فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی منابع آب
پیاپی 21 (تابستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/06/25
  • تعداد عناوین: 8
|
  • علی کرمی خانیکی*، فیروزه بخشنده، کامران لاری صفحات 1-12
    الگوی جریان و انتقال رسوب در مصب ها از مهمترین فرایندهای ساحلی موثر بر ریخت شناسی خط ساحلند. این عوامل، خود متاثر از امواج و جزر و مد می باشند. اهمیت موضوع فوق باعث شده است که امروزه متخصصان در پی بهترین روش مطالعه و اجرای شبیه های عددی در مورد حوزه های آبی باشند. در این تحقیق، به کمک شبیه سازی عددی تاثیر جریان های جزر و مدی بر انتقال رسوب و شکل عوارض رسوبی در مصب ها مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، محل اتصال یک خلیج کوچک به دریای آزاد، به وسیله ی نرم افزار مایک 21 مطالعه شده است. شبیه مورد نظر تحت شرایط مختلف جزر و مد (با دامنه های مختلف 5/0، 5/1 و 5/2 متری) مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه این تحقیق موید ایجاد جریان های گردابی در حالت تبدیل از جزر به مد و یا برعکس است. عملکرد این جریان های گردابی در حضور جریان های مدی (به سمت ساحل) و جریان های جزری (جریان های برگشتی)، باعث ایجاد کم عمقی هایی در بالادست و پایین دست مصب می گردد. شعاع گردابه های جزر و مدی، و عرض محدوده ی رسوبگذاری در طرفین دهانه، با دامنه ی جزر و مد رابطه ی مستقیم دارند. انتقال رسوب در دامنه های 5/1و 5/2 متری در حالت مد غالب (انتقال رسوب به سمت خلیج)، در دامنه ی یک متری در حالت جزر غالب صورت می گیرد.
    کلیدواژگان: انتقال رسوب، جریان جزر و مدی، مصب جزری، مصب مدی، مایک 21، مصب
  • محمدرضا بازرگان لاری* صفحات 13-26
    در جریان های تحت فشار، استفاده از افزایش مقطع ناگهانی به عنوان یکی از گزینه های استهلاک کارمایه مطرح است. از آن جا که حباب های ناشی از پدیده حباب زایی می تواند زیانهای سازه ای قابل توجهی در پی داشته باشند، براورد بیشینه ی فشار منفی در بازشدگی ناگهانی مورد توجه خاص قرار دارد. نوسانهای فشار، دامنه و شدت حباب زایی به مقدار بیشینه ی فشار منفی وابسته است. بنابراین براورد مقدار بیشینه ی فشار منفی در مرحله طراحی ضروری است. در این تحقیق، با تغییر هندسه و مشخصات جریان، بازشدگی های ناگهانی پرشماری تولید و به کمک پویایی سیالات محاسباتی شبیه سازی شدند. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی انطباق لازم را با مشاهدات آزمایشگاهی داشتند؛ بنابراین، شبیه عددی توانایی لازم را برای پیش بینی بیشینه ی فشار منفی دارد. در این مقاله، برای اولین بار، از روش داده کاوی M5P برای برقراری ارتباطی سریع، دقیق و کم هزینه بین مشخصات هندسی و مشخصات جریان در بازشدگی ناگهانی، و مقدار بیشینه ی فشار منفی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که قوانین ساده ی مبتنی بر M5P می توانند به دقت مقدار بیشینه ی فشار منفی را براورد کنند.
