الف) بیان مسأله:
پدیده ی شکست سد از جمله حوادثی است که بدلیل خطرات جانی و مالی برای بشر علیرغم پژوهش های فراوان، هنوز به عنوان یکی از مباحث مهم و قابل توجه در زمینه ی تحقیقات مهندسی مدنظر است. بررسی و تعیین مشخصات موج سیلاب ناشی از شکست سد در پایین دست، جهت مدیریت ایمنی پایین دست سدها امری ضروری است.
در این تحقیق، پدیده ی شکست سد دریک مسیر مستقیم به صورت سه بعدی مدلسازی عددی شده و تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل فاصله ی مانع تا محل شکست سد، زاویه ی انحراف مانع نسبت به صفحه افق و ... بر نیروی هیدرودینامیکی ناشی از جریان بر روی یک مانع مطالعه خواهد شد.
ب) سؤال (سؤال¬های) پژوهش:
١- تغییر پارامترهای مختلف در پایین دست سد، چه تاثیری بر مشخصات موج پایین دست و به دنبال آن بر نحوه ی توزیع فشار بر روی مانع دارد؟
٢- تاثیر زاویه ی مانع نسبت به صفحه ی افق بر توزیع فشار هیدرودینامیکی ایجاد شده به چه نحوی می باشد؟
٣- تفاوت ها و تشابه های مشخصات موج پایین دست در دو حالت با مانع و بدون مانع چیست؟
٤- وجود مانع چه تاثیری بر روی نحوه ی پیشروی موج سیلاب دارد؟
5- هیدروگراف موج سیلاب پس از برخورد به مانع چه تغییری می کند؟
6- تغییرات سطح آب پس از برخورد به مانع چگونه خواهد بود؟
ج) فرضیه(فرضیه¬های) پژوهش:
احتمال دارد نیروی فشاری وارد بر مانع در مناطق نزدیک به میدان شکست، از شدت بالایی برخوردار بوده و با دور شدن از میدان شکست، میزان آن کاهش یابد.
انتظار می رود ارتفاع جریان در صورت وجود مانع، نسبت به حالت مشابه بدون مانع، دارای ارتفاع بیشتری باشد.
پیش بینی می شود روند جریان پس از برخورد به مانع، طی فرایندی تدریجا به حالت مشابه بدون مانع نزدیک شود.
د) هدف (اهداف) پژوهش:
هدف مدلسازی عددی سه بعدی مشخصات هیدرودینامیکی جریان ناشی از شکست ناگهانی سد در یک مسیر مستقیم دارای مانع می باشد. بررسی فشار هیدرودینامیکی روی مانع تحت حالت های مختلف و همچنین تاثیر زاویه ی مانع نسبت به صفحه ی افق جز اهداف مطالعات پارامتریک می باشد.
ه) ضرورت و اهمّیت پژوهش:
با توجه به تبعات و خسارات ناشی از شکست سد، به ویژه زمانی که سد در بالادست مناطق شهری قرار گرفته باشد، انجام این تحقیق در مورد تعیین نحوه حرکت موج و همچنین بررسی تاثیر مشخصات مختلف هندسی و هیدرولیکی بر هیدرودینامیک سیلاب و نیروی هیدرودینامیکی وارد بر تاسیسات و ساختمان ها به عنوان موانع، می توان در طراحی سد، برنامه های مدیریت سیلاب و هشدار سیل به کار رود.
و) پیشینه¬ی پژوهش:
1998 Lauber&Hauger, به منظور بررسی پدیده ی شکست سد، آزمایش های متعددی در کانال منشوری مستطیلی با جدار صاف انجام دادند. این محققین ابتدا شرایط مورد نیاز برای برقراری تشابه فرود را استخراج نموده و سپس بر اساس معادلات مشخصه به تحلیل پیشانی موج مثبت و منفی پرداختند. بعلاوه تاثیر طول نسبی مخزن روی ماکزیمم موج را مشخص کردند. تمامی این آزمایش ها در حالتی انجام شد که کانال پایین دست خشک بود. لابر مقایسه ای را بین پیشانی امواج برای دوحالت کانال پایین دست خشک و تر (دارای عمق اولیه) انجام داد. بررسی ها نشان دادند که پیشانی موج در حالت خشک، صاف و در حالت تر، ناهموار است. بنابراین اثر وجود جریان اولیه در پایین دست مهم است.
Akiyama&Shige-eda, 2003 رفتار دو بعدی جریان سیل و نیروی هیدرودینامیکی وارد بر سازه ها را به صورت عددی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق، شبیه سازی عددی با استفاده از مدلی بر اساس روش حجم محدود و با یک سیستم شبکه ای فاقد ساختار انجام شد. آزمایش بر روی انتشار سیل در دشت سیل، با و بدون وجود سازه جهت بدست آوردن صحت سنجی جامعی از مدل صورت گرفت. مواضع پیشانی، عمق و سرعت جریان سطح سیل و همچنین نیروی هیدرودینامیکی وارد بر سازه مشاهده شد. مقایسه ی نتایج عددی در برابر داده های آزمایشگاهی نشان داد که مدل می تواند جریان سیل را به صورت دو بعدی و نیروی وارد بر سازه ها را با دقت قابل قبولی پیش بینی کند.