زلزله یکی از پدیده­های مخرب طبیعی است که تنها طی نیم قرن اخیر خسارات جانی و مالی زیادی را به جا گذاشته است و با توجه به زلزله خیز بودن کشور ما و قرارگیری آن بر روی کمربند الپ-هیمالیا ضروری است که ما بیش از این به روش­های مقابله با این پدیده از جمله مقاوم­سازی سازه­ها در برابر زلزله بپردازیم. از این رو ارزیابی لرزه­ای سازه­ها و مقاوم­سازی ساختمان­های موجود به عنوان یک ضرورت مطرح می­گردد. در سازه­هایی که طراحی براساس نیروی زلزله است همواره باید برای مقابله با نیروی جانبی زلزله که بر سازه وارد می­شود سیستم مقاومی را طراحی نمود که ازجمله این سیستم­ها استفاده از انواع مهاربندهای فلزی می­باشد اما نقص عمده در بادبندهای متعارف اختلاف بین ظرفیت کششی و فشاری این مهاربندها و زوال مقاومت آنها در بارگزاری­های چرخه­ای می­باشد بنابراین برای رسیدن به یک رفتار الاستوپلاستیک  ایده­ال و جلوگیری از کمانش فشاری مهاربندها باید از مکانیزم مناسبی استفاده نمود. روشی که مد نظر قرار گرفته عبارت است از محصورسازی یک هسته فلزی شکل پذیر در میان حجمی از بتن که خود توسط یک قشاء فلزی در بر گرفته شده است که اصطلاحاً بادبند کمانش تاب (BRB) نامیده می­شود و از یک المان باربر و یک المان نگه­دارنده جانبی تشکیل شده است. المان باربر، بارهای محوری را در هر یک از دو حالت کششی و فشاری، که به BRB انتقال پیدا می­کند، حمل می­کند. المان­های نگه­دارنده تکیه­گاه­های جانبی را برای المان­های باربر فراهم می­­کنند تا از کمانش BRB وقتی که BRB تحت فشار بارگذاری شده است جلوگیری کند و  BRB قادر خواهد بود تا مقاومت، شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی را در المان­های فولادی که برای باربری ساخته شده­اند افزایش دهد.
ما دراین تحقیق بنا داریم بادبندهای فوق را که ترکیبی از فولاد و بتن می باشند، طوری به کار ببریم که مسئله کمانش بادبندهای معمولی را حل نماید. عملکرد این گونه بادبندها را در سازه­های بتن مسلح در سه حالت ارتفاعی مختلف (3 و 6 و12 طبقه) مورد بررسی قرار می دهیم. طراحی اولیه تمامی سازه­های مزبور با استفاده از نرم افزار Etabs صورت گرفته و سپس با مدلسازی در نرم افزار OpenSees تحلیل غیرخطی مدلها انجام پذیرفت.
پارامترهای مورد بررسی عبارت بودند از بار نهایی (برش پایه حداکثر)، تغییرمکان حداکثر، انرژی جذب شده و شکل پذیری که با تغییر در مشخصات سازه از جمله هندسه مانند طول دهانه­ها و ارتفاع سازه مورد ارزیابی قرار گرفتند.
1-2- انواع سیستم های بتن مسلح و رفتار اعضا آنها
 1-2-1 انواع قاب های خمشی بتن مسلح
ساختار قاب خمشی شامل ستون­ها وشاهتیرهایی که به وسیله اتصالات صلب به یکدیگر متصل شده­اند می­باشد که در آن سختی جانبی قاب به سختی ستون­ها و تیر و اتصالات آن بستگی دارد. از لحاظ رفتاری این سیستم نسبتاً شکل­پذیر می­باشد و قابلیت بالایی برای اتلاف

 

 انرژی از خود نشان می­دهد، ولی سختی این سیستم نسبتاً کم بوده و در برابر بارهای جانبی دچار ضعف سختی می­شود به همین دلیل در این نوع سیستم­ها از اعضای مقاوم در برابر بار جانبی مثل مهاربندها استفاده می­شود. در زیر تعاریفی از انواع سیستم قاب خمشی به بیان آیین نامه آمده است.

1-2-1-1 قاب خمشی معمولی
قابهای خمشی معمولی همان قاب­های دارای شکل پذیری کم هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که در مناطق با لرزه خیزی زیاد وخیلی زیاد نمی­توان از آن استفاده نمود وباید در انتخاب این نوع سیستم برای مناطق مختلف دقت بیشتری نمود [1].
1-2-1-2 قاب خمشی متوسط
قابهای خمشی متوسط همان قاب­های دارای شکل­پذیری متوسط هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که استفاده از آن برای ساختمان­های با اهمیت متوسط ومناطق لرزه­ای مختلف مجاز بوده مشروط بر انکه شرایط ارتفاع ومنظمی سازه کنترل شود [1].
1-2-1-3 قاب خمشی ویژه
قابهای خمشی ویژه همان قاب­های دارای شکل­پذیری زیاد هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که در مناطق با لرزه خیزی زیاد و خیلی زیاد و ساختگاهای مختلف و سازه­های خاص مورد استفاده قرار می­گیرد [1].
1-3 انواع مهاربندی
مهاربند، سیستمی اقتصادی و پربازده برای مقابله با بار جانبی در سازه­های قابی می­باشد. مهاربندها اغلب مانعی برای طرح معماری سازه به حساب می­آیند، لذا معمولاً آنها را در دهانه­هایی قرار می­دهند كه حداقل ممانعت ایجاد شود و ضمناً شرایط سازه­ای مهاربند در عمل نیروهای برشی و پیچی ساختمان ارضاء گردد. در بسیاری از اوقات نوع مهاربندی بر اساس فضا و بازشوی موجود تعیین می­گردد بطور كلی مهاربندها به دو دسته تقسیم می شوند [2] 

• مهاربندهای هم مركز ( همگرا )
• مهاربندهای خارج از مركز ( واگرا )

در چند سال اخیر علاوه بر دو گروه فوق سیستم های مهاربندی جدیدی (مهاربندهای دروازه ای، زانویی و كمانش تاب) نیز توسعه یافته اند كه هر كدام را به اختصار توضیح می­دهیم .
1-3-1- مهاربندهای هم مركز
این سیستم­ها در مسیر تكمیل سیستم­های سازه­ای فولادی در جهت مقابله با نیروهای باد ابداع گردیدند. در این نوع مهاربندها فرض می­شود كه محورهای خنثی در اعضای مختلف، نظیر ستون­ها، تیرها و اعضای مهاربندی در یك نقطه مشترك در هر اتصال با هم تلاقی می­كنند. در قابهای با مهاربندی هم مركز مقاومت جانبی سازه توسط اعضای قطری كه با تیرهای قاب تشكیل یك سیستم خرپایی را می­دهند تأمین می­شود. انواع مهاربندهای هم مركز عبارتند از ضربدری، قطری، شورن V، v معكوس و k كه در شكل 1-1 نمایش داده شده است. به علت پیكربندی خرپا گونه، صلبیت جانبی این سیستم­ها بسیار زیاد است بطوریكه یك سیستم قاب فولادی با مهاربندهای هم مركز از نوع ضربدری در مقایسه با سیستم قاب خمشی نظیر آن می­تواند تا 10 برابر سخت تر باشد [ 3 ].
 
الف-قطری            ب-ضربدری           پ-K             د-شورنVمعكوس       ه-شورنV
شکل 1-1 انواع مهاربندهای هم مركز [3]
از مشكلات عمده این سیستم­ها شكل­پذیری و جذب انرژی كم، عمدتاً به دلیل كمانش موضعی یا كلی عضو فشاری مهاربند و تا حدی هم ضعف و عملكرد نامناسب اتصالات آن می­باشد. در زیر به اشكالات عمده هر كدام از انواع بادبندهای فوق به روایت AISC می پردازیم [4].
الف- بادبندهای ضربدری: در هنگام زلزله در هر سیكل یكی از بادبندها به فشار و دیگری به كشش كار می­كنند. مهاربندی كه نیروی فشاری را تحمل می­نماید، كمانش كرده و از سیستم باربری جانبی خارج می­گردد. در سیكل بعدی نیز این اتفاق برای مهاربند دیگر می­افتد و بعد از چند سیكل هر دو مهاربند از سیستم باربری جانبی خارج می­شوند. همانطور كه در شكل 1-2 مشاهده می­شود حلقه های هیسترزیس قاب فولادی با بادبندهای ضربدری بسیار ناپایدار و نامنظم هستند .
شکل 1-2 منحنی هیسترزیس مهاربندی های هم محور [4]
ب- بابندهای قطری: این بادبندها كه به صورت تك و قطری بكار می­روند، حداقل باید در دو دهانه یك قاب ساختمانی به كار گرفته شوند و در حالت كلی مشكلات بادبند ضربدری را دارند .
پ- بادبندهای شورنV و V معكوس: در این بادبندها یكی از اعضاء در كشش و دیگری در فشار قرار دارد و احتمال كمانش عضو فشاری وجود دارد. تا قبل از كمانش عضو مهاری یك نیروی متعادل به تیر وارد می­شود كه به محض كمانش موضعی یكی از مهاربندها، نیروی متعادل مذكور به یك نیروی نامتعادل تبدیل می­شود، كه باعث می­شود تیر طبقه تغییر شكل زیادی بدهد ( شكل 1- 2).                     
 
