آبشستگی، پدیده ای است که بر اثر اندرکنش آب و خاک در رودخانه ها، مسیل ها و پایین دست سازه های هیدرولیکی رخ می دهد. این پدیده ممکن است پایداری سازه هایی را که در مجاورت جریان آب قرار دارند را تهدید کرده و حتی موجب تخریب آن ها شود. در مهندسی رودخانه، برای حفاظت سازه ها در مقابل آبشستگی، از تمهیداتی قبیل کف بند، سنگچین و یا ترکیبی از آن ها (محافظ مرکب) در پایین دست سازه ها استفاده می شود. اگرچه آبشستگی ناشی از جت افقی مستغرق خروجی از دریچه های کنترلی موضوع تحقیق بسیاری از محققیق قرار گرفته است، ولی نتایج و روابط ارائه شده توسط آنان در محدوده خاصی قابل کاربرد می باشد. بنابراین مطالعه بر روی پارامترهای این پدیده و برآورد ابعاد حفره آبشستگی و تاثیر تمهیدات حفاظتی بر آن همچنان ضروری می باشد. در این تحقیق، تاثیر پارامترهای موثر بر پدیده آبشستگی مانند زمان، سرعت جت خروجی از زیر دریچه، عمق پایاب و طول محافظ بستر مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های این تحقیق در آزمایشگاه هیدرولیک مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری کشور در فلومی به طول 8 متر انجام شدند. با استفاده از آنالیز ابعادی آزمایش ها دسته بندی و به 4 گروه تقسیم بندی شدند. در آزمایش های دسته اول، تاثیر پارامترهای موثر بر پدیده آبشستگی در شرایط هیدرولیکی مختلف در حالت بستر حفاظت نشده بررسی شد. در شرایط هیدرولیکی مشابه با دسته اول، تاثیر طول های مختلف کف بند، سنگچین و محافظ مرکب بر آبشستگی، به ترتیب در دسته های دوم سوم و چهارم مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده از این تحقیق، قسمت عمده آبشستگی در 5 دقیقه ابتدای آبشستگی رخ می دهد، سپس روند آبشستگی به طور قابل ملاحظه ای کاهش پیدا می کند. همچنین افزایش سرعت جت (کاهش بازشدگی دریچه) منجر به افزایش ابعاد حفره آبشستگی می شود. به علاوه افزایش عمق پایاب تا حد معینی منجر به تغییرات ابعاد پروفیل طولی آبشستگی می گردد. نتایج تحقیق حاضر موْید این است که افزایش طول روش های مختلف حفاظت بستر، به طور قابل ملاحظه ای ابعاد پروفیل طولی آبشستگی را کاهش می دهد. اگر طراحی سنگچین به درستی انجام شود، در مقایسه با دیگر روش ها بیشتر می تواند باعث کاهش آبشستگی شود. در این تحقیق، سازه های هیدرولیکی براساس اهمیتشان به 3 دسته با اهمیت متوسط، زیاد و بسیار زیاد تقسیم-بندی شدند و برای محافظت از بستر پایین دست آن ها با استفاده از روش های مختلف طول هایی پیشنهاد شد. با استفاده از روش حداقل مربعات روابط تجربی مناسبی برای برآورد ابعاد اصلی پروفیل طولی آبشستگی پیشنهاد شد. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با داده های اندازه گیری شده و روابط پیشنهادی دیگر محققین نشان دادند که از دقت نسبتا مناسبی برخوردار می باشند.

در تحقیق حاضر به بررسی دو دسته از متغیرهای آب رودخانه اعم از متغیرهای فیزیکو شیمیایی و هیدرولیکی، مدلسازی ، بررسی تلفیقی آنها و همچنین ارزیابی کیفیت آب رودخانه ی کرج پرداخته شده است. نتایج حاصل از پژوهش حاضر می تواند در مدیریت بهینه و هر چه بهتر کیفیت آب به منظور پیش بینی وضعیت کیفی آب رودخانه راه گشا باشد. در این پایان نامه از مدل qual2kw به منظور مدلسازی کیفیت آب روخانه استفاده شد. متغیرهای کیفی انتخاب شده برای شبیه سازی کیفی، بر اساس آمار در دسترس عبارتند از : conductivity, do, bod, no3, alk, ph, tds . شبیه سازی برای مرداد 1386در کل رودخانه و برای اردیبهشت ماه 1386در پایین دست رودخانه انجام گرفت.از طرفی ارزیابی کیفی آب رودخانه در هردو بازه توسط شاخص wqi انجام شد. برای محاسبه ی اطلاعات هیدرولیکی مورد نیاز از مدل hec-ras استفاده شد و عدد فرود به عنوان پارامتر هیدرولیکی، در مقاطع مورد نظر به کار گرفته شد. زمان شبیه سازی نیز در ماه ها و سال مشابه در مدل کیفی انتخاب شد. صحت سنجی و واسنجی دو مدل در زمان های ذکر شده با مقادیر مشاهده ای مد نظر قرار گرفت . در آخر در مقاطع موجود، پارامترهای کیفی و هیدرولیکی از مدل ها استخراج گردید و همبستگی آن ها بررسی شد. مطالعه ی موردی در این تحقیق رودخانه کرج است که تامین کننده ی آب سد کرج می باشد. سد کرج نیز به نوبه-ی خود بخش اعظمی از آب شرب استان تهران را تامین می کند. در تحقیق حاضر، بازه بالادست سد کرج از ایستگاه ولایترود- گچسر تا نزدیکی دریاچه سد یعنی ایستگاه پل خواب- نشترود مطالعه شده که طول این بازه حدود 35 کیلومتر و شیب متوسط آن 1.62% است . همچنین بازه ی پایین دست سد کرج از خروجی سد تا ورودی آبگیر بیلقان مورد مطالعه قرار گرفت. طول بازه ی پایین دست حدود 20 کیلومتر و شیب متوسط آن 1% است. بر اساس نتایج به دست آمده از بررسی تلفیقی می توان فهمید که پارامتر do بیشترین وابستگی را با پارامتر هیدرولیکی عدد فرود دارد. وجود وابستگی پارامترهای دیگر کیفی نیز مشاهده شد. لازم به ذکر است که پارامترهای رودخانه در شرایط پرآب تر وابستگی بیشتری با یکدیگر دارند و نتایج بهتری را حاصل می شوند. در بررسی کیفیت آب رودخانه کرج در دو فصل پاییز و تابستان می توان فهمید که در فصل پاییز عمدتاَ رودخانه دارای کیفیت بهتر است و همچنین در بالادست به طور کلی کیفیت آب رودخانه بهتر از پایین دست است.

