معاونت پژوهشي و فناوري
به نام خدا
منشور اخلاق پژوهش
با ياري از خداوند سبحان و اعتقاد به اين كه عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهميت جايگاه دانشگاه در اعتلاي فرهنگ و تمدن بشري ما دانشجويان و اعضاء هيات علمي واحدهاي دانشگاه آزاد اسلامي متعهد مي‌گرديم اصول زير را در انجام فعاليت‌هاي پژوهشي مدنظر قرار داده و از آن تخطي نكنيم:
1- اصل برائت: التزام به برائت جويي از هر گونه رفتار غيرحرفه‌اي و اعلام موضع نسبت به كساني كه حوزه علم و پژوهش را به شائبه‌هاي غيرعلمي مي‌آلايند.
2- اصل رعايت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هر گونه جانب‌داري غيرعلمي و حفاظت از اموال، تجهيزات و منابع در اختيار.
3- اصل ترويج: تعهد به رواج دانش و اشاعه نتايج تحقيقات و انتقال آن به همكاران علمي و دانشجويان به غير از مواردي كه منع قانوني دارد.
4- اصل احترام: تعهد به رعايت حريم‌ها و حرمت‌ها در انجام تحقيقات و رعايت جانب نقد و خودداري از هر گونه حرمت‌شكني.
5- اصل رعايت حقوق: التزام به رعايت كامل حقوق پژوهشگران و پژوهيدگان (انسان، حيوان و نبات) و ساير صاحبان حق.
6- اصل رازداري: تعهد به صيانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان‌ها و كشور و كليه افراد و نهادهاي مرتبط با تحقيق.
7- اصل حقيقت‌جويي: تلاش در راستاي پي‌جويي حقيقت و وفاداري به آن و دوري از هر گونه پنهان‌سازي حقيقت.
8- اصل مالكيت مادي و معنوي: تعهد به رعايت كامل حقوق مادي و معنوي دانشگاه و كليه همكاران پژوهش.
9- اصل منابع ملي: تعهد به رعايت مصالح ملي و در نظر داشتن پيشبرد و توسعه كشور در كليه مراحل پژوهش.
دانشگاه آزاد اسلامي
واحد علوم و تحقيقات
تعهدنامه اصالت پايان‌نامه كارشناسي ارشد
اينجانب پيام حيدري دانش‌آموخته مقطع كارشناسي ارشد به شماره دانشجويي910834149 در رشته سازه هاي آبي كه در تاريخ 03/10/1393 از پايان‌نامه خود تحت عنوان مقايسه تطبيقي پارامترهاي هيدروليکي ناشي از تحليل مکانيسم شکست سد با استفاده از روش تحليلي و مدل عددي توسط نرم افزار HEC-RAS مطالعه موردي بر روي رودخانه تاکستان با كسب نمره 18و درجه …….. دفاع نموده‌ام بدينوسيله متعهد مي‌شوم:
1- اين پايان‌نامه حاصل تحقيق و پژوهش انجام شده توسط اينجانب بوده و در مواردي كه از دستاوردهاي علمي و پژوهشي ديگران (اعم از پايان‌نامه، كتاب، مقاله و …) استفاده نموده‌ام، مطابق ضوابط و رويه‌هاي موجود نام منبع مورد استفاده و ساير مشخصات آن را در فهرست ذكر و درج كرده‌ام.
2- اين پايان‌نامه قبلاً براي دريافت هيچ مدرك تحصيلي (هم سطح، پايين‌تر و يا بالاتر) در ساير دانشگاهها و موسسات آموزشي عالي ارائه نشده است.
3- چنانچه بعد از فراغت از تحصيل، قصد استفاده و هر گونه بهره‌برداري اعم از چاپ كتاب، ثبت اختراع و … از اين پايان‌نامه داشته باشم، از حوزه معاونت پژوهشي واحد مجوزهاي مربوط را اخذ نمايم.
4- چنانچه در هر مقطع زماني خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشي از آن را بپذيرم واحد دانشگاهي مجاز است با اينجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرك تحصيلي‌ام هيچگونه ادعايي نخواهم داشت.
نام و نام خانوادگي:
تاريخ و امضاء:
دانشگاه آزاد اسلامي
واحد علوم و تحقيقات
دانشکده کشاورزي و منابع طبيعي، گروه مهندسي آب
پايان‌نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد در رشته سازههاي آبي (M.Sc)
عنوان:
مقايسه تطبيقي پارامترهاي هيدروليکي ناشي از تحليل مکانيسم شکست سد با استفاده از روش تحليلي و مدل عددي توسط نرم افزار HEC-RAS مطالعه موردي بر روي رودخانه تاکستان
استاد راهنما:
دکتر امير خسرو جردي
استاد مشاور:
دکتر علي صارمي
نگارش:
پيام حيدري
زمستان 1393
تقدير و تشکر
از اساتيد بزرگوارو ارجمندم
دکتر اميرخسروجردي
و
دکتر علي صارمي
تقديم به :
مادر گرافنقدرم
فهرست مطالب
عنوان شماره فارسي
چکيده………………………………………………………………………………………………………………….1
فصل اول: کليات تحقيق
1- 1- مقدمه3
1- 2- بيان مسأله اساسي تحقيق5
1- 3- اهميت و ضرورت انجام تحقيق6
1- 4- اهداف تحقيق6
1- 5-فرضيه هاي تحقيق7
