تحقیق با موضوع رسوب معلق، منحنی سنجه رسوب، شبیه سازی

دانلود پایان نامه ارشد

تقدیر و سپاس
سپاس و ستایش مر خدای را عز و جل و جلاله که آثار قدرت او بر چهره روز روشن، تابان است و انوار حکمت او در دل شب تا ررخشان. آفریدگاری که خویشتن را بر ما شناساند و درهای علم را بر ما گشود و عمری و فرصتی عطا فرمود تا بدان، بنده ضعیف خویش را به طریق علم و معرفت بیازماید. خدایی که به قلم قسم خورد و به دستانم چنان شرافتی داد که قلم را در دست بگیرم تا همچون چراغی روشنی راهم باشد.
شکر خدا که هر چه طلب کردم از خدا بر منتهای همت خود کامروان شدم
از پدر و مادری که با قلبهای بزرگشان فریادرس من بودند تا از سرگردانی و ترس در پناهشان شجاعت بیابم، از محبتهای بیدریغشان که هرگز فروکش نمیکند سپاسگزارم.
از وجود خستگیناپذیر استاد گرانقدرم آقای دکتر ناصر طهماسبیپور که همواره از راهنماییهای ارزنده ایشان بهره برده و با بیان نکات مفید در جهت بهبود پایان نامه تلاش کردند و اینجانب افتخار شاگردی ایشان را داشتم، سپاسگزارم.
از استاد مشاورم آقای دکتر حسین زینیوند به خاطر راهنماییهای علمی و نکات ارزنده ، لبخندهای پر از امید، صمیمانه سپاسگزارم.
همچنین از استاد مشاورم آقای دکتر مجید رحیمی نسب به خاطرراهنماییها و بیان نکات علمی سپاسگزارم.
از اساتید محترم داور، آقای دکتر علی حقیزاده و آقای دکتر امیرحمزه حقی آبی به خاطر اعمال نظرهای علمی و ارزندهشان در جهت غنای کار پایان نامه و بازخوانی آن بسیار سپاسگزارم.
از استاد گرانقدر آقای مهندس اسماعیل سهیلی به خاطر راهنماییهای دلسوزانه و همدلیها سپاسگزارم.
از تمام همکلاسیها “خانمها میرزایی ، محمودی، رسولی و سلیمانی؛ آقایان خالقی و بشارت” به خاطر تمام همدلیها و همراهیهای دوستانهشان تشکر
میکنم.

چکیده
فرسایش و انتقال رسوب از پدیدههای مهم رودخانهای میباشند و در طرحهای آبخیزداری و حفاظت آب و خاک، برآورد بار رسوبی رودخانه از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. از نتایج مطالعه رسوب در سیلابها، میتوان؛ طرحهای مهندسی رودخانه و کاهش خسارات سیل استفاده نمود. حوزه کشکان لرستان، با مساحتی معادل 4/9274 کیلومتر مربع میباشد، این حوزه دارای ارتفاع حداکثر 3610 متر و ارتفاع حداقل 657 متر و میانگین سالانه بارش 3/439 میلیمتر یکی از زیرحوزههای مهم حوزه کرخه بوده که گستره جغرافيایی آن از’50 ◦46 تا ‘1 ◦50 طول شرقي و از ’40 ◦32 تا ’23 ◦34 عرض شمالي میباشد، در این تحقیق به ارزیابی کمی و کیفی انتقال رسوب سیلابها و تغییرات زمانی آن در ماههای مختلف در رودخانه کشکان، در بازه ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر تا 200 متر به سمت بالای ایستگاه با استفاده از نرمافزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 پرداخته شدهاست. دورهی آماری مورد استفاده سال آبی 1359-1358 تا سال آبی 1389-1388 میباشد. برای واسنجی مدلها از پارامتر ضریب زبری مانینگ استفاده شد که مناسبترین آن در این بازه ضریب زبری 0454/0 بوده است. ارزیابی شبیهسازی رسوب معلق سیلابها بر اساس معیار ناشساتکلیف 701/0 درصد در دوره واسنجی، و 74/0 درصد در دوره اعتبارسنجی در نرمافزارHEC RAS 4.1 میباشد و مقادیر متناظر در نرمافزار GEP 4.3 به ترتیب 751/0 درصد و 783/0 درصد است که نشان از قابلیت دو نرمافزار در شبیهسازی رسوب میباشد. با توجه به نتایج حاصل؛ حداکثر رسوب انتقالی سیلابها در ماه اسفند میباشد که دلیل آن را میتوان تمرکز بارش، عدم وجود پوشش مناسب برای نفوذ بارش و حفظ ذرات خاک حوزه، افزایش دما و وقوع ذوب برف و تغییرات کاربری اراضی دانست. رسوب انتقالی در دوره اندازهگیری، شبیهسازی HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 به ترتیب 3/152، 14/128و 09/125 هزار تن و با درصد 50، 48 و 46 میباشد. نرمافزار GEP 4.3 با 55/12 درصد خطا کمتر نسبت به نرمافزار HEC RAS 4.1، رسوب سیلابها را شبیهسازی کرده است.