سرریزهای جانبی از انواع سازه های هیدرولیکی هستند که با هدف انشعاب و تنظیم جریان مورد استفاده قرار می گیرند. به منظور طراحی سرریزهای جانبی، مقدار ضریب دبی آن ها باید تعیین گردد. بنابراین تعیین مقدار ضریب دبی هدف بسیاری از مطالعات آزمایشگاهی بوده است. با توجه به مزایای سرریزهای جانبی، تحقیقات بسیاری در زمینه جریان های زیر بحرانی و فوق بحرانی انجام شده، اما به حالت جریان انتقالی از فوق بحرانی به زیربحرانی (پرش هیدرولیکی) کمتر پرداخته شده است. مطالعات محدودی نیز که در این زمینه انجام شده، دارای ساده سازی و همچنین فاقد داده های آزمایشگاهی بوده است. در این تحقیق با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود و تحلیل و بررسی آن ها، روابطی برای تعیین ضریب دبی در جریان های فوق بحرانی، زیر بحرانی و همراه با پرش هیدرولیکی ارائه گردیده است. به منظور صحت سنجی روابط پیشنهادی، از داده های آزمایشگاهی دیگر محققین استفاده گردید. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که روابط ارائه شده از دقت خوبی برخوردار است. سپس به منظور بررسی پروفیل جریان در مجاورت سرریز جانبی، مدل کامپیوتری برای محاسبه و تحلیل پروفیل جریان در امتداد سرریزهای جانبی تهیه گردیده است. مدل مذکور قادر است که پروفیل جریان همراه با پرش هیدرولیکی را ترسیم نموده و محل شروع پرش هیدرولیکی را مشخص نماید. سپس با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود که در حالت پرش هیدرولیکی در مجاورت سرریزهای جانبی در شرایط هیدرولیکی و هندسی مختلف انجام شده بودند، مدل مذکور مورد ارزیابی قرار گرفت. مقایسه نتایج مدل کامپیوتری تهیه شده و داده های آزمایشگاهی نشان داد که مدل تهیه شده می تواند با دقت خوبی پروفیل جریان پیچیده پرش هیدرولیکی بر روی سرریز جانبی را برآورد کرده و محل پرش هیدرولیکی را مشخص نماید. در ادامه تحقیق، با استفاده از داده های آزمایشگاهی روابطی برای تعیین طول و عمق ثانویه پرش هیدرولیکی در مجاورت سرریز جانبی ارائه شده است. همچنین پرش هیدرولیکی در کانال ها و سرریزهای جانبی با یکدیگر مقایسه گردید و نشان داده شد که طول پرش و عمق ثانویه آن در سرریزهای جانبی کمتر از مقادیر مشابه در پرش داخل کانال می باشد.

جریان آب و هوا در مهندسی عمران با اهداف تحقیقاتی و کاربردی متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته اند. پدیده هواگیری از طریق سطح آب در سرریزهای تندآب دارای اهمیت است زیرا میزان هوای موجود در آب می تواند در کنترل پدیده کاویتاسیون در این سریزها موثر باشد. هواگیری سطحی در جریان آب از محلی آغاز می شود که لایه مرزی آشفته به سطح آب رسیده و در واقع انرژی جنبشی آشفتگی در واحد زمان به نیروی کشش سطحی آب غلبه کند. در کنار مطالعات آزمایشگاهی، استفاده از مدلهای عددی که قادر به تعیین خصوصیات جریان باشند می تواند بسیار کارا و مفید باشد. در سالیان اخیر به دلیل پیشرفت روشهای عددی در کنار پیشرفت قدرت محاسباتی کامپیوترها، موجب پیشرفتهای زیادی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی شده است که این امر سبب پیدایش مدلهای عددی زیادی گشته که علاوه بر انعطاف پذیری بیشتر، از مدلهای آزمایشگاهی نیز کم هزینه تر می باشند. در این مطالعه، پدیده هواگیری سطحی بر روی سرریز تندآب بصورت عددی و با استفاده از نرم افزار flow-3d مورد بررسی قرار گرفته است. پس از بررسی توانایی مدل در زمینه شبیه سازی پدیده هواگیری سطحی،کالیبراسیون مدل با استفاده از داده های پروتوتیپ سرریز آویمور انجام شد. مقایسه نتایج مدل عددی با داده های اندازه گیری شده در طول تندآب بیانگر نتایج رضایت بخشی در زمینه توزیع غلظت هوا و میانگین غلظت هوا بوده است. سپس جهت بررسی عوامل موثر بر پدیده هواگیری سطحی و بررسی صحت روابط تجربی موجود در این زمینه شبیه سازی های متعددی برای شرایط مختلف هندسی و هیدرولیکی انجام شد و پس از تحلیل داده های بدست آمده، تأثیر کمی و کیفی پارامترهای مذکور به هواگیری سطحی تعیین شد و روابط جدیدی نیز ارائه گردید. با توجه به گستردگی تغییرات پارامترهای هندسی و هیدرولیکی ، روابط ارائه شده برای طراحی اولیه سرریزهای تندآب مناسب به نظر می رسند.

