فایل مدل سازي سازه هاي هيدروليكي در كانالهاي انتقال آب به كمك نرم افزار HEC-RAS

توضیحات

فایل مدل سازي سازه هاي هيدروليكي در كانالهاي انتقال آب به كمك نرم افزار HEC-RASاین پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد. فهرست مطالب عنوان صفحه ________________________________________ چکيد.............................................................................................................................................................1 1- فصل اول................................................................................................................................................2 1-1- مقدمه ...............................................................................................................................................3 1-2- بيان مساله اساسي تحقيق ...........................................................................................................3 1-3- فرضيه‌ها............................................................................................................................................5 1-4- اهداف مشخص تحقيق..................................................................................................................5 1-5- روش شناسي تحقيق ....................................................................................................................6 1-6- متغيرهاي مورد بررسي در قالب يک مدل مفهومي.................................................................6 1-7-محاسبه نيمروخ طولی درکانال های باشيب .........................................................................8 1-8- مطالب پايا ن نامه ........................................................................................................................9 2- فصل دوم ..........................................................................................................................................10 2-1- مقدمه ............................................................................................................................................11 2-2- شبيه سازي جريان آب با استفاده از مدل رياضي يك بعدي.............................................11 2-3- شبيه سازي جريان در کانالها با استفاده از نرم افزار............................................................12 2-4- نرم افزارهاي كامپيوتري شبيه‌سازي هيدروليك جريان ....................................................13 2-5- پروژه¬هاي انجام شده با مدل HEC-RAS .............................................................................16 2-6 - منابع داخل ................................................................................................................................16 2-7 - منابع خارجي .............................................................................................................................19 فهرست مطالب عنوان صفحه ________________________________________ 3- فصل سوم............................................................................................................................................21 3-1- كانالهاي باز ومشخصات هندسي مقاطع آنها.........................................................................22 3-1-1- مقدمه .......................................................................................................................................22 3-1-2- تقسيم بندي كانال‌هاي باز....................................................................................................22 3-1-3- انواع مقطع كانالها .............................................................................................................24 3-1-4- مشخصات هندسي مقاطع كانالهاي باز..............................................................................25 3-1-5- نامگذاري مختلف كانالهاي مصنوعي................... ..............................................................26 3-1-6- طبقه بندي وتشخيص انواع جريان در كانالهاي باز.........................................................27 3-1-7- معادله انرژي ...........................................................................................................................30 3-1-8- انرژي مخصوص ....................................................................................................................31 3-1-9-شكل گيري جريان متغير تدريجي ...............................................................................33 3-1-10-تئوري جريان هاي متغير تدريجي....................................................................................35 3-1-11- طبقه بندي نيمرخهاي سطح آب ....................................................................................35 3-1-12- تقسيم بندي كلي از روشهاي معمول در محاسبات نيمرخ هاي سطح آب ...........39 3-2- مدل رياضي وفيزيكي در مطالعات هيدروليكي....................................................................40 - مقدمه.....................................................................................................................................................40 3-2-1- روندشبيه سازي جريان در رودخانه با استفاده از مدل رياضي يك بعدي ................41 فهرست مطالب عنوان صفحه ________________________________________ 3-2-2- شبيه سازي جريان در روخانه با استفاده از نرم افزار ................................................... 42 3-2-3- نرم افزار …… HEC-RAS..................................................................................................42 3-2-4- مدل كامپيوتري HEC-RAS...............................................................................................43 3-2-5- روش محاسبه پروفيل سطح آب در مدل هيدروليكي HEC-RAS......................... 44 3-2-6- مراحل محاسبات پروفيل سطح ....................................................................................... 47 3-3-مؤلفه هاي تحليل هيدروليکي در مدل HEC-RAS ..........................................................47 3-4- مراحل ايجاد يک مدل هيدروليکي با نرم‌افزار HEC-RAS ..........................................49 3-4-1- شروع يک پروژه با نرم افزار HEC-RAS ............................................................... .....50 3-4-2- وارد کردن داده هاي هندسي .............................................................................................51 3-4-3- وارد کردن داده هاي جريان و شرايط مرزي....................................................................52 3-4-4- انجام محاسبات هيدروليكي.................................................................................................53 3-4-5- مشاهده و چاپ نتايج............................................................................................................54 3-5- مشخصات سد وشبكه آبياري وزهكشي مغان ..................................................................56 3-5-1- سد انحراف ميل و مغان .......................................................................................................56 3-5-2- كانال‌هاي اصلي و درجه يك،( كانال A.)..........................................................................56 3-5-3- كانال‌هاي درجه 2 و ساير تاسيسات آبياري......................................................................59 3-5-4- ايستگاه‌‌هاي پمپاژ...................................................................................................................60 3-5-5- اراضي تحت پوشش شبكه آبياري مغان ..........................................................................60 فهرست مطالب عنوان صفحه ________________________________________ 3-6- وضغيت موجود شبكه آبياري وزهكشي مغان وتاسيسات وابسته .....................................63 3-6-1- منطقه آبياري .........................................................................................................................63 3-6-2- كانال اصلي (كانال A( منطقه آبياري پارس اباد .............................................................64 3-7- اراضي تحت پوشش منطقه بيله سوار ....................................................................................65 4- فصل چهارم........................................................................................................................................66 4-1- مقدمه.............................................................................................................................................67 4-2- تدوين مدل شبيه سازي............................................................................................................68 4-3- شبيه سازي کانال خاکي بدون در نظر گرفتن سازه ها.......................................................71 4-3-1- انتقال اطلاعات توليد شده در محيط GISبه نرم افزار HEC-RAS .......................71 4-4- ويرايش وتكميل اطلاعات كانال بيله سوار در محيط HEC-RAS...................................73 4-4-1- شبيه سازي تاسيسات هيدروليك.................................................................................... 