انتخاب صفحه

مقدمه

مدل های ریاضی مورد استفاده درمطالعات مهندسی رودخانه به دوصورت تحلیلی وعددی فرآیندهای هیدرولیک رسوب راشبیه سازی می نمایند.مدل های تحلیلی به دلیل مشکلات موود درحال معادلات حاکم وانچام ساده سازی های زیاد،دارای محدودیت می باشند.امروزه به دلیل ورود کامپیوترهای قوی و سریع،استفاده از روش های عددی به طور چشمگیری مورد استفاده قرار گرفته است.به لحاظ پیچیدگی فرآیند انتقال رسوب وضرورت استفاده توام از مشخصه های هیدرولیک جریان،داده های هندسی مسیر وخصوصیات فیزیکی مواد رسوبی تشکیل دهنده بستر رودخانه،کاربرد مدل ریاض دربررسی های مورفولوژیک ازجایگاه ویژه ای برخوردار است.زیرا بااستفاده ازاین مدل امکان بررسی دقیق تر پدیده انتقال رسوب وتاثیرآن بررفتار ریخت شناسی رودخانه مهیا میگردد. در ادامه نحوه تحلیل هیدرولیک جریان ومحاسبه انتقال رسوبات بررسی گردیده است.

فهرست مطالب

چکیده             1

مقدمه       2

4

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول:کلیات

1-مقدمه

رودخانه ها تحت تاثیر پدیده فرسایش ورسوب گذاری دستخوش تغییرات گوناگونی میشوند که ازآن جمله میتوان به تغییر راستا،جابجایی عرضی وطولی،وقوع میانبرها،تغییر نوع رودخانه،تغییر تراز بستر،تغییر دانه بندی ودگرگونی مشخصه های هندسی مسیر اشاره نمود.سازه های متقاطع و موازی موجود درمسیر رودخانه ها نظیر پلها،بندها،سدها،دیواره های سیلبند،سازه های عبوری ازبستر،سازه های حفاظت بستر وکناره رودخانه ها وسایر تاسیسات موجود درحواشی واراضی اطراف از فرایندهای فرسایش ورسوبگذاری تاثیر می پذیرند.

مطالعات فرسایش و رسوبگذاری این امکان رافراهم می آورد که ضمن شناخت رفتار ریخت شناسی رودخانه اثرات اقدامات مختلف ساماندهی یااحداث سازه های هیدرولیکی رابرعملکرد رفتاری آنها مورد ارزیابی کمی وکیفی قرار داده تا بتوان ازاین طریق امکان تشخیص عوامل ناپایداری واعمال معیارهای مناسب حفاظتی راپیشاپیش میسر نمود.همچنان که آب از ارتفاعات زیا دبه طرف دریاچه ها یادریاها جریان می یابد انرژی پتانسیل آن به شکل های دیگر انرژی تبدیل میگردد و ضمن فرسایش زمین شبکه های پیچیده آبراهه راتوسعه میدهد.رودخانه ها تغییرات ریخت شناسی خودرا بااستفاده ازانرژی اضافی برای حرکت راحت آب از نقطه ای به نقطه دیگر مستهلک می نمایند ونرخ انتقال رسوب معمولا به صورت تابعی توانی ازجریان آب درهنگام سیلاب افزایش می یابد.

1-مقدمه                 4

1-2-تقسیم بندی حوزه آبریز ازلحاظ تولید رسوبات           5

1-3-طبقه بندی رودخانه ها ازنظر عملکرد رسوب وفرسایش           6

1-4-انواع فرسایش رودخانه ای             5

1-5-عوامل موثر برفرسایش عموم رودخانه ای             8

1-6-تاثیر شکل بستر در انتقال رسوبات ومقاومت جریان         9

1-7-نحوه انتقبال باررسوبات دررودخانه             11

1-8-مبانی محاسبه حرکت رسوبات               12

1-9-معادلات انتقال باربستر               13

فصل دوم:مبانی مدل سازی

2-1-مدل چیست

مدل ها نمونه هایی هستند که مشخصات فیزیکی یک واقعیت رابیان می نمایند،یابه عبارتی مدل ها نمونه های ساده شده یک واقعیت می باشند که یکسری ازویژگی های نمونه اصلی که برای کاربر لازم می باشد راحفظ می نماید.