رشد شتابان شهرنشینی و افزایش میزان مهاجرت به شهرها ، مسئله اسکان غیر رسمی در حاشیه شهرهای بزرگ جهان را پدید آورده است. بعلت ماهیت برنامه ریزی نشده این نوع سکونتگاه ها، غالباً تاسیسات زیر بنایی دراین نواحی به طور متناسب توسعه نیافته است. به منظور اجتناب از عواقب اجتماعی، بهداشتی و محیط زیستی، ارائه خدمات آب و فاضلاب به حاشیه شهرها که عمدتا اقشار کم درآمد در آنجا سکونت دارند، از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد. اخیرا به این موضوع درسطح جهانی توجه ویژه ای شده و تحقیقات وسیعی درباره آن آغاز شده است. در ایران نیز با توجه به رشدفزاینده حاشیه نشینی، نیاز به پژوهش در این باره بیشتر احساس می شود. در این پایان نامه ارائه خدمات دفع فاضلاب به اقشار کم درآمد ساکن در حاشیه شهر مشهد بررسی شده است. به این منظور، سه محورتحقیقاتی (اجتماعی- اقتصادی، فنی- مهندسی و محیط زیستی) تعریف شد که در آنها به مشکلات ارائه خدمات دفع فاضلاب به مناطق حاشیه نشین و راهکارهای بهبود وضع موجود پرداخته شده است. در این پژوهش از روش میدانی-تحلیلی استفاده شد. بعد از مطالعات کتابخانه ای، مصاحبه ساختار یافته ای با مدیران شرکت های آب و فاضلاب شهرهای بزرگ کشور درباره بررسی وضعیت خدمات فاضلاب مناطق حاشیه نشین این شهرها انجام شد و بر اساس آن مشهد بعنوان شهر مورد مطالعه انتخاب گردید. پس از بررسی اجمالی مناطق حاشیه نشین این شهر، محله طبرسی56 که مشکلات بیشتری در خصوص دفع فاضلاب داشت به عنوان محدوده مورد مطالعه برای تحقیقات میدانی در نظرگرفته شد. پیرو شناسایی و جمع آوری اطلاعات اولیه، مصاحبه ساختاریافته ای مبتنی بر پرسش نامه با 100 خانواده (5% ازساکنین این محله) انجام شدکه وضعیت موجود و مشکلات ارائه خدمات فاضلاب درآنجا را نشان می دهد. پیرو تحلیل وضعیت موجود از جنبه های مختلف، ازروش تحلیل سلسله مراتبی (ahp) برای مقایسه گزینه های بهبود وضعیت استفاده شد. نتایج نشان داد که عدم وجود سیستم دفع فاضلاب باعث مشکلات محیط زیستی و بهداشتی فراوانی در مناطق حاشیه نشین شده است. لذا چنین وضعیتی در دراز مدت نمی تواند پایدار باشد و ادامه آن معضلات بیشتری را در پی خواهد داشت. همچنین مهمترین موانع فنی برای احداث شبکه جمع آوری فاضلاب ، بافت شهری نامناسب و پراکندگی جمعیت در این مناطق می باشد. نتایج حاصل از ahp نشان داد که بهترین گزینه برای بهبود وضعیت موجود، اجرای شبکه جمع آوری و احداث تصفیه خانه های محلی در این نواحی می باشد. این تحقیق منجر به ارائه رویکردی جامع با در نظرگرفتن دیدگاه های مختلف گردیدکه قابلیت کاربرد در سایر مناطق کشور را نیز دارد.

آبشستگی موضعی بر اثر اندرکنش جریان آب و خاک در اطراف سازه هیدرولیکی و در بستر آبراهه فرسایشپذیر پایین دست آن رخ می دهد .برای حفاظت سازه آبی و بستر آبراهه در مقابل خسارت آبشستگی، از تمهیداتی نظیر احداث کفبند در پاییندست سازه استفاده میشود. اگرچه تاکنون آبشستگی ناشی از جت افقی مستغرق خروجی از زیر دریچه به صورت آزمایشگاهی به کرات بررسی شده ، ولی تحقیقات درباره این پدیده با استفاده از روشهای عددی بسیار محدود میباشد. در این تحقیق با استفاده از بسته نرم افزاری flow-3d تاثیر پارامترهای موثر بر پدیده آبشستگی مانند زمان، سرعت جت خروجی از زیر دریچه، عمق پایاب و طول محافظ بستر (کفبند ) مورد بررسی قرار گرفت . مقایسه نتایج این تحقیق با نتایج مطالعات قبلی آزمایشگاهی نشان میدهد که این نرمافزار با دقت نسبتا مناسبی قادر به تخمین ابعاد چاله آبشستگی است . بر اساس این نتایج، قسمت اعظم آبشستگی در دقایق آغازین این فرایند رخ داده و سپس از نرخ آبشستگی کاسته می گردد . همچنین افزایش سرعت جت سبب افزایش ابعاد چاله آبشستگی به صورت تصاعدی میشود. برآورد این ابعاد (به جز شیب وجه پاییندست) توسط مدل عددی با نتایج مدل آزمایشگاهی همخوانی مناسبی دارد. همچنین مشخص گردید که نرمافزار فاصله افقی عمیقترین نقطه چاله آبشستگی از دریچه را با دقت بیشتری نسبت به عمق این نقطه تخمین میزند. علاوه بر اینها نتایج نشان داد که با افزایش طول کفبند، ابعاد پروفیل آبشستگی بطور قابل ملاحظهای کاهش مییابد .در انتها، با استفاده از روش حداقل مربعات روابط مناسبی برای برآورد ابعاد اصلی چاله آبشستگی پیشنهاد گردید که می تواند در طراحی کاربردداشته باشد. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با روابط محققین قبلی (در دو حالت بستر طبیعی و بستر حفاظتشده به وسیله کفبند) نشان داد که روابط به دست آمده با روابط قبلی همخوانی دارند.