73 4-4-2- ورودي داده ها وشرايط مرزي جريان يكنواخت .............................................................74 4-5-1- مقاطع عرضي...........................................................................................................................84 4-5-2- وضع موجود.............................................................................................................................87 4-5-3- مقايسه وضع موجود وطراحي ......................................................................................102 4-5-4- پروفيل سطح جريان .......................................................................................................105 4-5-5- سرعت جريان........................................................................................................................107 فصل پنجم :بحث ونتيجه گيري ......... ...........................................................................................108 فهرست مطالب عنوان صفحه ________________________________________ 5-1- بحث ونتيجه گيري .................................................................................................................109 5 – 2- پيشنهادات..............................................................................................................................112 منابع :......................................................................................................................................................114 اصالت پژوهش به زبان انكليسي........................................................................................................119 چكيده انگليسي ...................................................................................................................................120 صفحه تائيديه اعضاء كميته داوران پايان نامه ..............................................................................121 فهرست جداول عنوان صفحه ________________________________________ جدول 3-1- انواع شيب هاي ممكن در يك كانال منشوري ومشخصات آنها ..........................37 جدول 3-2- خلاصه مشخصات كانال اصلي وكانال A .................................................................58 جدول 3-3-خلاصه مشخصات شبكه آبياري وزهكشي در مناطق چها گانه.............................59 جدول 3-4- مشخصات ايستگاههاي پمپاژ شبكه آبياري وزهشكي.............................................60 جدول 3-5- موقعيت بازه هاي لاينيگ شده كانال A, Aبرگشتي...............................................64 جدول 3-6- سازه هاي موجود برروي كانال اصلي منطقه پارس آباد........................................65 جدول 4-1- مشخصات سازه هاي رگولاتوري در 51 كيلومتر ابتدائي كانال ........................73 جدول 4-2- مشخصات سازه هاي آكدوك در 51كيلومتر ابتدائي كانال بيله سوار................74 جدول4-3-ظرفيت وكيلومترآبگيري كانال هاي درجه2 در51 كيلومترابتدائي كانال بيله سوار............................................................................................................................................................76 جدول4-4- ظرفيت وكيلومترآبگيري ايستگاههاي پمپاژ2 در51 كيلومترابتدائي كانال بيله سوار............................................................................................................................................................77 جدول4- 5- مشخصات كانالهاي درجه 2 ابگيري از محل سه پل..............................................77 جدول4-6-مشخصات ونقاط ابگير كانال هاي درجه 2واقع در كانال Aبرگشتي......................78 جدول4-7- مشخصات كلي كانال هاي درجه 2 منطقه آبياري پارس اباد.................................79 جدول4-8-مشخصات پريزهاي موجود در51كيلومتر ابتدائيي كانال بيله سوار........................81 جدول4-9-ورودي دبي هاي مختلف در مدل .................................................................................82 