فصل دوم: مباني نظري و پيشينه تحقيق
2-1- مقدمه9
2-2- داشتن آماري از علت خرابي سدهاي خاكي12
2-2-1- آمار تخريب سدهاي خاكي احداث شده12
2-3- مروري بر عوامل عمده شکست سد در منابع موجود13
2-3-1- ابعاد سد و ظرفيت مخزن13
2-3-2- شكست سدها برحسب ارتفاع سد13
2-3-3- شكست سدها برحسب نوع سد13
2-3-3-1- تأثير عامل كهولت سد در شكست سدها 13
2-3-3-2- شكست سدهاي بتني13
2-3-3-3- شكست سدهاي خاكي14
2-3-3-3-1 فاكتورهاي مؤثر در پايداري سدهاي خاكي14
2-3-3-3-2 شكست سدها بلحاظ عدم كاركرد سازه‌هاي جنبي آنها15
2-3-4- شكست سدها برحسب نوع شكست 15
2-3-4-1- سدهاي بتني شامل سد و پي آن15
2-3-4-1-1- طراحي ناقص15
2-3-4-1-2- كيفيت بتن15
2-3-4-1-3- وقوع پديده‌هاي پيش‌بيني نشده و يا وقوع پديدههايي با مقادير غيرمجاز … 16
2-3-4-2- سدهاي خاكي16
2-3-4-2-1- شكست هيدروليكي16
2-3-4-2-2- شكست ناشي از نشت سد17
2-3-4-2-3- شكست‌هاي سازه‌اي به لحاظ رفتار سازه‌اي يا ساختماني17
2-3-4-2-4- مصالح خاكي بدنه سد و روش ساخت و …18
2-3-4-2-5- موارد پيش‌بيني نشده يا پديده‌هاي با مقادير غيرمجاز18
2-3-4-2-6- سازه‌هاي خروجي وابسته به سد19
2-4- بررسي سوابق آسيب درسدهاي خاكي19
2-5- پيشنهادها و راهکارها20
2-5-1- به منظورپيشگيري از تخريب حاصل از جريان آب از روي سد20
2-5- 2- به منظورپيشگيري از تخريب حاصل از زهاب20
2-5- 2-1- بررسي اثرات حاصل از تخريب در اثر زهابDeconstruction Caused by Seepage 21
2-5- 3 – منظورپيشگيري از تخريب حاصل از شكست ساختماني – به22
2-5- 4- به منظورپيشگيري از تخريب حاصل از تخريب هيدروليكي22
2-5- 5- به منظورپيشگيري از تخريب حاصل از نشت سد22
2- 6- لزوم پهنه بندي سيل ناشي از شكست سد خاكي22
2-7- راهكارها و اقدامات اضطراري(اقدامات پيش گيرانه اضطراري)23
2-7-1-اقدامات داراي اولويت بالا23
2-7-1-1- روگذري آب از سد23
2-7-1-2- رگاب در بدنه سد خاكي يا پي و يا تكيه گاه هاي سد خاكي موارد زير بايد مد نظر قرار گيرند24
2-7-1-3-خرابي سازه اي بدنه سد خاكي يا سازه هاي جنبي25
2-7-1-4- لغزش يا جابه جايي كلي بدنه سد خاكي روي پي25
2-7-2- اقدامات داراي اولويت متوسط26
2-7-2-1-جابه جايي خاكريز سد خاكي و لغزش شيب ها26
2-7-2-2- تراوش و پديد آمدن گودال فروكشي در سد خاكي26
2-7-2-2-1- براي كاهش دبي تراوش و كنترل آب شستگي27
2-7-2-2-2- از دست دادن ارتفاع آزاد يا قسمتي از بدنه سد خاكي بر اثر فرسايش ناشي از امواج27
2-7-2-2-3- ترك خوردگي در بدنه سد خاكي27
2-7-2-2-4- اشباع شدن بدنه سد خاكي28
2-7-2-2-5- نشست بدنه سد خاكي28
2-7-2-2-6- خرابي در سازه هاي تخليه آب و خروجي28
2-7-2-2-7- زوال تكيه گاه سد خاكي29
2-7-3- برنامه نگهداري سد29
2-8- مدل‌هاي پيش‌بيني سيل ناشي از شكست سد خاكي32
2-8-1- مدل‌هاي رگرسيوني و منحني پوش بر پايه ارتفاع سد33
2-8-2- معادلات رگرسيوني و منحني پوش براساس حجم مخزن34
2-8-3- معادلات رگرسيوني و منحني پوش براساس فاكتور سد35
2-8-4- رابطه بدون بعد بين دبي پيك و حجم درياچه36
2-8-5- معادلات وابسته به زمان براي تعيين دبي پيك37
2-8-6- مدل‌هاي رياضي38
2-8-7- روش عددي و مدل كامپيوتري39
2-9- حل عددي معادلات حاکم بر جريان‌هاي غيردائمي40
فصل سوم: روش تحقيق
3-1- مقدمه مطالعات پايه 43
3-2- محدوده مطالعات و راه‌هاي دسترسي43
3-?- مطالعات انجام شده45
3-?- اهداف طرح45?
3-5- روش مطالعه45
3-5-1- مراحل جمعآوري اط?عات46
3-5-2- مطالعات صحرايي46
?3-?-?- تجزيه و تحليل اط?عات46
3-6- مطالعات پايه47
3-6-1- خ?صه مطالعات هيدرولوژي47
?3-6-1-1- مقدمه? 47
3-6-1-2- توزيع بارندگي‌هاي سالانه، فصلي و ماهانه47
3-6-1-3- حداكثر بارندگي 24 ساعته48
3-6-1-4- دما48
3-6-1-5- يخبندان49?
3-6-1-6- اقليم منطقه49
3-6-2- خ?صه مطالعات هيدرولوژي50
3-6-2-1-مقدمه50
3-6-2-2- فيزيوگرافي و توپوگرافي حوزه آبريز?50
3-6-2-3- آبدهي50
3-6-2-4- منحن? تداوم جريان رودخانه‌ها51
?3-6-2-5- برآورد آبده? در محل ساختگاه‌ها51
3-7- مطالعات تخصصي53
?3-7-1- مقدمه? خ?صه مطالعات هيدروليك53
3-7-2- مدل شبيه سازي هيدروليكي درحالت تحليل ماندگار53
3-7-3- مدل هندسي رودخانه54?