واژگان کلیدی: انتقال رسوب معلق، سیلاب، شبیهسازی، HEC RAS 4.1، GEP 4.3.

Abstract
Knowing the amount of sediment transport in rivers and its effectiveness of protective measures is necessary. Due to the proliferation of dams on rivers, knowledge of sediment volume estimation and how and when sediment transports is so important. The results of sediment in floods can be used in river engineering and flood damage reduction projects.. Kashkan watershed in Lorestan province located between longitude 46º 50´ to 50º 1´ East and latitude 32º 40´ to 34º 23´ North with an area of 9287.39 km2. This field has a maximum altitude of 3610 m and a minimum height of 657 mm and an annual average rainfall of 3/439 mm. In this research, different aspects of sediment transport in Kashkan river for steady and unsteady flow conditions at the moving boundary using HEC RAS 4.1 and GEP 4.3 softwares for various months was assessed. . In this study, 31 years (1980 to 2010) discharge and sediment data, also geometery data between Poldokhtar station and 200 meters its upstream were used and assessed for simulating sediment transport and its temporal changes. Manning roughness coefficient models were used for calibration of the suitable roughness coefficient in the range of 0.0454. The evaluation of sediment transport by the HEC RAS 4.1 4.1showed a good agreement between measured and simulated sediment based on Nash Sutcliffe efficiency criteria 70% for the calibration and 74% for the validation period, also in GEP 4.3 these indexes 75% for the calibration and 78% for the validation period, which show the capability of the softwares to simulate sediment. Moreover, most of floods with high sediment transport occur in the winter especially in December, The reason could be the concentration of rainfall, lack of adequate coverage for precipitation infiltration and preserving areas of soil particles, increasing temperatures and melting snow and land use changes. Transported sediment during the measurement, simulation,in HEC RAS ​​4.1 and GEP 4.3, are respectively, 152.3, 128.14 and 125.09 thousand tonnes and with a percentage of 50, 48 and 46. The error of simulation of sediment with HEC RAS ​​4.1 is 12.55 percent less than GEP 4.3.
Key Words: Suspended sediment transport, flood, simulation, HEC RAS 4.1، GEP 4.3

فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-مقدمه و بیان مسئله 1
1-1-مقدمه 1
1-2 بیان مسئله 2
1-3 اهداف تحقيق 3
1-4 فرضيات تحقيق 3
2-کلیات و مرور منابع 5
2-1-مقدمه 5
2-2- رودخانه، سیلاب و انتقال رسوب 5
2-3- اهمیت انتقال رسوب در رودخانه ها 6
2-4- مدل 7
2-5- انواع مدل ها 9
2-6-مؤلفه های مدلسازی حوزه 10
2-6-1- واسنجی مدل 10
2-6-2- صحت سنجی مدل 11
2-9- نقش مدل ها در پیش بینی روند فرسایش و رسوبگذاری در محدوده مطالعاتی 12
2-9-1- مدل های تجربی 12
2-9-2- مدل ها و نرم افزارهای کامپیوتری 13
2-10- استفاده از مدل در سیلاب و انتقال رسوب 14
2-10-1- شبيه‌سازي جريان در رودخانه 14

عنوان صفحه
2-11 سیلاب 16
2-12- ارزیابي خسارات سيلاب 17
2-13- انتقال رسوب و اثرات آن 19
2-13-1- انتقال رسوب و پیامدهای اجتماعی 21
2-13-2- انتقال رسوب و پیامدهای اقتصادی 21
2-13-3- انتقال رسوب و پیامدهای زیست محیطی 22
2-13-4- رسوب و تغییرات بستر 22
2-14- بررسی انواع رودخانه ها از دیدگاه انتقال رسوب 23
2-15- اثرات انتقال رسوب بر رفتار رودخانه و عملکرد مخازن سدها 23
2-16- منابع تغذيه رسوبي رودخانه ها 24
2-13 عوامل مؤثر بر انتقال رسوب 25
2-17- اهمیت تعیین بار رسوبی رودخانه ها 25
2-18- شکل هاي مختلف انتقال رسوب در رودخانه ها 26
2-18-1- بار انحلالی: 27
2-18-2 – بارکف: 28
2-18-3- بار معلق: 28
2-19- نمونه برداری از مواد معلق 29
2-19-1- نمونه بردارهای بار معلق 29
2-19-2- روش هاي نمونه برداري از مواد معلق : 31
2-20- روش های برآورد رسوب معلق 32
2-21- محاسبه رسوب معلق با استفاده از منحنی سنجه رسوب و دبی هاي متوسط روزانه : 32