    کلیدواژگان: بازشدگی ناگهانی، حباب زایی، درخت تصمیم M5P، فشار منفی، پویایی سیالات محاسباتی، استهلاک کارمایه
  • حمیدرضا فولادمند صفحات 27-36
    به رابطه ی بین رطوبت و مکش آب خاک، منحنی مشخصه ی آب خاک گفته می شود، که اندازه گیری آن وقت گیر و پرهزینه است. از روش های تخمین منحنی مشخصه، استفاده از منحنی دانه بندی و چگالی ظاهری خاک است، که در آن از فراسنج مقیاس (a) استفاده می شود. در این پژوهش از 9 نمونه خاک مختلف منطقه ی مرودشت در استان فارس با بافت های رس لایی و متوسط رسی لایی استفاده، و منحنی مشخصه ی هر خاک تعیین گردید. سپس منحنی دانه بندی هر خاک باکاربرد روش فولادمند و سپاسخواه (FS) و فولادمند و منصوری (FM) تخمین زده شد. هم چنین، در این پژوهش، از نسبت پوکی متغیر خاک در قسمت های مختلف منحنی دانه بندی بهره وری گردید و برای تعیین فراسنج مقیاس دو روش خطی با نسبت پوکی متغیر (LN) و لجستیک با نسبت پوکی متغیر (LG) درنظر گرفته شدند. بر این اساس، منحنی مشخصه ی هر خاک از چهار حالت مختلف تخمین زده شد و با منحنی مشخصه تعیین گردیده ی هر خاک مقایسه شد. نتایج نشان دادند که شبیه FM برای تخمین منحنی دانه بندی، و به دنبال آن براورد منحنی مشخصه ی مناسبتر از شبیه FS می باشد. هم چنین، بطور کلی، نتایج نشان دادند که حالت FM-LN مناسب ترین حالت برای تخمین منحنی مشخصه ی خاک های مورد مطالعه می باشد
    کلیدواژگان: منحنی مشخصه ی آب خاک، منحنی دانه بندی، روش خطی، روش لجستیک، نسبت پوکی متغیر
  • سهیلا زارعی*، احمد فاخری فرد صفحات 37-50
    پیش بینی پدیده هایی نظیر خشکسالی، که گاهی آثار زیان بار آنها جبران پذیر نیست، یکی از مهمترین مسائل برای محققان بوده است. در این پژوهش با بهره وری از داده های بارش و جریان های ماهانه ی40 ساله (1349-1388) در حوضه ی آبخیز صوفی چای واقع در استان آذربایجان شرقی، دوره های خشکی مربوط به هر گروه داده بارش و جریان، با کاربرد روش رژیم بهنجار ماهانه استخراج گردید، سپس ارتباط زمانی بین خشکسالی های هواشناسی و آبشناسی با کاربرد روش های هوش مصنوعی نظیر GP و ANFIS بررسی شد تا با استفاده از شبیه مناسب تر بتوان با داشتن خشکسالی های هواشناسی، خشکسالی های آبشناسی را از نظر زمان وقوعشان، قبل از رخدادن آنها پیش بینی کرد. دو روش مزبور با به بکارگیری آماره های مناسب، مانند ضریب همبستگی (r2)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین مطلق انحرافات (MAD) ارزیابی شدند؛ نتایج نشان دادند که بین هر دو خشکسالی، در هر دو شبیه انتخاب شده، همبستگی بالایی با ضریب همبستگی در حدود 99/0 وجود دارد، که بیانگر نیکویی هر دو شبیه در ایجاد ارتباط زمانی بین خشکسالی های هواشناسی و آبشناسی می باشد. با توجه به معیارهای خطا می توان نتیجه گرفت که می توان زمان رخدادن خشکسالی آبشناسی را با کاربرد روش ANFIS، و با آماره های 98/4 RMSE= و83/3 MAD= نسبت به شبیه GP با 437/6 RMSE= و 201/5 MAD= با اطمینان بیش تری پیش بینی کرد.