3-7-4- ضريب زبري54
3-7-5- شرايط مرزي در حالت تحليل ماندگار56
3-7-6- نتايج محاسبات هيدروليکي در حالت تحليل ماندگار57
3-7-7- ظرفيت ايمن رودخانه57
3-7-8- طبقه‌بندي سدها58
3-7-8-1- طبقه‌‌بندي سدها از نظر بزرگي59
3-8- سدهاي خاکي62
3-8-1- شرايط لازم براي انتخاب سد خاکي64
3-8-1- 1- سدهاي خاكي و سنگريزه اي64
3-8-1-1-1- سد خاکي همگن65
3-8-1-1-2- نوع مطبق65
3-8-2- مشخصه هاي سد خاکي68
3-8-2-1- محور يابي68
3-8-2-2- فاصله آزاد68
3-8-2-3- تاج68
3-8-2-4- هسته69
3-8-2-5- پوسته70
3-8-2-6- سکو71
3-8-2-7- شيب بالادست71
3-8-2-8- شيب پائين دست73
3-8-2-9- اصلاح پي73
3-8-2-10- تکيه گاه ها74
3-8-2-11- کنترل تراوش پي75
3-8-2-12- زهکش ها76
3-8-2-13- فيلترها77
3-8-3- اصول طراحي اجزاي سدهاي خاكي78
3-9-علل تخريب سدهاي خاکي78
3-9- 1 سرريز آب از روي بدنه79
3-9-2- نشت و فرسايش دروني79
3-9-3- فرسايش حاصل از عمل تخريبي امواج80
3-9-4- فرسايش ناشي از جريان سطحي روي شيب پايين دست80
3-9-5- لغزش شيب‌ها بر اثر فشار آب منفذي80
3-9-6- لغزش شيب بالادست در هنگام افت ناگهاني سطح آب80
3-9-7- لغزش شيب پايين دست در حالت مخزن پر81
3-9-7-1- لغزش و تخريب ناشي از روانگرايي81
3-9-8- لغزش و تخريب ناشي از ضعف پي81
3-9-9- تخريب ناشي از زلزله81
3-9-10- تخريب ناشي از حفاري حيوانات82
3-10- حل عددي معادلات حاکم بر جريان‌هاي غيردائمي82
3-10-1- بررسي کلي معادلات حاكم بر جريان82
3-10-2- شرايط مرزي و شرايط اوليه در حالت ناماندگار85
3-10-3- الگوي ضمني پرايزمن87
3-10-4- نتايج محاسبات هيدروليکي شبيه‌سازي شکست سد در حالت تحليل ماندگار .. 88
3-10-5- مشخصات هندسي مخزن سد مورد مطالعه89
3-10-6- مکانيسم شکافت فرسايشي سدهاي خاکي91
3-10-6-1- فرايند مدلسازي پديده شكست93
3-10-6-2- برآورد پارامتر‌هاي شكست سد94
3-10-6-3- پيش‌بيني پارامترهاي شکست سد با توجه به داده‌ها مورد مطالعه95
3-10-6-4- تخمين عرض متوسط شکست98
3-10-6-4-1- روند محاسبه روش (Froehlich ,1987)98
3-10-6-4-2- روند محاسبه روش (Von Thun and Gillette, 1990)99
3-10-6-4-3- روند محاسبه روش (Reclamation, 1988)101
3-10-6-5- تخمين زمان انهدام سد101
3-10-6-5-1- روند محاسبه روش (Froehlich ,1987)101
3-10-6-5-2- روند محاسبه روش (Von Thun and Gillette, 1990)102
3-10-6-5-3- روند محاسبه روش 1984) , (Macdonald And Langridge -Monopolis103
3-10-6-6- ضريب تخليه سرريزي (Cw)104
3-10-7- مراحل ايجاد مدل هيدروليكي شکست سد درHEC RAC 104
3-10-7-1- مشاهده و چاپ نتايج با مدل HEC RAC106
3-10-8- فرآيند پايدار سازي و کاليبراسيون يک مدل جريان غير ماندگار123
3-10-8-1- روش هاي کلي در هنگام تنظيم پارامترهاي مدل124
3- 10-8- 1-1- اثرات افزايش n مانينگ124
3- 10-8- 1-2- اثرات افزايش ذخيره124
3- 10-8- 2- پيشنهادات و اخطارهاي کاليبراسيون125
3- 10-9- دقت، پايداري و حساسيت مدل126
3-10-9-1- دقت مدل126
3- 10-9-2- دقت عددي127
3- 10-9- 3- پايداري مدل127
3- 10-9- 4- فاصله مقاطع عرضي127
3- 10-9- 5- مقاطع عرضي ناکافي128
3- 10-9- 6- مقاطع عرضي خيلي نزديک بهم128
3- 10-9- 7- گام زماني محاسباتي129
3- 10-9- 7-1- گام زماني خيلي بزرگ131
3- 10-9- 7-2-گام زماني خيلي کوچک131
3- 10-9- 7-3-انتخاب کاربردي گام زماني131
3- 10-10- ضريب وزني تتا132
3- 10-11- گزينه ها و تلورانس هاي محاسباتي132
3- 10-11-1-تلورانس هاي محاسباتي133
3- 10-11-2-حداکثر تعداد تکرار ها133
3- 10-11-3- برش زماني133
3- 10-11-4- پايداري سازه هاي در مسير و جانبي134
3- 10-11-5- شرط مرزي پايين دست نامناسب134
3- 10-11-6- شرايط اوليه و جريان با دبي کم135
3- 10-11-7- تشخيص مشکلات پايداري مدل136
3- 10-11-8- حساسيت مدل137
3- 10-11-8-1- حساسيت عددي137
3- 10-11-8-2- گام زماني محاسباتي138
3- 10-11-8-3- ضريب وزني تتا138
3- 10-11-8-4- ضرايب پايداري سرريز138
3- 10-11-8- 5-نماهاي استغراق سرريز138
3- 10-11-8-6- حساسيت پارامتر فيزيکي139
3- 10-11-8- 7- مقادير n مانينگ139
3- 10-11-8-8- فاصله مقاطع عرضي139
3- 10-11-8- 9- ذخيره مقطع عرضي140
3- 10-11-8- 10- ضريب سرريز جانبي / بند140
3- 10-11-8-11-پارامترهاي پل / کالورت140
فصل چهارم: يافته‌هاي تحقيق
4-1- تحليل پارامترهاي مدل هيدروليکي حاصل از شكست سد 142
4-2- مقايسه نتايج روش‌هاي تحليلي و مدل عددي با مدل HEC RAC 143
4-2-1- دبي خروجي حاصل از شکست سد (Qp)144
4-2-1-1- روند محاسبه روش SCS144
4-2-1-2- روند محاسبه روش Macdonald And Langridge -Monopolis144
4-2-1-3- روند محاسبه روش Costa145
4-2-1-4- روند محاسبه روش Froehlich (1995) & (2008)145
فصل پنجم: جمع‌بندي نتيجه‌گيري و پيشنهادات
5-1- نتيجه‌گيري 152
5-2- پيشنهادات154
فهرست منابع155
چکيده انگليسي158
فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول (3-1) حداكثر بارندگي 24 ساعته با دوره برگشت‌‌هاي مختلف در حوزه‌هاي آبريز48
جدول (3-2) مقادير متوسط آبدهي برآوردي در محل ساختگاه هاي موردنظر52
جدول (3-3) نتايج برآورد ضريب زبري از روش‌هاي مختلف56?