سرریز جانبی و کانال انشعابی از انواع سازه های هیدرولیکی هستند که با اهداف مختلف در سیستم های انتقال آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند. اکثر مطالعات قبلی در این نوع جریان در حالت زیربحرانی و براساس نظریه دی- مارچی و فرض ناچیز بودن افت انرژی انجام شده و مطالعات در مورد جزئیات افت انرژی و تفکیک آن به افت انشعابی و اصطکاکی محدود می باشد. هم چنین به دلیل ویژگی های پیچیده هیدرولیکی این نوع جریان و تعداد زیاد پارامترهای موثر، روش های بررسی موجود اغلب برپایه داده های تجربی بوده است. تحقیق حاضر مبتنی بر ارائه رابطه تحلیلی برای تعیین پروفیل سطح در جریان گسسته مکانی با درنظر گرفتن افت ناشی از انشعاب جریان با استفاده از رابطه انرژی می باشد. با توجه به وجود افت انرژی قابل توجه در جریان فوق بحرانی، روابطی تجربی و هم چنین تحلیلی برای محاسبه افت ناشی از انشعاب جریان ارائه شده است و با فرض ثابت بودن سرعت در طول سرریز جانبی، از معادله دیفرانسیل حاکم بر جریان انتگرال گیری و پروفیل سطح آب به صورت یک رابطه صریح محاسبه شد. در جریان زیربحرانی نیز با صرف نظر از افت انشعابی و با فرض توزیع خطی سرعت در طول سرریز جانبی و کانال انشعابی، با انتگرال گیری از معادله انرژی، یک رابطه صریح برای پروفیل جریان بدست آمد. برای بررسی صحت روابط بدست آمده تحلیلی، از مجموعه داده های متفاوت آزمایشگاهی موجود استفاده شد. نتایج این تحقیق می تواند به شناخت بهتر مکانیزم افت ناشی از انشعاب در جریان گسسته مکانی و طراحی سازه های مربوطه کمک نماید.

با توجه به هزینه های گزاف ساخت و بهره برداری از سیستم تصفیه فاضلاب، ضرورت بهینه سازی اقتصادی در این زمینه حس می شود. یکی از مهم ترین پارامترهایی که می تواند باعث کاهش هزینه های انتقال فاضلاب به تصفیه خانه و استفاده مجدد از آن شود، مکانیابی تصفیه خانه است. بنابراین تعیین موقعیت بهینه ساخت تصفیه خانه با در نظر گرفتن استفاده مجدد از پساب، از چالش های نوین طراحی سیستم های فاضلاب شهری می باشد. در سال های اخیر در سطح جهانی به این موضوع توجه ویژه ای شده و تحقیقات وسیعی درباره آن انجام شده است. در این تحقیق مکانیابی بهینه تصفیه خانه برای محدوده میانی شهر مشهد (محدوده تحت پوشش تصفیه خانه خین عرب)، انجام شد. در این پژوهش فرض شد پساب در اراضی کشاورزی اطراف رودخانه کشف رود که در دو بخش شرق و غرب محدوده مورد مطالعه قرار دارند، استفاده شود. به منظور انتقال بخشی از پساب به اراضی شرق، می توان از مسیر رودخانه استفاده نموده و مابقی آن از طریق خط لوله مستقیم به این اراضی انتقال یابد. حال آنکه پساب مورد نیاز اراضی غرب فقط با یک خط لوله انتقال اختصاص یابد. روش تحلیل اقتصادی استفاده شده در این تحقیق، روش ارزش فعلی سود خالص می باشد. در تعیین تابع هدف هزینه های ساخت، بهره-برداری و نگهداری از تصفیه خانه و شبکه جمع آوری فاضلاب، ایستگاه های پمپاژ و خطوط انتقال فاضلاب و پساب در نظر گرفته شدند. در مقابل، فروش پساب به اراضی کشاورزی، سود حاصل از ارائه خدمات فاضلاب شهری به مشترکین، کاهش هزینه های درمان بیماری ها، عدم نیاز به حفر و تخلیه چاه های جذبی و سود حاصل از فروش کود بدست آمده از فرآیند تصفیه فاضلاب به عنوان منافع طرح در نظر گرفته شد. به منظور تعیین مکان بهینه تصفیه خانه فاضلاب، دو مدل بهینه سازی توسعه یافت که از الگوریتم ژنتیک برای حل آنها استفاده شد. در مدل بهینه سازی سیستم انتقال پساب، قطر بهینه خطوط انتقال به اراضی کشاورزی در شرق محدوده مورد مطالعه، بدست آمد. نتایج این مدل به عنوان ورودی به مدل مکانیابی بهینه تصفیه خانه فاضلاب معرفی شد که موقعیت تصفیه خانه را با اختصاص بهینه پساب به اراضی کشاورزی شرق و غرب تعیین می نماید. رویکرد بهینه سازی در مدل اول حداقل سازی هزینه ها و در مدل دوم حداکثر سازی سود خالص بود. قطر بهینه خطوط انتقال پساب به اراضی کشاورزی شرق در 30 نقطه مستعد ساخت تصفیه خانه، با در نظر گرفتن هزینه های دوره طرح توسط مدل بهینه سازی اول محاسبه شد. نتایج نشان داد که در تحقیق حاضر با تغییر مکان تصفیه خانه، قطر بهینه خطوط انتقال تغییر چندانی نمی کند. در این تحقیق سه سناریو مختلف ساخت مرحله ای تصفیه خانه و شبکه جمع آوری فاضلاب در نظر گرفته شد. مدل بهینه سازی مکانیابی تصفیه خانه، سناریوی ساخت در سه مرحله را به عنوان بهترین سناریو برآورد نمود. مدل در 25 سال دوره طرح، مقدار اختصاص پساب به اراضی کشاورزی شرق و غرب محدوده مورد مطالعه را پیدا نمود و بر این اساس از بین 30 نقطه ای که به مدل معرفی شده بود، نقطه شماره 14 به عنوان بهترین مکان به منظور ساخت تصفیه خانه تعیین شد. نتایج نشان می دهد بیشترین هزینه مربوط به بهره برداری از ایستگاه های پمپاژ و بیشترین سود از فروش پساب حاصل شده است.

