Mohsen Isari

طراحی و ارزیابی عملکرد سیستم‌های آبیاری قطره‌ای برای دستیابی به بهینه‌ترین کارایی و یکنواختی ضروری است. این مطالعه بر اهمیت ارزیابی طرح‌های موجود و عوامل مختلف تأثیرگذار بر عملکرد آنها تأکید می‌کند. با پیشرفت فناوری کامپیوتر، مدل‌های عددی در طراحی هیدرولیکی سیستم‌های آبیاری ارزشمند شده‌اند. این تحقیق از نرم‌افزار IRRICAD برای شبیه‌سازی جریان و ویژگی‌های فشار استفاده می‌کند و این شبیه‌سازی‌ها را با داده‌های تجربی مقایسه می‌کند تا صحت آنها را تأیید نماید. یافته‌های کلیدی شامل تأیید دقت، ویژگی‌ها و دسترسی‌پذیری IRRICAD؛ نقش حیاتی انتخاب پارامترهای صحیح برای مدل‌های شبیه‌سازی؛ و درک جامع از معیارهای عملکرد آبیاری که برای ارزیابی کارایی کلی سیستم ضروری است، می‌باشد. این مطالعه روش‌شناسی جدیدی را برای ارزیابی سیستم‌های آبیاری قطره‌ای معرفی می‌کند که شامل جمع‌آوری داده‌های فشار و جریان قطره‌چکان و وارد کردن آنها در برنامه IRRICAD برای تشخیص و شناسایی مسائل مربوط به عملکرد منطقه و جریان‌های سیستم است. این مسائل معمولاً از طریق تغییرات در فشار و میزان جریان قطره‌چکان‌ها نمایان می‌شوند. این مطالعه همچنین شامل تعیین توان جریان قطره‌چکان است که سپس برای ارزیابی دقیق سیستم مجدداً وارد برنامه می‌شود. این پژوهش عملکرد هیدرولیکی یک سیستم آبیاری قطره‌ای طراحی شده برای دانشگاه سلیمانیه را با استفاده از نرم‌افزار IRRICAD، آزمایش آزمایشگاهی قطره‌چکان‌ها و اندازه‌گیری‌های میدانی ارزیابی می‌کند. خروجی‌های مدل با اندازه‌گیری‌های واقعی مقایسه شدند تا صحت آن تأیید شود. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که میانگین تغییرات جریان 0.028 است که مطلوب است و میانگین ضریب تغییرات (CV) 0.013 است که عالی محسوب می‌شود. اندازه‌گیری‌های میدانی برای عملکرد هیدرولیکی در فشار عملیاتی ثابت انجام شد و پارامترهایی مانند ضریب تغییرات تخلیه قطره‌چکان (Vqs)، ضریب تغییرات طراحی هیدرولیکی (Vhs)، ضریب تغییرات عملکرد قطره‌چکان (Vpf)، یکنواختی پخش (EU)، ضریب یکنواختی کریستیانسن (CU) و یکنواختی آماری تخلیه قطره‌چکان (Us) ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که CU، EU و Us در طبقه‌بندی عالی قرار می‌گیرند، به طوری که CU و EU از 90% کارایی فراتر می‌روند. مقدار Vqs کمتر از 0.1 است که نشان‌دهنده عملکرد عالی است، در حالی که Vhs در محدوده 10-20% و Vpf در محدوده 5-10% قرار می‌گیرد که هر دو نشان‌دهنده عملکرد بسیار خوب هستند. علاوه بر این، مقایسه مقادیر فشار بین اندازه‌گیری‌های میدانی و دو منبع داده از نرم‌افزار IRRICAD تفاوت‌های جزئی را نشان داد: 0.313 برای مشاهدات میدانی (OPF)، 0.315 برای نقاط مشاهده شده IRRICAD (OPI) و 0.324 برای گزارش خلاصه IRRICAD (SRI). این تفاوت‌های جزئی نشان می‌دهد که تخمین‌های IRRICAD به طور نزدیکی با مشاهدات میدانی مطابقت دارد. برای اعتبارسنجی مدل IRRICAD، میانگین مربعات خطا (MSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) محاسبه شدند. برای مقادیر تخلیه، خطاها به ترتیب 2.29، 1.09 و 1.48 بودند، در حالی که برای مقادیر فشار، خطاها به ترتیب 0.08، 0.26 و 0.28 بودند. این مقایسه نشان می‌دهد که استفاده از مقادیر فشار برای ارزیابی و بهبود عملکرد سیستم آبیاری با نرم‌افزار IRRICAD دقت بهتری را ارائه می‌دهد و انحراف کمتری از مقادیر مدل‌سازی شده دارد، به خصوص زمانی که از قطره‌چکان‌های جبران‌کننده فشار استفاده می‌شود. نتایج تجربی نشان می‌دهد که نرم‌افزار IRRICAD به طور نزدیکی با داده‌های میدانی مطابقت دارد و تفاوت‌های جزئی را نشان می‌دهد و کاربرد آن را برای ارزیابی دقیق عملکرد تأیید می‌کند. علاوه بر این، این تحقیق سناریوهای مختلفی را برای درک تأثیر پارامترهای متغیر