تحقیق با موضوع هیدرولیک، دبی جریان، منحنی سنجه رسوب

دانلود پایان نامه ارشد

ناپایداری در منطقه ایجاد شده و به دنبال آن بعضاٌ بارشهای رگبارهای شدیدی به وقوع پیوسته و باعث پدیده سیل خواهد شد. کمفشار سودانی به دلیل ماهیت گرم خود رطوبت زيادی را از دريای سرخ و خلیج فارس جذب میکند، آنگاه همزمان با آن (در برخی موارد) کمفشارهای مدیترانهای نیز با جذب رطوبت از دريی مدیترانه به طرف غرب ایران نفوذ میکند (لشکری، 1375). و با ادغام این دو سیستم بهویژه در محدوده حوزه آبخیز رودخانه کرخه و مرز مشترک آن با حوزه دز (حوزه کشکان) و بارشهای شدیدی ریزش کرده و سرانجام سیلابهای مهیبی در سرتاسر این ناحیه به وقوع میپیوندد (سورینژاد، 1380). آنچه که مسلم است شرایط آب و هوایی در این حوزه تابع این دو سیستم و تأثیر دامنه نثار کوههای زاگرس است که از نظر تقسیمات آب و هوای سرد کوهستانی، معتدل مدیترانهای و نیمهخشک گرم (نیمه گرمسیری) بر جای گذاشته است. لذا اغلب، بارندگی با آغاز فصل سرد سال شروع شده و تا اواسط بهار ادامه میيابد، همچنین این منطقه در دورهی گرم سال مانند سایر نواحی ایران خشکی عظیمی بر پهنه فیزیکی آن حکمفرماست (سورینژاد، 1380).
روش تحقیق
3-3-جمعآوری آمار و اطلاعات هواشناسی و هیدرومتری مشاهده شده
بعد از مشخص شدن منطقه مطالعاتی این تحقیق، اقدام به جمعآوری آمار و اطلاعات هواشناسی از دو منبع اطلاعاتی یعنی سازمان هواشناسی کشور و وزارت نیرو شد. داده‌هاي مورد استفاده بايد داراي سه شرط مرتبط بودن،‌ كفايت و درستي باشند (مهدوي،1387).
از اين‌رو براي بازسازي، تكميل و گسترش آمار و در سطح اعتماد مناسب، داده ها از نظر كفايت مورد بررسي قرار گرفتند. در این پژوهش از دادههای ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر برای دبی جریان، دبی رسوب و دمای آب، همچنین دادههای دمای روزانه از سازمان هواشناسی گرفته شد.
– آزمون همگنی دادهها: برای تست همگنی دادهها در این مطالعه از روش run test استفاده شد.
– آزمون کفایت دادهها: با انجام آزمون کفایت دادهها برای دادههای طول دوره آماری، دادهها برای تجزیه و تحلیل رسوب سیلابها کافی بودند. از آنجا که از دادههای یک ایستگاه استفاده شد نیازی به گرفتن دوره مشترک آماری نبود.

3-4 تعیین منحنی سنجه رسوب و معادله توانی آن در ایستگاه کشکان پلدختر
تعیین بار معلق بهدست آمده از هیدروگراف سیلابهای با دوره بازگشت مختلف مستلزم تعیین بار رسوبی معلق روزانه برای مقادیر Q تعیین شده در محاسبات هیدرولیک جریان و ترسیم منحنی سنجه رسوب و تعیین معادله توانی آن میباشد. منحنی سنجه رسوب و معادله توانی آن با استفاده از مقادیر دبی جریان و رسوب اندازهگیری شده در ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر تر سیم شد.
Q_s=aQ^b (1)
در این رابطه a و b عوامل معادله هستند که به روش همبستگی تعیین میگردند. با استفاده از این معادله میتوان سهم بار معلق در هر دبی جریان را مشخص کرد.