مدل های ممکن است درقالب فرم های زیر بوجود آیند:

-مدل های فیزیکی(مدل فیزیکی یک نوع خاص ازسرریزها…)

-مدل های مفهومی ریاضی(معادلات مشتق،معادلات بهینه سازی و…)

-مدل های ریاضی شبیه سازی شده توسط نرم افزارها(11Mike،HecRas)

2-2-فرآیند مدل نمودن یک موضوع چگونه است

قاعدتا هنگامی که ازمدل ها استفاده میشد که مشکل خاصی درابتدا مطرح شده باشد.به عنان مثال چراسدها شکسته میشوند یاچرا آبشستگی دسازه ها رودخانه ای وجود دارد ومرحله بعد جمع آوری اطلاعات وداده ها می باشد وپس از این مرحله متغیرها ومجهولات شناسایی وبه تناسب امکانات ویانیازها مدل مورد نظر انتخاب میگردد.

2-1-مدل چیست               16

2-2-فرآیند مدل نمودن یک موضوع چگونه است         16

2-3-مدل سازی رودخانه ها               16

2-4-اساس تحلیل مدل های انتقال رسوب             18

2-5-بخش های اساسی درمدل های انتفال رسوب                   19

2-6-روند حل معادلات         19

2-7-شبیه سازی تغییرات بستر بازمان             19

2-8-روند شبیه سازی فرسایش ورسوب گذاری            20

2-9-روش حل معادلات             20

فصل سوم:مدلHEC-RAS

3-1-مدل HECRAS

این نرم افزار سیستمی برای آنالیز رودخانه ها میباشد که توسط انجمن مهندسین ارتش آمریکا درمرکز مهندسی هیدرولوژی تهیه گردیده است.که اولین نسخته آن درسال1995 برای استفاده عمومی آزاد شد ازآن تاریخ به بعد نسخه های دیگر این نرم افزار تحت عنان 3,1;3,0;2,2;2,1;2,0;1,2;1,1 و آخرین نسخه آن باشماره0،4 درنوامبر سال2006 آزاد گردید.درنسخه های قبلی این نرم افزار محاسبات مربوط به بررسی چگونگی انتقال رسوبات صورت نمیگرفت درحالی که درنسخه آزمایشی جدید این نرم افزار(beta4) مبحث انتقال رسوب در کانال های فرسایشی دیده شد هاست.

3-2-نمونه هایی ازکاربردهای این مدل

-تعیین پروفی سطح آب درجریان های دائمی

-تعیین پروفیل سطح آب درجریان های غیردائمی

-محاسبات مربوط به انتقال رسوب درکانال های فرسایشی ودرکانال های آبیاری

-آنالیز کییت آب

-تحلیل جریانات تحت فشار

3-1-مدل HEC-RASا                    23

3-2-نمونه هایی ازکاربردهای این مدل               23

3-3-اطلاعات مورد نیاز ازمدل               23

3-4-تعیین پروفیل سطح آب درHEC-RASا             25

3-5-روش تعیین سرعت سقوط                   26

3-6-مقاومت دربرابر جریان               28

3-7-نحوه انجام محاسبات انتقال رسوبات توسطHEC-RASا                 30

3-8-تعیین لایه فعال برای انتقال رسوبات                 37

3-9-تعیین محدوده های فرسایش پذیر درهرمقطع             38

3-10-فرم دانه بندی مواد تشکیل دهنده بستر             39

3-11-انجام محاسبات مرتبط باتعیین میزان فرسایش بارسوبگذاری           39

فصل چهارم:مدلMIKE11

4-1-مدلMIKE11

این نرم افزار توسط موسسه هیدرولیکی دانمارک توسعه یافته است ومیتواند پروفیل سطح آب کیفیت آب وانتقال رسوب رادررودخانه ویاسیستم های آبیاری به صورت یک بعدی مدل نماید.این مدل شامل4 بخش اصلی برای تحلیل داده ها میباشد:

HD:هیدرودینامیک-قادر به شبیه سازی جریانات غیردائمی درشبکه ای ازکانال های روباز ویارودخانه ها،ورودی رودخانه به دریا،شکست سدها می باشد ونتایج روند یابی جریان وارتفاع آب دردوره ها زمانی مشخص را محاسبه می نماید.

AD:ضریب پخش شدگی-دراین بخش محاسبات مرتبط بانفوذ شوری درمحل تداخل دریا به رودخانه،توزیع حرارت وانتقال آلودگی درمخازن راانجام میدهد.

