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از اساسی ترین پیامدهای منفی احداث آبشکن ها، پدیده آبشستگی است که پایداری آنها را به خطر می اندزد. جهت مطالعه و تحلیل دقیق پدیده آبشستگی حول آبشکن، درک صحیح الگوی جریان مورد نیاز است. کاربرد مدل های عددی بدلیل کاهش اساسی در زمان و قیمت طراحی، توانایی مطالعه سیستم ها، تحت شرایط تصادفی و بالاتر از حدود معمول آنها و عملاً سطح جزئیات نتایج نامحدود آنها نسبت به مدل های فیزیکی در طراحی و شبیه سازی پدیده های هیدرولیکی بیشتر شده است. بعلت شرایط پیچیده حاکم بر مسیرهای مئاندری همراه با سازه های حفاظتی و هزینه بالایی که در تحلیل آزمایشگاهی آن نیازمند است، در این پژوهش با استفاده از مدل عددی flow-3d به آنالیز الگوی جریان حول آبشکن t شکل و اثر حضور سازه محافظ بر پارامترهای هیدرولیکی جریان پیرامون آبشکن اصلی پرداخته شده است. جهت صحت سنجی مدل عددی از داده های مدل فیزیکی در حالت حضور آبشکن منفرد t شکل استفاده گردید. نتایج نشان دهنده تطابق بسیار مطلوب بین داده های آزمایشگاهی و عددی می باشد. در پژوهش حاضر تمامی پارامترهای هیدرولیکی و الگوی جریان برای پنج مدل به ترتیب اثر طول سازه محافظ، زاویه دافع آبشکن اصلی، زاویه جاذب آبشکن اصلی، زاویه دافع سازه محافظ و زاویه جاذب سازه محافظ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش طول سازه محافظ، طول و عرض ناحیه جدایی جریان بترتیب 63/1 و 7/7 برابر نسبت به مدل اول افزایش می یابد. بررسی زاویه دافع آبشکن اصلی نشان داد که خطوط جریان با افزایش زاویه دافع آبشکن اصلی تمایل کمتری به سمت ساحل خارجی داشته و به میانه کانال جابجا می شوند طوریکه با افزایش زاویه دافع آبشکن اصلی به میزان 10 درجه طول و عرض ناحیه جداشدگی جریان بترتیب 45 و 6 درصد افزایش و در حالت 15 تا 30 درجه ابعاد این نواحی کاهش یافته است. پس از مطالعه تأثیرات زاویه دافع آبشکن اصلی اثر زاویه جاذب آبشکن اصلی نشان داد که ابعاد نواحی جداشدگی و برگشتی جریان بترتیب معادل 2/3 و 2/1 درصد نسبت به حالت آبشکن اصلی عمود بر ساحل خارجی کاهش می یابد. تحلیل نتایج حاصل از تأثیر سازه محافظ دافع نشان داد که با دافع شدن سازه محافظ محدوده تنش های برشی حداکثر نسبت به حالت آبشکن عمود بر ساحل خارجی به سمت دماغه سازه محافظ و ساحل خارجی نزدیک شده است طوریکه با افزایش زاویه دافع سازه محافظ طول و عرض ناحیه جداشدگی جریان بطور میانگین بترتیب 2/1 و 7/1 درصد نسبت به سازه محافظ عمود بر ساحل خارجی کاهش یافته است. در حالت سازه محافظ جاذب قدرت جریان ثانویه با افزایش زاویه سازه محافظ جاذب در محل آبشکن t شکل به میزان 5/18 درصد نسبت به حالت سازه محافظ عمود بر ساحل خارجی افزایش و در محل سازه محافظ به میزان 8/3 درصد کاهش یافته است.در این تحقیق تمامی پارامترهای هیدرولیکی از قبیل خطوط جریان، کانتورهای سرعت و تنش برشی تغییرات سطح آب برای هر مدل به تفصیل ارائه شده است.