جدول (3-4) اندازه كلي سد بر حسب دو شاخص ارتفاع و حجم مخزن…………………………….59
جدول (3-5) مصالح ساختار سد90
جدول (3-6) پارامترهاي شکست سد مبتني بر مطالعات موردي شکست سد96
جدول (3-7) راهنماي استفاده از روش‌هاي پارامتريك مناسب براساس شدت ذخيره‌سازي مخزن97
جدول (3-8) خلاصه اي از معادلات پارامتريك توصيه شده97
جدول (3-9) توصيه ارتفاع موثر ذخيره حجمي سد Von Thun and Gillett99
جدول (3-10) دبي خروجي حاصل از شکست سد توسط مدل HEC RAS107
جدول (3-11) ضرايب مورد استفاده براي محاسبه سرعت موج از سرعت متوسط130
جدول (4-1) نتايج تخمين پارامتر شكست سد خاكي توسط روش‌هاي تحليلي146
فهرست اشکال
عنوانصفحهشكل (2-1) ضرايب m بر اساس شکل مخزن38
شكل (3-1) پيكره‌بندي رودخانه‌هاي مورد مطالعه و زير حوضه‌هاي مربوطه50
?شكل(3-2) منحن? تداوم جريان رودخانه ابهررود در ايستگاه قروه51
شكل (3-3) تعيين اندازه كلي سد بر حسب دو شاخص ارتفاع و حجم مخزن60
شكل (3-4) مقطع عرضي و نمايي از يک سد خاکي62
شكل (3-5) مقاطع تيپ سدهاي خاکي67
شكل (3-6) حجم کنترل براي معادلات پيوستگي83
شكل (3-7) حجم کنترل براي معادلات اندازه حرکت84
شكل (3-8) هيستوگرام دبي ورودي به مخزن سد86
شكل (3-9) شبکه محاسباتي نقاط در صفحه x-t88
شكل (3-10) نمايي از مصالح مقطع بدنه سد89
شكل (3-11) نمايي از پروفيل مقاطع عرضي سد90
شكل (3-12) مقطع سد در گسترش شکاف پديده روگذري91
شكل (3-13) گسترش شکاف پديده روگذري92
شكل (3-14) گسترش شکاف پديده رگاب92
شكل (3-15) مشخصات هندسي شكست ناشي از نشت در بدنه سد (پديده رگاب)95
شكل (3-16) مشخصات هندسي پارامترهاي شكست ناشي از رگاب در بدنه سد100
شكل (3-17) معيار برآورد حجم مخزن سد100
شكل (3-18) نمودار عرض متوسط شکست نسبت به زمان105
شكل (3-19) نمودار غيرخطي توسعه زماني شکاف بدنه سد 105
شكل (3-20) هيدروگراف خروجي از مقطع سد در رگاب با مدل HEC RAS106
شكل (3-21) مشخصات هندسي مقطع سد در زمان انهدام 1 ساعت با مدل HEC RAS106
شكل (3-22) نمايي از پلان رودخانه در محل احداث سد در زمان شکست 108
شکل (3-23) نمايي از پلان پايين‌دست رودخانه در محل احداث سد در زمان شکست108
شكل (3-24) نمايي از پلان بالادست رودخانه در محل احداث سد در زمان شکست 109
شكل (3-25) نمايي از مشخصات مقطع عرضي شکست سد109
شكل (3-26) پروفيل مقطع طولي در لحظه اوليه110
شكل (3-27) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 1:45ساعت110
شكل (3-28) پروفيل مقطع عرضي در لحظه0:15 ساعت با استفاده از روش Von Thun111
شكل (3-29) پروفيل مقطع عرضي در لحظه0:15 ساعت با استفاده از روشMacdonald111
شكل (3-30) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 0:30 ساعت با استفاده از روش Von Thun112
شكل (3-31) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 0:30 ساعت با استفاده از روشMacdonald112
شكل (3-32) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 0:45 ساعت با استفاده از روش Von Thun113
شكل (3-33) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 0:45 ساعت با استفاده از Macdonald113
شكل (3-34) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 1:00 ساعت با استفاده از روش Von Thun114
شكل (3-35) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 1:00 ساعت با استفاده از روشMacdonald114
شكل (3-36) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 1:15 ساعت با استفاده از روش Von Thun115
شكل (3-37) پروفيل مقطع عرضي در لحظه 1:15 ساعت با استفاده از Macdonald……….115
شكل (3-38) پروفيل مقطع طولي در لحظه 1:30 ساعت با استفاده از روش Von Thun116