WQ:بخش کیفیت آب-محاسبات مرتبط باتعادل اکسیژن محلول،آمونیوم ونیترات ها و فلزات سنگین وهمچنین آلودگی تالاب ها راانجام میدهد.

ST:بخش انجام معادلات انتقال رسوبات می باشد.

4-2-اطلاعات موردنیاز مدل

-تعریف شبکه آبراهه ومسیر جریان به مدل و ورود اطلاعات مرتبط باسازه های هیدرولیکی واقع در مسیر جیان ازقبیل دریچه ها،کالورت و… می باشد.دراین نرم افزار نیز برای حل مشکل ورود آب درهنام سیلاب به سیلابدشت ولحاظ محاسبات مربوطه،درهنگام ورود مقاطع هندسی،محدوده سیلاب دشت تفکیک میگردد.

-ورود اطلاعات مرتبط بامقاطع

-ورود اطلاعات مرتبط باشرایط مرزی

4-1-مدلMIKE11ا                       42

4-2-اطلاعات مورد نیاز مدل             42

4-3-تعیین پروفیل سطح آب درMIKE11ا                  42

4-4-روش تعیین آستانه حرکت در MIKE11ا               47

4-5-روش تعیین سرعت سقوط درنرم افزا MIKE11ا               49

4-6-مقاومت دربرابر جریان             50

4-7-نحوه انجام محاسبات انتقال رسوبات توسط MIKE11ا                   52

4-8-تعیین محدوده های فرسایش پذیر درهرمقطع ونحوه رسوبگذاری یافرسایش           59

4-9-دانه بندی ذرات             60

فصل پنجم:جمع بندی

5-1-جمع بندی

-ازآنجائیکه دونرم افزار تشریح شده جزء مدل های یک بعدی می باشند لذا قابلیت مدل نمودن تغییرات عرضی رانداشته اند ودرمواردی که تغییرات مقطع هندسی کانال یامجرای جریان قابل توجه می باشد کارایی لازم راندارد.

-مدل Hec-Ras قابلیت مدل نمودن جریان غیردائمی رابرای مباحث انتقال رسوب نداشته زیرا جریان رابه صورت شبه دائمی مدل مینماید وهمچنین ازاثرات برگشت آب صرف نظر مینماید.

-همچنین یکی ازفرضیات اساسی مدل مذکور دربحث انتقال رسوبات این است که رسوبگذاری یافرسایش اتفاق افتاده درحدی است که موجب تغییرات هیدرولیکی نگردد یا به عبارتی برپروفیل سطح آب تاثیر نگذارد.بنابراین مدل درمواردی که فرسایش یا رسوب گذاری درحد قابل ملاحظه می باشد دارای خطا است زیرا هیچگونه ارتباط یا بازخوردی بین نتایج رسوبات ومحاسبات هیدرودینامیک وجود ندارد.

-مدل مذکور قابلیت انجام محاسبات مرتبط باانتقال ذرات چسبنده راندارد.

-معادلات حاکم برمحاسبه انتقال رسوبات دراین نرم افزار محدود به معادلاتی می باشد که اساس فرضیات حل آنها تقریبا مشابه بوده ودراای دامنه گسترده ای برای کاربرد درشرایط مختلف نمی باشد.

-در مدل Mike11 چون قابلیت تحلیل مدل درحالت غیردائمی وجود دارد نتایج دقیق تر و اثرات برگشبت آب لحاظ میگردد.

-این مدل قابلیت نمدن ذرات چسبنده وغیر چسبنده رادارا می باشد.

-ازویژگی های شاخص این مدل منظور نمودن اثرات تغییرات کف درمحاسبات هیدرودینامیکی می باشد لذا ازاین حیث قابلیت برآورد اثرات ناشی از فرسایش یا رسوب گذاری درحدبالا رادارد.

-ازآنجاییکه معادلات انتاقل رسوبات این نرم افزار دارای دامنه گسترده ای ازحالت های آزمایشگاهی می باشد کالیبره نمودن آن مدل برای شرایط مورد نظر راحت تر میسر میگردد.

-باتوه به اینکه انجام محاسبات متناوب بین دو بخش هیدرودینامیک انتقال رسوب طولانی میباشد این نرم افزار قابلیت این را دارد که درمواردی که تغییرات کف ناچیز می باشد بتوان ازروشی باسرعت بالاتر استفاده نمود به طوری که دراین حالت دیگربازخورد اطلاعات انتقال رسوب به بخش هیدرودینامیک متوقف میگردد.