پس از انجام آزمون همگنی و کفایت دادهها در دوره آماری 1358-1359 تا 1388-1389 برای بازسازی دادههای رسوب ایستگاه کشکان پلدختر در روزهایی که اندازهگیری نشده برآورد رسوب به روش فصلی، ماهانه، دوره مشابه هیدرولوژیکی، دوره پرآب و کم آب و روش حد وسط دستهها صورت گرفت. تا بهترین روش برای بازسازی رسوب در روزهای اندازهگیری نشده مشخص شود.
3-4-1- تعیین سیلابها
دوره آماری در این تحقیق از شروع سال آبی 1359 تا پایان سال آبی 1388 میباشد. گام مهم در تعیین تغییرات زمانی انتقال رسوب در مواقع سیلابی تشخیص و تعیین سیلابها میباشد که بدین منظور ابتدا هیدروگراف مربوط به سیلابها رسم، سپس مرحلهای از سیلاب که رسوب در آنها همزمان با دبی جریان اندازهگیری شده است مورد استفاده قرار گرفت. همچنین زمان وقوع سیلابها نیز مشخص شد. بعد از انجام عملیات فوق، به منظور آنالیز جریان در نرمافزار HEC RAS 4.1 دبیهای حداکثر لحظهای در دوره آماری مشخص شده، سپس با استفاده از نرم افزار HYFA نسبت به تعیین دبی با دورهبازگشتهای مختلف پرداخته و در نهایت بهترين توزيع آماري (به روش گشتاورها و تعيين کمترين مقدار خطا) مشخص شد.
3-5- آمادهسازی دادهها برای ورود به نرمافزار
برای اجرای مدلها، به شرایط حاکم بر مدل و پدیده مورد مطالعه، دادههای مورد نیاز متفاوت میباشد ولی به طور کلی دادههای مورد نیاز مدلها به شرح زیر میتوان طبقهبندی کرد.
الف) دادههای هندسی
این دادهها شامل پلان، مقاطع عرضی و طولی رودخانه، موقعیت و مشخصات هیدرولیکی میباشند. این دادهها با استفاده از نقشههای توپوگرافی و یا برداشتهای صحرایی تهیه میگردند. تعداد مقاطع عرضی بستگی به تغییرات شکل مقطع در طول رودخانه و دقت مورد نیاز در مطالعات دارد. در هر صورت تعداد مقاطع باید بنحوی باشد که تغییرات شدید در شکل مقطع را در نظر بگیرد. اغلب مدلها نیز این قابلیت را دارند که در صورت نیاز در بین مقاطع عرضی معرفی شده به مدل، مقاطع عرضی جدید را با استفاده از روش درونیابی تولید کنند. در هنگام برداشت اطلاعات مقاطع عرضی به این نکته باید توجه شودکه علاوه بر مقطع اصلی، سیلابدشت طرفین نیز به اندازه کافی برداشت شود.
دادههای مربوط به ضریب زبری مقاطع سیلابدشت نیز در این گروه قرار گرفته است. ضریب زبری اغلب به دو صورت ضریب زبری مانینگ و یا ضریب شزی در مدلها مورد استفاده قرار میگیرد. ضریب زبری مشتمل بر دو قسمت است. زبری مربوط به مصالح بستر که بیشتر با استفاده از مشخصات منحنی دانهبندی مصالح بستر و با استفاده از روابط تجربی ارائه شده توسط محققان مختلف قابل محاسبه میباشد. بخشی از زبری نیز به فرم بستر، پوشش گیاهی و موانع موجود در مقطع بستگی دارد که در این خصوص نیز پیشنهادها، جداول و روابط مختلفی ارائه شده است که از آن جمله جداول ارائه شده توسط چاو16 میباشد. شایان ذکر است که مقدار ضریب زبری با استفاده از پیشنهادها و روابط تخمین زده میشود و از جمله عواملی میباشد که در مرحله واسنجی مدل تدقیق میشود.
