کاربرد صفحات مستغرق در کنترل روند رسوبگذاری در بنادر صیادی با استفاده از مدل فیزیکی...



چکیده:

امواج دریا در جلوی دهانه بندر میشکنند و باعث به تعلیق در آمدن رسوبات بستر دریا میگردند.این رسوبات در اثر امواج ضعیف دریا و یا حرکت کشتی ها به داخل بندر راه یافته و نهایتاً در آنجا ته نشین میگردند و دراثر ادامه این فرایند از عمق مفید ناحیه داخل بندر کاسته شده و برای سرویس دهی پیوسته بندر نیاز به عملیات لایروبی کف میباشد که این عملیات به دلیل حجم بسیار زیاد رسوب مستلزم صرف وقت و هزینه بسیار گزافی میباشد.از آنجاکه صفحات مستغرق درکانالهای آبگیر مورد استفاده قرارگرفته وبه طرزقابل ملاحظه ای در انتقال عرضی رسوب وکنترل ورود رسوب به داخل آبگیر موثر بوده است، لذادر این تحقیق با استفاده از مدل فیزیکی و شبکه بندی محوطه بندر و اطراف آن و شبیه سازی امواج دریا توسط دستگاه موجساز در محیط آزمایشگاه ابتدا میزان رسوب ورودی در نقاط مختلف شبکه بندی بندردر حالت بدون استفاده از صفحات مستغرق، اندازه گیری شده و سپس با کار گذاشتن صفحات مستغرق ،با آرایش مختلف، در جلوی دهانه ورودی بندرمجدداً میزان رسوب در نقاط شبکه بندی اندازه گیری شده است و نتایج با حالت بدون کار گذاشتن صفحات مستغرق مقایسه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.نتایج حاصل از این آزمایشات حاکی ازآن است که نصب صفحات مستغرق با آرایش مختلف در دهانه ورودی بنادر موجب انتقال عرضی رسوب و در نتیجه عدم ورود رسوب به داخل بندر می گردد.

کلید واژه:بندر،رسوب،صفحات مستغرق

فهرست

عنوان

صفحه

1

1

فصل اول: مقدمه وهدف از این تحقیق

1. 1-مقدمه

1

2

1 . 1. 1- مهندسی دریا

1. 1. 2- تاریخچه مطالعات

3

4

1 . 2-هدف از این تحقیق

فصل دوم: بنادر صیادی

5

6

2 .1- تعریف بنادر صیادی

2. 2- شرایط حاکم بر طراحی بندر

6 6

2. 2. 1- شرایط اقتصادی

2. 2. 2- شرایط فیزیکی

7

7

2. 2. 3- شرایط کشتیرانی

2 . 2. 3. 1- اثر باد

7 7

2. 2. 3. 2- اثر موج

2. 2. 3. 3- اثر جریانها

7

8

2. 3 - شرایط مربوط به حفظ عمق در قسمتهای مختلف بندر 2. 4- انواع موج شکن ها

8

9

2. 4. 1- موج شکن منقطع یا پایدار

2. 4. 2- موج شکن شناور

9

9

2. 4. 3- موج شکن هوایی

2 . 4. 4- موج شکن یکسره

10

فصل سوم: صفحات مستغرق

11

11

3. 1- مقدمه

3. 2- تئوری صفحات مستغرق

13

17

3. 3- مطالعات انجام شده

فصل چهارم: مکانیک امواج و هیدرودینامیک لنگرگاه

18 24

4. 1- مقدمه

4. 2- امواج منظم

24

26

4. 2. 1- تعریف پارامتر های موج

4. 2. 2- تئوری موج خطی

26

4. 2. 2. 1- فرضیات

29

33

4. 2. 2. 2- سرعت ، طول و پریود موج

4. 2. 2. 3- پروفیل امواج سینوسی

33

34

4. 2. 2. 4- برخی توابع مفید و کاربردی

فصل پنجم: شرح مدل فیزیکی

35

36

5. 1- حوضچه مدل

5. 2- بندر

37

37

5. 3- دستگاه تولید موج یکنواخت

5. 3. 1- الکترو گیر بکس

38

39

5 . 3. 2-بازوی پیستونی

5. 3. 3- پاروی موج ساز

40

40

5. 4- دستگاه رسوب سنج

5. 4. 1- سنسور

42

46

5. 4. 2- مانیتور

5. 5- رسوب مورد استفاده

44

44

5. 5. 1- براده چوب

5. 5. 2- تراشه آلومینیوم

44

5. 5. 3- ماسه

45

46

فصل ششم: شرح آزمایش های انجام شده ونتیجه گیری

6. 1- شرح آزمایش ها

48

51

6. 1. 1- آزمایش شماره یک

6. 1. 2- آزمایش شماره دو

54

58

6. 1. 3- آزمایش شماره سه

6. 1. 4- آزمایش شماره چهار

62

66

6. 1. 5- آزمایش شماره پنج

6. 1. 6- آزمایش شماره شش

70

75

6. 1. 7- آزمایش شماره هفت

6. 2- مقایسه و بحث

87

نتیجه گیری

88

پیوست الف : جدول ها

   

فهرست شکل 

شکل 3-1:گردابه ایجاد شده در پایین دست یک صفحه 12

شکل 3-2:گشتاور ایجاد شده توسط نیروی گریز از مرکز 14

شکل 4-1:تعریف پارامتر های مبنا برای موج سینوسی 25

شکل 5-1:نمایی از حوضچه مدل 35

شکل 5-2: مراحل احداث بندر در داخل حوضچه مدل 36

شکل 5-3: پلان کلی آزمایشگاه 37

شکل 5-4: نمایی از الکتروگیربکس 38

شکل 5-5: صفحه دوار تولید موج 39

شکل 5-6: روشهای مختلف تولید موج 39

شکل 5-7: دستگاه سنسور رسوب سنج 41

شکل 5-8: نمایی از سنسور دستگاه رسوب سنج 41

شکل 5-9: دو نما از مانیتور دستگاه رسوب سنج 42

شکل 6-1:توپوگرافی و نمایش سه بعدی بستر مربوط به آزمایش شماره یک 49

شکل 6-2: توپوگرافی و نمایش سه بعدی بستر مربوط به آزمایش شماره دو 53

شکل 6-3: توپوگرافی و نمایش سه بعدی بستر مربوط به آزمایش شماره سه 56

شکل 6-4: نمایش نقاط شبکه بندی و منحنی های هم تراز آزمایش شماره سه 57

شکل 6-5: توپوگرافی و نمایش سه بعدی بستر مربوط به آزمایش شماره چهار60

شکل 6-6: نمایش نقاط شبکه بندی و منحنی های هم تراز آزمایش شماره چهار61

شکل 6-7: نمایی از محل قرارگیری صفحات مستغرق در آزمایش شماره پنج 64

شکل 6-8: نمایی از چگونگی جابجایی رسوب بستر پس از آزمایش شماره پنج 64

شکل 6-9: توپوگرافی و نمایش سه بعدی بستر مربوط به آزمایش شماره شش 68

شکل 6-10: نمایش نقاط شبکه بندی و منحنی های هم تراز آزمایش شماره شش 69

شکل 6-11: توپوگرافی و نمایش سه بعدی بستر مربوط به آزمایش شماره هفت 72 شکل6-12: نمایش نقاط شبکه بندی و منحنی های هم تراز آزمایش شماره هفت 73 شکل 6-13: نمایی از داخل محوطه بندر 74 شکل 6-14: نمایی از نحوه انتقال رسوب در جهت عرضی 74 شکل 6-15: توپوگرافی بستر تحت آرایش یکردیفه صفحات با زاویه 90 درجه80 شکل 6-16: نمایی از آرایش دو ردیفه صفحات مستغرق در مقابل بندر 81 شکل 6-17: توپوگرافی بستر تحت آرایش دو ردیفه صفحات با زاویه 105 درجه 83

فهرست جدول 

جدول 3-1: نتایج طرح بهینه صفحات مستغرق 16

جدول 4-1: طبقه بندی امواج به لحاظ عمق 31

جدول 5-1: مشخصات ذرات مورد استفاده در آزمایش های رسوب 43

جدول 6-1: متوسط رقوم اندازه گیری شده در آزمایش شماره یک(mm) 50

جدول 6-2: متوسط رقوم اندازه گیری شده در آزمایش شماره دو(mm) 52 جدول 6-3: متوسط رقوم اندازه گیری شده در آزمایش شماره سه(mm) 55 جدول 6-4: متوسط رقوم اندازه گیری شده در آزمایش شماره چهار(mm) 59 جدول 6-5: متوسط رقوم اندازه گیری شده در آزمایش شماره پنج(mm) 63 جدول 6-6: متوسط رقوم اندازه گیری شده در آزمایش شماره شش(mm) 67 جدول 6-7: متوسط رقوم اندازه گیری شده در آزمایش شماره هفت(mm) 71 جدول 6-8: رقوم ارتفاعی بستر در آزمایش بدون صفحات 75 جدول 6-9: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش یکردیفه 75 درجه76

جدول 6-10: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش دوردیفه 75 درجه 76 جدول 6-11: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش صفحات دوردیفه78 جدول 6-12: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش یکردیفه 90 درجه 79

جدول 6-13: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش دوردیفه 90 درجه 79 جدول 6-14: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش بدون صفحه82

جدول 6-15: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش یکردیفه 105 درجه 82

جدول 6-16: رقوم ارتفاعی بستر در یک مقطع طولی در آزمایش دوردیفه 105 درجه 83

خلاصه:

با توجه به اینکه اثر صفحات مستغرق در کنترل فرایند رسوب گذاری در سواحل رودخانه ها طی پژوهش هایی پیشتر بررسی شده در این تحقیق سعی شد که کاربرد این صفحات تحت شرایط گوناگونی مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد لذا با ایجاد حوضچه و بندر گاهی، در اشل آزمایشگاهی سعی شد شرایط امواج دریا و رسوب مدلسازی شده وتوپوگرافی کف محوطه بندر ابتدا بدون کاربرد صفحات مستغرق و سپس با قراردادن صفحات تحت زوایای مختلف برداشت شد و با مقایسه این برداشتها با یکدیگر نتایجی حاصل شد که این نتایج حاکی است که کاربرد صفحات مستغرق در مقابل ورودی بندر گاه موجب خواهد شد که رسوب در جهت عرضی هدایت شده و نتیجه آنکه ورودی رسوب به داخل بندر کنترل گردد.

اطلاعات مربوط به ارتفاع نقاط شبکه بندی روی بستر حوضچه ، در نرم افزار Excellوارد شده و به صورت جدول تنظیم شده است و این جدول ها نیز توسط نرم افزارSurfer مورد پردازش قرار گرفته و شکل توپوگرافی بستر حوضچه به صورت سه بعدی و شبکه بندی ترسیم شده است.در این تحقیق ابتدا آزمایش بدون کاربرد صفحات مستغرق بمدت 370 دقیقه و سپس با تخلیه آب حوضچه و استفاده از دستگاه رسوب سنج توپوگرافی کف محوطه بندر برداشت شد و نهایتا" با استفاده از نرم افزار Surfer نمای سه بعدی کف را پس از انجام هر سیکل آزمایش ترسیم شده که در ادامه فرایند آزمایش ها نتایج با این حالت به عنوان آزمایش شاهد مقایسه شده است.از آنجا که صفحات مستغرق در کانالهای آبگیر مورد استفاده قرار گرفته و به طرز قابل ملاحظه ای در انتقال عرضی رسوب و کنترل ورود رسوب به داخل آبگیر موثر بوده است ، لذا در این تحقیق با استفاده از مدل فیزیکی و شبکه بندی محوطه بندر و اطراف آن و شبیه سازی امواج دریا توسط دستگاه موجساز در محیط آزمایشگاه ابتدا میزان رسوب ورودی در نقاط مختلف شبکه بندی بندر در حالت بدون استفاده از صفحات اندازه گیری شده و سپس با کار گذاشتن صفحات مستغرق ، با آرایش مختلف ، در مقابل دهانه ورودی بندر بار دیگر میزان رسوب در نقاط شبکه بندی اندازه گیری شده است و نتایج با حالت بدون صفحات مقایسه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج حاصل از این آزمایش ها حاکی از آنست که نصب صفحات مستغرق با آرایش مختلف در دهانه ورودی بنادر موجب انتقال عرضی رسوب و در نتیجه کنترل ورود رسوب به داخل بندر می گردد.

فصل اول

مقدمه و هدف این تحقیق

1. 1- مقدمه

1. 1. 1- مهندسی دریا(ساحل)

تلاش برای برخی مسائل در منطقه ساحلی نظیر فرسایش سواحل و طراحی سازه ای و کاربری بنادر به قرن ها قبل باز میگردد بران(1972Bruun) مباحثی را در مورد فرسایش دریا و کنترل سیل در کشورهای هلند ،انگلیس و دانمارک در قالب مروری بر کارهای حفاظتی در دریا از قرن دهم میلادی به بعد ارائه نمود اینمان (Inman 1974)از مطالعه در مورد بنادر قدیمی اطراف دریای مدیترانه دریافت که بنادرساخته شده در هزار تا دو هزار سال قبل از میلاد مسیح ،"بیانگر یک درک عمیق غیر علمی خیلی بالا از امواج و جریانات دریایی هستند که به پیشرفت مفاهیم قابل توجه در مقابل نیروهای طبیعی منجر شده است".

کارهای ساحلی بطور تاریخی مربوط به مهندسین عمران و امور نظامی بوده است.عبارت مهندسی دریا با برگذاری اولین کنفرانس مهندسی دریا درلانگ بیچ[1] کالیفرنیا در سال1950در زمره رشته های مهندسی با کاربرد عمومی تعریف گردید.اوبرین (Obrien 1950)در پیشگفتارمجموعه مقالات کنفرانس فوق نوشت که مهندسی دریا یک رشته مهندسی جدید یا جداگانه نبوده و تربیت مهندسین و انجمن جدید مورد نظر نبوده است .مهندسی دریا اساساً شاخه ای از مهندسی عمران میباشد که بطور قابل توجهی بر علومی مانند اقیانوس شناسی ، هوا شناسی، مکانیک سیالات، الکترونیک و مکانیک سازه و سایر رشته اتکا دارد.

در مقایسه با سایر زمینه های مهندسی عمران، طراحی و مهندسی دریا کمتر بوسیله آئین نامه هاکنترل میشود دلیل این امر نیز طبیعت محیط ساحلی است که کمتر قابل استناد بوده و فقدان نسبی تجربیات پایه ای مورد نیاز جهت تدوین آئین نامه نیز مزید علت بوده است.

1. 1. 2- تاریخچه مطالعات

تحقیقات و مطالعات در زمینه رسوب گذاری در بنادر در زیر آمده است:

منگور و چاندراوانسا (Mangor, Chandravansa 1991) مدل فیزیکی برای حل مشگل کم عمقی در بندر ماهیگیری برووالا در سریلانکا ساخته اند و ایشان توصیه به ساخت یک موج شکن ثانویه جدید در سمت پایین دست موج شکن موجود کرده اند. همچنین تاکید کردند که موج شکن جدید قرینه موج شکن اصلی باشد.

در آزمایشگاه دانلی(Danlee1986) مشگل کم عمقی بندر دینگ وال در کانادا مورد مطالعه قرار گرفت و پیشنهاد شد که با تغییر شکل دهانه ورودی بندر جریانی ازطرف داخل به خارج مخزن ممکن است ایجاد و تولید شود که می تواند از ته نشین شدن رسوب جلوگیری کند. در بندر ماهیگیری گومیزاکی ژاپن ، نودا(Noda1966) پیشنهاد کرد که طول موج شکن اصلی زیاد شود.

مطالعات برای مشگل رسوب گذاری بندر ماهیگیری یاکاکنت در ترکیه بوسیله گونبک(1990 Gonbac) انجام شده و پیشنهاد به ساخت یک موج شکن اصلی و یا آب شکن در بالا دست بندر کرده اند.

بوتین(Butin 1991) که مجموعه ای از مطالعات و تحقیقات آزمایشگاهی را در 59 بندر در آمریکا جمع آوری کرده است آشکار ساخت که محل و شکل ورودی بندر به طورجدی بر میزان کم عمقی تاثیر می گذارد.برای جلو گیری از مشگل بندر مریلند در کانادا اولت و انکتیل(1983 Olet, Anctill) گزینه های مختلف را در آزمایشگاه آزمایش کرده اند و مناسب ترین شکل موج شکن ثانویه را تعیین کردند. توسط تحقیقات تکمیلی تاکیدشدکه مشگل فرایندکم عمقی با پارامتر های مختلف موج شکن تناسب دارند. اکثر مطالعات فوق در موردکم عمقی در یک منطقه خاص و تلاش برای بر طرف ساختن مشکل همان نقطه را دارند.تا زمانیکه این مشگل در سرتاسر جهان فرا گیر است تعیین پارامترهایی که تاثیر بر کم عمقی می گذار ند حائز اهمیت میباشد. در این تحقیق به بررسی روند رسوب گذاری در بنادر با استفاده از مدل فیزیکی در دانشگاه شهید باهنر کرمان و همچنین آزمایشهای مربوط به کاربرد صفحات مستغرق در دهانه بندرجهت جلو گیری و کنترل ورود رسوب به بندر پرداخته شده است.

1. 2- هدف از این تحقیق

رسوبات بستر توسط امواج و جریانات دریایی در مقابل موج شکن اصلی به سمت لبه موج شکن انتقال می یابند. با شکسته شدن امواج در نزدیکی ورودی بندر این رسوبات به حالت تعلیق درآمده و توسط امواج ضعیف به درون مخزن بندر انتقال می یابند و در نتیجه این فرایند از عمق مفید ناحیه داخل بندر کاسته شده و همین امر موجب می گردد که کشتیها و شناورها برای ورود و کناره گیری با مشگل رو برو گردند. جهت تامین عمق لازم برای عبور و مرور شناور ها می بایست بندر لایروبی گردد و با توجه به بالا بودن حجم رسوب وارد شده به بندر و پایین بودن حجم واحد لایروبی میزان هزینه جهت انجام عملیات لایروبی بسیار قابل توجه می باشد. لذا هدف این تحقیق تلاش در جهت ارائه راهکاری جهت کاستن از ورود رسوب به بندر و در نتیجه صرفه جویی اقتصادی در نگهداری از بنادر می باشد.

[1]Long Beach


خرید و دانلود کاربرد صفحات مستغرق در کنترل روند رسوبگذاری در بنادر صیادی با استفاده از مدل فیزیکی...

انتخاب مواد لوله های درون چاهی وتسهیلات سرچاهی در چاه های میدان های گازی ترش...



چکیده

هدف از انجام این پروژه تعیین نوع آلیاژ مناسب جهت ساخت لوله های درون چاهی به منظور استفاده در میدان گازی ترش مشابه با سیال میدان گازی گشویی جنوبی می باشد. آلیاژهای مورد استفاده در این شرایط با توجه یه خوردگی های داخلی و خارجی همواره در معرض از کارافتادگی و پیدایش عیوب می باشد. بر مبنای روش انتخاب ماد اشبی ارتباط متقابل بین فاکتورهای عملکرد، ترکیب شیمیایی، ریزساختار، خواص فیزیکی و مکانیکی و فرآیند تولید از جمله اصول اساسی انتخاب مواد می باشد. با توجه به مشخصات کاربری لوله ها در بخش درون چاهی و الزامات طراحی، شکل مورد نظر لوله می باشد که توسط فرایند اکستروژن و بصورت بدون درز تولید شده و این انتخاب با توجه به نوع عملکرد این قطعه که بمنظور استحصال نفت و گاز موجود در حوضچه زیرزمینی است مورد استفاده قرار می گیرد. در این پروژه نرم افزار IMS[1] بر مبنای یک بانک اطلاعاتی مشتمل بر 1500 آلیاژ بر مبنای استانداردهای مرجع ISO[2] ، API[3]، NACE[4]، با دو قابلیت جستجو به منظور "انتخاب مواد" و "پیشنهاد عمومی" توسظ برنامه نویسی در محیط نرم افزارهای Access و Visual Basic برای سیستم های ترش تهیه شد. در روش انتخاب مواد، مقاومت به خوردگی آلیاژهای مختلف در شرایط متفاوت دما، فشار، فشار جزیی H2S و CO2، میزان یون کلر، مقدار PH و نوع سیال ارزیابی می گردد. و سپس آلیاژ بر مبنای یکی از سه روش "مواد از پیش تایید شده"، "مواد تایید شده بر پایه ی آزمایشات مشخص" و "اطلاعات میدانی" انتخاب می گردد. شرایط محیطی سیال میدان گازی گشوی جنوبی در نرم افزار وارد شد و سوپرآلیاژ پایه نیکل بر مبنای نرم افزار انتخاب شد. همچنین بمنظور بررسی کاربری نرم افزار فوق و عملکرد آلیاژ انتخابی علاوه بر آزمایشات ترکیدگی تنشی سولفیدی[5] و خسارات هیدروژنی[6] ، آزمایش کشش با نرخ کرنش کم[7] نیزدر محیط هایی با درصدهای متفاوت فشار جزیی H2S، CO2 و میزان یون کلر بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل انجام شد. در ادامه، یک نمونه از آلیاژ API 5CT L80 type I که به انتخاب نامناسب به عنوان لوله ی درون چاهی در یک چاه گازی ترش مورد استفاده قرار گرفته و دچار عیب گردیده بود نیز مورد بررسی و آنالیز خوردگی قرار گرفت

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول

مقدمه2

فصل دوم

تئوری و مروری بر تحقیقات گذشته4

2-1- تقسیم بندی انواع خوردگی و مکانیزمها4

2-1-1- خوردگی عمومی4

2-1-2- خوردگی موضعی5

2-1-2-1- خوردگی حفره ای5

2-1-2-2- خوردگی شیاری7

2-1-2-3- خوردگی رشته ای9

2-1-3- خوردگی گالوانیک10

2-1-4- خوردگی محیطی10

2-1-4-1- ترکیدگی خوردگی تنشی (SCC)11

2-1-4-1-1- شکل ترکها11

2-1-4-1-2- اثرات تنش13

2-1-4-1-3- زمان شکست13

2-1-4-1-4- فاکتورهای محیطی15

2-1-4-1-5- فاکتورهای متالورژیکی15

2-1-4-2- خسارتهای هیدروژنی (ترک برداری ناشی از وجود هیدروژنHIC )16

2-1-5- خوردگی در اثر سیال17

2-1-5-1- خوردگی سایشی18

2-1-5-2- برخورد18

2-1-5-3- خوردگی حفره زایی19

2-1-6- خوردگی بین دانه ای20

2-1-7- آلیاژ زدایی 20

2-1-8- خسارت های حبابی21

2-1-9- خوردگی سوهشی21

2-3- سیستمهای ترش ، الزامات و استاندرادها22

2-3- انواع خوردگی درچاه های نفت وگاز25

2-3-1- خوردگی ناشی از اکسیژن27

2-3-1-1- چاه های نفت27

2-3-1-2- لوله های حفاری27

2-3-1-3- تجهیزات سرچاهی28

2-3-2- خوردگی ناشی از CO228

2-3-2-1- چاه های گازی31

2-3-3- خوردگی ناشی از H2S32

2-3-3-1- چاه های گازی35

2-3-3-2- تجهیزات سر چاهی35

2-4- روشهای محاسبه نرخ خوردگی و مدلهاي آن35

2-4-1- مدل M-506(Norsok)36

2-4-2- مدل Dewaard (1975)37

2-4-3- مدل Dewaard (1993&1995)38

2-4-4- مدل Dewaard , Lotz , Dugstad (1995)39

2-4-5- مدل and Hailey(1993) Boros ، Wright ،Efird39

2-4-6- مدلKanwar & Jepson (1994)40

2-4-7- مدل Kanwar(1994)40

2-4-8- مدل (Bhongale 96) Gopal ، Bhongale ، Jepson41

2-4-9- مدل (1996)Gopal ، Kang ، Stitzel ، Jepson42

2-4-10- مدل Gray42

2-4-11- مدل Nesic(1995)42

2-4-12- مدل (2003)Nesic ، Lee ، Brown (خوردگي چندفازي CO2در حضور مقادير كمي از H2S )43

2-4-13- مدل (2004) dewaard ، Nesic ، George44

فصل سوم

انتخاب مواد46

3-1- مقدمه46

3-2- شرایط سیال در میدان گازی گشوی جنوبی47

3-3- نقشه چاه (نحوه بکارگیری لوله های درون چاهی )51

3-4- تهیه و ارائه نرم افزارانتخاب مواد (IMS) برمبنای متدولوژی اشبی، استاندارد ها و مراجع52

3-4-1- بررسی محدودیتها56

3-4-2- معرفی نرم افزار57

3-4-2-1- روش انتخاب مواد60

3-4-3- ارزیابی خوردگی درشرایط سیال گشوی جنوبی66

3-4-3-1- انتخاب آلیاژ برای شرایط در تماس مستقیم با سیال66

3-4-3-2- انتخاب آلیاژ برای شرایطی که در تماس مستقیم با سیال نمی باشد70

فصل چهارم

روش تحقیق73

4-1- مقدمه73

4-2- بررسی های میدانی74

4-3- بررسی خواص آلیاژ انتخابی76

4-3-1- بررسی ترکیب شیمیایی76

4-3-2- بررسی خواص مکانیکی76

4-3-3- محیط آزمایش76

4-3-4- آزمایش SSR (Slow Strain Rate)77

4-3-4-1- آماده سازی نمونه ها78

4-3-4-2- شرایط مکانیکی آزمایش79

4-3-4-3- تجهیزات آزمایش80

4-3-4-4- نتایج آزمایش80

فصل پنجم

نتایج وبحث82

5-1- بررسی های میدانی82

5-1-1- بررسی فرایند ساخت82

5-1-2- تعیین نوع آلیاژ85

5-1-2-1- بررسی خواص مکانیکی85

5-1-2-2- بررسی ترکیب شیمیایی85

5-1-2-3- بررسی عمليات حرارتي86

5-1-2-4- خواص آلیاژ L80 type I براساس استاندارد API 5CT89

5-1-3- بررسی خوردگي89

5-2- نتایج آزمایش های خوردگی برروی آلیاژ انتخابی94

5-2-1- ترکیب شیمیایی94

5-2-2- خواص مکانیکی94

5-2-3- آزمایش SSR95

5-3- بررسی نتایج95

فصل ششم

نتیجه گیری101

نتیجه گیری101

منابع و مراجع103

فهرست شکل ها

عنوان صفحه

فصل دوم

شکل2-1 . شماتیک پیدایش خوردگی حفره ای [2].6

شکل 2-2.مقطع ترک SCC درفولاد زنگ نزن (X500) [4].12

شکل2-3. مقطع ترک SCC در برنج [4].12

شکل 2-4. رابطه سرعت پیشروی ترک نسبت به عمق ترک تحت بار کششی ثابت [4].14

شکل 2-5. رابطه بین ازدیاد طول نمونه به عنوان تابعی از زمان در یک آزمایش SCC با نیروی ثابت [4].14

شکل 2-6. شرایط حاکم برسیستم ترش [15] .24

شکل 2-7. محیطهای کاری با توجه به مقدار فشار جزئی H2S و pH [14].25

شکل 2-8. شماتیک خوردگی درفولادها درحضور CO2 ,H2S[2].26

شکل 2-9. حلالیت دی اکسید کربن در اعماق مختلف یک چاه نفت.30

شکل 2-10. اثر افزایش دما بر نرخ خوردگی بر اساس معادله دی وارد میلیام [18].31

شکل 2-11. اثر فشار جزئی H2S بر نرخ خوردگی فولادها در درصدهای مختلف NaCl [18].33

شکل 2-12. اثر فشار جزئی H2S بر نرخ خوردگی فولاد خالص [18].33

شکل 2-13. اثر فشار جزئی H2S و CO2 بر نرخ خوردگی فولاد ها [18].34

فصل سوم

شکل3-1. معیار ترش و یا شیرین بودن سیال گازی بر اساس میزان H2S و فشار کل[15]49

شکل 3-2. محیطهای کاری با توجه به مقدار فشار جزئی H2S و pH [14]50

شکل 3-3. شماتیک قرارگیری لوله های درون چاهی .51

شکل 3-4. نقشه طراحی و گرادیان دمایی میدانهای گازی سروک و خامی .52

شکل 3-5. اصول اساسی انتخاب مواد مهندسی بر اساس متدولوژی اشبی ]26[.53

شکل 3-6. چهار مرحله اصلی از فرایند انتخاب مواد]26[.55

شکل 3-7 . فلو دیاگرام انتخاب مواد.58

شکل 3-8 . صفحات اول و دوم نرم افزار IMS با دو قابلیت جستجو به منظور "انتخاب مواد" و "پیشنهاد عمومی" .59

شکل 3-9 . انتخاب مسیر جستجو در نرم افزارIMS .60

شکل 3-10. تعیین فشار جزئی H2S ,CO2 و همچنین ترش و یا شیرین بودن سیستم.61

شکل 3-11. جستجو آلیاژ بر مبنای سه پیش فرض "مواد ازپیش تائیدشده " ، "مواد تائید شده بر پایه آزمایشات مشخص" و"اطلاعات میدانی".62

شکل 3-12. جستجو آلیاژ بر مبنای " پیشنهاد عمومی".63

شکل 3-13. تعیین استاندارد معادل آلیاژ انتخابی.63

شکل 3-14. برخی امکانات محاسباتی نرم افزار IMS.64

شکل 3-15. امکان جستجو بر مبنای تجهیز مورد نظر.64

شکل 3-16. امکان جستجو بر مبنای آلیاژ.65

شکل 3-17. انواع مدلهای خوردگی با توجه به فشارجزئی CO2 و H2S سیال.66

شکل 3-18. اثر نیکل برکاهش نرخ خوردگی در20%NaCl,140 psi H2S,200 c,48 h)67

شکل 3-19. اثر شماتیک عناصر کرم و نیکل بر افزایش مقاومت به خوردگی .68

فصل چهارم

شکل4-1. ابعاد آماده سازی نمونه های آزمایش[28].78

شکل 4-2. شماتیک اثر نرخ کرنش بر حالات مختلف ایجاد ترک[29].79

شکل 4-3. شماتیک دستگاه آزمایش SSR [29] .80

فصل پنجم

شکل 5-1. تصویر نمونه مورد بررسی83

شكل 5-2. تصوير ساختار مقطع عرضي نمونه در بزرگنمایی x100.83

شکل5-3. تصویر ساختار Banding در نمونه در بزرگنمایی x200. (ضخامت یکسان مقطع طولي با نمونه)84

شكل5-4. تصویر ساختار Banding در نمونه در بزرگنمایی x200. (مقطع طولي داراي ضخامت بيشتر بوده)84

شكل 5-5. ساختار سطح خارجی قطعه، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x200.87

شكل 5-6. ساختار مغز قطعه ، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x100.87

شكل 5- 7. ساختار مغز قطعه ، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x200.88

شكل5-8. ساختار مغز قطعه ، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x 500 .88

شکل 5-9. تصویر کلی از لوله مورد آزمایش.90

شكل 5-10. تصوير خوردگي حفره اي دربزرگنمایی x100.90

شكل 5-11. تصوير خوردگي حفره اي در بزرگنمایی x200.91

شكل 4-12. تصوير محصولات خوردگي در نمونه آزمایش در بزرگنمایی x100.91

شكل 5-13. تصوير محصولات خوردگي در داخل حفره خوردگي دربزرگنمایی x1000.92

شكل5-14. تصوير محصولات خوردگي به شكل دانه بندي دربزرگنمایی x200.92

شکل 5-15 .نسبت استحکام تسلیم دردوحالت محیط خورنده وخنثی .97

شکل 5-16. زمان شکست نمونه های دردوحالت محیط خورنده وخنثی .98

شکل 5-17 .نسبت زمان شکست نمونه ها دردوحالت محیط خورنده وخنثی .98

شکل 5-18 .نسبت درصدازدیاد طول نسبی نمونه ها در دو حالت محیط خورنده و خنثی .99

شکل 5-19 .نسبت درصد کاهش سطح مقطع نمونه ها در دو حالت محیط خورنده و خنثی .99

فهرست جدول ها

عنوان صفحه

فصل دوم

جدول 2- 1. اثر عناصر آلیاژی بر مقاومت در برابر حفره دار شدن آلیاژهای فولاد زنگ نزن [4,5,6,7].7

جدول 2-2. تاثیر پارامترهای هندسی و الکتروشیمیایی بر مقاومت در برابر خوردگی شیاری [4].9

فصل سوم

جدول 3-1. مشخصات سیال درمیدان گازی گشوی جنوبی.48

جدول3-2. شرایط سیال در میدان گازی گشوی جنوبی.50

جدول 3-3. چهار دستور العمل انتخاب مواد ]26[ .56

جدول 3-4. خروجی نرم افزارIMS.69

جدول 3-5. آلیاژ پیشنهادی جهت ساختلوله درون چاهیبمنظور بکارگیری در میدان گازی گشوی جنوبی.71

فصل چهارم

جدول4-1. شرایط محیطی نمونه معیوب مورد بررسی.74

جدول 4-2. شرایط محیطی آزمایش.77

فصل پنجم

جدول 5-1. نتایج آزمایش کشش نمونه مورد آزمایش.85

جدول5-2. نتایج آزمایش سختی نمونه مورد آزمایش.85

جدول 5-3. نتایج آزمایش آنالیز شیمیایی نمونه مورد آزمایش.85

جدول 5-4. فرایند ساخت و عملیات حرارتی بر اساس جدول 1 از استاندارد API 5CT[30].86

جدول 5-5. نتایج آنالیز XRF از رسوبات داخلی نمونه آزمایش.93

جدول 5-6. ترکیب شمیایی نمونه مورد آزمایش.94

جدول 5-7. خواص مکانیکی نمونه مورد آزمایش.95

فصل اول

مقدمه

بررسی مقاومت به خوردگی در لوله های فولادی مورد استفاده درساخت تجهیزات ازقبیل خطوط لوله[8]، لوله های درون چاهی[9]، تجهیزات سرچاهی[10] درمجموعه مخازن گازی ترش و همچنین انتخاب آلیاژمقاوم به خوردگی ازاهمیت بالایی برخورداراست .