آبشستگی پدیده ای است که در بعضی مواقع به تخریب سازه های هیدرولیکی منجر شده و پیامدهای جبران ناپذیری را به همراه دارد. برای حفاظت این سازه ها و بستر در مقابل آبشستگی موضعی، از تمهیداتی نظیر ایجاد کف بند در پاییندست آن استفاده می شود. تاکنون تحقیقات بسیاری برای بررسی فرآیند آبشستگی موضعی انجام شده که در آنها اغلب محققین به منظور سهولت، آزمایشهای خود را بر بستر متشکل از رسوبات غیر چسبنده متمرکز کرده اند. حال آنکه بستر رودخانه ها در شرایط طبیعی، حاوی ترکیبی از رسوبات چسبنده و غیرچسبنده بوده و دارای طیف وسیعی از ذرات با اندازه های مختلف هستند. همچنین میزان رس در رودخانه های شاخه ای و مصب ها قابل ملاحظه می باشد. تحقیقات معدود قبلی نشان داده است در شرایطی که بستر متشکل از ذرات ریزدانه چسبنده باشد، کاربرد معیارهای مبتنی بر ذرات دانه ای ابعاد حفره آبشستگی موضعی را بیش از واقعیت برآورد نموده و هزینه های بیش از اندازه به طرح تحمیل می کند. در این تحقیق، آبشستگی موضعی ناشی از جت افقی مستغرق خروجی از دریچه کشویی قائم در شرایط وجود مصالح چسبنده (رس بنتونیت) در بستر فرسایش پذیر به صورت آزمایشگاهی مطالعه شد. در ابتدا پارامترهای اصلی موثر بر این پدیده شناسایی گردیده و مجموعاً 156 آزمایش در شرایط هیدرولیکی یکسان و در قالب 3 دسته در یک فلوم مستطیلی در آزمایشگاه پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، انجام گردید. دسته اول شامل (12 آزمایش) در بستر متشکل از مصالح غیرچسبنده (ماسه استاندارد) به عنوان آزمایشهای شاهد انجام شد تا بعنوان مبنایی برای مقایسه اثر اضافه نمودن مصالح چسبنده به مصالح غیرچسبنده پایه، استفاده گردد. دسته دوم شامل (36 آزمایش) با اضافه نمودن 3 میزان درصد رس به مصالح غیرچسبنده بوده تا تأثیر چسبندگی مشخص شود. دسته سوم (شامل 108 آزمایش) می باشد تا تأثیر طولهای مختلف کف بند در شرایط هیدرولیکی مختلف و میزان رسهای متفاوت بررسی گردد. نتایج نشان داد با افزایش میزان رس، حداکثر عمق آبشستگی کاهش چشمگیری می یابد. بنحوی که در شرایط وجود 20 درصد رس بنتونیت در بستر بطور متوسط 76 درصد کاهش در حداکثر عمق آبشستگی نسبت به مصالح غیر چسبنده رخ می دهد. اگر کف بند اضافه گردد، حداکثر عمق آبشستگی تا 53 درصد کاهش خواهد یافت که این میزان کاهش نسبت به استفاده از مصالح چسبنده، کمتر می باشد. در این شرایط چند رابطه کلی برای برآورد حداکثر عمق آبشستگی چه در شرایط وجود رس و چه در غیاب آن، (با کف بند و بدون آن) ارائه گردید. علاوه براین، حساسیت پارامترهای موجود در رابطه برآورد حداکثر عمق آبشستگی سنجیده و با رابطه محققین پیشین مقایسه شد. همچنین در انتها دو نوع پروفیل آبشستگی تعریف و صحت روابط برازش شده به آنها با پژوهشهای پیشین مقایسه گردید.

در تونل های تخلیه تحتانی با هدهای بالا، جریان هایی با سرعت زیاد تشکیل می شود. در این شرایط ممکن است تونل ها در معرض خطر رخداد حفره زایی قرار بگیرند. یکی از کاربردی ترین و اقتصادی ترین روش های شناخته شده برای پیشگیری و کاهش خطرات ناشی از حفره زایی در سازه های هیدرولیکی، هوادهی جریان است. تحقیقات زیادی بر روی عملکرد هواده های مستطیلی در سرریز سدها انجام شده است، علیرغم مطالعات انجام شده نمونه های کمی از طرح و اجرای هواده های حلقوی وجود دارد. در این تحقیق ابتدا هواده مستطیلی، با استفاده از نرم افزار flow3d شبیه سازی و نتایج با داده های موجود آزمایشگاهی مقایسه شد. سپس جریان آب و هوا در تونل تخلیه کننده در شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف شبیه سازی شده است. ابتدا با استفاده از داده-های آزمایشگاهی هواده حلقوی موجود برای مدل هیدرولیکی سد گتوند علیا، واسنجی مدل عددی برای شبیه-سازی هواده حلقوی انجام شد. سپس شبیه سازی برای شرایط مختلف هیدرولیکی وهندسی انجام گرفت. در این مطالعه اثر شیب تونل و هندسه هواده حلقوی شامل تغییرات زاویه و ارتفاع رمپ بر هواگیری در تونل تخلیه کننده تحتانی مدل هیدرولیکی سد گتوند علیا بررسی شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد، در حالت ثابت بودن زاویه رمپ هواده، با افزایش ارتفاع رمپ (که منجر به افزایش طول رمپ می شود)، میزان هواگیری افزایش می یابد. همچنین در حالت ثابت بودن ارتفاع رمپ هواده، با افزایش زاویه رمپ (که منجر به کاهش طول رمپ می شود)، میزان هواگیری نیز افزایش می یابد. با استفاده از داده های شبیه سازی یک رابطه برای توزیع غلظت هوای کف در طول تونل ارائه شد. نتایج این تحقیق می تواند به شناخت بهتر مکانیزم جریان آب و هوا در هواده-های حلقوی و طراحی آن ها کمک کند.

