تحلیل جریان¬های غیر آرام درون بسترهای آبرفتی درشت دانه در مسائل مختلف مهندسی عمران، نفت و گاز و زمین شناسی کاربردهای متعددی دارد. در شرایطی که سرعت جریان عبوری از درون محیط درشت دانه از یک حد بحرانی تجاوز نماید؛ رابطه دارسی اعتبار نخواهد داشت و لازم است از روابط غیر دارسی (غیر خطی) استفاده شود. چنین جریان¬هایی به جریان¬های غیر دارسی موسوم اند که به دو گروه موازی و شعاعی تقسیم بندی شده و هر گروه نیز به صورت تحت فشار و سطح آزاد شکل می¬گیرد. روابط برای مطالعه جریان¬های غیر دارسی نیز به دو گروه نمایی و دوجمله¬ای تفکیک می¬شوند¬. استفاده از رابطه دو جمله¬ای در دامنه گسترده¬ای از تغییرات سرعت دقت بیشتری نسبت به رابطه نمایی دارد و اعتبار آن از طریق تحلیل ابعادی و معادلات ناویر_ استوکس مورد تایید می¬باشد. در پژوهش حاضر جهت بررسی تحلیل جریان های غیر خطی شعاعی با سطح آزاد از دو مدل آزمایشگاهی و با دو نوع مصالح درشت دانه با دانه¬¬بندی متفاوت که در دانشگاه بوعلی سینا همدان ساخته شده است استفاده گردید. نتایج نشان می¬دهد که اولا رفتار جریان کاملا غیر خطی است و ثانیا مقادیر سرعت در فواصل نزدیک به چاه بیشتر از فواصل دور بوده و به همین نسبت عدد رینولدز جریان نیز افزایش پیدا می¬کند. بازه تغییرات عدد رینولدز در کل داده¬ها بیشتر از عدد رینولدز بحرانی نظیر ابتدای ناحیه انتقالی و کمتر از مرز ناحیه کاملا آشفته می¬باشد. نتایج بر روی دو نوع مصالح نشان داد که برای بررسی جریان¬های شعاعی با سطح آزاد، استفاده از سرعت متوسط جریان برای هر بازه از شعاع¬های جریان نتایج قابل اطمینان و با دقت بیشتری ارایه می¬دهد. نتایج به دست آمده حاکی از افزایش قطر موثر حفرات ( d در رابطه نفوذ پذیری ذاتی مصالح) با افزایش قطر مصالح می¬باشد.

با توجه به محدودیت منابع آبی کشور، استفاده بهینه از آن ضروری است. لذا تقسیم آب و تحویل حجمی آن نیاز به سازه-های کنترل و اندازه¬گیری دقیق جریان دارد. دریچه¬های کشویی و قطاعی جزء مهم ترین سازه¬های کنترل¬کننده جریان هستند. پس تخمین جریان از زیر این دریچه¬ها حائز اهمیت بسیار خواهد بود و جهت استفاده بهینه از این سازه¬ها نیازمند تعیین دقیق ضریب دبی عبوری از آن ها هستیم. کالیبراسیون یا واسنجی یکی از اقدامات لازم جهت نیل به این مهم می¬باشد که آن را عملیات به دست آوردن روابط جریان برای سازه موردنظر به صورت دقیق و از طریق اندازه¬گیری تعریف می¬کنند. روش¬های تبرید تدریجی و جامعه مورچگان ازجمله روش¬های بهینه¬سازی عددی با ساختار تصادفی هوشمند هستند که امروزه استفاده از آن در حل مسائل پیچیده¬ی مهندسی با توجه به قابلیت¬ها و توانایی¬های آن رو به افزایش نهاده است. الگوریتم تبرید تدریجی از فرآیند طبیعی آنیلینگ و الگوریتم جامعه مورچگان از رفتار جستجوگرانه مورچگان به سمت غذا الهام گرفته شده اند. در این پژوهش از داده¬های آزمایشگاهی دریچه کشویی و قطاعی مستقر در فلومی به طول، عرض و ارتفاع 6/12، 6/0 و 65/0 متر و با محدوده دبی 01/0-09/0 مترمکعب بر ثانیه در حالت جریان آزاد و مستغرق استفاده شده و روابط مربوط به این دریچه¬ها در هر دو حالت جریان آزاد و مستغرق با استفاده از دو الگوریتم تبرید تدریجی و جامعه مورچگان، مورد کالیبراسیون قرارگرفته است. تابع هدف ارائه شده به الگوریتم¬ها مجموع مربع اختلافات دبی بوده که مورد کمینه¬سازی قرارگرفته و بهینه¬ترین ضرایب برای دریچه کشویی در حالت جریان آزاد و مستغرق به ترتیب 686/0 و 881/0 و برای دریچه قطاعی در حالت جریان آزاد و مستغرق به ترتیب 698/0 و 938/0 به دست آمد. درنهایت شاخص¬های آماری برای 70% داده¬ها که در کالیبراسیون استفاده شده بودند و 30% باقی مانده جهت اعتبار یابی، به صورت جداگانه محاسبه گردید. همچنین با استفاده از این شاخص¬ها دقت روابط مختلف نسبت به یکدیگر و نسبت به داده¬های واسنجی و اعتبار یابی مقایسه گردید. به طورکلی نتایج نشان داد که استفاده از این روش¬ها دارای دقت بسیار خوبی جهت کالیبراسیون می¬باشد و می¬توان آن¬ها را جایگزینی برای روش¬های پرهزینه و زمان بر میدانی قرار داد.

تحلیل جریان در محیط های متخلخل درشت دانه با توجه به کاربرد آن در رشته های مختلف مهندسی خصوصا مهندسی عمران ودر مسایلی همچون سدهای سنگریزه ای و زهکش در سدهای خاکی همچنین سفره های آبرفتی آبهای زیر زمینی و ...حائز اهمیت است.از آنجایی که جریان در این محیط (متخلخل درشت دانه ) از نوع غیر آرام می باشد ورابطه ی دارسی فقط در محدوده ی جریان های آرام دارای اعتبار است لذا ضروری است از روابط غیر خطی (غیر دارسی )استفاده شود .از آن جایی که روابط غیر خطی موجود (رابطه ی دو جمله ای ورابطه ی نمایی )اصولا" برای جریان های غیر همگرا (موازی ) توسعه پیدا کرده اند لذا این سوال که آیا این روابط قابل استفاده برای جریان های همگرا یا جریانهای شعاعی می باشد همواره مطرح بوده است .هرچند که تحقیقاتی برای جریان های همگرای تحت فشار انجام شده اما پژوهشی در خصوص جریان های همگرای با سطح آزاد صورت نگرفته است. بنابراین سوال اساسی در این پژوهش این است که آیا روابط پایه وا ساسی فرشهایمر (رابطه ی دو جمله ای ) ورابطه ی نمایی برای جریان های همگرا قابل استفاده می باشد یا خیر؟