باتوجه به اینکه فرایند شناسایی وانتخاب مواد در صنایع نفت وگازعمدتا براساس تجربیات موجود دراین صنعت، استاندارهای مرجع و یا ارائه خدمات مهندسی مشاوره توسط شرکتهای طراحی خارجی در ایران انجام می گیرد، در این پروژه با جمع آوری اطلاعات مرجع و بررسی محدودیتهای خوردگی، نسبت به تهیه و ارائه نرم افزار انتخاب مواد اقدام نموده و سپس با انجام آزمایشهای مرتبط امکان بکارگیری آلیاژپیشنهادی توسط نرم افزار فوق الذکر جهت بکارگیری درشرایط سیال میدان گازی ترش بررسی می گردد

[1]Iranian Material Selection

[2]International Organization for Standardization

[3]AmericanPetroleum Institute

[4]National Association of corrosion Engineers

[5]Stress Sulfide cracking (SCC)

[6]Hydrogen Induced Cracking (HIC)

[7]Slow Stress Strain Rate (SSSR)

[8]Flow Line

[9]Casing &Tubing

[10]Wellhead Facility


خرید و دانلود انتخاب مواد لوله های درون چاهی وتسهیلات سرچاهی در چاه های میدان های گازی ترش...

بررسی فرم پذیری فولادهای کم کربن تجاری و تاثیر آن بر شکل پذیری قطعه تودری پژو...



چکيده

ورق هاي فولادي به طور گسترده اي در صنايع مختلف از جمله صنعت خودرو سازي كاربرد دارند. علت استفاده وسيع از اين ورق ها به استحكام بالا، قابليت جوش آسان و همچنين در دسترس بودن با قيمت مناسب بر مي گردد. اما علت اصلي و مهم استفاده گسترده اين ورق ها، قابليت تغيير شکل به قطعات و شكل هاي پيچيده است. در شكل دهي ورق هاي فلزي بررسي حد تحمل يك فلز در مقابل كرنش هاي مختلف با استفاده از منحني FLD (منحني حد شكل پذيري) انجام مي شود. در اين پژوهش منحني های FLD براي سه نوع ورق ST14، IF بدون پوشش و IF پوشش دار رسم شد و سپس رفتار اين سه ورق در قالب، براي توليد قطعه تو دري پژو 405 مورد بررسي قرار گرفت. نتايج به دست آمده نشان داد که منحنی های FLD برای هر سه ورق به یکدیگر نزدیک است و امکان تولید قطعه فوق با توجه به این منحنی ها امکانپذیر می باشد. اما با توجه به شرایط اصطکاکی که بین قالب و ورق هنگام تولید ایجاد می شود، هنگام استفاده از ورق های بدون پوشش، قطعه دچار پارگی شد.

کلمات کليدي : ورق های فولادی، ورق های IF، شکل پذیری، منحنی های حد شکل دادن، ضریب اصطکاک

فهرست مطالب

فصل اول

مقدمه1

فصل دوم

1-2- فولادهای کم کربن3

2-2- پوشش ها و فولاد های مخصوص6

3-2- گالوانیزه7

1-3-2- پوشش روی7

2-3-2- گالوانیزه گرم8

4-2- شکل پذیری9

5-2- منحنی های حد شکل پذیری (FLD)11

1-5-2- اصول و تعریف11

2-5-2- روش های تعیین دیاگرام های حد شكل دهی12

1-2-5-2- روش های تئوری13

2-2-5-2- روش های عملی15

1-2-2-5-2- روش Marciniak15

2-2-2-5-2- روش Nakazima16

3-5-2- تهیه نمونه جهت آزمون FLD17

4-5-2- گرید بندی17

5-5-2- اندازه گیری کرنش جهت رسم منحنی FLD21

6-5-2- نموار های حد شکل دادن-یافته های تجربی23

7-5-2- عوامل موثر بر نمودار های حد شکل پذیری24

1-7-5-2- اثر قطر گریدهای حک شده بر سطح ورق25

2-7-5-2- اثر ضخامت ورق25

3-7-5-2- اثر توان کار سختی (n)26

4-7-5-2- اثر ناهمسانگردی ((r26

5-7-5-2- اثر اصطکاک26

8-5-2- کاربردهای FLD27

6-2- ظاهر سطح30

7-2- یکنواختی محصول32

8-2- نگاهی اجمالی به روند کلی فرآیند نورد سرد در مجتمع فولاد مبارکه32

1-8-2- اسید شویی34

2-8-2- نورد تاندم35

3-8-2- بازپخت 37

4-8-2- اسكین پس 38

5-8-2- تمپر میل 39

9-2- ریز ساختار در حالت کار سرد39

10-2- انرژی ذخیره شده ناشی از تغییر شكل پلاستیك40

11-2- عملیات حرارتی آنیل فلزات تغییر شکل پلاستیک یافته40

1-11-2- بازیابی41

1-1-11-2- عوامل موثر بر بازیابی42

2-1-11-2- تغییرات ساختاری حین بازیابی42

2-11-2- تبلور مجدد42

1-2-11-2- عوامل موثر بر تبلور مجدد44

3-11-2- رشد دانه44

1-3-11-2- رشد نرمال دانه44

2-3-11-2- رشد غیر نرمال دانه45

فصل سوم

1-3- ماده اولیه46

2-3- خواص مکانیکی46

3-3- منحنی های حد شکل پذیری (FLD)46

4-3- گریدبندی ورق ها و اندازه گیری در صد کرنش ها در مناطق با ریسک بالا در قطعه تودری پژو 40548

5-3- آزمون ضریب اصطکاک49

6-3- اندازه گیری زبری سطح49

فصل چهارم

1-4- ترکيب شيميايي50

2-4- خواص مکانيکي50

3-4- پارامترهاي شکل پذيري (nوr)56

4-4- منحني هاي حد شکل پذيري (FLD)60

5-4- تاثير روانکار بر منحني هاي حد شکل پذيري (FLD)62

6-4- بررسي امکان توليد قطعه تودري با استفاده از ورق هاي ST14، IF بدون پوشش و IF پوشش دار64

7-4- مقايسه ضرايب اصطکاک ورق ها76

8-4- کيفيت سطحي78

فصل پنجم

نتيجه گيري81

مراجع82

فهرست اشکال

شکل 1-2: منحنی های تنش-کرنش فولاد کم کربن که پیر سازی کرنشی را نشان می دهند.4

شکل 2-2: افزایش نسبت کرنش میانگین با اقزایش اندازه دانه در فولادهای کم کربن.5

شکل 3-2: معایب معمول که در فرآیند های کشش عمیق و شکل دهی کشسائی به وجود می آیند.10

شکل 4-2: منحنی حد شکل دادن.12

شکل 5-2: مدل های تئوری استفاده شده برای محاسبه FLD.13

شكل 6-2: شماتیك فرآیند Marciniak.15

شكل 7-2: شماتیك فرآیند Nakazima.16

شکل 8-2: آزمون ناکازیما و تعیین FLD.16

شکل 9-2: شماتیک دستگاه حک الکتروشیمیایی.18

شکل 10-2: برخی از الگوهای مورد استفاده برای شابلون ها.19

شکل 11-2: شماتیک ابزار لازم جهت رسم FLD.20

شکل 12-2: دستگاه اریکسون.20

شکل 13-2: نمونه های گریدبندی و تغییر شکل داده شده.21

شكل 14-2: محورهاي اصلي و فرعي بيضي جهت تعيين كرنشهاي اصلي و فرعي.22

شکل 15-2: شماتيک نوار پلاستيکي براي اندازه گيري کرنش.22

شكل 16-2: شماتیك منحنی FLD و موقعیت كرنش در مناطق مختلف ورق نسبت به منحنی FLD.23

شکل 17-2: پارامترهای موثر بر شکل پذیری ورق ها.24

شکل 18-2: اثر ضحامت بر FLD ورق فولادي ST14.25

شکل 19-2: ورق مسی آنیل شده در حالت شکل دهی کشسائی با ضخامت in 35/0الف- پانچ هیدرولیک ب- با استفاده از پانچ نیم کروی و روانکار فیلمی پلی اتیلن.27

شکل 20-2: نمایش حالات موجود در یک ورق در یک فضای FLD.29

شکل 21-2: نمونه ای از اثر پوست نارنجی.31

شکل 22-2: کرنش های پیش رونده در ورق فولاد 1008 که تا ورای نقطه تسلیم کشیده شده است.31

شکل 23-2: نمائی شماتیک از فرآیند تولید ورق نورد سرد.34

شکل 24-2: نمائی از خط اسید شوئی.35

شکل 25-2: نمائی از (a)خط اسید شوئی و نورد تاندم (b)نورد تاندم.36

شکل 26-2: (a,b)نمائی از کوره های بازپخت جعبه ای.37

شکل 27-2: نمائی از خط اسکین پس.38

شکل 28-2: نمائی از (a)خط تمپر میل (b) کلاف خروجی از تمپر میل.39

شكل 29-2: اثر دما بر حرارت تولید شده، مقاومت الكتریكی و سختی41

آلومینیوم 998/99% با 75% تغییر شكل در فشار.41

شكل 30-2: تغییرات سختی بر حسب دمای آنیل.43

شكل 31-2: كسر تبلور مجدد یافته بر حسب زمان آنیل.44

شکل 1-3: نمونه هاي آزمايش با عرض هاي متفاوت.47

شکل 2-3: الگوی مورد استفاده در این پژوهش.47

شکل 3-3: شماتيکي از دستگاه اريکسون.48

شکل 4-3: نمونه های تغییر فرم یافته.48

شکل 5-3: نوار شفاف پلاستیکی برای اندازه گیری میزان کرنش دایره های تغییر فرم یافته.48

شکل 1-4: نمودار تنش-کرنش ورق ST14.51

شکل 2-4: نمودار تنش-کرنش ورق IF بدون پوشش.51

شکل 3-4: نمودار تنش-کرنش ورق IF پوشش دار.52

شکل 4-4: مقايسه ميانگين استحکام تسليم ورق ها.54

شکل 5-4: مقايسه ميانگين استحکام کششي ورق ها.54

شکل 6-4: مقايسه ميانگين در صد تغيير طول ورق ها.55

شکل 7-4: مقايسه ميانگين توان کار سختي ورق ها.58

شکل 8-4: مقايسه ان ايزوتروپي نرمال ورق ها.59

شکل 9-4: مقايسه پارامتر ورق ها.59

شکل 10-4: مقايسه ميزان گوش دار شدن ورق ها.60

شکل 11-4: منحني هاي حد شکل پذيري براي ورق هاي ST14، IF بدون پوشش و IF پوشش دار.61

شکل 12-4: منحني FLD براي ورق ST14 با حضور روانکار.63

شکل 13-4: منحني هاي FLD براي ورق ST14 با حضور روانکار و بدون حضور روانکار.63

شکل 14-4: نواحي که در آنها احتمال پارگي يا خط پاره بالا در قطعه تودري بالا مي باشد.64

شکل 15-4: ورق IF پوشش دار قبل از حک الکتروشيميايي.65

شکل 16-4: قسمتي از ورق ST14 گريد بندي شده.65

شکل 17-4: تودري توليد شده با استفاده از ورق IF پوشش دار.66

شکل 18-4: تصوير ناحيه 1 ورق ST14.67

شکل 19-4: تصوير ناحيه 2 ورق ST14.67

شکل 20-4: تصوير ناحيه 3 ورق ST14.68

شکل 21-4: تصوير ناحيه 4 ورق ST14.68

شکل 22-4: تصوير ناحيه 5 ورق ST14.69

شکل 23-4: تصوير ناحيه 1 ورق IF بدون پوشش.69

شکل 24-4: تصوير ناحيه 2 ورق IF بدون پوشش.70

شکل 25-4: تصوير ناحيه 3 ورق IF بدون پوشش.70

شکل 26-4: تصوير ناحيه 4 ورق IF بدون پوشش.71

شکل 27-4: تصوير ناحيه 5 ورق IF بدون پوشش.71

شکل 28-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 1.73

شکل 29-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 2.73

شکل 30-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 3.74

شکل 31-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 4.74

شکل 32-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 5.75

شکل 33-4: نمودار نيروي افقي-زمان براي ورق ST14.76

شکل 34-4: نمودار نيروي افقي-زمان براي ورق IF بدون پوشش.76

شکل 35-4: نمودار نيروي افقي-زمان براي ورق IF پوشش دار.76

شکل 36-4: ضريب اصطکاک ورق ST14.77

شکل 37-4: ضريب اصطکاک ورق IF بدون پوشش.77

شکل 38-4: ضريب اصطکاک ورق IF پوشش دار.77

شکل 39-4: منحني Waviness و زبري ورق ST14.78

شکل 40-4: منحني Waviness و زبري ورق IF بدون پوشش.78

شکل 41-4: منحني Waviness و زبري ورق IF پوشش دار.79

فهرست جداول

جدول 1-2: مشخصات و شرایط کاری خط اسید شوئی.35

جدول 2-2: مشخصات و شرایط کاری خط نورد تاندم.36

جدول 3-2: مشخصات و شرایط کاری کوره بازپخت.37

جدول 4-2: مشخصات و شرایط کاری نورد بازگشت.39

جدول 1-4: ترکيب شيميايي ورق هاي مورد مطالعه بر اساس در صد وزني50

جدول 2-4: خواص مکانيکي ورق ST1452

جدول 3-4: خواص مکانيکي ورق IF بدون پوشش53

جدول 4-4: خواص مکانيکي ورق IF پوشش دار53

جدول 5-4: مقادير سختي53

جدول 6-4: پارامترهاي شکل پذيري براي ورق ST1455

جدول 7-4: پارامترهاي شکل پذيري براي ورق IF بدون پوشش56

جدول 8-4: پارامترهاي شکل پذيري براي ورق IF پوشش دار56

جدول 9-4: ميانگين پارامترهاي شکل پذيري براي ورق ها57

جدول 10-4: عواملي که روي شکل پذيري موثرند59

جدول 11-4: مقدار توان کار سختي ورق ها از دو روش60

جدول 12-4: کرنش هاي به وجود آمده پس از تغيير شکل61

جدول 13-4: کرنش هاي به وجود آمده پس از تغيير شکل62

جدول 14-4: ميزان کرنش در نواحي 1، 2، 4 و 572

جدول 15-4: ميزان کرنش در ناحيه 372

جدول 16-4: پارامترهاي زبري ورق ها79

مقدمه

شکل دهی ورق های فلزی بخش گسترده ای از تغییر شکل فلزات می باشد که از دیرباز مورد توجه صنعتگران و محققین بوده است و با گذشت زمان در تکامل فرآیند شکل دهی ورق های فلزی پیشرفت های وسیعی صورت گرفته است. ایده تغییر شکل ورق های فلزی تقریبا یک قرن پیش با شکل دهی و ساخت ظروف آشپزخانه و ساخت اشیاء هنری براساس آزمایش ها و روش های تجربی صنعتگران شکل گرفت و با پیشرفت های علمی ناشی از تحقیقات محققان و صنعتگران، روش های تجربی پایه علمی به خود گرفت و امروز به صورت یک فرآیند پیچیده و با اهمیت صنعتی در آمده است به نحوی که توان ساخت قطعات با روش شکل دهی ورق های فلزی یکی از مهمترین ارکان اقتصادی یک کشور به خصوص در صنایع خودرو تلقی می گردد.

از جمله ویژگی های تولید قطعات با این روش، انعطاف پذیری و قابلیت شکل پذیری زیاد، کمی وزن، سطح خوب و هزینه کمتر ساخت ورق های فلزی است. با این روش می توان قطعات با اشکال پیچیده را تولید کرد که ساخت آنها با روش های دیگر شکل دهی فلزات مشکل و پر هزینه است. شکل دهی ورق های فلزی با اغلب فرآیند های شکل دادن حجمی متفاوت است. در شکل دهی ورق فلزی کشش حاکم است در حالی که فرآیند های شکل دادن حجمی به طور عمده فشاری اند. به علاوه غالبا یک سطح یا هر دو سطح نواحی تغییر شکل آزاد است (یعنی ابزار آنها را نمی گیرد). در فرآیند تغییر شکل ورق ها، ورق تحت تاثیر خم، واخم، کشش و اتساع و یا ترکیبی از آنها قرار می گیرد. بنابراین در این فرآیند تغییرات فیزیکی محسوسی در ورق ایجاد می شود و غالبا با تغییر شکل های بزرگ که سبب پیچیده شدن فرآیند می شود روبرو هستیم و در نتیجه تحلیل این فرآیند کار خیلی ساده ای نیست. برای ورق های فلزی با خواص مادی متفاوت، تغییر شکل های حاصله در اثر اعمال نیروهای مشابه می توانند کاملا متفاوت باشند.

تغییر شکل ورق های فلزی به عواملی از قبیل خواص ماده و قابلیت شکل پذیری ورق، شکل هندسی قطعه، شرایط مرزی، طراحی فرآیند و سرعت شکل دهی بستگی دارد. در ضمن عواملی چون ضریب ناهمسانگردی و پارامترهای ناشناخته دیگری تحلیل دقیق این فرآیند را با مشکل روبرو کرده است.

برای رسیدن به شکل دلخواه، ورق باید تغییر شکل پایدار بدهد. حتی برای قطعات نسبتا ساده، ناهمسانگردی ورق فولادی، اختلاف در ضخامت ورق و اعوجاج موضعی در ابزار می تواند عمل دقیق آنالیز تغییر شکل را غیر ممکن سازند. لذا دانستن قابلیت تغییر شکل ورق فلزی برای تولید موفق قطعات ضروری است. به علت تاثیر پیچیده متغییرهای زیادی که روی شکل پذیری موثرند، پارامتر تنها و مشخصی وجود ندارد که بتواند قابلیت تغییر شکل را تحت شرایط مختلف پیش بینی کند. در شکل دهی ورق های فلزی، بررسی حد تحمل یک فلز در مقابل کرنش های مختلف با استفاده از منحنی FLD (منحنی حد شکل پذیری) انجام می پذیرد. در حقیقت این منحنی نشان میدهد که اگر شرایط اعمال نیرو طوری باشد که کرنش های به وجود آمده بالای این منحنی قرار بگیرند، قطعه به طور حتم در آن مناطق دچار گلویی شدن و پارگی می گردد. از طرفی این منحنی ها می توانند جهت بالا بردن عملیات شکل دهی و کاهش مراحل کشش مورد استفاده قرار گیرند.

اولین FLD[1] برای عملیات شکل دهی اتساعی یک ورق فولادی کم کربن با مقاومت پایین که در صنایع اتومبیل سازی و خانگی به کار می رود در سال 1963 منتشر گردید. این FLD در آزمایشگاه و با استفاده از یک پانچ صلب به دست آمده است. معیار های به کار برده شده برای پیدا کردن حداکثر کرنش، شروع گلویی شدن سطح ورق بود که البته توسط حس نمودن این مسئله آشکار می گشت. علت انتخاب این معیار این بود که در کارگاههای پرس کاری ایجاد چنین نقصی باعث عدم قبولی قطعات تولید شده می گشت.

چنین نتایج تجربی در طی سال های 65-1963 تنها مرجع استفاده از FLD در صنعت بود. در سال 1965 یک مقاله ای منتشر شد که باعث ایجاد یک پایه و اساس برای اینگونه FLD ها شد.

تحقیقات در طی سال های 1965 تا 1968 باعث به وجود آمدن دو مقاله دیگر در سال 1968 گردید. اولین مقاله توسط Keeler نوشته شد. او تحقیقات بسیار گسترده ای پیرامون طرف راست FLD نمود. کلیه تحقیقات وی در عملیات شکل دهی اتساعی صورت پذیرفت. دومین مقاله توسط Goodwin نوشته شد که وی تحقیقات خود را حول سمت چپ FLD متمرکز نمود و از آزمایشات کشش عمیق کمک گرفت.

از سال 1967 تحقیق روی مدل تئوری FLD صورت پذیرفت و حاصل آن مقاله ای بود که در سال 1967 توسط Marciniak ارائه گردید. که در آن پارامترهای محدودی از ورق در نظر گرفته شده بودند و به صورت ابتدایی بر روی حدود کرنش تحلیل صورت پذیرفته بود. از آن به بعد تحقیقات روی FLD و آنالیز تجربی کرنش به صورت جدی تر صورت پذیرفت و محققین زیادی روی این نمودارها کار کرده اند.

نتیجه تحقیقات روی FLD تئوری به طور بسیار محدودی از دهه 70 به بعد عرضه گردیده که می توان علت آن را اهمیت FLD در صنعت قالب سازی دانست که کلیه اطلاعات آن به صورت درون سازمانی باشد.

به منظور رسم و بررسی منحنی های حد شکل پذیری روش های مختلفی وجود دارد. ابتدایی ترین و در عین حال پر هزینه ترین این روش ها، روش تجربی و انجام آزمایش های عملی می باشد. Hecker از یک روش عملی برای رسم منحنی FLD استفاده کرد که امروزه نیز قالب مورد استفاده وی برای انجام آزمایش های حد شکل پذیری کاربرد دارد. او از یک سنبه نیم کروی برای این منظور استفاده کرد. در این پژوهش نیز از این روش استفاده شد.

[1]-Forming limit diagram


خرید و دانلود بررسی فرم پذیری فولادهای کم کربن تجاری و تاثیر آن بر شکل پذیری قطعه تودری پژو...

مکان‌گزینی ایستگاه‌های آتش‌نشانی با منطق فازی و تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) در محیط مکانمند (مطالعه موردی: منطقه یک شهری بندرعباس).....



چکیده

توزیع و مکان‌یابی بهینه‌ ایستگاه‌های آتش‌نشانی به دلیل اهمیت و توجه روزافزون به امر ایمنی در شهرها و ارائه تمهیداتی درزمینه پیشگیری و مقابله با آتش‌سوزی و حادثه بسیار مهم است. برنامه‌ریزی شهری از طریق وضع استانداردها و ضوابط و مقررات مربوطه سهم قابل‌توجهی در کاهش خسارات جانی و مالی و تأمین ایمنی برای شهروندان در بلند‌مدت دارد.مهم‌ترینمشکلدرخدمات‌رسانیایستگاه‌هايآتش‌نشانی منطقه یک شهر بندرعباس،ناکافی بودن تعداد ایستگاه‌های موجودومحدودبودنشعاععملکرديآن‌هامی‌باشد؛ بنابراینتوزیعکمّیوکیفیایستگاه‌هابه‌طورعلمیوتخصصیموردبررسیقرارمی‌گیرد.شاخص‌های مطرح در تحقیق حاضر به ترتیب الویت شامل نزدیکی به پارامترهای (شبکه ارتباطی - تراکم جمعیت - مراکز تجاری - مراکز صنعتی - مراکز آموزشی -مراکز اداری - مراکز درمانی) و فاصله از پوشش عملکردی می‌باشد که اثر هر یک در ارتباط با مکان گزینی در قالب نقشه در محیط GISارائه گردیده است.لايه­هاي اطلاعاتي در محيط ArcGIS‌ايجاد و نتايج حاصل از تلفيق لايه­هاي اطلاعاتي، بهترين مکان‌ها را براي ايجاد ایستگاه‌های آتش‌نشانی در منطقه‌ی یک شهرداری بندرعباس معرفي گردیده است. در این تحقیق از روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) برای برآورد اهمیت نسبی هر یک از پارامترها استفاده گردید. برای این منظور ابتدا بر اساس نظرات کارشناسان، مقایسات زوجی بین معیارها انجام شد. سپس مقادیر ناسازگاری قضاوت‌ها محاسبه گردید که سطح قابل‌قبولی برابر با 06/0 به دست آمد. بعد از تعیین وزن معیارها، در محیط GISلایه‌های اطلاعاتی فازی‌سازی شده و با تحلیل و همپوشانی لایه‌های فازی وزن‌دار اقدام به تهیه نقشه نهایی مکان گزینی ایستگاه‌های آتش‌نشانی گردید. نتایج نشان داد که ایستگاه‌های موجود در محدوده با اولویت مکانی جانمایی شده‌اند. مناطق اولویت‌دار جهت استقرار ایستگاه‌های آتش‌نشانی شامل قسمت‌هایی از شمال شرقی منطقه، شمال غربی، غرب و جنوب منطقه یک می‌شود. قسمت‌های جنوبی و شمال غربی در حیطه شعاع عملکردی ایستگاه‌های موجود قرار دارد، اما مناطق غربی و شمال شرقی منطقه در خارج از عملکرد ایستگاه‌هاست. لذا نیاز به احداث دو ایستگاه جدید در این محدوده‌هابه‌منظور پوشش عملکردی کل منطقه یک می‌باشد. درنهایت با استفاده از محیط Google Earthو بازدیدهای میدانی، تعدادی مکان با ابعاد مناسب در شمال شرقی و غرب منطقه یک به‌عنوان مکان‌هاي پيشنهادي احداث ایستگاه جدید معرفی‌شده است.

  کلیدواژه: ایستگاه‌های آتش‌نشانی،GIS، منطق فازی، تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP)، منطقه یک شهرداری بندرعباس

 فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول. 10

1-1. مقدمه. 1

1-2. بیان مسئله. 1

1-3. اهمیت و ضرورت تحقیق. 3

1-5. فرضیه‌های تحقیق. 4

1-6. اهداف اساسی تحقیق. 4

فصل دوم. 5

2-1. پیشینه تحقیق. 6

2-2. تصمیم‌گیری. 6

2-3. تصمیم‌گیری مکانی. 8

2-4. دیدگاه‌های متفاوت در تصمیم‌گیری. 8

2-5. مراحل تصمیم‌گیری چندمعیاری مکان. 9

2-5-1. تعریف مسئله. 9

2-5-2. معیارهای ارزیابی. 9

2-5-3. تولید نقشه‌های معیار. 10

2-5-4. استاندارد‌سازی نقشه‌های معیار. 10

2-5-5. گزینه‌ها. 11

2-5-6. محدودیت‌ها. 11

2-6. روش‌هاي‌ وزن دهی:. 11

2-6-1. فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی ( (AHP. 12

2-7. مدل‌هاي‌ موجود تلفيق‌ نقشه‌ها:. 13

2-7-1. مدل‌ منطق‌ بولين ‌(Boolean Logic Model): 13

2-7-2. مدل‌ همپوشاني‌ شاخص‌ (Index Overlay Model): 13

2-7-3. مدل‌ منطق‌ فازي ( Fuzzy Logic Model):. 14

2-8. کاربرد منطق فازي در تصميم‌گيري. 15

2-9. بررسی و ارزیابی معیارهای موردنیاز در مکان‌یابی ایستگاه‌های آتش‌نشانی:. 15

2-9-1. جمعیت:. 15

2-9-2. مساحت و شعاع پوشش:. 15

2-9-3. شبکه ترافیک:. 16

2-9-4. کاربری اراضی:. 16

2-9-5. پتانسیل خطر:. 16

2-10. حفاظت در مقابل حریق. 17

2-11. طبقه‌بندی حوادث. 17

2-11-1. طبقه‌بندی حوادث بر اساس عواقب آن‌ها 17

2-11-2. طبقه‌بندی حوادث بر اساس عامل حادثه 18

2-11-3. طبقه‌بندی حوادث بر اساس اراده انسانی 18

2-11-4. طبقه‌بندی حوادث بر اساس خصوصیات خطر 19

2-12. دلایل آتش‌سوزی در شهرها. 19

2-13. کاربرد انواع مدل‌ها در برای بررسی مراکز خدمات‌رسانی 20

2-13-1. مدل دایره‌ای یا شعاعی. 20

2-13-2. تجزیه‌وتحلیل سطوح خدماتی با استفاده از تابع نزدیکی 20

2-13-3. تجزیه‌وتحلیل سطوح خدماتی با استفاده از عملیات همسایگی 21

2-13-4. مدل تخصیص. 21

2-13-5. مدل حداکثر پوشش. 22

2-14. عوامل تأثیرگذار بر شعاع پوشش ایستگاه‌های آتش‌نشانی 22

2-14-1. تراکم مسکونی. 22

2-14-2. تراکم مراکز تجاری. 22

2-14-3. بافت شهری (امکان و ضریب دسترسی، بافت و شبکه و دسترسی) 23

فصل سوم:. 24

3-1. معرفی منطقه یک شهری بندرعباس. 25

3-1-1. کاربری اراضی منطقه یک شهری بندرعباس 26

3-1-2. ویژگی‌های جمعیتی منطقه یک شهرداری بندرعباس 27

3-1-3. وضعیت اقلیمی منطقه. 28

3-2. روش تحقیق. 29

3-2-1. تهیه اطلاعات مکانی و توصیفی موردنیاز: 30

3-2-1-1. لایه تراکم جمعیتی. 30

3-2-1-2. لایه نزدیکی به مراکز صنعتی. 30

3-2-1-3. لایه نزدیکی به مراکز اداری. 30

3-2-1-4. لایه نزدیکی به مراکز آموزشی و درمانی 31

3-2-1-5. لایه نزدیکی به مراکز تجاری. 31

3-2-1-6. لایه نزدیکی به شبکه ارتباطی. 31

3-2-1-7. لایه پوشش عملکردی ایستگاه‌هايآتش‌نشانی موجود 31

3-2-1-8. لایه محدودیت. 31

3-2-2. استانداردسازی نقشه‌های فازی. 32

3-2-3. روش (AHP). 32

3-2-3-1. ساختن سلسله‌مراتب. 33

3-2-3-2. مقایسه زوجی و محاسبه وزن. 33

3-2-3-3. محاسبه نرخ ناسازگاری. 34

3-2-3-3-1. میانگین بردار ناسازگاری. 35

3-2-3-4. محاسبه شاخص ناسازگاری. 35

3-2-3-5. محاسبه نرخ ناسازگاری. 36

فصل چهارم. 37

4-1. شناخت وضع موجود منطقه ازلحاظ ایستگاه‌های آتش‌نشانی 28

4-2. مکان‌يابي استقرار ایستگاه‌های آتش‌نشانی در منطقه‌ی یک شهر بندرعباس. 38

4-3. معيارها و شاخصهاي مورداستفاده. 38

جدول شماره 4-1 معيارها و زير معيارهاي موردبررسی در پژوهش 39

4-4. محاسبه وزن نهایی معيارها و زيرمعيارها. 41

4-5. ايجاد لايههاي اطلاعاتي در محيط GIS. 44

4-5-1. لایه نزدیکی به مراکز صنعتی. 44

4-5-2. لایه تراکم جمعیتی. 45

4-5-3. لایه نزدیکی به مراکز اداری. 46

4-5-4. لایه نزدیکی به مراکز آموزشی. 48

4-5-5. لایه نزدیکی به مراکز درمانی. 48

4-5-6. لایه نزدیکی به مراکز تجاری. 49

4-5-7. لایه نزدیکی به شبکه ارتباطی. 50

4-5-8. لایه پوشش عملکردی. 51

4-5-9. لایه محدودیت احداث ایستگاه‌های آتش‌نشانی 52

4-6. مکان‌یابی ایستگاه‌های آتش‌نشانی با استفاده از منطق فازی 53

4-6-1. نقشه‌هايمربوطبهمدلفازي. 53

4-6-1-1. تابع نوع اول. 54

4-7. فازی‌سازی لایه‌های اطلاعاتی. 54

4-7-1. عملگر فازی AND.. 59

4-7-2. عملگرفازيگاما. 60

4-8. ترکیب همه لایه‌های اطلاعاتی فازی و اعمال ضرایب نهایی مدل AHP: 60

4-9. تعیین مناطق مستعد:. 62

فصل پنجم. 64

5-1. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری. 65

5-2. آزمون فرضیه‌ها‌ی تحقیق. 66

5-3. پیشنهادها. 67

5-4. منابع. 68

  فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول (3-1) مساحت و سرانه کاربری‌های اراضی منطقه یک 34

جدول (3-2) تعداد جمعیت و تراكم ناخالص آن در سال 1390 35

جدول(3-3) تعداد خانوار و بُعد خانوار در منطقه یک و بندرعباس در سال 1390 36

جدول(3-4): مقادیر ترجیحات برای مقایسات زوجی 42

جدول(3-5): شاخص ناسازگاری ماتریس تصادفی 44

جدول شماره 4-1 معيارها و زير معيارهاي موردبررسی در پژوهش47

جدول شماره 4-2ویژگی معیارهايمؤثردرمکان‌یابیایستگاه‌هايآتش‌نشانی 47

جدول4-3 وزن دهی به معیارها با استفاده از روش مقایسه دوتایی49

جدول4-4 معیار و زير معيارهاي موردبررسی به همراه وزن‌نهايي آن‌ها 50

جدول ‏4‑5 نوع تابع فازی جهت استانداردسازی نقشه‌های معیار در منطق فازی 60

 فهرست شکل‌ها

عنوان صفحه

شکل(3-1) تصویر نقشه موقعیت محدوده منطقه یک شهری بندرعباس 25

شکل (3-2) نقشه کاربری اراضی منطقه یک شهری بندرعباس.. 27

شکل 4-1- نمودار محاسبه وزن‌ها در نرم‌افزار Expert Choice. 42

شکل4-2- نقشه نزدیکی به مراکز صنعتی.. 45

شکل 4-3- نقشه تراکم جمعیتی منطقه یک.. 46

شکل 4-4- نقشه نزدیکی به مراکز اداری.. 47

شکل 4-5- نقشه نزدیکی به مراکز آموزشی.. 48

شکل 4-6- نقشه نزدیکی به مراکز درمانی.. 49

شکل4-7- نقشه نزدیکی به مراکز تجاری.. 50

شکل 4-8- نقشه نزدیکی به شبکه ارتباطی اصلی.. 51

شکل 4-9- نقشه شعاع عملکرد ایستگاه‌های آتش‌نشانی.. 52

شکل 4-10- نقشه محدودیت استقرار ایستگاه آتش‌نشانی.. 53

شکل 4-11- نقشه فازی نزدیکی به مراکز آموزشی جهت استقرار ایستگاه آتش‌نشانی.. 55

شکل4-12- نقشه فازی نزدیکی به مراکز اداری جهت استقرار ایستگاه آتش‌نشانی 55

شکل 4-13- نقشه فازی نزدیکی به مراکز صنعتی جهت استقرار ایستگاه آتش‌نشانی.. 56

شکل 4-14- نقشه فازی نزدیکی به مراکز درمانی جهت استقرار ایستگاه آتش‌نشانی.. 56

شکل 4-16- نقشه فازی نزدیکی به مراکز تجاری جهت استقرار ایستگاه آتش‌نشانی.. 57

شکل 4-17- نقشه فازی نزدیکی به معابر اصلی جهت استقرار ایستگاه آتش‌نشانی 58

شکل 4-18- نقشه فازی شعاع عملکرد ایستگاه آتش‌نشانی.. 58

شکل 4-19- نقشه عملگر ضرب فازی.. 59

شکل 4-20- نقشه عملگر گامای فازی.. 60

شکل 4-21- نقشه تلفیق لایه‌های فازی با مدلAHP. 61

شکل 4-22- نقشه مکان‌های پیشنهادی جهت احداث ایستگاه آتش‌نشانی جدید 62

شکل 4-23- نقشه مکانمندی مناطق پیشنهادی جهت احداث ایستگاه آتش‌نشانی جدید.. 63

 1 فصل اول

 کلیات تحقیق

1-1. مقدمه

فرآیند برنامه‌ریزی، تلاشی است برای ایجاد چارچوبی مناسب که طی آن برنامه‌ریز بتواند برای رسیدن به راه‌حل بهینه اقدام کند (لی[1]، 1973). استقرار هر عنصر شهری در موقعیت فضایی-کالبدی خاصی از سطح شهر، تابع اصول، قواعد و سازوکارهای خاصی است که در صورت رعایت شدن به موفقیت و کارایی عملکردی آن عنصر در همان مکان مشخص، خواهد انجامید و در غیر این صورت چه‌بسا مشکلاتی بروز کند (شهابیان، 1376). توزیع بهینه‌ کاربری‌ها و مراکز خدماتی مسئله‌ای است که اغلب اوقات برنامه‌ریزان با آن سروکار دارند. چراکه به دلیل رشد پرشتاب جمعیت و کالبد شهرها، مشکلاتی مانند کمبود و عدم توزیع فضایی مناسب کاربری‌ها به وجود آمده است (احدنژاد[2]، 1386). از میان کاربری‌ها و خدمات موجود در شهر، توزیع و مکان‌یابی بهینه‌ی ایستگاه‌های آتش‌نشانی به دلیل اهمیت و توجه روزافزون به امر ایمنی در شهرها و ارائه تمهیداتی درزمینهٔ پیشگیری و مقابله با آتش‌سوزی و حادثه از اهمیت قابل‌توجهی برخوردار است. بدون تردید در میان کلیه روش‌های موجود برای پیشگیری و کاهش تلفات و خسارات ناشی از آتش‌سوزی‌ها در مناطق شهری، برنامه‌ریزی شهری از طریق وضع استانداردها و ضوابط و مقررات مربوطه می‌تواند سهم قابل‌توجهی در کاهش خسارات جانی، مالی و تأمین ایمنی برای شهروندان در بلند‌مدت داشته باشد، این امر در شهرهای ایران‌که اکثراً دارای بافتی فشرده و متراکم با شبکه‌های دسترسی نامناسب هستند حساسیت بیشتری را در استانداردها و ضوابط می‌طلبد تا در مواقع اضطراری و وقوع حوادث در این بافت‌ها، عملیات امدادرسانی به‌موقع انجام گیرد (پور اسکندری، 1380). سیاست کلی ایجاد ایستگاه‌های آتش‌نشانی در ایران سیاستی بدون برنامه‌ خاص و مدون بوده است. به‌گونه‌ای که برای ایجاد هر ایستگاه در محدوده‌های شهری مهم‌ترین اصل، خالی بودن زمین، بدون مالک بودن آن و یا عوامل دیگری است که به‌موجب آن‌ها بایستی زمین ارزشی نداشته باشد که این امر بر مکان‌یابی ایستگاه‌های آتش‌نشانی در سطح شهرها تأثیرگذار بوده است (ایمانی جاجرمی، 1375).