جریانهای چگالی ناشی از شوری که در اثر اختلاف میزان مواد محلول در دو سیال به وجود می¬آیند، در محل ورود آب رودخانه¬ها به دریاها و دریاچه¬ها حائز اهمیت می¬باشند. به لحاظ اهمیت شبیه سازی عددی در مطالعه¬ی این نوع از جریانها، در این تحقیق به مدلسازی عددی این جریانبا استفاده از نرم افزار فلوئنت 6.3 پرداخته شده است. در این نرم افزار از معادلات ناویراستوکس متوسط¬گیری شده¬ی رینولدز به همراه یکی از مدل¬های آشفتگی استفاده میشود. مدل¬های آشفتگی که در این تحقیق برای مدلسازی جریان چگالی مورد مطالعه قرار گرفته¬اند شامل مدل¬های استاندارد،rng وrealizable می¬باشند. همچنین در کنار بررسی اثر مدل¬های آشفتگی، اثر توابع مختلف نزدیک جداره شامل توابع جداره¬ی استاندارد، نامتعادل و روش مدلسازی نزدیک جداره بر اساس رویکرد جداره¬ی اصلاح ¬شده بر مدلهای آشفتگی و در نتیجه بر شبیه-سازی جریان چگالی مورد بررسی قرار گرفتند. بر اساس نتایج بدست آمده مقدار تاثیر جدی بر نحوه¬ی شبیه¬سازی دارد. مقایسه¬ی بین نتایج بدست آمده از شبیه¬سازی عددی در تحقیق حاضر و نتایج آزمایشگاهی آزمایشات گربر(2008)، نشان داد که در شبیه¬سازی توزیع چگالی و سرعت، بهترین انطباق با مشاهدات آزمایشگاهی، مربوط به نتایج حاصل از مدل آشفتگی rng با استفاده از مدلسازی نزدیک جداره بر اساس رویکرد جداره¬ی اصلاح ¬شده می باشد.

با استفاده از فلوتردی جریان زیر بحرانی در شیب شکن قائم با تبدیل همگرا شبیه سازی عددی و جهت صحت سنجی جریان شبیه سازی شده، نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می شود. پس از تایید مدل شبیه سازی شده، اثر نسبت تنگ شدگی بر الگو و مشخصات جریان مورد بررسی قرا گرفته شده است. با کاهش نسبت تنگ شدگی محور چرخش جریان چرخشی که در ناحیه جریان برگشتی تشکیل شده از راستای قائم به راستای افقی تغییر می-یابد و مقدار افت نسبی هد انرژی افزایش می یابد. همچنین اثر عدد فرود بالا دست بر الگو و مشخصات جریان مورد بررسی قرا گرفت. نتایج نشانگر این بود که به ازای افزایش 33 درصدی عدد فرود در ورودی، متوسط سرعت طولی در عمق جریان در لبه شیب شکن 7 الی 8 درصد افزایش پیدا می کند. اثر ارتفاع شیب شکن قائم بر الگو و مشخصات جریان نیز مورد بررسی قرا گرفت که با افزایش ارتفاع شیب شکن، ضخامت جت ریزشی و همچنین ارتفاع آب بعد از جت ریزشی کاهش یافت.

پرتابکنندههای جامی شکل از جمله سازههای مستهلککننده جریان میباشند که اگر چه به تنهایی و به طور کامل یک سیستم مستهلککننده انرژی نیستند اما بخش اصلی از یک مجموعه مستهلککننده انرژی جریان به نام سیستم پرش اسکی را شامل میشوند. در تحقیق حاضر،میدان جریان سه بعدی عبوری از جام پرتابی مثلثی بااستاندارد استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 6/03/26 و و بهره گیری از روش mixture مدل آشفتگی استاندارد k ? ? شبیهسازی عددی شده و با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی، نتایج حاصل از مدل عددی صحتسنجی شده است.مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیهسازی الگوی سه بعدی جریان عبوری از روی جام پرتابی مثلثی میباشد.

کانال های مرکب، مقطع عرضی بسیاری از رودخانه ها خصوصاً دربازه های مجاور مناطق مسکونی و زراعی را تشکیل می دهد. بررسی رفتارهیدرولیکی آن ها، در طرح های کنترل سیلاب و ساماندهی رودخانه ها اهمیت فراوانی دارد. همگرایی در کانال مرکب باعث به وجود آمدن جریان غیریکنواخت شده و ساختار جریان پیچیده تر می شود. در این پایان نامه به منظور بررسی الگو و مشخصات جریان در کانال مرکب همگرا، شبیه-سازی عددیسه بعدی میدان جریان با استفاده از نرم افزار فلوئنت انجام شده است.

در این پایان نامه در آغاز به بررسی اثرات و تبعات برداشت بی رویه شن و ماسه از رودخانه ها و همچنین توصیه هایی جهت محل برداشت شن و ماسه پرداخته شده و سپس مطالعات و تحقیقات انجام شده در این زمینه در سه قسمت بررسیهای فیزیکی ، تحلیلی و عددی معرفی شده اند.