شكل (3-39) پروفيل مقطع طولي در لحظه 1:30 ساعت با استفاده از روشMacdonald116
شكل (3-40) پروفيل پلان طولي در لحظه0:15 ساعت117
شكل (3-41) پروفيل پلان طولي در لحظه 0:30 ساعت117
شكل (3-42) پروفيل پلان طولي در لحظه 0:45 ساعت118
شكل (3-43) پروفيل پلان طولي در لحظه 1:00 ساعت118
شكل (3-44) پروفيل پلان طولي در لحظه 1:15 ساعت119
شكل (3-45) پروفيل پلان طولي در لحظه 1:30 ساعت119
شكل (3-46) پروفيل پلان طولي در لحظه اوليه120
شكل (3-47) پروفيل پلان طولي در لحظه 0:15 ساعت120
شكل(3-48) پروفيل پلان طولي در لحظه 0:30 ساعت121
شكل (3-49) پروفيل پلان طولي در لحظه 0:45 ساعت………………………………………………….121
شكل (3-50) پروفيل پلان طولي در لحظه 1:00 ساعت122
شكل (3-51) پروفيل پلان طولي در لحظه 1:15 ساعت122
شكل (4-1) منحني مقايسه هيدروگراف دبي حاصل از شكست سد مدل عددي ……………143
شكل (4-2( منحني مقايسه هيدروگراف دبي حاصل از شكست سد توسط مدل عددي …….. 147
شكل (4-3) منحني مقايسه هيدروگراف دبي حاصل از شكست سد توسط روشهاي تحليلي148
چکيده
تمايل رو به رشد براي ارزيابي سطح ايمني سدهاي موجود، با استفاده از روشهاي مختلف رياضي و آماري و نرمافزاري، وجود دارد. شکست سد يک مسأله هيدروليکي و ژئوتکنيکي است؛ که در نتيجه آن حجم زياد آب انباشته شده در مخزن سد در زمان کوتاهي به صورت ناگهاني تخليه گرديده و سيلاب بزرگي در پايين دست سد جريان مي‌يابد. در اين حالت، امواج بزرگ سيلاب زيان‌هاي عظيمي در نواحي پايين دست به وجود مي‌آورند. به هر حال عوامل موثر و عمده در شکست سدهاي خاکي شامل پديدههاي رگاب و روگذري ميباشد که قسمت عمدهاي از شکست سدها به اين دلايل ميباشد اما ما در اين مطالعه فقط به بررسي پديده روگذري در شکست سد تاکستان ميپردازيم. مدلسازي پديده‌ي شكست سد بيشتر به منظور محاسبه تقريبي دبي پيك خروجي ناشي از شكست انجام مي‌شود تا پيش‌بيني‌هايي براي مهار آن يا تمهيداتي براي پيشگيري از خطرات ناشي از آن انديشيده شود. در اين تحقيق مدل عددي پديده شكست شامل محاسبه دبي خروجي از مخزن و مدلسازي هيدروليكي جريان در پايين دست سد مي‌باشد. براي مدل كردن فرسايش تدريجي سد با ايجاد يك شكاف اوليه بالاي بدنه آن براي شروع فرسايش ارائه شده است. توسط مدلسازي افزايش تدريجي ابعاد اين شكاف، افزايش دبي عبوري از آن و در نتيجه انهدام سد و تخليه آب مخزن پشت سد تحليل مي‌گردد. شبيه‌سازي جريان در محل شکستگي سد براساس گسسته‌سازي معادلات سنت ونانت تحليل و مورد بررسي قرار گرفته است. به منظور انجام تحليل غيردائمي جريان سيلاب و شکست سد از تحليل سيستم رودخانه از مدل‌هاي هيدروليکي مبتني بر مدلسازي مخزن با استفاده از قابليت مدلسازي شکست سد در محيط مدل HEC_ RAS و اعمال نحوه شکست آن و حداکثر دبي جريان سيلاب، در شرايط غير ماندگار مورد ارزيابي قرار گرفته و تحليل شکست سد مرتفع گرديده است.
مقايسه هيدروگراف حداکثر دبي شکست سد، منتج از روش‌هاي تحليلي و مدل HEC_ RAS نشان دهنده نزديكي حداکثر دبي حاصل از شکست سد در مدل HEC_ RAS با نتايج حاصل از روش تحليلي SCS است. در روش تحليلي SCS نسبت به ساير روش‌هاي تحليلي، اثر عرض متوسط شکست و حجم مخزن سد و ارتفاع آب پشت سد در لحظه شکست براي تخمين حداکثر دبي شکست سد لحاظ مي‌کند و اين علت نزديكبودن نتايج حداکثر دبي حاصل از شکست سد به الگوي عددي است. درصد خطاي نسبي نشاندهنده اين است که، نتايج روش تحليلي SCS هم روند و شيب نمودار محاسباتي همخواني قابل قبولي با منحني مدل HEC_ RAS دارد.
واژه‌هاي كليدي:
شكست سد، پديده‌هاي سرريز شدن آب از روي سد، پديده ايجاد لوله در بدنه سد، پارامترهاي شکست، رونديابي سيلاب، معادلات سنت ونانت، مدل کامپيوتري، توسعه شكاف سد، شكست تدريجي.
