معمولاً در طراحی سد انحرافی ابتدا مقداری را برای طول تاج سرریز سد در نظر گرفته و با توجه به آن و اطلاعات مورد نیاز برای پروژه، طراحی را انجام داده و هزینه احداث سد و تاسیسات وابسته را بدست می آورند، سپس مقادیر دیگری نیز در نظر گرفته و دوباره طراحی را انجام داده و هزینه ها را تعیین می کنند. این روش کاری بسیار زمان برو خارج از حوصله می باشد. در این پایان نامه با استفاده از بسته نرم افزاری ارائه شده می توان در کوتاهترین زمان ممکن طراحی را انجام داده و مقاطع بهینه را نیز بدست آورد. نرم افزار ارائه شده در این پایان نامه قادر است مجموعه محاسبات مورد نیاز جهت طراحی سدهای انحرافی را برای طولهای مختلف تاج سد و همچنین ارتفاع های متفاوت برای دیواره آب بند انجام داده، سپس بهترین گزینه که بر اساس آن هزینه ها مینیمم می شود را ارائه می دهد. این نرم افزار علاوه بر تعیین شکل هندسی سد و انجام محاسبات هیدرولیکی قادر است کنترل پایداری سد را نیز انجام داده وسپس مجموع هزینه های احداث سد و تاسیسات وابسته را تعیین می کند. تابع هدف در نظر گرفته شده در این بسته نرم افزاری تابع غیر خطی است که ارتباط مستقیم با عرض سد و ارتفاع دیواره آب بند بالا دست دارد. هدف ما نیز در این پایان نامه حداقل کردن مقدار این تابع می باشد.

امروزه؛ منابع آب و بهره برداری مناسب از این منبع باارزش حیات، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. توسعه ساخت وساز در مجاورت رودخانه ها و مناطق سیل گیر و ضرورت ایمن بودن آنها از یک سو، و نیاز روزافزون به دسترسی و بهره گیری از حجم مناسب منابع آب از سوی دیگر؛ احداث و مدیریت سدها را به یک ضرورت و الزام مبدل کرده است. دراین بین، با توجه به اهداف و کاربردهای چندگانه ی سدها؛ این سازه های عظیم هیدرولیکی؛ اتخاذ سازوکارهای مناسب برای بهره برداری از دریچه های سرریز و مخازن سدها از اهمیتی کلیدی برخوردار است. در این پایان نامه به منظور تامین اهداف مختلف؛کاهش خسارات ناشی از سیلاب، حفظ ایمنی سد، و توجه به ذخیره مناسب مخزن؛ سیاست های بهینه سازی عملکرد دریچه های سرریز مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور؛ در مطالعه ی موردی سد کارون 3، و به منظور پاسخ گویی بلادرنگ به وقوع سیلاب ها(بدون آگاهی از اندازه و شکل هیدروگراف ورودی)، با اتخاذ سیاست عملکرد پنج مرحله ای نقاط بحرانی و میزان رهاسازی ایمن محاسبه شده است. سپس با بهره گیری از منطق فازی، هیدروگراف خروجی هموار شده، و با کاهش تغییرات دبی خروجی، نتایج خروجی های سیاست پنج مرحله ای بهبود یافته است. در نهایت به منظور اعتبارسنجی نتایج و خروجی های حاصل از این روش ترکیبی، به کمک روش اکتشافیِ الگوریتم ژنتیک؛ نتایج این تحقیق مجدداً استخراج، و مبنای مقایسه قرار گرفته؛ که نتیجه ی این مقایسه تاییدکننده ی روش انتخاب شده است.