    کلیدواژگان: خشکسالی هواشناسی، خشکسالی آبشناسی، شبیه GP، شبیه ANFIS
  • الهه فلاح مهدی پور*، امید بزرگ حداد، سعید علی محمدی صفحات 51-66
    در سال های اخیر، به علت رشد صعودی تقاضای آب، استفاده بیش از پیش از منابع محدود آب، اعم از سطحی و زیرزمینی، و در برخی مناطق استفاده ی توامان از این منابع، افزایش یافته است. همزمان با این رشد استفاده، شبیه سازی بهره برداری، شامل شبیه سازی و بهینه سازی، بخصوص در نحوه ی برخورد با آب زیرزمینی، توسعه یافته است. قواعد بهره برداری یکی از ابزارهای مناسب در برنامه ریزی منابع آب می باشند که با استفاده از مقادیر متغیرهای حالت متفاوت، در گذشته و حال سامانه، نحوه ی و مقدار برداشت از منابع مختلف را در زمان حاضر براورد می کنند. در این تحقیق، نحوه ی بهره برداری زمان واقعی از منابع متفاوت و تخصیص آب به نیازهای مختلف سامانه ی آبخوان- سد در محدوده ی کرج مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، کارآیی الگوریتم ژنتیک[1] (GA) در استخراج قاعده ی بهره برداری خطی و برنامه ریزی ژنتیک با موقعیت ثابت ژن[2] (FLGGP) در یافتن روابط ریاضی بدون قالب از پیش تعیین شده خطی یا غیرخطی، با هدف کمینه سازی مجموع مربعات انحرافات مقادیر بهنجار شده تخصیص از نیاز، مقایسه شده اند. نتایج حاکی از آن هستند که تابع هدف حاصل از FLGGP، 58/32 درصد کمتر (بهتر) از مقدار مشابه حاصل از GA می باشد. به این ترتیب، کارآیی و انعطاف پذیری FLGGP، به علت استفاده از توابع و متغیرهای مختلف در جستجوی فضای تصمیم برای سامانه ی تلفیقی، بیشتر از GA است.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، برنامه ریزی ژنتیک با موقعیت ثابت ژن، سامانه ی تلفیقی
  • حلیمه پیری*، ابوالفضل بامری صفحات 67-80
    با توجه به نقش نسبت جذبی سدیم (SAR) در مدیریت و پایداری خاک، برآورد این فراسنج در آبهای زیرزمینی استفاده شده در اراضی کشاورزی از اهمیت خاصی برخوردار است. هدف از این پژوهش، مقایسه ی عملکرد و کارایی دو شبیه وایازی خطی چند متغیره، و شبکه ی عصبی مصنوعی در شبیه سازی و براورد نسبت جذبی سدیم در آبهای زیرزمینی دشت بجستان می باشد. جهت انجام پیش بینی نسبت جذبی سدیم به عنوان متغیر وابسته، و فراسنج های طول و عرض جغرافیایی، هدایت الکتریکی، میزان کل عناصر محلول و مقادیر pH به عنوان متغیر مستقل به کار گرفته شدند. سپس شبیه وایازی خطی چند متغیره و شبکه ی عصبی مصنوعی بین این فراسنج ها و نسبت جذبی سدیم برقرار گردید. در نهایت، کارایی این شبیه ها با استفاده از روش اعتبارسنجی متقابل مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که روش های وایازی خطی چند متغیره و شبکه ی عصبی مصنوعی به ترتیب می توانند9/23 و 80 درصد از تغییرات نسبت جذب سدیم را در منطقه ی مورد مطالعه توجیه کنند. نتایج تحلیل حساسیت شبیه شبکه ی عصبی مصنوعی نشان دادند که فراسنج pH تاثیر بیش تری در دقت برآورد نسبت جذب سدیم در منطقه دارد.
    کلیدواژگان: بجستان، نسبت جذب سدیم، وایازی خطی، شبکه ی عصبی مصنوعی
  • حمزه ابراهیم نژادیان*، محمود رضا ملایی نیا صفحات 81-96
    استفاده از سرریزهای پلکانی، به علت هزینه ی ساخت پایین و بازدهی بالای آن، بطور فزاینده ای رو به افزایش است. از این رو، مطالعات نیز در این زمینه با رشد و توجه زیادی از سوی مهندسین سدساز همراه بوده، ولی اغلب این مطالعات در زمینه ی سرریزهای پلکانی با ارتفاع پله یکنواخت می باشند، در حالی که ارتفاع پله غیریکنواخت نیز می تواند در بعضی حالات به عنوان یک گزینه مطرح گردد. در این تحقیق یک نمونه ی فیزیکی از سد هرات برای سرریز پلکانی با ارتفاع 3/1 متر و شیب 2/19 درجه برای صحت سنجی شبیه عددی استفاده شد، سپس سه نوع پیکربندی پلکانی با استفاده از پویایی سیال محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS CFX برای محدوده ی جریان مورد آزمایش قرار گرفتند. شبیه سازی جریان دو حالتی آب و هوا برای هر یک از پیکربندی ها و تمامی محدوده بده ها صورت پذیرفت و نتایج در زمینه های الگوی جریان، استهلاک کارمایه و نقطه ی شروع هوادهی جریان مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان از تفاوت حداقلی استهلاک کارمایه در محدوده ی رژیم جریان ریزشی و تفاوت حداکثری در رژیم لغزشی را داشتند.
