متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : عمران

گرایش : مهندسی آب

عنوان : بررسی تبعات شکست سد با نرم افزار MIKE11

دانشگاه سیستان و بلوچستان

تحصیلات تکمیلی

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته عمران-مهندسی آب

عنوان:

بررسی تبعات شکست سد با نرم افزار MIKE11

(مطالعه موردی سد دز)

استاد راهنما:

دكتر  غلامحسین اکبری

استاد مشاور:

مهندس مرتضی زرگر

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول، کلیات………………………………………… 1

1-1-مقدمه……………………………………….. 2

1-2-شکست هیدرولیکی سدها………………………………………. 2

1-3-بیان مسأله و هدف تحقیق………………………………………… 3

1-4-شرح روش اجرای تحقیق ………………………………………. 5

1-5-ساختار پایان نامه……………………………………….. 6

فصل دوم مروری بر مطالعات انجام شده ………………………………… 8

2-1-مقدمه……………………………………….. 9

2-2-اهمیت بررسی مساله شکست سد ……………………………… 9

2-3-نمونه هایی از سدهای شکسته شده در جهان…………………. 9

2-4-بررسی عوامل ایجاد كننده شكست سدها ……………………….11

2-4-1- دسته‌بندی مكانیزم‌های شكست از نظر فراوانی وقوع…………. 12

2-4-2-یافته های حاصل از مطالعات شكست سدها………………….. 14

2-5-پیش بینی پارامترهای شکافت…………………………………….. 15

2-5-1- روشهای موجود برای پیشبینی پارامترهای شکافت…………….. 17

2-5-2-پیش بینی جریان خروجی پیک با داده های مطالعه موردی……… 18

فصل سوم: روابط و معادلات حاكم بر مسئله شكست سد……………. 20

3-1-مقدمه……………………………………….. 21

3-2-معادلات حاکم بر مساله شکست……………………………………. 21

3-3- روش حل معادلات………………………………………… 22

3-3-2-شرایط مرزی………………………………………… 24

3-3-3- شرط مرزی باز………………………………………. 25

3-3-4- شرط مرزی منبع نقطه‌ای………………………………………… 25

3-3-6- شرط مرزی سراسری………………………………………… 26

3-3-7- شرط مرزی بسته……………………………………….. 26

فصل چهارم: معرفی مدل ریاضی مورد استفاده…………………. 27

4-3- نرم‌افزارهای موجود……………………………………….. 29

4-4- انتخاب مدل ریاضی مناسب…………………………………… 31

4-5-1-  نرم افزار MIKE11………………………………………..