به طور کلی، توانایی شبیه سازی مناسب یک رودخانه بر اساس دانش مقدماتی نسبت این ضریب می باشد. اما معمولاً اطلاعات ما از خصوصیات رودخانه ی مورد مطالعه به منظور تخمین این ضریب کافی نمی باشد و همچنین بدست آوردن اطلاعات مورد نیاز در این زمینه نیز پرهزینه و زمانبر می باشد در فرآیند معمول مدل سازی یک رودخانه، ابتدا ضریب زبری آن به عنوان یک ضریب ثابت و معلوم به برنامه داده می شود و سپس برنامه اقدام به حل مدل می نمایند. هدف از حل مدل نیز بدست آوردن متغیر های مجهول مسئله که همان تراز سطح آب و دبی جریان(یا سرعت) در نقاط گرهی در طول رودخانه می باشد. در مسئله ی پیش روی، هدف ما تعیین ضرایب زبری مجهول در رودخانه می باشد. در این حالت به طور معکوس با داشتن مقادیر واقعی رقوم سطح آب و دبی جریان در نقاط شاهد به تعیین این ضرایب زبری در طول رودخانه اقدام می کنیم. در فرآیند بهینه یابی به منظور یافتن ضرایب مانینگ در رودخانه ، ابتدا الگوریتم ژنتیک مقادیر اولیه ای از ضریب زبری مانینگ به منظور تخمین آن تولید می کند. سپس این مقادیر تولید شده به عنوان ورودی به برنامه mike11داده می شود. برنامه mike11این مقادیر اولیه را به عنوان ضرایب مانینگِ محدوده ی مورد مطالعه اختصاص می دهد وسپس این مدل هیدرولیکی را با توجه به آن ضرایب حل می نماید. مقادیر متغیرهای رقوم سطح آب و دبی بدست آمده از حل mike11 مسلماً با مقادیر برداشت شده در نقاط شاهد متفاوت خواهد بود. لذا با نوشتن یک تابع که حاصل جمع مربع تفاضلات مقادیر رقوم سطح آب و دبی محاسبه شده در نقاط شاهد به مقادیر موجود(برداشت شده) در نقاط شاهد است، در هر بازه زمانی اقدام به مینیمم کردن این تابع می کنیم. روش مورد استفاده در بهینه کردن و رفتن به سمت مینیمم برای این تابع روش جدید الگوریتم تکاملی ژنتیک است که از جدید ترین و سریع ترین روشهای حل مسائل بهینه سازی غیرخطی است. حاصل بهینه کردن این تابع عبارت است از مقادیر ضرایب زبری بهینه در هر بازه ی اختصاص یافته در طول رودخانه مورد مطالعه می باشد.

شبکه های توزیع و خطوط انتقال آب به منظور تأمین آب مورد نیاز مصرف مردم در سطح شهرها، روستاها، مراکز صنعتی و غیره طرح و اجرا می شوند. در هر سیستم توزیع آب، تلفات به دو صورت فیزیکی و غیر فیزیکی و به علل مختلفی از جمله استهلاک اجزاء شبکه، خوردگی لوله ها، قطع اتصالات، ضربه، رانش ها و نشست های زمین و غیره به وقوع می پیوندد که این امر سبب هدر روی بخش عظیمی از سرمایه های ملی و مالی هر کشور در عصر بحران آب می گردد. اساسی ترین اقدام در راه کاهش میزان تلفات آب، شناسایی دقیق و به موقع علل و محل وقوع شکستگی ها و نشت ها در سیستم های توزیع آب می باشد. در این تحقیق به منظور ردیابی نشت در شبکه های توزیع آب ، روشی مبتنی بر مدل سازی هیدرولیکی و حل معکوس معادلات جریان، جهت پیش بینی محل و میزان نشت موجود در شبکه های توزیع آب با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی، با داشتن مقادیر اندازه گیری شده فشار در تعدادی از گره های شبکه، معرفی می گردد. لازم به ذکر است که در شناسایی لوله های مشکوک به نشت ، جریان آب بصورت ماندگار مدل می شود.