طراحی، تحلیل و بهره برداری از سیستم های کنترل سیلاب، به دلیل ماهیت تصادفی فرایند ها و خطاهای اندازه گیری با انواع عدم قطعیت های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی، اقتصادی و ژئوتکنیکی همراه است. در طراحی به روش سنتی، یک دبی با دوره بازگشت مشخص به منظور تعیین ابعاد سازه به کار می رود و از پرداختن به عدم قطعیت های موجود صرف نظر می شود. ولی در روش احتمالاتی، اثر عدم قطعیت ها در طراحی اعمال می گردد و با کمی نمودن ریسک، می توان به ابعاد بهینه سازه دست یافت. یکی از اقدامات سازه ای به منظور مقابله با سیلاب، احداث خاکریز کناره رودخانه یا گوره می باشد. در این تحقیق به طراحی ابعاد بهینه گوره با در نظر گرفتن انواع عدم قطعیت های موجود در محدوده رودخانه لیف در ایالت می سی سی پی پرداخته شده است. بدین منظور دو مدل استوکستیک، یکی بدون اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته (مدل استوکستیک مستقل) و دیگری با اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته (مدل استوکستیک وابسته) تهیه شده است. بهینه سازی انجام شده در این تحقیق به روش تحلیل ریسک صورت گرفته است. در این روش سود عبارت است از جلوگیری یا کاهش خسارت سیلاب در ناحیه پتانسیل خسارت و هزینه عبارت است از مجموع هزینه های اجرایی و بهره برداری گوره. مدل بهینه سازی حاصل، یک مدل استوکستیک غیرخطی است که به منظور کمی نمودن عدم قطعیت ها از گشتاور های آماری و روش شبیه سازی مونت کارلو استفاده گردیده است. مدل بهینه سازی حاصل با استفاده از نرم افزار lingo-13 حل شده است. به منظور مقایسه و مشاهده میزان اختلاف نتایج مدل استوکستیک و مدل قطعی، یک مدل قطعی نیز تهیه شده است. با توجه به مطالعات انجام گرفته و در پی اجرای مدل احتمالاتی، سیلاب با دوره بازگشت 200 ساله همانند مدل قطعی دارای بیشترین سود خالص سالانه بوده و به عنوان سیل طراحی انتخاب گردیده، اما مقدار دبی طراحی به علت وجود عدم قطعیت، متفاوت است. برخلاف مدل قطعی که در آن ابعاد سیستم به صورت قطعی و تک مقداری حاصل شده، در مدل استوکستیک یک بازه برای هر پارامتر طراحی نتیجه شده و توزیع آماری مناسب آن ها نیز تعیین شده است. همچنین ابعاد طراحی سازه براساس ریسک قابل قبول برای اقتصاد و ایمنی طرح تعیین شده و نمودار طراحی ابعاد گوره هم براساس هر دو عامل ایمنی و اقتصاد تهیه شده است. در این تحقیق، به منظور مشاهده و درک تأثیر اعمال همبستگی متغیر های تصادفی وابسته در روند شبیه سازی مونت کارلو، مقایسه ای بین نتایج حاصل از مدل قطعی، استوکستیک مستقل و استوکستیک وابسته نیز صورت گرفته است. نتایج بیانگر این موضوع هستند که عدم اعمال وابستگی متغیر های تصادفی در روند شبیه سازی و بهینه سازی بر روی ابعاد و پارامتر های طراحی موثر بوده و عدم اعمال وابستگی باعث ایجاد حالاتی می شود که با واقعیت تطابق نداشته و قابلیت اعتماد مناسبی ندارند و در نتیجه اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته در مدل ضروری است. به عنوان نتیجه گیری کلی می توان بیان نمود که با در نظر گرفتن عدم قطعیت های معمول در مهندسی منابع آب، روش تحلیل ریسک مقادیر واقع بینانه تری را در اختیار طراحان سازه کنترل سیلاب از نظر ایمنی و اقتصادی قرار می دهد و در نتیجه تعیین ابعاد سازه گوره، با تحلیل ریسک و اعمال عدم قطعیت ها، نسبت به روش های سنتی طراحی و مدل های قطعی ارجحیت دارد.

پیچان رود در شکل ظاهری، ترکیبی از پیچ های متوالی است که در پایین دست حوضه و سیلاب دشت های با شیب کم حضور دارد. در این چنین بازه هایی اندرکنش جریان با نیروی گریز از مرکز موجب به وجود آمدن پدیده هایی مانند جریان های چرخشی می شودکه بر فرآیند های رودخانه ای و معیارهای طراحی اثرگذار است. آبگیری از رودخانه یکی از مباحث کاربردی دانش هیدرولیک بوده که تاکنون مطالعات گوناگونی در خصوص آن صورت گرفته است. بیشتر این مطالعات بر روی مدل های آزمایشگاهی با بستر صلب یا به صورت عددی و با در نظر گرفتن بار معلق و در یک خم انجام شده است. در این پژوهش با استفاده از مدل عددی ssiim مدل یک پیچان رود متشکل از سه خم با بستر متحرک و تزریق رسوب از بالادست که پیش از این در موسسه تحقیقات آب ساخته شده بود شبیه سازی شد. در این شبیه سازی از منحنی دانه بندی برای بار بستر و رسوب تزریقی بهره گرفته شد. اجرا های مدل عددی برای پژوهش حاضر در سه دسته کلی صورت پذیرفت. در دسته ی اول بستر ریز دانه در حالت کمینه دبی مورد بررسی قرار گرفت. سپس تأثیر افزایش دبی تا حد مقطع پر بر الگوی رسوب و بار معلق بررسی شد. در دسته ی دوم مدل با بستر درشت دانه و دبی مقطع پر شبیه سازی شد. دسته سوم اجرا ها مربوط به شبیه سازی آبگیری از خم میانی پیچان رود با بستر ریز دانه و نسبت آبگیری(انحراف) 0.2 است که به منظور یافتن زاویه بهینه آبگیری جهت برداشت آب با کمترین بار رسوب معلق صورت گرفت. در این اجرا ها دهانه آبگیر در چهار موقعیت استقرار و در هر موقعیت، با سه زاویه انحراف شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که قطر میانه ذرات نسبت به حالت اولیه در بسیاری از مناطق پیچان رود تا حدود 50 درصد افزایش می یابد. در آبگیری با زاویه استقرار 45 درجه از شروع خم حدود 35 درصد از بار رسوب معلق موجود در کانال اصلی و بالا دست آبگیر به کانال آبگیر منتقل می شود. همچنین در محدوده مطالعاتی این پژوهش ضمن ارائه رابطه ای برای تخمین نرخ رسوب معلق ورودی به آبگیر بین نرخ رسوب ورودی و دو پارامتر زاویه استقرار و انحراف جریان، بهترین مکان احداث آبگیر در زاویه 82 درجه از شروع خم و با زاویه انحراف 60 درجه به دست آمد.