1-2. بیان مسئله

امروزهتراکمبیش از حدجمعیتدرشهروروندروبهرشدآن‌هاازلحاظکالبدي موجبتقاضاوتوجهروزافزونبهمسئلهتوسعهشهريگردیدهاست. تقاضابرايتوسعه شهريازمهم‌ترینمشکلاتوموانعفرارويبشردرآیندهاست؛بنابراینبرايحلاین مشکلاتوموانع،سیستمایمنیشهرنیزدرهمینجهتبایدتوسعهیابدتابتواند پوششکافیرابرکلسطحشهرداشتهباشند. درواقعایمنیشهر،مجموعهتمهیداتی استکهجهتجلوگیريازبروزیاکاهشخساراتناشیازعوارضنامساعدجانیو مالی،حوادثطبیعیوغیرطبیعینظیر سیل،آتش‌سوزي،زلزله،تصادفاترانندگیو ... صورتمی‌گیرد (ایزری[3]، 2007).

کاربری ایستگاه‌هايآتش‌نشانی یکی از انواع کاربری‌های اساسی در شهرهاست که مکان‌یابی بهینه‌ی آن، ایمنی و رفاه شهروندان را به دنبال خواهد داشت. توجه صرف به ساخت و استقرار ایستگاه‌هايآتش‌نشانی ازنظر کمّی و عدم توجه به کاربری‌های مجاور و سایر عوامل مهم در مکان‌یابی آن‌ها موجب کاهش کارایی ایستگاه ازنظر امدادرسانی به‌موقع می‌گردد. علاوه بر موضوعات ذکرشده در رابطه با کمبود ایستگاه‌هايآتش‌نشانی، مکان‌یابی نادرست و عدم ‌هماهنگی با بافت و سیمای شهری از مسائل و موضوعات مشترک بسیاری از شهرهای ایران محسوب می‌گردد. ازاین‌رو مهم‌ترینمشکلدرجهتخدمات‌رسانیایستگاه‌هايآتش‌نشانی منطقه یک شهر بندرعباس،عدمتوزیع نامناسبایستگاه‌هاومحدودبودنشعاععملکرديایستگاه‌هايموجودمی‌باشد؛ بنابراینتوزیعکمّیوکیفیایستگاه‌هابه‌طورعلمیوتخصصی،موردبررسیقرارمی‌گیرد. استفادهازروش‌هايسنتیبرنامه‌ریزيایستگاه‌هايآتش‌نشانیبرايخدمات‌رسانی، بهمعنايهدررفتنکاغذوزمانمی‌باشد؛اماامروزه،استفادهازسیستماطلاعات جغرافیاییبه‌عنوانابزاريدرجهتایجادبانکاطلاعاتیمناسبوکارآمدعملمی‌کند (هاورتون[4]، 2006).

انتخاب محل ایستگاه‌هايآتش‌نشانی به معیارهای متعددی از قبیل شبکه ترافیک، نزدیکی به تراکم‌های جمعیتی، نزدیکی به معابر اصلی، نزدیکی به مراکز تجاری، آموزشی، اداری، درمانی و غیره نیاز دارد. در مدل فرایند تحلیل سلسله‌مراتبی جهت وزن‌دهی به معيارها از روش مقايسه زوجي استفاده مي­شود. بدين­صورت که تصميم­گيرندگان معيارها و زيرمعيارهاي هر پارامتر را فقط به‌صورت دوبه‌دو مقايسه مي­کنند و نيازي به وزن‌دهی همزمان تمامي معيارها وجود ندارد. در اين روش­ همه پارامترها به‌صورت يکجا باهم مقايسه نشده و معيارها دوبه‌دو باهم مقايسه مي­شوند درنتیجه وزن دهی با دقت بيشتري انجام مي­گيرد. بعلاوه این معیارها می‌بایست به‌صورت مکانیزه و در قالب نقشه‌های یکپارچه و بانک اطلاعاتی متصل به نقشه انجام پذیرد. لذا به یک ابزار قدرتمند برای آماده‌سازی و آنالیز داده‌ها نیاز است که مهمترین و مناسب‌ترین آن‌ها سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) می‌باشد. تاکنون اولویت‌های مکانی بر مبنای مدل برای استقرار ایستگاه‌های آتش‌نشانی در منطقه یک شهری بندرعباس مشخص نشده است؛ بنابراین قابلیت سیستم اطلاعات جغرافیایی و روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره در مدیریت اطلاعات مکانی و ایجاد بستر مناسب برای تصمیم‌گیری، باعث گشته که در عملیاتی نظیر اولویت مکانی ایستگاه‌های آتش‌نشانی توجه بسیاری را به خود جلب کند. این مطالعه در نظر دارد نمونه عملی کاربرد این ابزار را برای تعیین مکان‌های مناسب ایستگاه‌هایآتش‌نشانی با توجه به نیاز مردم منطقه یک شهری بندرعباس ارائه نماید؛ بنابراین سؤال‌های اصلی تحقیق حاضر به‌صورت ذیل است:

سؤال‌های تحقیق:

1- آیا تعداد ایستگاه‌های آتش‌نشانی در منطقه یک شهری بندرعباس کافی است؟

2- آیا ایستگاه‌های آتش‌نشانی موجود در منطقه یک شهری بندرعباس، طبق استانداردهای شهری صورت گرفته است؟

1-3. اهمیت و ضرورت تحقیق

از میان کاربری‌ها و خدمات موجود در شهر، توزیع و مکان‌یابی بهینه‌ی ایستگاه‌های آتش‌نشانی به دلیل اهمیت و توجه روزافزون به امر ایمنی در شهرها و ارائه تمهیداتی درزمینه پیشگیری و مقابله با آتش‌سوزی و حادثه از اهمیت قابل‌توجهی برخوردار است. بدون تردید در میان کلیه روش‌های موجود برای پیشگیری و کاهش تلفات و خسارات ناشی از آتش‌سوزی‌ها در مناطق شهری، برنامه‌ریزی شهری از طریق وضع استانداردها و ضوابط و مقررات مربوطه می‌تواند سهم قابل‌توجهی در کاهش خسارات جانی و مالی و تأمین ایمنی برای شهروندان در بلندمدت داشته باشد. این امر در شهرهای ایرآن‌که اکثراً دارای بافتی فشرده و متراکم با شبکه‌های دسترسی نامناسب هستند حساسیت بیشتری را در استانداردها و ضوابط می‌طلبد تا در مواقع اضطراری و وقوع حوادث در این بافت‌ها، عملیات امدادرسانی به‌موقع انجام گیرد (پور اسکندری، 1380).ایستگاه‌های آتش‌نشانی به‌عنوان مکانی جهت استقرار و انتظار خودروهای آتش‌نشانی و امداد، ازجمله مراکز مهم و حیاتی خدمات‌رسانی در شهرها هستند که نقش مهمی در تأمین ایمنی و آسایش شهروندان و توسعه اقتصادی شهرها ایفا می‌نمایند. بدیهی است خدمات‌رسانی به‌موقع و مطمئن توسط ایستگاه‌های آتش‌نشانی بیش از هر چیز مستلزم استقرار آن‌ها در مکان‌های مناسب است که بتوانند در اسرع وقت و بدون مواجه‌شدن با موانع و محدودیت‌های محیط شهری از یک ‌طرف و با ایجاد حداقل آثار منفی بر روی زندگی ساکنان شهر از طرف دیگر به محل حادثه رسیده و اقدامات اطفاء و یا امداد را به انجام برسانند (سازمان شهرداری‌ها و دهیاری‌های کشور، 1383). بدین ترتیب در این تحقیق به‌منظور حل مسئله‌ی کمبود ایستگاه‌های آتش‌نشانی و تعیین بهترین مکان برای احداث ایستگاه‌های جدید از ابزار GISاستفاده می‌گردد، چراکه امروزه مسائل شهری باعث شده است متغیرهای متعددی در مکان‌گزینی‌ کاربری‌ها تأثیرگذار باشد که امکان تحلیل آن‌ها به روش‌های سنتی نظیر روی هم‌گذاری دستی نقشه‌ها به دلیل حجم زیاد داده‌ها امکان‌پذیر نیست؛ بنابراین استفاده از ابزار توانمندی چون سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) در مکان‌یابی کاربری‌ها در شهر ضروری می‌باشد (نظری عدلی و کوهساری، 1386).ازاین‌رو تحلیل مکان مناسب و شناسایی تعداد ایستگاه‌های آتش‌نشانی موردنیاز در شهر بسیار مهم است؛ بنابراین سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی توانایی جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و مدیریت داده‌های مکانی رادارند و می‌توانند در مرحله آگاهی به تصمیم‌گیرنده کمک فراوانی کنند. نتایج حاصل از تصمیم‌‌گیری‌های مکانی را می‌توان از طریق پردازش و تحلیل داده‌ها در سامانه اطلاعات جغرافیایی به دست آورده و اولویت‌های تصمیم‌گیری را مشخص نمود.

[1]- Lee

[2]- Ahadnejad

[3]-ESRI

[4]- Howerton


خرید و دانلود مکان‌گزینی ایستگاه‌های آتش‌نشانی با منطق فازی و تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) در محیط مکانمند  (مطالعه موردی: منطقه یک شهری بندرعباس).....

نقش و ارزیابی مرزهای شرقی بر توسعه و امنیت ملی ایران.....



 فهرست مطالب

عنوان صفحه

Contents

چکیده :1

مقدمه2

فصل اول: كليات تحقيق

1-1-طرح مسئله4

1-2-اهمیت و ضرورت تحقیق5

1-3-پرسش اصلی تحقیق7

1-4-فرضیه هاي تحقیق7

1-5-روش تحقیق8

1-6-زمان اجرای تحقیق8

1-7-پیشینه تحقیق8

1-8-واژه ها و مفاهیم10

1-8-1-مرز10

1-8-2- مرزهای شرقی11

1-8-3- توسعه11

1-8-4- امنیت ملی12

فصل دوم: مباني تئوري (نظري)

2-1-مقدمه15

2-2-مبنای نظریه امنیت ملی15

2-3-عوامل تهديد كننده امنيت ملي16

2-4-ویژگی‌ها و مختصات نظریه مجموعه امنیتی16

2-5- مفهوم امنیت در قرن بیست و یکم17

2-6- تاثیر تغییر سیستمی بر امنیت ملی18

2-7- مولفه‌های جدید امنیت19

2-8- سیاست نگاه به شرق20

2-9- نظريه هاي امنيت22

2-9-1-نظريه شومان22

2-9-2-نظريه ايده آليستها22

2-9-3-نظريه هارولد براون23

2-9-4- نظريه جورج آ. كازور23

2-10-اظهار نظر هایی در مورد مرزو مرزهای شرقی ایران24

2-10-1- نظريه دکتر بهرام امیراحمدیان24

2-10-2- نظريه هارولد براون24

2-10-4- باگز و هارتشون25

2-10-5- نظريه پیتر تیلور25

2-10-6-نظريه ماریتن گلاسنر25

2-11-نظریه اسلامی امنیت26

2-11-1- استقرار و استمرار صلح و امنیت در جامعه بین‌المللی، اقتضای نفی روحیه «برتری خواهی»26

2-11-2- استقرار و استمرار صلح و امنیت در جامعه بین‌المللی، نفی «استثناگرایی»26

2-12-ایده دولت ورشکسته26

2-13-اجلاس جهانی امن تر:27

2-14- نظريه دکتر محمود واعظی:28

2-15-دکترمحمدباقرقالیباف:28

2-16-نظر یه هلال طلایی :29

2-17- سرهنگ مک گرگور29

2-18- لرد کرزن29

فصل سوم: محيط شناسي شرقي شهرهاي همجوار

3-1-مقدمه32

3-2-موقعیت مرزهای شرقی ایران32

3-2-1-منطقه مرزی زابل33

3-2-1-1- موقعیت جغرافیایی33

3-2-1-2- فضا و شکل33

3-2-1-3- وسعت34

3-2-2-ویژگیهای طبیعی35

3-2-2-1- منابع تامين آب و حوزه آبريز و شبکه رودخانه ها35

3-2-2-2- اقليم35

3-2-3- ویژگیهای انسانی35

3-2-4-ویژگیهای اقتصادی36

3-2-4-1-اقتصاد کشاورزي و منابع طبيعي و دامپروري37

3-2-4-2-امور زير بنايي38

3-2-5- ویژگیهای سیاسی40

3-2-6- ویزگیهای فرهنگی و اجتماعی42

3-2-7- ویژگیهای نظامی و امنیتی44

3-3- شهرستان مرزی خواف45

3-3-1-موقعیت جغرافیایی شهرستان خواف46

3-3-2-تقسیمات سیاسی اداری51

3-3-3-سابقه ی تاریخی51

3-3-4-ویژگیهای طبیعی51

3-3-5-موقعیت اقلیمی :53

3-3-6-ویژگیهای انسانی54

3-3-7-ویژگیهای اقتصادی55

3-3-7-1-کشاورزی :55

3-3-7-2-باغداری :56

3-3-7-3-دامداری :56

3-3-7-4-صنعت:57

3-3-8-گسلهای مهم و اساسی منطقه :58

3-3-9-هواشناسی و شرایط اقلیم (کلیماتولوژی)59

3-4-شهرستان مرزی تایباد59

3-4-1-موقعیت جغرافیایی59

3-4-2- فضا و شکل60

3-4-3-وسعت61

3-4-4-ویژگیهای طبیعی تایباد62

3-4-4-1-اقلیم و آب و هوا63

3-4-5-ویژگیهای انسانی تایباد63

3-4-5-1-ساختار سني وجنسي جمعيت65

3-4-6-ویزگیهای اقتصادی تایباد67

3-4-6-1-پتانسيل هاي اقتصادي شهرستان68

3-4-7-ویژگیهای سیاسی تایباد69

3-4-8-ویزگیهای اجتماعی-فرهنگی تایباد69

3-5-توپوگرافی مناطق مرزی شرق:72

3-6- مرزهاي ايران و پاكستان72

3-6-1- نقاط حساس و آسیب پذیر مرزهای ایران و پاکستان73

3-6-3- منطقه مرزی تایباد:74

3-6-4- منطقه مرزی کزیک :75

3-6-5-زابل :76

3-6-6- میرجاوه:77

3-6-6-1-بازارچه مرزي ميرجاوه :78

3-6-7- روستاي مليك79

3-6-7-1-بازارچه مرزي مليك :80

3-6-8-سراوان :81

3-6-8-بازارچه مرزي كوهك :82

3-7-پایانه های مرزی ایران83

فصل چهارم: يافته هاي تحقيق- امنيت مرزهاي شرقي

4-1-مقدمه85

4-2- تهدیدات مرزها :85

4-2-۱-تهدید سیاسی مثل اعمال فشارهای سیاسی،بایکوت و احضار نماینده86

4-2-۲-تهدید اقتصادی مثل تحریم اقتصادی یا قاچاق کالا86

4-2-۳-تهدید نظامی مثل تشکیل پیمان های نظامی،قاچاق سلاح، آموزش و تحریک عناصر مسلح86

4-2-۴-تهدید فرهنگی مثل ورود اقلام ضد فرهنگی86

4-2-6-حضور اتباع بیگانه افاغنه و پاکستانی،هندی و بنگلادشی87

4-2-7-ترانزیت موادمخدر87

4-2-8-حضور نیروهای فرامنطقه ای:87

4-2-9-وفور سلاح غیرمجاز و مهمات:87

4-2-10-گسترش تکدی گری:87

4-2-11-تامین اشرار و گروههای مخالف ایرانی:87

4-3-ژئوپلیتیک مرزهای ایران و پاکستان87

4-4-ژئوپليتيك مرزهای ایران با افغانستان:88

4-4-1-نقاط حساس وآسیب پذیر مرز ایران و افغانستان89

4-5-خصوصیات وویژگیهای مناطق مرزی جمهوری اسلامی ایران89

4-6- تهدیدات ژئوپليتيكی مرزهای شرقی جمهوری اسلامی ایران90

4-7-مهاجرت های غیرقانونی در شهرهای مرزی92

4-8-گروگانگیری پرسنل مرزبانی92

4-9-تأثیر پیوندهای قومی – مذهبی مثلث طلایی بر استان‌های مجاور شرقی جمهوری اسلامی ایران93

4-9-1-استان‌های مجاور مرزهای شرقی جمهوری اسلامی ایران93

4-9-2- ایده دولت ورشکسته93

4-9-3-مثلث طلایی93

4-9-4-تهديد عليه امنيت داخلي و حاكميت ملي94

4-9-5-اقدامات عریان جدایی‌طلبانه قومی در استان‌های مجاور شرقی95

4-9-6- عامل تروریسم95

4-9-7- نقش تروریسم در اجرای طرح بلوچستان بزرگ آمریکا95

4-10- تهدیدات ناشی از بی‏‏ثباتی افغانستان96

4-10-1- ترانزیت مواد مخدر96

4-10-2-تقابل منافع اقتصادی با رقبا97

4-10-3-تقابل منافع سیاسی با رقبا97

4-10-4-پایگاه‏‏های آمریکا در منطقه98

4-10-5-تجزیه افغانستان98

4-10-6- طالبانیسم98

4-10-7-ایران‏‏ستیزی99

4-11-نتیجه گیری99

فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادها

5-ارزیابی فرضیه ها102

5-1-فرضیه اول.102

5-2-فرضیه دوم.104

5-3-فرضیه سوم:105

5-4-فرضیه چهارم106

5-5-نتیجه گیری107

5-6- پیشنهادها109

فهرست منابع و ماخذ112

پيوست ها117

 فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول3-1 تقسیمات شهری زابل33

جدول3-2-درصد ویژگیهای جمعیتی زابل35

جدول 3-3- جمعیت شهری و روستایی زابل36

جدول 3-4- میزان شاغلین زابل36

جدول3-5-سطح اراضی زیرکشت37

جدول 3-6 تعداد صنایع موجود شهر مرزی زابل38

جدول3-7-درصد عمران شهری38

جدول 3-8- درصد عمران روستایی39

جدول 3-9-راه و ترابری زابل40

جدول3-10-میزان سواد شهرستان زابل42

جدول 3-11-آموزش و پرورش زابل42

جدول3-12-آموزش عالی زابل43

جدول 3-13-بهداشت و درمان زابل44

جدول 3-14-طول و عرض جغرافيايي بخشها در سال 138746

جدول3-15- تعداد بخش ، شهر و دهستان براساس تقسيمات كشوري47

جدول3-16- مشخصات عمومي بخشها براساس تقسيمات كشوري در سال 138747

جدول3-17- تقسيمات كشوري در محدوده شهرستان : 138749

جدول 3-18- فاصله مرکز بخشهاي شهرستان با مركز شهرستان و مركز استان : 1387 (كيلومتر)50

جدول 3-19-مساحت شهرستان برحسب وضعيت اراضي : 1387...... 50

جدول3-20- مشخصات ايستگاههاي هواشناسي : 138753

جدول3-21 -تحولات جمعيت شهر تايباد65

جدول3-23 – بخش های مختلف اقتصادی تایباد68

جدول 3-22 : تحولات شاخص نسبت جنسي66

جدول 3-24- رودهاي مرزي مشترك ايران با همسايگان73

  فهرست نقشه ها

عنوان صفحه

نقشه 3-1- فضا و شکل کلی شهرستان مرزی زابل34

نقشه 3-2- تقسیمات سیاسی شهرستان زابل41

نقشه 3-3- نقشه جغرافیایی شهرستان مرزی خواف45

نقشه 3-4-موقعیت شهرستان خواف48

نقشه 3-5– موقعیت جغرافیایی شهرستان تایباد60

نقشه3-6 – فضا و شکل شهرستان تایباد61

نقشه 3-7-موقعيتشهرتايباددرشهرستان،استانوكشور62

نقشه3-8- منطقه مرزي تايباد، منبع فرماندهي پليس مرزي ناجا75

نقشه3-9- منطقه مرزي كزيك، منبع فرماندهي پليس مرزي ناجا75

نقشه 3-10- منطقه سیستان- شهرستان زابل. منابع: http://aftab.ir76

نقشه3-11- تقسيمات كشوري شهرستان زاهدان به تفكيك بخش و دهستان79

نقشه3-12- منطقه مرزي مليك، منبع فرماندهي پليس مرزي ناجا80

نقشه 3-13- منطقه مرزي سراوان، منبع فرماندهي پليس مرزي ناجا81

نقشه 4-1- مرزهاي شرقي ايران92

 چکیده :

سیاست خارجی ایران در سه قرن اخیر بر روی مرزهای غربی کشور بود ، اما عملاً این کشور از سوی مرزهای شرقی خود دچار صدمات مهمی شده است، به ویژه پس از تقسیم شبه قاره به سه کشور مستقل در سال 1947 و وقوع اختلافات مرزی میان هند و پاکستان از یک سو و پاکستان و افغانستان از سوی دیگر و نیز وقوع کودتای کمونیستی در افغانستان در سال 1979، ایران همواره با معضلات امنیتی در مرزهای شرقی خود مواجه بوده است. اثرات منفی ناشی از بروز تنش‌ها و بی‌ثباتی‌ها در میان کشورهای شرقی، همواره بر ایران مترتب شده است و نگرانی‌های امنیتی در شرق را به یکی از معضلات اصلی ایران مبدل ساخته است. چراکه مرزهای شرقی ایران که بسیار طولانی هستند با موضوعاتی از قیبیل مواد مخدر، ژئوپليتيك آب، محل گذر خط لوله صلح گاز، مسائل قومی و مذهبی و حضور کشورهای بیگانه دست به گریبانند. ایران از سمت شرق با دو کشور افغانستان و پاکستان هم‌مرز است؛ کشورهایی که به دلیل دوره‌های طولانی تنش و بی‌ثباتی، نقش زیادی در ایجاد ناامنی در مناطق همجوار خود از جمله ایران دارند. از این‌رو نوشتار حاضر کوشیده تا ریشه‌های ناامنی در مرزهای شرقی ایران را مورد نقد و بررسی قرار دهدچرا که امنیت مرزهای شرقی تاثیر به سزایی در ژئوپليتيك ج.ا.ا .داشته است. امنیت مرزها پشتوانه ای محکم برای امنیت با ابعاد متنوعش در داخل کشور است و هر گونه ناامنی در مرز قادر است در سیاست های اقتصادی و فرهنگی و سیاسی و اجتماعی و نظامی داخل کشور اخلال ایجاد کند.

كليد واژه: امنیت داخلی – ژئوپليتيك-مرزهای شرقی - افغانستان-پاکستان

 مقدمه

جمهوری اسلامی ایران با 1648195کیلومتر مربع وسعت ،حدود کره زمین وخشکی های زمین و در دسته بندی پاندز [1] ایران جزء کشورهای خیلی بزرگ محسوب می شود . وسعت زیاد احتمال تبدیل شدن به قدرت فرامنطقه ای و جهانی را بالا می برد به علاوه در امور دفاعی نقش دارد و معمولا هر مقدار کشور وسیع تر باشد منابع معدنی و طبیعی بیشتری دارد و کشور ایران از لحاظ موقعیت استراتژیک با دارا بودن معادن غنی نفت و گاز و قرار گرفتن در سراسر شمال تنگه خلیج فارس و قرار داشتن بین کشورهای شمالی و منطقه خلیج فارس و بین قاره های آسیا و اروپا و اینکه امن ترین و کوتاهترین مسیر برای ارتباط دادن بین مناطق است از موقعیت استراتژیکی بسیار بالایی برخوردار می باشد و مرزهای کشور بالطبع از اهمیت ویژه ای برخوردار است چرا که کشور ایران با 15 کشور مستقل مرز مشترک خشکی و آبی دارد طول مرزهای ایران بالغ بر8731 کیلومتر مربع است که حدود 6031 کیلومتر از خط مرزی را رودخانه ها، مرداب ها و با تلاق، جنگل ها، استپ ها، کویرها، کوهپایه ها و کوهستان ها که در شمار مرزهای خشکی محسوب می شوند، تشکیل می دهند و طول مرزهای دریایی ایران در سه ساحل خلیج فارس، دریای عمان و دریای مازندران نیز 2700 کیلومتر است .مرزهای شرقی ایران که بسیار طولانی هستند با موضوعاتی از قیبیل مواد مخدر، ژئوپليتيك آب، مسائل قومی و مذهبی و حضور کشورهای بیگانه دست به گریبانند. ایران از سمت شرق با دو کشور افغانستان و پاکستان هم‌مرز است؛ کشورهایی که به دلیل دوره‌های طولانی تنش و بی‌ثباتی، نقش زیادی در ایجاد ناامنی در مناطق همجوار خود از جمله ایران داشته و دارند.

با توجه به وضعیت ژئوپليتیکی و استراتژیکی شرق کشور و با توجه به امکانات بالقوه (طبیعی و نیروی انسانی ) موجود ، چهار کانون درجه یک که درحال حاضر نیز فعالترین کانون های شرق کشور هستند می بایست مورد توجه بیش از بیش و همه جانبه قرار گیرند . توسعه این کانونها با اهداف امنیت و دفاع ملی و منافع فراملی و توسعه منطقه ای باید بیش از پیش گسترش یابد این کانونها که کانون های درجه یک شرق نامیده می شود واز جنوب به شمال عبارتنداز ( چابهار ، زاهدان ، بیرجند، مشهد) . بیشتر مورد توجه قرار گیرد تا امنیت مرزهای شرقی تامین گردد.چرا که موقعیت استراتژیکی و منابع غنی از مهمترین عناصر جغرافیایی سیاسی ایران هستند و این امر تاکنون بازتاب خود را بر استراتژی های منطقه ای و جهانی قدرت های بزرگ به جا نهاده است.

