تحلیل عددی تأثیر ابعاد زهکش بر عملکرد هیدرولیکی و پایداری سد خاکی: مطالعه موردی سد آیدوغموش

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه شهید‌مدنی آذربایجان – دانشکده فنی و مهندسی- گروه مهندسی عمران، تبریز، ایران. asadi@azaruniv.ac.ir

2 دانشجوی دکترای، مهندسی عمران -آب و سازه‌های هیدرولیکی-دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی عمران -آب و سازه‌های هیدرولیکی- دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران.

4 کارشناسی ارشد، مهندسی عمران -آب و سازه‌های هیدرولیکی- دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

10.22034/ceej.2026.69776.2461

چکیده

سدهای خاکی به دلیل ماهیت نفوذپذیر خود، در معرض پدیده تراوش کنترل‌نشده قرار دارند که می‌تواند منجر به افزایش فشار آب منفذی، کاهش پایداری سازه‌ای و در مواردی، خرابی کامل سد شود. یکی از مؤثرترین راهکارهای کاهش این خطر، طراحی بهینه سیستم زهکشی است. در این تحقیق، با ارائه یک رویکرد نوین عددی، تأثیر افزایش ۱۰ درصدی ابعاد زهکش‌های افقی و قائم بر عملکرد هیدرولیکی و پایداری سد خاکی آیدوغموش بررسی شده است. مدل‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار SEEP/W و روش اجزای محدود (FEM) برای حل معادله لاپلاس انجام شد و اعتبارسنجی با داده‌های ابزار شامل ۵۱ پیزومتر در بدنه و ۱۲ پیزومتر در پی صورت گرفت. مش‌بندی با المان‌های مثلثی (5/0 متر در زهکش‌ها و ۱ متر در سایر نواحی) طراحی گردید و شرایط مرزی با هد بالادست ۶۶ متر و پایین‌دست ۱۰ متر تعریف شد. دو سناریو (ابعاد اولیه و افزایش ۱۰ درصدی) تحلیل شدند و الگوریتم بهینه‌سازی ژنتیکی (GA) برای تنظیم خودکار ابعاد زهکش‌ها توسعه یافت. تحلیل حساسیت با تغییرات ±۵ درصدی نفوذپذیری دقت مدل را به ۹۹ درصد رساند و تحلیل آماری ANOVA با P-value < 001/0 معناداری تغییرات را تأیید کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of the Effect of Drain Dimensions on the Hydraulic Performance and Stability of an Earth Dam: A Case Study of the Aydoghmoush Dam

نویسندگان [English]

  • Ebrahim Asadi 1
  • Tohid Omidpour Alavian 2
  • mahdi soltani sotobadi 3
  • Yusuf Gol Mohammadi 4
1 Assistant Professor of Azerbaijan Shahid Madani University- Faculty of Engineering-Department of Civil Engineering, Tabriz, Iran. asadi@azaruniv.ac.ir.
2 Ph.D. Student, Civil Engineering - Water and Hydraulic Structures, Maragheh University, Maragheh, Iran
3 Master&#039;s Student, Civil Engineering - Water and Hydraulic Structures of Azerbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
4 Master of Science, Civil Engineering - Water and Hydraulic Structures, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Earth dams, due to their permeable nature, are susceptible to uncontrolled seepage, which can raise pore‑water pressure, reduce structural stability, and in extreme cases cause total dam failure. One of the most effective mitigation measures is the optimal design of drainage systems. In this study, a novel numerical approach is used to evaluate the impact of a 10 % increase in the dimensions of horizontal and vertical drains on the hydraulic performance and stability of the Aydoghmous earth dam. The numerical model was built with SEEP/W and solved the Laplace equation using the finite‑element method (FEM). Model validation employed field data from 51 piezometers in the dam body and 12 at the downstream toe. Mesh discretization used triangular elements (0.5 m in drains and 1 m elsewhere); upstream and downstream hydraulic heads were set to 66 m and 10 m, respectively. Two scenarios—original dimensions and a 10 % increase—were analyzed, and a genetic‑algorithm (GA) optimization routine was developed to automatically adjust drain sizes. Sensitivity analysis with ±5 % permeability variations raised model accuracy to 99 %, while ANOVA (p < 0.001) confirmed the statistical significance of the changes. Results show that enlarging the drains raises seepage flow by up to 20 % (from 0.15 m³/s to 0.18 m³/s), reduces downstream pore‑water pressure by 4.11 % (from 220 kPa to 195 kPa), and adjusts the hydraulic head by 3.5 % (from 65 m to 62.7 m).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Earth Dam
  • Drainage
  • Numerical Modeling
  • SEEP/W
  • Pore Water Pressure
  • Seepage
  • Hydraulic Stability