نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

بررسی عددی تأثیر افزایش ابعاد زهکش بر عملکرد هیدرولیکی و پایداری سد خاکی: مطالعه موردی سد سهند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای، مهندسی عمران -آب و سازه‌های هیدرولیکی-دانشگاه مراغه، مراغه، ایران
2 استادیار دانشگاه شهید مدنی آذربایجان - گروه مهندسی عمران، تبریز، ایران
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی عمران -آب و سازه‌های هیدرولیکی- دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران
4 کارشناسی ارشد، مهندسی عمران -ژئوتکنیک- دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
چکیده
سدهای خاکی به عنوان زیرساخت‌های حیاتی در مدیریت منابع آب، نقش کلیدی در تأمین آب، تولید انرژی هیدروالکتریک و کنترل سیلاب‌ها ایفا می‌کنند، اما تراوش کنترل‌نشده با افزایش فشار آب منفذی و فرسایش داخلی، پایداری این سازه‌ها را تهدید می‌کند. این پژوهش تأثیر افزایش ۱۰ درصدی ابعاد زهکش‌ها (طول و ضخامت) بر عملکرد هیدرولیکی و پایداری سد خاکی سهند در استان آذربایجان شرقی ایران را با مدل‌سازی عددی المان محدود در نرم‌افزار SEEP/W بررسی شد. داده‌های میدانی با انطباق 5/95 درصد و خطای کمتر از 5/4 درصد اعتبارسنجی شده، و معادله لاپلاس برای تحلیل جریان پایدار به کار گرفته شد. تحلیل حساسیت Monte Carlo با ۱۰۰۰ سناریو و الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی ابعاد زهکش‌ها اعمال شد. نتایج کمی نشان می‌دهد دبی تراوشی ۲۵ درصد افزایش یافت )از 012/0 به m³/s 015/0(، فشار آب منفذی 8/12 درصد کاهش یافت، هد هیدرولیکی ۴ درصد کاهش یافت و گرادیان هیدرولیکی تا ۹۵ درصد در محدوده ایمن قرار گرفت. از نظر کیفی، پایداری شیب‌ها تا ۹۰ درصد بهبود یافت، ریسک فرسایش داخلی تا ۹۲ درصد کاهش یافت و کنترل بهتر تراوش در شرایط پایدار حاصل شد. این یافته‌ها با دقت ۹۸ درصد (بر اساس اعتبارسنجی میدانی) به سدهای مشابه تعمیم‌پذیرند و راهکاری برای افزایش ایمنی سد تحت تغییرات اقلیمی ارائه می‌دهند، هرچند تحلیل جریان گذرا در شرایط متغیر آب‌وهوایی در مطالعات آتی پیشنهاد می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of the Impact of Increasing Drain Dimensions on the Hydraulic Performance and Stability of Earth Dams: A Case Study of Sahand Dam

نویسندگان English

Tohid Omidpour Alavian, 1
Ebrahim Asadi 2
mahdi soltani sotobadi 3
Farzad Ghafarzadeh Arefi 4
1 Ph.D. Student, Civil Engineering - Water and Hydraulic Structures, Maragheh University, Maragheh, Iran.
2 Assistant Professor of Azerbaijan Shahid Madani University - Department of Civil Engineering, Tabriz, Iran
3 Master's Student, Civil Engineering - Water and Hydraulic Structures of Azerbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran.
4 MSc, Civil Engineering - Geotechnics, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده English

Earthen dams, as critical infrastructures in water resources management, play a key role in water supply, hydroelectric power generation, and flood control. However, uncontrolled seepage threatens the stability of these structures by increasing pore water pressure and inducing internal erosion. This study investigated the effect of a 10% increase in drain dimensions, including length and thickness, on the hydraulic performance and stability of Sahand earthen dam in East Azerbaijan Province, Iran, using finite element numerical modeling in SEEP/W software. The field data were validated with a 95.5% agreement and an error of less than 4.5%, and Laplace’s equation was employed for steady-state flow analysis. A Monte Carlo sensitivity analysis with 1,000 scenarios, along with machine learning algorithms, was applied to optimize the drain dimensions. The quantitative results showed that the seepage discharge increased by 25%, from 0.012 to 0.015 m³/s, while pore water pressure decreased by 12.8%, hydraulic head decreased by 4%, and the hydraulic gradient remained within the safe range in up to 95% of the analyzed conditions. From a qualitative perspective, slope stability improved by up to 90%, the risk of internal erosion decreased by up to 92%, and better seepage control was achieved under steady-state conditions. Based on field validation, these findings are generalizable to similar dams with an accuracy of 98% and provide a practical approach for enhancing dam safety under climate change conditions. Nevertheless, transient flow analysis under variable climatic conditions is suggested for future studies.

کلیدواژه‌ها English

Earth dam
Seepage
Drain
Numerical modeling
Pore water pressure

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 مرداد 1405