    کلیدواژگان: سرریز پلکانی، پویایی سیال محاسباتی، نرم افزار ANSYS CFX، استهلاک کارمایه
  • فرزاد حسن پور، زینب شیخعلی پور صفحات 97-108
    روندیابی سیلاب به دلیل فراهم نمودن امکان پیش بینی چگونگی طغیان و فروکش کردن آن در رودخانه، یکی از مهمترین مسائل در مهندسی رودخانه است. از آن جای که سیلاب جریانی متغیر غیردایمی است، لذا روندیابی آن نیاز به داده های گسترده از رود ها و آمار دقیقی از ایستگاه های آبسنجی دارد. روش ماسکینگام، به دلیل سادگی آن، دارای کاربرد بیش تری در میان روش های روندیابی سیلاب می باشد. از طرفی، استفاده از روش های هوش مصنوعی در زمینه های مختلف مهندسی آب و شبیه سازی در حوضه های آبخیز طی دهه اخیر رشد چشمگیری داشته است. در این پژوهش، برای روندیابی سیلاب با استفاده از روش های ماسکینگام، شبکه ی عصبی مصنوعی، سامانه استنتاج تطبیقی عصبی- فازی، و برنامه ریزی ژنتیک از داده های ویلسون، ویو و همکاران، و ویس من و لویس در سه رود مختلف استفاده گردید. نتایج شبیه سازی روندیابی سیلاب با کاربرد روش های ذکر شده با استفاده از شاخص های آماری R2، RMSE و MBE ارزیابی گردیدند. نتایج این تحقیق نشان دادند که روش های هوش مصنوعی، به دلیل برخورداری از RMSE کمتر نسبت به روش ماسکینگام، برتری دارند، که این مقدار برای روش های هوش مصنوعی 00174/0، و برای روش ماسکینگام 727/28 به دست آمد، بنابراین، روش ماسکینگام در شبیه سازی آب نگار سیلاب با بده ی اوج پرشمار موفق نبوده است. با وجود اندک تفاوت در دقت تخمین و مقادیر خطا در شبیه ها، شبکه های عصبی مصنوعی با مقادیر R2، RMSE و MBE مناسبتر در رده ی اول، و سامانه ی استنتاج تطبیقی عصبی- فازی و برنامه ریزی ژنتیک به ترتیب در رده های دوم و سوم قرار می گیرند. با توجه به سهولت کاربرد و نتایج خوب روش های هوش مصنوعی، پیشنهاد می شود تحقیقات بیش تری در این زمینه صورت پذیرد.
    کلیدواژگان: روندیابی سیلاب، روش ماسکینگام، شبکه ی عصبی مصنوعی، برنامه ریزی ژنتیک، سامانه ی استنتاج تطبیقی عصبی، فازی
|
  • A. K.*, F. B., K. L. Pages 1-12
    The current and sediment transport patterns are important factors affecting coastline morphology. Subsequently، these factors are influenced by waves and currents. Currents are generated by waves breaking on the coastal area. A simultaneous presence of a long shore and tidal currents makes the inlet. A complex hydrodynamic area. The effects of tidal currents on sediment transport pattern and sedimentary features of inlets were studied by numerical modeling. The junction of a small bay to an open sea was modeled using the MIKE21 software. Different conditions of tide amplitudes (0. 5، 1. 5، 2. 5 meters) were investigated. The results clearly indicated the formation of two vortexes during transformation from flow to ebb tide and vice versa. These vortexes، in association with the tidal flow and ebb currents، produce some shallow areas at the sides of the inlet. The radius of the tidal vortexes، and the width of sedimentation area، are directly dependent on the tide amplitude. Using an analysis of Keulegan، when tide amplitudes were 1. 5 and 2. 5 meters، there was flow dominance in sediment transport capability (i. e. net bay-ward transport). when the tide amplitude was 0. 5 meter، there was the ebb dominance of sediment transport capability.