  فصل اول

كليات تحقيق

1-1-طرح مسئله:

مرزسیاسی به پدیده ای فضایی اطلاق می شود که منعکس کننده ی قلمرو حاکمیت یک دولت بوده و مطابق با قواعد خاص در مقابل حرکت انسان ، انتقال کالایا نشر افکار مانع ایجاد کند یا دست کم آن را محدود سازد(میرحیدر، 1375 ،114)البته از آنجا که کنترل موثر مرزها نیاز به هزینه هنگفت و سنگین ، سیستم های کنترل منطبق بر نوع مرز، نیروهای سازمان یافته ویژه مرزی، تفاهم و همکاری موثر دولت های همسایه و حمایت سازمان های رسمی بین المللی دارد، در بین کشورهای جهان تنها دولت های معدودی مانند اتحادجماهیر شوروی سابق، اسرائیل، یوگسلاوی عهد تیتو، کوبا و چنددولت اروپایی و آمریکای شمالی، قادر به ایجاد سیستم مدیریت موثر بر اداره مرزهایشان شده اند و بسیاری از کشورهای دیگر از جمله ایران از عهده تهیه و تنظیمی مکانیزمی مناسب و کارآمد بر اداره مرزهای کشور برنیامدند (کریمی پور، 221،1379). ایران در محیط پیرامونی خود با چالش‌های امنیتی متعددی روبرو است که به صورت دایمی و به واسطه تحولات و روندهای منطقه‌ای باز تولید می‌شود. جمهوری اسلامی ایران از منظر منطقه‌ای در حوزه‌ای واقع شده است که هیچ گونه ترتیبات امنیتی پایدار و توافق شده در آن وجود ندارد. به رغم پیشرفت نظام‌های امنیت منطقه‌ای در سراسر جهان به ویژه بعد از پایان جنگ سرد و در چارچوب تحولات جهانی شدن، هنوز منطقه پیرامونی ایران فاقد ترتیبات امنیتی نهادینه شده‌ است. تروریسم، افراط‌گرایی، تنش‌های قومی - مذهبی، جرایم سازمان یافته، دولت‌های ضعیف و مداخلات قدرت‌های فرامنطقه‌ای از جمله چالش‌ها و موانع امنیتی عمده‌ای است که ایران در پیرامون خود با آنها روبروست. (عسگری، 1380، 295).پس از سرنگونی طالبان توسط نیروهای آمریکایی، این نیروها در مناطق مختلفی از افغانستان حضور پیدا کردند و دست به احداث پایگاه‌های متعددی از سوی آمریکا و ناتو زدند که این امر، برای ایران تهدید محسوب می‌شود و ایران را در تیررس دشمنان منافع ملی این کشور قرار می‌دهد. با این توصیفات کشورهای همسایه شرقی ایران، افغانستان و پاکستان به دلیل داشتن مشکلات امنیتی تهدیداتی را متوجه منافع ملی ایران ساخته و هزینه‌های جمهوری اسلامی را در خصوص کنترل مرزها افزایش داده‌اند. علاوه بر بی‌ثباتی سیاسی در افغانستان که از سال‌ها پیش معضل آوارگان افغانی، قاچاق مواد مخدر و دیگر مشکلات اجتماعی را برای ایران به وجود آورد است، در پاکستان نیز فعالیت‌های جریان افراطی طالبان افزایش یافته و به تقابل و درگیری با ارتش آن کشور انجامیده است. در نتیجه با گسترش نفوذ و فعالیت جریان‌های افراطی مانند طالبان و القاعده در منطقه از یک سو و حضور نظامی امریکا به بهانه مقابله با تروریسم در کنار مرزهای شرقی ایران از سوی دیگر، کشور در معرض تهدیدات امنیتی فزاینده‌ای قرار گرفته است. به طوری که موقعیت استراتژیک و ژئوپليتيكی ایران و ساختار طبیعی فضای ایران برکنش متقابل افراد و گروه‌های اجتماعی تاثیرات متفاوتی گذاشته است. پرداختن به تهدیدات از مرزهای شرقی مسئله مهمی در ژئوپليتيك کشور است.بخصوص در شرایط فعلی با تحولاتی که در کشورهای واقع در شرق کشور ما و آسیای میانه حادث شده است و کل تحولاتی که در آسیا اتفاق خواهد افتاد، با نفوذ وهابیت مهاجم به کشورهای شرق و پان ترکیسم لائیک به آسیای مرکزی، شرق و شمال شرق کشور از حساسیتهای امنیتی ویژه ای برخوردار شده است . امنیت ملی و فراملی ما ایجاب می کند به شرق کشور و توسعه عمومی و امنیت آن بیشتر توجه نماییم

1-2-اهمیت و ضرورت تحقیق :

مرزهای گسترده زمینی ایران با افغانستان و پاکستان به انضمام مرز آبی‌ای که با کشور پاکستان داریم، گستره وسیعی را تشکیل می‌دهد که کنترل و تأمین امنیت آن، کار مهم و مشکلی است.در عرف بین‌الملل، دو کشور هم‌مرز در تأمین مرز مشترکشان با یکدیگر همکاری داشته و پایگاه‌های مرزی قو‌ی‌ای را سازمان‌دهی می‌کنند اما متأسفانه این عرف در مرز میان ایران با دو کشور افغانستان و پاکستان، شکسته شده است. کما اینکه این دو کشور هیچ پایگاه امنیتی مرزی قوی‌ای ندارند و به دلیل عدم‌توانمندی آنها در کنترل مرزهایشان، مأموران امنیتی و مرزی ما نه تنها مشغول تأمین امنیت مرزهای خودمان هستند بلکه ناگزیر از کنترل مرزهای پاکستان و افغانستان نیز می‌باشند(روزنامه سرمایه تاریخ 30/4/1389). همچنین سیاسی شدن هویت‌های قومی – مذهبی که از یک سو به جهانی شدن تکنولوژی ارتباطات و اطلاعات و از سوی دیگر به آزاد شدن گسل‌های لرزان قومی پس از فروپاشی اتحاد شوروی به ابزار فشاری برای برخی قدرت‌ها به ویژه ایالات متحده آمریکا مبدل شده است. ایده‌های قومی دارای ماهیت متباینی هستند. سیاسی شدن هویت ‌ها می‌تواند تهدیدی جدی علیه تمامیت ارضی و حاکمیت سرزمینی کشورهای چند قومی باشد. استان‌های مجاور مرزهای شرقی جمهوری اسلامی ایران دقیقاً مشرف به مثلث طلایی است (مثلث طلایی ناحیه‌ای بیابانی است که دور از دسترس دولت‌های ایران، پاکستان و افغانستان قرار دارد. این ناحیه به دلیل اینکه محل عبور سوق‌الجیشی مواد مخدر، تولید هروئین و انبار تسلیحات نظامی است به مثلث طلایی شهرت دارد). هلال طلایی شامل مناطق کوهستانی سه کشور افغانستان، پاکستان و ایران است. در سال ۱۹۹۱، افغانستان بزرگترین تولیدکننده تریاک در جهان بود و بعد از آن میانمار، که بخشی از مثلث طلایی می‌باشد. هلال طلائی سابقهبسیار طولانی‌تر از مثلث طلایی در تولید تریاک دارد. (کریمی پور، 1379،154).

[1]-پاندز(pounds)کشورهای جهان را از لحاظ وسعت در 8دسته قرار داده است


خرید و دانلود نقش و ارزیابی مرزهای شرقی بر توسعه و امنیت ملی ایران.....

بررسی و ارزیابی راهکارهای جلوگیری از نفوذ امواج ناشی از باد جنوب شرق به شمال غرب (باد سهیلی) به درون حوضچه بندر لنگه با بهره گیری از شبیه سازی عددی...



فهرست مطالب

چکیده1

  1. فصل اول-کلیات تحقیق2

1-1-مقدمه. 3

1-2- بيان مسئله تحقيق.. 3

1-3- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق.. 4

1-4- اهداف تحقيق.. 4

1-5- روش تحقیق.. 4

1-6- فصول پایان نامه. 5

  1. فصل دوم-معرفی بندر لنگه6

2-1-مقدمه. 7

2-2- تاريخچه و سابقه بندرلنگه. 7

2-3-آب و هوا9

2-4-ارتفاعات.. 10

2-5- انواع بادها در هرمزگان. 11

2-6- طرح توسعه بندر لنگه. 11

  1. فصل سوم-مروری بر تحقیقات انجام شده13
  2. فصل چهارم-نحوه مدلسازی18

4-1-روش تحقیق.. 19

4-2-معادلات حاکم در مدل نفوذ امواج. 20

4-3- روش مدل سازی در نرم افزار22

4-4-معیار آرامش حوضچه. 28

  1. فصل پنجم-نتایج مدلسازی29

5-1-مقدمه. 30

5-2- گلموج مقابل بندر30

5-3- بررسي نفوذ امواج به درون حوضچه بندر لنگه پس از طرح توسعه. 31

5-3-1- پلان جانمايي.. 31

5-3-2- جهات مورد مطالعه. 31

5-3-3- طراحی مدل. 32

5-3-4- مشخصات داده‌‌هاي ورودي به مدل در جهات مختلف.. 34

5-3-5- نتایج شبیه‌سازی.. 34

5-3-5-1- تعیین درصد ایام ناآرام. 34

5-3-5-2-نتیجه گیری وضعیت نفوذ امواج بندر پس از طرح توسعه. 43

5-4- ارائه راه حل جهت تامین آرامش در تمام سطح حوضچه. 45

5-4-1-گزینه های جانمایی جهت مقابله با امواج سهیلی.. 45

5-4-1-1-گزینه اول. 45

5-4-1-2-گزینه دوم. 46

5-4-1-3-گزینه سوم. 48

5-4-2- نتایج نفوذ امواج گزینه های پیشنهادی.. 49

5-4-2-1-گزینه اول. 49

5-4-2-2-گزینه دوم. 50

5-4-2-3-گزینه سوم. 52

  1. فصل ششم-بحث و نتیجه گیری55

6-1- نتیجه گیری.. 56

6-2- پیشنهادات.. 57

  1. منابع58

فهرست شکل ها

شکل ‏2‑1- الف-پس از توسعه بندر لنگه ب-پیش از توسعه بندر لنگه.. 12

شکل ‏4‑1– نمودار ضریب انعکاس در برابر Porosity24

شکل ‏4‑2- روند مدل‌سازی نفوذ امواج برای بندر لنگه25

شکل ‏4‑3- ضریب تفرق امواج برای جهت 135 درجه برای شرایط مرزی تک‌جهتی (پلان پیشنهادی بندر لنگه)........................................................ 27

شکل ‏4‑4- تغییرات ضریب ناآرامی در طول خط یک برای کلیه جهات و پریودهای انتخابی (پلان موجود بندر لنگه)............................................. 27

شکل ‏5‑1–الف )گلموج حاصل از مدلسازي در محدودۀ طرح بندر لنگه........ 30

شكل 5-1-ب )جانمايي موج‌شكن‌هاي موجود................................ 31

شکل ‏5‑3- لایۀ اسفنجی استفاده شده در شبیه‌سازی....................... 33

شکل ‏5‑4-نتایج شبیه‌سازی تفرق و نفوذ امواج جهت 90 درجه برای موج شکن موجود 35

شکل ‏5‑5-نتایج شبیه‌سازی تفرق و نفوذ امواج جهت 5/112 درجه برای موج شکن موجود36

شکل ‏5‑6- نتایج شبیه‌سازی تفرق و نفوذ امواج جهت 135 درجه............ 36

شکل ‏5‑7- نتایج شبیه‌سازی تفرق و نفوذ امواج جهت 5/157 درجه.......... 37

شکل ‏5‑8- نتایج شبیه‌سازی تفرق و نفوذ امواج جهت 180 درجه............ 37

شکل ‏5‑9-نتایج شبیه‌سازی تفرق و نفوذ امواج جهت 5/202 درجه........... 38

شکل ‏5‑10-نتایج شبیه‌سازی تفرق و نفوذ امواج جهت 225 درجه............ 38

شکل ‏5‑11- موقعيت استخراج نتايج شبيه‌سازي تفرق و نفوذ امواج موج شکن موجود 39

شکل ‏5‑12-ضریب توزیع ارتفاع موج منتشره از جهت 90 درجه در موقعیتهای مختلف حوضچه 39

شکل ‏5‑13-ضریب توزیع ارتفاع موج منتشره از جهت 5/112 درجه در موقعیتهای مختلف حوضچه 40

شکل ‏5‑14-ضریب توزیع ارتفاع موج منتشره از جهت 135 درجه در موقعیتهای مختلف حوضچه 40

شکل ‏5‑15-ضریب توزیع ارتفاع موج منتشره از جهت 5/157 درجه در موقعیتهای مختلف حوضچه 41

شکل ‏5‑16-ضریب توزیع ارتفاع موج منتشره از جهت 180 درجه در موقعیتهای مختلف حوضچه 41

شکل ‏5‑17-ضریب توزیع ارتفاع موج منتشره از جهت 5/202 درجه در موقعیتهای مختلف حوضچه 42

شکل ‏5‑18-ضریب توزیع ارتفاع موج منتشره از جهت 225 درجه در موقعیتهای مختلف حوضچه 42

شکل ‏5‑19-درصد ایام ناآرام در موقعیتهای حائز اهمیت بر اساس معیار 30 سانتی‌متری برای حوضچه جدید................................................... 43

شکل ‏5‑20- گلموج دهانه بندر........................................ 44

شکل ‏5‑21- گزینه اول............................................... 46

شکل ‏5‑23- گزینه سوم............................................... 48

شکل ‏5‑24- نفوذ امواج جهت جنوب (180 درجه) گزینه اول................ 49

شکل ‏5‑25- نفوذ امواج جهت شرق (90 درجه) گزینه دوم.................. 52

شکل ‏5‑26-نفوذ امواج جهت جنوب (180 درجه) گزینه سوم................. 53

شکل ‏5‑27-نفوذ امواج جهت شرق (90 درجه) گزینه سوم................... 54

فهرست جدول ها

جدول ‏4‑1- حداكثر ارتفاع موج مجاز در محل پهلوگیری شناورها28

جدول ‏5‑1- مشخصات امواج دهانه بندر44

 چکیده

بندر لنگه بدلیل موقعیت خاص جغرافیائی از گذشته های دور به عنوان یک ایستگاه ترانزیتی بار و مسافر فعالیت می نموده است. این فعالیت طی سالهای گذشته باعث ارتقای انتظارات از آن گردیده ، بطوریکه برنامه‌ی توسعه‌ی آن به اجرا درآمده است . آینده نگری در توسعه‌ی بندر، مدیریت آن را بر آن داشته تا پذیرش شناورهای بزرگتری را در طرح توسعه مد نظر داشته باشد، بطوریکه با اجرای اطاله موج شکن شرقی، مساحت حوضچه 28 هکتاری حاصله اجازه تردد شناورهای 7 تا 10 هزار تن را نیز در آینده نزدیک ممکن می سازد.در حال حاضر بهره برداری حجم زیاد شناورهای سنتی (لنج ها) از حوضچه و عدم وجود فضای کافی جهت لنگراندازی آنها منجر به توقف شناور‌ها در تمام سطح حوضچه گردیده است.در طرح توسعه بندر لنگه جانمایی خطوط پهلوگیری بنحوی است که در حوضچه 99 درصد مواقع دارای آرامش(ارتفاع امواج پای اسکله کمتر از 30 سانتی متر) می باشند. اما در 1 درصد مابقی مواقع امواجی مانند امواج سهیلی ( امواج 180 درجه) که درصد وقوع بسیار پایینی دارند، در تمام سطح بندر شرایط آرامش لازم جهت لنگراندازی لنج ها وجود ندارد و پهلوگیری شناورها را مختل می سازند. هدف این تحقیق ارایه راه حل به منظور ایجاد شرایط بهره برداری مناسب در تمامی مواقع سال است. جهت بررسی نفوذ امواج در داخل حوضچه و بررسی میزان ارامش آن از مدل BWاز بسته نرم افزاری Mike21استفاده شده است. با توجه به آیین نامه ژاپن که برای این بندر درصدمجاز ارتفاع امواج بیش از 3/0 متر را در خطوط پهلوگیری (پای اسکله ها) به 5/2 متر درصد معادل 9 روز در سال محدود می کند، با میزان نا آرامی حدود 1 درصد حوضچه، شرایط بهره برداری منظور در برابر امواج‌ سهیلی از جهت 180 درجه وعلی رغم درصد وقوع پائین این امواج، حدود 3 تا 4 بار طوفان در سال تامین شرایط آرامش در تمام سطح حوضچه که لنج با مشکل مواجهه است.در این تحقیق پس از مطالعه شرایط اقلیمی و آب و هوایی بندر لنگه،گزینه های مختلف جهت ایجاد آرامش در طول سال با شبیه سازی ارائه و با انجام بررسی های فنی و اجرایی گزینه مناسب پیشنهاد گردیده است.

کلمات کلیدی: موج شکن دور از ساحل، آرامش حوضچه،امواج سهیلی، شبیه سازی عددی (مدل سازی)

 فصل اول

کلیات تحقیق

 مقدمه

استان هرمزگان با وسعت حدود شصت و هشت هزار و چهارصد و هفتاد و پنج كيلومتر مربع، اين استان از شمال و شمال شرقي با استان كرمان ، از جنوب با خليج فارس و درياي عمان ، از جنوب شرقي با سيستان و بلوچستان و از غرب با استان‌هاي فارس و بوشهر همسايه است.

شهرستان بندر لنگه واقع در استان هرمزگان يكي از قديمي ترين بنادر ایران بوده كه مركز آن واقع در 54 درجه و 54 دقيقه طول شرقي و26درجه و 23 دقيقه عرض شمالي قرار دارد. از سمت جنوبي با بستر نيلگون خليج فارس هم مرز است.

لازم به ذکر است این شهر در تبادل تجاری با کشورهای حاشیه خلیج فارس از زمانهای قدیم مشغول تجارت بوده و نقش به سزایی در اقتصاد منطقه دارد.

از آنجایی که اداره بنادر و دریانوردی با قدمت طولانی بعنوان یکی از مراکز اقتصادی شهر مورد توجه میباشد لذا لازم است طرحهای توسعه ای آن مورد توجه قرار گیرد.

1-2- بيان مسئله تحقيق

طرح توسعه بندر لنگه اخیرا توسط سازمان بنادر و دریانوردی در دست اجرا است، بنحوی که دو حوضچه مجزا ، یکپارچه گردیده و مشکلات نفوذ امواج قدیم حوضچه حتی المکان برطرف گردیده است. اما از آنجایی که بدلیل وجود دهانه ورودی بندر نمی توان حوضچه را برای تمام جهات محفوظ نگه داشت این حوضچه در برابر امواج ناشی از باد سهیلی (امواجی که در مجاورت بندر از سمت جنوب به شمال انتشار دارند) با مشکلاتی مواجه است. در این تحقیق سعی بر آن است تا میزان اهمیت این مشکل و راهکارهای مقابله با آن مورد ارزیابی قرار گیرد.

1-3- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق

نفوذ امواج در برخی از مواقع محدود سال به درون حوضچه بندر سبب ایجاد تلاطم شده و بهره برداری از بندر و عملیات پهلو گیری و تخلیه و بارگیری را برای برخی شناورها مختل می­سازد. در تحقیق حاضر راهکارهای مقابله با نفوذ امواج ناشی از باد سهیلی به داخل حوضچه بندر لنگه مطرح و مورد ارزیابی و مقایسه قرار میگیرد.

1-4- اهداف تحقيق

در این تحقیق راهکارهایی جهت جلوگیری از نفوذ طوفان سهیلی به درون حوضچه بررسی و ارائه می گردد که از نتایج آن در تکمیل طرح توسعه بندر می توان استفاده نمود. همچنین از نتایج انجام این پروژه اداره بندر لنگه و سازمان بنادر و دریانوردی می توانند جهت بهبود سرویس دهی حوضچه بندر به شناوران بهره بردار استفاده نمایند.همچنین برخی از بنادر جنوبی کشور بویژه استان هرمزگان با این مشکل روبرو و نتایج این پایان نامه میتواند برای آن بنادر مفید باشد.

1-5- روش تحقیق

1-ابتدا تمام داده های موج و باد در منطقه گردآوری می گردد. اطلاعات باد مستخرج از داده های سازمان هواشناسی و اطلاعات موج حاصل از مطالعات انجام شده توسط سازمان بنادر و دریانوردی می­باشد. با بررسی و پردازش اطلاعات موجود خصوصیات اقلیم موج در محدوده بندر لنگه استخراج میگردد.

که در این تحقیق گلموج دهانه بندر از مطالعات مهندسین مشاور دراداره بنادر بندر لنگه و همچنین مطالعات مانیتورینگ(شبیه سازی امواج دریای عمان و خلیج فارس) استان هرمزگان اخذ گردیده است.بدین ترتیب که بر روی محدوده مدل خلیج فارس و دریای عمان باد اعمال گردیده و امواج تولید شده اند.

2-گزینه های محتمل برای مقابله با نفوذ امواج ناشی از باد سهیلی به درون حوضچه بندر بررسی و ارائه خواهد گردید.

3-با استفاده از شبیه سازی ریاضی نفوذ امواج به کمک نرم افزار Mike 21-BW ارتفاع و میزان وقوع امواج نفوذ یافته به درون حوضچه در مقابل اسکله ها محاسبه میگردد.

4-گزینه های محتمل در بند 2 از منظر کارآیی آنها در مسائل اجرایی و فنی مورد مقایسه و ارزیابی قرار خواهد گرفت.

1-6- فصول پایان نامه

این پایان نامه شامل فصول زیر می باشد:

فصل اول : کلیات تحقیق

در این فصل پس از بیان مقدمه، مسئله مورد بحث تحقیق طرح می گردد و اهمیت و ضرورت انجام تحقیق بیان می گردد. سپس اهداف نهایی و روش های اجرایی جهت حصول این اهداف مورد بحث قرار می گیرد.

فصل دوم : معرفی بندر لنگه

در این فصل مشخصات بندر لنگه بیان می شود و مختصری از تاریخچه، شرایط محیطی و طرح توسعه بندر آورده شده است.

فصل سوم : مرور ادبیات فنی

در این فصل به مرور سوابق تحقیقاتی مرتبط قبلی پرداخته شده است.

فصل چهارم: روش مدلسازی

در این فصل ابتدا به مبانی نظری پرداخته و معادلات حاکم برمسئله آورده شده است، سپس مدل ریاضی مورد استفاده معرفی و چگونگی بکارگیری آن بیان می گردد. همچنین معیارهای آرامش حوضچه بندر گفته شده است.

فصل پنجم : نتایج مدلسازی

در این فصل نتایج حاصل از مدل سازی ارائه و بررسی گردیده است.

فصل ششم: بحث و نتیجه گیری

در فصل انتهایی نتیجه گیری از نتایج پایان نامه ارائه می گردد و پیشنهاداتی درجهت ارتقای این تحقیق آورده شده است.


خرید و دانلود بررسی و ارزیابی راهکارهای جلوگیری از نفوذ امواج ناشی از باد جنوب شرق به شمال غرب (باد سهیلی) به درون حوضچه بندر لنگه با بهره گیری از شبیه سازی عددی...

بررسی عوامل تخریب دیواره های انتهایی حوضچه آرامش سدهای بتنی و راهکارهای علاج بخشی آن مطالعه موردی سدتنظیمی دز...



فهرست مطالب

چکیده1

مقدمه3

1-1 بیان مسئله4

1-2 ضرورت انجام تحقیق6

1-3 ساختار تحقیق7

1-4 مروری براصطلاحات کاربردی7

مقدمه فصل دوم11

2-1 تحقیقات گروه مهندسی هیدرولیک ارتش آمریکا (UPDATED 2011)-حوضچه آرامش11

2-3 تحقیقات گروه مهندسی هیدرولیک ارتش آمریکا (UPDATED 2011)-پرش هیدرولیکی21

2-4 تحقیقات سیلوستر (1964)- پرش هیدرولیکی در کانالهای افقی22

2-5 برادلی (1961) - پرش هیدرولیکی در کانال های شیب دار25

2-6 تحقیقات ادوارد - بررسی نیروی حرکت آنی و پرش هیدرولیکی در کانالهای باز27

2-7 تحقیقات هندرسون (1966) - اتلاف انرژی در پرش های هیدرولیکی32

2-8 تحقیقات نم و همکاران(2002) – تاثیر لبه سرریزبر آبشستگی پائین دست33

2-9 تحقیقات برمن و هاگر (1994) – تاثیر لبه سرریز بر آبشستگی34

2-10 تحقیقات صالح و همکاران(2003) -تاثیر دندانه های پایانی بر ویژگی های آب شکستگی پايين دست حوضچه های آرامش34

2-11 تحقیقات اولیوتو و کومونیلو(2009)- پيشرفت آبشستگي محلي پايين دست حوضچه هاي آرامش كم ارتفاع39

2-12 تحقیقات حمید تائبی و منوچهر فتحی مقدم (1388)-کنترل آبشستگی در پایاب فرسایش یافته حوضچه آرامش بوسیله سنگچین (مطالعه موردی سد نمرود)46

2-13 تحقیقات فریبا اشتیاق حسن نژاد و همکاران(1390) -بررسی آزمایشگاهی آبشستگی در پایین دست سازه آرام کننده جامی مستغرق دندانه دار 47

2-14 تحقیقات وحید فریدنی و همکاران(1390)-برآورد گسترش آبشستگی در پایان پرتابه ها48

مقدمه فصل سوم50

3-1 تئوری تحقیق50

3-1-1 پرش هيدروليكي بعنوان مستهلك كننده انرژي52

3-1-2 حوضچه هاي آرامش(stilling basins)54

3-1-3 آبشستگی63

3-1-3-1 انواع آبشستگی از نظر پیدایش63

3-1-3-2 انواع آبشستگی از نظر حمل رسوب64

3-1-3-3 آبشستگی کلی65

3-2 مواد و روشها66

3-2-1 معرفی منطقه مورد مطالعه67

3-2-2 کنترل حوضچه آرامش سد تنظیمی دز با استفاده از طراحي دستي71

3-2-3 شناخت پارامترهای موثر به كمك آناليز ابعادي78

3-2-4 جزئیات مدلسازی و معرفی مدل نرم افزاری82

3-2-5 دلایل انتخاب نرم افزار FLOW-3D84

3-2-5-1 مدل FLOW-3D85

3-2-5-2 روش حجم سیال(VOF)85

3-2-5-3 روش کسر سطح – حجم مانع (FAVOR)87

3-2-6 معادلات حاکم بر جریان88

3-2-7 گام به گام انجام آزمایشات :90

3-2-7-1 توصیف رسوبات90

3-2-7-2 مدل آشفتگی91

3-2-7-3 مش بندی مدل92

3-2-7-4 شرایط مرزی مدل94

3-2-7-5 نحوۀ استخراج اطلاعات95

مقدمه فصل چهارم97

4-1 تحلیل و ارزیابی عوامل موثر97

4-2 نتایج حاصل از شبیه سازی توسط نرم افزار FLOW-3D103

4-2-1 روش بررسی و ارزیابی نتایج حاصله103

4-2-2 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 12104

4-2-3 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 15107

4-2-4 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 17108

4-2-5 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 18109

4-2-6 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل های 12-15-17-18111

4-2-7 بررسی پروفیل طولی گروه مدل های 12-15-17-18113

4-2-8 بررسی سرعت برشی115

4-2-9 بررسی سرعت آستانه حرکت ذرات رسوب118

مقدمه فصل پنجم121

5-1 نتایج121

5-2 راهکارهای علاج بخشی123

5-3 پیشنهادات:125

منابع فارسی :126

منابع غیر فارسی:129

Abstract131

فهرست شکل ها

شکل1-1 تخریب حوضچه آرامش سد تنظیمی دز ناشی از آبشستگي بستر رودخانه (سیلاب زمستان 1381).6

شكل 2-1 تعريف طرح براي حوضچه آرامش13

شكل 2-2 طول پرش هيدروليكي در كف افقي15

شكل 2-3 رابطه بين عمق پاياب(yt) و عمق ثانويه (y2 )17

شكل 2-4 طبقه بندي شرايط عمق پاياب براي طراحي حفاظت از آبشستگي18

شكل 2-5 ملحقات (موج گيرها يا موج شكن ها يا بلوك هاي كف)در حوضچه آرام19

شكل2-6 اجزاي معمول حوضچه هاي آرامش20

شكل 2-7 ابعاد معمول موج گيرهاي اوليه20

شكل 2-8 پرش هيدروليكي21

شكل2-9 شكل هاي پرش مرتبط با عدد فرود22

شكل 2-10 پرش هيدروليكي در كانالهاي افقي23

شكل2-11 پرش هيدروليكي – كانال افقي مستطيلي24

شكل 2-12 طول پرش براي كانالهاي مستطيلي25

شکل 2-13 اتلاف انرژی نسبی برای شکل های متعدد کانال25

شکل 2-14 انواع پرش های هیدرولیکی در کانالهای شیب دار26

شكل 2-15 پرش هاي هيدروليكي در كانال رو باز27

شكل 2-16 دياگرام معادله اندازه حركت29

شكل 2-17 رفتارهاي جريان در پرش هيدروليكي31

شكل 2-18 تاثير نسبت گسترش براي حوضچه بدون دندانه انتهايي38

شكل 2-19 تاثير نسبت گسترش براي حوضچه با دندانه انتهايي38

شكل 2-20 تاثير ارتفاع دندانه انتهايي براي حوضچه39

شكل 2-21 آبشستگي محلي و كلي پايين دست سرريزهاي انحرافي در رودخانه سيني (عكس بالا) و گريك سورو ( عكس پايين ) ،جنوب ايتاليا40

شکل 3-1 انواع پرش هیدرولیکی53

شکل 3-2 محل تشکیل پرش هیدرولیکی58

شکل 3-3 تعیین ضریب تصحیح C60

شکل 3-4 تعیین ضریب کاهش با توجه به نوع جریان61

شکل 3-5 انواع شکل دماغه پل و ضرایب مربوطه62

شکل3-6 آبشستگی کلی در محل66

شكل3-7 شبكه آبياري دز68

شكل 3-8 سد دز70

شكل 3-9 سد تنظيمي دز71

شكل 3-10 شماي تعريفي آبشستگي پايين دست حوضچه هاي آرامش یکنواخت با دندانه انتهايي79

شکل 3-11 ترسیم نقشه و جزئیات سد تنظیمی دز در نرم افزار اتوکد83

شکل 3-12 نمای سه بعدی صلب سازه های هیدرولیکی طراحی شده در نرم افزار اتوکد84

شكل 3-13نمونه ای از مقادیر VOFدرنزدیکی سطح آزاد86

شكل 3-14سایز و خصوصیات دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 12 و 1790

شكل 3-15درصد ترکیب دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 12 و 1791

شکل 3-16 تصویر نهایی مش بندی مدل در نرم افزار94

شکل 3-17 عکس شرایط مرزی مدل در نرم افزار94

شکل 4-1 محل تشکیل پرش هیدرولیکی98

شکل 4-2 طول حوضچه آرامش USBR IVبرای اعداد فرود 5/4< Fr1≥5/298

شکل 4-3 ابعاد حوضچه آرامش USBR IV99

شکل 4-4 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 12)105

شکل 4-5 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 12)105

شکل 4-6 سه بعدی اجرای مدل و پیدایش آبشستگی در نرم افزارFlow-3D106

شکل 4-7 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 15)107

شکل 4-8 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 15)107

شکل 4-9 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 17)108

شکل 4-10 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 17)109

شکل 4-11 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 18)110

شکل 4-12 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 18)110

شکل 4-13 مقاطع عرضی آبشستگی در گروه مدلهای مختلف112

شکل 4-14 پروفیل طولی آبشستگی در گروه مدلهای مختلف114

شکل 4-15 سرعت برشی در طول بستر رسوبی117

شکل 4-16 مقایسه سرعت آستانه حرکت ذرات رسوبی118

شكل 5-1سایز و خصوصیات دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 15 و 18124

شكل 5-2درصد ترکیب دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 15 و 18124

فهرست جدول ها

جدول 2-1 دامنه کاربردی عدد فرود برای حوضچه های آرامش11

جدول2-2 بررسی مقایسه ای ابعاد حوضچه های آرامش(سیستم متریک )12

جدول 2-3 شرایط آزمایش ومشخصات حفره آبشستگی برای runهای با s=043

جدول 3-1جزئیات مش بندی مدل در نرم افزار93

جدول4-1 موقعیت دقیق مقاطع عرضی جهت اندازه گیری و ثبت اطلاعات هیدرولیکی104

جدول 4-2 اطلاعات خروجی نرم افزار جهت دستیابی به مقاطع عرضی گروه مدل های 12-15-17-18111

جدول4-3 اطلاعات خروجی نرم افزار جهت دستیابی به پروفیل طولی گروه مدل های 12-15-17-18113

جدول4-4 سرعت برشی گروه مدل های 12-15-17-18115

جدول4-5 مقادیر سرعت آستانه حرکت ذرات رسوبی118

چکیده

مهار رودخانه ها با هر انگیزه ای عموماً توسط سدها و سازه های مشابه انجام مي شود. جريان عبوری از اين سازه ها داراي پتانسيل قابل توجهي براي فرسایش و آبشستگي بسترهای مستعد مي باشد. حوضچه هاي آرامش عمدتا به منظور استهلاک انر‍‍ژي جريان و حفظ امنیت سازه های هیدرولیکی در مقابل نیروهای احتمالی، طراحی و ساخته مي شوند. شدت و الگوی جريان درون این سازه ها مي تواند آبشستگي پائين دست را بطور جدی گسترش دهد. تحقیق حاضر، حاصل یک مطالعه عددی و شبیه سازی سه بعدی بر روند ایجاد آبشستگی بستر در پایین دست حوضچه آرامش سد تنظیمی دزمی باشد؛ از این رو در ابتدا با استفاده از تحلیل ابعادی، پارامترهای بدون بعد موثر بر آبشستگی، شناسایی شدند؛ سپس آزمایشاتی تحت زمان های مختلف، بر روی نمایه صلب فلوم سد تنظیمی دز، با شرایط دبی ماکزیمم (دبی طرح)، مصالح غیر یکنواخت بستر (ترکیبی از ماسه و شن ریز و درشت) و با بهره گیری از مدل FLOW-3D صورت گرفت؛ پس از آن اثرات هر یک از پارامترهای موثر نظیر، پارامترهای جریان، مشخصه ذرات بستر، سرعت آستانه حرکت ذرات، هندسه نمایه صلب حوضچه آرامش و نقش توسعه زمان بر تداوم آبشستگی و پروفیل تغییرات بستر استخراج گردید. اهم نتایج به دست آمده نشان میدهد؛ که پیدایش بیشترین آبشستگی زمانی رخ می دهدکه الگوهاي جريان نامتقارن بر مدل غالب گردیده و مصالح بستر مطابق با شرایط پایاب و سرعت آستانه حرکت ذرات، تعیین نشده باشند.

كلمات كليدي: آبشستگی، نمایه صلب، سرعت آستانه حرکت، بستر غیر یکنواخت، سد تنظیمی دز.

مقدمه

فرسایش[1] در علم مکانیک سیالات عبارتست از ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ و ﺟﺎﺑﺠﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺳﻴﺎل ﻧﺎﺷﻲ از ﺣﺮﻛﺖ ﺧـﻮد ﺑﺮ روي ﺳﻄﻮﺣﻲ ﻛﻪ در ﻣﺠﺎورت آﻧﻬﺎ ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲ‌ﻛﻨﺪ، اﻳﺠﺎد ﻣﻲ‌ﻧﻤﺎﻳﺪ. ﺑﻌﻨﻮان ﻣﺜﺎل ﺣﺮﻛﺖ ﺳـﻴﺎل ﻫـﻮا در ﻗﺎﻟﺐ ﺑﺎد در ﺻﺤﺮا ﻛﻪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﻓﺮﺳﺎﻳﺶ ﺷﻦ‌ﻫﺎي روان و ایجاد تغییر شکل و جا به جایی در آنها می‌گردد. به طور اخص در علم هیدرولیک که سیال مورد بحث آب می‌باشد، فرسایش از اهمیت خاصی برخوردار بوده و ﺑﻪ آن ﭘﺪﻳﺪه آﺑﺸﺴﺘﮕﻲ[2]ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲ‌ﺷﻮد. اﻳﻦ اﻫﻤﻴﺖ از آﻧﺠﺎ ﻧﺸﺄت ﻣﻲ‌ﮔﻴﺮد ﻛﻪ زﻧﺪﮔﻲ ﺑﺸﺮ در ﻃﻮل ﺗﺎرﻳﺦ در ﻛﻨﺎر رودﺧﺎﻧﻪ‌ﻫﺎ و ﺳﻮاﺣﻞ ﺷﻜﻞ ﮔﺮﻓﺘﻪ و اﻳﻦ ﺧﻮد ﺑـﻪ ﻣﻌﻨـﻲ روﻳـﺎروﻳﻲ داﺋـﻢ اﻧـﺴﺎن ﺑـﺎ ﻋﻮارض اﻳﻦ ﭘﺪﻳﺪه ﻣﻲ‌ﺑﺎﺷﺪ.