الف – بعد كمانش                            ب- قبل از كمانش
شكل 1-3 نحوه عملكرد بادبندهای شورن [4]
آیین نامه AISC برای جلوگیری از مشكلات فوق دو روش زیر را پیشنهاد كرده است [4].

• استفاده از ستون های دوخت( شكل 1- 4 )
• استفاده از بادبندهای شورن بصورت X برای طبقات ( شكل 1-5 )

ت- بادبند K: استفاده از این بادبند فقط در ساختمان ها تا دو طبقه اجازه داده شده است و مشكل اساسی این بادبند وارد كردن نیروی نامتعادل شرح داده شده در بادبندهای شورن به ستون است كه باعث ایجاد یك تغییرمكانی جانبی در وسط ستون می شود این امر می تواند باعث بروز كمانش در ستون و در نتیجه فروریزی كل ساختمان می­گردد .
شكل 1-4 استفاده از ستون دوخت [4]            شكل1-5 استفاده از پیكربندی X [4]
1-3-2- مهاربندهای خارج از مركز (EBF )
این بادبندها بعد از مقایسه رفتار هیستریس بادبندهای هم مركز و قاب خمشی و تركیب آنها توسط پوپوف و همكارانش در دهه 70 شكل گرفت. بادبندهایی كه در آنها بین انتهای اعضای مهاربند تا تیر و ستون فاصله ایجاد شده باشد، بادبندهای واگرا نامیده می­شوند. فاصله ایجاد شده، تیر پیوند (طول لینك) نامیده شد و با e نمایش داده می­شود. تیر پیوند مانند فیوز شكل­پذیر عمل می­كند و مقدار زیادی از انرژی ناشی از زلزله را جذب می­كند در این سیستم هر دو عامل شكل­پذیری و سختی با هم تركیب می­شوند. شكل­پذیری شاخصه مهم قاب­های خمشی می­باشد و سختی نیز شاخصه اصلی قابهای مهاربندی هم محور می­باشد.[5]
مزایای سیستم مهاربندی واگرا به شرح زیر می باشد:[3]

• كاهش تغییر مكانی جانبی در مقایسه با قابهای خمشی.
• استفاده از قابهای مهاربندی هم محور در ساختمان های با ارتفاع زیاد مجاز نمی باشد.
• كاهش نیروهای تكیه­گاه و لنگر ( در مقایسه با سیستم قاب خمشی ) به منظور كاهش ابعاد پی.
• امكان استفاده از این سیستم برای تغییر سختی سازه در ارتفاع برای جیران نامنظمی در توزیع ارتفاعی جرم سازه با تغییر اندازه اعضاء و طول پیوند وجود دارد . با تغییر طول تیر پیوند می توان سختی قاب مهاربندی واگرا را تغییر داد.

……………………………………… 131
7-2- دیوار برشی به همراه بازشو………………………………………………………………………………………… 133
7-2-1- سازه در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی…………………………………………………… 134
7-2-2- سازه در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی……………………………….. 136
7-2-3- سازه در حالت پی صلب تحت بار لرزه­ای…………………………………………………. 139
7-2-4- سازه در حالت پی منعطف تحت بار لرزه­ای………………………………………………. 141
7-3- دیوار برشی با ابعاد و مواد با خصوصیات متفاوت………………………………………….. 145
7-3-1- سازه در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی…………………………………………. 145
7-3-2- سازه در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی……………………………………… 147
7-3-3- سازه در حالت پی صلب تحت بار لرزه­ای………………………………………………….. 150
7-3-4- سازه در حالت پی منعطف تحت بار لرزه­ای………………………………………. 152
7-4- سد کوینا در چین…………………… 156
7-4-1- سد در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی…………………………………………. 156
7-4-2- سد در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی……………………………………. 158
7-4-3- سد در حالت پی صلب تحت بار لرزه­ای……………………………………………… 162
7-4-4- سد در حالت پی منعطف تحت بار لرزه­ای…………………………………………….. 164
7-5- ترکیب تونل و دیوار برشی…………………………………………………………… 168
7-5-1- تونل و قاب سازه­ای تحت بار خارجی دینامیکی…………………………………. 169
7-5-2- تونل و قاب سازه­ای تحت بار لرزه­ای…………………………………………. 172
فصل هشتم: نتایج و پیشنهادات

 

 

7-1- نتایج……………………………………………………… 176
منابع……………………………………………………………………… 180
1-1-   تعریف مسئله
در یک سیستم خاک – سازه واقع در یک محیط نیمه نامحدود، حجم خاک در برابر حجم سازه بسیار بیشتر می­باشد پس به طور کلی، سازه با خاک اطرافش اندرکنش دارد. بدین معنی که رفتار هریک بر دیگری اثر دارد. بنابراین آنالیز سازه به تنهایی مجاز نمی­باشد و در بسیاری از حالات مهم (به عنوان مثال، نوسانات لرزه­ای) که بارگذاری به خاک اطراف سازه وارد می­شود باید اثر خاک در نظر گرفته شود به این معنا که در هر صورت حوزه اطراف سازه باید مدل شود. از آنجاکه اندرکنش لرزه­ای خاک و سازه با ایمن سازی بسیاری از پروژه­های مهندسی (مانند نیروگاه­های هسته­ای) درجهت مقاومت در برابر زلزله ارتباط تنگاتنگ دارد، این اندرکنش یک موضوع بسیار مهم در مهندسی زلزله تلقی شده است. همچنین به علت تأثیر بازتاب انرژی از محیط نامحدود و حرکات غیر یکنواخت زمین روی پاسخ سازه، اهمیت اندرکنش دینامیکی خاک و سازه در رفتار سازه­های غول­پیکر در برابر زلزله قابل توجه می­باشد.
همانطورکه در شکل 1- 1 می­بینیم، خاک یک محیط نیمه نامحدود است که به صورت حوزه نامحدود در نظر گرفته می­شود. خاک محدود و نامحدود توسط مرز مشترک خاک – سازه (شکل 1- 1) از یکدیگر جدا می­شوند. مرز مصنوعی (شکل 1- 1) در فاصله­ای به اندازه کافی دور از سازه، جایی که انتظار می­رود پاسخ حوزه مستهلک شود، معرفی و شرایط مرزی مناسب بر روی آن تعریف می­شود. بسته به دقت آنالیز، این مرز می­تواند دورتر و یا نزدیک­تر به سازه تعریف شود. گره­های موجود بر روی سازه با s و گره­های موجود بر روی مرز مشترک خاک و سازه با b نشان داده می­شود. بارگذاری دینامیکی می­تواند به صورت بار خارجی و یا بار لرزه­ای به سیستم وارد شود (شکل 1- 1
شکل 1- 4: تعریف مسئله اندرکنش خاک و سازه
سیستم خاک و سازه می­تواند تحت بارهای دینامیکی و استاتیکی قرار بگیرد. برای آنالیز پاسخ سازه تحت بارگذاری استاتیکی، همانطورکه گفته شد، یک مرز مصنوعی می­تواند در یک فاصله به اندازه کافی دور از سازه، جایی که انتظار می­رود پاسخ حوزه مستهلک شود، معرفی شود. این کار به یک محیط محدود برای خاک منجر می­شود که می­تواند مانند سازه مدل شود. کل سیستم المان­بندی شده، شامل خاک و سازه توسط روش­های المان محدود و یا تفاضل محدود مدل می­شود و با توسعه و پیشرفت نرم­افزارهای المان محدود می­توان به راحتی مسئله محدود را آنالیز کرد. اما در حالت بارگذاری دینامیکی این روش نمی­تواند مورد استفاده قرار بگیرد، چون مرزهای مصنوعی به جای اینکه اجازه دهند امواج دریافتی از منبع انتشار امواج به سمت بی­نهایت عبور کنند، آنها را به سمت سازه و خاک منعکس می­کنند (برگشت می­دهند) و این انعکاس بر روی رفتار و واکنش سیستم خاک و سازه تأثیر می­گذارد. در صورتی که خاک نامحدود بایستی نقش یک مکنده انرژی را بازی کند. بنابراین برای آنالیز این اندرکنش خاک – سازه، خاک به دو قسمت خاك محدود غیر منظم که می­تواند رفتار غیر خطی خاک را مدل کند و خاك نامحدود منظم که تا بی­نهایت ادامه دارد و دارای رفتارخطی است، تقسیم می­شود. بنابراین همانطور که در شکل 1- 1 ملاحظه می­کنید می­توان خاک را به دو قسمت تقسیم کرد:

• محدوده نزدیک به سازه، خاک نامنظم با رفتار غیرخطی با عنوان حوزه محدود
• محدوده دور از سازه، خاک منظم و با رفتار خطی با عنوان حوزه نا­محدود

قسمت محدود خاك می­تواند به وسیله روش المان محدود مدل شود. در یك محیط نامحدود، یك قاعده مهم در دینامیك امواج وجود دارد: امواجی كه به سمت بی­نهایت حركت می­كنند، به سمت حوزه برگشت داده نمی­شوند. شرایط مرزی باید توانایی مدل كردن حركت موج را در واقعیت داشته باشد. شرط به صفر رساندن جابجایی در بی­نهایت کافی نمی­باشد] [i][. شرط مرزی اعمال شده در بی­نهایت، باید توانایی انتقال انرژی را به صورت کامل از حوزه محدود به حوزه نا­محدود را داشته باشد و بتواند جلوی بازتابش امواجی که با مرز تماس پیدا می­کنند را به درون محیط بگیرد. به این شرط مرزی، شرط مرزی بازتابشی[2] می­گویند. چالشی­ترین قسمت در آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه، بدست آوردن شرایط مرزی بازتابشی مناسب برای مسائل مهندسی با ابعاد بزرگ می­باشد. حوزه خاک نامحدود را می­توان طوری مدل کرد که دینامیک خاک را از دینامیک سازه کاملا̎ مجزا کند. برای درک بهتر موضوع، انتشار موج در یک حوزه نا­محدود یک بعدی به صورت زیر آورده شده است. در یک مدل واقعی، با اعمال نیروی دینامیکی (نیروی ضربه R) در ابتدای میله (نقطه A)، حرکت موج از ابتدای میله آغاز می­شود و تا بی­نهایت پیش رفته و میرا می­شود (شکل 1-2 (الف)). برای مدل کردن این حالت میله بریده شده ودر محل بریدگی مهار قرار داده می­شود. با شروع حرکت موج و برخورد آن به مهار موجود، موج برگشت داده می­شود. تا زمانی که موج برگشت داده شده به نقطه ابتدا (نقطه A) نرسیده است، رفتار نقطه A مشابه واقعیت است و از زمان رسیدن موج به آن نقطه، رفتار نقطه A به هم می­ریزد (شکل 1-2 (ب)). در خاک نا­محدود نیز رفتار چنین است. مدل باید به گونه­ای باشد که موج به سمت بی­نهایت هدایت شود و به سمت سازه باز نگردد.

 

(الف)

(ب)

شکل 1- 5: انتشار موج در میله نا محدود (یک بعد): (الف) مدل واقعی (ب) انعکاس موج در اثر مهار
 بنابراین مشکل در مدل کردن اندرکنش دینامیکی خاک و سازه در نرم­افزارهای المان محدود می­باشد که به دلایلی که ذکر شد قابلیت آنالیز صحیح رفتار دینامیکی حوزه نامحدود را ندارند. ما بدنبال راهی هستیم تا بتوان مدلی نزدیک به واقعیت، برای آنالیز دینامیکی حوزه نامحدود تحت بار لرزه­ای را عنوان کرد و نیز به دنبال روشی هستیم که هرچه مطمئن­تر و سریع­تر با بازده و دقت زیاد ما را به هدف مورد نظر نزدیک کند.
1-2-   مفهوم اندرکنش دینامیکی خاک وسازه
برای بیان اهمیت اندرکنش خاک و سازه، پاسخ دینامیکی سازه­ای که روی سنگ بنا شده را با همان سازه در حالتی که روی خاک بنا شده مقایسه شده است. در اینجا تنها موضوع به صورت کیفی بررسی می­شود. دو سازه به صورت کاملا̎ یکسان با بستر صلب (شامل پایه و دیواره­های اطراف) در شکل 1- 3 (الف) نشان داده شده است. لایه خاک در بالای سنگ قرار گرفته است. از آنجا که فاصله بین دو سازه کم است، می توان فرض کرد موجی که از کانون زلزله به دو سازه مستقر روی خاک و سنگ
می­رسد، یکسان است. برای سادگی یک حرکت افقی که به صورت عمودی گسترش می­یابد، انتخاب شده است. این حرکات در به صورت بردار هایی با طول­هایی متناسب با شدت نوسانات زلزله آورده شده است. نقطه کنترل در سطح آزاد سنگ (نقطه A) انتخاب شده است. از یک دیدگاه عملی حرکت در سراسر سنگ (به عنوان مثال در نقطه B) یکسان خواهد بود ]1[.
برای سازه روی سنگ، این حرکت افقی می-تواند مستقیما̎ به بستر سازه وارد شود. شتاب ورودی ناشی از نیروهای اینرسی افقی در ارتفاع سازه ثابت خواهد بود. در حین زلزله، یک لنگر واژگونی و یک برش عرضی در بستر ایجاد می­شود. از آنجا که سنگ بسیار سخت است، این دو بردار برآیند تنش هیچ تغییر شکل اضافی را در بستر ایجاد نمی­کند. بنابراین جابجایی­های افقی بستر با جابجایی نقطه کنترل برابر است. هیچ جابجایی ناشی از سنگ در بستر بوجود نیامده است. برای یک نقطه کنترل، پاسخ لرزه­ای سازه تنها به خصوصیات سازه بستگی دارد.

در این فصل مروری بر مفهوم تغییر اقلیم و علل ایجاد آن و تاثیر این پدیده بر منابع طبیعی و منابع آب انجام می­شود و در ادامه به ضرورت و هدف انجام این مطالعه اشاره می­شود.
1-2- مفهوم تغییر اقلیم و اهمیت بررسی مدیریت مخزن سد
تغییر اقلیم عبارتست از تغییرات رفتار آب و هوایی یك منطقه نسبت به رفتاری كه در طول یك افق زمانی بلند مدت از اطلاعات مشاهده یا ثبت شده در آن منطقه مورد انتظار است. تغییر اقلیم یك پدیده پیچیده اتمسفری‌- اقیانوسی در مقیاس جهانی و دراز مدت است. این پدیده متأثر از افزایش گازهای گلخانه‌ای در اتمسفر می‌باشد كه منجر به دگرگونی در وضع آب و هوا، تغییر توزیع مكانی و زمانی بارش و نوع آن (جامد یا مایع)، جریان آب­های سطحی، تبخیر، تغذیه سفره آب‌زیرزمینی و كیفیت آب شده و به طور كلی روند جدیدی را در اقلیم جهانی موجب می‌گردد. تغییر اقلیم باعث می‌شود كه برخی مناطق، مرطوب‌تر و برخی مناطق، خشك‌تر گردند و شدت و تواتر حوادث حدی مانند سیلاب و خشكسالی افزایش یابد. بطور كلی توزیع زمانی و مكانی بارش و الگوهای آن دچار تحول گردیده و میزان تبخیر نیز افزایش می‌یابد. تغییراقلیم بدون تردید یكی از چالش‌های بسیار مهم دوران فعلی آب‌و‌هوایی است كه در مقیاس جهانی رخ می‌دهد و دارای اثرات مهمی بر كشورها و به ویژه در بخش منابع آب می‌باشد (IPCC, 2001).
گسترش روزافزون فعالیت­های صنعتی به دلیل افزایش جمعیت جهان، استفاده بی‌رویه از سوخت‌های فسیلی و تغییر کاربری اراضی موجب افزایش انتشار گازهای گلخانه­ای به خصوص CO2 شده است. انتشار روزافزون گازهای گلخانه­ای، توازن انرژی زمین را بر هم زده و موجب گرم شدن کره زمین می­گردد. پدیده گرمایش جهانی و تغییر اقلیم حاصل از آن، اثرات قابل توجهی بر سامانه‌های مختلف نظیر منابع آب، کشاورزی و محیط‌زیست دارد. تغییرات حاصل از رشد سریع اقتصادی و صنعتی، از یک سو، و گذر بسیاری از کشورهای جهان‌سوم به جامعه صنعتی در دهه­های 1970 و 1980، از سوی دیگر، باعث گسترش تغییرات زیست‌محیطی شده است. گرچه بهبود سریع در تکنولوژی کالاهای صنعتی و تدوین قوانین مناسب در حفظ و کنترل محیط‌زیست و آب سالم تدریجاً زمینه کاهش آلاینده­های موثر در تغییر اقلیم را فراهم نموده است، ولی سنجش­های مستقیم گازهای دی‌اکسیدکربن، منواکسیدکربن، متان و کاهش غلظت اوزن در طی سه چهار دهه گذشته تصویری نگران کننده از تخریب محیط‌زیست و ناهنجاری­های اقلیمی بدست داده است (Baede et al., 2001).