بر عملکرد سیستم بررسی می‌کند. یافته‌ها اهمیت اندازه‌گیری‌های دقیق فشار و جریان را برجسته می‌کند، زیرا اختلاف در این موارد می‌تواند به طور قابل توجهی بر کارایی سیستم تأثیر بگذارد. این مطالعه همچنین مسائل رایجی مانند سرعت بیش از حد لوله و فشارهای نازل خارج از محدوده عملیاتی مشخص شده را شناسایی می‌کند و زمینه‌هایی را برای بهینه‌سازی سیستم پیشنهاد می‌دهد. بینش‌های این مطالعه در مورد طراحی و ارزیابی عملکرد سیستم‌های آبیاری قطره‌ای بر نقش حیاتی مدل‌های شبیه‌سازی دقیق و ارزیابی‌های جامع عملکرد تأکید می‌کند. روش جدید پیشنهادی برای ارزیابی سیستم‌های آبیاری، که از طریق مقایسه تجربی دقیق اعتبارسنجی شده است، چارچوبی قوی برای تحقیقات آینده و کاربردهای عملی با هدف افزایش کارایی و پایداری آبیاری فراهم می‌کند.

The study of sediment transport phenomena, including the processes of erosion and sedimentation, in rivers is of great importance. Human interventions, such as the construction of hydraulic structures in river cross-sections, disrupt the natural sediment transport cycle. For example, the construction of upstream dams results in sediment accumulation in the reservoir and a significant reduction in suspended load downstream. During flood events, the increased flow velocity caused by the narrowing of the river cross-section at bridge piers intensifies bed erosion, which can threaten the stability and functionality of the bridge structure. This research was conducted with three main objectives: first, to analyze the impact of hydraulic structures on the river’s cross-sectional hydraulic parameters such as water surface elevation, flow velocity, and bed erosion potential during floods; second, to investigate changes in hydraulic parameters such as sediment concentration in the flow, bed alterations, and the effect of water temperature on bed erosion in the Saqqez River due to the presence of an upstream dam; and third, to estimate the maximum scour depth at the piers of the Kordmall commercial complex bridge and accurately locate this phenomenon. he study was conducted using hydrodynamic models in the HEC-RAS software to simulate steady and quasi-unsteady daily flow discharges, along with the Yang total sediment load equation. Additionally, the FLOW-3D sediment model was employed to analyze scour at the bridge piers. The results show that dam construction upstream leads to increased erosion in river cross-sections, whereas sedimentation occurred in these sections in the absence of the dam. The peak flow sediment discharge entering the study area for the no-dam and dam scenarios was 30640.83 tons/day and 9964.063 tons/day, respectively, indicating a 67.48% reduction in sediment discharge due to the upstream dam. The outgoing sediment discharge from the study area was 12333.93 tons/day without the dam and 7,723.62 tons/day with the dam, showing a reduction of approximately 59.75% and 22.48% compared to the upstream sediment discharge. The altered flow pattern caused by the river’s interaction with the abutments intensifies the scour depth at the side piers. The maximum scour depth at the side piers reached 1.96 meters, while the scour depth at the central piers was less, reaching a maximum of 1.09 meters. The difference in maximum scour depth between the side and central piers was 79.82%.