به دلیل پیچیده بودن اندرکنش جزرومد وسیلاب در رودخانه های جزرومدی ،نمونه برداری واندازه گیری غلظت بار معلق رسوبات در مقاطع جزرومدی این رودخانه ها بسیار مشکل است.جریان سیلاب مقدار زیادی شن و ماسه را بصورت بار معلق از حوضه آبریز رودخانه با خود حمل می کند در حالیکه موج مد مقدار فراوانی سیلت از دریا به سوی رودخانه حمل می کند ودر زمان جزر به دریا باز گردانده می شود.داده های اندازه گیری شده نشان می دهند غلظت رسوبات زمانی به حداکثر مقدار خود می رسد که جریان رودخانه سیلابی ودر پایین دست جریان جزر حاکم باشد،در این هنگام جریان رودخانه وجزر با هم همسو هستند. در این پایان نامه برای دستیابی به غلظت بار معلق مقاطع جزرومدی رودخانه کارون بعنوان جزرومدی ترین رودخانه ایران،تحت سیلاب ها وجزرومدهای همزمان ،از روش تئوری احتمال توامان وشبکه عصبی مصنوعی استفاده شده است.در این تحقیق از داده های مشاهداتی ایستگاه های دارخوین ،سلمانیه وسه شاخه خرمشهر برای آموزش ،ارزیابی وتست شبکه در دو حالت مختلف استفاده شده است.جهت آموزش شبکه عصبی ،روش لونبرگ مارکوارت بکارگرفته شده وبه منظور کاهش mse وافزایش ضریب کارآیی ،پارامتر های شبکه عصبی با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه شده اند.ورودی های شبکه در حالت اول فاصله از ایستگاه بالادست ،دوره بازگشت سیلاب ودوره بازگشت جزرومد ودر حالت دوم فاصله از ایستگاه بالادست،دبی سیلاب وارتفاع جزر در پایین دست معرفی شده اند وخروجی شبکه در هر دو حالت غلظت بار معلق رسوبات می باشد.با توجه به کمبود داده های مشاهداتی برای شرایط سیلابی وجزرومدی بحرانی از نتایج یک مدل عددی تعیین غلظت رسوب (کالیبره وارزیابی شده توسط داده های مشاهداتی)برای صحت سنجی نتایج شبکه عصبی مصنوعی استفاده شده است.این شرایط بحرانی با استفاده از روش تحلیلی تئوری احتمال توامان تعیین شده اند.پس از تعیین غلظت با استفاده از مدل عددی انتقال –پخش مذکور ،روابط رگراسیونی بین غلظت رسوب وپارامتر های فوق ،جهت سهولت استفاده از آن نتایج ،استخراج شده است. در نهایت با مقایسه روش های مختلف وآمار مشاهداتی در ایستگاههای جزرومدی ،ملاحظه شد روش شبکه عصبی بهینه شده توسط الگوریتم ژنتیک بهترین انطباق را با آمار مشاهداتی دارد وحتی نتایج شبکه عصبی دقیقتر از روش عددی می باشد.

در این کار تحقیقاتی، جهت کنترل سیل های با بزرگی های مختلف در سد هایی که سرریز آنها از نوع دریچه دار می باشد، یک روش پله ای با هدف پاسخگویی بلادرنگ به وقوع سیلاب هایی که از قبل هیچ گونه آگاهی از شکل و اندازه هیدروگراف ورودی آنها وجود ندارد، ارائه شده است. در این روش پله ای، تصمیم گیری در رابطه با اینکه در هر تراز بحرانی، چه مقدار دبی رها شود فقط بر اساس تراز آب مخزن صورت می گیرد. سیاست عملکردی روش مذکور بدین صورت است که این روش، روندیابی بهینه سیلاب طرح را، مبنای سیاست عملکردی خود قرار داده و دیگر سیلاب ها را بر اساس سیاست تعیین شده برای سیلاب مذکور، روندیابی می نماید. در روش پیشنهادی، میزان دبی خروجی در هر تراز بحرانی به جهت کنترل سیلاب، با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک محاسبه می گردد. به منظور نشان دادن عملکرد روش پیشنهادی، سیلاب های مختلف ورودی به مخزن سد کارون3، روندیابی شده اند. مقایسه نتایج حاصل از روش پله ای با دیگر روش های معمول، کارایی و صحت نتایج این روش را به خوبی نشان می دهد.

روندیابی سیل به عنوان یکی از مهم ترین مسائل، در بسیاری از طرح های مهندسی آب، در نظر گرفته می شود. روش های متداول روندیابی سیل، روش های هیدرولیکی و روش های هیدرولوژیکی هستند. روش های هیدرولیکی دارای دقت بالایی در مقایسه با روش های هیدرولوژیکی هستند. لیکن، روش های هیدرولیکی جهت تعیین اطلاعات مربوط به مقاطع رودخانه و شیب بستر در بازه های مختلف مسیر جریان، نیاز به انجام عملیات نقشه برداری مفصل دارند، که این امر مستلزم صرف وقت و هزینه زیادی می باشد. از طرف دیگر روش های هیدرولوژیکی مانند روش ماسکینگام بسیار ساده بوده و نیاز به اطلاعات به مراتب کمتری دارند و در طراحی سازه ها و کنترل سیل با اطمینان قابل قبولی به کار می روند. اما روش های هیدرولوژیکی قابلیت به کار گیری در سیستم رودخانه های پیچیده را ندارند. در این پایان نامه، روندیابی سیل روی رودخانه تک شاخه ای با استفاده از روش هیدرولوژیکی، مبتنی بر روش ماسکینگام خطی پیشنهاد می شود. سپس، به تحلیل معادلات روش ماسکینگام با استفاده از تکنیک تفاضل های محدود جهت حل معادلات دیفرانسیل معمولی پرداختیم. روش های تفاضل های محدود به کار برده شده، شامل روش صریح، ضمنی، کرانک-نیکلسون و رانگ-کوتا می باشد. همچنین جهت تعین پارامترهای مجهول در روش ماسکینگام، روی یک بازه معین از رودخانه، از تکنیک بهینه سازی غیرخطی استفاده شد. روش های بهینه سازی استفاده شده، الگوریتم ژنتیک و روش گرادیان کاهشی تعمیم یافته می باشد. در میان روش های پیشنهادی جهت حل معادلات روش ماسکینگام خطی، روش ضمنی از بیشترین دقت و روش صریح از کمترین میزان دقت برخوردار است.

