توضیحات
پایان نامه هیدرولوژی
پایان نامه کامل هیدرولوژی : عمران -آب
بررسی تغییرات مکانی شماره منحنی بر هیدروگراف سیلاب و پدیده روانش
از آنجاییکه هیدروگراف بدست آمده در مطالعات هیدرولوژیک یکی از اساسیترین ارکان برنامهریزی در طرحهای آبی بوده
و برنامههای طولانی و کوتاه مدت بر اساس آن بنا میشوند، به همین جهت تدقیقو به واقعیت نزدیکتر نمودن این
هیدروگراف از جمله مواردی است که هیدرولوژیستها و مهندسان آب را همواره به چالش برمیانگیزد. یکی از موارد این تدقیق، برآورد میزان تلفات بهوسیله تحلیل توزیعی عوامل مؤثر بر نفوذ میباشد. برخی از این عوامل عبارتن
د از بارش، شماره منحنی[۱] و عوامل مربوط به ساختار هیدرولوژیکی خاک که همگی در مکان توزیعی بوده و با
استفاده فنآوریهای مدرن قابل استخراج میباشند. بنابراین با افزایش دقت وحجم اطلاعات ورودی به مدلهای
بارشرواناب باید انتظار تغییراتی در مفاهیم و روند محاسباتی اینگونه مدلها داشت. یکی از این تغییرات نحوه استفاده از رابطه معروف دفتر حفاظت خاک[۲] و منابع طبیعی ایالات متحده[۳]در سال۱۹۷۲ میباشد
موضوع این پایان نامه:بررسی تغییرات مکانی شماره منحنی بر هیدروگراف سیلاب و پدیده روانش
۱۰۵صفحه فایل ورد
پس از پرداخت آنلاین میتوانید فایل کامل این پروژه را دانلود کنید
فصل اول ـ کلیات طرح ۱
۱-۱- بیان مساله ۱
۱-۲- ضرورت و اهمیت ۴
۱-۳- اهداف و ساختار تحقیق ۵
فصل دوم ـ سوابق تحقیق ۸
مقدمه : ۸
۲-۱-توزیع مکانی پارامتر شماره منحنی ۹
۲-۱-۱-کاربری اراضی ۱۰
۲-۱-۲-گروه هیدرولوژیکی خاک ۱۰
۲-۲- مدلهای توزیعی و نیمه توزیعی بارش- رواناب ۱۱
۲-۲-۱- مدل کلارک ۱۲
۲-۲-۲- روش مادکلارک ۱۵
۲-۳- روانش ۱۷
۲-۳-۱-آزمایشات تجربی و استخراج روابط شهودی ۱۷
۲-۳-۲- تحلیل تئوریک روانش ۱۹
۲-۳-۳-توسعه روابط تئوریک و تحلیل توزیعی روانش ۲۱
۲-۴- جمعبندی ۲۲
فصل سوم ـ روش تحقیق ۲۳ |
مقدمه: ۲۳
۳-۱-برآورد تلفات ۲۴
۳-۱-۱- روش SCS 24
۳-۲- مدل بارش رواناب ۳۱
۳-۲-۱-ماد کلارک ۳۱
۳-۲-۱-۱-هیستوگرام زمان ـ مساحت ۳۱
۳-۲-۱-۲- ضریب ذخیره مخزنی ۳۷
۳-۲-۱-۳-زمان تمرکز ۳۹
۳-۳- ترکیب روش مدکلارک وSCS در این تحقیق ۴۱
۳-۴- روانش ۴۴
۳-۵- توسعه روش زمانـ مساحت توزیعی با روشSCS و لحاظ روانش ۴۵
۳-۶- حل یک مثال کاربردی ۴۶
۳-۵- مطالعات موردی ۵۰
۳-۵-۱- حوضه مستطیلی ۵۱
۳-۵-۲- حوضه کتابباز ۵۲
۳-۶- مدل مونتکارلو ۵۴
۳-۷- شاخصهای تحلیل نتایج ۵۵
۳-۷-۱- شاخص تغییرات دبی اوج یا Q* 56
۳-۷-۲- شاخص تغییرات حجم رواناب حداکثرV* 56
عنوان……………………………………………………………………………………………………………… شماره صفحه |
پایان نامه هیدرولوژی
۳-۷-۳- شاخص تغییرات ضریب رواناب C* 57