    Keywords: Ebb shoal, flow shoal, inlet, MIKE21, sediment transport, tidal current
  • M.R. B* Pages 13-26
    Sudden expansion can be used as energy dissipater in the pressurized pipe flows. As the induced cavitation bubbles will cause large structural damage، estimating the amount of maximum developed under-atmospheric pressure (MDUAP) in sudden expansions is of particular interest. Pressure fluctuations، domain and intensity of cavitation depend on the amount of MDUAP. Therefore، estimating the amount of MDUAP is a vital task in the design stage. To carry out this study، various sudden expansions were developed by changing the geometry and flow properties. The developed sudden expansions were modeled using the CFD modeling technique. The obtained CFD based results were successful in analyzing the experimental observations. Therefore، the simulation model is capable of predicting the MDUAP under different conditions. In this paper، the M5P data mining model is used for the first time for establishing a fast، accurate، and cost-effective linkage between the geometry and flow properties of a sudden expansion and the amount of MDUAP. The results show that the developed M5P based simple rules can accurately predict the amount of MDUAP.
    Keywords: Sudden expansion, cavitation, M5P decision tree, under atmospheric pressure, CFD, energy dissipation
  • H. F. Pages 27-36
    The relationship between soil moisture and soil suction is called soil moisture characteristic curve، and its measurement is time-consuming and expensive. One of the estimation methods of soil moisture characteristic curve is using the soil particle size distribution curve and bulk density، which contains a scaling parameter (). In this study، 9 soil samples with silty clay and silty clay loam textures were selected from the Marvdasht Region in the Province of Fars، and soil moisture characteristic curve of each soil was determined. Then، the soil particle size distribution curve of each soil was estimated based on the Fooladmand and Sepaskhah model (FS) and the Fooladmand and Mansuri model (FM). Also، the local void ratio was considered for different segments of soil particle size distribution curve. The linear procedure with local void ratio (LN) and Logistic procedure with local void ratio were used for determining the scaling parameter. Therefore، the soil moisture characteristic curve of each soil was estimated with four different methods، and all of them were compared with the determined soil moisture characteristic curve. The results showed that using the FM model for estimating the soil particle size distribution curve to estimate the soil moisture characteristic curve was better than that of the FS model. In general، the results indicated that the procedure of FM-LN was appropriate for estimating the soil moisture characteristic curve of the studied soils in this study.
    Keywords: Soil moisture characteristic curve, soil particle size distribution curve, Linear procedure, Logistic procedure, local void ratio
  • S. Z.*, A. F. Pages 37-50
    Hydrological drought (HD) is the most devastating natural phenomena that are falls the inhabitants of dry lands as its dive consequences may not be compensated. Therefore، its prediction has been puzzling researchers from time immemorial. As this phenomenon is directly related to the meteorological drought (MD) we decided to establish a relationship between the two for the Sufi-Chai Catchment، the Province of East Azarbaijan، benefitting from 40 years (1950-1989) of monthly precipitation and stream flow data. Using the normal monthly regime method، the drought periods data relating to each series of precipitation and stream flow were extracted and their relationship were established using the GP and ANFIS artificial intelligence techniques in order to predict the occurrence of drought. The accuracy and precision of these 2 techniques were evaluated using the correlation coefficient (r2)، root mean square error (RMSE) and mean absolute deviation (MAD). The very high r (0. 99) indicated that both techniques correctly predicted the temporal occurrence of HD from MD. The results indicated that ANFIS with the RMSE=4. 98 and MAD of 3. 83 was superior to GP with the RMSE=6. 437 and MAD of 5. 021.