در سال‌های اخیر به دلیل توسعه سریع فناوری شبیه‌سازی عددی، مطالعات بیشتری در مورد مدل‌سازی عددی سرریزها انجام شده است. در مقابل، مطالعات کمتری در مورد دریچه‌ها به‌ویژه دریچه‌های صفحه عمودی در ادبیات علمی انجام شده است که بیشتر بر روی سرریزهای بدون کنترل متمرکز بوده‌اند. بنابراین، این پایان‌نامه به بررسی این شکاف پرداخته و به شبیه‌سازی ویژگی‌های جریان بر روی سطح سرریز اوجی کنترل‌شده می‌پردازد. هدف اصلی این پژوهش، شبیه‌سازی و ارزیابی ویژگی‌های جریان بر روی سرریز اوجی کنترل‌شده برای دو مدل مختلف است. این تحقیق و تحلیل بر این موضوع تمرکز دارد که چگونه تغییر هر یک از سه پارامتر (دبی، ارتفاع بازشدگی دریچه و عرض سرریز) بر تغییرات سطح آب در طول سرریز، توزیع فشار در سطح سرریز، تغییرات سرعت آب در طول سرریز و تغییرات تنش برشی در سطح سرریز تأثیر می‌گذارد. شبیه‌سازی‌های عددی در این مطالعه با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D انجام شده است. برای شبیه‌سازی جریان متلاطم، نرم‌افزار از هر دو مدل دو معادله‌ای (k−ε) و شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES) استفاده می‌کند تا مدل‌سازی عددی را برای دو مدل مختلف در چهار سناریوی مختلف انجام دهد و فشار، سرعت و تنش برشی را در هفت حسگر در طول سرریز اوجی کنترل‌شده محاسبه کند. نتایج با داده‌های مشاهده‌شده از ادبیات به‌عنوان نتایج تجربی و همچنین نتایج شبیه‌سازی عددی دیگر از مدل آشفتگی (k−ε) مقایسه شدند. تطابق خوبی بین نتایج عددی هر دو معادله و داده‌های تجربی مشاهده شد، به‌جز در حسگرهای ۵، ۶ و ۷ در حالت اول و حسگرهای ۶ و ۷ در حالت دوم که به دلیل تغییر سه پارامتر برای هر شبیه‌سازی، تفاوت‌هایی مشاهده شد. علاوه بر این، نتایج هر دو معادله بیشتر با خروجی عددی مدل (k−ε) بدون کنترل از FLOW-3D تطابق داشتند تا با داده‌های تجربی. نتایج نشان داد که توزیع فشار معمولاً با افزایش دبی کاهش می‌یابد. برعکس، با افزایش ارتفاع بازشدگی دریچه یا عرض سرریز، تمایل به افزایش دارد. همچنین، کاهش فقط ارتفاع بازشدگی دریچه منجر به کاهش توزیع فشار در منطقه اول (منطقه منفی) و افزایش در سایر حسگرها می‌شود. منطقه اول نشان می‌دهد که با افزایش دبی، فشار منفی کاهش می‌یابد و بالعکس. علاوه بر این، تحلیل مدل اول دو منطقه فشار منفی را در سراسر حوزه شناسایی کرد: یکی در منحنی اوجی و دیگری در انتهای خط راست شیبدار، بعد از منحنی اوجی. در این مطالعه، عملکرد مدل‌های عددی در پیش‌بینی توزیع فشار با استفاده از مدل‌های جایگزین که سه پارامتر را در نظر گرفتند و روش بهینه‌سازی پارتو را اعمال کردند، ارزیابی شد. کدهای MATLAB برای حل معادلات استفاده شدند. نتایج مدل جایگزین تطابق خوبی با نتایج عددی از FLOW-3D نشان دادند و ضریب تعیین (R²) برابر با 1 برای هر دو داده توزیع فشار دقیق و پیش‌بینی‌شده در هر حسگر و همچنین برای موارد لاتین هایپرکیوب 1 و 2 برای هر دو معادله به دست آمد. این نشان می‌دهد که مدل‌سازی جایگزین ابزاری مؤثر برای پیش‌بینی پاسخ‌ها در سرریزهای اوجی کنترل‌شده است و برای بهینه‌سازی سه متغیر به منظور تعیین فشار بهینه مفید است. نتایج در هر دو سناریو نشان داد که مدل معادله (LES) به طور مداوم فشارهای بهینه‌ای را که به صفر نزدیک‌تر یا حتی مثبت هستند ارائه می‌دهد که این امر برای کاهش خطر کاویتاسیون مفید است. علاوه بر این، این فشارها به فشار اتمسفری نزدیک‌تر هستند که احتمال کاویتاسیون را بیشتر کاهش می‌دهد. هدف اصلی ارزیابی و بهینه‌سازی توزیع فشار برای یک سرریز اوجی کنترل‌شده، افزایش یکپارچگی ساختاری، عملکرد هیدرولیکی و ایمنی آن است. این امر مزایای متعددی از جمله بهبود بهره‌وری عملیاتی، افزایش ایمنی، کاهش هزینه‌های نگهداری و افزایش عمر مفید سازه سرریز به همراه دارد. نتایج عددی برای داده‌های سرعت و تنش برشی با استفاده از معادله مدل آشفتگی (k−ε) نشان‌دهنده تطابق خوبی هنگام مقایسه سرریز اوجی کنترل‌شده با سرریز اوجی بدون کنترل با استفاده از معادله مدل آشفتگی (k−ε) بود. این مطالعه نشان می‌دهد که مدل‌سازی FLOW-3D می‌تواند به‌طور مؤثری عملکرد هیدرولیکی سرریزهای اوجی کنترل‌شده را ارزیابی کند.