۳-۷- معرفی نرم افزار تولید شده R-Calc1.01 59
۳-۷-۱- ورودیهای مدل ۶۰
فصل چهارم ـ نتایج ۶۲
مقدمه: ۶۲
۴-۱- شماره منحنی یکنواخت ۶۳
۴-۱-۱- حوضه مستطیل شکل ۶۳
۴-۱-۲- حوضه کتابباز ۶۶
۴-۲- تغییرات تدریجی شماره منحنی ۶۸
۴-۲-۱- حوضه مستطیل شکل ۶۸
۴-۲-۲- حوضه کتابباز ۷۱
۴-۳- مدل مونت کارلو ۷۳
۴-۴- تحلیل تغییرات دبی اوج ۷۴
۴-۴-۱- حوضه مستطیلی شکل ۷۴
۴-۴-۲- حوضه کتابباز ۷۹
۴-۵- تحلیل تغییرات حجم رواناب ۸۱
۴-۵-۱- حوضه مستطیلی شکل ۸۱
۴-۵-۲- حوضه کتابباز ۸۴
۴-۶- بررسی تغییرات ضریب رواناب (شاخص C*) 87
۴-۶-۱- حوزه مستطیلی شکل ۸۷
۴-۲-۶- حوزه کتابباز ۹۰
فصل پنجم ـ نتیجه گیری ۹۳
مقدمه ۹۳
۵-۱- لزوم نگرش توزیعی در مدلهای هیدرولوژیکی ۹۳
۵-۲- شرایط لحاظ پدیده روانش در مدلهای بارشرواناب ۹۴
۵-۳- پیشنهادات بعدی جهت توسعه مدل ۹۶
فهرست منابع: ۹۸
چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………
-۳- اهداف و ساختار تحقیق
این تحقیق بهطور مستقیم به تأثیرات تغییرات مکانی شماره منحنی روش SCS و تأثیر آن
بر هیدروگراف و پدیده نوظهور روانش که نتیجه تغییرات مکانی عوامل نفوذ است، میپردازد و با بررسی چگونگی تأثیر پدیده روانش بر هیدروگراف خروجی نتایج حاصل را مورد تحلیل و بررسی قرار میدهد.
نحوه تحقیق بدین صورت است که ابتدا روابط بنیادی و مورد استفاده استخراج گردیده و
سپس روانش در محاسبات لحاظ میگردد. بعد از ارائه یک فرمولاسیون کلی، مدل نرم افزاری توسعه یافته [۱]R_Clac معرفی گشته و ورودیهای لازم جهت اجرای مدل معرفی میگردد. بعد از تشریح مطالعات موردی و نحوه جمعآوری اطلاعات و اجرای مدل در قالب روش مونتکارلو[۲]، نتایج و حساسیت مدل به هر کدام از پارامترها تحلیل میشود.
دو رویکرد کلی در ارتباط با مطالعه موردی مدنظر قرار دارد:
- · مطالعاتی که رویکردی تعیینی[۳] داشته و فقط بر تأثیر ماهیت پدیده روانش بر هیدروگراف ناشی از رواناب دلالت دارند.
- · مطالعاتی که میزان تلفات ناشی از روانش را در شرایط مختلف با استفاده از یک رویکرد آماری[۴] برآورد مینمایند.
منظور از شرایط مختلف تغییر مکرر پارامترهای مؤثر در یک مدل بارش- رواناب خواهد بود که در نهایت منجر به تحلیل حساسیت مدل نسبت به هر یک از این پارامترها خواهد شد.
برای ارائه این تحلیلها از مدل مونت کارلو استفاده خواهد شد و نتایج اجرای مدل
در قالب چند نمودار ترکیبی که بیان کننده تغییرات پارامترهاست بیان میشود. از آنجا که پارامترهای یک حوضه آبریز بسیار زیاد و متنوع میباشند و توجه به آنکه شماره منحنی مؤثرترین عامل نفوذ در روش SCS میباشد در این تحقیق نگاه ویژهای به شماره منحنی و چگونگی استخراج آن از منابع موجود شده میشود.