4-5-2- مدل هیدرودینامیك(H D)……………………………….. 34

4-5-3- معادلات حاكم……………………………………….. 34

4-5-4- تعریف مقاطع عرضی………………………………………… 34

4-5-5- شبکه محاسباتی………………………………………… 36

4-5-5-1-توصیف کلی………………………………………… 36

4-5-5-2- انتخاب منطقه مدلسازی…………………………….. 37

4-5-5-3- انتخاب فاصله نقاط (Dx) …………………………..37

4-5-5-4-  شرایط پایداری………………………………………… 37

4-5-5-5-  مدل شكست سد……………………………………. 38

4-6-مروری بر راهنمای کاربردی مدل MIKE 11………………………

4-6-1-ویرایشگر شبکه رودخانه………………………………….. 39

4-6-1-1-  نمایش گرافیکی………………………………………. 40

4-6-1-2- نمایش جدولی………………………………………… 40

4-6-2- وایشگر مقطع عرضی…………………………………….. 42

4-6-2-1- ورود اطلاعات خام مقطعی عرضی……………………42

4-6-2-2- تعیین نوع مقطع عرضی…………………………….. 43

4-6-3- ویرایشگر شرایط مرزی…………………………………… 44

4-6-3-1- پنجره شرایط مرزی………………………………….. 44

4-6-3-2- بررسی انواع شرایط مرزی………………………….. 45

4-6-4- ویرایشگر هیدرودینامیک……………………………………. 48

4-6-4-1- آشنایی با پنجره پارامترهای هیدرودینامیک…………… 49

3-3-4-2 تعیین پارامترهای هیدرودینامیکی مدل…………………. 51

4-6-5- مدل سازی………………………………………… 52

4-6-5-1- مدل ها ……………………………………….52

4-6-5-2- ورودی ها………………………………………. 53

4-6-5-3- شبیه سازی………………………………………… 54

4-6-5-4- نتایج……………………………………….. 54

4-6-5-5- شروع شبیه سازی………………………………………… 55

فصل پنجم: معرفی مطالعه موردی……………………………….. 56

5-1- مقدمه……………………………………….. 57

5-2- سیستم رودخانه كارون و دز………………………………………. 57

5-2-1-رودخانه‌ كارون‌……………………………………….. 57

5-2-2- رودخانه‌ دز………………………………………. 58

5-2-2-1-  رودخانه سزار ……………………………………….59

5-2-2-2-  رودخانه بختیاری………………………………………… 60

5-2-2-3ـ رودخانه‌ بالارود……………………………………….. 60

5-2-2-4 ـ رود خانه‌ شاوور………………………………………. 60

5-3-  ایستگاه های آبسنجی حوضه آبریز كارون و دز…………… 61

5-4- مشخصات سدهای مخزنی سیستم رودخانه کارون و دز………64

5-4-1- سد دز………………………………………. 64

5-5- اطلاعات موجود……………………………………….. 70

5-5-1- مقاطع عرضی………………………………………… 70

5-5-2- تهیه  نقشه DEM منطقه………………………………. 71

5-5-3- گسترش مقاطع عرضی………………………………… 72

5-5-4- مسیر رودخانه ها………………………………………. 74

5-5-4-1- رودخانه های دز و بالارود……………………………… 75

5-5-4-2- رودخانه كارون……………………………………….. 75

فصل ششم: کاربرد مدل ریاضی………………………………. 78

6-1- مقدمه……………………………………….. 79

6-2- متدولوژی………………………………………… 80

6-3- مدل ریاضی تهیه شده………………………………………. 81

6-3-1- مسیر رودخانه……………………………………….. 81

6-3-2- مقاطع عرضی………………………………………… 84

6-3-3- شرایط مرزی………………………………………… 85

6-3-3-1- شرط مرزی بالادست……………………………………….. 85

6-3-3-2- شرط مرزی پایین دست:………………………………… 86

6-3-4- شرایط اولیه……………………………………….. 98

6-3-6- ضریب مانینگ معرفی شده به مدل ریاضی……………… 96

6-4- تعیین سناریوهای مختلف شکست سد…………………….. 98

6-5- ارائه نتایج……………………………………….. 101

6-5-1- دبی پیک شکست سد سناریوهای مختلف…………… 101

6-5-2- روندیابی سیلاب ناشی از شکست سد دز………………. 103

فصل  هفتم: نتایج و پیشنهادات………………………………….. 111

7-1- نتایج……………………………………….. 112

7-2- پیشنهادات………………………………………… 113

چکیده:

یکی از بزرگترین ریسکها در سد سازی، بحث شکست سد است که اگر به دقت شناخته شود و مطالعه در مورد آن صورت گیرد، ایمنی در مورد شکست سد بوجود می آید و احتمال وقوع خرابی و متحمل شدن هزینه های زیاد از بین می رود. کاهش ریسک بایستی در تمامی ابعاد و برای کلیه خطرات محتمل صورت پذیرد.­ ­در بررسی خطرات بایستی امکان هشدار و تخلیه مردم در پائین دست در نظر گرفته شود. بنابراین کاهش ریسک میتواند با برخورد جامع گرایانه، متعادل و کم هزینه گردد. در این راستا مسائلی که مستقیما به سد مربوط نمی­  باشند مانند آبگرفتگی در پائین دست، بایستی به دقت مورد مطالعه قرار گیرند. توجه دقیق بایستی به عواملی مانند سرعت تخریب سد، عمق و سرعت جریان، فاصله سد از مراکز جمعیت، کارایی سیستم هشدار سیلاب و وضعیت اقلیمی در شرایط سیلابهای نادر معطوف شود. این عوامل بعلاوه پارامترهای دیگر، عواقب تخریب سد را معیین میکنند با شناخت علل شکست سدها می توان به چاره جویی مناسب برای اصلاح آنها پرداخت و قبل از طراحی، با شناخت آنها اقدام به طراحی صحیح نمود.