سازه‌هایی که انسان برای ارتقا و رفاه حال جامعه بشری در کنار سواحل و رودخانه‌ها یا در مجاورت آنها احداث کرده است همواره در معرض آسیب و انهدام قرار دارند. همین امر سبب انگیزه‌ برای شناخت قوانین حاکم برعلم سیالات و شناخت هیدرولیک جریان گردیده است. به خصوص این نگاه در 100 سال اخیر علمی‌تر گشته و محققین را بر آن داشته تا با شناخت پارمترهای موثر و میزان تاثیر هر کدام از آنها، در پی ایجاد راهکارهایی مناسب جهت کاهش این پدیده برآیند (پارس‌مهر، 1390).

يکيازمهمترينعواملتخريب سازه های هیدرولیکی،آبشستگياطرافآنهاميباشد . لذابهمنظورجلوگيريو کاهشاثراتآن،شناختمکانيزمآنلازموضروريميباشد. موادبستررودخانه هافرسايشپذيرهستند،اماشدتاينفرسايشبهزمانبستگيدارد . بطوريکهبستررودخانههايپوشيدهازگرانيت سالهايزياديطولميکشدتافرسايشيابد،درحاليکهرودخانههاييبابسترماسهايدرفاصله زمانيبسيارکوتاهحداکثرعمقآبشستگيراداراميباشد . علاوهبرساختارزمينورودخانههاکه يکيازعواملمهمدرفرسايشاست،عواملهيدروليکينيزنقشبسزاييدروقوعاينپديدهايفا ميکنند .

حوضچه های آرامش به عنوان عضو سازه ایی مورد نیاز در پائین دست سدها و در جهت استهلاک نیروهای جنبشی مخرب طراحی و اجرا می شوند. این سازه بالاخص در شرایط سیلابی می تواند نقش موثری در کنترل و مهار جریانهای سیلابی پس از خروج از سد و پیش از ورود به رودخانه ایفا نماید . لذا طراحی و اجرای دقیق این سازه ها به خصوص در بالادست شبکه های آبیاری و زهکشی می تواند مدیریت بهره برداری و نگهداری از این شریانهای حیاتی هیدرولیکی آبیاری را ارتقا بخشد . این امر در پائین دست سد تنظیمی دز و بالادست سد انحرافی دز از اهمیت به سزایی برخوردار است زیرا کنترل و مهار جریانهای مخرب در تنظیم جریانهای مهار شده کانالهای انتقال و توزیع و آبرسانی به موقع به مزارع پائین دست برای کلیه بهره برداران و مدیران این شبکه ها اهمیت دارد .

با توجه به اهمیت تعادل و پایداری این سازه ها هر گونه آبشستگی می تواند راندمان بهره برداری از سازه ها را مختل نماید . لذا مطالعه و بررسی ابعاد گوناگون روند آبشستگی در این مطالعه مد نظر بوده تا از این رهگذر بتوان چالش های موجود در روند بروز و ایجاد این معضل هیدرولیکی کنترل و مدیریت گردد .

سد تنظیمی دز دارای دو حوضچه آرامش به ابعاد و طراحی های مختلف به منظور مستهلک نمودن انرژی، طراحی شده است که یکی از حوضچه ها جهت آرامش آب رها شده از دریچه ها ی آبیاری و دیگری خاصا جهت دریچه تخلیه رسوبات طراحی شده است که در اثر سیلاب زمستان 1381 در این منطقه حوضچه ها ی آرامش در پائین دست تخریب و در زیر دیواره های جناحین نیز آبشستگی هایی بوجود آمده است .

علیرغم اهمیت توجه و مطالعه نارسایی ها در فازهای پس از ساخت سازه های آبی عمده ادبیات مهندسی موجود روی چگونگی طراحی متمرکز شده و شکاف عمده ایی در بین ساخت و مشکلات بهره برداری مشهود بوده و با وجود اهمیت مدیریت بهینه بهره برداری تاکنون مقالات و نتایج پژوهشهای اندکی برای بهره برداری کارشناسی موجود است.همچنین با توجه به اینکه آب شستگی های پائین دست حوضچه های آرامش سد تنظیمی دز به مرور به سمت بالا پیش روی کرده ،باعث شکستگی هایی در حوضچه آرامش و در نهایت به همراه آبشستگی های طرفین تهدیدی برای پایداری سد خواهند شد پس لازم است در دبی های طراحی سازه حوضچه و یا نحوه بهره برداری از دریچه ها تجدید نظر شود ، لذا از نقطه نظر نظری لزوم یک پژوهش که بتواند یک چهارچوب تحلیلی مناسبی برای استفاده کارشناسان و مهندسان باشد احساس می شود ،بنابراین با استفاده از داده های موجود و دسترسی به مسئله تحقیق در سد تنظیمی دز هدف ارائه تحلیل جامع و فراگیر و تا حدودی کاربردی با پشتوانه تئوریک به منظور ارتقاء شیوه های کارشناسی در تقویت مدیریت سخت افزاری این سازه ها که منجر به نتایجی چون بهره وری بهینه از امکانات موجود و برون رفت از و ضعیت موجود با هدف سوق به وضعیت مطلوب می باشد .

مطالعه حاضر بر اساس بکارگیری داده های موجود سازمان آب و برق خوزستان بعلاوه مشاهدات میدانی پژوهشگر بوده که در قالب تحلیلی برنامهFLOW 3D تفسیر و مورد بحث قرار می گیرد .

1-1 بیان مسئله

حوضچه های آرامش به عنوان عضو سازه ایی مورد نیاز در پائین دست سدها و در جهت استهلاک نیروهای جنبشی مخرب طراحی و اجرا می شوند. این سازه بالاخص در شرایط سیلابی می تواند نقش موثری در کنترل و مهار جریانهای سیلابی پس از خروج از سد و پیش از ورود به رودخانه ایفا نماید. لذا طراحی و اجرای دقیق این سازه ها به خصوص در بالادست شبکه های آبیاری و زهکشی می تواند مدیریت بهره برداری و نگهداری از این شریانهای حیاتی هیدرولیکی آبیاری را ارتقا بخشد . این امر در پائین دست سد تنظیمی دز و بالادست سد انحرافی دز از اهمیت به سزایی برخوردار است زیرا کنترل و مهار جریانهای مخرب در تنظیم جریانهای مهار شده کانالهای انتقال و توزیع و آبرسانی به موقع به مزارع پائین دست برای کلیه بهره برداران و مدیران این شبکه ها اهمیت دارد .

با توجه به اهمیت تعادل و پایداری این سازه ها هر گونه آبشستگی می تواند راندمان بهره برداری از سازه ها را مختل نماید . لذا مطالعه و بررسی ابعاد گوناگون روند آبشستگی در این مطالعه مد نظر بوده تا از این رهگذر بتوان چالش های موجود در روند بروز و ایجاد این معضل هیدرولیکی کنترل و مدیریت گردد .

سد تنظیمی دز در حوضه جغرافیایی استان خوزستان، شهرستان دزفول دارای دو حوضچه آرامش به ابعاد و طراحی های مختلف به منظور مستهلک نمودن انرژی، طراحی شده است که یکی از حوضچه ها جهت آرامش آب رها شده از دریچه ها ی آبیاری و دیگری خاصا جهت دریچه تخلیه رسوبات طراحی شده است که در اثر سیلاب زمستان 1381 در این منطقه حوضچه ها ی آرامش در پائین دست تخریب و در زیر دیواره های جناحین نیز آبشستگی هایی بوجود آمده است .

تحقيقاتبسياريدرزمينهآبشستگيموضعيبستردراثرجريانعبوري انجامونتايجقابلتوجهينيزحاصلشدهاست. از آنجا که موضوع آبشستگی به دلیل کثرت عواملی كهبرآنتاثيرگذارهستند، دارای پیچیدگی بوده بيشتر مطالعاتبهصورتآزمايشگاهي انجام یافته است. لذا در این تحقیق سعی می شود تا نتایج حاصل از شبیه سازی عددی توسط مدل نرم افزاری سه بعدی جریانFlow-3D، با بررسی های میدانی و محاسبات دستی، ارزیابی مهندسی گردیده تا ضمن شناخت کامل دلایل وقوع مسئله، توان مدل عددی در این زمینه نیز آزموده شود و در شرایط مشابه از این نوع مدل به جای مدل آزمایشگاهی استفاده شود.

نرم افزارFlow-3D معادلات حاکم بر سیال را با استفاده از تقریبات حجم محدود حل می کند. همچنین محیط جریان به شبکه‌ای با سلول‌های مستطیلی ثابت تقسیم شده که برای هر سلول مقادیر میانگین کمیت‌های وابسته وجود دارد. بخش آبشستگی Flow-3D از بقاء جرم و معادله‌ی انتقال-پخش استفاده می نماید تا انتقال رسوب را پیش بینی نماید.

شکل1-1 تخریب حوضچه آرامش سد تنظیمی دز ناشی از آبشستگي بستر رودخانه (سیلاب زمستان 1381).

1-2 ضرورت انجام تحقیق

علیرغم اهمیت توجه و مطالعه نارسایی ها در فازهای پس از ساخت سازه های آبی عمده ادبیات مهندسی موجود روی چگونگی طراحی متمرکز شده و شکاف عمده ایی در بین ساخت و مشکلات بهره برداری مشهود بوده و با وجود اهمیت مدیریت بهینه بهره برداری تاکنون مقالات و نتایج پژوهشهای اندکی برای بهره برداری کارشناسی موجود است.همچنین با توجه به اینکه آب شستگی های پائین دست حوضچه های آرامش سد تنظیمی دز به مرور به سمت بالا پیش روی کرده ،باعث شکستگی هایی در حوضچه آرامش و در نهایت به همراه آبشستگی های طرفین تهدیدی برای پایداری سد خواهند شد پس لازم است در دبی های طراحی سازه حوضچه و یا نحوه بهره برداری از دریچه ها تجدید نظر شود ، لذا از نقطه نظر نظری لزوم یک پژوهش که بتواند یک چهارچوب تحلیلی مناسبی برای استفاده کارشناسان و مهندسان باشد احساس می شود ،بنابراین با استفاده از داده های موجود و دسترسی به مسئله تحقیق در سد تنظیمی دز هدف ارائه تحلیل جامع و فراگیر و تا حدودی کاربردی با پشتوانه تئوریک به منظور ارتقاء شیوه های کارشناسی در تقویت مدیریت سخت افزاری این سازه ها که منجر به نتایجی چون بهره وری بهینه از امکانات موجود و برون رفت از و ضعیت موجود با هدف سوق به وضعیت مطلوب می باشد .

1-3 ساختار تحقیق

پژوهش حاضر در پنج فصل و به ترتیب زیر شکل گرفته است:

1-مقدمه و اهداف تحقیق،

2-پیشینه تحقیق،

3-مواد و روش ها‌،

4-بحث و نتایج،

5-نتیجه‌گیری و پیشنهادات.

در فصل اول (فصل حاضر) اهمیت بررسی مسئله تخریب حوضچه های آرامش و سازه های هیدرولیکی پایین دست، تحت تاثیر آبشستگی بستر و نقش فرسایش زودهنگام مصالح در تشدید آن و همچنین اهداف مورد نظر در این تحقیق عنوان گردیده است. فصل دوم به ارائه جزئیات چندین مطالعه مهم در خصوص پرش هیدرولیکی و پدیده آبشستگی می پردازد. در فصل سوم با عنوان مواد و روش‌ها ضمن بررسی مباحث نظری و تئوری مکانیزم پدیده آبشستگی، به بررسی معادلات حاکم بر جریان به معرفی مدل‌های آشفتگی معمول در شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی پرداخته می‌شود. در ادامه مدل‌های مورد استفاده در شبیه‌سازی عددی آبشستگی معرفی و در مورد مدل عددی سه بعدی FLOW-3D که مدل منتخب و مورد استفاده در این تحقیق است، به تفصیل بحث می‌شود. سپس به طور اجمالی به معرفی منطقه مورد مطالعه و ارائه جزئیات مدل سازی، شناخت مدل عددیو چگونگی انجام آزمایشات پرداخته خواهد شد. فصل چهارم تحقیق حاضر، فصل بحث و نتایج می‌باشد که در آن نتایج دستی و خروجی های نرم افزار شبیه ساز و همچنین مقایسه نتایج حاصل از مدل عددی FLOW-3D با نتایج مشاهداتی حاصل از مطالعات میدانی در قالب جداول و نمودار‌های مربوطه ارائه شده است. سرانجام در فصل پنجم که فصل نتیجه‌گیری و پیشنهادات می‌باشد، کلیه نتایج بدست آمده و راهکارهای علاج بخشی مسئله بطور خلاصه و مفید جمع بندی شده و همچنین پیشنهاداتی برای انجام تحقیقات آتی در این زمینه بیان شده است.

1-4 مروری براصطلاحات کاربردی

- دینامیک سیالات محاسباتی(CFD): برای تحلیل عددی مدل‌های آزمایشگاهی باید از یک مدل تحلیلی استفاده شود. مدل‌های عددی که جهت حل میدان‌های سیال استفاده می‌شود بهCFD معروف هستند. CFD ابزاری بر اساس روش‌های عددی است که جهت شبیه‌سازی رفتار سیستم‌هایی شامل جریان سیال، انتقال حرارت و دیگر فرآیند‌های وابسته به کار می‌رود. در این روش‌ها معادلات جریان سیال برای منطقه مورد نظر که با شرایط مرزی مشخص شده‌است، حل می‌شود(نجف‌زاده، 1388).

- روش حجم محدود (VOF): یکی از روشهای حل دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) میباشد که در انفصال میدان جریان کاربرد دارد. این روش دارای ظاهر روش تفاضل محدود است ولی بسیاری از ایده­های روش اجزا محدود را به کار میگیرد. روش حجم محدود به علت مستتر بودن خاصیت بقای جرم در آن، در حل میدان جریان سیال نسبت به روشهای انفصال ارجح می‌باشد. در این روش ابتدا دامنه موردنظر به تعدادی حجم کنترل انتگرال­گیری شده و معادلات به فرم عددی منفصل می‌گردند. ایده اصلی در این روش انفصال تقریب معادلات دیفرانسیل جزئی در نقاط مجزا نمیباشد، بلکه شرط برقراری اصل بقای جرم به صورت ماکروسکوپی دارای اهمیت است( حیدری، 1381).

- آبشستگي(Scouring): به فرسایش بستر و کناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، به فرسایش بستر در پایین دست سازه های هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر بوجود آمدن جریان های متلاطم موضعی، آبشستگی گویند( علی حسینی، 1387).

- پرش هیدرولیکی: پرش يا جهش هيدروليكي، از انواع جريانهاي متغيير سريع است كه در بسياري از كارهاي عملي با آن روبرو بوده و آن عبارت است از تغيير حالت جريان از فوق بحراني به زير بحراني . چنانچه آب در قسمتي از مسير داراي حالت فوق بحراني بوده و بنا به مشخصات و موقعيت خاص كانال بخواهد تغيير حالت دهد،عمق جريان در مسير نسبتا كوتاهي به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش يافته و نتيجتا ضمن ايجاد افت انرژي محسوس ، از ميزان سرعت به اندازه قابل توجهي كاسته مي گردد . اين پديده كه يكي از پديده هاي مهم جريان آب در كانالهاي باز بوده و از ابتدا تا انتها ي آن يك تلاطم و پيچش سطحي آب وجود دارد ، به پرش هيدروليكي يا پرش آبي موسوم است، در چنين حالت و به تناسب شدت پرش، آشفتگي هايي در سطح آب ديده مي شود كه بتدريج كه به سمت انتهاي پرش نزديك مي شويم از شدت آنها كاسته شده و متناسبا و به جهت تبديل انرژي به گرما، انرژي آب نيز كاهش مي يابد. علاوه بر آن به جهت اين آشفتگي و تلاطم و در اثر برخورد آب با هوا، مقداري هوا با آب و در قسمتهاي سطحي مخلوط شده كه به سمت پايين دست منتقل و نهايتا به شكل حباب هاي هوا رها مي گردد .

- عمق آبشستگی: عمق ناشی از فرسایش بستر نسبت به بستر اولیه را عمق آبشستگی می نامند.

- مدل عددی: مدل عددی به منظور شبیه­سازی و حل میدان جریان به کار می­رود و بر پایه محاسبات عددی بنا شده است. اساس کار آن، حل عددی معادلات دیفرانسیل پاره­ای مربوط به سیستمهایی نظیر جریان سیال، انتقال حرارت و واکنشهای شیمیایی می‌باشد. این روش مزایایی از قبیل کاهش اساسی در زمان و قیمت طراحی دارد، به مطالعه و شبیهسازی مسائلی که انجام محاسبات روی آنها مشکل و غیر­ممکن است یا در شرایط خاص و بحرانی قرار دارند که رسیدن به آن در شرایط آزمایشگاهی غیرممکن است، می­پردازد. با استفاده از مدل عددی میتوان اطلاعات کامل و جزئیات دقیق از حل را به دست آورد زیرا قادر به محاسبه تمام کمیتهای موردنظر مثل سرعت، دما، چگالی، انرژی و ... در هر نقطه از جریان می­باشد( رستمی، 1386).

- مدل­ آشفتگی: مشخصه اصلی جریان آشفته، نوسانی بودن میدان سرعت آن می­باشد. این نوسانات سرعت باعث به هم ریخته شدن کمیت­های انتقالی مثل مومنتم، انرژی و غلظت (در ترکیبات شیمیایی) می‌شود و در نتیجه این کمیت­های انتقالی نیز مثل سرعت به صورت نوسانی درمی­آیند، چون این نوسانات دارای مقیاس­های (اندازه­های) کوچک و فرکانس­های بالا می­باشند، لذا شبیه­سازی آن­ها به طور مستقیم و با محاسبات کاربردی مهندسی قابل انجام نیست و در عوض باید از میانگین­گیری زمانی در معادلات استفاده نمود و سعی کرد این مقیاس­های کوچک را از معادلات حذف کرد تا بتوان معادلات اصلاح شده­ای داشت که هزینه کمتری برای حل داشته باشند. اما برای بیان این نوسانات در این معادلات اصلاح شده نیاز به تعریف متغیرهای جدیدی خواهد بود. البته می­توان این متغیرهای جدید را با شیوه­ها و روش­های مختلفی تعیین و سپس محاسبه نمود که به این روش­ها، مدل­های آشفتگی گفته می­شود( دهقانی سانیچ، 1387).

1-Erosion

2- Scour


خرید و دانلود بررسی عوامل تخریب دیواره های انتهایی حوضچه آرامش سدهای بتنی و راهکارهای علاج بخشی آن  مطالعه موردی سدتنظیمی دز...

بررسي عددي و آزمايشگاهي وقوع پديده کاويتاسيون درمجاري تخليه کننده تحتاني...



چکيده:

بديهي است منابع آب براي حيات موجودات زنده و بخصوص زندگي بشر امري ضروري است..تخليه کننده‌ها مجموعه‌اي از سازه‌ها هستند که براي انتقال آب از درياچه سد به نقطه تخليه در پايين دست به‌کار مي‌روند. از اينرو به دليل اهميت موضوع اين بخش از سد، تحليل عملكرد تخليه کننده شامل مجرا، دريچه‌ها و خروجي آن از حساسيت خاصي برخوردار است. وجود جريان تحت فشار در بالادست دريچة تخليه کننده، وجود افت انرژي جريان به علت عوامل مختلف و همچنين مقادير بسيار کم نسبت باز شدگي دريچه به هد آب روي دريچة تخليه کننده، سبب مي‌شود استفاده از روابط و نتايج به دست آمده از روش‌هاي تئوري باعث خطاهاي چشمگيري در تعيين پارامترهاي مختلف مربوط به تخليه کننده‌ها از جمله مقادير افت فشار دريچه‌ها و ظرفيت آب‌گذري آن شود. پايان نامه حاضر، با هدف بررسي توزيع فشار در نقاط مختلف مجراي تخليه‌کننده، تعيين ظرفيت آب‌گذري دريچه و محاسبه ضريب آبگذري آن، بررسي امکان رخداد کاويتاسيون، مقايسه حالت هاي ارائه شده براي هوادهي بعد از دريچه سرويس و پس از دريچه اضطراري در صورت عملکرد توام دو دريچه، همچنين تعيين ضرايب افتهاي اصلي در مجرا شامل؛ افت اصطکاکي، افت ناشي از تبديل و افت دريچه، با استفاده از داده‌هاي به دست آمده از مدل فيزيکي تخليه کننده تحتاني سد نرماشير، صورت گرفته است. بر اين اساس از مدل فيزيکي مجرا و دريچه ها (سرويس و اضطراري) که در آزمايشگاه مرکز تحقيقات حفاظت خاک و آبخيزداري ساخته شده استفاده شد وآزمايشات لازم انجام پذيرفت. مقادير هد فشار در نقاط مختلف و ميزان آبگذري دريچه درسه تراز ماکزيمم و نرمال و مينيمم مخزن اندازه­گيري و نتايج آن در جداول و نمودارهاي مربوطه ارائه شدند همچنين با استفاده از نرم افزارFlow 3D مدل عددي تخليه کننده در اين هد و در سه بازشدگي 60 ،80 و100 درصد شبيه سازي شد تا هم مقايسه اي بين نتايج آزمايشگاهي و عددي شده باشد و هم نتايج هاي پيشين در اين پايان نامه مورد مقايسه قرار گيرد. در ادامه خواهيم ديد در هردو صورت عملکرد تک دريچه و در صورت عملکرد توام انديس کاويتاسيون در نواحي بحراني مثل شيار دريچه ها و بين دريچه ها درحالت تک دريچه در محدوده مجاز قرار داشته و عملا خطر وجود کاويتاسيون را منتفي مي سازد اما در حالت عملکرد توام در بعضي بازشدگي ها فشارها منفي گشته و احتمال وقوع کاويتاسيون را مي دهد .

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1-مقدمه2

1-2-متدولوژي تحقيق2

1-2-1-تعريف تخليه کننده تحتاني2

1-2-2-ميدان جريان درتخليه کننده5

1-2-3-مکانيزم کاويتاسيون در تخليه کننده ها6

1-2-4-پارامترهاي موثر بر آن10

1-2-5-راه هاي جلوگيري از آن10

1-3-اهميت موضوع11

1-4-اهداف تحقيق11

1-5-معرفي فصول پايان نامه12

فصل دوم : مروري بر پيشينه تحقيق

2-1-1-روش تجربي14

2-1-2-روش رياضي18

2-2-طرح هيدروليكي تخليه کننده ها19

2-2-1-بررسي جريان آزاد در تخليه کننده ها19

2-2-2-بررسي جريان تحت فشار در مجاري تخليه کنند ها21

2-2-3-جريان آب و هوا در تخليه کننده تحتاني24

2-3-هوادهي در تخليه کننده تحتاني31

2-3-1-مقدمه اي بر هوادهي31

2-3-2-لزوم هوادهي پايين دست دريچه ها32

2-3-3-عوامل موثر بر هواگيري جريان پايين دست دريچه32

2-3-4-هوادهي بين دو دريچه33

2-3-5-ملاحظات طراحي3

فصل سوم: کارهاي آزمايشگاهي و عددي

3-1-مقدمه37

3-2-مشخصات كلي سد نرماشير38

3-2-1-رودخانه نرماشير38

3-2-2-موقعيت جغرافيايي و مشخصات کلي سدنرماشير و تاسيسات وابسته38

3-2-3-تخليه کننده تحتاني39

3-3-شرحي بر مدل‌هاي فيزيکي40

3-3-1-معادلات حاکم40

3-3-2-آناليز ابعادي42

3-3-3-اصول تشابه سازي43

3-4-طرح و ساخت مدل45

3-4-1-مقياس مدل45

3-4-2-اجزاء مدل46

3-4-3-آب بندي مدل52

3-4-4-تقويت نمودن مدل52

3-5-ابزارهاي اندازه گيري52

3-5-1-اندازه گيري فشار53

3-5-2-اندازه‌گيري دبي جريان54

3-5-3-اندازه‌گيري ارتفاع آب مخزن56

3-5-4-اندازه‌گيري سرعت هوا56

3-5-5-خطاهاي اندازهگيري در مدل57

3-6-شرحي بر مدل عددي59

3-6-1-ديناميک سيالات محاسباتي59

3-6-2-معرفي نرم افزار60

3-6-3-مراحل شبيه سازي جريان در تخليهکننده تحتاني در نرم افزار FLOW-3D61

فصل چهارم: نتايج و تفسير آنها

4-1-مقدمه67

4-2-كارهاي آزمايشگاهي و نتايج حاصله67

4-2-1-نحوه انجام آزمايشات67

4-2-2-بررسي نتايج حاصل از آزمايشات69

4-2-3-مقايسه نتايج آزمايشگاهي و عددي80

فصل پنجم: جمع بندي و ارائه پيشنهادات

5-1-مقدمه85

5-2-جمع بندي نتايج85

5-2-1-نتايج آزمايشگاهي85

5-2-2-نتايج عددي89

5-2-3- ارائه پيشنهادات90

فهرست مراجع. 109

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل(1-1) تخليه کننده تحتاني در يک سد خاکي.. 5

شکل(1-2) دريچه کشوئي تحتاني.. 6

شکل(1-3) جريان در لوله ونتوري و تعريف انديس کاويتاسيون.. 9

شكل(2-1) پارامترهاي مؤثر در آزمايش دريچه. 14

شكل(2-2) پروفيل جريان خروجي از دريچه. 15

شكل(2-3) پروفيل بدون بعد جريان خروجي از دريچه. 15

شکل(2-4) نمايي از تبديل در آزمايش سوامي.. 16

شکل(2-5) نمودار تغييرات ضريب C براي دريچه روي سرريز. 20

شکل(3-1) نمايي از مخزن تامين هد.. 47

شکل(3-2) نمايي از دهانه زنگولهاي.. 47

شکل(3-3) نمايي از بالادست دريچه اضطراري.. 48

شکل(3-4) نمايي از مقطع مجرا شامل شيار و مجراي پايين دست دريچه اضطراري.. 49

شکل(3-5) نمايي از دريچه اضطراري و سرويس(مقطع و پلان). 50

شکل(3-6) تونل انتقال.. 51

شکل(3-7) نمايي از تونل انتقال.. 51

شکل (3-8) توزیع مکانی پیزومترها در مجرای مدل و دریچه ها ... ........................ 68

شکل(3-9) نمائي از تابلو قرائت فشارها53

شکل(3-10) نمايي از ليمينيمتر جهت اندازهگيري تغييرات سطح آب روي سرريز. 55

شکل(3-11) نمايي از سرريز لبه تيز مستطيلي و Point Gage مربوطه. 55

شکل(3-12) تصوير کانال آرام کننده جريان به همراه لمينيمتر(دستگاه اندازه گيري عمق آب). 56

شکل(3-13) سرعت سنج (Hot Wire) استفاده شده در اندازه گيري سرعت هوا57

شکل(3-14) نمايش قسمت Model Setup.. Error! Bookmark not defined.

شکل(3-15) تعيين فيزيک مسئله توسط نرمافزار. Error! Bookmark not defined.

شکل(3-16) انتخاب سيال.. Error! Bookmark not defined.

شکل(3-16) نمايش تعداد و محل بلوکهاي مشبندي شده و شرايط مرزي آنها61

شکل(3-17) نماي سه بعدي از مدل فيزيكي.. 62

شکل(3-18) محل اوليه سيال قبل شروع آناليز. 63

شکل(4-1) تغييرات ضريب آبگذري در هدهاي مختلف.... 70

شکل(4-2) تغييرات ضريب آبگذري در هدهاي مختلف.... 70

شکل(4-3) تغييرات ميزان آبگذري در هدهاي مختلف.... 71

شکل(4-4) تغييرات ميزان آبگذري در هدهاي مختلف.... 71

شکل(4-5) تغييرات عدد فرود به ازاي هدهاي مختلف.... 72

شکل(4-6) تغييرات عدد فرود به ازاي هدهاي مختلف.... 72

شکل(4-7) تغييرات ضريب هوادهي در هدهاي مختلف.... 73

شکل(4-8) تغييرات ضريب هوادهي در بازشدگي هاي مختلف در عملکرد توام. 74

شکل(4-9) تغييرات دبي هواي ورودي به لوله هواده. 74

شکل(4-10) تغييرات دبي هواي ورودي به لوله هواده در حالت توام. 75

شکل(4-11) تغييرات دبي هوادهي نسبت به بازشدگي‌هاي مختلف دريچه اضطراري سد.. 76

شکل(4-12) توزيع فشاروارد بر كف مجرا در هدcm 670. 77

شکل(4-13) توزيع فشاروارد بر ديواره سمت راست مجرا در هد cm 670. 78

شکل(4-14) توزيع فشاروارد بر ديواره سمت راست مجرا در هد cm 670. 79

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول(2-1) ضرايب افت زانوها..... 22

جدول(2-2) معرفي ضرايب افت تبديلهاي واگرا به ازاء زواياي مختلف واگرائي.. 23

جدول(3-1) مشخصات تخليه کننده تحتاني سدنرماشير. 39

جدول(3-2) نيروها و معادلات ابعادي آنها41

جدول(3-3) پارامترهاي بي بعد مورد استفاده در مدلهاي فيزيکي.. 42

جدول(3-4) توزيع مكاني پيزومترها و معرفي موقعيت مكاني آنها54

جدول(5-1) مقادير انديس كاويتاسيون درمحدوده بحراني شيار دريچه سرويس در عملكرد 100% دريچه‌ها86

جدول(5-2) مقادير انديس كاويتاسيون درمحدوده بحراني شياردريچه اضطراري درعملكرد 100% دريچه‌ها86

فصل اول

مقدمه و کلیات

1-1-مقدمه

سال‌ها است که مصرف آب توسط انسانها در موارد مختلف، کشاورزي، مشروب، صنعت و توليد برق شروع شده است.در واقع آب يکي از عوامل مهم پيشرفت جوامع مختلف دنيا به حساب آمده و انتقال آن به صورت صحيح چه از نظر تکنيکي و چه از نظر اقتصادي تعيين کننده است.نياز انسانها به آب با سرعت در حال افزايش است و بايد شرايطي را ايجاد کرد که طراحي پروژه هاي عظيم انتقال آب با شرايط آسان و مناسب صورت پذيرد.

باوجود آنکه محققين زيادي همواره در مورد سيستم هاي مختلف انتقال آب تحقيق مي کنند و هرروزه نتايج گرانبهايي را از تحقيقات محلي ، آزمايشگاهي وعددي خود بدست مي آورند ولي بنظر مي رسد که هنوز در بعضي موارد مسائلي غير منتظره باعث مي شود که ديدهاي متفاوتي از هر عملکرد نمايان شود

1-2-روش تحقيق

عليرغم مطالعات فراوان در اين زمينه ملزم بر آن گرديد تا در اين پايان نامه که با تعريف جامع و کاملي از تخليه کننده هاي تحتاني با بررسي ميدان جريان و تحليل مکانيزم کاويتاسيون در اين سازه ها به پارامترهاي موثر بر اين وقايع و لزوم تحقيق در اين زمينه پرداخته شود.

1-2-1-تعريف تخليه کننده تحتاني

در مواردي که عمق آب در مخزن سد زياد است ،براي مصارف آب در پايين دست و همچنين براي تخليه سد در مواقع اضطراري ودر بعضي موارد براي تخليه رسوبات انباشته شده در مخزن سد از تخليه کننده هاي تحتاني استفاده مي شود .اجزاء معمول تخليه کننده‌ها عبارتند از: کانال ورودي آبگير[1] يا ساختمان آبگير، مجراي آب بر، آبراه يا تونل[2]، اتاق دريچه پايين‌دست، شوت يا سرسره[3]، انرژي گير و مجراي خروجي.يک تخليه کننده ممکن است شامل همه و يا تعدادي از اجزاء مذکور باشد (ابريشمي، حسيني 1387). از تخليه کننده‌ها اغلب براي انحراف آب در زمان ساخت نيز استفاده مي‌شود و ممکن است در صورت داشتن قابليت اطمينان زياد، براي کمک به تخليه سيلاب طرح نيز استفاده شوند. اين سازه­ها در سدهاي قوسي يا وزني نسبتاً کوچکتر ولي در سدهاي خاکي بزرگ هستند(جانسن، 1988). براي کاهش طول قسمت تحت فشار، يک تخليه کننده بزرگ معمولاً به دو قسمت تحت فشار(که با يک دريچه با هد زياد کنترل مي­شود) و تونل خروجي(که جريان زير بحراني را به اتمسفر انتقال مي­دهد) تقسيم مي­شود(ويسچر و هاگر، 1998).

به طور کلي تخليه‌کننده‌ها به صورت زير طبقه بندي مي­شوند:

- بر اساس باز يا بسته بودن مجاري تخليه کننده؛ تخليه کننده بازو تخليه کننده تحتفشار

- بر اساس نوع بهره برداري هيدروليکي از آن؛ تخليه کننده دريچه دار و بدون دريچه

- بر اساس محل قرارگيري تخليه کننده؛ تخليه کننده تحتاني و تخليه کننده سطحي

- بر اساس اينکه تخليه­کننده به کجا منتهي مي شود، تخليه کننده کانالي(تخليه کننده­اي که به داخل کانال مي ريزد) و تخليه کننده رودخانه­­اي(تخليه کننده­اي که به داخل رودخانه مي­ريزد) (اسميت،1990).