-دقت یک مدل ریاضی به اساس فیزیکی،تکنیک ها عددی وروابط فیزیکی برای راه اندازه حرکت،مقاومت جریان وانتقال رسوب،بستگی دارد.آزمایش وکالیبراسیون،گام های مهمی است که برای استفاده موثرترازیک مدل باید انجام شود.به دلیل تفاوت درحساسیت نتایج شبیه سازی شده به هر رابطه یاضریب تجربی،باید به آنهایی که نتایج حساسی تولید می کنند،توجه بیشتری شود.

5-1-جمع بندی           62

منابع وماخذ               64

چکیده           65

فهرست جدول ها

1-دامنه کاربرد روش های محاسبه مقاومت جریان درنرم افزارHEC-RASا               29

2-مقدار پیشنهادی ضریب زبری دربستر غیرصلب         29

3-دامنه کاربرد معادلات انتقال رسوب               37

4-تعیینaباتوجه به شیب بستر کانال           55

5-دامنه کاربرد معادلات اتنقال باررسوب           59

فهرست شکل ها

1-مثاندری شدن مسیر وافزایش استهلاک انرژی رودخانه             4

2-اشکال متفاوت فرم بستر             9

3-نحوه انتقال باررسوبات بسترومعلق                 12

4- تفکیک مسیر جریان درمجرای اصلی وسیلابدشت            24

5-تعیین عمق ومحدوده فرسایش پذیری             38

6-هیدروگراف جریان غیردائمی درحالت شبه دائمی         39

7-حجم کنترل برای محاسبه ممنتوم           44

8-کانال وشکبه بندی بطریق زیگراگ             44

9-شبکه معادله 6نقطه ای ابتوت             45

10-تعریف پارامترهای دیون               50

11-رابطه بین عمق آب،ارتقاع دیون وتنش برشی بدون بعد           51

12-رابطه بین عمق آب،طول دیون وتنش برشی بدون بعد             51

13-مدل های موجود برای انتخاب نحوه رسوب گذاری دربستر             60

1-2-تقسیم بندی حوزه آبریز ازلحاظ تولید رسوبات

یک حوزه آبریز رامیتوان ازنظر تولیدرسوبات به سه ناحیه تقسیم بندی نمود:

-ناحیه فرسایش یاتولید رسوب(سرچشمه هایی باشیب تند وسریعا فرسایش یابنده)

-ناحیه انتقال(که درطول آن رسوب بدون اتلاف یاافزایش حرکت مینمایند)

-ناحیه ته نشینی

انتقال رسوب درحوزه آبریز ودرطول سامانه رودخانه به طور پیوسته انجام میگیرد.افزایش فرسایش دربازه های بالایی حوزه وانتقال باررسوبی به پایین دست ازطریق شبکه رودخانه میتواند بر مشخصات رودخانه تاکیلومتر درپایین دست اثر بگذارد.آبراه رودخانه دربازه انتقال رامیتوان به عنوان یک نوار نقاله درنظر گرفت که تولیدات فرسایش رابه پایین دست تامناطق نهایی ته نشینی منتقل میکنند.اندازه رسوبات معمولا درطول سامانه رودخانه از شن وقلوه سنگ دربازه هایی باشیب تند دربالادست تاماسه ورس درشیب کم درپایین دست تغییر میکند که منعکس کننده کاهش اندازه ذرات توسط سایش وهوازدگی ونیز دانه بندی توسط جریان آب می باشد.درطول نوار نقاله ساختار آبراهه پایدار به نظر میرسد اما ذرات تشکیل دهنده آنها ممکن است سالانه تادوسال یکبار بارسوبات بالادست جایگزین شوند.به طور مشابه رسوباتی که سیلابدشت رودخانه ها را تشکیل می دهند.معمولا درمقیاس زمانی دهه ها وقرن ها متحرک هستند.سیلابدشت ها مشخصه ها دینامیک تشکیل دهنده یک واحد منفرد هیدرولوژیک وزمین ریخت شناسی هستند که باانتقال متناوب آب ورسوب بین دوجزء مشخص میگردند وعدم تشخیص ارتباط متقابل بین سیلابدشت و آبراه رودخانه باعث بروز مشکلات فراوان درمدیریت رودخانه ها میگردد.



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

قیمت45000تومان