جدول 4-10-مشخصات هيدروليكي كانال بيله سوار در 51 كيلومتر ابتدائي.........................84 فهرست جداول عنوان صفحه ________________________________________ جدول4-11-مشخصات هيدروليكي كانال A....................................................................................85 جدول 4-12-مشخصات هيدروليكي خروجي از مدل در سازه اكدوك شماره 1بادبي ورودي 40مترمكعب در ثانيه در ابتداي كانال بيله سوار.............................................................................92 جدول 4-13- مشخصات هيدروليك خروجي از مدل در سازه اكدوك شماره 2بادبي ورودي 40مترمكعب در ثانيه در ابتداي كانال بيله سوار..............................................................................94 فهرست اشكال عنوان صفحه ________________________________________ شكل ا- ا- مدل مفهومي كانال هاي خاكي وبتني به همراه سازه هاي هيدروليكي ...................8 شکل 3-1- مشخصات هندسي مقاطع در كانال..............................................................................26 شکل3-2- مقايسه مفهوم انرژي وانرژي مخصوص .......................................................................32 شکل3-3- شكل گيري جريان متغيير تدريجي ........................................................................33 شکل3-4-.................................................................................................................................................35 شكل 3-5- نواحي جريان در شيب هاي مختلف ...........................................................................38 شكل 3-6-انواع شيب ها ونواحي جريان درنيمرخهاي مختلف سطح آب..................................39 شكل3-7- مشخصات انشعاب ابراه ها.............................................................................................. 45 شکل3-8- كاربرداصل مومنتم.............................................................................................................46 شکل3-9- آيکون HEC-RAS درWindows ..............................................................................49 شکل3-10- پنچره اصلي نرم افزار HEC-RAS .............................................................................50 شکل3-11- پنجره پروژه جديد...........................................................................................................51 شکل3-12- پنجره داده هاي هندسي................................................................................................52 شكل 3-13- پنجره داده هاي جريان ماندگار..................................................................................53 شكل 3-14- پنجره تحليل جريان ماندگار........................................................................................54 فهرست اشكال عنوان صفحه ________________________________________ شکل3-15-نمودار مقطع عرضي..........................................................................................................55 شكل 3-16- نمودار پروفيل..................................................................................................................55 شکل4-1-الف- نمايش شماتيك مدل سازي پلان ومقاطع عرضي كانالAپارس آباد درنرم افزار hec-ras.........................................................................................................................................72 شکل4-1-ب- نمايش شماتيك مدل سازي پلان ومقاطع عرضي كانال بيله سوار درنرم افزار hec-ras..................................................................................................................................................72 شکل4-2-مقطع عرضي كانال در موقعيت كيلومتر ابتدائي (پوشش بتوني). ..........................88 شکل4-3 - مقطع عرضي كانال در موقعيت 348+0 (پوشش خاكي)........................................88 شکل4-4 -مقطع عرضي کانال اصلي در موقعيت 818+0(پوشش خاكي) ...............................89 شکل4-5 - سازه روگذر شماره 1در کيلومتر 950+6 ...................................................................89 شکل4- 6- سازه رگولاتور شماره 1 در كيلومتر 650+7................................................................90 شکل4-7 - سازه رگولاتور شماره 2 در كيلومتر150+16..............................................................91 شکل4-8 – سازه آكدوك شماره 1 دركيلومتر 100+22 .............................................................91 