فصل اول
کليات تحقيق
1-1- مقدمه
با توجه به اينکه مقاله حاضر در ادامه مطالعات خانم الهام مينا ميباشد بنابراين در قسمتهايي از اين پاياننامه، از مطالعات نامبرده استفاده شده است. سد سازه‌اي است كه مي‌تواند مقادير زيادي آب را براي مصارف شرب يا كشاورزي و حفاظت، تفرج يا كنترل سيلاب ذخيره كند و از سدهاي خاكي بطور گسترده‌اي در آبخيزداري استفاده مي‌شود. از طرف ديگر برخي پديده‌‌ها مانند آتشفشان، يخچال، زمين لغزش و زمين لرزه بطور طبيعي سدهاي خاكي را ايجاد مي‌كنند. از نقطه نظر كنترل سيلاب اين سدها اهميت ويژه‌اي دارند، زيرا سيل ناشي از شكست سدهاي خاكي طبيعي1 و دست ساخت2 در اغلب موارد بسيار بزرگ‌تر از سيل‌هايي است كه به دليل رگبارهاي شديد و ذوب سريع برف ايجاد مي‌شوند. نكته قابل توجه در اين جا اين است كه گاهي ايجاد نموده و سيل بوجود آمده در رگبارهاي شديد سيلي بزرگتر از سيل طرح ورودي اثر تخريب و انهدام سد و رها ساختن آب موجود در مخزن بسيار خطرناك‌تر را منجر ميشود. در مقايسه با ساير مخازن، هزينه ساخت سد به ازاي هر مترمكعب آب ذخيره شده بسيار كمتر است. زيرا سد، آب را هم در پشت خود و هم در قسمت حفاري شده براي ساخت سازه ذخيره ميكند، در حالي ‌كه مخازن فقط در قسمت حفاري شده آب را ذخيره مي‌كنند. از طرف ديگر به دليل زيادبودن سطح آب در پشت سد، ميزان تبخير از پشت سدها زيادتر از ساير مخازن بوده و كيفيت آب آنها نيز پايين‌تر است.
سدسازي کهن يک هنر اوليه و آزمايشي منتج از تجارب و آزمون‌هاي ساده بود اما طي قرن‌هاي متمادي به تدريج با علم در آميخت. سدهاي اوليه با استفاده از آبرفت‌هاي در مسير جريان و مصالح سنگي ساخته ميشد. به تدريج مهارت سازندگان در طول قرن‌هاي متمادي افزايش يافت و سدهاي با مصالح بنايي و ملات احداث شد. با پيشرفت علم سدسازي، مهندسان دريافتند که يک سوم مياني سد براي تأمين مقاومت سدهاي وزني تحت بار متوسط در مقابل واژگوني حائز اهميت است و سپس به وجود فشار برکنش، پي برده و از سيستم زهکشي براي کاهش آن بهره گرفتند. در قرن نوزدهم با آغاز استفاده از ماشين آلات به جاي حيوانات در حمل مصالح و متراکم ساختن خاکريز و غيره، توسعه سدهاي خاکي شتاب بيشتري گرفت. انتقال از دوره گريدرها و گاري‌هاي اسبي، غلطک‌هاي صاف و ماله‌کشي بزودي با تعميم استفاده از ماشين‌آلات سنگين مانند غلطک پاچه بزي، غلتک لرزان و کشنده‌هاي با يدك چرخ زنجيري به صورت کامل انجام گرفت. تا قرن بيستم بخش اعظم دانش مورد استفاده در طراحي سدهاي خاکي، تجربي بوده و مقاومت آنها در مقابل نيروهاي وارده به آساني قابل تعيين نبود. مقادير حدي، عمدتاً براساس حوادث و شکست‌ها مورد ارزيابي قرار گرفت. برعکس، روش‌هاي تحليلي براي طراحي سدهاي بتني و بنايي، با وجود اينکه از مفاهيم ساده برگرفته شده بود، نسبتاً قابل اطمينان بودند.
بطور کلي تا سال 1940 حدود 40 درصد از سدهائي که به ارتفاع بيش از 15 متر احداث گرديدند از نوع بتني بودند. اما از آن دوره به بعد، نسبت سدهاي بتني ساخته شده به کل سدها کاسته شده و استفاده از سدهاي بتني قوسي در دره‌هاي تنگ رو به افزايش بود. بنابراين کاهش سدهاي بتني مربوط به دره‌هاي عريض ميشد که به جاي سدهاي بتني وزني، سدهاي خاکي و سنگريزه‌اي احداث گرديد که ارزان‌تر و بيشتر قابل توجيه بودند. دليل اين امر بازده خيلي بالاي ماشين‌آلات، تجهيزات و روش ساخت در اين نوع سدها بود. در خلال اين زمان، هر چند هزينه ساخت سدهاي خاکي نسبت به سدهاي بتني در حال کاهش بود ولي از طرف ديگر تجارب نشان دادند که سدهاي خاکي ايمني کمتري نسبت به سدهاي بتني دارند. دليل اصلي تخريب سدهاي خاکي روگذري3 فرسايش دروني مصالح خاکريز بود. با توجه به آسيب‌پذيري سدهاي خاکي، متخصصين بدنبال نوع جديدي از مصالح براي سدسازي بودند که ايمني سد بتني و سرعت اجراي سد خاکي را تواماً دارا باشد، تا اينکه در اوايل سال‌هاي1960و1970ابتکار جديد احداث سد بتن غلتکي4 مطرح شد. اين نوع سدها با توجه به هزينه و زمان مورد نياز نسبتاً کوتاه، بطور سريع در سراسر دنيا مورد قبول واقع شده و پيشرفت ناگهاني قابل توجهي را در امر طراحي و ساخت بوجود آوردند. اين نوع سدها با هزينه کمتر و ايمني نظير سدهاي بتني کلاسيک قابل ساخت مي باشند. سد بتن غلتکي بيش از آنکه يک نوع مصالح جديد باشد روشي جديد براي اجرا است.
احداث موفق يك سد مستلزم طي مراحل متعددي از جمله؛ جانمايي، ارزيابي محل، طراحي، ساخت و نگهداري است. عدم توجه كافي به هر يك از اين مراحل سازه سد را در معرض خطر و آبشستگي قرار مي‌دهد. شکست سد يک مسأله هيدروليکي است که در پي آن حجم زياد آب انباشته شده در مخزن در زمان کوتاهي به صورت نا گهاني تخليه و سيلاب عظيمي در پايين دست سد جريان مي‌يابد كه در اين حالت امواج بزرگ سيلاب زيان‌هاي عظيمي در نواحي پايين دست بوجود مي‌آيد. اين امواج سبب خسارات جاني و مالي فراوان، فرسايش زمين و اثرات زيست‌محيطي نامطلوب مي‌گردند. انهدام و شکست سد مي‌تواند به علت پديده‌هاي سرريز شدن آب و روگذري از روي سد به دليل ناتواني ظرفيت تخليه سرريز، تراوش، پديده ايجاد لوله و رگاب5 در بدنه سد، لغزش شيب خاکريز، اثر زلزله و روانگرايي در سدها مي‌باشد.