عنوان صفحه
2-22- محاسبه رسوب معلق با استفاده از روش اداره عمران ايلات متحده(USBR) 33
2-22-1- منحنی سنجه رسوب 33
2-22-2 – انواع منحنی سنجه 34
2-23-کلياتی در خصوص هیدرولیک کانال های روباز 35
2-23-1- دانه بندی رسوبات 35
2-23-2-تقسیمبندی رودخانه ها از نظر مصالح بستری 36
2-24- انجام محاسبات هیدرولیکی 37
2-24-1 قوانين حاكم بر حركت جریان 38
2-25-طبقه بندی جريان در کانالهای روباز 40
2-26 -روشهای تعیین معادله های شیب اصطکاکی 41
2-27- تحليل جریان ماندگار و غير‌ماندگار 41
2-28- شرایط مرزی 41
2-29- معرفی اجمالی برخی از مدل های کامپیوتری توسعه يافته برای مطالعات فرسایش و رسوب 42
2-30- دلیل انتخاب مدل HEC RAS 43
2-31- دلایل انتخاب GEP4.3 44
2-32- بررسی پیشینه تحقیق در داخل و خارج کشور 44
منابع داخلی 45
منابع خارجی 53
3-مواد و روش ها 61
3-1مقدمه 61
عنوان صفحه
3-2- معرفی منطقه مورد مطالعه 61
3-2-1- موقعیت و مشخصات حوزه آبخیز کشکان 61
3-2-2- بررسی و ویژگی های رودخانه کشکان 63
3-2-3- بررسی ویژگی های توپوگرافیک و فیزیوگرافیک رودخانه کشکان 64
3-2-4- بررسی وضعیت پوشش گياهی رودخانه کشکان 64
3-2-5 ویژگی های زمینشناسی 65
3-2-6 – ویژگی های آب و هوایی 65
3-3-جمع آوری آمار و اطلاعات هواشناسی و هیدرومتری مشاهده شده 66
3-4 تعیین منحنی سنجه رسوب و معادله توانی آن در ایستگاه کشکان پلدختر 68
3-4-1- تعیین سیلاب ها 68
3-5- آماده سازی داده ها برای ورود به نرم افزار 69
3-6 معرفی مدل ها 70
3-6-1- مدلHEC RAS 4.1 70
3-7 مراحل اجرای مدل HEC-RAS 71
3-7-1 شروع یک پروژه جدید 71
3-7-2وارد کردن داده های هندسی 72
3-8- وارد کردن داده های جریان و شرایط مرزی 72
3-9- ورود داده های رسوب 73
3-9-2 دانه بندی مواد بستری 74
3-9-3 بررسی معادلات انتقال رسوب و انتخاب معادله مناسب 74
3-10- محاسبات هیدرولیک جريان 80
عنوان صفحه
3-11- مدل GEP 4.3 82
3-12 اجرای مدل GEP 82
3 -13 تعيين نسبت بار بستر به بار معلق از روش هاي تجربي 86
3-14 آنالیز رسوب در نرم افزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 88
3-15 تغییرات انتقال رسوب سیلاب ها، در ماه های سیلابی در نرم افزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 88
3-16 متوسط انتقال رسوب در نرم افزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 88
3-17 درصد انتقال رسوب سیلاب ها در نرم افزار HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 88
3-18 واسنجی و صحت سنجی مدل ها 88
3-19-1 معيار ناش- ساتکليف (C1) 88
3-19-2 معیار ضریب همبستگی: 89
4- نتایج 91
4-1-نتایج آزمون داده ها 91
4-2- منحنی سنجه رسوب و معادله توانی آن در ایستگاه کشکان پلدختر 91
4-3- تعیین سیلاب ها 92
4-4-دانه بندی مواد بستری 93
4-5- نتایج شبیه سازی رسوب سیلاب ها در نرم افزار HEC RAS 4.1 94
4-6- محاسبه بارمعلق از بارکل شبیه سازی شده 94
4-7- بررسی رسوب سیلاب ها در دوره های واسنجی و اعتبار سنجی 96
4-8 نحوه شبیه سازی رسوب معلق حداکثر و حداقل دوره آماری با نرم افزار HEC RAS 4.1 98
4-9 بررسی تغییرات زمانی ماهانه سیلاب ها در دوره آماری با نرم افزار HEC RAS 4.1 99
4-10 بررسی رسوب شبیه سازی شده هر یک از سیلاب ها در ماه های مختلف دوره آماری 100
عنوان صفحه
4-10-1 رسوب سیلابهای دی ماه در طول دوره آماری 100
4-10-2 رسوب سیلابهای بهمن ماه در طول دوره آماری 101
4-10-3 رسوب سیلاب های اسفند ماه در طول دوره آماری 101
4-10-4 رسوب سیلاب های فروردین ماه در طول دوره آماری 102
4-11-

پایان نامه
Previous Entries تحقیق درمورد صائب تبریزی، فنون بلاغت، دیوان صائب Next Entries منبع پایان نامه ارشد درباره برجسته سازی، تاثیرپذیری، اغراض شعری