شکل4-9 - سازه آكدوك شماره 2دركيلومتر700+29 ...............................................................93 فهرست اشكال عنوان صفحه ________________________________________ شکل4-10 - سازه آكدوك شماره 2دركيلومتر..................................... ..........................................95 شکل4-11- سازه رگولاتور شماره 4 در كيلومتر150+35 ...........................................................96 شکل4-12 - سازه رگولاتور شماره 6 در كيلومتر800+47...........................................................96 شکل4-13 –مقطع عرضي كانال در كيلومتر 163+51 (پوشش بتني)......................................97 شکل4-14-مقطع عرضي كانالA پارس اباد دركيلومترابتدائي................................. ................97 شكل4-15-مقطع عرضي كانالAپارس آباددر موقعيت280+3(انتهاي پوشش بتني ............98 شکل4-16-مقطع عرضي كانالAدرموقعيت كيلومتر 274+3(پوشش خاكي)در كيلومتر..... 98 شکل4-17-مقطع عرضي كانال Aپارس اباد درموقعيت كيلومتر 619+8(پوشش خاكي)......99 شکل4-18- مقطع عرضي كانال Aپارس اباد درموقعيت كيلومتر641+8(رگولاتورشماره2)..99 شکل4-19- مقطع عرضي كانال Aپارس اباد درموقعيت كيلومتر899+23(رگولاتورشماره3)..................................................................................................100 شکل4-20- مقطع عرضي كانال Aپارس اباد درموقعيت كيلومتر680+24(پوشش بتني)..100 فهرست اشكال عنوان صفحه ________________________________________ شکل4-21- مقطع عرضي كانال Aپارس اباد درموقعيت كيلومتر636+27(رگولاتورشماره4)...................................................................................................101 شکل4-22- مقطع عرضي كانال Aپارس اباد درموقعيت كيلومتر617+29(پوشش خاكي).....................................................................................................................................................101 شکل4-23- مقطع عرضي كانال Aپارس اباد درموقعيت كيلومتر274+30(رگولاتورشماره5)..................................................................................................102 شكل 4-24- مقطع عرضي كانال در كيلومترابتدائي....................................................................103 شكل 4-25- مقطع عرضي كانال در كيلومتر543+1..................................................................103 شكل 4-26- مقطع عرضي كانال در كيلومتر455+7..................................................................104 شكل 4-27- مقطع عرضي كانال در كيلومتر280+3(انتهاي پوشش بتني)...........................104 شكل 4-28- مقطع عرضي كانال در كيلومتر708+3..................................................................105 شكل 4-29- مقطع عرضي كانال در كيلومتر901+8..................................................................105 شكل 4-30- نتايج پروفيل سطح آب ومشخصات هيدروليكي در كانال بيله سوار................106 فهرست اشكال عنوان صفحه ________________________________________ شكل 4-31- نتايج پروفيل سطح آب ومشخصات هيدروليكي براي دبي 24 مترمكعب درثانيه دركانال Aپارس اباد ............................................................................................................................106 شكل 4-32- نتايج پروفيل سطح آب ومشخصات هيدروليكي بادبي 40 مترمكعب درثانيه در كانال بيله سوار .....................................................................................................................................107 شكل 4-33- نتايج پروفيل سطح آب ومشخصات هيدروليكي براي دبي 24 مترمكعب درثانيه دركانال Aپارس اباد ............................................................................................................................107 چکيده در اين تحقيق از مدل HEC-RAS جهت مدل سازي سازه هاي هيدروليکي در کانال انتقال آب مغان واقع در استان اردبيل، شهرستان پارس آباد، شمالغرب ايران استفاده شده است . اين نرم افزار توسط مرکز مهندسي ارتش آمريکا به عنوان سيستم تجزيه و تحليل هيدروليکي ارايه شده است. هدف از اين تحقيق بررسي تغييرات هيدروليکي و سازه اي ناشي از تغييرات مقطع کانال هاي خاکي به بتني مي باشد. در بررسي رژيم هيدروليکي کانال هاي انتقال آب با داشتن سطح مقطع و سرعت جريان ساير مولفه هاي جريان نيز قابل حصول بوده و تجزيه و تحليل پروفيل سطح آب امکان پذير است. يکي از مهمترين پارامترهاي تأثيرگذار برروي پروفيل سطح آب جنس بستر کانال و سازه هاي هيدروليکي کانال هاي خاکي و بتني متوالي همزمان با سازه هاي هيدروليکي مي باشدمحاسبات هيدروليکي بصورت دستي امکان پذير نبوده و يا مستلزم صرف ساعت ها وقت و هزينه است. بر اساس بازديدهاي ميداني وتجربيات قبلي ضرايب زبري براي مقاطع خاکي ومقاطعي كه داراي نيزاروعلفزار مي باشد وداراي مقاطع بتني است تخمين زده شد و واسنجي اين ضرايب درمحل انجام گرفت. سازه هاي هيدروليکي مسيرکانال از قبيل سازه هاي کنترل سطح آب، سازه هاي کنترل جريان و پل ها در مدل، شبيه سازي گرديد.