1-2- بيان مسأله اساسي تحقيق
شکست سد يک مساله هيدروليکي است که در پي آن حجم زياد آب انباشته شده در مخزن در زمان کوتاهي بصورت ناگهاني تخليه و سيلاب عظيمي در پايين دست سد جريان مييابد كه در اين حالت امواج بزرگ سيلاب زيانهاي عظيمي در نواحي پايين دست بوجود ميآيد. اين امواج سبب خسارات جاني و مالي فراوان، فرسايش زمين و اثرات زيست محيطي نامطلوب ميگردند. سيلاب حاصل از شکست سد، چه از لحاظ ابعاد آن و چه از لحاظ اثرات ديناميکي موج سيلاب، قابل مقايسه با سيلابهاي طبيعي حوضه آبريز مربوطه نميباشد و بنابراين از قدرت تخريب بالايي برخوردار است. علاوه بر آن در اکثر موارد، کانال رودخانه در پايين دست سد چنين سيلابي را تجربه نکرده و لذا قادر به مهار آن در کانال اصلي خود نميباشد. از اين رو انجام تحليل شکست سد و ارزيابي تبعات ناشي از آن براي همه سدها ضروري به نظر ميرسد. اين تحليل علاوه بر ارزيابي خسارت و ميزان خطر موجود در پايين دست سد، امکان برنامهريزي عمليات نجات و تسکين فاجعه ناشي از شکست سد را نيز فراهم ميکند. انهدام و شکست سد ميتواند به علت پديدههاي سرريز شدن آب و روگذري از روي سد به دليل ناتواني ظرفيت تخليه سرريز، تراوش، پديده ايجاد لوله و رگاب در بدنه سد، لغزش شيب خاکريز، اثر زلزله و روان گرايي در سدها ميباشد. تحقيق مربوط به تعيين پارمترهاي هيدروليكي ناشي از شکست موج سد و متعاقب رونديابي سيل ناشي از شكست سد و پهنهبندي سيلاب ارزيابي ميگردد به اين منظور مطالعه موردي بر روي رودخانه تاكستان ميباشد. به منظور انجام تحليل غير دائمي جريان و شکست سد از تحليل سيستم رودخانه با استفاده مدلهاي هيدروليکي مبتني بر مدلسازي مخزن با استفاده از قابليت مدلسازي شکست سد در محيط نرم افزار Hec -Ras و اعمال نحوه شکست سد و جريان سيلاب در شرايط غير ماندگار مورد ارزيابي قرار خواهد گرفت و تحليل شکست سد مرتفع ميگردد لذا متعاقب سيلاب حاصل از شكست سد مورد نظر، ارزيابي و در رودخانه پايين دست آن روند يابي ميشود. به جهت انجام آناليز شکست سد و تعيين پارامترهاي هيدروليکي در طول رودخانه و در مقاطع مختلف از اين نرم افزار به عنوان يک مدل براي آناليز شکست با شبيه سازي جريانهاي يک بعدي غير دائمي در کانال و در محل شکستگي سد بر اساس گسسته سازي ضمني چهار نقطهاي6 روش عددي تفاضل محدود معادلات سنت ونانت 7 تحليل و مورد بررسي قرار گرفته که اين نرمافزار توانايي مدل کردن انواع سد اعم از بتني و خاکي را با لحاظ کردن سازههاي عرضي داشته و در حالت سد خاکي قابليت شبيه سازي هر دو مدل شکست از نوع روگذري و حفرگي را دارد ميباشد. از اين رو اين نرم افزار مبناي محاسبات قرار خواهد گرفت.
1-3-اهميت و ضرورت انجام تحقيق
سابقه بررسي شكست سد ميباشد با توجه به خاصبودن تحقيق كه مبتني بر مطالعه موردي بر روي رودخانه تاكستان است، تحليل شكست سد با پديده روگذري توأم با مطالعه موردي توسط نرمافزار ver.4.1 Hec-Ras تاكنون مورد بررسي و ارزيابي قرار نگرفته است.
1-4-اهداف تحقيق
هدف از انجام اين تحقيق بررسي و تجزيه و تحليل دادههاي سد تاکستان برآورد ارتفاع آب در مخزن تحت جريانهاي مختلف و محاسبه دبي پيک ناشي از شکست سد و مقايسه پارامترهاي تحليلي محاسبه شده ميباشد.
استفاده از مطالعات طرح ساماندهي رودخانه‌هاي تاکستان در مراحل مختلف مورد بررسي قرار گرفته است و آماده‌سازي اطلاعات مطالعات مذكور به جهت بكارگيري شرايط اوليه و مرزي در داده‌هاي ورودي مدل HEC- RAS به منظور اجرا، استخراج نتايج و ارزيابي، تجريه و تحليل داده‌هاي خروجيHEC- RAS مورد استفاده قرار گرفته است.
با توجه به موج شكست جريان غيردائمي ميباشد، اطلاعات مورد نياز براي تحليل غيردائمي جريان شامل، شرايط مرزي و شرايط اوليه مي‌باشد. شرايط مرزي خود به دو دسته شرايط مرزي خارجي و داخلي تقسيم ميگردد. شرايط مرزي خارجي شامل يك شرط مرزي بالادست و ديگري در پايين دست مي‌باشد. در اين تحقيق هيدروگراف سيل ورودي براي شرط مرزي بالادست و عمق نرمال با استفاده از فرمول مانينگ به عنوان شرط مرزي پايين دست اعمال گرديده است. شرايط مرزي داخلي به علت وجود سد در مسير جريان، كه با هيدروگراف دبي جريان خروجي از شكاف بيان مي‌گردد و جريان به صورت متغيرسريع در نظر گرفته شده است. شرايط اوليه براساس محاسبه تراز سطح آب توسط مدل با اجراي يك تحليل جريان به صورت دائمي در هر بازه ميباشد. پارامتر‌هاي فيزيكي ضريب زبري مانينگ مسير رودخانه مشخصات هندسي مقاطع مسير رودخانه و مشخصات هيدروليکي جريان که از استخراج اطلاعات مقاطع عرضي از نقشه‌هاي توپوگرافي بدست آمده است.