ب) دادههای هیدرولوژیکی
این دادهها معمولاٌ شامل جریان ورودی و خروجی از بازه مورد مطالعه میشود که بسته به شرایط حاکم بر مدل (جریان ماندگار یا غیر ماندگار) و یا اطلاعات در دسترس (بده جریان، آبنمود و رابطه بده- تراز سطح آب) به عنوان شرایط مرزی جریان در مدلها مورد استفاده قرار میگیرند. در مدلهای جریان ماندگار بده ثابت، تراز سطح آب ثابت و یا رابطه بده- تراز سطح آب به عنوان شرایط مرزی جریان و اطلاعات ورودی مدلها مورد استفاده قرار میگیرد. در مدلهای جریان غیر ماندگارآبنمود جریان (بده جریان یا تراز سطح آب- زمان و یا رابطه بده- تراز سطح آب) به عنوان ورودی شرایط مرزی جریان مورد استفاده قرار میگیرند. این دادهها معمولاٌ از طریق ایستگاههای آب سنجی که دارای تجهیزات ثبت تراز سطح آب و سرعت جریان میباشند، تهیه میشوند. برخی از خواص آب مانند دانسیته و درجه حرارت نیز به عنوان ورودی مدلها مورد نیاز میباشد که با اندازهگیری تعیین میگردند.
ج) دادههای رسوب
دادههای رسوب در مدلها به صورت دادههای عمومی و یا شرایط مرزی مورد استفاده قرار میگیرند. دانهبندی رسوبات مصالح بستر، باربستر و بار معلق، دانسیته و چگالی رسوبات به صورت دادههای عمومی رسوب در مدلها استفاده میگردد. غلظت یا بده رسوبات معلق و بار بستر (ثابت و یا تابعی از زمان)، رابطه بده جریان و بده رسوب و یا تغییرات بستر در یک مقطع مشخص (ثابت یا تابعی از زمان) بعنوان شرایط مرزی جریان رسوب در مدلها مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به تئوریهای حاکم بر مدل و اهداف مطالعه ممکن است تمام و یا بخشی از این دادهها مورد نیاز باشد. این دادهها معمولاٌ از طریق نمونهبرداری مصالح بستر و انجام دادن آزمایشهای لازم، نمونهگیری از جریان همراه با رسوب و یا با استفاده از تجهیزات ثبت غلظت رسوبات تعیین میگردند.
در این مطالعه از دو نرمافزار17GEP و HEC-RAS18 جهت بررسی تغییرات زمانی منحنی سنجه رسوب در رودخانه کشکان استفاده میشود، در این فصل شرح مفصلی از نرمافزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 و فرایندهای و ساختارهای آنها در انتقال رسوب آمده است. پس از آن نیز روشهای واسنجی و صحت سنجی مدلها ذکر شده است.