 

 

با توجه به گزارشات IPCC، اگر انتشار گازهای گلخانه­ای کاهش نیابد، متوسط دمای زمین تا سال 2100 می­تواند 1/1 تا 6/4 درجه سانتیگراد افزایش یابد. همچنین، بررسی­ها نشان از بالا آمدن سطح آب دریاها، ذوب شدن یخ­های قطبی، کاهش پوشش برف و افزایش پدیده­های شدید اقلیمی مانند سیل‌ها و خشکسالی­ها دارد که این تغییرات در پی افزایش متوسط دمای سطح زمین رخ داده است (IPCC، 2007).
از زمانی كه موضوع امكان گرم شدن زمین مطرح شد، مسئله بررسی تغییرات در چرخه آب بین زمین، دریا و هوا به عنوان یك عامل مهم اثرگذار بر روی مسائل اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی مطرح گردید. تغییراقلیم نه تنها اثرات مستقیمی بر محیط‌زیست بطور عام خواهد داشت بلكه سبب می‌گردد كه داده‌ها و اطلاعات جمع‌آوری شده در گذشته كه مبنای طراحی سازه‌های آبی و سایر سازه‌ها می‌باشند، دیگر شاخص مطمئنی برای رفتارسنجی منابع آب و اهمیت سازه در آینده نباشد (Lane et al., 1999).
     تا دو دهه‌ی گذشته بیشتر کارشناسان و متخصصان صنعت آب در دنیا سعی و کوشش خود را در جهت دستیابی به تکنیک‌های ساخت سازه‌های آبی به کار می‌برند و اکثر پروژه‌ها منتهی به ساخت سد و شبکه‌ی انتقال و توزیع آب می‌شد. در این راستا تحقیقات گسترده‌ایی انجام شد که منجر به تهیه‌ی استانداردهای جهانی گردید.
    با اینکه تکنولوژی ساخت یک سازه‌ی آبی و ضمائم آن نقش مهمی در بالا بردن راندمان پروژه در یک سیستم منابع آب[1]  دارد ولی به تنهایی قادر به مدیریت آن سیستم نمی‌باشد.
     از سال 1980 پس از گذر از مرز ساخت و ساز تاسیسات آبی در اکثر کشورهای دنیا به دلیل به وجود آمدن مسائل مختلفی از قبیل افزایش نیاز آبی، وقوع سیلاب و خشکسالی‌های شدید و به خصوص مطرح شدن مسائل زیست‌محیطی، آلودگی و تغییراقلیم، مدیریت ‌منابع ‌آب به عنوان یک مسئله‌ی مهم در رأس امور تحقیقاتی و مطالعاتی قرار گرفت.
    مدیریت منابع آب به خصوص از دیدگاه ریاضی در سال‌های اخیر با توجه به تحقیقات گسترده‌ایی که در این زمینه می‌شود، منجر به دستاوردهای ارزشمندی شده است. گرچه ارتباط بین مراکز تحقیقاتی و اجرایی و یا از تئوری به کاربردی کردن تحقیقات به سادگی میسر نیست، ولی با این وجود پس از سال‌ها تلاش برای متصل کردن این دو، در حال حاضر مدیریت منابع آب با استفاده از ابزار و روش‌های نوین انجام می‌شود.
   یکی از بحث‌های مدیریت ‌منابع ‌آب به خصوص در کشورهایی که تعداد زیادی سدهای مخزنی دارند، مربوط به مدیریت مخازن سدها می‌باشد.
     در ایران با بیش از 80 سد در حال بهره‌برداری و ده‌ها سد در حال مطالعه، در اکثر موارد مشاهده می‌شود که حجم آب ذخیره شده‌ی پشت سد به مراتب کمتر از حجم طراحی می‌باشد.
    محدودیت‌های رودخانه‌های پرآب و دائمی و عدم دارا بودن یک سیستم منسجم مدیریت حوضه‌ی آبریز، مدیریت منطقی، اصول و واقع بینانه‌ایی را در بهره‌برداری از سدها ایجاب می‌کند.
    در این راستا با استفاده از تکنیک و علوم پیشرفته و ابزاری چون سیستم ماهواره‌ایی، اطلاعات جغرافیایی، بانک داده‌ها و روش‌های جدید محاسباتی، میتوان سیستمی را به وجود آورد که با استفاده از آن مدیر سد با توجه به نتایج حاصل از سیستم بتواند وضعیت سد را در هر لحظه ارزیابی کند و تصمیم[2] مقتضی را جهت مدیریت بهتر اتخاذ کند.(3)
    بهره‌برداری بهینه[3] از مخازن سدها نیازمند مدیریت در نواحی ذخیره که برای جریان‌های ورودی آتی پیش‌بینی شده‌اند، می‌باشد. بهینه‌سازی[4] یک مفهوم اساسی برای افزایش مدیریت و بهره‌وری تاثیرات متقابل[5] پروژه‌های سد‌سازی می‌باشد. مفهوم بهره‌‌برداری بهینه وقتی اهمیت بیشتری پیدا کرد که قواعد بهره‌برداری[6] از مخازن کامل تر گردید.
   بهینه‌سازی بهره‌برداری به نرم‌افزارهای موثری برای پیش‌بینی جریان ورودی به مخازن، از پیش‌بینی‌های قطعی در زمان واقعی تا پیش‌بینی‌های طولانی مدت مبتنی بر احتمال، نیاز دارد. این نرم‌افزارها همچنین باید دستورالعمل‌های راهنمایی (قواعد بهره‌برداری) را برای اتخاذ تصمیمات بهره‌برداری، تأمین  نمایند.(65)
قواعد بهره‌برداری مخزن، راهنمایی‌هایی برای مسئولان بهره‌برداری مخزن می‌باشند. این قواعد برای مخازن در حال بهره‌برداری در شرایط ماندگار (و نه برای مخازنی که بلافاصله بعد از ساخت پر شده و یا برای تأمین مجموعه‌ایی از اهداف جدید موقت بهره‌برداری می‌شوند) کاربرد دارند.
    قواعد بهره‌برداری از مخازن در واقع انتقال اطلاعات طراح به متصدیان بهره‌برداری می‌باشد که به طور مکرر باید بهنگام‌سازی[7] شوند. چند نوع از قواعد وجود دارند، اما هر یک به حجم‌های ذخیره یا خروجی مخزن مطلوب یا لازم، در هر زمان خاص از سال اشاره می‌کنند. برخی از این قواعد، حجم‌های ذخیره‌ی مورد نظر را تعیین می‌کنند که از آن به عنوان منحنی‌های‌فرمان[8] یاد می‌کنند. (18)
   یک منحنی فرمان شرح می‌دهد که چه مقدار ذخیره در اوقات مختلف سال باید در مخزن وجود داشته باشد تا آب مورد نیاز را همواره یا با حداقل کمبود[9] بتوانیم تامین نماییم.
   مدیریت مخازن با استفاده از منحنی‌های‌فرمان، موضوع پیچیده‌ایی است، چرا که این منحنی‌ها از یک سری دقیق جریان که شاید دوباره اتفاق نیفتد، به دست می‌آیند.
    بهره‌برداری از سد‌ها گاهی اوقات تنها به مدیریت تأمین آب[10] محدود می‌شود، اما کمبود آب هنگامی اتفاق میفتد که تقاضای[11] آب از عرضه‌ی[12] آن تجاوز می‌نماید، بنابراین در طرح‌های مدیریتی بهینه‌سازی آب، باید هر دوی آنها مورد محاسبه قرار گیرند.(65)
    مدل‌های شبیه‌سازی[13] ، روش‌های مؤثری را برای ارزیابی کارآیی سیاست‌های بهره‌برداری[14]، در اختیار قرار داده و با جزئیات بیشتری نسبت به مدل بهینه‌سازی سیستم مورد مطالعه را بررسی می‌کنند، اما ابزار مؤثری جهت انتخاب و یا تعریف بهترین سیاست بهره‌برداری نمی‌باشند. آنها در واقع برای پیش‌بینی عملکرد سیستم تحت یک سری شرایط خاص که شخص استفاده کننده از مدل آنها را اعمال می‌کند، به کار می‌روند و در نهایت شخص بعد از چندین بار اجرای مدل، حالت بهینه را انتخاب می‌کند. مدل‌های شبیه‌سازی با اینکه در جهت شناخت پدیده و فیزیک مسئله بسیار مفید هستند، ولی قادر به انجام مدیریت بهینه مخزن نمی‌باشند. بر این اساس با تلفیق مدل‌های شبیه‌سازی و بهینه‌سازی و تعریف تابع هدف[15] (تابعی که باید بهینه‌سازی شود) و قیودات[16] (محدودیت های فیزیکی، فنی، قانونی و مالی مقادیر متغییرهای تصمیم[17]) میتوان در یک زمان هم متغیر‌حالت[18] و هم متغیر‌تصمیم (در متغیر طراحی و بهره‌برداری ما به دنبال تعیین بهترین مقادیر آنها هستیم) را در نظر گرفت. با توجه به این مزیّت مدل‌های بهینه‌سازی، کاربرد آن به طور گسترده‌ایی در اکثر مدیریت‌ها به خصوص مدیریت منابع آب و مخازن، مرسوم می‌باشد.
همچنین گرایش محققین در سال‌های اخیر به استفاده بیشتر از اطلاعات تغییرات اقلیمی در مدیریت منابع آب عمدتاً به دلیل زیر است:

• افزایش آگاهی و اطلاعات در زمینه پدیده­های بزرگ مقیاس اقلیمی و ارتباط آن ها با فرآیندهای محلی هیدرولوژیکی
• مسجل شدن وقوع پدیده تغییراقلیم (climate change) و تاثیرات آن بر منابع آب
• وقوع پدیده‌های سیل و خشکسالی با فرکانس کمتر و شدت­های زیادتر در بسیاری از مناطق دنیا در سالیان اخیر
• عدم توانایی برنامه ریزی­ها و پیش بینی­های مبتنی بر روند تاریخی اقلیم یک منطقه در مدیریت منابع آب

بدین ترتیب در سال‌های اخیر، بررسی رخداد تغییر اقلیم و سازگاری با آن، به عنوان موضوعی مهم مورد بررسی مجامع علمی جهان می‌باشد.
   بنابراین به واسطه‌ی افزایش نیاز آبی به خاطر رشد جمعیت، مهاجرت و افزایش مصرف آب به خاطر بهتر شدن استانداردهای زندگی، کمبود آب به مرور زمان افزایش یافته است. کمبود درتأمین آب، موجب تنش‌های اجتماعی و بی‌ثباتی سیاسی خواهد شد لذا برای هر اجتماعی حفاظت از این منابع آبی برای کاهش تلفات تا جایی که امکان داشته باشد، ضروری است.
1-3- ضرورت انجام تحقیق
    پدیده تغییر اقلیم و اثرات آن،‌ به عنوان یكی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو در مدیریت ‌منابع‌‌آب و انرژی شناخته شده ‌است. بخش عمده‌ای از تحقیقات انجام شده و در حال انجام در زمینه آب و انرژی از دهه آخر قرن بیستم تاكنون،‌ معطوف به بررسی این پدیده و اثرات آن بوده ‌است. بررسی مطالعات صورت گرفته در این زمینه در چند دهه اخیر نشان می‌دهد كه تغییرات اقلیم تاثیر قابل توجهی بر وضعیت بارش و دما و پارامترهای متاثر از آنها همچون رواناب و رطوبت خاک داشته است. این تغییرات در مناطقی مانند ایران منجر به محدودیت منابع آب موجود و تشدید بحران‌های کم‌آبی می‌گردند. از دیگر پیامدهای پدیده تغییر اقلیم و افزایش دمای کره زمین تبدیل الگوی بارش برف به باران می‌باشد که این مسئله باعث کاهش آورد رودخانه‌های وابسته به ذوب برف در فصل‌های بهار و تابستان و افزایش رواناب در فصل‌های پائیز و زمستان می‌شود. این مسئله باعث می‌شود که آبدهی مطمئن سدها با آنچه در زمان طراحی در نظر گرفته شده تطابق نداشته باشد که از جمله چالش‌های پیش‌رو در برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب خواهد بود (استیل دان و همكاران، 2008).

:

«إِنَّ هذَا الْقُرْآنَ یَهْدِی لِلَّتِی هِیَ أَقْوَمُ وَ یُبَشِّرُ الْمُؤْمِنِینَ الَّذِینَ یَعْمَلُونَ الصَّالِحاتِ أَنَّ لَهُمْ أَجْراً كَبِیراً»

«این قرآن، به راهى كه استوارترین راه‏هاست، هدایت مى‏كند و به مؤمنانى كه اعمال صالح انجام مى‏دهند، بشارت مى‏دهد كه براى آن­ها پاداش بزرگى است.»

قرآن، فیضِ رحمتى است كه از خزانه غیب بر قلب نورانى پیامبر (صلّی الله علیه و­ آله و سلّم) نازل و از آن­جا بر پهن‏دشتِ هستى جارى شد تا تشنگان حقیقت از زلال معنویت و هدایت آن سیراب گردند.

قرآن، انسان را به این حقیقت واقف می­کند که آدمی گاه چیزی را که به سود واقعی او نیست دوست می­دارد و چه بسا آن­چه که به زیان اوست را می­طلبد.[2] لذا از آن­جا که علم و آگاهی انسان اندک است برای شناخت سود و زیان واقعی­مان بایستی به قرآن کریم ، که ما را به استوار­ترین راه­ها هدایت می­کند چنگ زنیم و از آن مدد جوییم. و از آن­جا که، شناخت دوست و دشمن یکی از مهم­ترین نیازهای زندگی فردی و اجتماعی انسان است، قرآن کریم به مدد انسان آمده و با آموزه­های خود، انسان را در شناخت دشمن یاری می­نماید، تا جایی­که در

 

 آیات گوناگون، به معرفی دشمنان واقعی انسان پرداخته است و قطعاً شیوه­هایی را که برای مبارزه با دشمنان معرفی می­کند از استحکام و تأثیر لازم برخوردار است.

بحث شناختِ دشمن در قرآن کریم از موقعیّت ویژه­ای برخوردار است و خداوند در آیات متعددی دشمنان متنوع جبهه حق رادر شکل­های گوناگون معرفی می­کند و چهره­های پلید و گمراه کننده آنان را برای پیروان حق آشکار می­نماید تا مسلمانان آنان را بهتر بشناسند و به مبارزه با آن­ها بپردازند، در این آیات بیشتر سخن از هجوم همه جانبه دشمنان بر ضد پیروزی حق به میان می­آید که حتی اگر عقب­نشینی نمایند باز خود تاکتیکی برای رویارویی دوباره و هشداری مهم برای پیروزی حق می­باشد و از آن­جا که پیکار حق و باطل موقتی نیست و از آن­جا که هدف مشترک نابودی نظام الهی است این نبرد تا قیامت هم استمرار دارد و به رغم تمامی توطئه­های گوناگون دشمنان اسلام در طول تاریخ، شاهد درخشش روز­افزون حق خواهیم بود زیرا خداوند مدافع حریم حق است.