Culverts are crucial components of surface water drainage systems, often favored for their cost-effectiveness compared to structures like bridges. However, scouring at the upstream and downstream ends can undermine culvert foundations, potentially leading to collapse and significant damage to surrounding structures. Additionally, culvert blockage during flood events alters the flow structure, increasing the risk of failure. This research investigates the scour of culverts in sandy environments and suggests using barrels to minimize it under various flow and obstruction conditions. This study experimentally investigates the reduction scouring process at the downstream culvert with different inlet blockage rates. It spans flow rates from 4.8 to 20 l/s across both box and circular culverts for two different hydrographs created in seven steps for unsteady flow conditions, while steady flow conditions were analyzed at flow rates of 13.8 l/s and 20 l/s were chosen based on peak discharge in two hydrographs, reducing the scouring process by using the 10 to 11 barrels in (50 mm width, 50 mm length, and 150 mm height) at downstream the culvert sorting in different locations in three options. We conducted experimental tests under both steady and unsteady flow conditions for two distinct hydrographs. Ninety-six experiments are carried out. The median grain size (d50 = 1.77 mm) of sediment material was used in this investigation. The findings were compared to the base case for the same shape and level of blockage. Results indicate that barrels notably diminish scour under steady conditions, reducing the maximum depth of scour (dsm), and the formation of scour holes compared to the base case in the same shape and blockage rate. About (Xsm), the position of maximum scour decreased in most cases when applied to the barrels, and the comparison between circular and box data sets reveals that the maximum scour depth values are greater in the circular data sets than in the box data sets. During unsteady flow, barrels effectively in both shapes when used; a barrel’s maximal scour depth location often reduces the maximum depth of scour (dsm), the position of maximum scour depth (Xsm), and scour hole formation when the used culverts are unobstructed or partially obstructed, and the evaluation of scour depth was often greater in circular culverts during the rising limb of the hydrograph compared box shape for all scenarios. However, when we use an inlet blockage, it does not always result in increases in deepest scour depth in both steady and unsteady flow conditions. Nevertheless, there's a risk of overflow, especially in circular culverts with significant blockage in both flow conditions. The study underscores the importance of hydraulic factors in scour mitigation to improve culvert performance. Comparisons between steady and unsteady flows reveal consistent trends in souring process reduction, emphasizing the potential of barrels for effective mitigation.