مطابق ساختار کلی این تحقیق در فصل دوم ، پیشینه تحقیق و مطالعاتی که تاکنون در زمینه توزیع مکانی شمار منحنی و پدیده روانش مطرح شده بررسی خواهد شد، سپس در فصل سوم متدولوژی و روش تحقیق و نحوه استخراج اطلاعات و روابط مورد نیاز از قبیل استخراج شماره منحنی و روابطی ترکیبی که منجر به تأثیر روانش در محاسبات مربوط به مدل بارش – رواناب میشود بررسی خواهد شد.
در فصل چهارم نتایج حاصل از مدل در دو رویکرد تعیینی و آماری ارائه خواهند شد. در رویکرد تعیینی از تغییرات مکانی تدریجی شماره منحنی و در رویکرد آماری از مدل مونت کارلو استفاده میشود. در فصل پنجم به مهمترین سوال این تحقیق که، در چه مواردی انتظار میرود روانش بیشترین تأثیرگذاری را داشته باشد پاسخ داده و در آخر پیشنهاداتی جهت توسعههای بعدی مدل ارائه خواهد شد.
فصل دوم ـ سوابق تحقیق :
مقدمه :
با توجه به نوین بودن مفوم روانش و محاسبات توزیعی در مدلهای بارش و رواناب مفاهیم مورد بحث در این تحقیق دارای پیشینههای مفصل و کلاسیک نیست به نحویکه مطالعات مربوط به موضوع روانش و تحلیل توزیعی آن از سال ۲۰۰۰ به بعد گزارش شده است. اولین تلاشهای شبیهسازی روانش توسط موگلن[۵] در پی مقاله
ای جهت روشن نمودن تأثیرات شماره منحنی و تأثیرات مکانی آن بر هیدروگراف سیل آغاز شد. در این بخش ابتدا به بررسی پارامترهای مورد نیاز جهت برآورد روانش و تاریخچه مربوط به پارامترهای مورد نیاز مدل خواهیم پرداخت، سپس منابع موجود در زمینه روانش بررسی خواهند شد.
شماره منحنی اساساً پارامتری تجربی است و با پتانسیل خاک در تبدیل بارش به رواناب مرتبط است.
مفهوم شماره منحنی اولین بار توسط سازمان حفاظت منابع طبیعی ایالات متحده در قالب یک پارامتر یکپارچه مطرح گردید. به تدریج با پیشرفتهای علوم جغرافیایی تمامی اطلاعات مکانی جهت استخراج شماره منحنی توزیعی امکانپذیر شد به گونهایکه در حال حاضر این پارامتر برای اکثر نقاط دنیا با تفکیک ۳۰ متر قابل دسترس می باشد.]۱۶[
در ادامه ابتدا به توضیح پارامترهای لازم جهت استخراج شماره منحنی و سپس تاریخچه توزیعی شدن
آنها خواهیم پرداخت و سپس به طور خلاصه به تاریخچه تدوین مدلهای نیمهتوزیعی و توزیعی پرداخته و روند تکاملی آنها و مزیتهای هر کدام بیان خواهد شد. درآخر به پدیده روانش و رویکردهای مختلف جهت آشکار نمودن تأثیرات روانش در یک مدل بارش و رواناب مورد توجه قرار میگیرد.
