تعیین ضریب زبری مانینگ، یک گام مهم در فرآیند مدل سازی هیدرودینامیکی است و چنانچه این امر به دقت صورت نگیرد، موجب خطای محسوسی در برآورد دبی می شود. به این ترتیب شناسایی تغییرات مکانی ضریب زبری در رودخانه ها بر صحت و اطمینان اقدامات مدیریتی و روش های کنترلی مقوله های مرتبط با جریان رودخانه ای خواهد افزود. نظر به ضرورت بیان شده و محدودیت مطالعات انجام شده در این خصوص، در این تحقیق با در دست داشتن هیدروگراف (های) ورودی و رابطه عمق آب با زمان در ابتدا و انتهای بازه ای از یک رودخانه یا یک کانال، با حل معکوس معادلات سنت ونانت، مقادیر ضرایب زبری در چند مقطع از رودخانه یا کانال بدست می آید. در این مطالعه، مسئله معکوس تخمین ضریب زبری در مقاطع رودخانه و یا کانال های باز، با استفاده از یک مدل بهینه سازی غیر خطی مقید که بر پایه ی روش برنامه ریزی متوالی درجه دوم است، و یک مدل شبیه سازی که بر اساس تقریب تفاضلات محدود ضمنی پرایزمن گسسته سازی شده، حل شده است. در این تحقیق تابع هدف بر اساس مجموع مربعات تفاضلات عمق های مشاهداتی و محاسباتی تعیین می شود. مسئله معکوس مورد نظر، یک مسئله بدخیم است. اما این مشکل با استفاده از روش تنظیم تیخونوف که یکی از معروفترین و متداول-ترین روش های تنظیم مسائل معکوس است، قابل حل است. در نهایت با توجه به ارزیابی مدل، می توان نتیجه گرفت که مدل مذبور جهت محاسبه ضرایب زبری مقاطع کانال یا رودخانه، به علت دقت و سرعت در پاسخ گویی، قابل استناد است.

کلمات کلیدی: ، ، ، دبی، مخزن، الگوریتم جامعه مورچگان، ،

انتشار آلودگی در رودخانه¬ها از مهم¬ترین مسائل محیط¬زیست می¬باشد. معادله¬ی حاکم بر انتقال آلودگی در مجاری روباز، معادله¬ی جابه¬جایی-پراکندگی-¬واکنش می¬باشد. مدل¬های تحلیلی در زمینه¬ی انتقال آلودگی در مجاری روباز، از اهمیت بسیاری برخوردارند. به¬کارگیری حل¬های تحلیلی در این زمینه به¬منظور صحت¬سنجی روش-های حل عددی ضروری می¬باشد. روش تابع گرین یک روش تحلیلی قدرتمند برای حل معادلات دیفرانسیل جزئی ناهمگن، در حالات یک و یا چند بعدی می¬باشد. در این تحقیق با استفاده از روش تابع گرین حل تحلیلی معادله¬ی انتقال آلودگی با ضرائب ثابت (سرعت و ضریب پراکندگی) در حالت یک بعدی و دو بعدی، به ازای ترکیبات متفاوت شرایط مرزی در دامنه¬ی نامحدود، نیمه¬محدود و محدود تعیین و حل¬های تحلیلی تحلیلی نهایی به¬صورت یک رابطه¬ی انتگرالی، شامل تاثیر شرایط مرزی، شرط اولیه و عبارت منبع ارائه شد. سپس حل¬های تحلیلی حاصله برای شرایطی که بیش از یک منبع آلاینده با الگوهای زمانی دلخواه در محیط فعال باشند نیز تعیین گردید. لازم به¬ ذکر است تاکنون حل تحلیلی برای چنین مواردی ارائه نشده است و استخراج حل تحلیلی در این موارد در مجاری روباز، جزء نوآوری¬های مهم تحقیق حاضر به حساب می¬آید. در ادامه ارزیابی حل تحلیلی استخراج شده در حالت یک بعدی و دو بعدی با تعریف مثال¬های فرضی و با استفاده از داده¬های واقعی انجام شد. به این ترتیب به ازای فعالیت یک منبع آلاینده¬ی ورودی از مرز، با الگوهای زمانی ساده در حالت یک بعدی، ارزیابی حل پیشنهادی با حل تحلیلی ارائه شده توسط محققین قبلی انجام شد. در مواردی که چندین منبع آلاینده با الگوی زمانی دلخواه وجود داشته باشد، ارزیابی با استفاده از مدل عددی mike11 و نهایتا به منظور بررسی عملکرد حل در شرایط واقعی، داده¬های واقعی مبنای مقایسه قرار