یکی از مسائلی که در طراحی تأسیسات آبیاری و آبرسانی نقش مهمی دارد، کنترل رسوب می‏باشد. بی‏توجهی به رسوبات ورودی به آبگیرها موجب انتقال آنها به داخل تأسیسات شده و مشکلات زیادی را در نتیجه حمل رسوبات یا ته‏نشین شدن آنها در قسمت‏های مختلف به وجود می‏آورد. شرایط کیفی آب ورودی به تأسیسات آبیاری و شبکه‏های آبرسانی ایجاب می‏کند که مواد رسوبی کنترل شده و به حد مجاز کاهش یابد. این عمل با ساخت حوضچه‏های رسوب عملی می‏شود. هر چه حوضچه رسوب بزرگ‏تر ساخته شود عمل رسوب‏گیری بهتر انجام گرفته ولی هزینه ساخت آن بیشتر می‏شود. در ارتباط با تحلیل حوضچه‏های رسوب مدل‏های ریاضی مختلفی ارائه گردیده است. بیشتر این مدل‏ها، ارتباط بین راندمان حوضچه و متغیرها و پارامترهای موثر بر آن را به صورت ریاضی نشان می‏دهند. در این پژوهش، هدف ما بسط دادن یک مدل برنامه‏ریزی غیرخطی برای بهینه‏سازی طراحی حوضچه رسوب است. بنابراین متغیرهای تصمیم شامل مقیاس‏هایی از حوضچه رسوب شامل طول، عرض و ارتفاع می باشد. تابع هدف ما کمترین هزینه سالیانه کل که شامل مجموع هزینه‏ سالیانه زمین، هزینه سالیانه سرمایه و هزینه سالیانه بهره‏برداری و نگهداری است. الگوریتم ژنتیک نرم‏افزار matlabبه عنوان مدل بهینه‏ساز انتخاب شده است. بدست آوردن نتیجه موثر با اثبات عملی بودن و قابل اجرا بودن مدل است.

روندیابی سیل یکی از مهم ترین مسائل، در طرح های مهندسی آب می باشد. روش های متداول روندیابی سیل، روش های هیدرولیکی و روش های هیدرولوژیکی هستند. روش های هیدرولیکی در مقایسه با روش های هیدرولوژیکی دارای دقت بالایی هستند ولی استفاده از آن ها مستلزم صرف وقت و هزینه بالا می باشد. روش های هیدرولوژیکی بسیار ساده بوده و نیاز به اطلاعات به مراتب کمتری دارند. در این پایان نامه، هدف، ارائه راه حل مناسب برای روندیابی هیدرولوژیکی سیل در رودخانه های چند شاخه ای به شکل تقسیم یک شاخه به دو شاخه است. در ابتدا روندیابی ماسکینگام معکوس پیشنهادشده و مورد بررسی قرار گرفته است. این روش با استفاده از روش های تفاضل محدود صریح، ضمنی، کرانک نیکلسون و رانچ کوتا بر روی رودخانه های تک شاخه مورد بررسی قرارگرفته شد که در میان این روش ها، روش روندیابی ماسکینگام معکوس با حل ضمنی قادر به روندیابی معکوس با دقت کم بوده است. در ادامه، این روش بر روی رودخانه های چند شاخه ای بررسی شده و رد می شود. لذا روش ماسکینگام کونژ با ضرایب ثابت به عنوان روش دیگری ارائه و مورد بررسی قرارگرفته است و مشاهده شد که این روش از نتایج مطلوبی برخوردار است. در این تحقیق برای بهینه یابی از الگوریتم ژنتیک و گرادیان کاهشی تعمیم یافته و از نرم افزار mike11 برای تولید داده های مصنوعی به جای داده های واقعی و از ضریب همبستگی برای بررسی دقت روش ها استفاده شده است.