Due to climate change and facing water scarcity, especially in developing countries, the need for managing this valuable resource is more important than ever. Climate change problems such as extreme weather conditions (heatwaves or severe cold), floods, and waterlogging have been observed annually in areas exposed to floods, causing significant damage. Climate change has also led to an increased water scarcity, making the use and exploitation of groundwater as a valuable option a top priority. The main goal of this research is to optimize water allocation, store rainwater, and reduce flooding. With the increasing population, these problems and challenges become more evident, hence in this research, the concept of a sponge city in flood-prone areas of Sanandaj city has been identified, and the necessary steps and initial studies for implementing this concept have been carried out. Based on this issues, in this research, the topography of the region under study was examined using Digital Elevation Model (DEM), and then, using GIS software, water catchment areas and low-lying areas were identified. Subsequently, the water infiltration rate for the predominant soil in the province's city was calculated for different types of soil using artificial neural network models. The precipitation rate was also modeled, and the Curve Number (CN) was calculated using NDVI maps and land use maps via QGIS software. Subsequently, suitable locations for implementing the sponge city along with their environment and areas were identified using GIS software. In the allocation section, using WEAP software, it was calculated that the unmet demand (shortage) and total water requirement for urban, industrial, agricultural, and drinking water from groundwater from 2021 to 2042 are 17071.13908 and 20739.05353 million cubic meters respectively. In terms of the amount of water coverage (fulfilled demand) in different years, the amount varies for the mentioned sectors.

This research investigates how the presence of alternating steps in stepped spillways situated downstream of embankment dams affects the flow properties. This investigation employs Flow 3D software for conducting simulations and analysis. The research goals were achieved by creating six numerical models. These models included two with regular step patterns (MR) and four with alternating step patterns (MA), each varying in terms of step heights and configurations. Each model measured 1.08 m in depth, 2.54 m in length, two regular and two alternatives have 0.6 m width, other two alternative models with 0.9 m width. (MR1, MA1, MA3) have 28 steps with 3.6 cm height, (MR2, MA2, MA4) have 12 steps with 7.2 cm height and 4 steps with 3.6 cm height. All models have a longitudinal slope (θ) of 26.6°. The models were subjected to different flow rates, spanning from 8.01 ≤ Q ≤ 164.3 m3/h, in order to examine and analyze their flow characteristics. To simulate the turbulent flow, the Renormalized group (RNG) turbulence model is done in the numerical modelling. Outcomes indicate that alternative steps cause more energy dissipation than regular steps, and alternatives with 0.9 m width dissipate more energy than alternatives with 0.6 m. by increasing discharge energy dissipation will decrease. And those models which have 7.2 cm step height dissipate more energy than models with 3.6 cm step height. As a results MA4 is a best energy dissipator. Moreover, regular steps have longer hydraulic jump length than alternative steps. and models with alternative steps with 0.9 m width have smaller hydraulic jump than alternative step models with 0.6 m. by decreasing discharge hydraulic jump will decrease. And by increasing the steps height the hydraulic jump will decrease. As a results smaller stilling basin is required for MA4.