۲-۱-توزیع مکانی پارامتر شماره منحنی
بحث توزیع مکانی شماره منحنی و اثرات آن بر روی هیدروگراف سیلاب اولین بار توسط موگلن مطرح گردید و حل تحلیلی چند مدل توسط وی مورد بررسی قرار گرفت. موگلن به بررسی تأثیرات توزیع مکانی شماره منحنی و تأثیرات آن در میزان رواناب خروجی پرداخت و اساس کار خود را بر رابطه مشهور و شناخته شده سازمان حفاظت خاک ایالات متحده (SCS) قرار داد. یکی از دلایلی که وی رابطه مذکور را اساس کار خود در زمینه بررسی پراکندگی و توزیع مکانی آن در نظر گرفت محاسبه مسقیم رواناب و دخالت دادن شمارهمنحنی[۶] در این رابطه میباشد.CN یا شماره منحنی در حقیقت گویای پتانسیل تبدیل بارش به رواناب است که از یک (برای مناطق با نفوذپذیری بسیار بالا) تا ۱۰۰(برای مناطق بسیار نفوذناپذیر) متغیر است و میزان آن را از نیز میتوان از جداول مربوطه به دست آورد. وی در کل شماره منحنی را وابسته به عوامل زیر دانست:
- کاربری اراضی
- گروه هیدرولوژیکی خاک
هاوکینگز[۷] و همکاران روش نوینی را جهت استخراج شماره منحنی در بستر GIS معرفی نمودند اما به جهت محدودیت اطلاعاتی در آن زمان این روش به صورت گسترده مورد استقبال و استفاده قرار نگرفت. امروزه تمامی این موارد به صورت کاملاً توزیعی با استفاده از تکنولوژیهای مدرنتر قابل بررسی بوده و نتیجتاً میتوان شماره منحنی را به صورت یک پارامتر کاملاً توزیعی در مکان ارائه داد.]۴[
۲-۱-۱-کاربری اراضی
در واقعیت یک حوضه از دیدگاه کاربری اراضی شامل طیف گستردهای از از کاربریها از قبیل مراتع، جنگلها ، مناطق مسکونی ، تجاری، کشاورزی و مناطق بدون پوشش میباشد.
در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی کاربری اراضی اغلب به صورت چند ضلعیها نمایش داده میشود. تقسیمبندی در مقوله کاربری اراضی کاملاً متنوع است و بر حسب قرارداد ممکن است مقدار ثابتی نباشد اما رایجترین آن را اندرسون[۸] استفاده نمود بطوریکه کاربری اراضی را به گروههای ۱- شهری ۲-کشاورزی ۳- جنگلی ۴- حوضههای آبریز تقسیم نمود.
بسیاری از دادههای عددی کاربری اراضی معمولاً از دقت کمتری نسبت به داده های ارتفاعی برخوردار هستند و طبق آمار ارایه شده توسط سازمان زمین شناسی ایالات متحده این عامل معمولاً دارای دقت ۲۰۰ متر میباشد.
۲-۱-۲-گروه هیدرولوژیکی خاک
سازمان حفاظت منابع طبیعی آمریکا در سال ۱۹۵۴نوع بافت هیدرولوژیکی خاک را با توجه به ظرفیت نفوذ آن به چهار دسته A ،B ،C وD تقسیم کرد. برای مثال خاکهای متعلق به گروه A عموماً از نوع شن و قلوه سنگ و سنگریزه بوده و دارای بیشترین ظرفیت نفوذی میباشند. خاکهای گروه D عموماً متعلق به خانواده رسها میباشند و دارای ظرفیت نفوذپذیری بسیار پایینی هستند. میلر و کرونشلی[۹] در یک مطالعه بیش از ۴۰۰۰ نوع تیپ مختلف خاک را در سرتاسر مناطق ایالات متحده معرفی و دستهبندی نمودند که رالیسون[۱۰] طی آن تقسیمبندی نوینتری را بر مبنای گروه هیدرولوژیک خاک ارائه نمود.]۵[
STATSGO[11]و SSURGO[12] از جمله مراجعی با بالاترین دقت و بیشترین دسترسی میباشند. این اطلاعات در مقیاس ۱:۲۰۰۰ و ۱:۲۵۰۰۰ موجوند که در حوضههای آبریز کوچک قابل استفاده میباشند.]۴[
۲-۲- مدلهای توزیعی و نیمه توزیعی بارش- رواناب
با توجه به این که هر مدل بارش – رواناب در انجام رویکرد خاص خود را دارد، بنابرین انتخاب نوع این مدل جهت هدف نهایی تحقیق که بررسی پدیده روانش است از اهمیت ویژهای برخوردار است. در یک تقسیمبندی کلی میتوان مدلهای بارشـرواناب را به دو دسته مدلهای توزیعی و یکپارچه تقسیم نمود.