افزایش روز افزون نیاز به منابع آب برای تأمین مقاصد مختلف، مسئله دست یابی به آب شیرین را با مشکلات و محدودیتهای فراوانی روبرو کرده است. این مسئله در داخل کشور به دلیل عدم همخوانی توزیع مکانی منابع آب محدود و نقاط دارای سطح تقاضای آبی بالا، به صورت جدی تری مطرح می باشد. در این میان انتقال بین حوضه ای آب به عنوان راهکاری برای حل مشکل کمبود آب از دیرباز مطرح بوده است. وجود معیارهای مختلف و محدودیت منابع مالی، مطالعه این طرح ها را بسیار دشوار نموده است. در این تحقیق طراحی مطلوب ابعاد یک سیستم انتقال بین حوضه ای آب با درنظرگیری معیارهای تصمیم گیری در حوضه های آبریز مبدا و مقصد در قالب مطالعه موردی طرح انتقال آب بهشت آباد از حوضه بالادست کارون به حوضه آبریز گاوخونی مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، با استفاده از مدل برنامه ریزی منابع آب در سطح حوضه آبریز modsim عملکرد سیستم ذخیره و انتقال آب بهشت آباد در حوضه های آبریز مبدأ و مقصد در قالب 6 سناریوی ممکن شبیه سازی شده است. سپس با استفاده از مدل های تصمیم گیری چند معیاره و تئوری فازی، سناریوی مطلوب برای انتقال آب بهشت آباد انتخاب و بدین ترتیب توجیه پذیری و حجم آب قابل انتقال در این طرح مشخص شده است. همچنین در ادامه، با استفاده از قابلیتهای مدل modsim و با درونگذاری الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات (particle swarm optimization) در محیط custom coding نرم افزار، تعیین ابعاد بهینه سیستم انتقال آب بهشت آباد با استفاده از مدل توسعه داده شده شبیه سازی- بهینه سازی pso-modsim پیگیری شده است. نتایج به دست آمده از رویکرد بهینه سازی همخوانی مناسبی با نتایج مدل های تصمیم گیری چند معیاره دارند. بررسی سری زمانی آورد رودخانه های حوضه آبریز نشان از برقراری یک دوره خشک 10 ساله در سالهای اخیر دارد. لذا کلیه بررسیهای صورت گرفته در این تحقیق در شرایط لحاظ دو دوره هیدرولوژیک بلند مدت و خشک انجام شده است. بر اساس نتایج به دست آمده از مدل های مورد استفاده، حجم آب قابل انتقال در طرح بهشت آباد در شرایط لحاظ دوره هیدرولوژیک بلند مدت در حدود 190 و در شرایط لحاظ دوره هیدرولوژیک خشک در حدود 140 میلیون متر مکعب در سال به دست آمده است.

مدیریت به¬هم¬پیوسته منابع آب در حوضه¬های آبریز مرزی رویکردی کارآمد است که جنبه¬های وسیع و پیچیده مدیریت این حوضه¬ها را، به خوبی پوشش می¬دهد. حوضه آبریز دیاله در غرب کشور، یکی از حوضه¬های مرزی مهم کشور می¬باشد که اقدامات یک¬طرفه سایر کشورهای ساحلی این حوضه باعث بهره¬برداری حداکثری از منابع آب مشترک آن به منظور تأمین آب مورد نیاز کشاورزی در بخش عراقی با راندمان آبیاری نامطلوب شده است. در این تحقیق به منظور انجام مطالعات یکپارچه در حوضه، اقدام به جمع¬آوری اطلاعات بخش عراقی و شبیه¬سازی کل حوضه در مدل پشتیبان تصمیم¬گیری weap شده است. با توجه به حق ایران برای توسعه بهره¬برداری از منابع آب در این حوضه در کنار تعهد به تأمین پایدار حقابه عراق، اثر طرح¬های توسعه بر بخش عراقی در قالب سناریوهای مختلف ادامه یا ارتقای راندمان آبیاری کشاورزی در بخش عراقی مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی سناریوهای مختلف بر پایه شاخص¬های منابع آبی اطمینان¬پذیری، آسیب¬پذیری، برگشت¬پذیری و پایداری منابع در بخش ایرانی و دو شاخص اقتصادی و اجتماعی در کنار این شاخص¬ها برای بخش عراقی انجام گرفته و سناریو منتخب در قالب هر شاخص معرفی شده است. همه این سناریوها در شرایط افزایش 20 و 30 درصدی راندمان آبیاری در بخش عراقی با حقابه¬های مرزی مختلف اتفاق می¬افتد. نتایج نشان می¬دهد که افزایش راندمان تا 50% و رهاسازی 30% از آورد رودخانه¬ها برای بخش عراقی، می¬تواند با تضمین 85% نیازهای این بخش را برآورده کرده و شرایط موجود اشتغال و درآمد کشاورزی را حفظ کند. این امر در حالی است که شرایط حقابه مرزی 30% شرایط نسبتاً مطلوبی را از نقطه نظر تأمین نیازهای طرح توسعه بخش ایرانی نیز به وجود می¬آورد.