گرفتند. ارزیابی حل در حالت دو بعدی نیز با استفاده از مدل عددی mike21 صورت گرفته و شاخص¬های آماری محاسبه و تفسیر شدند. نتایج حاصله همگی حاکی از عملکرد مناسب و رضایت-بخش حل¬های تحلیلی پیشنهادی بودند. هم¬چنین مقایسه¬ی نتایج به دست آمده در حالت یک بعدی و دو بعدی نشان داد که با عبور از محدوده¬ی طول اختلاط در مجاری عریض، توزیع غلظت در مقطع یکنواخت شده و می¬توان از معادله¬ی انتقال آلودگی در حالت یک بعدی به جای فرم دو بعدی آن استفاده کرد. در انتها به بررسی مواردی که معادله¬¬ی انتقال با ضرائب متغیر دارای حل تحلیلی است پرداخته شده و نتایج حاصله از حل تحلیلی برای معادله¬ی انتقال آلودگی با ضرائب ثابت و ضرائب متغیر مقایسه شد. نتیجه¬ی حاصله نشان داد، غلظت در حالتی که ضرائب معادله متغیر باشند کمتر بوده و ابر آلودگی سریع¬تر در محیط دچار زوال می¬گردد.

یکی از جنبه های مهم مرتبط با آب، درک و پیش بینی رفتار این سیال در محیط واقعی مانند رودخانه است. این هدف با حل معادلات دیفرانسیل آب های کم عمق دو بعدی به دست می آید. در چند دهه ی اخیر حل این معادلات تلاش های بسیاری را به خود معطوف کرده که غالباً تمرکز بر مشتقات مکانی معادله دیفرانسیل بوده تا مشتقات زمانی. لذا در این پایان نامه حل معادلات دو بعدی معادلات آب های کم عمق با استفاده از دو روش انتگرال گیری زمانی جداسازی عملگر، sm و رانگ-کوتا مرتبه سه، rk-3، مدنظر قرار گرفته است. از دیگر سو برای این که بتوان قضاوت صحیحی از مزایا و معایب این دو روش نسبت به هم داشت، نحوه ی برخورد با مشتقات مکانی، روش های محاسبه ی شار بین سلولی، اتخاذ الگوریتم کنترل تری-خشکی، توابع محدودکننده ی نوسانات کاذب و... به صورت کاملاً یکسان در هر دو روش اتخاذ شد. البته در اینجا پس از اصلاح الگوریتم کنترل-تری خشکی، این الگوریتم به درستی در قالب روش rk-3 نیز به کار گرفته شد. برای صحت سنجی مدل در حالت یک بعدی در یک روند گام به گام با حل مسائل ساکن، فاقد و دارای اصطکاک که دارای حل مرجع بودند انجام گردید. در ادامه با استفاده از مسائل دو بعدی ایده آل که دارای حل تحلیلی هستند، نتایج هر یک از دو مدل نسبت به نتایج تحلیلی مقایسه شد. در این مقایسه ها مزایا و معایب هر یک از دو روش انتگرال گیری زمانی به کار گرفته شده نسبت به هم مورد بررسی قرار گرفت. در پایان برای این که بتوان نتایج کاربردی مدل های شبیه سازی جریان را مشاهده کرد، مسائل شکست سد و جریان در بستر رودخانه به صورت دو بعدی شبیه سازی شد. مدل های مربوط به هر روش نتایج راضی کننده ای ارائه داده و الگوریتم تری-خشکی اصلاحی مطرح شده در اینجا به خوبی جبهه های تر و خشک را اجرا می کند. با قیاس دو روش برای حل مسائل مطرح شده شامل مسائل: ماندگار، با بستر کاملاً تر، دارای نوسانات شدید و جبهه های تری-خشکی متفاوت، قابلیت آن ها نسبت به حل های مرجع و نسبت به هم سنجیده شد. در مسائل جریان ساکن هر دو روش نتایج به نسبت مشابهی را به دست می دهند. در مسائل یک بعدیِ دارای جبهه های تری-خشکی و شرایط شوک، همچنین در مسائل فاقد نواحی خشک در دامنه حل، روش رانگ-کوتا نتایج نزدیک تری نسبت به حل های مرجع به دست می دهد. اما برای مسائل دارای جبهه های تری-خشکی با نوسان شدید، از آنجا که در هر یک از مراحلِ روش rk-3 کنترل تری-خشکی صورت گرفته، اما در روش sm این کنترل تنها در یک مرحله انجام می شود، لذا نتایج روش sm مطلوب تر است.

