پایان نامه ارزیابی تأثیر پارامترهای هندسی هیدرولیكی سازههای آبی كانال آبرسان در شرایط غیر ماندگار

پایان نامه ارزیابی تأثیر پارامترهای هندسی هیدرولیكی سازههای آبی كانال آبرسان در شرایط غیر ماندگار

چکیده :

 یکی از مهمترین عوامل در شبکه های آبیاری که تأثیر تعیـین کننـده ای بـر عملکـرد هیـدرولیکی کانـال و سازه های وابسته دارد، وجود جریان های غیرماندگار است . وجود جریان های غیرماندگار باعث تغییرات دبی و عمق در زمان و مکان در سرتاسر شبکه و سازه های آبی موجود خواهد شد که تبعات گسترده هیدرولیکی در شبکه ایجاد می کند. همچنین از جمله عوامل تأثیرگذار بـر بهبـود عملکـرد کانـال هـای آبیـاری اجـرای دقیـق برنامه های تحویل و توزیع آب در کانال ها از طریق طراحی سازه های متعدد در طـول شـبکه مـی باشـد. وظیفـه تعین میزان تنظیمات سازه ها در شبکه کانال های آبیاری و عملکرد سـازه بعهـده سیـستم کنتـرل اسـت . جهـت مطالعه و بررسی رفتار هیدرولیکی شبکه در مقابل با سیستم های کنترل و سازه هـا ومطالعـه و ارزیـابی عملکـرد جریان های غیرماندگار، یکی از موثرترین روش ها، شبیه سازی ریاضی آنهاسـت . بـا توجـه بـه طبیعـت جریـان غیرماندگار، و تعامل با این سیستم ها و استفاده از مدل های هیدرودینامیکی اجتناب ناپـذیر اسـت . بـرای تحقـق این امر تهیه رابطـه (دبـی -اشـل ) سیـستم هـای کنتـرل و سـازه هـای مربوطـه بـه صـورت تلفیقـی بـا یـک مـدل هیدرودینامیکی ضروری است . اگر چه مدل های مذکور با امکان ارزیابی عملکرد کانال هـا اطلاعـات مناسـبی را برای مدیریت جریان غیرماندگار فراهم می نمایند اما دستیابی به مناسبترین شیوه های مدیریتی نیازمند بهـره - گیری از روش های مؤثر و کارآمد بهینه سازی است .لذا در این تحقیق برای شبیه سازی کانال آبرسان و سـازه - های آن از مدل MIKE11 استفاده شد.برای آزمون و ارزیـابی مـدل ، کانـال خـداآفرین از شـبکه خـداآفرین انتخاب شده است و با توجه به داده های محاسباتی پروفیل سطح آب مدل کالیبره شد و صحت آن مورد تأییـد قرارگرفت . سپس با توجه به قابلیت مدل هیدرولیکی ١١ MIKE، ابتدا با حساسیت سـنجی پارامترهـای مـوثر در مدل درک صحیحی از رفتار جریان در شبکه بدست آمده و با شناسایی اجـزای بـا حـساسیت هیـدرولیکی بیشتر پارامترهایی نظیر ضریب زبری مانینگ که معرف میزان افت انرژی و زبـری کانـال مـی باشـد، بـازه هـای مختلف شبکه کانال آبرسان به صورت مستقل یا وابسته با اسـتفاده از روش هـای نـوین بهینـه سـازی والگـوریتم بهینـه سـازی Shuffled تعیـین شـد.  نتـایج بدسـت آمـده راه کارهـای مـدیریتی بهـره بـرداری از جریـان هـای غیرماندگار در کانال های آبیاری و سازه های آن مورد بحث و بررسی قرارگرفت کـه در ایـن پایـان نامـه ارائـه شده است . 

مقدمه :

یکی از مهمترین عوامل در شبکه های آبیاری که تأثیر تعیین کننده ای بر عملکرد هیدرولیکی کانال و سازه های وابسته دارد، وجود جریان های غیرماندگار است . وجود جریان های غیرماندگار باعث تغییرات دبی و عمق در زمان و مکان در سرتاسر شبکه و سازه های آبی موجود خواهد شد که تبعات گسترده هیدرولیکی در شبکه ایجاد می کند جریان های غیر ماندگار ایجاد شده در شبکه های آبیاری علاوه بر تبعات فراوان هیدرولیکی دارای تأثیرات مستقیم در فرایند بهره برداری در سطح شبکه نیز می باشند. 

مدل های هیدرودینامیک و مدل ١١ MIKE

عموم مدل های هیدرودینامیک که جریان غیرماندگار را در کانال های آبیاری شبیه سازی می کنند، معادلات جریان متغیر تدریجی یک بعدی معروف به سنت ونانت را حل می نمایند که هر یک قابلیت های متفاوتی دارند . بایستی متذکر شد که مدل های هیدرودینامیک برای شبیه سازی جریان غیرماندگار در کانال ها منحصر به یک مدل خاص نمی شود. بلکه مدل های دیگری نیز در این رابطه ارائه گردیده اند که می توان تعدادی از آنها را از قبیل NETFLO،DUFLOW, CANALMAN, RIBASI,  RUBLCON, HYDRA, SEFLOW, KUOTA, WAFLOW نام برد. 