مهندسی رودخانه علمی نوین در راستای استفاده مناسب از منابع آب سطحی و به کارگیری روش های کارآمد به منظور کنترل سیلاب رودخانه ها و کاهش خسارات ناشی از آنها می باشد. علاوه بر سیلاب های طبیعی، سیلاب ناشی از شکست یک سد به دلیل ویژگی های خاص هیدرولیکی، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این نوع سیلاب، حجم زیادی از آب پس از شکست سد از مخزن به سمت پائین دست رودخانه جریان یافته و در مدت زمان کوتاهی موجب آبگرفتگی اراضی پائین دست سد می گردد. تاکنون تحقیقات و مطالعات بسیاری به منظور بررسی سیلاب ناشی از شکست سد در قالب مدل های عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته است. استفاده از تحلیل ریسک در کنار این مطالعات و تلفیق آن با مدیریت بحران رویکردی نوین در این عرصه می باشد که امروزه مورد توجه محققین قرار گرفته است. در تحقیق حاضر، مدیریت بحران سیلاب ناشی از شکست سد با استفاده از تلفیق نرم افزارهای موجود مورد تحلیل قرار می گیرد. در این راستا از نرم افزار arc-view برای نمایش داده های مکانی منطقه، از نرم افزار hec-ras برای انجام محاسبات هیدرولیکی و همچنین از نرم افزار hec-fda به منظور تحلیل خطرپذیری و برآورد میزان خسارات وارده به منطقه، با توجه به سه کاربری انتخابی (مسکونی، کشاورزی، باغات)، به صورت پیوسته استفاده می گردد. همچنین به بررسی نقش پارامترهای شکست از قبیل مدت زمان شکست، عرض شکست و شیب کناره ها بر نتایج تحلیل سیلاب ناشی از شکست سد، پرداخته می شود. در ادامه با ایجاد نقشه های پهنه آبگرفتگی و سرعت سیلاب ناشی از شکست سد، اثرات تلفیقی این عوامل به همراه زمان آبگرفتگی برای برآورد مخاطره در مناطق پائین دست سد با استفاده از دو روش ماتریس خطر و اندکس مخاطره، بررسی می شود. با توجه به سیل خیزی منطقه گلستان و نزدیکی سد گلستان1 به شهر گنبد، منطقه پائین دست آن به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردیده و نقشه های خطرپذیری و سطوح مخاطره در این منطقه با دقت بالا تهیه می گردد. در قسمت نهایی این پایان نامه به بررسی کاربرد نتایج بدست آمده در مدیریت بحران شکست سد و تهیه نقشه های فرار از منطقه، پرداخته می شود. نتایج بدست آمده در این تحقیق نشان می دهد که با توجه به ویژگی هایی همچون سادگی، دقت قابل قبول و سازگاری در انتقال داده ها، استفاده تلفیقی از نرم افزار های مذکور باعث صرفه جویی در زمان و هزینه مطالعات می گردد. در این تحقیق مدل شکست سد بیشترین حساسیت را نسبت به پارامتر زمان شکست داشته و همچنین حساسیت مدل نسبت به پارامتر عرض شکست بیشتر از شیب کناره می باشد. موج سیلاب شکست سد پس از زمانی در حدود 4 ساعت به محدوده شهر گنبد رسیده و باعث آبگرفتگی اراضی بسیاری در مجاورت رودخانه می گردد. با توجه به نقشه های زمان فرار تهیه شده، شهر گنبد در ناحیه t3 با زمان فرار بیشتر از 120 دقیقه قرار گرفته که این امر نشان دهنده وجود زمان فرار مناسب به منظور تخلیه مناطق در خطر و کاهش تلفات جانی می باشد. در نهایت نقشه های فرار و محل استقرار کمپ های امداد و نجات برای منطقه مطالعاتی این تحقیق، تهیه شده است. با توجه به احداث سدهای متعدد در کشور در سال های اخیر و به دنبال آن افزایش احتمال مواجهه با پدیده شکست سد، رویکرد ارائه شده در این پایان نامه، می تواند به منظور کاهش تلفات جانی و خسارات مالی این حادثه خطرناک، استفاده گردد.

بسیاری از نیروگاه های حرارتی جهان در مجاورت رودخانه ها احداث گردید ه اند. در کشور ما علی رغم وجود رودخانه های بزرگ، مکان نیروگاه های حرارتی مستقل از موقعیت رودخانه ها تعیین و آب مورد نیاز برجهای تر خنک کننده آنها نیز عمدتا از طریق چاه تأمین می شود. هزینه های گزاف بهره برداری استفاده از آب های زیرزمینی از یک سو و عدم اطمینان به این منبع به علت کاهش تراز آبخوان ها، مشکلاتی را برای صنعت برق کشور بوجود آورده است. در این پایان نامه یک مدل بهینه سازی چند هدفه برای تأمین آب مورد نیاز برج خنک کننده نیروگاه های حرارتی به صورت مطمئن و پایدار با استفاده تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی ارائه شده است. در این مدل مقادیر بهینه برداشت آب از هر دو منبع و همچنین موقعیت نیروگاه در کنار رودخانه با توجه به ریسک سیل گرفتگی آن در نظر گرفته شده است. بدین منظور پس از مرور مبانی نظری بهینه سازی و آنالیز ریسک، روابط بین پارامتر های مؤثر در مدل نظیر هزینه احداث و بهره برداری از خط لوله و ایستگاه پمپاژ آب از رودخانه، هزینه احداث و بهره برداری از چاه های آب، خسارت سیل در نیروگاه و هزینه احداث سیستم مهار سیلاب برای موقعیت های مختلف نیروگاه مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از روابط موجود آنالیز اقتصادی ریسک سیلاب، تابع هدف بهینه سازی تشکیل گردیده است. با توجه به رفتار پیچیده و غیر خطی مدل، الگوریتم ژنتیک در نرم افزار مت لب برای بهینه سازی تابع هدف کدنویسی شده است. در انتها از مدل پیشنهادی برای بهینه سازی تأمین آب نیروگاه گازی خرمشهر در کنار رودخانه کارون استفاده گردیده است. نتایج این تحقیق نشان داد که پارامتر فاصله نیروگاه تا رودخانه را می توان به عنوان یک عامل کاهنده خسارت سیل مد نظر قرار داد و همچنین با استفاده از سکوی خاکی به عنوان یک سازه مهار سیلاب بخش زیادی از نیاز آب نیروگاه را از طریق رودخانه به صورت پایدار و با هزینه کم تأمین کرد.