    Keywords: Meteorological droughts, hydrological droughts, GP model, ANFIS model
  • E. F.*, O. B., S. A. Pages 51-66
    In the recent year، because the increasing growth of water including demands، using limited surface and groundwater resources and، in some regions، conjunctive use have increased. Contemporary with this growth، modeling include simulation and optimization has been developed especially in how to deal with the optimization of pumping groundwater. Operational rules are appropriate tools in water resources planning that estimate the value use from various sources at the previous and present time. In this research، real time operation of different resources and water allocation to the different demands in the Karaj region has been considered. To materialize this objective، genetic algorithm (GA) performance has been compared with the fixed lenght gene genetic programming (FLGGP) to extract mathematical equations without any predefined linear and nonlinear forms considering objective of minimization of the sum of the squared deviation between demand and allocated water. Results indicated that the achieved objective employing the FLGGP is 32. 58 percent smaller (better) than the same value obtained by the GA. Thus، the FLGGP performance and flexibility due to the use of functions and variables in the search space is better than The GA in conjunctive system.
    Keywords: genetic algorithm (GA), nonlinear programming (NLP), fixed location gene, genetic programming (FLGGP), water resources planning
  • H. P.*, A. B. Pages 67-80
    As the SAR of irrigation water is a major determinant of the sustainability of agriculture and development on groundwater، the foreknowledge of its value is of utmost importance. As this parameter is highly related to the geological settings، and this in a region maybe somehow dependent on geographical coordinates، the longitude and latitude of 69 wells، along with the pH، electrical conductivity (EC) and total dissolved solids (TDS) of their water were determined. To correlate these data to the SAR of water، this parameter was assigned as the dependent variable and the other 5 as the independent variables. The linear multiple regression (LMR) and artificial neural network (ANN) methods were applied to establish their correlations، and the sensitivity analysis was performed for the ANN to single out the most important independent variable. It was observed that the LMR and ANN explain 23. 9 % and 80. 0 % of the variations of the SAR، respectively. The sensivity analysis indicated that the water pH was the strong predictor of the groundwater’s SAR value.
    Keywords: Bajestan, sodium absorb ratio, linear regression, artificial neural network
  • H. E.*, M. M. Pages 81-96
    The use of stepped spillways has been increasingly on the rise due to their low cost and high efficiency. Hence، growing attention has been paid to the studies in this field by dam engineers; however، most of these studies have focused on the stepped spillways with uniform step height at the cost of ignoring non-uniform step heights، which also demand particular attention. In this study، a physical model of Herat Dam for a 1. 3-m high stepped spillway with a slope of 19. 2 ° was used to verify the numerical model. Then، three types of stepped configurations were tested using computational fluid dynamics in the ANSYS CFX software for the flow range of. Further، a two-phase flow simulation was carried out for each configuration and all discharge ranges. The results were compared in terms of flow pattern، energy dissipation and aeration point. The results showed minor difference in terms of energy dissipation for nappe regime flow and marked difference in terms of skimming regime flow.
    Keywords: Stepped spillway, computational fluid dynamics, ANSYS CFX Software, energy dissipation
  • F. H., Z. Sh Pages 97-108
    Flood routing is one of the most important issues in river engineering because of prediction of the ascent and descent of flood hydrograph. As flood is a variable and unsteady flow، its routing requires accurate and detailed data collection at hydrometry stations. The Muskingum models very offer a useful procedure among the flood routing methods. Moreover، application of the artificial intelligence methods have grown substantially in the different water engineering and watershed modeling endeavors in recent decades. In the present study، the data collected by Wilson، Wu et al.، and veiss man Jr. and Lewis for three different rivers in the U. S. A were used for the flood routing processes using the Muskingum، artificial neural network، adaptive neuro-fuzzy inference system، and genetic programming. Simulation results of flood routing process using the mentioned methods were compared using the statistical indicators of R2، RMSE and MBE. The results indicated that the artificial intelligence methods were superior to the Muskingum method due to their lower RMSE. The RMSE value for the artificial intelligence techniques was 0. 00174 and for the Muskingum method it was 28. 727. The Muskingum method was not successful in flood hydrograph simulation with multi peaks. Despite the slight differences in accuracy estimation and error values ​​in the models، the artificial neural networks proved their superiority with the highest R2، and lowest RMSE and MBE. The adaptive neuro-fuzzy inference system and genetics programming were placed in next levels. Based on the ease of use and more accurate results، the use of artificial intelligence methods is recommended for further studies in this region.
    Keywords: Flood routing, Muskingum method, artificial neural networks, genetic programming, adaptive neuro, fuzzy inference system