امروزه شناخت خصوصیات هیدرولیکی جریان بر روی رودخانه¬های شنی بسیار مورد توجه دانشمندان و محققان رودخانه قرار گرفته است. پوشش گیاهی یکی از مشخصه های بسیاری از جریان¬ها و رودخانه ها می باشد، که اثرات خاصی بر هیدرولیک جریان و فرآیندهای رودخانه¬ای اعم از انتقال رسوب و آلودگی دارد. لذا درک هیدرولیک جریان به خصوص تعیین پروفیل سرعت و تنش برشی در کانال¬ها و رودخانه¬های با پوشش گیاهی به منظور مدیریت فرآیندهای رودخانه¬ای ضروری است. پوشش گیاهی در رودخانه¬ها و دشت¬های سیلابی باعث افزایش مقاومت، کاهش ظرفیت جریان و تغییر در انتقال و ته نشینی رسوبات می¬شود. هدف از تحقیق حاضر مطالعه ساختار جریان بر روی بستر شنی با چینش نزولی اندازه ذرات در شرایط وجود و فقدان پوشش گیاهی در دیواره است. بدین منظور آزمایش¬ها در طول یک کانال آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی، به طول 4/9 متر، عرض 8/0 متر و ارتفاع 6/0 متر انجام شد. با ایجاد جریان شبه یکنواخت در کانال آزمایشگاهی، تغییرات مشخصات هیدرولیکی جریان برای ترکیب سه دانه¬بندی مختلف با قطر متوسط ذرات 98/0، 6/1 و 7/2 مورد بررسی قرار گرفت. دو حالت آزمایشی با پوشش و بدون پوشش گیاهی در نظر گرفته شد. در هر حالت پنج سری آزمایش انجام شد. در سه سری از آزمایش¬ها ذرات شن به طور همگن در کف کانال ریخته شد و در دو سری دیگر، نحوه قرارگیری ذرات از بالادست به پایین¬دست با روند کاهشی اندازه¬ی ذرات همراه بود. نیمرخ¬های سرعت در مرکز و فواصل 3 و 6 سانتی¬متری جداره با به کارگیری دستگاه سرعت¬سنج سه بعدی صوتی با دید از کنار برداشت شد. در یک سری از آزمایش¬ها با پوشش گیاهی، اثر شیب نیز مورد بررسی قرار گرفت. هم¬چنین جهت بررسی تأثیر عمق آب بر مشخصات هیدرولیکی جریان، دو سری از آزمایش¬ها برای سه عمق 20، 25 و 30 سانتی¬متر انجام شده است. نتایج نشان می¬دهد که ضریب زبری مانینگ با کاهش اندازه ذرات و افزایش عمق جریان، کاهش می¬یابد. هم-چنین با تغییر ناگهانی اندازه¬ی رسوبات بستر، ابتدا سرعت جریان کاهش یافته و پس از طی مسیر اندکی افزایش می-یابد. تغییرات آشفتگی نیز در محل تغییر دانه بندی شدیدتر است. همچنین مقادیر تنش برشی در حالت حضور پوشش گیاهی بیش از مقادیر مشابه در حالت عدم وجود پوشش گیاهی است و مشاهده گردید تنش برشی ماکزیمم کمی بالاتر از سطح بستر رخ می¬دهد. سرعت¬های عمودی غیر صفر گرچه دارای مقادیر کمی می¬باشند اما عامل اصلی در انحراف تنش از توزیع خطی در جریان یکنواخت است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

مواد معلق، عمده ترین عامل آلودگی هم در مقیاس وزنی و هم حجمی در آب های شیرین سطحی هستند و می توانند نقش کلیدی در فرآیندهای زیست محیطی داشته باشند. این پارامتر می تواند به سرعت تغییر کند و غیر یکنواخت باشد. این بدان معنی است که روش های سنتی پایش رسوبات معلق که به نیروی کار میدانی، ابزار و آنالیز نمونه های آب نیاز دارند، نمی توانند مدل درستی که نماینده کل پیکره آبی باشد تولید کنند. این تحقیق، امکان سنجی استفاده از تصاویر سنجش از