جریان غیرماندگار، جریانی است که خصوصیات آن (دبی، فشار و غیره) در هر نقطه با زمان تغییر کند. این جریان در خطوط لوله در اثر باز یا بسته شدن ناگهانی شیر یا توقف و راه اندازی سیستمهای پمپاژ به وجود می آید. در اثر این پدیده، یک موج فشاری در طول لوله منتشر می شود و به طور دوره ای سبب افزایش و کاهش فشار می گردد. چنانچه شدت نوسانات شدید باشد به وقوع ضربه قوچ منتهی می گردد. در این پژوهش بر آن شدیم تا طرح بهینه خط انتقال آب را با استفاده از نرم افزارهای موجود در زمینه شبیه سازی هیدرولیک جریان غیرماندگار و الگوریتم های بهینه سازی و لینک مناسب بین آن ها انجام دهیم. در این راستا، نرم افزار قدرتمند hammer برای شبیه سازی جریان ماندگار و ناماندگار و الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفت. به گونه ای که با رفت و برگشتی اتوماتیک بین این دو نرم افزار در نهایت به طرحی بهینه برای خط انتقال آب دست یافتیم. این مدل با حداقل کردن هزینه خط انتقال آب قادر به بهینه کردن اجزا خط لوله از جمله قطر و ضخامت لوله ها، حجم مخزن هوای تحت فشار و هد پمپاژ می باشد. در پایان نیز صحت نتایج این مدل بهینه ساز در مثال هایی مورد بررسی قرار گرفته است و مشاهده شد که نتایج به دست آمده از دقت خوبی برخوردار می باشند.

از زمان‏های گذشته تاکنون، مسئله‏‏ی آب و برآوردن نیازهای آبی در بخش کشاورزی و شرباساسی‏‏ترین دغدغه‏‏ی بشر بوده است.استفاده ازکانال برای انتقال آب یکی از روش‏های متداول است که در اکثر دنیا مورد استفاده قرارمی‏گیرد. یکی از مسائل مهم در مدیریت و بهره‏برداری از سیستم انتقال آب، مسئله نشت و راندمان انتقال کانال‏ها می‏باشد. در طراحی و ساخت کانال‏های انتقال آب باید سعی شود میزان نشت حداقل شود. نشت در کانال‏ها به‏‏ فرآیند خروج آب از کانال‏ها از طریق خلل و فرج مواد تشکیل دهنده ی بستر کانال و هم‏‏چنین از طریق ترک‏ها و درزها و شکستگی‏های پوشش کانال می‏باشد. یکی از عواملی که باعث تلفات در کانال می‏شود، مسئله‏‏ی نشت می‏با‏شد. تلفات از طریق نشت به هندسه‏‏ی کانال و عمق آب در کانال مربوط می‏شود. هدف از انجام این پایان‏نامه طراحی کانال انتقال به روش‏ عددی احجام محدود با مقطعی که قوسی از نیم‏دایره است، به نحوی که تلفات نشت حداقل شود. با توجه با این‏که هر چه قطر کوچک تر باشد عمق آب در کانال بیشتر، یعنی سرعت نشت بیشتر خواهد بود و همچنین محیط خیس شده کم خواهد بود، و با افزایش قطر، عمق آب در کانال کاهش خواهد یافت، یعنی سرعت نشت کاهش می‏یابد و محیط خیس شده افزایش می‏یابد. با توجه به مطالب فوق‏الذکر و این‏که دبی نشت متناسب با حاصل ضرب سرعت نشت در محیط خیس شده می‏باشد بنابراین باید قطری را انتخاب کرد که دبی نشت آن حداقل باشد. از نتایج به‏دست آمده این نتیجه گرفته می‏شود که با افزایش قطر، دبی نشت کاهش می‏یابد وبعد از رسیدن به قطری که حداقل نشت را دارد دبی نشت به مقدار جزئی افزایش می‏یابد.