از آنجاییکه محاسبات در برآورد روانش در یک فضای ماتریسی و توزیعی بررسی میشود، بنابراین در گام اول توجه به مدلهای توزیعی معطوف میشود. در ادامه سوابقی از مدلهای بارش رواناب کلارک[۱۳] و مادکلارک[۱۴] که به ترتیب از نظر گستردگی مکانی به مدلهای نیمهتوزیعی و توزیعی تقسیمبندی میشوند مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
۲-۲-۱- مدل کلارک
اولین روشهای ریاضی برای پیشبینی پاسخ حوضه آبریز به بارش یک دسته فرمولهای تجربی بودند که فقط حداکثر شدت جریان خروجی را محاسبه میکردند. این معادلات بر اساس خصوصیات متنوع فیزیکی حوضه از قبیل مساحت و شیب حوضه شکل گرفته بودند.
از این دسته روابط میتوان به مک مت[۱۵] ، فولر[۱۶]، مایر[۱۷] وهمچنین فرمول استدلالی کوییچلینگ و دیویس[۱۸] و در نهایت مولوانی[۱۹] اشاره نمود که غالباً حداکثر دبی جریان را بدست میدادند و بعضی از آنها هنوز هم مورد استفاده قرار میگیرند. معمولاً اینگونه روشها مبتنی بر ضرایبی هستند که از آزمایشهای تجربی بدست میآیند و برآورد آنها وابسته به فاکتورهای متعددی میباشد.]۲[
کلارک روش خود را در سال ۱۹۴۵ تحت عنوان متد تجربی دورهها[۲۰] معرفی نمود. مدل کلارک جهت استخراج هیدرگراف واحد داری دو جز اصلی بود. این اجزاء عبارت بودند از: هیستوگرام انتقالی[۲۱] و مخزن خطی که از این دو جزء جهت استخراج هیدرگراف کل استفاده نمود.]۶[
پونس[۲۲] و میدمانت[۲۳] و سینگ[۲۴] روندیابی زمانمساحت را در جریان سطحالارضی بکار گرفتند که از مزایای آن دخالت پارامترهای هیدرولوژیک به صورت نیمهتوزیعی بود. به تدریج در توسعه تدریجی مدل کلارک در روش مادکلارک این روند کاملتر شده و تبدیل به یک الگوریتم کاملاً توزیعی جهت تبدیل بارش به روناب گردید.]۷[
اساس این مدل بر مفهوم ایزوکرونها یا خطوط همپیمایش بنا شده بود. به عبارتی این خطوط حوضه را به مساحتهایی مجزا تقسیم میکنند که هر کدام با اختلاف زمانی که معمولاً به اندازه بازه زمانی ایزوکرونها در نظرگرفته میشد به نوبت تخلیه میشدند و هیستوگرام انتقالی یا زمان-مساحت را میساختند.
[۱] Run on Calculator
[۲] Monte Carlo Method
[۳] Deterministic Approach
[۴] Stochastic Approach
[۵] Moglen(2001)
[۶] Curve Number(CN)
[۷] Hawkings(1995)
[۸] Anderson(1994)
[۹] Miller and Cronshly(1989)
[۱۰] Rallison(1980)
[۱۱] State Soil Geographic
[۱۲] Soil Survey Geographic Database
[۱۳] Clark(1995)
[۱۴] ModClark(1990)
[۱۵] McMath(1889)
[۱۶] Fuler(1914)
[۱۷] Myer(Jarvis)-1926
[۱۸] Kuichling- Davis(1889)
[۱۹] Mulvaney(1851)
[۲۰] Period of Empiricism
[۲۱] Transitional histogram
[۲۲] Ponce(1989)
[۲۳] Maidment(1993)
[۲۴] Singh(1996)
بلافاصله بعد از پرداخت موفق میتوانید فایل کامل این پروژه را با سرعت و امنیت دانلود کنید
نقد وبررسی
نقد بررسی یافت نشد...