بنابراین این قرآن، کتابی است که به ما می­آموزد که با خودی چگونه رفتار داشته باشیم و با بیگانه چگونه برخورد کنیم: « مُحَمَّدٌ رَسُولُ اللَّهِ وَ الَّذِینَ مَعَهُ أَشِدَّاءُ عَلَى الْكُفَّارِ رُحَماءُ بَیْنَهُ…»[3]: محمّد (ص) فرستاده خداست و كسانى كه با او هستند در برابر كفّار سرسخت و شدید و در میان خود مهربانند…

این پایان­نامه با عنوان« دشمن­شناسی از منظر قرآن کریم»، در چهار فصل تنظیم شده است. در فصل اول کلیات پایان­نامه بیان شده و در فصل دوم به بررسی معنا و مفهوم دشمن از دیدگاه قرآن کریم پرداخته و سپس اهمیّت و ضرورت این بحث از منظر قرآن و روایات و عقل و سخن بزرگان بیان شده و در ادامه آیات قرآن کریم در زمینه­ شناخت دشمنان و بررسی واژگان کلیدی بحث دشمن­شناسی از جمله: کید و مکر و ضلّل و کفر و صدّ و خدع و عدوّ و بطانه و ولیّ و نفاق و بصیرت مطرح شده و در فصل سوم، اقسام دشمن از دیدگاه قرآن کریم تحت عنوان دشمن ایمانی]درونی یا پنهان[(شیطان و همراهان او و نفس امّاره و برخی از همسران و فرزندان) و دشمن خارجی(یهود، کافران و مشرکان) و دشمن داخلی(منافقین) مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل پایانی در بخش اول موضوعِ شیوه­های مبارزه دشمنان از دیدگاه قرآن کریم و در بخش دوم موضوع ِشیوه­های مبارزه با دشمنان از دیدگاه قرآن کریم مورد بررسی قرار گرفته است و در پایان نتیجه­گیری از مباحث مطرح شده در این پایان­نامه بیان شده است.

امید است این اثر ناچیز در خدمت اسلام و فرهنگ شیعی و معارف اهل بیت (ع) مورد عنایت صاحب ولایت و ذخیره آخرت قرار گیرد.

فصل اوّل

 

کلیّات

1-1) طرح تحقیق:

1-1-1) بیان مسأله:

یکی از اساسی­ترین شرایط موفقیّت یک فرد یا جامعه در تمامی عرصه­ها شناخت دشمن است و هرگاه آدمی در پهنه طبیعی دشمن را شناخت به موفقیت دست خواهد یافت.

انسان در ابتدا زندگى كوچك و ساده‏اى داشت و دشمنان خویش ‏را به راحتى مى‏دید و با ابزارهاىِ ساده به مقابله با آنان بر­مى‏خاست و خود را از گزند آنان در امان مى‏داشت. اما یكى از مشكلات انسان امروز عدم شناخت دشمن خویش است. در واقع دشمنان انسان با ابزارهاى پیشرفته و با به كارگیرى انواع روش هاى جنگ روانى خود را از او مخفى داشته و در لباس دوست ضربات خود را بر او وارد مى‏كنند، بنابراین بی­تفاوتی نسبت به دوست و دشمن و انکار دوستی و دشمنی و خودی و غیر خودی و اشتباه درشناخت دوست و دشمن باعث وارد شدن بزرگ­ترین ضربه­ها بر پیکر جوامع انسانی می شود. تا جایی که یکی از ضعف­های اساسی عامه مسلمان از صدر اسلام به ویژه زمان حکومت امام علی (علیه السّلام) تاکنون نشناختن دشمن یا ضعف در دشمن شناسی بوده است همین امر موجب شکست و از دست دادن حکومت و عملی نشدن بسیاری از احکام اسلام بوده و هست. بنابراین در این تحقیق به دنبال آن بوده­ایم که به معرفی دشمنان از دیدگاه قرآن کریم پرداخته و با توجه به آیات ِقرآن کریم، انواع دشمنان و شیوه هایِ دشمنی آن­ها و هم­چنین راه­های مقابله در برابر آن­ها مورد بررسی قرار گیرد.

1-1 مدیریت منابع و زمانبندی در گرید24

امروزه فن آوری محاسبات گرید،به عنوان مدل و رهیافتی نو جهت حل مسایل پیچیده و بزرگ در علوممهندسی،صنعت و تجارت مطرح شده است و هر روز بر تعداد برنامه های کاربردی متفاوتی که از زیر ساخت گرید به منظور تامین نیازهای محاسباتی،ذخیره سازی اطلاعات و سایر موارد بهره برداری می کنند،افزوده می شود.مسایلی که توسط گرید حل می شوند معمولاً مسایلی هستند که به نیاز به حجم محاسباتی بالا و یا حجم زیاد داده و ذخیره سازی دارند و ممکن است داده های ورودی مورد نیاز آنها،در میان سایتهای مختلف توزیع شده باشد.

جهت حل این مسایل،گرید یک بستر محاسباتی/ارتباطی ارائه می کند که در آن،قابلیت ها و امکانات و کیفیت سرویس کلیه منابع و بالاخص منابع محاسباتی در کنار یکدیگر مجتمع شده است و دیدی از یک ماشین مجازی بسیار قدرتمند در اختیار برنامه های کاربردی جهت اجرا قرار می گیرد.

ذکر شد که گرید طبق تعریف،هیچ محدودیتی از نظر محدوده جغرافیایی تحت پوشش ندارند بنابراین منابع در دسترس یک گرید،به لحاظ جغرافیایی توزیع شده هستند و حتی ممکن است ناهمگن نیز باشند.منابع در سایتهای مختلف قرار دارند و متعلق به سازمانها و نهادهای متفاوت هستند و هر سازمان ،سیاست های مدیریتی خود را بر نحوه به اشتراک گذاری و دسترسی به منابعش اعمال می کند.

از طرف دیگر،همانطوری که گفته شد،محیط گرید یک محیط اختیاری و پویاست،به این معنا که بر خلاف کلاسترها که معمولاً نرخ تعیین منابع در دسترس،در آنها کم است،در سیستمهای گرید،ماشینها و به طور کلی،کلیه منابع در دسترس گرید در طول زمان ممکن است تغییر کنند.

مشاهده می شود که محیط گرید،به لحاظ منابع تحت پوشش،محیطی بسیار پیچیده است.فاصله های جغرافیایی زیاد منابع توزیع شده،معماریها و سیستم عاملهای متفاوت ماشینهای مختلف،تفاوت ها در روشهای دستیابی به هر یک از منابع،متغیر بودن محیط به لحاظ منابع دردسترس و در نهایت وجود سیاست های مختلف در دسترسی به منابع،همه و همه مسائل پیچیده ای هستند که گرید باید با آنها دست و پنجه نرم کند.کاملاً واضح است مدیریت موثر منابع،امری حیاتی در سیستمهای گرید محسوب می شود و به علاوه،زمانبندی باید به نحو احسن در این سیستم ها انجام شود تا از یک طرف کاربران و برنامه های کاربردی به بهترین نحو سرویس دریافت کنند و از طرف دیگر از کلیه منابع گرید،بهره برداری بهینه و حداکثر صورت گیرد.در واقع می توان گفت،کارآمدی هر سیستم گرید،به میزان زیادی در گرو کارآیی و موثر بودن روشهای مدیریت منابع و نیز سیاست ها و مکانیزمهای مورد استفاده در اجرای وظایف در این محیط می باشد.زیرا عمل تقسیم بار در سیستم های گرید،تا چه حد حیاتی و بحرانی است،زیرا استفاده موثر از تقسیم بار در سیستم های گرید،تا حد زیادی حیاتی و بحرانی است،زیرا استفاده موثر از تقسیم بار،هم به نفع مالکان ماشینها خواهد بود و هم به نفع مشتریان منابع.

1-2کلیات مدیریت و زمانبندی در سیستم های گرید24

1-2-1 انواع منابع در محیط گرید

محیط گرید،مجموعه ای متشکل از ماشینهای محاسباتی است که گاهی عناوینی مانند،منبع،عضو،پردازشگر گرید،واگذار کننده(کارها)و میزبان به این ماشینها داده می شود.تمامی این ماشینها در واقع منابع گرید را تشکیل می دهند.دسترسی به برخی ماشینها ممکن است توسط همه کاربران امکانپذیر باشد،اما ممکن است ماشینهایی نیز وجود داشته باشند که دسترسی به  آنها،قیود و شرایط و محدودیت های خاص خود را داشته باشد.

 

 

 

 

1-2-1-1منابع محاسباتی24

مهمترین منبع در هر سیستم گرید،منابع محاسباتی هستند.استفاده از یک منبع محاسباتی،به معنای استفاده از سیکلهای پردازنده ماشینهای مختلف در گرید،جهت اجرای برنامه های کاربردی است.پردازنده های ماشینهای مختلف،ممکن است به لحاظ سرعت،معماری و فاکتورهای مرتبط دیگری مانند حافظه اصلی،نحوه اتصالات با یکدیگر(در کامپیوتر های چند پردازنده)و غیره با یکدیگر تفاوت داشته باشند.

