پایان نامه محاسبه میزان تراوش از میان سدهای خاکی با استفاده از روش EPR و المانهای محدود
چکیده :
آنالیز تراوش از میان سدهای خاکی اهمیت بسزایی دارد زیرا تراوش بیش از اندازه و خارج از معمول در سدها همواره می تواند باعث ناپایداری و خرابی آنها گردد. تاکنون تراوش با استفاده از مدلهای ریاضی و فیزیکی مختلفی پیش بینی شده است . در برخی از این مدل ها از فرضهایی برای ساده سازی ساخت معادلات استفاده شده که ممکن است به خطاهای بزرگی منجرشود. هدف این تحقیق ارائه روش جدیدی بر اساس رگرسیون تکاملی چند جمله ای (EPR) به منظور پیش بینی میزان دبی ناشی از تراوش و نیز تعیین مسیر اولین خط نشت در سدهای خاکی همگن است . روش EPR یکی از انواع روش های هوش مصنوعی است که با استفاده ازترکیب الگوریتم ژنتیک (GA) و روش کمترین مربعات (LS) عمل می کند. در این روش ورودی های مساله مستقیما از داده های میدانی به نرم افزار داده شده و با آنها آموزش و آزمایش می شود. نتایج خروجی این برنامه به صورت رابطه های ریاضی می باشد. در این تحقیق با استفاده از روش EPR یک رابطه برای محاسبه میزان دبی ناشی از تراوش و یک رابطه دیگر جهت تعیین مسیر اولین خط نشت پیشنهاد شده است .
در پایان رابطه های به دست آمده از روش EPR با نتایج روش المان محدود مقایسه گردیده و مزایای استفاده از رابطه EPR و دقت بسیار بالای آن، نشان داده می شود.
فهرست مطالب
عنوان مطا لب صفحه
چکیده...............................................................................................................................................١
مقدمه ..............................................................................................................................................٢
فصل اول : کلیات
١-١) هدف........................................................................................................................................................٤
١-٢) پیشینه تحقیق ..........................................................................................................................................٤
١-٣) روش کار و تحقیق .......................................................................................................................................٧
فصل دوم : سدهای خاکی
٢-١) مقدمه .........................................................................................................................................................................١٠
٢-٢) انواع سدها....................................................................................................................................................................١٠
٢-٣) سدهای خاکی ..............................................................................................................................................................١١
٢-٤) شرایط لازم برای انتخاب سدهای خاکی ....................................................................................................................١٢
٢-٥) طبقه بندی سدهای نوع خاکی ...............................................................................................................................١٣
٢-٥-١) سدهای خاکی همگن ...................................................................................................................................١٤
٢-٥-٢) سدهای خاکی منطقه بندی شده(غیر همگن )........................................................................................ ١٤
٢-٥-٣) سدهای سنگریزه ای با غشای نفوذناپذیر یا سدهای خاکی غشایی ................................................... ١٤
٢-٦) علل تخریب سدهای خاکی .............................................................................................................................. ١٥
٢-٦-١) تخریب هیدرولیکی ..................................................................................................................................... ١٥
٢-٦-٢) تخریب حاصل از نشت ..................................................................................................................................١٦
٢-٦-٣) تخریب ساختمانی ...........................................................................................................................................١٩
فصل سوم : تراوش و روشهای محاسبه آن
٣-١) مقدمه ..........................................................................................................................................................................٢١
٣-٢) تراوش.........................................................................................................................................................................٢١
٣-٣) برخی از روشهای محاسبه تراوش.............................................................................................................. .........٢١
٣-٣-١) روش شبکه جریان..................................................................................................................................... .........٢٢
٣-٣-١-١) مقدمه ..........................................................................................................................................................٢٢
٣-٣-١-٢) رسم اولین خط نشت در سد خاکی همگن با زهکش افقی در پایین دست سد.........................٢٣
٣-٣-٢) روش اجزا محدود..................................................................................................................................................٢٥
٣-٣-٢-١) معادلات حاکم .....................................................................................................................................................٢٦
٣-٣-٢-٢) سیستم های مختصات......................................................................................................................................٢٧
٣-٣-٢-٣) توابع میان یابی ...................................................................................................................................................٢٨
٣-٣-٢-٤) معادلات المان محدود.......................................................................................................................................٢٩
٣-٣-٢-٥) انتگرال گیری عددی.........................................................................................................................................٣٠
٣-٣-٢-٦) ماتریس هدایت هیدرولیکی .............................................................................................................................٣٠
٣-٣-٢-٧) سر هم بندی و حل معادلات یکپارچه ..........................................................................................................٣٠
٣-٣-٣) روش اجزا مرزی...................................................................................................................................................٣١
٣-٣-٤) استفاده از هوش های مصنوعی جهت محاسبه میزان تراوش......................................................................٣١
فصل چهارم : روش های داده کاوی (Data Mining) و EPR
٤-١) مقدمه ............................................................................................................................................................................ ٣٤
٤-٢) شبکه های عصبی مصنوعی ......................................................................................................................................٣٤