بررسی پیامدهای ناشی از شکست سدها، از جمله مطالعاتی است که بر روی سدها ی ایران صورت می گیرد و یا خواهد گرفت. این موضوع بدلیل قرار گیری بسیاری از سدها در مجاورت مناطق مسکونی و شرایط خاص منطقه از نظر زلزله خیزی است. در این تحقیق تبعات پدیده شکست سد دز با نرم افزار MIKE11   مورد مطالعه قرار گرفت و با مقایسه نتایج با نتایج بدست آمده از روابط تجربی و همچنین نتایج بدست آمده از نرم افزارنمرود به این نتیحه رسیدیم که نرم افزار MIKE11 قادر است پهنه آبگرفتگیناشی از شکست سد را به خوبی مدل سازی کند.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

همه ساله در نواحی مختلف جهان خسارات جانی و مالی جبران ناپذیری بر اثر وقوع حوادث غیر مترقبه مانند سیل به جوامع بشری وارد می گردد. خوشبختانه در کشور ما با احداث سدهای مخزنی بزرگ بر روی برخی رودخانه های مهم کشور مانند دز به میزان قابل توجهی از میزان این خسارات کاسته شده است. اما باید به این نکته توجه داشت که در اثر شکست این سدهای مخزنی بزرگ نیز خسارات جبران ناپذیری به نواحی پایین دست آنها وارد می گردد. لذا شبیه سازی هیدرولیکی پدیده شکست سد، جهت برآورد خسارت،  بر نامه ریزی صحیح و تدارک فعالیتهای امدادی در محدوده اثر این واقعه از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. خسارات بسیار زیاد ناشی از شكست سد بخصوص در رابطه با سدهایی كه در نزدیكی شهرهای بزرگ احداث می شوند، لازم است كه همزمان با مطالعه و طراحی بخشهای مختلف سد در نظر گرفته شود ]6 [.

2-1- شکست هیدرولیکی سدها

سیلاب ناشی از شكست سدهای بزرگ خرابی و مصیبت زیادی را در دو قرن اخیر سبب شده است شكست سد و جریان خروجی ناشی از آن به عنوان یكی از مهمترین مطالعات پژوهشی در بسیاری از كشورها و موسسات تحقیقاتی بوده و در حال حاضر نیز ادامه دارد. شكست سدهای بتنی می تواند به علت پدیده های سرریز شدن از روی سد بدلیل ناتوانی ظرفیت تخلیه سرریز، تراوش، اثر زلزله، ایجاد موج ضربه ای در اثر ورود توده لغزشی به داخل مخزن و یا در اثر خرابكاری صورت گیرد.

پس از وقوع این پدیده ها و ایجاد شکافت اولیه در بدنه سد و عبور جریان از میان شکافت ایجاد شده به مرور زمان شکافت اولیه به کل بدنه یا بخش اعظم آن گسترش یافته و سبب تخریب آن می گردد. البته در سدهای بتنی این پدیده معمولا به صورت ناگهانی و در زمان اندکی اتفاق می افتد. در شکل (1-1) شکست سد بتنی مالپاست [1] – فرانسه نشان داده شده است.

3-1- بیان مسأله و هدف تحقیق

به دو طریق می توان دبی پیك سیل ناشی از شكست سد بتنی را پیش بینی نمود . یكی آنكه رابطه ای تجربی بین برخی پارامترها مانند حجم، عمق و … برقرار نمود و از طریق رگرسیون بین داده های جمع آوری شده مدلی آماری برای محاسبه دبی پیك ارئه كرد.روش دوم  استفاده از كامپیوتر و مدلهای فیزیكی برای شبیه سازی ایجاد شكست در سد و رها شدن آب موجود در مخزن آن است. روابط رگرسیونی در تسریع كار و در مواردی كه دادها در دست نیست، لازم هستند اما بزرگی سیل را با تخمین زیاد پیش بینی می كنند . این روا بط بویژه در طراحی سازه های خاكی برای در نظر گرفتن نكات ایمنی مفید به نظر می آیند .روشهای محاسباتی فعلی مدلهای كاملا فیزیكی به تمام معنا نبوده و در جاهائی به تخمین متوسل می شوند .علاوه بر آن این قبیل روشها بسیار پر زحمت بوده و نیاز به اطلاعات زیادی در مورد سازه، ویژگی های مصالح، سیستم رودخانه ای و… دارند.