The study investigated the simulation of flow characteristics over an ogee-type spillway surface. The study's primary goal is to simulate and analyze flow characteristics over an ogee-type spillway, commonly used in water engineering for controlling water flow over a dam or weir. The study focuses on how flow rate changes with different conditions, analyzing how the water level changes along the spillway on the other side. Also, investigating how pressure varies across the spillway surface, understanding how the velocity of the water changes along the spillway, and analyzing the shear stress acting on the spillway surface. The study uses the Flow-3D software to perform numerical simulations. The software utilizes an RNG and LES turbulence model to represent turbulent flow conditions. The choice of this model is expected in Computational Fluid Dynamics (CFD) for simulating turbulent flows. The results are compared with observed data from literature as experimental and numerical simulation. Experimental and simulation data by ANSYS software studied by (Kanyabujinja, 2015). Also, the numerical simulation result of turbulence model "𝑘−𝜀" obtained by (KARIM, 2017). Good agreement is reported between the numerical results by using turbulence model (RNG) compared to experimental results. This signifies that the numerical model effectively mirrors the behavior of the physical flow. The results suggest that the pressure distribution is reduced as the discharge increases and vice versa. This indicates a relationship between flow rate and pressure distribution on the spillway and identifies two regions of negative pressure within the flow domain. The first is located at the ogee curve, and the second is observed at the end of the sloping straight line beyond the ogee curve. To address these findings, it was suggested that the slope of the spillway's horizontal surface could be reduced, or the ogee formula changed. Negative pressure zones can have implications for cavitation, a concern in spillway design. The slope of the spillway surface after the ogee crest is noted to influence pressure distribution and potentially prevent cavitation issues. In conclusion, this study offers valuable insights into the flow characteristics of ogee-type spillways. It effectively demonstrates the accuracy of numerical modelling software, specifically Flow-3D, in representing the system's physical behavior. Moreover, it underscores the significance of comprehending the impact of discharge and spillway design on pressure distribution and cavitation risk.

Land subsidence, unlike other destructive phenomena such as floods and earthquakes, occurs slowly over a long period of time. Due to its irreparable damages, including damage to infrastructure, energy transmission lines (gas, water, and electricity), buildings, creation of sinkholes, flooding in coastal areas, and most importantly, destruction of soil and groundwater aquifers, subsidence has become one of the management concerns and issues of the day.Over-exploitation of groundwater aquifers is the most important factor in causing subsidence. Excessive withdrawal of groundwater has led to an increase in the effective stress rate in the aquifer and a change in the compaction of fine-grained sediment particles. Therefore, as a result of these changes in the aquifer, subsidence occurs in a region. In addition, other natural factors such as the thickness of sediments and the transmissivity of the aquifer can directly and indirectly affect the subsidence phenomenon. This research focuses on calculating, evaluating, and modeling the amount of subsidence affected by over-exploitation of groundwater resources, sediment thickness, and aquifer transmissivity using the radar interferometry method and the multilayer perceptron (MLP) Artificial Neural Network in the Dehgolan plain of Kurdistan province, Iran, from March 21, 2022 to September 24, 2023. The subsidence rate calculated using Sentinel-1 images and the radar interferometry technique indicates that the Dehgolan plain is suffering from the destructive phenomenon of subsidence. The maximum calculated subsidence rate using this method is 165 millimeters and the rate of land uplift is 41 mm , and the spatial distribution of subsidence is more pronounced in the western and central regions than in the eastern regions. In addition to this technique, in the Dehgolan plain aquifer of Kurdistan province, using the MLP neural network modeling method in MATLAB software, the amount of subsidence was predicted and modeled using the results obtained from the radar interferometry method and data on groundwater level changes, aquifer transmissivity, and sediment thickness. These values indicate the high ability of the model in simulating and predicting subsidence compared to the values obtained from the radar interferometry method, so that it is able to predict the missing data of subsidence rate due to geometric distortions with good accuracy. Also, in the regression analysis of the modeled data and the values obtained from the radar interferometry method, an average regression coefficient of 0.92 was achieved, which indicates a very good agreement between these results. Finally, it should be noted that the subsidence trend in the Dehgolan plain is increasing and the damages to the Dehgolan plain aquifer are in no way reversible. Only correct decisions for the future should be made, such as raising awareness, imposing strict prohibitions and penalties to reduce unauthorized and excessive exploitation of groundwater resources, and continuous monitoring of subsidence in the region using neural network modeling and remote sensing methods.