- به منظور تنظيم ميزان آب­گذري مجراي تخليه­کننده

بدين ترتيب خروجي هاي تحتاني در راستاي اهدافي به شرح زير ساخته مي شوند:

- پر کردن مخزن

- پايين آوردن سطح آب در مخزن و شستشوي رسوبات

- انحراف سيلاب و دبي پسماند

باتوجه به اينکه سرعت در خروجي تخليه کننده تحتاني زياد است، يعني از فرمول توريسلي V=(2gH)تبعيت مي نمايد، لذا خلا زايي[4]، سايش[5] ، و جريان هوا و آب [6] از مسائل خاص هيدروليکي در اين سازه ها محسوب مي شوند.در رابطه توريسلي H عبارت است از بار روي خروجي و g شتاب ثقل مي باشد.

معمولاً دو دريچه براي تخليه­کننده پيش بيني مي­شود(لوين، 1995):

- دريچه سرويس[7] يا دريچه تنظيم کننده[8] با بازشدگي متغير

- دريچه ايمني[9] يا دريچه اضطراري[10] معمولا يا کاملا باز يا کاملابسته

طبقه بندي انواع دريچه ها:

الف) دريچه گوه اي[11]: اين دريچه به طور عمودي حرکت مي کند و فقط وقتي در شرايط آب بندي کامل قرار مي گيردکه بطور کامل بسته باشد.

ب) دريچه کشويي[12] : اين نوع دريچه به عنوان دريچه معمولي خروجي تحتاني بکار مي رود.در محل هايي که بار آب روي آنها زياد است از دريچه کشويي قرقره اي يا چرخي[13] استفاده مي شود و معروف است که اين دريچه ها قابليت کمتري نسبت به ارتعاش دارند.

ج) دريچه هاي شعاعي[14] :اين دريچه ها فاقد شيار بوده و آببندي آنها ساده است.نيروهاي وارد بر دريچه روي بازوها يا اهرم هاي آن متمرکز مي گردند وتکيه گاه ها تحت فشار زياد قرار مي گيرند.اين نوع دريچه ها در واقع يکي از مناسب ترين انواع دريچه هاي خروجي تحتاني مي باشند و بطورکلي در هر نوع بهره برداري که دبي جريان در آنها زياد باشد نيز داراي کاربرد هستند.

د) شير فلکه جت توخالي [15] :شبيه به شير فلکه حلقه اي مي باشند ولي داراي يک نوع وسيله هوادهي براي جلوگيري از تراکم جت خروجي است.

ه) شير فلکه حلقه اي[16] : اين شير فلکه تحت عنوان يک جزء تلقي مي گرددو مي تواندبه طور محوري جابجا شود و به علاوه عملکرد هيدروليکي آن بسيار عالي است. از طرفي مي توان آن را به عنوان نوعي گسترش تلقي کرد، که قادر است به طور محوري جابجا شود. به اين ترتيب جت حلقه اي با افت هاي کم ناشي از حفظ جريان توسعه مي يابد.شير فلکه مذکور را مي توان در قالب يک وسيله تنظيمي و يا يک وسيله ايمني بدون بروز هيچگونه مشکلي از نظر نشت، براي فشار هاي زياد بکاربرد.شير فلکه حلقه اي به عنوان يک سازه انتهايي در خروجي تحتاني مناسب است.

و) شير فلکه مخروطي[17] :این شير فلکه يک وسيله ساده و بسیار موثر همراه با يک جزء جابجايي است.جت توخالي بنحو کاملا مطلوب در هوا پراکنده مي شودو مشکلات خلاء زايي به علت تهويه مناسب از بين مي رود.با توجه به اين که تمام قطعات اين شير فلکه در خروجي تخليه کننده تحتاني قرار دارند لذا تعمير و نگهداري آنها ساده است.در چنين شرايطي نياز به حوضچه آرامش نخواهد بود، ولي خروجي بايد به خاطر جلوگيري از عمل پاشش پوشانده شود.

1-2-2-ميدان جريان درتخليه کننده

طراحي تخليه‌كننده‌هاي عمقي يكي از مسائل مهم طراحان سدها مي‌باشد كه اطمينان كافي از ظرفيت آبگيري و عملكرد مناسب مجرا و تأسيسات هيدروليكي وابسته از جمله دريچه‌ها و تأسيسات هيدرومكانيك را طلب مي‌نمايد. بر اين اساس در پايان­نامه حاضر، جهت بررسي عملكرد هيدروليكي مجراي تخليه کننده تحتاني سد­ها، مدل تخليه‌كننده سد نرماشير در آزمايشگاه مركز تحقيقات حفاظت خاک و آبخيزداري ساخته و مورد آزمايش قرار گرفت و تمامي پارامترهاي موثر در ميدان جريان اعم ازضريب آبگذري،عدد فرود، سرعت آب،دبي،سرعت هوا و... مورد بررسي قرار گرفت.

در تخليه­کننده تحتاني ، يک مجراي تحت فشار دريچه­دار با دو دريچه کشوئي اضطراري و سرويس مي­باشد. در اشکال(1-1) و (1-2) به ترتيب نمونه­اي از اين تخليه کننده در يک سد خاکي و همچنين دريچه کشوئي قائم نصب شده در آن، نشان داده شده است.

شکل(1-1) تخليه کننده تحتاني در يک سد خاکي(بيرامي،1378)

شکل(1-2) دريچه کشوئي تحتاني(بيرامي،1378)

1-2-3-مکانيزم کاويتاسيون در تخليه کننده ها

در تخليه کننده­هاي تحتاني، جريان دو فازي آب و هوا با سرعت بالایي منتقل مي­شود. در اثر جدائي جريان و تبديل ناگهاني آن از حالت تحت فشار به حالت آزاد، افت شديدي در مقادير فشار پائين دست دريچه رخ مي­دهد.

نحوه حداقل کردن فشارهاي منفي ايجاد شده در پائين دست دريچه از مسائل مهمي است که در مورد دريچه­ها مطرح است. فشارهاي منفي ايجاد شده در نهايت منجر به وارد شدن صدماتي به پائين دست سازه و خود دريچه خواهند شد. کاويتاسيون يکي از ناخوشايندترين پديده هاي هيدروديناميکي است که در اثر چنين فشار منفي ايجاد شده در پائين دست دريچه رخ مي دهد. معمولاً براي کنترل اين پديده از تزريق هوا توسط لوله هواده استفاده مي­شود(سيرلي و هاگر، 2000).

اصولاً در جريان آب، حباب از بخار آب تشکيل مي­شود و هر گاه آب حرارت داده شود، درجه حرارت آن بالا مي­رود تا جائي که بخار آب تشکيل شود. جوشيدن آب زماني روي مي­دهد که فشار بخار آب برابر با فشار موضعي شود. درجه حرارت جوشيدن، تابعي از فشار هواست و کاهش آن موجب مي­شود که آب در درجه حرارت پائين­تري به جوش آيد(گروه آموزشي داخلي آمريکا، 1987).

جوشيدن، فرايند تبديل سيال به بخار در اثر افزايش درجه حرارت است، در حالي که کاويتاسيون ناشي از کاهش فشار موضعي در درجه حرارت ثابت است. کاهش فشار موضعي در جريان سيال ناشي از عواملي مانند کاهش انرژي کل به افزايش در تراز، افزايش سرعت موضعي، تشکيل گرداب يا جداشدگي زياد جريان مي­تواند باشد. آبي که در سازه­هاي هيدروليکي جاري است حاوي حباب­هاي هوا با ابعاد مختلف و ناخالصي­هاي متفاوتي است. اين شرايط مورد نياز براي آغاز کاويتاسيون و تعيين امکان خسارت و توليد سر و صداست.

با کاهش پيوسته فشار در جريان سيال و به علت افزايش سرعت به شرايط بحراني رسيده و کاويتاسيون آغاز مي­شود که به آن آستانه کاويتاسيون (ويسچر و هاگر،1998) ،گفته مي­شود .طبق تعريف فوق موارد زير را در مورد کاويتاسيون مي توان عنوان کرد:

1)کاويتاسيون فرايندي مايع است و در شرايط معمول در هيچ يک از فازهاي جامد و گاز رخ نمي­دهد.

2)کاويتاسيون نتيجه کاهش فشار سيال است و بنابراين مي توان با کنترل مقدار کاهش و يا به عبارت بهتر فشار مطلق مينيمم آن را کنترل کرد.

3)کاويتاسيون فرايندي ديناميکي است که رشد و انفجار حباب­ها را مورد بررسي قرار مي­دهد.

4)هيچ گونه شاخصي که نشان دهد سيال ساکن است يا در حال حرکت وجود ندارد. بنابراين کاويتاسيون مي­تواند در هر دو حالت روي دهد (نيپ، 1970).

سرعت از پارامترهاي مهمي است که علاوه بر تعيين الگوي جريان پائين دست، در بررسي وقوع کاويتاسيون و ارتعاش نقش اساسي دارد. با توجه به سرعت زياد جريان در مجرا و زير دريچه، معمولاً عدد رينولدز جريان بيشتر از مي باشد که معرف يک جريان کاملاً آشفته است. بر اساس مطالعات انجام شده در صورتي که سرعت جريان در تونل تخليه کننده بيش از 10 متر بر ثانيه شود، جهت جلوگيري از کاويتاسيون ، جريان بايد هوادهي شود(کاويانپور و خسروجردي، 2001).

نقش حبابهاي هوا در اين جريان­ها، پيشگيري از وقوع کاويتاسيون در داخل مجرا مي­باشد. هوا رسان­ها معمولاً در بالادست ناحيه­اي که انديس کاويتاسيون زير مقدار بحراني قرار مي­گيرد، تعبيه مي­شوند تا باعث کاهش سرعت سيال و در نتيجه کاهش فرايند انفجار حفره­هاي کاويتاسيوني شوند. همچنين وجود هوا رسان­ها در سقف مجرا باعث تبديل جريان تحت فشار به جريان سطح آزاد شده و به علت تماس جريان با اتمسفر منجر به کاهش مقادير فشارهاي منفي ايجاد شده در پشت دريچه مي­شود(ويگرت،1972).

جريان در مجراي تخليه کننده تحتاني به شدت به پارامترهاي هندسي مجرا حساسيت دارد و تغيير اندک آن باعث تغيير نتايج خواهد شد(فالوي،1980).

مناطقي که بيشتر در معرض خطر کاويتاسيون مي­باشند، در قسمت پائين دريچه سرويس و بين دو دريچه سرويس و اضطراري (در صورت عملکرد توأم دو دريچه) واقع هستند. همچنين شيارهاي دريچه که يک سطح ناهموار در مقابل جريان ايجاد مي­کنند نيز پتانسيل وقوع کاويتاسيون را دارند. جريان عبوري از زير دريچه، در پائين دست آن جريان چرخشي به وجود مي­آورد که مشخصه اصلي آن افت شديد فشار است. افت ايجاد شده تابعي از ميزان باز شدگي دريچه، هد آب پشت دريچه و هندسه مجرا مي­باشد. از طرف ديگر نوسانات شديد فشار باعث کاهش فشار موضعي در آن ناحيه شده و با توجه به سرعت زياد جريان، پتانسيل وقوع کاويتاسيون افزايش مي­يابد(فالوي،1980).

متغيرهاي اساسي در مجاري تحت فشار شامل پارامترهاي هندسي(طول، عرض، ارتفاع، شيب) و پارامترهاي هيدروليکي(سرعت، دبي عبوري، هد بالادست و فشار) مي­باشند. در هر حالت از قرار گيري دريچه، به دليل مومنتم و سرعت زياد جريان سيال، فشار در امتداد سطح زيرين دريچه و پشت آن کاهش مي­يابد در حالي که فشار در بالادست دريچه تغييرات کمي دارد.

در تحليل مسأله کاويتاسيون شايسته است شاخصي که شرايط جريان را نسبت به وجود کاويتاسيون، شروع و يا گسترش مراحل مختلف آن توصيف نمايد، تعريف شود(يانگ، 1989).

براي تعريف شاخص کاويتاسيون،، جريان سيال در يک لوله ونتوري را مطابق شکل (1-3) در نظر مي­گيريم. اختلاف فشار بين دو نقطه يکي روي جسم و ديگري در سيال دست نخورده بالادست به فاصله­اي از نقطه اول متناسب با توان دوم سرعت نسبي است که مي­توان آن را به صورت ضريب فشار بالادست منفي نوشت:

در اين رابطه چگالي سيال، سرعت سيال نسبت به ديواره، فشار سيال بالادست و ، فشار در گلوگاه ونتوري مي­باشد.

شکل(1-3) جريان در لوله ونتوري و تعريف انديس کاويتاسيون(ليکافر، 1999)

مي­توان شرايطي را در نظر گرفت که مقدار به حدي کاهش يابد که کاويتاسيون وجود داشته باشد. اين کار را مي­توان از طريق افزايش سرعت نسبي به ازاي ثابت و يا کاهش پيوسته در سرعت نسبي ثابت انجام داد. هر دو روش باعث کاهش مقادير مطلق تمامي فشارهاي موضعي در سطح جسم خواهند شد. با صرفنظر کردن از کشش سطحي، فشار مقداري برابر فشار حفره­هاي حاوي کاويتاسيون خواهد داشت. اگر اين عبارت را تحت عنوان فشار حباب مشخص کنيم و فرض کنيم کاويتاسيون وقتي اتفاق مي­افتد که تنش نرمال در نقطه­اي از سيال به مقدار صفر کاهش يابد(هاميت، 1980)، معادل فشار بخار خواهد بود و در نهايت:

کاويتاسيون مرزهاي جامد را با از بين بردن مواد از سطح تخريب مي­کند. تقريباً هر نوع ماده­اي شامل تمامي فلزات، کائوچو، پلاستيک، شيشه، سيليس و بتن مي توانند توسط اين پديده دچار خرابي شوند(هاميت، 1980).

چنانچه پديده کاويتاسيون دور از جداره مجرا رخ دهد، خطري براي هيچ سازه­اي ندارد. در غير اين صورت اگر کاويتاسيون در نزديکي جدار روي دهد، ممکن است خسارتهائي را در پي داشته باشد و سازه در معرض خطر جدي قرار گيرد. خسارت به سطح سازه در پائين دست محلي که حباب­ها مي­ترکند شروع مي­شود. پس از مدتي فرورفتگي بزرگي در روي سطح، شکل مي­گيرد. با گذشت زمان به علت برخورد جريان پر سرعت به انتهاي پائين دست حفره، فرورفتگي ايجاد شده بزرگتر مي­شود. جريان مذکور قادر به ايجاد فشارهاي زياد در ترک­هاي زير سازه است(ويسچر، 1998).اختلاف فشار بين محدوده­اي که جريان به آن برخورد مي­کند و محدوده اطراف آن، توانائي شکستن بخش­هائي از سازه و محل آن به وسيله جريان را دارد.

1-2-4-پارامترهاي موثر بر آن

از آنجا که کاويتاسيون در تخليه کننده ها در نتيجه کاهش فشار در سيال به وجود مي­آيد، مي­توان آن را به وسيله کنترل مقدار کاهش، يا به بيان صريح تر فشار مطلق مينيمم کنترل کرد.

اگر فشار کاهش يافته و در يک زمان کافي پائين­تر از فشار بحراني معين قرار گيرد(اين فشار بحراني توسط شرايط فيزيکي و خصوصيات سيال تعيين مي­شود)، کاويتاسيون به وقوع خواهد پيوست. (برنين، 1990).

مقدار بحراني انديس کاويتاسيون بستگي به موقعيت، شکل و ناهمواري روي سطح در نقطه مورد بررسي دارد و تابعي از ميزان باز شدگي دريچه مي­باشد.

1-2-5-راه هاي جلوگيري از آن

خسارت ناشي از کاويتاسيون در تخليه کننده هاي تحتاني را با دو روش زير مي­توان کنترل کرد:

کنترل شاخص کاويتاسيون با اصلاح هندسه سازه،

کنترل شاخص کاويتاسيون با هوادهي جريان.

در هر مورد، ناهمواري­هاي سطح سرريز يا تخليه کننده تحتاني با دقت لازم با توجه به کيفيت مصالح و مسائل محلي بايد مشخص شود. سپس بر اساس مفهوم آستانه کاويتاسيون بايد تعيين کرد که آيا خسارت ناشي از کاويتاسيون روي مي­دهد يا نه. براي اين کار به پيش بيني پروفيل­هاي جريان بر اساس منحني فشار براي تمام دبي­هاي مورد نظر و محاسبه تغييرات شاخص کاويتاسيون نياز است. اگر در مناطقي وقوع کاويتاسيون تخمين زده شود، آنگاه هندسه يا ناهمواري سطح سازه بايستي اصلاح شود. اگر با اين کار نتيجه­اي حاصل نشد هوادهي جريان بايد انجام شود(ويسچر و هاگر، 1998)هوادهي باعث مي­شود که سطح جريان در مجرا با هواي اتمسفر در تماس باشد که اين عمل باعث افزايش فشار در ناحيه بحراني مي­شود.

1-3-اهميت موضوع

عليرغم پيشرفت­هاي اخير در طرح و محاسبه سدها و تأسيسات مربوطه با استفاده از نرم افزار‌هاي محاسباتي، همچنان به دليل پيچيدگي و سه بعدي بودن الگوي جريان که عمدتاً ناشي از پيچيدگي هندسه معبر جريان در نواحي اطراف دريچه است، کسب نتايج دقيق از طريق مدل­سازي تئوريک براي بسياري از اثرات عملاً امکان پذير نبوده و اطمينان قطعي از عملكرد مناسب را به طراح و سازنده نخواهد داد. لذا، به دليل هزينه­هاي زياد ساخت سدها و تأسيسات مربوطه و نيز خسارات و زيان­هاي جاني و مالي ناشي از شکست احتمالي دريچه­ها، انجام آزمايش مدل هيدروليکي براي تخليه کننده­هاي بسياري از سدهاي مرتفع عملاً لازم است. لذا، در کشور ما تاکنون در مواردي همچون سد البرز، گاوشان، جگين، گتوند و ... مدل­هاي مورد نياز تخليه­کننده­هاي عمقي ساخته و عملكرد آنها مورد ارزيابي قرار گرفته است.

1-4-اهداف تحقيق

به دليل پيچيدگي و سه بعدي بودن الگوي جريان که عمدتاً ناشي از پيچيدگي هندسه معبر جريان در نواحي اطراف دريچه است، کسب نتايج دقيق از طريق مدل­سازي تئوريک براي بسياري از اثرات عملاً امکان پذير نبوده و اطمينان قطعي از عملکرد عاري از ارتعاش و کاويتاسيون را به طراح و سازنده نخواهد داد. لذا، به دليل هزينه­هاي زياد ساخت سدها و تأسيسات مربوطه و نيز خسارات و زيان­هاي جاني و مالي ناشي از شکست احتمالي دريچه­ها، انجام آزمايش مدل هيدروليکي براي دريچه­ها در بسياري از سدهاي مرتفع لازم مي‌باشد. بر اين اساس، با توجه به نظر دکتر باراني و مهندس حسيني پيشنهاد شد كه در اين گزارش كليه موارد مصوب به شرح زير مطالعه شده­اند

بررسي توزيع فشارمتوسط در مجراي تخليه كننده،

تعيين ظرفيت آبگذري تخليه‌كننده عمقي، در بازشدگي‌هاي مختلف

بررسي رخداد پديده کاويتاسيون

تعيين افت در مجراي تخليه کننده تحتاني

محاسبه شاخص كاويتاسيون

تحليل عددي براي مقايسه با نتايج آزمايشگاهي

به منظور پاسخگوئي به موارد فوق در دو حالت عملکرد تک دريچه و توام، آزمايش‌هائي برروي مدل فيزيكي انجام گرفته كه نتايج اين بررسي‌ها درپايان نامه حاضر ارائه مي‌شوند

[1] Intake

[2] Waterway

[3]Chute

[4] Cavitation 2Abrasion 3Aerated Flow 4Service gate 5Rgulating 6Safety 7Emergency 8Wedge-gate

[11]Wedge gate 2Slide gate 3Wheel gate 4Radial gate 5Hallow Jet 6Ring Valve

7Conic Valve


خرید و دانلود بررسي عددي و آزمايشگاهي وقوع پديده کاويتاسيون درمجاري تخليه کننده تحتاني...

بررسي عددي تاثير ژئوبگ‏ها بر کنترل آب‏شستگي کوله پل‏ها...



چكيده

در اين تحقيق تاثير ژئوبگ­ها بر کنترل آب‏شستگي کوله پل‏ها با استفاده از روش ديناميک سيالات محاسباتي (CFD) مورد مطالعه قرار­گرفته است. ژئوبگ­ها کيسه­هايي از جنس ژئوتکستايل هستند که با مصالحي مانند ماسه، بتن و يا مصالح حاصل از لايروبي رودخانه­ها پر مي­شوند. با توجه به در دسترس بودن، هزينه کم و عدم نياز به نيروي کار ماهر، استفاده از اين مواد نسبت به مصالح سنتي بسيار مقرون به صرفه است. در اين راستا، با استفاده از نرم­افزار FLOW-3D جريان و فرسايش رسوبات اطراف کوله پل‏ها و تاثير ژئوبگ­ها و ژئومت­ها (ژئوبگ بزرگ) بر کاهش عمق آب‏شستگي مدل­سازي شد. از اين نرم­افزار براي حل معادلات سه بعدي نوير-استوکس به روش مشتقات محدود (finite difference) استفاده شده­است. مدل آشفتگي RNG براي مدل­سازي ميدان جريان در اطراف کوله، محلي که گردابه­هاي نعل اسبي تشکيل شده و جريان آشفته غالب است، به کار برده شده­است. تصديق صحت و دقت نرم­افزار با استفاده از نتايج مدل آزمايشگاهي جريان و فرسايش اطراف کوله بدون لايه محافظ با ديواره قائم مورد بررسي قرار گرفت. در روند مدل­سازي ابتدا جريان اطراف کوله تا رسيدن به حالت پايدار گسترش يافت و سپس اجازه فرسايش به مدل داده شد. نتايج شبیه‏سازی از نظر کمي و کيفي با مدل آزمايشگاهي از مطابقت خوبي برخوردار است. بر اساس شبيه­سازي­هاي صورت گرفته، لايه­هاي ژئوبگ و ژئومت از کوله پل در برابر فرسايش به خوبي محافظت کرده ولي باعث انتقال فرسايش به پايين­دست کوله مي­شوند. همچنين تاثير هندسه لايه ژئومت بر کاهش ماکزيمم عمق آب‏شستگي، و نيز کارايي لايه ژئومت در عمق آب، سرعت و اندازه ذرات رسوبي مختلف مورد مطالعه قرار گرفت.

کلید واژگان: آب شستگی. کوله پل. دینامیک سیالات محاسباتی

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- انواع کوله پل‏ها، مکانيابي و ساخت.. 2

1-1-1- انواع کوله پل‏ها.. 2

1-1-2- مکانيابي کوله پل‏ها.. 3

1-1-3- ابعاد کوله و نحوه ساخت.. 4

1-2- ميدان جريان.. 4

1-3- پروسه آب‏شستگي.. 6

1-3-1- آب‏شستگي کلي.. 6

1-3-2- آب‏شستگي کوله پل.. 7

1-4- معرفي تحقيق.. 8

فصل دوم: مروري بر تحقيقات پيشين و تئوري تحقيق

2-1- مقدمه.. 11

2-2- طبقه بندي آب‏شستگي موضعي کوله پل‏ها.. 12

2-3- ميدان جريان و تنش برشي بستر در محل کوله پل.. 13

2-4- پارامترهاي تاثيرگذار بر آب‏شستگي کوله پل‏ها.. 16

2-4-1- طبقه بندي پارامترها.. 16

عنوان صفحه

2-4-2- آناليز ابعادي.. 17

2-5- تاثير پارامترهاي مختلف بر عمق آب‏شستگي.. 18

2-5-1- سرعت جريان عبوري.. 18

2-5-2- عمق جريان عبوري.. 20

2-5-3- طول کوله، نسبت تنگ شدگي و نسبت دهانه.. 21

2-5-4- اندازه و دانهبندي رسوبات.. 22

2-5-5- شکل کوله.. 25

2-5-6- جهت قرارگيري کوله نسبت به جريان عبوري.. 26

2-5-7- هندسه آبراهه.. 27

2-5-8- تغييرات زماني آب‏شستگي.. 28

2-6- تخمين عمق آب‏شستگي.. 31

2-6-1- رويکرد رژيم جريان.. 31

2-6-2- رويکرد تجربي.. 32

2-6-3- رويکرد تحليلي يا شبه تجربي.. 37

2-7- مطالعات عددي آب‏شستگي اطراف کوله پل‏ها.. 38

2-8- روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي کنترل آب شستگي.. 40

2-9- نتيجه‏گيري.. 42

فصل سوم:ضوابط طراحي ژئوبگ‌ها

3-1- مقدمه.. 44

3-2- ضوابط کلي پايداري.. 44

3-2-1- پايداري در برابر بار موج.. 44

3-2-2- پايداري بار جريان.. 48

عنوان صفحه

3-3 -ضوابط پايداري ژئوبگ‌ها.. 52

3-3-1- بحث در مورد دانسيته نسبي.. 52

3-3-2- محافظت شيب.. 52

3-3-3- پايداري المان‌هاي تاج.. 56

3-4- ضابطه طراحي بر اساس بار جريان.. 57

3-5- پايداري ژئوبگ‌ها از منظر مکانيک خاک.. 57

فصل چهارم: معرفي نرم‏افزار FLOW-3D

4-1- مقدمه.. 59

4-2- مدل هيدروديناميک.. 59

4-3- مدلسازي رسوب.. 62

4-4- مدل آشفتگي.. 66

فصل پنجم:نتايج شبیه‏سازی عددي

5-1- مقدمه.. 69

5-2- کاليبراسيون مدل و آناليز حساسيت مش‏بندي.. 70

5-2-1- مشخصات مدل و نحوه شبکه‏بندي.. 70

5-2-2- نتايج شبیه‏سازی.. 73

5-2-2-1- نتايج شبیه‏سازی جريان.. 73

5-2-2-2- نتايج شبیه‏سازی رسوب.. 75

5-3- بررسي تاثير ژئومت بر کنترل آب‏شستگي کوله با ديواره قائم 81

5-4- بررسي تاثير ژئوبگ و ژئومت بر کنترل آب‏شستگي اطراف کوله باله‏اي 83

5-4-1- مشخصات مدل کوله باله‏اي.. 83

عنوان صفحه

5-4-2- نتايج شبیه‏سازی جريان و فرسايش اطراف کوله باله‏اي بدون
وجود لايه محافظ.. 85

5-4-3- نتايج شبیه‏سازی جريان و فرسايش اطراف کوله باله‏اي
محافظت شده با ژئوبگ.. 87

5-4-4- شبیه‏سازی جريان و فرسايش اطراف کوله بالهاي محافظت شده
به وسيله ژئومت.. 91

5-5- تاثير ضخامت و عرض لايه ژئومت بر کنترل آب‏شستگي اطراف کوله باله‏اي.. 93

5-6- بررسي اثر عمق جريان بر آب‏شستگي اطراف کوله باله‏اي بدون لايه
محافظ و کارايي کوله حفاظت شده با لايه ژئومت.. 98

5-7- مطالعه تاثير سرعت جريان بر آب‏شستگي اطراف کوله باله‏اي
بدون لايه محافظ و کارايي کوله حفاظت شده با لايه ژئومت 100

5-8- بررسي تاثير اندازه ذرات رسوبي و پارامتر شيلدز بر آب‏شستگي اطراف کوله باله‏اي بدون لايه محافظ و کارايي کوله حفاظت شده با لايه ژئومت و لايه ژئوبگ.. 102

فصل ششم: نتايج تحقيق و پيشنهادها

6-1- نتايج تحقيق.. 105

6-2- پيشنهادها براي کارهاي آينده.. 106

فهرست منابع.. 107

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 2-1- ضريب شکل‏هاي کوله پل‏ها.. 25

جدول 2-2- ضريب راستاي جريان براي زواياي مختلف برخورد 26

جدول 2-3- ضرائب رابطه پيشنهادي Melville (1992، 1995، 1997) 36

جدول 3-1- پارامتر پايداري براي سيستم هاي مختلف.. 49

جدول 5-2- پارامتر sheilds براي سيستم هاي مختلف.. 49

جدول 5-3-مقادير پيشنهادي براي ضريب KT. 50

جدول 3-4-الف- ضخـامت معـادل سيستم‌هاي پر شده از ماسه
(H=1 m) (Pilarczyc، a-2000).. 57

جدول 3-4-ب- ضخـامت معـادل سيستـم‌هاي پر شده از ماسه (H=2 m) 57

جدول 5-1- جزئيات شبکه‏بندي شبيه‏سازي‏ها.. 73

جدول 5-2- ميانگين سرعت و عمق جريان و ميزان خطا براي شبکه‏بندي‏هاي مختلف.. 75

جدول 5-3- مقايسه مقادير عمق متوسط، سرعت متوسط براي fs,co=0.0005
و fs,co=0.002.. 76

جدول 5-4- مقادير ماکزيمم عمق آب‏شستگي مدل‏هاي شبیه‏سازی 81

جدول 5-5- عمق آب‏شستگي موضعي اطراف کوله قائم محافظت شده توسط ژئومت.. 83

جدول 5-6- جزئيات شبکه‏بندي مدل کوله باله‏اي.. 85

جدول 5-7- مقايسه کارايي لايه‏هاي ژئومت با ضخامت مختلف در کنترل آب‏شستگي.. 95

جدول 5-8- مقايسه کارايي لايه‏هاي ژئومت با عرض مختلف در کنترل آب‏شستگي 98

 فهرست شکل‎ها

عنوان صفحه

شکل 1-1- شماي کلي کوله‏هاي با ديواره شيب‏دار و باله‏اي3

شکل 1-2- جريان عبوري از يک تنگ‏شدگي کوتاه.. 5

شکل 1-3- جريان و آب‏شستگي اطراف يک کوله و خاکريز در يک آبراهه مرکب 6

شکل 2-1- تغييرات زماني آب‏شستگي در حالت آب زلال و بستر متحرک 13

شکل 2-2- نماي شماتيک ميدان جريان اطراف کوله يک پل 15

شکل 2-3- تغييـرات عمق آب‏شستگي با نسبت سرعت برشي 19

شکل 2-4- تغييرات عمق آب‏شستگي ds نسبت به عمق جريان h 21

شکل 2-5- تغييرات عمق آب‏شستگي ds نسبت به طول کوله l22

شکل 2-6- تغييرات عمق آب‏شستگي ds با اندازه دانه‏هاي رسوبي d50 24

شکل 2-7- تغييرات عمق آب‏شستگي ds با دانه‏بندي رسوبات σg24

شکل 2-8- تغييرات نسبت عمق آب‏شستگي به طول کوله ds/l با زمان t 29

شکل 2-9- استفاده از ژئوبگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها جهت کنترل آب شستگي کوله پل‏ها 41

شکل 3-1-شکل شماتيک سنگ چين.. 47

شکل 3-2-طرز قرار گيري کيسه ها به طور شماتيک.. 53

شکل 3-3-خلاصه نتايج آزمايش پايداري براي ژئوبگ هاي قرار گرفته بر شيب (D=d).. 55

شکل 5-1- نماي کلي فلوم آزمايشگاهي Kayaturk. 70

شکل 5-2- نماي کلي مدل شبیه‏سازی در FLOW-3D.. 71

شکل 5-3- شرايط مرزي مدل.. 71

عنوان صفحه

شکل 5-4- نماي کلي مقطع عرضي شبکه‏بندي.. 73

شکل 5-5- پروفيل سطح آب در محل دماغه کوله براي چهار حالت اندازه شبکه‏بندي.. 74

شکل 5-6- خطوط هم‏تراز سرعت در نزديکي سطح بستر رسوبي 74

شکل 5-7- بردارهاي توزيع سرعت الف- ابتداي مرحله دوم شبیه‏سازی؛
ب- 5 ثانيه پس از شروع مرحله دوم.. 77

شکل 5-8- مقايسه پرفيل سرعت مدل با توزيع سرعت لگاريتمي در فواصل 1 متري
پروفيل طولي.. 79

شکل 5-9- الف- نماي کلي فلوم شبیه‏سازی؛ ب- مقطع عرضي حفره آب‏شستگي
در محل بالادست کوله؛ ج- ايجاد حفره آب‏شستگي در اطراف کوله 80

شکل 5-10- نماي سه بعدي حفره آب‏شستگي تشکيل شده در بالادست کوله 80

شکل 5-11- نماي کوله قائم حفاظت شده توسط الف) ژئومت در وجه جلوي کوله؛
ب) ژئومت در اطراف سه وجه کوله.. 82

شکل 5-12- تشکيل حفره آب‏شستگي در وجه بالادست کوله و پايين‏دست ژئومت 82

شکل 5-13- تشکيل حفره آب‏شستگي در وجه بالادست و پايين‏دست ژئومت 82

شکل 5-14- نماي کلي فلوم آزمايشگاهي.. 84

شکل 5-15- کوله باله‏اي يکپارچه از جنس پلکسي گلاس.. 84

شکل 5-16- نماي کلي مدل شبیه‏سازی در FLOW-3D.. 84

شکل 5-17- مکان‏هاي محتمل تشکيل حفره آب‏شستگي.. 86

شکل 5-18- الف- مقطع عرضي حفره آب‏شستگي؛ ب- حفره آب‏شستگي در محل کوله
(A) و پايين‏دست آن (B).. 86

شکل 5-19- نماي سه بعدي حفرات آب‏شستگي تشکيل شده.. 87

شکل 5-20- چيدمان ژئوبگ پيشنهادي.. 88

شکل 5-21- نماي کلي کوله باله‏اي محافظت شده با لايه ژئوبگ شيبدار 88

عنوان صفحه

شکل 5-22- حفره آب‏شستگي تشکيل شده در اطراف لايه ژئوبگ
الف) مدل آزمايشگاهي؛ ب) مدل شبیه‏سازی.. 90