1-2-1-2 منابع ذخیره سازی

بعد از منابع محاسباتی،پرکاربردترین منابع مورد استفاده در محیط گرید را منابع ذخیره سازی داده ها تشکیل می دهند.یک نوع خاص از گرید،اصطلاحاً گرید داده است که توسط آن،می توان انبار داده مجازی با ظرفیت بسیار بالا داشت(با استفاده از تجمیع منابع ذخیره سازی ماشینهای توزیع شده مختلف به صورت شفاف جهت ارائه یک انبار داده یکپارچه و منسجم و تکی مجازی).این انبار داده مجازی و غول پیکر،به صورت منطقی،کلیه داده های روی ماشینهای توزیع شده را مجتمع می کند و گرید داده،دسترسی یکسان(صرف نظر از معماری،سیستم عامل و سیستم مدیریت بانک اطلاعاتی ماشینهای توزیع شده)و کاملاً شفاف به داده و اطلاعات فراهم می کند.

1-2-1-3 منابع ارتباطی

در زمان مطرح شدن سیستمهای توزیع شده،پهنای باند ارتباطی در دسترس،بسیار محدود بود،اما امروز شاهد رشد سریع در ظرفیت ارتباطی میان ماشینهای مختلف هستیم و همین امر باعث شده  راه اندازی شبکه های گرید عملی تر شود،اما مشکل کمی پهنای باند ارتباطی و محدود بودن ظرفیت ارتباطی،هنوز هم به عنوان عاملی محدود کننده در پیاده سازی برنامه های کاربردی توزیع شده مطرح است،بنابراین،می توان گفت ظرفیت ارتباطات داده ای،به عنوان یکی از مهمترین منابع در گرید مطرح است.

 

1-3 نرم افزارها و مجوزهای نرم افزاری24

ممکن است بر روی برخی ماشینها در هر گرید،نرم افزارهای گرانی نصب شده باشند که نصب آنها بر روی تمامی ماشینهای گرید،به دلیل پر هزینه بودن،امکانپذیر نباشد.با استفاده از یک گرید،می توان کارهایی را که احتیاج به این نرم افزارها دارند را به سمت ماشینهای دارنده آنها ارسال کرد تا بر روی آن ماشین اجرا گردند.زمانی که هزینه محوزهای نرم افزارها،قابل توجه باشد،این رهیافت،می تواند به مقدار زیادی از مخارج سازمان بکاهد و در هزینه ها،صرفه جویی ایجاد کند.

برخی از مجوزهای نرم افزاری،به این صورت هستند که نرم افزار را بتوان بر روی تمامی ماشینهای گرید نصب کرد،اما تعداد محدود و تعریف شده ای از کاربران،امکان استفاده همزمان از آن(بر روی ماشینهای مختلف)را دارند.در این نرم افزارها،یک سیستم مدیریت مجوز وجود دارد که در طول زمان مانیتور می کند در هر لحظه چند کپی از برنامه در حال اجرا در شبکه هستند و از اینکه تعداد نسخه های در حال اجرا،از عدد تعریف شده در مجوز بیشتر شود،جلوگیری می کند.در چنین سناریویی،زمانبندهای گرید می توانند طوری تنظیم شوند که چنین مجوزهای نرم افزاری را در محاسبات خود لحاظ کند و با در نظر گرفتن اولویت برنامه های کاربردیکه نیاز به اجرای این برنامه های مجوز دار،دارندو با اعمال دیگر سیاست های لازم،امکان استفاده حساب شده از مجوز نرم افزارها و متعادل سازی اجرای برنامه ها فرآهم می گردد.

1-4سایر منابع:تجهیزات خاص،ظرفیت ها،سیستم عاملها،معماریها و منابع مصنوعی24

 

 

 

ماشینهای روی گرید،اعلب معماریها،سیستم عاملها،تجهیزات و ظرفیت های متفاوت دارند.هر کدام از این موارد در واقع بیانگر نوعی منبع در گرید هستند،زیرا ممکن است برنامه کاربردی،آنها را به عنوان یکی از ضوابطی ذکر کرده باشد که باید هنگام واگذاری کارها به ماشینهای گرید،جهت تعیین صلاحیت ماشین مقصد برای اجرای کار،بررسی شوند.

1-5 بررسی محیط گرید به لحاظ مدیریت و زمانبندی24

محیط گرید،محیط پیچیده ای است و انواع آن منابع با سیاست های مختلف و در فواصل جغرافیایی دور از یکدیگر ممکن است قرار داشته باشند.مدیریت منابع در چنین محیطی بسایر پیچیده و زمانبندی بهینه در آن کاری بسیار دشوار است.به همین دلیل است که تقریباً مهمترین بحث در سیستمهای گرید،مدیریت بهینه منابع تحت پوشش و زمانبندی کارها است.بسایری از مباحث تحقیقاتی در حوزه گرید،امروزه در زمینه سیستمها،روشها و الگوریتمهای مدیریت منابع و زمانبندی در شبکه های گرید ارائه می شوند.

برای اینکه تصویر دقیق تری از محیط یک گرید بدهیم،در ابتدا لازم است ماهیت خود برنامه های کاربردی و نیز کارهایی که در محیط گرید اجرا می شوند،شرح داده شود.تا زمانی که ماهیت برنامه های کاربردی توزیع شده و کارها در گرید بررسی نشوند،نمی توان درک درستی نسبت به محیط از دیدگاه مدیریت منابع و زمانبندی داشت.از سوی دیگر،در واقع درست است که می گوییم کاربران و برنامه های کاربردی از منابع گرید استفاده می کنند،اما در نهایت این برنامه های کاربردی هستند که از منابع گرید استفاده می کنند و کاربر از طریق این برنامه کاربردی است که منابع گرید را در اختیار می گیرد.نکته دیگری که باید ذکر کرد این است که،گاهاً دو کلمه برنامه کاربردی و کار اشتباهاً به جای یکدیگر به کار برده می شوند.اما خصوصاً در محیط گرید،باید تفاوت اساسی میان آنها قائل شد.

1-6 نگاهی دقیق به برنامه های کاربردی و کارها در محیط گرید24

اگرچه ممکن است طیف وسیعی از منابع مختلف در گرید میان کاربران به اشتراک گذارده شده باشد،اما دسترسی به این منابع از طریق اجرای یک برنامه کاربردی یا یک کار خواهد بود.گاهی دو اصطلاح برنامه کاربردی و کار اشتباهاً به جای یکدیگر به کار برده می شوند.در سیستمهای گرید اصطلاح برنامه کاربردی به بالاترین واحد پردازشی گفته می شود که توسط کاربران جهت اجرا به گرید واگذار می گردد.هر برنامه کاربردی ممکن است به یک یا چند کار شکسته شود و سپس این کار(کارها)به روی ماشین(ماشینهای)پردازشگر توسط سرویس دهنده گرید جهت اجرا ارسال(واگذار)خواهد شد.پس در عمل برنامه کاربردی است که جهت اجرا توسط کاربر به گرید واگذار    می شود،اما با شکسته شدن یک برنامه کاربردی به یک یا چند کار،در عمل،کار است که توسط سرویس دهنده گرید به ماشین پردازشگر جهت اجرا واگذار می گردد و کار است که بر روی ماشین پردازشگر در عمل اجرا خواهد شد.زمانبندی نیز در مورد کارها صورت می گیرد.

برنامه کاربردی را بالاترین سطح یک برنامه در گرید می دانیم که ممکن است به تعدادی کار توزیع شده ویا موازی شکسته شود.بنابراین،هر برنامه کاربردی به صورت مجموعه ای از کارها طوری سازماندهی می شود که کارها بتوانند به صورت توزیع شده ویا موازی بر روی ماشینهای مختلف اجرا شوند.برخی سیستمهای گرید این امکان را می دهند که کارها بتوانند در طول اجرا با یکدیگر تعاملهای چند باره آسنکرون یا سنکرون داشته باشند و مرتباً میان یکدیگر در طول اجرا داده هایی را رد و بدل کنند،اما گاهی اوقات سیستم گرید صرفاً این امکان را دارد که خروجی نهایی یک کار از یک برنامه کاربردی،بتواند ورودی کاردیگری از همان برنامه کاربردی باشد(به نوعی تعامل یک باره آن هم صرفاًدر انتها و خاتمه اجرای یک کار)و سپس با بررسی وابستگی کارها به یکدیگر،آنها را به ترتیبی اجرا      می کنند که چنین اتفاقی بیافتد.با بررسی دقیق کارها،می توان کارهایی را که مستقل از یکدیگر هستند به صورت همزمان و موازی اجرا کرد ولی کارهایی که به نتایج یکدیگر نیازمندند،باید به ترتیب لازم،اجرا گردند.