اين تحقيق نشان مي دهد که درکانال هاي خاکي و بتني متوالي ضرايب زبري ازپارامترهاي تأثيرگذار برپروفيل سطح آب مي باشد و باعث افت هيدروليکي جريان مي گردد.همچنين سازه هاي هيدروليکي متوالي در مسير کانال خاکي- بتني پروفيل سطح آب جديدي را ايجاد مي کند. واژهاي كليدي: مدل HEC-RAS، كانال انتقال آب مغان، كانال خاكي - بتني، پروفيل سطح آب فصل اول: کلیات طرح تحقیق 1-1 مقدمه آب به عنوان اولین نیازحیات بشری مهمترین عنصری است که در طبیعت وجود داشته و همواره فکر بشر را به خود مشغول کرده است. مهار و استفاده بهینه آب از گذشته های دوراز مظاهر تمدن بوده است. ایجاد بندها و سدهای مختلف و پل های قدیمی در کشورمان نشان دهنده اهمیت این مسئله در کشور می باشد. رودخانه ها اصلی ترین منبع تولید کننده آب برای انسان و سایر موجودات به شمار می آیند. جهت مهارآبهاي حاصل ازبارندگي درحاشيه رودخانه هاخصوصا' درپائين دست اقدام به ايجاد كانال هاي هدايت آب به مناطق مختلف كشاورزي وشهري وروستايي جهت مصارف صنعتي وشرب وكشاورزي نمود. به همين منظور ابتدا كانالها بصورت خاكي اجرا مي گردد تامورد استفاده جهت انتقال آب به مناطق مورد نظر قرار گيرد كه اين خود نيز موجب هدر رفت آب وزهدار شدن زمين هاي اطراف كانال ميگردد جهت جلوگيري از هدر رفت آب وزهدار شدن زمين هاي مجاور كانالهاي خاكي، پوشش كانالها مدنظر ميباشد كه بايستي در اين مرحله هم از نظر اقتصادي وهم از نظر هدر رفت آب وهمچنين از نظر رژيم حاكم بر جريان توجه نمود براي اين منظور مي توان به كاربرد مدل سازي سازه هاي هيدروليكي دركانالهاي انتقال آب به كمك نرم افزارHEC-RAS اشاره نمود. 1-2 بیان مسئله اساسي تحقیق: آب مايع حيات ومرتفع كننده بسياري از نيازهاي بخش كشاورزي،صنعت وشرب مي باشد.آب دركشور ما كه ازنظرشرايط اقليمي خشك ونيمه خشك حاكم بربخش وسيعي از آن بوده از اهميت خاصي برخوردار است واين خودلزوم استفاده بهينه آب را دوچندان مي نمايد. به دليل محدود بودن منابع آبي قابل استحصال، بهره برداري بهينه ازسيستم هاي آبي روز به روز اهميت بيشتري مي يابد.بهره برداري بهينه در سايه طراحي سازه هاي آبياري در كنار مديريت صحيح امكان پذير خواهد بود.كانالهاي انتقال آب يكي از بخش هاي مهم تامين آب در شبكه هاي آبياري براي انتقال بهينه آب محسوب مي گردد باتوجه به اهميت اين موضوع پوشش كانال هاي خاكي جهت جلوگيري از هدر رفت آب وبه تناسب آن زهدار شدن زمين مجاور آن اجتناب ناپذير مي باشد . اغلب در كشور ما شبكه هاي ابياري ابتدا بصورت خاكي مورد بهره برداري قرارگرفته واين امرموجب هدر رفت آب در كانالهاي خاكي شده وموجب ايجادخسارات به سازه هاي روي كانال ميگردد. به همين علت در سال هاي اتي مورد اصلاح وبهسازي قرار ميگيرد كه اين خود شرايط ويژه اي را از نظر رژيم هيدروليكي در كانالها ايجاد مي كند. بنابراين شبيه سازي اين نوع كانال ضروري بنظر ميرسد.همچنين سازه هاي كنترل سطح آب از قبيل رگلاتور عرضي،سرريز دريچه ها،پل هاي پايه دار وابگيرها وتاثير سازه هاي متوالي به يكديگر مورد مطالعه قرار گرفت. باتوجه به اینکه کانال اصلی(MAIN CANAL)شبکه آبیاری وزهکشی مغان درسال 1353بصورت خاکی به همراه سازه های هیدرولیکی مورد نیاز ( رگلاتور های عرضی،اکدوک،سیفون،سوپرپاساژ وسازه های تنظیم سطح اب و....) با ظرفیت80مترمکعب درثانیه اجرا گردیده وحدود 40 سال از عمر بهره برداری کانال فوق سپری شده ودرطول این بازه زمانی مسایل ومشکلات زیادی در زمینه بهره برداری وهم در ساختار فیزیکی وسازه ای کانال از جمله کاهش ظرفیت عبوری وضع موجود نسبت به وضعیت طراحی،تخریب و فرسايش دیواره هاي کانال وتغییرمقطع هیدرولیکی کانال با توجه به خاکی بودن آن،زهداری اراضی کشاورزی پایاب اين کانال و... بوجود آمده است. لذا دراین تحقیق با بررسی وضعیت فیزیکی موجود شبکه اصلی ومدل سازی وتحلیل هیدرولیکی آن به کمک نرم افزار هيدروليكي HEC-RAS وطراحی کانال با مقطع بهینه ومقایسه سناریوهای مختلف علاج بخشی وارایه راهکار بهینه از لحاظ فنی هیدرولیکی وشرایط بهره برداری واقتصادی مورد بررسی وتجزیه وتحلیل قرار گرفت. 1-3- فرضيه‌ها فرضيه هاي مورد مطالعه در اين پايان نامه بشرح زير مي باشند: 1- بهينه سازي طراحي کانال هاي خاکي و بتني سري، با نرم افزار REC-RAS امکان پذير است. 2- در کانال هاي متوالي بصورت بتني و خاکي پروفيل جريان از حالت دائمي- يکنواخت خارج مي گردد.