با بهره گرفتن از مدلسازی ریاضی این پدیده می توان یک تخمین بسیار مناسب از میزان دبی پیک و تراز آب رودخانه در نواحی مختلف پایین دست سد به ازای سناریو های مختلف مانند شکست آنی یا تدریجی سد با صرف کمترین هزینه بدست آورد. برای این كار می بایستی هیدروگراف خروجی ناشی از شكست سد با توجه

به نوع شكست مشخص گشته سپس با توجه به مورفولوژی پایین دست روندیابی و پهنه بندی سیلاب مشخص گردد. همچنین می توان با بهره گرفتن ازنتایج مدلسازی و سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS میزان خسارات ناشی از شکست سد را که به اراضی کشاورزی، شهر ها و روستاهای پایین دست وارد خواهد شد، برآورد کرد، که می تواند جهت برنامه ریزی فعالیتهای آینده در محدوده رودخانه ها بسیار مفید باشد . به طور کلی در بررسی پدیده شکست سد باید نکات زیر را مورد توجه قرار داد ]6 [:

1- تخمین درست هیدروگراف ناشی از شکست سد

2- روندیابی سیلاب ناشی از شکست سد در رودخانه پایین دست و تهیه نقشه پهنه سیلاب آن

3- تعیین مناطق در معرض خطر

4- تهیه برنامه فعالیتهای امدادی به ترتیب اولویت

مدل های ریاضی از نظر بعد به پنج گروه تقسیم می شوند :

1- مدل یک بعدی 2- مدل شبه دوبعدی 3- مدل دو بعدی 4- مدل شبه سه بعدی 5- مدل سه بعدی

در مدل یک بعدی معادلات جریان یک بعدی در راستای اصلی جریان حل شده و متوسط پارامترهای جریان در هر مقطع عرضی محاسبه گردیده و توزیع عرضی یا عمقی سرعت در نظر گرفته نمی شود.

 در مدل شبه دو بعدی محدوده عرضی راستای اصلی جریان به تعدادی از لوله های جریان و به موازات یکدیگر تقسیم می گردد. معادلات یک بعدی در راستای لوله های جریان حل شده و متوسط پارامترهای جریان در هر مقطع در جهت عرضی نیز محاسبه می گردد.

در مدل دو بعدی معادلات دیفرانسیل دو بعدی در سیستم مختصات سطح افق یا سطح قائم با استقرار شبکه عددی حل می گردد.

در مدل شبه سه بعدی معادلات دیفرانسیل دو بعدی با مختصات طول و عرض، در سطوح متوالی   افقی-در امتداد عمق با استقرار شبکه عددی حل می گردد.

در مدل سه بعدی معادلات دیفرانسیل سه بعدی در سیستم مختصات طول، عرض و عمق با استقرار شبکه عددی حل می گردد.

پدیده شکست سد از نظر هیدرولیکی یک پدیده بسیار ناپایدار بوده و جهت شبیه سازی عددی آن نیاز به مدل ریاضی بسیار قوی می باشد. به طور کلی در پدیده شکست سد از مدلهای سه بعدی تنها در محدوده شکست سد و جهت تخمین بهتر هیدروگراف شکست سد، از مدلهای دوبعدی در محدوده شکست و نواحی پایین دست نزدیک سد جهت تعیین دقیق پهنه سیلاب ناشی از شکست سد و از مدلهای یک بعدی در نواحی دوردست پایین سد جهت تعیین پهنه سیلاب ناشی از شکست سد استفاده می گردد. همچنین اکثر مدلهای ریاضی موجود به دلیل ضعف عمده در پیش بینی سرعت و روند گسترش شکافت ایجاد شده در بدنه سد خصوصا در سدهای بتنی، پدیده شکست سد را به صورت آنی فرض می کنند ]6 [.

اما استفاده از مدلهای سه بعدی و دوبعدی در نواحی نزدیک به بدنه سد نیاز به حجم اطلاعات بسیار زیادی داشته که بسیار مشکل و زمان بر می باشد. لذا عمدتا در مسائل کاربردی جهت مدلسازی شکست سد از نرم افزارها و مدلهای یک بعدی استفاده می گردد. البته استفاده از مدلهای یک بعدی جهت مدلسازی این پدیده چندان خالی از اشکال نبوده و در صورتیکه اطلاعات توپوگرافی مناسبی برای این مدلها فراهم نگردد نتایج پهنه سیلاب ناشی از آنها خصوصا در محدوده نزدیک به بدنه سد دارای خطاها و اشکالات فراوانی می باشد. لذا در این تحقیق تلاش خواهد شد با بهره گیری از نرم افزار یک بعدی MIKE11 و زیر مدل شکست سد آن پدیده شکست سدهای بتنی در سناریوهای مختلف که در ادامه تشریح خواهد شد و در مطالعه موردی کاربرد این نرم افزار برای رودخانه دز  و شکست سد مخزنی دز به عنوان آخرین سد موجود بر روی این رودخانه بررسی گردد.