یکی از مهمترین مراحلی که در مدل سازی مسائل آب های زیرزمینی بایستی انجام شود، کالیبراسیون مدل می باشد. با توجه به وقت گیر بودن فرآیند کالیبراسیون به صورت دستی، ارائه ی مدل های قابل اطمینان برای خودکار سازی این فرآیند بسیار قابل توجه می باشد. در این پایان نامه چگونگی استفاده از مدل های شبیه ساز-بهینه ساز جهت کالیبراسیون مدل ها با ارتباط خارجی میان دو قسمت، تشریح شده است. مدل شبیه ساز بر اساس روش المان محدود بوده و توانایی مدل کردن آبخوان های محصور و غیرمحصور را دارا می باشد. مدل بهینه ساز نیز از الگوریتم ژنتیک حقیقی برای کالیبره کردن پارامتر های مورد نظر استفاده می کند. طی فرآیند حل مسئله، مدل شبیه ساز با استفاده از پارامتر های حدس زده شده توسط الگوریتم ژنتیک، مقادیر ارتفاع هیدرولیکی در نقاط مشاهداتی را شبیه سازی کرده و این مقادیر برای محاسبه ی مقدار تابع هدف استفاده شده است. تابع هدفی که معیّار سنجش حل ها بوده، شامل تفاضل مربعات ارتفاع هیدرولیکی مشاهداتی و محاسباتی بوده است. در طی فرآیند کالیبراسیون سعی شده است مدل برای کالیبره کردن انواع مختلف پارامتر های ورودی مدل شامل، ضریب ذخیره، ضریب نفوذ پذیری، دبی چاه های برداشت و محل آن ها و همچنین شرایط مرزی آبخوان آزموده شود. با بررسی خطای نسبی بین مقادیر دقیق و مقادیر تخمین زده شده توسط مدل بهینه ساز ملاحظه می شود که مدل مذکور عملکرد مناسبی دارد و در اکثر مسائل جواب های قابل اعتمادی ارائه می دهد.

روند افزایشی خسارت های جانی و مالی ناشی از جاری شدن سیلاب، مهندسین را بر آن داشته است تا با اتکاء به ابزار مدرنی نظیر مدل های پیشرفته ریاضی، چاره ای نو جهت کنترل و مدیریت این پدیده بیأندیشند. امروزه مبارزه با سیل از طریق روش های مدیریت غیرسازه ای در حوزه های آبخیز و در مسیر رودخانه ها، مورد توجه فراوان قرار گرفته است که،ازجمله اقدامات مدیریتی که می تواند نقش به سزایی درکاهش خسارات ناشی ازوقوع سیلاب داشته باشد،پهنه بندی خطرسیل است.در مدل های ریاضی متفاوت، با قابلیت انجام محاسبات هیدرودینامیک، بدلیل استفاده از معادلات مختلف و فرضیات ساده کننده متفاوت ممکن است نتایج یکسانی حاصل نگردد.لذا، در این تحقیق به مقایسه نتایج پهنه سیل گیر حاصل از مدل یک بعدی، مدل دوبعدی و مدل یک بعدی-دوبعدی در بازه ای از رودخانه کارون پرداخته شد. به این صورت که تحلیل هیدرولیکی سیل با ورود داده های هندسی مسیر رودخانه، مقاطع عرضی، شرایط مرزی و داده های اولیه مدل ها انجام گرفت. نتیجه حاکی از این می باشد که مدل شبه دوبعدی مزایای هر دو مدل یک بعدی و دوبعدی را بصورت توام دارد. مدل یکبعدی متغیرهای هیدرولیکی را فقط در جهت طولی محاسبه کرده و توزیع عرضی را در نظر نمی گیرد لذا، از نظر دقت دارای محدودیت می باشد. مدل دوبعدی نیز اگرچه فیزیک و مکانیسم جریان را با دقت بیشتری شبیه سازی می کند اما به دلیل نیاز به اطلاعات دقیق مرزهای جریان و تراز اولیه و نیز حجم بالای حافظه کامپیوتر، نیاز به مهارت و زمان بالایی دارد. اما، مدل شبه دوبعدی به عنوان یک پل ارتباطی بین مدل های یک بعدی و دوبعدی، ضمن دارا بودن سادگی مدل های یک بعدی، پیچیدگی مدلهای دوبعدی را نیز ندارد.

