محسن ایثاری

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.

به دلیل تغییراقلیم و مواجه شدن با کمبود آب مخصوصاً درکشورهای درحال توسعه، نیازبه مدیریت این منبع با ارزش بیش ازپیش اهمیت دارد. از مشکلات تغییر اقلیم می‌توان به حدی شدن (گرما و یا سرمای شدید)آب و هوا، وقوع سیل و آب گرفتگی اشاره کردکه مشاهده شده سالانه مناطق در معرض سیل را با خسارت‌های زیادی روبه رو کرده است. تغییر اقلیم همچنین باعث شده که کمبود آب بیش از پیش احساس شود و استفاده وبهره برداری از آب‌های زیرزمینی به عنوان یک گزینه مهم در اولویت‌ها قرار گیرد. هدف اصلی این تحقیق بهینه سازی تخصیص آب، ذخیره آب ناشی از بارندگی و کاهش سیلاب است چون با افزایش جمعیت این مشکلات و چالش‌ ها بیشتر نمایان می‌شوند که به این منظور در این تحقیق با استفاده از مفهوم شهر اسفنجی مناطق سیل خیز شهر سنندج مشخص، واقدمات لازم ومطالعات و تحقیقات اولیه برای اجرای این مفهوم انجام گیردیده است بر این اساس در این تحقیق با استفاده از نقشه ی رقومی ارتفاع (DEM) وضعیت توپوگرافی منطقه مورد بررسی قرار‌گرفته وسپس، با استفاده از نرم افزار GIS مناطق آبگیر و کم ارتفاع مشخص شده اند. بعد از آن میزان سرعت نفوذ آب در خاک غالب شهر استان و برای خاک‌های مختلف محاسبه و میزان بارندگی با استفاده از مدل‌های شبکه عصبی مصنوعی مدل سازی شده است و با استفاده از نقشه‌‌ی NDVI و نقشه‌ی جایگیری ساختمان‌ها و جاده‌ها توسط نرم‌افزار QGIS عدد CN محاسبه شد ودر ادامه نیز با استفاده از نرم افزار GIS نیز محل‌های مناسب برای پیاده‌سازی شهر اسفنجی همراه با محیط ومساحت آنها مشخص شده. در بخش تخصیص با نرم‌افزار WEAP محاسبه شدکه میزان تقاضای برطرف نشده(کمبود) و کل آب مورد نیاز در سه بخش شهری- صنعتی، کشاورزی و تغذیه آب زیرزمینی از سال 2021 الی 2042 به ترتیب 17071.13908 و 20739.05353 میلیون متر مکعب است و در بحث مقدارمیزان آب پوشش یافته(نیاز برآورده شده) در سال‌های مختلف، مقدار آن برای بخش‌های ذکرشده متفاوت بدست آمده.

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.

پدیده فرونشست برخلاف سایر پدیدههای مخرب مانند سیل و زلزله در بازه زمانی طولانی و بهآرامی رخ میدهد. فرونشست به دلیل ایجاد آسیب های غیرقابلجبران از قبیل آسیب به زیرساختها، خطوط انتقال انرژی )گاز، آب و برق(، ساختمانها، ایجاد فرو چالهها، سیل در مناطق ساحلی و از همه مهمتر تخریب خاک و سفرههای آب زیر زمینی ، به یکی از دغدغه و مسائل روز مدیریتی تبدیل شده است. بهرهبرداری ب یش از حد آب از سفرههای زیر زمینی مهمترین عامل ایجاد پدیده فرونشست است. برداشت بیش از حد مجاز از منابع آب زیر زمینی موجب رشد نرخ تنش موثر در آبخوان و تغییر در تراکم ذرات ریزدانه رسوبات میشود. بنابراین، بر اثر پدیدآمدن این تغییرات در آبخوان یک منطقه، فرونشست رخ میدهد. همچنین عوامل طبیعی دیگری همچون ضخامت رسوبات و قابلیت انتقال آبخوان میتواند به طور مستقیم و غ یرمست قی م بر پدیده فرونشست اثرگذار باشد. در این پژوهش تمرکز بر محاسبه، ارزیابی و مدلسازی میزان فرونشست متاثر از برداشت بیرویه از منابع آب زیر زمینی ، ضخامت رسوبات و قابلیت انتقال آبخوان با بهرهگیری از روش تداخل سنجی راداری و در دشت دهگلان استان کردستان در بازه زمانی 1 فروردین 1401 تا )MLP( شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه 2 مهر 1402 میباشد. نرخ فرونشست محاسبه شده با استفاده از تصاویر سنجنده سنتینل - 1 و تکنی ک تداخل سنجی راداری بیانگر ابتلای دشت دهگلان به پدیده مخرب فرونشست میباشد. حداکثر نرخ فرونشست محاسبه شده از این روش برابر با 165 میلیمتر و نرخ بالا آمدگی برابر 41 میلیمتر است و توزیع مکانی فرونشست در نواحی غربی و مرکزی بیشتر از نواحی شرقی ظاهر شده است. علاوه بر این تکنیک، در آبخوان دشت دهگلان استان کردستان با استفاده از روش مدلسازی با شبکه عصبی پرسپترون چندلایه در نرمافزار متلب مقدار فرونشست به کمک نتایج بهدستآمده از روش تداخل سنجی راداری و دادههای تغییرات تراز آب زیر زمینی، قابلیت انتقال آبخوان و ضخامت رسوبات پیشبین ی و مدلسازی شد. این مقادیر نشاندهنده توانایی بالای مدل در شبیهساز ی و پیشبین ی فرونشست در قیاس با مقادیر حاصله از روش تداخل سنجی راداری است بهگون های که قادر به محاسبه مقدار دادههای گمشده نرخ فرونشست در اثر اعوجاجهای هندسی را بادقت خوبی پیشبی نی کند. همچنین، در تحلیل رگرسیونی دادههای مدلسازی شده و مقادیر حاصله از روش تداخل سنجی راداری، به ضریب رگرسیون متوسط 0.92 دستیابی شد و این امر حاکی از انطباق بسیار خوب این نتایج است. در نهایت، باید به این مسئله توجه داشت که روند فرونشست در دشت دهگلان سیر صعودی دارد و بههیچوجه آسیبهای وارد شده به آبخوان دشت دهگلان قابلبازگشت نمیباشد و فقط باید برای آینده تصمیمات درستی از قبیل فرهن گسازی، اعمال ممنوعیتها و مجازات شدید در جهت کاهش بهر هبرداریهای غیرمجاز و ب یرویه از منابع آب زیرزمینی و نظارت مداوم بر فرونشست منطقه با استفاده از روشهای مدلسازی شبکه عصبی و سنجش از راه دور اتخاذ گردد.