شکل 5-23- نماي کلي مدل شبیه‏سازی کوله باله‏اي محافظت شده با ژئومت 91

شکل 5-24- حفرات آب‏شستگي تشکيل شده در اطراف ژئومت الف) پلان مدل؛
ب) مدل آزمايشگاهي؛ ج) نماي سه بعدي شبیه‏سازی عددي.. 92

شکل 5-25- نماي پلان آب‏شستگي اطراف لايه ژئومت با ضخامت الف) 22 ميليمتر؛
ب) 33 ميليمتر؛ ج) 44 ميليمتر.. 93

شکل 5-26- نماي سه بعدي آب‏شستگي اطراف لايه ژئومت با ضخامت الف) 22 ميليمتر؛
ب) 33 ميليمتر؛ ج) 44 ميليمتر.. 94

شکل 5-27- خطوط هم تراز انرژي آشفتگي در نزديکي سطح بستر رسوبي براي
کوله با لايه ژئومت الف) 22 ميليمتر؛ ب) 33 ميليمتر؛ ج) 44 ميليمتر 96

شکل 5-28- تشکل حفرات آب‏شستگي در اطراف لايه ژئومت با عرض 320 ميليمتر
الف) پلان ب) نماي سه بعدي.. 97

شکل 5-29- مقايسه ماکزيمم عمق آب‏شستگي کوله با لايه ژئومت و کوله بدون
محافظ براي سه عمق جريان 08/0، 1/0 و 12/0 متر در نواحي الف) B و B0؛
ب) C و A0؛ ج) D و A0. 99

شکل 5-30- مقايسه ماکزيمم عمق آب‏شستگي کوله با لايه ژئومت و کوله بدون
محافظ براي سه سرعت جريان 3/0، 4/0 و 55/0 متر بر ثانيه در نواحي الف) B و B0؛
ب) C و A0. 101

شکل 5-31- مقايسه ماکزيمم عمق آب‏شستگي کوله با لايه ژئومت، کوله با لايه ژئوبگ
و کوله بدون محافظ براي دو اندازه دانه رسوب 45/0، 48/1 ميليمتر در نواحي
الف) B و B0؛ ب) C و A0، ج) D و A0. 103

فهرست نشانه‏هاي اختصاري

B = عرض آبراهه يا فلوم

bd = عرض پايه پل استوانه­اي متحمل نيروي دراگي معادل با نيروي دراگ روي کوله

bs = عرض پايه پل هم ارز

CD = ضريب نيروي دراگ ذرات رسوبي

D = قطر پايه پل

d، d50 = قطر متوسط ذرات رسوبي

d16 = ذرات با قطر ريزتر از 16%

d50a = dmax / 1.8

d84 = ذرات با قطر ريزتر از 84%

= نسبت عمق آب‏شستگي در محل کوله به نسبت عمق آب‏شستگي در تنگ­شدگي طويل هم ارز

dmax = ماکزيمم اندازه ذرات رسوبات غير يکنواخت

ds = عمق آب‏شستگي تعادلي رسوبات يکنواخت

dst = عمق آب‏شستگي در زمان t

Fd =، عدد فرود densimetric

Fr= ، عدد فرود جريان عبوري

Frc = ، عدد فرود جريان عبوري متناظر با سرعت بحراني

f1 = ضريب شکاف Lacey؛ 1.76d0.5

g = شتاب ثقل

h = عمق جريان عبوري

h* = عمق جريان در دشت سيلابي

K1,2، k1,2 = ضرائب

Kd = ضريب اندازه ذرات

Khl = ضريب عمق جريان – طول کوله

KI = ضريب شدت جريان

Ks، Ks* = ضريب شکل کوله و ضريب شکل کوله تصحيح شده

Kθ، Kθ* = ضريب زاويه قرار­گيري کوله نسبت به جريان و ضريب زاويه قرار­گيري کوله نسبت به جريان تصحيح شده

Kσ = تابع وابسته به σg

LR = طول reference، l2/3h1/3

l = طول عرضي يا طول جلو­آمدگي کوله

l* = عرض دشت سيلابي

M = نرخ دبي

m = ضرائب وابسته به اندازه ذرات رسوبي

N، N* = ضرائب زبري مانينگ به ترتيب براي آبراهه و دشت سيلابي

Ns = عدد شکل

n = متغير­هاي وابسته به اندازه ذرات رسوبي

Q = دبي طرح

q = شدت دبي

= r/l

s = چگالي نسبي ذرات رسوبي

T = مدت زمان رسيدن به عمق آب‏شستگي تعادلي

TR = مدت زمان بي­بعد،

T* = زماني که

t = مدت زمان

U = سرعت متوسط جريان عبوري

Ua = 0.8Ucn

Uc = سرعت بحراني براي ذرات رسوبي

Ucn = سرعت بحراني براي اندازه ذرات لايه آرمور، d50a

u، v، w = مولفه­هاي متوسط زماني سرعت در جهات (x, y, z) يا (θ, r, z)

= u / U

u* = سرعت برشي جريان عبوري

u*c = سرعت برشي بحراني براي ذرات رسوبي

u*cn = سرعت برشي بحراني براي اندازه ذرات لايه آرمور، d50a

= v / U

= w / U

ws = سرعت ته­نشيني ذرات رسوبي

X =

= x / l

xd = dst / ds

x، y، z = مختصات کارتزين

= y / l

= z / l

α = نسبت باز­شدگي، 1 – l / B

= s – 1

ϕs = زاويه شيب ديواره حفره آب‏شستگي

1-3η= ضرائب

θ، r، z = مختصات استوانه­اي قطبي

θa = زاويه برخورد

θc = تابع entrainmentشيلدز،

θt = زاويه چرخش بين مسير جريان زيرين و جهت جريان اصلي،

ρ،ρs= به ترتيب چگالي جرمي آب و ذرات رسوبي

σg = انحراف معيار هندسي

τ0 = تنش برشي بستر ناشي از جريان عبوري

τc = تنش برشي بحراني ذرات رسوبي

τcont = تنش برشي ناشي از تنگ­شدگي

= تنش برشي بستر ناشي از تنگ­شدگي،

τnose = تنش برشي بستر در محل دماغه کوله

= ضريب تشديد تنش برشي بستر تنها به علت وجود کوله، τ´nose / τ0

τ´nose = تنش برشي تنها به علت وجود کوله

= ضريب تشديد کلي تنش برشي در محل کوله با ديواره قائم، τnose / τ0

فصل اول

مقدمه

1-1- انواع کوله پل‏ها، مکانيابي و ساخت

اگر­چه مورفولوژي آبراهه­هاي رودخانه­اي از يک محل به محل ديگر تفاوت­هاي اساسي دارند، اما کوله پل‏ها خصوصيات عمومي واحدي دارند که مي­توان از آن براي تعريف نوع آن­ها جهت پيش­بيني ميدان جريان در هندسه آبراهه­هاي مختلف استفاده نمود. خصوصيات عمومي کوله پل‏ها را مي­توان در قالب نوع کوله، مکان­يابي عمومي خاکريز دسترسي و وضعيت ساخت کوله تعريف نمود. هر­يک از اين خصوصيات، به همراه هندسه آبراهه و نوع رسوب بستر، تاثير زيادي بر ميدان جريان اطراف پل و در نتيجه آب‏شستگي خواهند داشت.

1-1-1- انواع کوله پل‏ها

به طور کلي کوله پل‏ها را مي­توان به سه نوع اصلي تقسيم­بندي نمود:

1) کوله با ديواره شيب­دار[1] (رايج­ترين نوع)

2) کوله باله­اي[2]

3) کوله با ديواره قائم

در کوله­هاي با ديواره شيب­دارکناره­ها مانند وجه روبرو شيب­دار هستند (معمولا با زاويه­اي کمتر از زاويه قرار­گيري[3] مصالح استفاده شده در خاکريز)؛ و گوشه­هاي متصل کننده وجوه و کناره­ها مانند قسمتي از يک مخروط گرد مي­شوند (شکل 1-1). در کوله­هاي باله­اي نيز وجوه کناري خاکريز شيب­دار هستند، اما وجه روبرو عمودي است. زاويه بين وجه روبرو و باله­ معمولا ˚45 مي­باشد؛ گر­چه زاويه­هاي ديگري نيز به کار برده مي­شوند. به علت اتصال ناگهاني باله­ به وجه روبرويي، يک گوشه تيز تشکيل شده که باعث مي­شود جريان نسبت به کوله­هاي با ديواره شيب­دار کمتر آب­لغز[4] باشند (شکل 1-1) . در کوله با ديواره قائم، هم وجوه کناري و هم وجه روبرويي به صورت عمودي است. زاويه وجوه کناري و روبرويي، ˚90 است، بنابراين جريان از جريان اطراف کوله باله­اي هم داراي آب­لغزي کمتري مي­باشد.

شکل 1-1- شماي کلي کوله­هاي با ديواره شيب­دار و باله­اي (NCHRP- report 578، 2007)

1-1-2- مکان­يابي کوله پل‏ها

مکان­يابي کوله پل­هاي واقع بر رودخانه­ها را مي­توان با پارامتر­هاي طول کوله (L)، عرض دشت سيلابي[5] (Bf)، و نصف عرض آبراهه (B) بيان نمود. به طور معمول مکان­يابي­هاي زير رايج­اند (Morales & Ettema، 2011):

1) کوله در دشت سيلابي آبراهه مرکب به گونه­اي قرار گيرد که باشد. اين مکان­يابي براي کوله­هاي با ديواره شيب­دار معمول است.

2) کوله کل دشت سيلابي تا آبراهه اصلي را در بر­بگيرد به گونه­اي که باشد. اين مکان­يابي براي کوله­هاي باله­اي در مسيل­هاي کوچک مناسب است.

3) کوله در آبراهه مستطيلي قرار گيرد. اين مکان­يابي رايج نيست، و ممکن است به عنوان يک کوله کوتاه در يک دشت سيلابي عريض محسوب مي­شود.

1-1-3- ابعاد کوله و نحوه ساخت

پل­هاي آمريکا معمولا داراي حداقل دو خط 12 فوتي (m 66/3) هستند که براي يک عرض جاده کامل 24 فوت (m 32/7) به اضافه دو شانه راه 8 فوتي (m 44/2) در هر طرف، يک عرض 40فوتي (m 2/12) را به دست مي­دهد. خاکريز کنار نيز با شيب­هاي 2H:1V تا 3H:1V اجرا مي­شود، هر­چند رايج­ترين شيب کناره 2H:1V است.

کوله­ها معمولا بر روي يک ديوار حائل بتني، يا ستوني واقع بر روي يک pile cap نگاه داشته شده توسط شمع­ها و يا يک پي گسترده قرار مي­گيرند، و به خاکريز دسترسي متصل مي­شوند.

1-2- ميدان جريان

جريان عبوري از آبراهه يک پل که به علت وجود کوله پل‏ها و خاکريز­ها منقبض مي­شود، شبيه جريان اطراف يک تنگ­شدگي مي­باشد، با خصوصيات جرياني که در شکل (1-2) نشان داده شده­است: عرض جريان باريک شده و جريان در مقطع منقبض شده شتاب مي­گيرد و باعث ايجاد ساختار­هاي با آشفتگي زياد[6] شده (eddy­ها و گردابه­هاي مختلفي که اطراف مرز­هاي تنگ­شدگي مي­چرخند) که پراکنده شده و سپس در داخل جريان محو مي­شوند. باريک­شدگي جريان و آشفتگي در بسياري از آبراهه پل‏ها، به علت شکل و زبري کانالي که آبراهه در آن واقع شده پيچيده­تر است.

به طور معمول آبراهه­­ها از يک کانال اصلي عميق­تر که در کنار دشت­هاي سيلابي واقع شده است، عبور مي­کنند. شکل (1-3) جريان در نزديکي يک کوله با ديواره شيب­دار را که در دشت سيلابي يک آبراهه مرکب قرار دارد، نشان مي­دهد. جريان از بالا­دست به قسمت باريک­ترين مقطع، شتاب گرفته و دقيقا پايين­دست کوله، جريان با شتاب کاهنده ادامه مي­يابد. در ميدان جريان بلافاصله در پايين­دست کوله يک جدا­شدگي قبل از اينکه جريان دوباره در طول آبراهه تشکيل شود، اتفاق مي­افتد. در طرف بالا­دست کوله ممکن است گردابه­هاي کوچکي که اندازه آن­ها به طول و جهت قرار­گيري کوله بستگي دارد، تشکيل شوند
(Morales & Ettema، 2011).

شکل 1-2- جريان عبوري از يک تنگ­شدگي کوتاه (Morales & Ettema، 2011)

هنگامي­که پي کوله به صورت صلب به دشت سيلابي يا بستر متصل شده باشد، انحناي جريان اطراف تنگ­شدگي مي­تواند باعث ايجاد ساختار­هاي آشفته شود. بنابراين جريان ممکن است با ايجاد يک حرکت مارپيچي محلي (گردابه مانند) که قدرت آب‏شستگي زيادي دارد، باعث فرسايش و ايجاد يک گودال در مسير خودش شود. همچنين گردابه به وجود آمده يک سري گردابه­هاي ثانويه پيچيده­تر را ايجاد مي­کند.Wong (1982)، Tey (1984)، Kawn (1988)، Kouchakzadeh (1996) اطلاعات بيشتري درباره سيستم گردابه­ها فراهم آورده­اند.

شکل 1-3- جريان و آب‏شستگي اطراف يک کوله و خاکريز در يک آبراهه مرکب

(Morales & Ettema، 2011)

1-3- پروسه آب‏شستگي

آب‏شستگي به فرسايش ناشي از ميدان جريان وارده و شسته شدن رسوبات بستر و ديواره­هاي آبراهه اطلاق مي­شود. در محل پل دو نوع آب‏شستگي ممکن است اتفاق افتد:

1) آب‏شستگي کلي

2) آب‏شستگي کوله

در ادامه اين دو نوع آب‏شستگي به طور خلاصه تشريح مي­شود.

1-3-1- آب‏شستگي کلي

آب‏شستگي کلي حتي در غياب سازه­هاي هيدروليکي نيز اتفاق مي­افتد، و موضوع اصلي اين مطالعه نمي­باشد. آب‏شستگي کلي را مي­توان به دو ترم آب‏شستگي کوتاه مدت، به علت وقوع سيلاب، و آب‏شستگي بلند مدت، مربوط به تغييرات ژئومورفيکي مرتبط با عدم تعادل ذخيره رسوب بستر، جريان آب و شيب آبراهه، تقسيم نمود.

1-3-2- آب‏شستگي کوله پل

شکل کوله و طرز قرار­گيري آن در يک آبراهه باعث ايجاد جريان شبيه جريان عبوري از يک تنگ­شدگي باريک در آبراهه­هاي باز مي­شود. بنابراين خصوصيات اصلي آب‏شستگي را مي­توان به صورت زير تعريف نمود (Morales & Ettema، 2011):

1) آب‏شستگي کوله بسيار متاثر است از توزيع جريان عبوري از تنگ­شدگي کوتاه و ساختار­هاي آشفتگي که توسط جريان ورودي به تنگ­شدگي به وجود آمده و پخش مي­شوند.

2) براي بيشتر کوله پل‏ها وجود کوله، جريان را به طور يکنواخت در امتداد آبراهه پل منقبض مي­کند. با اين حال، در حالت خاکريز کوتاه متصل به آبراهه عريض، آب‏شستگي با دو شرط زير کاهش مي­يابد:

الف) اگر عرض آبراهه ثابت باشد و طول خاکريز کاهش يابد، عمق آب‏شستگي در محل کوله به صفر مي­رسد.

ب) براي يک شکل کوله کامل با طول ثابت در يک آبراهه با عرض زياد شونده، عمق آب‏شستگي در محل کوله به يک مقدار محدود مرتبط با آب‏شستگي اطراف يک کوله در يک آبراهه بسيار عريض مي­رسد. اين عمق آب‏شستگي را مي­توان به طور تقريبي با ترم تنگ­شدگي موضعي جريان اطراف خود کوله به تنهايي تخمين زد.

مدلسازي شرط دوم توسط مدل­هاي هيدروليکي دشوار است، زيرا اکثر فلوم­هاي آزمايشگاهي به اندازه کافي عريض نيستند.

3) در صورتي که خاکريز دسترسي يک کوله نفوذ ناپذير نباشد و جريان از آن عبور کند، آب‏شستگي کوله اساسا به صورت توسعه موضعي آب‏شستگي تنگ­شدگي مرتبط با جريان عبوري از يک تنگ­شدگي طويل گسترش مي­يابد.

4) آب‏شستگي کوله معمولا موجب فرسايش هيدروليکي و در پي آن شکست ژئوتکنيکي ديواره آبراهه اصلي و خاکريز اطراف ستون کوله مي­شود.

Ettema و همکارانش (2009) پروسه آب‏شستگي اطراف کوله پل‏ها را با مطالعات آزمايشگاهي مورد بررسي قرار دادند.

آب شستگي اطراف کوله پل‏ها يکي از دلايل معمول شکست پل‏ها بوده و معمولاً منجر به اختلال در ترافيک شده و گاهي نيز تلفات جاني در بردارد. آب شستگي پايه پل موجب فرسايش هيدروليکي مرزهاي آبراهه اطراف آن و زوال ژئوتکينکي خاکي که کوله بر آن قرار گرفته، مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. بر اين اساس، لازم است که سازه پايه پل همان گونه که در برابر شکست ژئوتکينکي مقاوم مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود، در برابر فرسايش هيدروليکي نيز محافظت شود.

در شرايط جريان ثابت، آب شستگي در بستر ماسه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي و شني در طول چند ساعت، در بستر با مصالح چسبنده در طول چند روز، بستر با مصالح شيل در طول چند ماه، بستر سنگ آهکي در طول چند سال و مصالح گرانيت سخت در طي قرن‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها به بيشينه عمق آب‏شستگي خود خواهد رسيد. در شرايط جريان معمول اطراف پل‏ها، چندين سيلاب نياز است تا ماکزيمم عمق آب شستگي اتفاق افتد.

تعيين اندازه عمق آب شستگي به علت طبيعت چرخه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي پروسه اين پديده، بسيار پيچيده است. اکثر روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و دستورالعمل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي موجود براي تعيين ميزان آب شستگي پايه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي پل بر اساس مدل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي آزمايشگاهي با مقياس کوچک و اطلاعات حاصل از مشاهدات پل­هاي ساخته شده مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد.

دو رويکرد کلي براي حفاظت پايه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي پل در برابر آب شستگي وجود دارد:

1) پايداري مکانيکي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کوله پل‏ها به وسيله واحدهاي حفاظت، که به عنوان يک لايه اضافي در برابر تنش برشي عمل کرده و از کوله در برابر آب‏شستگي محافظت مي­کنند.

2) تغيير مسير جريان بالادست، که در اين روش با استفاده از تمهيداتي با تغيير دادن مشخصات جريان عبوري از آبراهه، مانع وقوع فرسايش در اطراف کوله مي­شوند.

1-4- معرفي تحقيق

با توجه به اهميت موضوع فرسايش کوله­ها که منجر به خرابي پل که سازه مهم براي رفت و آمد محسوب مي­شود، در تحقيق حاضر به بررسي تاثير تکنولوژي جديدي که اخيرا براي کنترل آب‏شستگي در سازه­هاي آبي استفاده مي­گردد، پرداخته خواهد شد. در اين روش به جاي لايه­هاي محافظ سنتي، مانند سنگ­چين، از لايه­هاي محافظ ژئوبگ و ژئوبگ بزرگ (ژئومت) در اطراف کوله پل استفاده مي­گردد. ژئوبگ­ها کيسه­هايي از جنس ژئوتکستايل هستند که با مصالحي مانند ماسه، بتن و يا مصالح حاصل از لايروبي رودخانه­ها پر مي­شوند. در سال هاي اخير از ژئوبگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها براي کنترل فرسايش در مهندسي دريا استفاده شده است (Pilarezyk، b-2000؛ Heibaum، 2002). منتها استفاده از ژئوبگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها براي کنترل آب شستگي کوله پل‏ها به ندرت انجام گرفته است. مزيت استفاده از اين مصالح ارزان بودن آن­ها نسبت به ساير مصالح، در دسترس بودن و عدم نياز به نيروي کار با مهارت بالا براي نصب و اجرا مي باشد. اخيرا نحوه استفاده از اين مصالح براي کنترل آب شستگي کوله پل‏ها مورد مطالعه قرار گرفته است.با توجه به اينکه کاربرد ژئوبگ­ها براي کنترل آب شستگي به تازگي مورد توجه قرار گرفته است و نيز نبود ضوابط طراحي کافي، مطالعات بيشتري در اين زمينه مورد نياز است. بدين منظور ابتدا در فصل 2 مروري بر تحقيقات قبلی انجام شده و تئوري پديده آب‏شستگي در اطراف کوله پل‏ها مورد مطالعه قرار مي­گيرد. سپس در فصل 3 ضوابط طراحي ژئوبگ­ها و ژئومت­ها خواهد آمد. پس از آن در فصل 4 به معرفي نرم­افزار FLOW-3D که براي شبیه‏سازی مورد استفاده قرار گرفته­است، و نيز معادلات حاکم بر جريان، رسوب و آشفتگي پرداخته مي­شود. در فصل 5 نتايج حاصل از شبیه‏سازی با استفاده از نرم­افزار FLOW-3D و مقايسه با نتايج آزمايشات Korkut و همکارانش (2007)، تاثير استفاده از لايه ژئوبگ و ژئومت در کنترل آب‏شستگي کوله­ها مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. همچنين تاثير پارامتر­هاي مختلف در کارايي لايه ژئومت و ژئوبگ بررسي مي­گردد. در آخر و در فصل 6 نتايج و
پيشنهاد­ها براي مطالعات آينده خواهد آمد

[1]- Spill-through abutment

[2]- Wing-wall abutment

[3]- Angle of repose

[4]- Streamlined

[5]- Floodplain

[6]- Macro-turbulence


خرید و دانلود بررسي عددي تاثير ژئوبگ‏ها بر کنترل آب‏شستگي کوله پل‏ها...

ارزیابی عملکردمدل‌های هوشمندنروفازی وشبکه‌های عصبی مصنوعی درپیش‌بینی وشبیه‌سازی پارامترکیفیTDSرودخانه‌ها (مطالعه موردی: رودخانه آب شیرین)...



چکیده:

رودخانه‌ها از مهم‌ترین و متداول‌ترین منابع تأمین آب آشامیدنی، کشاورزی و صنعتی به شمار می‌آیند. این منابع به علت عبور از بسترهای مختلف و ارتباط مستقیم با محیط پیرامون خود نوسانات کیفی زیادی دارند. از اینرو پیش‌بینی کیفیت جریان رودخانه‌ها که پدیده‌ای غیر قطعی، تصادفی و تأثیرپذیر از برخی عوامل طبیعی و غیر طبیعی می‌باشد، نقش مهمی در مدیریت کیفی منابع آب ایفا می‌نماید. با توجه به نواقص موجود در داده‌های آماری می‌توان از نتایج مدل‌های شبیه‌سازی به منظور کشف نواقص، اصلاح یا تکمیل داده‌ها استفاده نمود. در راستای بررسی وضعیت کیفی یک منبع آبی، شاخص‌هایی برای کنترل کیفیت منابع آب در نظر گرفته می‌شود. جهت تحقق این امر، غلظت مواد جامد محلول (TDS) و هدایت الکتریکی (EC) ایستگاه هیدرومتری گراب واقع در رودخانه آب شیرین، برای پیش‌بینی و شبیه‌سازی تغییرات شوری مورد ارزیابی قرار گرفته است. در مدل‌های پیش‌بینی، با حفظ پیوستگی زمانی از ورودی‌های تأخیری ماهانه کل جامدات محلول برای تخمین شوری استفاده شده است و در مدل‌های شبیه‌سازی به دلیل عدم لزوم حفظ پیوستگی زمانی و کاهش خطای مدلسازی‌ها، ترکیب تصادفی مجموع آنیون‌ها و کاتیون‌ها به عنوان ورودی مدل مورد استفاده قرار گرفته است. در این مطالعه الگوریتم‌های هوشمند شبکه‌های عصبی مصنوعی و فازی-عصبی، برای مدل‌سازی سری‌های زمانی که شرایطی از قبیل ایستایی را برای به‌کارگیری تکنیک‌های کلاسیک ندارند، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نتایج، حاکی از عملکرد تقریبا مشابه دو روش فوق با دقت قابل قبولی در مدل‌سازی پارامترهای کیفی حوضه مطالعاتی می‌باشد. در پایان با توجه به نتایج بدست آمده، مدل نروفازی در مقایسه با شبکه عصبی دارای عدم قطعیت کمتری در مقادیر خروجی می‌باشد؛ به طوری که در عرض محدوده‌ی اطمینان اکثر مدلسازی‌ها، عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد.

واژه‌های کلیدی: پارامترهای کیفی، پیش‌بینی، رودخانه آب شیرین، شبکه‌های عصبی مصنوعی، شبیه‌سازی، عصبی.فازی.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مفاهیم اولیه. 8

1-1 مقدمه 8

1-2 پیش بینی هیدرولوژیکی.. 9

1-2-1 مدل‌سازی برای پیش‌بینی. 10

1-2-1-1 تعیین پیش بینی کننده مناسب.. 10

1-2-1-2 تعیین مدل مناسب.. 11

1-2-1-3 واسنجی 11

1-2-1-4 صحت سنجی مدل. 11

1-3 تحلیل سری‌های زمانی.. 12

1-3-1 بررسی فرایندهای غیر قطعی. 13

1-3-2 مدل‌های پیش‌بینی مفهومی. 13

1-4 کیفیت آب.. 14

1-4-1 کل مواد جامد محلول (TDS)14

1-4-2 هدايت الکتريکي(EC)15

1-5 کلیات تحقیق. 15

1-5-1 هدف از انجام پروژه15

1-5-2 چهارچوب کلی پایان نامه16

فصل دوم: مروری بر تحقیقات و مطالعات انجام شده18

2-1 مقدمه 18

2-2 مروری بر ادبیات موضوع. 19

2-2-1 شبکه‌های عصبی مصنوعی در هیدرولوژی.. 19

2-2-2 تحقیقات انجام شده در زمینه‌ی مدلسازی پارامترهای کیفی رودخانه‌ها20

2-2-3 تحقیقات انجام شده در زمینه‌ی سیستم استنتاج عصبی- فازی.. 25

2-2-4 تحقیقات انجام شده در زمینه‌ی مدل‌های هیبرید. 27

فصل سوم: مدل هوشمند شبکه‌های عصبی مصنوعی.. 31

3-1 مقدمه 31

3-1-1 تاریخچه شبکه‌های عصبی. 32

3-1-2 دلایل استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی. 33

3-1-2-1 قابلیت یادگیری:33

3-1-2-2 پراکندگی اطلاعات «پردازش اطلاعات به صورت متن»34

3-1-2-3 قابلیت تعمیم 34

3-1-2-4 پردازش موازی.. 34

3-1-2-5 مقاوم بودن 35

3-2 توابع انتقال. 35

3-2-1 خواص توابع سیگموئیدی.. 35

3-2-2 تابع تانژانت هیپربولیک tansig. 35

3-3 معماری شبکه‌های عصبی.. 37

3-3-1 نورون با یک بردار به عنوان ورودی.. 37

3-3-2 شبکه یک لایه38

3-4 قوانین یادگیری.. 38

3-4-1 شبکه‌های پس انتشار. 39

3-4-2 شبکه‌های Feedforward. 40

3-4-3 آموزش شبکه40

3-4-3-1 الگوریتم پس انتشار. 41

3-4-3-2 الگوریتم Levenberg- Marquardt41

3-4-3-3 توقف زودرس... 42

3-4-3-4 محدودیتهای شبکههای پس انتشار. 42

فصل چهارم:منطق فازی ومدل ترکیبی عصبی-فازی (ANFIS)43

4-1 مقدمه 43

4-1-1 سیستم‌های فازی.. 43

4-1-2 تاریخچه44

4-2 منطق فازی چیست؟. 45

4-2-1 توصیف منطق فازی.. 45

4-2-2 دلایل استفاده از منطق فازی.. 46

4-2-3 هدف منطق فازی.. 47

4-3 اصول در منطق فازی.. 48

4-3-1 مجموعه‌های فازی.. 48

4-3-2 توابع عضویت در منطق فازی.. 49

4-3-3 عملیات منطقی. 50

4-3-4 قواعد if – then. 51

4-4 سیستم‌های استنتاج فازی.. 53

4-4-1 تعریف سیستم‌های استنتاج فازی.. 53

4-4-2 استنتاج فازی به روش سوگنو. 54

4-4-3 مقایسه روش‌های ممدانی و سوگنو. 54

4-5 ANFIS 55

4-5-1 ANFIS چیست؟. 55

4-5-2 یادگیری مدل و استنتاج از طریق ANFIS. 55

4-5-3 ساختار FIS و تنظیم پارامتر. 55

4-5-4 شبکه های یادگیرنده تطابقی عصبی فازی ANFIS. 56

4-5-5 معتبرسازی مدل با استفاده از مجموعه داده‌های آزمایشیو داده‌های وارسی. 58

4-5-6 محدودیت‌های ANFIS. 59

4-5-7 ساختار و نحوه‌ی ایجاد مدل نروفازی.. 59

4-5-7-1 افراز شبکه‌ای 60

4-5-7-2 کلاسترینگ تفاضلی.. 60

4-5-7-3 C – Means فازی.. 61

فصل پنجم: تدوین مدل‌های هوشمند شبیه‌سازی و پیش‌بینی پارامترهای کیفی.. 63

5-1 مقدمه 63

5-1-1 مدل‌های مورد استفاده65

5-1-2 مشخصات حوزه رودخانه و ایستگاه مورد مطالعه65

5-1-3 بررسی سازگاری داده‌ها68

5-2 انتخاب ورودی.. 69

5-2-1 انتخاب ورودی مدل‌ها برای شبیه‌سازی پارامترهای کیفی. 69

5-2-2 انتخاب ورودی مدل‌ها برای پیش‌بینی پارامترهای کیفی. 70

5-3 طراحی شبکه عصبی.. 72

5-3-1 تعداد لایه‌های مخفی مورد نیاز. 72

5-3-2 تعداد نورون‌های مورد نیاز لایۀ مخفی. 73

5-3-3 نوع توابع انتقال مورد استفاده73

5-3-3-1 نرمال سازی داده‌ها74

5-3-4 انتخاب توابع آموزش شبکه74

5-3-5 ساختار شبکه عصبی مورد استفاده76

5-3-6 الگوریتم شبکه عصبی طراحی شده برای شبیه‌سازی و پیش‌بینی تغیرات شوری.. 76

5-4 ارزیابی مدل‌ها78

5-4-1 ریشه میانگین مربعات خطا78

5-4-2 میانگین درصد خطای مطلق. 78

5-4-3 ضریب کارایی شبکه78

5-4-4 میانگین خطای مطلق. 79

5-4-5 مجذور ضریب همبستگی. 79

5-5 نتایج پیش‌بینی پارامترهای کیفی رودخانهآب‌شیرین-ايستگاهگرآب.. 79

5-5-1 نروفازی (ANFIS)79

5-5-1-1 نروفازی در پیش‌بینیEC با ساختار genfis2. 80

5-5-1-2 نروفازی در پیش‌بینیEC با ساختار genfis3. 82

5-5-2 شبکه‌های عصبی در پیش‌بینی EC گام زمانی آینده ایستگاه گراب.. 85

5-6 نتایج شبیه‌سازی پارامترهای کیفی رودخانهآب‌شیرین-ايستگاهگرآب.. 89

5-6-1 شیبه‌سازی TDS با نروفازی genfis1. 89

5-6-2 شیبه‌سازی TDS با نروفازی genfis2. 90

5-6-3 شبکه‌های عصبی در شبیه‌سازی TDS ایستگاه گراب.. 91

5-6-4 مقایسه نتایج شبیه‌سازی مدل‌های شبکه عصبی و نروفازی.. 94

5-7 مدلسازی مربوط به رودخانه رود زرد (ایستگاه ماشین)95

5-7-1 منطقه مورد مطالعه95

5-7-1 نتایج پیش‌بینی پارامتر کیفیTDS رودخانه رود زرد. 96

5-7-2-1 نروفازی در پیش‌بینیTDS گام زمانی آینده رودخانه رود زرد-ایستگاه ماشین.. 96

5-7-2-2 شبکه‌های عصبی در پیش‌بینی TDS گام زمانی آینده رودخانه رود زرد-ایستگاه ماشین.. 97

5-7-2-3 مقایسه نتایج پیش‌بینی مدل‌های شبکه عصبی و نروفازی.. 98

5-7-2 نتایج شبیه‌سازی پارامتر کیفی TDSرودخانه رود زرد. 98

5-7-3-1 نروفازی در شبیه‌سازی TDS رودخانه رود زرد-ایستگاه ماشین.. 98

5-7-3-2 شبکه‌های عصبی در شبیه‌سازی TDS گام زمانی آینده رودخانه رود زرد-ایستگاه ماشین.. 99