مطالعه جریانهای دوفازی در محیط های متخلخل در زمینه هایی چون ردیابی آلاینده های امتزاج ناپذیر، مدلسازی مخازن هیدروکربنی و علوم هیدرولوژی بسیار حائز اهمیت می باشد. با پیشرفت صنعت رایانه، استفاده از روشهای عددی دارای بقاء محلی و با دقت بالا پیش بینی رفتار جریانهای دوفازی در محیط های متخلخل را بنحو مطلوبی میسر نموده اند. موضوع این رساله حل عددی جریانهای دوفازی تراکم ناپذیر، بر مبنای فرمولاسیون فشار ترکننده- درجه اشباع ترکننده و در نظر گرفتن شرط مرزی ترکیبی (رابین)، شرایط همدمایی و با استفاده از روش های پنالتی داخلی گالرکین ناپیوسته (obb، swip و nwip) می باشد. هدف اصلی این رساله، تعیین دقیق تر محل سطح تماس دو فاز سیالات امتزاج ناپذیر در محیطهای متخلخل، می باشد که غالیا به صورت یک جبهه نازک و کم عرض رخ می دهد. محوریت مسائل مطروحه در این مطالعه، کاربرد روش های توسعه یافته در استحصال ثانویه مخازن نفت می باشد. برای این منظور ابتدا معادلات حاکم در بعد مکانی با استفاده از روش گالرکین ناپیوسته گسسته سازی می گردند. سپس برای گسسته سازی زمانی معادلات از دو استراتژی مختلف تحت عنوان روش حل متوالی ضمنی (seq.s) و روش فشار ضمنی-اشباع صریح بهبود یافته (improved impes) با خاصیت tvd استفاده می شود. همچنین به منظور افزایش دقت نتایج مدلسازی، میدان سرعت حاصل با استفاده از پس فرایند نگاشت h(div)در فضای المان محدود ترکیبی راویارت-توماس بازسازی می شوند. در این پژوهش به منظور افزایش کارایی و دقت مدلسازی خصوصا در محیطهای ناهمگن، از نوع آوریهایی چون مقیاس نمودن ترمهای پنالتی و نیز کاربرد فرمولاسیون وزنی عملگر متوسط در محل تماس ناهمگنیها استفاده شده است. استفاده از چنین تکنیکهایی موجب کاهش ناپایداری در محیطهای ناهمگن می گردد. به منظور جلوگیری از نوسانات غیرفیزیکی نتایج، در پایان هر گام زمانی از محدود کننده شیب (گره- محور) غیر نوسانی چاونت- جافر اصلاح شده استفاده شده است که موجب تثبیت نتایج در محل سطح تماس مشترک دو فاز سیال می گردد. مدل ارائه شده با استفاده از مسائل شناخته شده شبه یک بعدی باکلی- لورت و مک ورتر صحت سنجی شده است. نمونه های عددی متعددی با استفاده از هر دو استراتژی برای محیط های همگن و ناهمگن ارائه شده است که هدف از آنان بیان توانایی مدل در تسخیر جبهه نازک در محل تماس فاز سیالات در محیط متخلخل می باشد.

در آنالیز دینامیکی سازه ها به منظور تعیین نیروها و جابجایی های ناشی از بارهای دینامیکی نظیر زلزله، معمول آن است که فرض می شود تمامی نقاط اتصال سازه با زمین، شتاب زلزله را به طور همزمان و یکنواخت دریافت می کنند. این چنین فرضی مستلزم پذیرفتن دو شرط است: الف) سرعت انتشار امواج زلزله بینهایت در نظر گرفته شود. ب) انتشار امواج زلزله در طول مسیر انتشار، به صورت یکنواخت و بدون تغییر در نظر گرفته شود. خطای در نظر گرفتن دو فرض یاد شده برای آنالیز سازه های کوچک و متوسط، محدود و قابل چشم پوشی می باشد. ولی برای سازه های بزرگ، دو فرض یاد شده می تواند خطاهای بزرگی در میزان جابجایی ها و تنش های محاسبه شده ایجاد نماید. در این پایان نامه، با معرفی تغییرات مکانی حرکات زمین لرزه و روش های مختلف محاسبه آن، شتاب نگاشت های غیر همزمان و غیر یکنواخت حرکت زمین در فواصل مختلف، با استفاده از یک روش احتمالاتی تولید شده اند. سپس از این شتاب نگاشت ها برای آنالیز دینامیکی سد های بتنی با منظور کردن انتشار غیر همزمان و غیر یکنواخت امواج زلزله استفاده شده است. بدین منظور سد وزنی رودبار و سد قوسی بختیاری به عنوان دو نمونه از سد های وزنی و قوسی مدل شدند و رفتار آن ها در سه حالت تحریک غیر همزمان و یکنواخت، تحریک همزمان و غیر یکنواخت و تحریک غیر همزمان و غیر یکنواخت بررسی شده و با نتایج تحلیل دینامیکی معمولی مقایسه شده اند. در این کار از روش عددی اجزای محدود و نرم افزار ansys استفاده شده است و آنالیز ها به صورت تاریخچه زمانی انجام شده اند .نتایج حاصله حاکی از آن است که دو فرض معمول، باعث کاهش تنش های بدست آمده از آنالیز دینامیکی گردیده و بنابراین در آنالیز سازه های با طول تکیه گاهی زیاد، بایستی به مساله انتشار غیر همزمان و غیر یکنواخت امواج زلزله توجه شود.