٤-٣) الگوریتم ژنتیک...........................................................................................................................................................٣٥
٤-٤) برنامه نویسی ژنتیک..................................................................................................................................................٣٦
٤-٥) روش رگرسیون چند جمله ای تکاملی ...............................................................................................................٣٩
فصل پنجم : مبانی طراحی و مدلسازی
٥-١) مقطع تیپ سدهای خاکی ........................................................................................................................................٤٤
٥-٢) مبانی طراحی .......................................................................................................................................................٤٥
٥-٢-١) شیب بدنه ........................................................................................................................................................٤٥
٥-٢-٢) عمق آزاد..........................................................................................................................................................٤٧
٥-٢-٣) عرض تاج..........................................................................................................................................................٤٧
٥-٣) مدل سازی با روش المان محدود و استخراج داده های ورودی....................................................................٤٩
فصل ششم : استخراج معادله ای برای اولین خط نشت با استفاده از روش EPR
٦-١) مقدمه ................................................................................................................................................................................٥٣
٦-٢) استخراج داده ها جهت آموزش EPR............................................................................................................. ........٥٣
٦-٣) استخراج رابطه ها از EPR.........................................................................................................................................55
٦-٤) گزینش مناسب ترین معادله .......................................................................................................................................٥٦
٦-٤-١) مقدمه ...................................................................................................................................................................٥٦
٦-٤-٢) ترسیم اولین خط نشت با روش معادله کلی سهمی ....................................................................................٥٦
٦-٤-٣) مقایسه معادلات با نتایج حاصل از روش معادله سهمی و روش المان محدود.....................................٦٣
٦-٤-٣-١) معادله شماره ٢............................................................................................................................. ........٦٣
٦-٤-٣-٢) معادله شماره ٣......................................................................................................................... ............٦٤
٦-٤-٣-٣) معادله شماره ٤..................................................................................................................... ...............٦٥
٦-٤-٣-٤) معادله شماره ٥.................................................................................................................. ...................٦٦
٦-٤-٤) نتیجه گیری از مقایسه های انجام شده........................................................................................... ...........٦٧
فصل هفتم : استخراج معادله ای برای میزان دبی تراوش یافته از بدنه سد با استفاده از روش EPR
٧-١) استخراج داده ها جهت آموزش EPR...................................................................................................................71
٧-٢) استخراج رابطه ها از EPR......................................................................................................................................75
٧-٣) مقایسه معادلات با نتایج حاصل از روش المان محدود............................................................................. .........٧٦
٧-٣-١) معادله شماره ٣.............................................................................................................................................٧٦
٧-٣-٢) معادله شماره ٥.............................................................................................................................................٧٧
٧-٣-٣) نتیجه گیری از مقایسه های انجام شده..................................................................................................٧٨
فصل هشتم : بحث و نتیجه گیری
٨-١) مقدمه ...................................................................................................................................................................٨١
٨-٢) حساسیت سنجی معادله ارائه شده برای ترسیم اولین خط نشت (معادله ٦-٩)........................................٨١
٨-٢-١) تغییرات تراز اولین خط نشت با تغییرات x.........................................................................................81
٨-٢-٢) تغییرات تراز اولین خط نشت با تغییرات تراز آب بالا دست ............................................................٨٢
٨-٣) حساسیت سنجی معادله ارائه شده برای میزان دبی تراوش(معادله ٧-٥)..................................................٨٣
٨-٣-١) تغییرات میزان دبی تراوش با تغییرات طول قاعده تحتانی سد .......................................................82
٨-٣-٢) تغییرات میزان دبی تراوش با تغییرات تراز آب بالادست ................................................................83
٨-٣-٣) تغییرات میزان دبی تراوش با تغییرات ضریب نفوذپذیری (k)...........................................................٨٤
٨-٤) نتیجه گیری................................................................................................................................................٨٥
٨-٥) پیشنهادات................................................................................................................................................٨٥
پیوست
روشهای کاهش و کنترل نشت از بدنه و پی سدهای خاکی .......................................................................................٨٨
روشهای کاهش نشت ............................................................................................................................................٨٨
روشهای کنترل و جمع آوری آب نشتی ............................................................................................. ...........٨٨
منابع و ماخذ
فهرست منابع فارسی .............................................................................................................................................................٩١
فهرست منابع لاتین .................................................................................................................................. ..................... .......٩٦
چکیده انگلیسی .................................................................................................................... .................................................٩٨