5-7-3-3 مقایسه نتایج شبیه‌سازی مدل‌های شبکه عصبی و نروفازی رودخانه رود زرد. 99

فصل ششم: نتایج و پیشنهادات.. 101

6-1 کلیات 101

6-2 مزایای پارامترهای کیفی مدلسازی شده102

6-3 بهبود نتایج در تحقیقات آتی.. 104

منابع و مراجع:106

الف: منابع فارسی. 106

ب: منابع لاتین 107

پیوست الف : Genfis1 110

پیوست ب : Genfis2 110

پیوست ت : Genfis3 111

فهرست اشکال

عنوان  صفحه

شکل 3-1.تطابق و هم سنجی بین ورودی و هدف در شبکه‌های عصبی.. 31

شکل 3-2.تغییر خطای دسته آموزشی و آزمایشی به ازای تعداد تکرار آموزش 33

شکل 3-3.تغییر در قدرت حفظ و تعمیم بر اساس ورودی و خروجی.. 34

شکل 3-4.الف)تابع تانژانت سیگموئید ب) مشتق تابع تانژانت سیگموئید. 36

شکل 3-5.نمودار تابع انتقال تانژانت سیگموئید به ازای n های مختلف... 36

شکل 3-6.الف) نورون با یک بردار به عنوان ورودی ب) نمایش ساده لایه نورون‌ها37

شکل 3-7.شبکه‌ای یک لایه با R ورودی و S نورون. 38

شکل 3-8.شبکه دو لایه tansig / purelin. 40

شکل 4-1.مکانیسم مربوط به ورودی و خروجی در حل مسئله. 46

شکل 4-2.یک توصیف عمومی از سیستم استنتاج فازی.. 47

شکل 4-3.الف: درک انسان‌ها از فصول ب: تعریف نجومی فصول. 48

شکل 4-4.دو تابع عضویت الف: تابع عضویت ذوزنقه‌ای ب: تابع عضویت مثلثی.. 49

شکل 4-5.الف: gbellmf تابع عضویت ناقوس تعمیم یافته ب: gauss2mf تابع عضویت ترکیب دو منحنی گاوسی ج: gaussmf تابع عضویت منحنی ساده گاوسی.. 50

شکل 4-6.جداول درستی استاندارد AND، OR، Not برای استفاده در منطق فازی.. 50

شکل 4-7.جداول درستی استانداردAND, OR, NOT دو مقداری و چند مقداری.. 51

شکل 4-8.الف: سیستم استنتاج فازی از قوانین اگر-آنگاه به صورت TSK ب: شبکه ANFIS با دو متغیر ورودی معادل با سیستم ارائه شده در الف.58

شکل 5-1.سری زمانی مشاهداتی ماهانه EC ایستگاه گراب 16/11/61-15/6/84. 66

شکل 5-2.سری زمانی مشاهداتی ماهانه TDS ایستگاه گراب 61-81. 66

شکل 5-3.ضریب همبستگی و رابطه EC و TDS در ایستگاه گراب رودخانه آب شیرین. 67

شکل 5-4.حوزهآب ریززهره، رودخانه فهلیان، رودخانه آب شیرین، ایستگاه گراب.. 67

شکل 5-5.تحلیل جرم مضاعف برای بررسی سازگاری داده‌ها69

شکل 5-6.خط تاخیر ترتیبی.. 72

شکل 5-7.طرحی از ساختار یک شبکه عصبی سه لایه با یک لایه پنهان. 73

شکل 5-8.نمودار دو تابع انتقال مهم و پرکاربرد تابع واکنش سیگموئیدی.. 74

شکل 5-9.شبکه سه لایه tansig / purelin مورد استفاده در مدل‌سازی.. 76

شکل 5-10.فلوچارت شبیه‌سازی و پیش‌بینی تغییرات شوری با استفاده از ANN 77

شکل 5-11.خطای RMSE برای داده‌های آموزشی، اعتبارسنجی و آزمایشی.. 81

شکل 5-12.پیش‌بینی EC در گام زمانی یک ماه آینده توسط genfis2. 82

شکل 5-13.RMSE پیش‌بینی EC به ازای تعداد کلاستر و تابع عضویت ورودی مختلف... 83

شکل 5-14.سری زمانی پیش‌بینی شده داده‌های آزمایشی EC ایستگاه گراب در گام زمانی یک ماه آینده توسط genfis3 .84

شکل 5-15.خطای اموزشی و اعتبارسنجی ANFIS تولید شده برای تکرارهای مختلف... 84

شکل 5-16.خطای آموزشی، اعتبارسنجی و آزمایشی پیش‌بینیEC باتعداد نرون‌های مختلف... 86

شکل 5-17.مقادیر مشاهداتی و پیش‌بینی شده EC یک ماه آینده توسطANN.86

شکل 5-18.نحوه کاهش خطا و فرایند تعداد تکرارهای آموزشی و آزمایشی تا توقف آموزش... 87

شکل 5-19.خطای rmse شبکه‌های پس انتشار با الگوریتم‌های آموزشی مختلف... 88

شکل 5-20.شبیه‌سازی داده‌های آزمایشی TDS ایستگاه گراب توسط genfis1. 89

شکل 5-21.شبیه‌سازی داده‌های آزمایشی TDS ایستگاه گراب توسط genfis2شیبه‌سازی TDS با نروفازی genfis3 90

شکل 5-22.شبیه‌سازی داده‌های آزمایشی TDS ایستگاه گراب توسط genfis3. 91

شکل 5-23.شبیه‌سازی داده‌های آزمایشی TDS ایستگاه گراب توسط ANN .92

شکل 5-24.میانگین خطای آموزشی، اعتبارسنجی و آزمایش شبیه‌سازی باتعداد نرون‌مختلف... 93

شکل 5-25.فرایند کاهش خطا در تعداد تکرارهای آموزشی و آزمایشی تا توقف آموزش... 93

شکل 5-26.سری زمانی مشاهداتی TDS ماهانه رودخانه رود زرد- ماشین (1369-1386)96

شکل 5-27.مقادیر مشاهداتی و پیش‌بینی شده TDS یک ماه آینده توسطANFIS.96

شکل 5-28.مقادیر مشاهداتی و پیش‌بینی شده TDS یک ماه آینده توسطANN.97

شکل 5-29.شبیه‌سازی داده‌های آزمایشی TDS رودخانه رود زرد توسط genfis3. 98

شکل 5-30.شبیه‌سازی داده‌های آزمایشی TDS رودخانه رود زرد توسط ANN .99

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 5-1.مشخصات آماری پارامترهای کیفی ایستگاه گراب.. 69

جدول 5-2.تأخیرهای زمانی ورودی مدل‌های پیش‌بینی.. 71

جدول 5-3.مشخصات آماری گام‌های زمانی مختلف پارامتر EC 71

جدول 5-4.خطای RMSE برای داده‌های آموزشی، اعتبارسنجی و آزمایشی پیش‌بینی EC به ازای تعداد کلاستر و تابع عضویت ورودی مختلف 83

جدول 5-5.پارامتر‌های مختلف خطای مدلسازی EC در مراحل آموزش، اعتبارسنجی و آزمایش مدل‌های پیش‌بینی با FIS ایجاد شده توسط genfis2 و genfis3 .85

جدول 5-6.پارامترهای مختلف خطای مدلسازی هدایت الکتریکی در مراحل آموزش، اعتبارسنجی و آزمایش مدل‌های پیش‌بینی شبکه عصبی.87

جدول 5-7.خطای پیش‌بینی هدایت الکتریکی در سعی‌های مکرر توسط شبکه عصبی 88

جدول 5-8.مقایسه نتایج روش‌های مختلف ANFIS در شبیه‌سازی TDS گراب.. 91

جدول 5-9.مقایسه نتایج روش ANN و ANFIS در شبیه‌سازی TDS گراب.. 94

جدول 5-10.مقایسه نتایج روش ANN و ANFIS در پیش‌بینی TDS رودخانه رود زرد. 98

جدول 5-11.مقایسه نتایج روش ANN و ANFIS در شبیه‌سازی TDS رودخانه رود زرد. 99

فصل اول: مفاهیم اولیه

1-1 مقدمه

یکی از مهم‌ترین عوامل توسعه هر منطقه در دسترس بودن منابع آب با کیفیت است. شناخت وضعیت آلودگی رودخانه‌ها سبب گردیده است، برنامه‌ریزی‌های مدیریتی به منظور کنترل کیفیت آب رودخانه‌ها در آینده از اهمیت بیشتری برخوردار ­گردد. پیش‌بینی کیفیت جریان رودخانه‌ها در بازه‌های زمانی آینده، با وجود تاثیرپذیری از برخی عوامل طبیعی و غیر طبیعی، نقش مهمی در مدیریت کیفیت منابع آب ایفا می‌نماید.

با پیش‌بینی نمودن کیفیت جریان رودخانه‌ها علاوه بر مدیریت بهره‌برداری منابع آب به منظور تأمین نیاز، و اجازه‌ی برداشت‌های کشاورزی و صنعتی بیشتر در بازه‌های زمانی که رودخانه از آلودگی بیشتری برخوردار است می‌توان با استفاده از مسیرهای انحرافی از ورود جریان‌های با بار آلودگی بالا که تأثیر نامطلوبی بر کیفیت آب مخازن دارد جلوگیری به عمل آورد. همچنین به دلیل وجود نقص داده‌های آماری در داده‌های کمی و کیفی ایستگاه‌های هیدرومتری می‌توان از نتایج مدل‌ شبیه‌سازی پارامترهای کیفی به منظور صحت، کشف نواقص، اصلاح یا تکمیل داده‌ها استفاده نمود. مدل‌های تجربی که بدون توجه به پارامترهای مورد استفاده، سعی در ایجاد رابطه‌ای بین داده‌های ورودی و خروجی دارند به مدل‌های هوشمند مشهور هستند. در واقع منطق فازی، محاسبات عصبی و الگوریتم‌های ژنتیک شالوده‌های علم محاسبات نرم را تشکیل می‌دهند. بر خلاف محاسبات سخت[1]، محاسبات نرم[2] با عدم قطعیت موجود در دنیای واقعی سازگار می‌باشد. می‌توان اصول پایه در محاسبات نرم را در قالب یک جمله و به صورت زیر بیان نمود:

«بهره برداری از تلورانس نادرستی، عدم قطعیت و حقیقت جزئی[3] در راستای رسیدن به یک راه حل انعطاف پذیر، محکم و کم هزینه»[63]

در پیش‌بینی پارامترهای کیفی می‌توان از تاخیرهای زمانی همان پارامتر، به دلیل فراوانی و دسترسی بیشتر نسبت به سایر پارامترها از جمله دبی، دما، رنگ و ... به عنوان ورودی‌های مدل استفاده کرد. در واقع یکی از روش‌های پیش‌بینی فرایندهای طبیعی و غیر طبیعی از جمله آلودگی، استفاده از سری‌های زمانی تاخیری همان پارامتر به عنوان پیش‌بینی کننده می‌باشد. 1- هدف اصلی در این تحقیق استفاده از مدل‌های هوشمند شبکه عصبی و فازی-عصبی در تخمین شوری یک گام زمانی آینده با بررسی تاثیر سری های زمانی تاخیری ماهانه، در منطقه مورد مطالعه می‌باشد.

2- در ادامه مسئله شبیه‌سازی TDS با استفاده از غلظت یون‌های مختلف موجود در آب، PH و دبی به عنوان ورودی مدل‌ها مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. تغییرات TDS با دیگر پارامترهای کیفی در رودخانه‌های مختلف محاسبه شده که در بین این پارامترها مجموع آنیون و مجموع کاتیون به عنوان ورودی‌های مدل شبیه‌سازی انتخاب شده است و نتایج مربوط به هر کدام از مدل‌ها مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

1-2 پیش بینی هیدرولوژیکی

پیش‌بینی[4] در هیدرولوژی به معنی تخمین شرایط هیدرولوژیکی و هواشناسی در یک بازه زمانی خاص می‌باشد. پیش‌بینی‌های هیدرولوژیکی را می‌توان به دو دسته کوتاه مدت و بلند مدت تقسیم نمود. پیش‌بینی‌های کوتاه مدت اغلب دارای افق زمانی در حد چند روز می‌باشند و به منظور هشدار و بهره‌برداری زمان واقعی سیستم‌های منابع آب به کار می‌روند. در مقابل پیش‌بینی‌های بلند مدت، دارای افق زمانی بیش از یک هفته تا یک سال می‌باشند و برای مدیریت منابع آب مانند تخصیص آب برای آبیاری و کاهش اثرات خشکسالی از طریق مدیریت منابع آب به کار می‌روند.

پیش‌بینی کوتاه مدت معمولاً از دقت بیشتری برخوردار بوده و آسان‌تر به دست می‌آید. روابط ریاضی و فیزیکی برای این پیش‌بینی‌ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته و قابلیت شبیه‌سازی بهتری دارند. در مقابل پیش‌بینی‌های بلند مدت به علل مختلف دارای خطای بیشتری بوده و از پیچیدگی‌های بیشتری در مدل‌سازی و شبیه‌سازی برخوردارند. به همین اندازه اهمیت آن‌ها برای یک سیستم مدیریت منابع آب بسیار زیاد می‌باشد به طوری که افزایش میزان اندکی از دقت در این پیش‌بینی‌ها فواید زیادی را عاید سیستم بهره برداری خواهد نمود. نخستین و بدیهی‌ترین فایده حاصل از پیش‌بینی‌ها با افق‌های زمانی بلند مدت، پویاتر شدن تصمیم گیری‌های مبتنی بر ذخیره و آزاد سازی آب می‌باشد [14].

از این رو پیش‌بینی‌های ماهانه و فصلی مربوط به پارامترهای کیفی رودخانه‌ها و تغییرات شوری جزء پیش‌بینی‌های بلند مدت محسوب می‌شود و نتایج حاصل از این پیش‌بینی‌ها در مدیریت کیفیت منابع آب اهمیت بسزایی دارد.

1-2-1مدل‌سازی برای پیش‌بینی

فرآیند مدل‌سازی برای پیش بینی شامل مراحل زیر است:

  • تعیین پیش‌بینی کننده مناسب
  • تعیین مدل پیش‌بینی مناسب
  • کالبیراسیون مدل
  • صحت‌سنجی مدل

1-2-1-1 تعیین پیش بینی کننده مناسب

اولین گام در مدل‌سازی برای پیش‌بینی، استفاده از پیش‌بینی کننده مناسب می‌باشد. استفاده از پیش‌بینی کننده‌های مناسب بستگی به شرایط فیزیکی حاکم بر منطقه و حوزۀ مورد مطالعه دارد.

متغیرهای شاخصی که برای پیش‌بینی کیفیت جریان به کار می‌روند شامل:

دبی جریان در بازه‌های زمانی گذشته، هدایت الکتریکی EC و کل جامدات محلول TDS می‌باشد و همچنین بقیه پارامترهای کیفی اندازه‌گیری شده جریان را در برمی‌گیرد.

شکل کلی معادلاتی که بر اساس این متغیرها به دست می‌آیند به صورت زیر است:

Q = f (X1 , X2 , X3 , … , Xn )

که در آن Xi،iامین متغیر شاخص از بین n متغیر است و Q نیز کیفیت جریان یا پارامتر شوری جریان در دوره زمانی دلخواه پیش‌بینی است.

1-2-1-2 تعیین مدل مناسب

مدل‌های مختلف آماری و مفهومی برای پیش‌بینی و مدل‌سازی متغیرهای هیدرولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سه روش مدل‌سازی پدیده‌های هیدرولوژیکی[19]

بررسی و تحلیل پدیده‌های مختلف در حوزۀ مهندسی آب و محیط زیست مانند مدیریت کیفی منابع آب را بنابر مقتضیات طرح (اهمیت، دقت مورد نظر، امکانات و زمان) می‌توان در قالب سه روش کلی زیر انجام داد:

ü روش‌های عددی

ü روش‌های تجربی (آزمایشگاهی و میدانی)

ü روش‌های یادگیری بر اساس نمونه (هوش مصنوعی یا داده کاوی)

در دهه‌های اخیر ابزار محاسبات نرم و سیستم‌های هوشمند به عنوان روش‌های جدید مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده مهندسی معرفی شده‌اند. پایۀ و اساس این روش، در دو مقوله‌یآمار و هوش مصنوعی خلاصه می‌گردد که روش‌های هوش مصنوعی به عنوان روش‌های یادگیری ماشین در نظر گرفته می‌شوند. این روش‌ها در واقع رابطۀ بین پارامترهای وابسته و مستقل را تعیین نموده و به نوعی مناسب‌ترین تابع را بر روی آن‌ها برازش می‌دهند و قادر به تقریب هر تابع غیر خطی می‌باشند [11]، [‎47].

1-2-1-3 واسنجی

واسنجی[5] مدل شامل فرآیندی است که طی آن پارامترهای یک مدل بر اساس اطلاعات مشاهده شده مسئله مورد نظر، مشخص می‌گردند. نحوه تعیین و مشخص کردن پارامترهای مدل بستگی به نوع مدل مورد استفاده دارد اما در تمام مدل‌ها داشتن اطلاعات کافی از پیش‌بینی کننده‌ها و مقادیر متناظر متغیر وابسته و مشاهده شده لازم است[‎47].

1-2-1-4 صحت سنجی مدل[6]

خطاهای موجود در پیش‌بینی‌ها از عوامل زیر ناشی می‌شود:

خطای مدل: که به عدم ایجاد ارتباط صحیح بین متغیرهای مستقل و وابسته اطلاق می‌گردد.

خطای اطلاعات: که ناشی از اطلاعات غلط به عنوان ورودی به مدل است.

خطای پیش‌بینی شوری: که به خطا در پیش‌بینی کیفیت جریان در دوره زمانی دلخواه در پیش‌بینی اطلاق می‌گردد و معمولاً برای مدل‌های که بر اساس شبیه‌سازی مفهومی به کار گرفته می‌شوند به وجود می‌آید.

صرف نظر از نوع خطا در مدل پیش‌بینی، همواره استفاده از مدلی ترجیح داده می‌شود که خطای کمتری تولید کند. صحت سنجی مدل‌های پیش‌بینی به منظور سنجش دقت مدل‌ها در انجام پیش بینی انجام می‌گردد [14].

1-3 تحلیل سری‌های زمانی

به علت پیچیدگی و عدم دانش کافی در مورد فرآیندهای فیزیکی در چرخه هیدرولوژیکی، ساخت مدل‌های آماری و گسترش آن‌ها برای فرآیندها، همیشه مورد توجه مهندسین بوده است. اساس بسیاری از تصمیم گیری‌ها در فرآیندهای هیدرولوژیکی و تصمیمات بهره‌برداری از منابع آب بر پایه پیش‌بینی و تحلیل سری‌های زمانی می‌باشد. به عنوان مثال بهره‌برداری در زمان واقعی از مخازن سدها نیازمند آگاهی از آورد جریان ورودی به مخزن در آینده می‌باشد که این امر به وسیله پیش‌بینی سری زمانی جریان رودخانه امکان پذیر است. به عنوان مثالی دیگر برای کاهش ورودی جریان‌های با آلودگی بالا به مخازن و به منظور کاهش آلودگی رودخانه‌ها و مخازن سدها، نیازمند آگاهی از کیفیت جریان ورودی به مخزن در آینده می‌باشد؛ که این امر به وسیله پیش‌بینی سری زمانی کیفیت جریان رودخانه امکان پذیر است. به منظور کاهش بار آلودگی رودخانه‌ها و کاهش آلودگی ورودی به مخازن سدها، می‌توان با انحراف جریان‌ و همچنین اجازه‌ی برداشت‌های بیشتر کشاورزی و صنعتی در بازه‌های زمانی با آلودگی بالا نسبت به کاهش بار آلودگی رودخانه اقدام نمود.

از سوی دیگر کمبود اطلاعات در بسیاری از زمینه‌ها و تحلیل‌ فرآیندهای هیدرولوژیکی، منجر به ارائه روش‌هایی جهت تولید اطلاعات مصنوعی از روی اطلاعات مشاهداتی شده است. در سال‌های اخیر ترکیب فرآیندهای فیزیکی به صورت مدل‌های مفهومی با مدل‌های آماری اساس بسیاری از روش‌های جدید پیش‌بینی و تحلیل سری‌های هیدرولوژیکی بوده است. کاربرد متغیرهای تصادفی در زمینه هیدرولوژی و منابع آب از اوایل قرن بیستم آغاز شده است. تلاش‌های انجام شده در زمینه تحلیل و پیش‌بینی سری‌های زمانی هیدرولوژیکی، به دسته‌بندی‌های زیر قابل تقسیم می‌باشد:

بررسی و شناخت طبیعت غیر قطعی متغیرها و عوامل موثر بر تغییرات آن‌ها

روش‌های مدل‌سازی سری‌های زمانی

ارزیابی مدل‌ها

مجموعه‌ای از اطلاعات اندازه‌گیری شده یک پدیده و یا کمیت قابل اندازه گیری، متغیر نامیده می‌شود. کمیت‌های قابل اندازه گیری پدیده‌های مختلفی که چرخه آبی را تشکیل می‌دهند را متغیرهای هیدرولوژیکی می‌نامند. متغیرهای هیدرولوژیکی عموماً با مکان و زمان تغییر می‌کنند. توالی این متغیرها به ترتیب وقوع آن‌ها در زمان، سری‌های زمانی متغیرهای هیدرولوژیکی نامیده می‌شود. در ریاضیات توصیف رفتار یک پدیده در بعد مکان و زمان را یک فرآیند[7]می‌نامند. اگر یک فرآیند شامل ترکیبات تصادفی باشد این فرایند یک فرآیند غیر قطعی نامیده می‌شود. اکثر سری‌های زمانی متغیرهای هیدرولوژیکی از یک فرایند غیر قطعی تبعیت می‌کنند [14].

1-3-1 بررسی فرایندهای غیر قطعی

اغلب فرایندهای فیزیکی در طبیعت، رفتاری متغیر دارند. به عنوان مثال شدت بارش، بزرگی سیلاب، آلودگی رودخانه تغییرات زیادی در یک منطقه دارد. جهت آگاهی از تغییرات این پدیده‌ها در رخدادهای آتی، تغییرات رفتاری آن‌ها در دوره ثبت اطلاعات، تحت عنوان بررسی فرآیند غیر قطعی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

1-3-2 مدل‌های پیش‌بینی مفهومی

مدل‌های مفهومی نیز همانند مدل‌های آماری، نگاشتی بین مقادیر مستقل و متغیر پیش‌بینی برقرار می‌سازند. تفاوت اصلی این مدل‌ها، در مقایسه با مدل‌های آماری این است که مرحله کالیبراسیون آن‌ها با استفاده از روابط آماری یا فیزیکی انجام نمی‌پذیرد، بلکه با استفاده از اطلاعات مبتنی بر تجربیات و مشاهدات قوی به دست می‌آید. هدف استفاده از مدل‌های مفهومی تهیه و تدوین ابزاری برای شبیه‌سازی روابط درونی و معادلات فیزیکی با استفاده از ورودی‌ها و خروجی‌های (مشاهدات) یک سیستم است. روش‌های کالیبراسیون این مدل‌ها نیز عموماً بر اساس روش‌های تجربی یا روش‌های نوین مبتنی بر هوش مصنوعی انجام می گردنند. از معروف‌ترین و پرکاربردترین روش‌های موجود در این زمینه، شبکه‌های عصبی هستند که به خصوص در دهه اخیر کاربرد فراوانی در تخمین متغیرها در مسائل مختلف داشته‌اند.

1-4 کیفیت آب

یکی از موضوعات بسیار مهم در هیدرولوژی کاربردی کیفیت آب است. زیرا عمده فعالیت‌های آب شناسی در جهت تأمین آب برای مصارف کشاورزی و یا شرب و صنعت می‌باشد که هر کدام به لحاظ کیفی می‌بایست دارای ویژگی‌های کیفی و معیارهای مشخصی باشند و اگر تأمین چنان آبی مقدور نباشد این فعالیت‌ها بلااثر می‌باشد. امروزه بررسی‌های کیفی آب دامنۀ گسترده‌تری پیدا کرده و مسائل مربوط به آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی را شامل می‌گردد. موضوع آلودگی نه تنها در کشورهای صنعتی بلکه در کشورهای کشاورزی و در حال توسعه مطرح می‌باشد.

شوری از معیارهای مهم کیفیت آب برای مصارف کشاورزی و شرب است. شوری برخلاف آنچه از نام آن تداعی می‌شود تنها مربوط به نمک طعام نیست بلکه کلیۀ نمک‌های محلول در آب را که باعث افزایش فشار اسمزی می‌گردد شامل می‌شود [10].

1-4-1کل مواد جامد محلول (TDS)

کل مواد جامد محلول در آب به استثنای رسوبات معلق، مواد کلوئیدی و گازهای محلول را TDS گویند و بر حسب میلی گرم بر لیتر نمایش می‌دهند. دو راه برای محاسبه آن وجود دارد:

1-مجموع تمامی یون‌های موجود در یک لیتر آب را بر حسب mg/l محاسبه می‌نمایند.

2-باقی‌مانده حاصل از تبخیر یک لیتر آب در دمای180 oC یا بینoC 110- 105 را بر حسب mg محاسبه می‌نمایند.

TDS در برگیرنده نمک‌های غیر آلی نظیر کلسیم، منگنز، پتاسیم، سدیم، بیکربنات، کلرید، سولفات و همین‌طور برخی مواد آلی موجود در آب به مقدار کمتر می‌باشد. TDS در آب شرب از منابع طبیعی، فاضلاب، رواناب شهری و فاضلاب‌های صنعتی سرچشمه می‌گیرد.

1-4-2 هدايت الکتريکي(EC)

مقاومت الکتريکي ويژه هر جسم بنا به تعريف ، مقاومت مکعبي از آن جسم است به ضلع يک سانتيمتر و در مورد آب مقاومت ويژه ، مقاومت ستوني از آب مورد آزمايش به بلندي يک سانتيمتر است که بين دو الکترود فلزي به سطح يک سانتيمتر مربع محصور شده است.

واحد مقاومت ويژهOhm.cm و ياOhm.cm2/cm است و نظر به اينکه واحد بزرگي است ، يک ميليونيوم آنرا که μ–ohm.cm باشد واحد مقاومت الکتريکي آب انتخاب شده است.

هدايت الکتريکي ويژه[8] آب عکس مقاومت ويژه می‌باشد و آن استعدادي است که آب جهت هدايت جريان الکتريکي از خود نشان مي دهد.

رابطه C=1/R بين هدايت ويژه و مقاومت ويژه بر قرار خواهد بود، که در آن :Cهدايت ويژه و R مقاومت الکتريکي است.

واحد هدايت ويژه μmhos/cm است که عکس مقاومت واحد الکتريکي است. غلظت و نوع املاح محلول و حرارت آب در هدايت الکتريکي ويژه موثر واقع مي شود و هدايت الکتريکي آب طبق استاندارد آمريکائي در 25 درجه سانتيگراد و عطف به استاندارد فرانسوي درֹ18 درجه سانتيگراد اندازه گيري مي‌شود. هدايت الکتريکي غالب آبهاي شيرين که مناسب استفاده جهت شرب تشخيص داده شده بين 50 تا 500 ميکروموس بر سانتيمتر است و در فاضلاب‌هاي شهري رقم هدايت الکتريکي نزديک به رقم هدايت الکتريکي آبي است که در شهر توزيع شده است مگر اينکه اختلاط فاضلاب با پس آب صنعتي هدايت الکتريکي را تغيير دهد و در اين صورت ممکن است هدايت الکتريکي تا 10000 ميکروموس نيز برسد [16].

1-5 کلیات تحقیق

1-5-1هدف از انجام پروژه

با توجه به سری زمانی مشاهداتی پارامتر TDS، ملاحظه می‌شود داده‌های سه سال مربوط به ایستگاه گراب-رودخانه آب شیرین مفقود می‌باشد، بنابراین یکی از اهداف تحقیق فوق در مدل‌های مربوط به شبیه‌سازی، ارائه مدلی برای بازسازی داده‌های مفقوده‌ی این ایستگاه طی این سه سال می‌باشد.

در مورد مدل‌های پیش‌بینی، بیشتر بودن جامعه آماری پارامتر EC نسبت به پارامتر TDS و انجام مدل‌سازی با مجموعه آماری بیشتر، موجب افزایش اعتبار مدل‌سازی می‌شود، بنابراین مدل مربوط به پیش‌بینی هدایت الکتریکی (EC) گام زمانی یک ماه آینده توسط ورودی‌های تأخیری همین پارامتر در گام‌های زمانی پیشین انجام می‌شود.

ANFIS[9] به کمک مجموعه‌ای از داده‌های ورودی / خروجی یک سیستم استنتاج فازی ([10]FIS) ایجاد می‌کند. پارامترهای توابع عضویت این سیستم از طریق الگوریتم پس انتشار یا ترکیب آن با روش حداقل مربعات تنظیم می‌شوند. این عملیات تنظیم به سیستم‌های فازی اجازه می‌دهد تا ساختار خود را از مجموعه داده‌ها فرا بگیرد.

برای تغییر نگاشت بین ورودی و خروجی می‌توان از ساختارهای شبیه به شبکه‌های عصبی استفاده نمود. در واقع می‌توان برای نگاشت ورودی‌ها به توابع عضویت و پارامترهای آن و سپس نگاشت توابع عضویت خروجی به خروجی‌ها، از شبکه‌های عصبی استفاده نمود.

نوآوری: لازم به ذکر است روش نروفازی برای اولین بار در زمینه تحلیل شوری آب رودخانه به کار گرفته شده و همچنین تاکنون چنین مقایسه جامعی میان عملکرد این مدل‌ها در این حوزه انجام نشده است.

در پایان نتایج مربوط به مدل‌های مختلف ANFIS ، شامل سیستم‌های استنتاج فازی ایجاد شده توسط genfis1، genfis2، genfis3 و مدل شبکه عصبی مصنوعی مقایسه شده است. کلیه مراحل مدلسازی‌های مربوط به شبیه‌سازی و پیش‌بینی پارامترهای کیفی در محیط نرم‌افزار مطلب انجام شده است.

1-5-2 چهارچوب کلی پایان نامه

در این پایان نامه مدل‌های هوشمند شبیه‌سازی و پیش‌بینی پارامترهای کیفی رودخانه‌ها ارائه شده است.

در فصل دوم، ابتدا مروری بر تحقیقات داخلی و خارجی انجام یافته در زمینه استفاده از مدل‌های داده‌کاوی در مطالعات منابع آب و مدیریت کیفی منابع آب، که در دهه اخیر افزایش چشمگیری داشته، ارائه شده است. در ادامه خلاصه‌ای از برخی مطالعات و تحقیقات انجام شده در زمینه شبیه‌سازی و پیش‌بینی و تحلیل عدم قطعیت پارامترهای کیفی رودخانه‌ها توسط مدل‌های هوشمند و مدل‌های هیبرید ارائه شده است. همچنین مطالعاتی در زمینه بررسی و تخمین تغییرات شوری رودخانه‌های داخلی و خارجی توسط روش‌های کلاسیک و روش‌های داده مبنا ارائه شده است.

در فصل سوم، مبانی تئوری و کاربردی شبکه‌های عصبی مصنوعی؛ تاریخچه و دلایل استفاده از این روش آورده شده است. الگوریتم‌های اموزشی و قوانین یادگیری شبکه به همراه روش‌های مختلف آموزش مورد بررسی قرار گرفته است. شبکه‌های متداول در زمینه مهندسی آب از جمله شبکه پرسپترون چند لایه [11](MLP) با الگوریتم آموزشی پیشخور ([12]FF) پس انتشار خطا ([13]BP) توضیح داده شده. ساختار شبکه، تعداد لایه‌های شبکه شامل لایه ورودی، لایه میانی و لایه خروجی ارائه شده است. توابع انتقال مورد استفاده و خواص توابع انتقال سیگموئیدی و برتری این توابع نسبت به سایر توابع انتقال ارائه شده است.

در فصل چهارم نیز مبانی تئوری و کاربردی منطق فازی و سیستم استنتاج عصبی-فازی (ANFIS) توصیف شده است. انواع روش‌های پیشرفته ساخت مدل نروفازی موجود در نرم افزار مطلب ارائه شده است. ساختار و ترکیب هر یک از سیستم‌های استنتاج فازی ایجاد شده توسط genfis1، genfis2، genfis3 ارائه شده است.

در فصل پنجم، تدوین مدل‌های هوشمند شبیه‌سازی و پیش‌بینی پارامترهای کیفی مطالعه موردی ارائه شده است. حوضه‌های آبریز و ایستگاه‌های آب سنجی مورد مطالعه معرفی شده است. دلایل انتخاب ورودی‌های مدل شبیه‌سازی و پیش‌بینی ارائه شده است. تعداد لایه‌های مخفی مورد نظر، تعداد نرون‌های مورد نیاز، نوع توابع انتقال مورد استفاده، نتایج الگوریتم‌های مختلف آموزشی، کارآمدترین الگوریتم آموزشی در مدلسازی‌ها، تقسیم‌بندی داده‌ها به سه بخش آموزشی، اعتبارسنجی و آزمایشی، نحوه‌ی نرمال‌سازی و برگشت داده‌ها به اشل واقعی در بخش‌های جداگانه‌ای توضیح داده شده است. در پایان نتایج مربوط به مدلهای عصبی و عصبی-فازی به صورت جداگانه ارائه شده و نتایج مربوط به مدل‌های مختلف نروفازی مقایسه شده است.

در فصل ششم نتیجه‌گیری کلی حاصل از تحقیق حاضر ارائه شده و در ادامه پیشنهاداتی به منظور افزایش دامنه کاربرد و توانایی مدل‌های داده‌کاوی در راستای بهبود نتایج حاصل، برای ارتقای تحقیقات در مطالعات آینده ارائه شده است.

[1]Hard Computing

[2] Soft Computing

[3] Partial Truth

[4]Forecasting

[5]Calibration

[6]Validation

[7]Process

[8]specific conductance

[9]Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System= (ANFIS)

[10]Fuzzy Inference System = FIS

[11]Multi Layer Preceptron

[12]feedforward

[13]Back-Propagation


خرید و دانلود ارزیابی عملکردمدل‌های هوشمندنروفازی وشبکه‌های عصبی مصنوعی درپیش‌بینی وشبیه‌سازی پارامترکیفیTDSرودخانه‌ها (مطالعه موردی: رودخانه آب شیرین)...

افزایش فالوور اینستاگرام