1-5- فرضيه‏هاي تحقيق
* با توجه به موج شكست جريان غير دائمي ميباشد.
* اطلاعات مورد نياز براي تحليل غير دائمي جريان، شامل شرايط مرزي و شرايط اوليه ميباشد.
فصل دوم
مباني نظري و پيشينه تحقيق
2-1- مقدمه
مفهوم خطر داراي سابقهاي طولاني است. و يکي جنبههاي اصلي زندگي از آغاز تجربه انسان است. به طور همزمان با گسترش جنبههاي مختلف از تکنولوژي در شاخههاي مختلف علم، مانند مهندسي و محيط زيست نرمافزارها از تجزيه و تحليل خطر و ايمني توسعه يافته است.
اهداف اصلي از تجزيه و تحليل خطر براي شناسايي تهديد سيستم به بررسي نتايج ممکن و پيشبيني آينده به ارائه ايدههاي روشنتر براي تصميمگيري به بهترين شکل ممکن رهنمون ميسازد. به عبارت ديگر تجزيه و تحليل خطر، نه تنها پشتيباني کمي را براي تصميمگيري فراهم ميکند، بلکه براي پيدا کردن گزينه مؤثر در تصميمگيري کمک ميکند. به عنوان مثال، مهندسان هرگز نميتواند بدون نوعي ارزيابي ريسک سيستمهاي بزرگي مانند سدها، پلها و سيستمهاي فاضلاب و .. را طراحي کنند. ارزيابي ريسک راه موثر براي مديريت منابع آب سدها است.
طراحي مناسب سرريز سد و ظرفيت کنترل سيلاب از يک مخزن باعث ايمني سد و اطمينان ميشود و از هرگونه عوارض نامطلوب جلوگيري ميکند. سيلاب طراحي مخازن معمولا بر اساس فرکانس سيل محاسبه ميشوند. مشکلاتي از قبيل روگذري که طي آن سيلاب مازاد به ظرفيت محاسباتي سرريزها به وجود ميآيند. با اين حال، هنوز سدها از مشکلاتي شامل پديده روگذري رنج ميبرند. و اين مشکل شامل يک سوم از تمام سدهاي شکسته شده در جهان است .(iclod1987)
رويکرد به طراحي سد تمرکز تجزيه و تحليل قطعي درحوادث شديد مثل حداکثر سيلاب محتمل8 در نظر گرفته ميشود . PMFمحاسبه شده بر اساس حداکثر بارش محتمل9 است که بزرگترين نرخهاي بارندگي مدت زمان مشخص استفاده شده است و براي پيشبيني بزرگترين حجم سيلاب درسايت سد استفاده ميشود.با محاسبه PMF فرض ميشود که خطر شکست سد بر اثر روگذري صفر است و هيچ خطري براي مناطق پايين دست وجود ندارد.
با اين حال، PMFدو نقص عمده دارد که بايد توسط مهندسين سد در نظر گرفته شود. تنوع PMF در طول زمان با توجه به تغييرات آب و هوا، و عدم تعادل متناسب بين هزينهها، منافع و خطر شکست سد (استيدنگر 10 و همکاران1996). با بهبود مدلهاي رياضي و آماري، افزايش توانايي برنامههاي کامپيوتري، و دسترسي بهتر به اطلاعات ميتوان ايمني بيشتري براي طراحي سدها در نظر گرفت.
طراحان از روش قطعي در طراحي مهندسي به روش احتمالاتي که عدم اطمينان بالاتر را در نظر بگيرند نزديک ميشوند .نکته احتمالاتي کمک ميکند مهندسان براي توليد يک توزيع يا محدوده عملکرد پيشبيني با احتمال مربوط به گذشته را در نظر بگيرند. که البته برخي از مطالعات به تجزيه و تحليل ريسک و قابليت اطمينان در ايمني سد منجر ميشود. چوب (1977) خطر روگذري را براي سد خاکريزي شده توسط ارزيابي استفاده از روش ريسک؛ جدايي ناپذير دانست.
مقايسه نتايج حاصل از روشهاي مختلف با يکديگر و پيشبيني عملکرد واحد را پيشنهاد داد. کميته ايمني سدها موجود (1983) شاخص خطر شکست روگذري، و بحث مفهوم طراحي مبتني بر ريسک در مهندسي سيستمهاي هيدروليکي11 را بررسي کرده است. سينگ و اسنوراسون12 1982) ، 1984) تاريخ شکست سد با پديده روگذري را در برخي از سدهاي خاکي مورد مطالعه قرار دادند و متوجه يک ارتباط قوي بين عرض سد و نقض ارتفاع سد شدند. بولز (2001) خطر قابل تحمل براي ريسک در مهندسي هيدروسيستم و ارائه چند مثال براي معيارهاي ريسک قابل تحمل در ايمني سد ارائه داد .
يانماز13 و باسر14 (2003) تجزيه و تحليل فرکانس سيل دو متغيره به کار گرفته شده در برآورد خطر روگذري در سد را بررسي کردند. وانگ15 و بولز16 (2005) مکانهاي مختلف را که شکست سد خاکي با پديده موج روگذري رخ داده بود مورد مطالعه قرار دادند.. نتايج آنها نشان داد که جهت باد، و همچنين سرعت باد، اثر قابل توجهي در اين پديده دارند .
اوليمارنگو17 (2006) احتمال روگذري را در طول سد



قیمت: تومان


پاسخ دهید