واحد کاری را یک واحد اجرایی می دانیم که عملاً به یک ماشین پردازشگر جهت اجرا واگذار خواهد شد و همانطوری که گفتیم،یک واحد کاری تمامی اطلاعاتی را که جهت اجرای یک برنامه لازم است در بر  می گیرد:خود برنامه اجرایی(یا اشاره گری به محل نگهداری ان بر روی یک محل مشترک)،کلیه داده های ورودی مورد نیاز برنامه(یا اشاره گرهایی به محل داده های ورودی)،اطلاعاتی در مورد اینکه خروجیهای برنامه چگونه و کجا باید ذخیره شوند،لیست کلیه نیازمندیهایی(منابع)که برای اجرای برنامه لازم است(پارامترهایی مانند معماری،سیستم عامل،مولفه های نرم افزاری،پردازنده،حافظه اصلی،ظرفیت دیسک سخت،پهنای باند و…)،پارامترهای کیفیت سرویس،اولویت برنامه و…همه و همه مواردی هستند که در واحد کاری وجود دارند.گاهی اوقات یک برنامه کاربردی در واحد کاری قرار   می گیرد و توسط کاربر به زمانبند گرید ارسال می شود.در این حالت واحد کاری،حاوی اطلاعات کلیه زیربرنامه (کارها)و بیانگر نحوه ارتباط این کارها به یکدیگر و کلیه مواردی است که جهت اجرای توزیع شده تمامی کارها لازم است.گاهی منظور از واحد کاری،مفهومی سطح پایین تر از برنامه کاربردی است و در واقع یک کار به همراه کلیه اطلاعات مورد نیاز است که باید در نهایت بر روی ماشین پردازشگر اجرا شود و اسن واحد کاری،توسط زمانبند گرید به ماشین پردازشگر ارسال می شود.

کارها واحدهای اجرایی هستند که در نهایت بر روی یک ماشین پردازشگر گرید اجرا خواهند شد.آنها ممکن است محاسباتی انجام دهند،داده ها را از مکانی و شکلی به مکانی و شکل دیگر منتقل کنند،داده هایی را جمع آوری کنند،ارتباطاتی با سایر کارها در گرید یا با دنیای خارج گرید برقرار کنند،دستوراتی را بر روی سایر ماشینها اجرا و الی آخر.برخی از سیستمهای گرید،این امکان را می دهند که یک کار نیز بتواند به نوبه خود به چند زیر-کار(subjob)شکسته شود.به شکل زیر توجه کنید.

Application

job

subject

job

job

job

job

subject

subject

subject

subject

subject

subject

subject

subject

 

نمای یک برنامه کاربردی گرید که به صورت مجموعه ای از کارها و زیر کارها سازماندهی شده است.24

ذکر چند نکته در مورد برنامه های کاربردی گرید ضروری است:

1.برخی سیستمهای گرید،صرفاً از سازماندهی و شکستن دو سطحی پشتیبانی می کنند:برنامه کاربردی می تواند به تعدادی کار شکسته شود و هر کار نیز ممکن به تعدادی زیر-کار شکسته شود.اما برخی دیگر از سیستمها امکان شکستن در بیش از دو سطح را می دهند.به این طریق برنامه کاربردی می تواند به تعدادی کار شکسته شود(کار در این حالت موجودیت اجرایی نیست).هر کار ممکن است به تعدادی کار ویا task شکسته شود و در نهایت برگهای درخت،taskها هستند که برنامه های اجرایی هستند که به ماشینهای پردازشگر جهت اجرا واگذار خواهند شد.

2.سازماندهی برنامه کاربردی به تعدادی کار توزیع شده ویا موازی،ممکن است به دو صورت اتوماتیک و غیر اتوماتیک صورت گیرد.در سازماندهی اتوماتیک،برنامه کاربردی به صورت یک برنامه ترتیبی غول پیکر نوشته می شود(در یک زبان رویه ای یا شی گرا)و سپس متن این برنامه در اختیار سوپر کامپایلر پیشرفته گریدی گذارده می شود.سوپر کامپایلر،خود برنامه را تجزیه و تحلیل می کند و با تکنیک های فوق پیشرفته کامپایلر،آن را به تعدادی زیربرنامه طوری می شکند که این زیربرنامه ها،به صورت موازی و توزیع شده بر روی ماشینهای مختلف در گرید قابل اجرا باشند.در این حالت،خروجی سوپر کامپایلر،حالت سازماندهی شده برنامه کاربردی اولیه در قالب محموعه ای از کارهای توزیع پذیر و موازی است.البته،تولید چنین کامپایلر هایی بسیار دشوار است و متخصصان بسیاری بر روی آن هنوز به عنوان مبحثی در دست تحقیق،کار می کنند.در حالت غیر اتوماتیک،سیستم گرید در سطح انتزاعی بالا این امکان را می دهد که تولید کنندگان برنامه های کاربردی گرید،نتوانید به صورت ویژوال چنین درختی را(معمولاً در محیط مرورگرهای سبک وب)تولید کنند.در این سیستمها،ابتدا درخت برنامه کاربردی در قالب کلیه نودها(کارها و زیر کارها یا کارها و taskها،بسته به معماری مجاز قابل پشتیبانی توسط سیستم)و لبه ها(که معرف نحوه ارتباط باشند)رسم می شود.سپس نحوه ارتباط نودها(به لحاظ ارتباطات سنکرون و آسنکرون و یا به لحاظ وابستگیها)مشخص می شود.در ادامه نسخه اجرایی یا Source code مربوط به هر نود اجرایی(برگ درخت)مشخص می شود.کلیه اطلاعات و نیازمندیهای لازم آن،در قالب واحدهای کاری مجزا ذکر خواهد شد.ممکن است لازم باشد اطلاعات دیگری نیز،بسته به خود سیستم گرید،ارائه شود.در نهایت،کلیه این اطلاعات جهت زمانبندی و اجرا به زمانبند گرید داده خواهد شد.

اکنون که دید دقیقی نسبت به یک برنامه کاربردی در گرید به دست آوردیم،مشخص می شود زمانبندی و اجرای چنین برنامه هایی،خصوصاً در گرید های گسترده باچه مشکلات و معضلاتی روبرو است.به طور مثال،در سیستمهای گریدی که امکان ارتباط چند باره سنکرون وآسنکرون به کارهای یک برنامه کاربردی را می دهند،باید دقت شود کارهایی که نیاز به تعامل با یکدیگر دارند،به ماشینهایی که از لحاظ جغرافیایی فاصله زیادی دارند و یا بستر ارتباطی شبکه ای ضعیف میان آنها وجود دارد،واگذار نشوند.در سیستمهای گریدی که امکان ارتباطات فوق را به کارها نمی دهند ولی در عوض وابستگیهای آنها را در نظر می گیرند و خروجیهای آنها را در اختیار یکدیگر       می گذارند،زمانبند گرید باید با رعایت ترتیب لازم،کارها را اجرا کند.به علاوه باید کارهای مستقلی را که می توانند با یکدیگر موازی اجرا شوند شناسایی کند تا برنامه در بهترین حالت خود اجرا شود و نیز اگر خروجی یک کار،ورودی کار دیگر است،منطقی این است که هر دو به ترتیب بر روی یک ماشین پردازشگر واحد اجرا شوند تا از نقل و انتقالات بی مورد داده های احتمالاً حجیم،در سیستم تا حد ممکن جلوگیری شود.نکته دیگر این که،در زمانبندیها،باید دقت شود اگر داده های ورودی یک کار،به همراه خود کار در واحد کاری قرار نگرفته اند(صرفاً اشاره گرهایی به محل آنها در واحد کاری آمده است)،حتی الامکان باید کار بر روی ماشین نزدیک(به لحاظ سرعت و ارتباطات شبکه ای)به ماشین نگهداری کننده داده های ورودی اجرا شود.همین مطلب در مورد داده های خروجی زمانی که باید بر روی یک ماشین راه دور ذخیره شوند نیز صدق می کند.در واقع در تشخیص بهترین ماشین جهت واگذاری یک کار،به علاوه بر سرعت پردازنده،میزان بار روی ماشین پردازشگر و…باید چنین مواردی نیز کاملاً توسط زمانبند لحاظ شود.با ذکر تمامی نکات فوق،می توان دریافت زمانبندی و مدیریت منابع در محیط گرید،چه کار دشواری(مثلاً در قیاس با سیستمهای کلاستر عادی)است.