این نرم افزار جریان عبوری از مقطع شكسته شده سد را مانند جریان عبوری از بالای یك سرریز عریض به دو روش مختلف در نظر می گیرد : در روش اول مقطع شكست سد با زمان تغییر می كند و در روش دوم جریان عبوری از بالای تاج سد و جریان عبوری از مقطع شكست به صورت جداگانه محاسبه می شوند.این  مدل می تواند شكاف ایجاد شده در سد را به صورت تدریجی یا آنی با بهره گرفتن از روابط انتقال رسوبات برای سدهای خاکی یا سری زمانی شكست سد تعریف شده توسط استفاده کننده برای سدهای بتنی، گسترش دهد تا سد به طور كامل نابود شده و از بین برود ]11،12 [.

4-1- شرح روش اجرای تحقیق 

رودخانه دز یکی از بزرگترین و پرآب ترین رودخانه ایران می باشد كه در حوضه آبریز خلیج فارس و دریای عمان جاری  است. از رودخانه های كارون و دز كارون حدود 880 مقطع عرضی به فواصل تقریبی 1 تا 2 كیلومتر در اختیار می باشد كه در قالب طرحهای مختلف ساماندهی  آبراهه كارون و حریم و بستر رودخانه كارون از سوی سازمان آب و برق خوزستان به عنوان كارفرمای پروژه ها برداشت شده است ]10[ . در این تحقیق از مقاطع برداشت شده حد فاصل سد دز تا شهر اهواز  استفاده خواهد شد. متاسفانه بازه بین سد مخزنی تا سد تنظیمی دز به طور تقریبی 28 كیلومتر فاقد مقاطع عرضی می باشد. لذا جهت تهیه مقاطع عرضی ابن بازه از نقشه های توپوگرافی 1:25000 و DEM[1] منطقه استفاده خواهد شد. همچنین جهت معرفی هندسه مخزن سد دز به مدل نیز  از نقشه های توپوگرافی 1:5000 مخزن سد استفاده خواهد شد.

به دلیل آنکه تا کنون در حوضه کارون و دز پدیده شکست سد حادث نشده است امکان کالیبراسیون دقیق پدیده شکست سد وجود ندارد و باید مدل تهیه شده را به چند بخش تقسیم و برای هر کدام از بخشها به صورت جداگانه مدل تدقیق گردد. همانطور که پیشتر اشاره گردید معمولا در پدیده شکست سد باید موارد زیر بررسی گردد:

– تخمین درست هیدروگراف ناشی از شکست سد

– روندیابی سیلاب ناشی از شکست سد در رودخانه پایین دست و تهیه نقشه پهنه سیلاب آن

– تعیین مناطق در معرض خطر

جهت اطمینان از نتایج مدل جهت پیش بینی هیدروگراف ناشی از شکست سد، ابتدا نتایج حاصل از مدل MIKE11 به ازای یک مسئله ساده با حل تحلیلی پدیده شکست سد مقایسه خواهد شد و پس از اطمینان از صحت نتایج آن، آنالیز حساسیت بر روی پارامترها تاثیر گذار هیدروگراف ناشی از شکست سد دز انجام خواهد شد و تلاش خواهد شد هیدروگراف حاصل در سناریو منتخب با نتایج حاصل از روابط تجربی موجود برای این پدیده و کارهای انجام شده توسط دیگران مقایسه و کنترل گردد.

   جهت تعیین ضریب زبری رودخانه و سیلاب دشتهای آن و کالیبراسیون روندیابی سیلاب ناشی از شکست سد در رودخانه پایین دست و تهیه نقشه پهنه سیلاب آن از روابط تجربی و کارهای انجام شده در گذشته استفاده خواهد شد.

نهایتا هیدروگراف سیلاب ناشی از شکست سد دز در رودخانه دز روند یابی  و نتایج حاصل از این رودندیابی به ازای نقاط مختلف رودخانه کارون و دز تعیین خواهد شد.

[1] Digital Elevation Map

[1] Malpasset  

تعداد صفحه : 135

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.