ضربه قوچ به عنوان یک پدیده هیدرولیکی ، در اثر هرگونه تغییر سرعت جریان وبه دنبال آن افزایش یا کاهش ناگهانی فشار در خط لوله پدید می آید. وقوع ناگهانی این پدیده یا در صورت عدم کنترل ،تکرار آن منجر به صدمات جبران ناپذیری به خط لوله خواهد شد .لذا در این تحقیق ، هدف تهیه مدل ریاضی جامعی برای بهینه سازی سیستم های انتقال پمپاژو ثقلی در محیط matlab می باشد ،به طوریکه که خط انتقال مدل شده توسط آن ، در اثر حوادث ناگهانی نظیرپدیده ضربه قوچ و خطرات ناشی از آن با ضریب اطمینان مناسبی مصون بماند.این مدل به روش خطوط مشخصه، یک سیستم خط لوله را در حالت ماندگار و غیر ماندگار با کلیه شرایط مرزی پیچیده، نظیر ایستگاههای پمپاژ،مخازن ذخیره،مخزن هوای تحت فشار و کلیه شیرهای کنترلی شبیه سازی نموده و مقادیر فشارپیزومتریک و دبی را در نقاط مختلف آن برای مدت زمان مشخص محاسبه می نماید. از طرفی جهت حفاظت خط لوله در زمان وقوع ضربه قوچ ،پیش بینی تجهیزات حفاظتی نظیر مخازن هوای تحت فشار ،شیر های کنترلی ،مخزن موج گیر و افزایش ممان اینرسی ایستگاه پمپاژ ضروری است.اما بدیهی است، گزینه مناسب در طرح خط لوله گزینه ای است که با حفظ اصول حاکم و استاندارد های بین المللی در طراحی خط لوله نظیر awwa ، ansi و غیره، کمترین هزینه را به خود اختصاص دهد.لذا در ادامه این تحقیق ،مدل مذکور به روش الگوریتم ژنتیک در محیط matlab با معرفی تابع هزینه خط لوله به عنوان تابع هدف و توابع جریمه ای که در زمان اجرای مدل به تناسب تخلف از استاندارد های طراحی و شرایط حدی سیستم، به مقدارتابع هدف اضافه خواهد شد،تجهیز گشته تا طراح بتواند با ارائه تجهیزات پیشنهادی متنوع برای خط لوله ، بهترین گزینه را با حفظ اصول هیدرولیکی وحداقل هزینه انتخاب کند و همچنین در صورت نیاز به تجهیزات کنترلی ضربه قوچ در هر گزینه، مشخصات مربوط به آنها را با دقت بسیار بالایی تعیین و جهت طراحی و ساخت ارائه نماید.

روندیابی سیل بعنوان یکی از مهمترین نکات ، در بسیاری از طرحهای مهندسی آب ، در نظر گرفته می شود. روشهای متداول روندیابی سیل مخصوصا در رودخانه های شاخه ای و رودخانه های با حوضه میانی فاقد آمار، روشهای هیدرولیکی می باشند، این موضوع به دلیل دقت بالای این روشها در مقایسه با روشهای هیدرولوژیکی است . لیکن، روشهای هیدرولیکی جهت تعیین اطلاعات مربوط به مقاطع رودخانه و شیب بستر در بازه های مختلف مسیر جریان، نیاز به انجام عملیات نقشه برداری مفصل دارند، که این امر مستلزم صرف وقت و هزینه زیادی میباشد. از طرف دیگر، روشهای هیدرولوژیکی مانند روش ماسکینگام بسیار ساده بوده و نیاز به اطلاعات به مراتب کمتری دارند. ولیکن روشهای هیدرولوژیکی قابلیت بکارگیری در سیستم رودخانه ای پیچیده را ندارند. در این پایان نامه، روش هیدرولوژیکی، مبتنی بر روش ماسکینگام پیشنهاد شده است که در آن از تکنیک بهینه سازی غیرخطی جهت تعیین پارامترهای مجهول استفاده گردیده است . براساس مدل ریاضی پیشنهادی، برنامه کامپیوتری تهیه شده است که قادر به انجام محاسبات روندیابی سیل به دقت بالا برای سیستم رودخانه های پیچیده و بدون اطلاعات کامل آبسنجی در حالتهای زیر می باشد: 1) رودخانه چند شاخه ای 2) رودخانه های شاخه ای با حوضه میانی فاقد آمار