3-6 معرفی مدلها
3-6-1- مدلHEC RAS 4.1
مدل HEC-RAS يک سيستم مجتمع نرم افزاري ميباشد که براي استفاده متقابل در محيط به صورت چند منظوره طراحي شده است اين نرم افزار امکان انجام محاسبات يک بعدي در حالت جريان ماندگار و غير ماندگار را فراهم ميسازد. اين مدل نيز در طبقهبندي مدلهاي فرآيند محور قرار ميگيرد در HEC-RAS فرآيند اصلي محاسبات بر يک روش حل يک بعدي معادله انرژي استوار است. معادله انرژي از يک سطح مقطع به سطح مقطع بعدي با استفاده از روش گام به گام استاندارد جهت محاسبه نيمرخ سطح آب حل ميشود. محاسبات انتقال رسوب در مرز متحرک که این مولفه از سیستم مدلسازی برای شبیه سازی محاسبات انتقال رسوب در مرز متحرک یک بعدی که از آبشستگی و رسوبگذاری در طی دوره زمانی محدود ناشی می شود در نظر گرفته شده است. پتانسیل انتقال رسوب بر اساس اندازه ذرات محاسبه می شود که به موجب آن شبیه سازی دسته بندی و حفاظت هیدرولیکی امکان پذیر می گردد. داده هاي مورد نياز براي اجراي محاسبات اين مدل به دو دسته دادههاي هندسي ( ژئومتريک) و داده هاي شرايط مرزي (دادههاي شرايط ماندگار) تقسيم بندي مي شوند. دادههاي ژئومتريک پايه شامل داده هاي مقاطع عرضي (طول بازه، ضرايب کاهش انرژي و اطلاعات محل اتصال رودخانهها) و دادههاي سازه هيدروليکي یا پلها (طول انشعابات، ضريب مانينگ، ضريب انبساط و انقباض، داده هاي اتصال يا پيوند جريان، رژيم جريان، دادههاي دبي) ميباشد. نهايتاٌ خروجي آن نمودارهاي مقاطع عرضي، نمودارهاي منحني سنجه آب و نمودارهاي سه بعدي ميباشد. ضریب زبری مانینگ و ضریب انقباض و انبساط به عنوان موارد کلیدی برای واسنجی و صحتسنجی مدل HEC-RAS مورد استفاده قرار میگیرند. به طوریکه خروجیهای مدل مانند دبی جریان و یا سطح تراز آب را با استفاده از این ضرایب با واقعیت تطبیق میدهند و با استفاده از معیارهای ارزیابی کارآیی مدل مانند ناش ساتکلیف (Nash-sutcliff)، R-mod، ضریب تبیین(R)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین مربعات خطا (MSE) میزان کارآیی مدل در شبیهسازی رسوب معلق مورد ارزیابی قرار میگیرد.
3-7 مراحل اجرای مدل HEC-RAS
قبل از هرچیز ابتدا سیستم آحاد مربوط به برنامه را تعیین میکنیم که در این مطالعه سیستم متریک و برای معادله یانگ سیستم انگلیسی تعریف شد.
3-7-1 شروع یک پروژه جدید
اولین گام در ایجاد یک مدل هیدرولیکی با HEC-RAS عبارتست از تعیین شاخهای که میخواهیم در آن کار کنیم و وارد کردن عنوان جدید برای پروژه جدید.
3-7-2وارد کردن دادههای هندسی
گام بعدی وارد کردن دادههای هندسی مورد نیاز است که شامل اطلاعات اتصال برای سیستم آبراهه (طرح شماتیک رودخانه)، دادههای مقاطع عرضی و دادههای سازههای هیدرولیکی است. دادههای هندسی با ترسیم طرح شماتیک سیستم رودخانه، ایجاد شده که این امر بر مبنای بازه به بازه و ترسیم یک بازه از بالا دست به سمت پایین دست (در جهت مثبت جریان) انجام میشود. هر مقطع عرضی دارای یک نام رودخانه، یک نام بازه، یک ایستگاه رودخانه و یک توصیف میباشد. در این مطالعه بازه از بین ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر تا 200 متر بالاتر از آن مورد ارزیابی قرار گرفت که دارای 2 مقطع عرضی و اطلاعات هندسی آن میباشد. مقاطع عرضي به‌صورت مختصات فاصله-ارتفاع، كانال اصلي (كرانه چپ و راست)، فاصله بين مقاطع (فاصله سمت چپ، كانال اصلي و سمت راست از يك مقطع تا مقطع بعدي)، محل اتصال شاخه‌ها به همديگر، ضرايب افت ناشي از تنگ و یا گشادشدگي مقاطع، ضرايب افت انرژي (K) ناشي از شكل پايه پل، ضريب زبري مانينگ (كانال اصلي و

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه ارشد درباره نقش آفرینی، ادبیات عرب، نزول قرآن Next Entries تحقیق با موضوع هیدرولیک، علوم تجربی، رسوب معلق