فهرست مطالب
عنوان مطالب      شماره صفحه
چكیده 1
مقدمه 2
فصل اول : كلیات 3
1)تعریف مسأله 4 -1 
2)ضرورت انجام تحقیق 6 -1 
3)اهداف تحقیق 8 -1 
فصل دوم :مروری بر تحقیقات گذشته 9
-1 مقدمه 10 -2 
-2 بررسی سوابق مطالعات جریانهای غیر ماندگار در شبكههای آبیاری از -2 
دیدگاه بهرهبرداری و كنترل
11
-3 مشخصات سیستمهای كنترل 12 -2 
-4 نوع كنترل 14 -2 
-1 كنترل پس خورد 14 -4 -2 
-2 كنترل پیش خورد 15 -4 -2 
-3 كنترل تركیبی 17 -4 -2 
-5 جهت كنترل 17 -2 
-6 تكنیك های طراحی 19 -2 
19 p -1-6 تكنیك -2 
23 MIKE -7 مدل های هیدرودینامیك و مدل 11 -2 
-8 مدلهای بهینه سازی با شبیهسازی هیدرودینامیك 24 -2 
و معرفی AutoCal و معرفی مدل MIKE فصل سوم : معرفی مدل 11
منطقه طرح
31
32 MIKE 1معرفی مدل 11 -3
ز
-1 حالات جریان 33 -1 -3
-2 تئوریهای بكارگرفته در مدل 34 -1 -3
-3 روش حل معادلات 36 -1 -3
-4 شرایط مرزی 40 -1 -3
-1-4 وضوح 40 -1 -3
-2-4 انتخاب شرط مرزی 40 -1 -3
-3-4 توصیف شرایط مرزی 40 -1 -3
-5 مقاومت بستر 43 -1 -3
-1-5 نسبت مقاومتی 44 -1 -3
-2-5 فاكتور مقاومت 44 -1 -3
-3-5 شعاع مقاومت 44 -1 -3
-6 شرایط پایداری 46 -1 -3
-1-6 ملا ك كورانت 47 -1 -3
-2-6 ملاك سرعت 47 -1 -3
-7 گام زمانی 48 -1 -3
-8 نحوه تعریف مقاطع عرضی 48 -1 -3
-9 شرایط اولیه 50 -1 -3
-10 افت انرژی 51 -1 -3
52 AutoCal 2)بخش دوم معرفی نرمافزار كالیبراسیون و بهینهسازی -3
53 AutoCal -1 راه اندازی برنامه -2 -3
53 Simulation Specification -2 منوی -2 -3
58 Model Parameters -3 منوی -2 -3
60 Objective Function -4 منوی -2 -3
-5 بهینه سازی 63 -2 -3
ح
63 Optimization Method -1-5 منوی -2 -3
68 Save Output File -6 منوی -2 -3
-7 خروجی های برنامه 69 -2 -3
-3 بخش سوم معرفی منطقه طرح 69 -3
فصل چهارم : اجرای مدل كانال آبرسان 72
-1 تهیه مدل 73 -4
-2 تعریف سازه ها 78 -4
-1 دریچه كنترل بالادست آمیل 80 -2 -4
-1-1 كاربردها و فواید 81 -2 -4
-2-1 حذف سرریز آّب 81 -2 -4
-3-1 مفاهیم عملكرد 82 -2 -4
-4-1 مشخصات هیدرولیكی 82 -2 -4
-5-1 كاهش 83 -2 -4
-6-1 كنترل كانال از بالادست 83 -2 -4
-2 مدلسازی آبگیرها 88 -2 -4
-3 مدلسازی سرریزها 90 -2 -4
فصل پنجم : ارائه نتایج 93
مقدمه 94
-1-5 تعریف سناریو 94
-2-5 آنالیز حساسیت 99
-1-2-5 كاربرد حساسیت هیدرولیكی در تعین دقت مورد نیاز برای كنترل سطح
-2-2-5 كاربرد حساسیت هیدرولیكی در بررسی عملكرد هیدرولیكی سیستم
آبیاری
100
-3-2-5 معرفی شیوه آنالیز حساسیت و بررسی آن بر اساس تحقیقات قبلی 100
-4-2-5 روند حل در این تحقیق 104
-3-5 بهینه سازی 108
-1-3-5 مقدمهای بر مدلهای بهینهسازی 108
-2-3-5 روش های بهینه سازی 109
111 SCE -3-3-5 الگوریتم
112 SCE -4-3-5 پارامترهای الگوریتم
-5-3-5 معیارهای توقف 112
112 SCE -6-3-5 مكانیزم الگوریتم
114 CCE -7-3-5 مكانیزم الگوریتم
116 AutoCal -8-3-5 بهینهسازی با مدل
-9-3-5 روش مونت كارلو 123
-10-3-5 تجزیه و تحلیل نتایج بهینهسازی 126
فصل ششم : نتیجه گیری و پیشنهادات 128
نتیجه گیری 129 
پیشنهادات 130 
پیوست ها 131
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
منابع و ماخذ 132
فهرست منابع فارسی 132
فهرست منابع لاتین 134
سایت های اطلاع رسانی 136
چكیده انگلیسی 137