دوری برای توسعه مدل پایش رسوبات معلق در دهانه رودخانه بهمنشیر را که دقیق، قابل تکرار و مقرون به صرفه باشد، بررسی می کند. همچنین در این پژوهش، مدلی برای تعیین سهم مواد معلقی که در منطقه حضور دارند، توسعه داده می شود. به دلیل ویژگی های منحصر به فرد سنجنده aster در پایش آب با قدرت تفکیک طیفی و مکانی بالا، از داده های دیجیتالی این سنجنده جهت تخمین درصد رسوبات و همچنین بدست آوردن رابطه منطقی جهت تخمین غلظت رسوبات معلق استفاده شد. داده های میدانی به صورت همزمان با گذر ماهواره از منطقه مورد مطالعه درماه مه سال 2003، طی چندین سفر با قایق و از ایستگاه های مختلف برداشت شد. برای کاهش خطای جوی و واسنجی رادیومتریکی و همچنین کاهش خطاهای هندسی تصویر، تصاویر کاملا اصلاح گردید. برای بدست آوردن درصد مواد معلق از روش کد نویسی در نرم افزار matlab با روش حداقل مجذور مربعات استفاده شده است. جهت مدلسازی بین بازتابندگی رسوبات معلق و غلظت های اندازه گیری شده از شبکه عصبی مصنوعی در مقابل آنالیز های رگرسیون های خطی استفاده شد. مقادیر r2 و rmse از آنالیز های رگرسیونی به ترتیب 0/877 و 310 میلی گرم بر لیتر و برای شبکه عصبی برای حالت تست به ترتیب 0/987 و 13/381 میلی گرم بر لیتر می باشند. نتایج حاکی از آن است که شبکه عصبی به مراتب بهتر از آنالیزهای رگرسیونی عمل کرده است. این تحقیق نشان می دهد که تولیدات سنجش از دور، قادرند تا به عنوان ابزاری مهم به مدیران منابع آب در ارزیابی شرایط در دهانه های بزرگی همچون بهمنشیر به صورت اجمالی، و مکرر کمک کند.

در این تحقیق روشی ارائه گردیده است که می توان با استفاده از آن مقادیر موثر و بهینه هدایت هیدرولیکی و تخلخل موثر را بدست آورد، به این صورت که مقادیر ارتفاع سطح ایستابی در فواصل مختلف از زهکشی و در زمانهای مختلف اندازه گیری می شود، سپس با استفاده از روش های بهینه سازی مقدار واقعی هدایت هیدرولیکی و تخلخل موثر برآورد می گردد. در این تحقیق مقادیر ارتفاع سطح ایستابی اندازه گیری شده و زمانها و مکانهای متناظر با آنها به عنوان یک فایل ورودی به برنامه کامپیوتری که عمل بهینه سازی را انجام می دهد، معرفی گردید. برنامه در دو حالت (با فرش تخلخل ثابت و متغیر) اجرا گردید و مقادیر بهینه هدایت هیدرولیکی و تخلخل موثر برآورد شد. در این تحقیق از قسمتی از داده های اندازه گیری شده برای برآورد مقادیر بهینه پارامترهای فوق الذکر استفاده گردید سپس با استفاده از این مقادیر بهینه محاسبه شده، منحنی های سطح ایستابی در زمان های دیگر پیش بینی و با منحنی های مشابه اندازه گیری شده مقایسه گردید. برای آزمون بیشتر، برنامه یکبار دیگر مورد آزمون قرار گرفت بدین صورت که از داده های موجود در منابع و مقالات استفاده گردید و منحنی های سطح ایستابی در زمانهای مختلف پیش بینی و با منحنی های مشابه اندازه گیری شده مقایسه گردید. مشاهده گردید که انطباق خوبی مابین منحنی های پیش بینی شده بوسیله مدل و منحنی های آزمایشگاهی مشابه وجود دارد و خطای ایجاد شده کمتر از سایر روش های استفاده شده، می باشد.