در كاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، كاربردهای زیرآبی، حمل و نقل و امثال آنها، امكان استفاده از یك نوع ماده كه همه‌ی خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد.به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است كه ضمن داشتن استحكام بالا، سبك باشند، مقاومت سایشی خوبی داشته باشند.از آنجا كه نمی توان ماده‌ای یافت كه همه خواص مورد نظر را دارا باشد، مواد مرکب یا کامپوزیت اختراع شد. كامپوزیتها موادی چند جزئی هستند كه خواص آنها در مجموع از هركدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنكه اجزای مختلف، كارایی یكدیگر را بهبود می‌بخشند. اگرچه كامپوزیتهای طبیعی، فلزی و سرامیكی نیز در این بحث می‌گنجند، ولی در اینجا ما بیشتر به کامپوزیتهای پلیمری می‌پردازیم. مواد مركبی‌كه در مهندسی عمران بكار می‌روند به صورت پلیمرهای

 مسلح با الیاف [1] FRPمی‌باشند.

FRP‌ ها مصالحی سبک، با دوام و مقاوم هستند كه امروزه به راحتی در دسترس مهندسین قرار گرفته‌اند. مصالح FRP در محیط‌های مغناطیسی عایق می‌باشند و مشكل خوردگی ندارند، بنابراین با استفاده از این مصالح از مشكل خوردگی سازه‌های بتنی می‌توان اجتناب نمود. همچنین این مصالح دارای خصوصیات برتری از قبیل مقاومت كششی بالا می‌باشد كه استفاده‌ی آنها را به عنوان مسلح كننده سازه‌های بتنی مناسب می‌نماید. لازم به ذكر است كه مانند هر مصالحی FRP‌ ها دارای نقاط ضعفی نظیر حساسیت در مقابل آتش و ضعف در تحمل تنشهای فشاری وهمچنین قیمت بالا می‌باشند.
 1-2 تاریخچه
کامپوزیتها یا مواد چندسازه‌ای یا کاه‌گل‌های عصرجدید، رده‌ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب مواد ساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است. اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده، در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی‌شوند. استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است. از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه‌گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده‌ی کاه استفاده می‌شده است، اشاره کرد. هنگامی که این دو باهم مخلوط شوند و محصولی بدست می آید که بسیار ماندگارتر و مقاوم‌تر از هر دو ماده‌ی اولیه یعنی گل و کاه است. قایق‌هایی که سرخ‌پوست‌ها با قیر و بامبو می‌ساختند و تنورهایی که از گل، پودر‌شیشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است،نیز از کامپوزیت‌های نخستین هستند. قدیمی‌ترین مثال از كامپوزیت‌ها مربوط به افزودن كاه به گل جهت تقویت گل و ساخت آجری مقاوم جهت استفاده در بناها بوده است. قدمت این كار به 4000 سال قبل از میلاد مسیح باز می‌گردد. در این مورد كاه نقش تقویت كننده و گل نقش زمینه یا ماتریس را دارد. ارگ بم كه شاهكار معماری ایرانیان بوده است، نمونه‌ی بارزی از استفاده از تكنولوژی كامپوزیت‌ها در قرون گذشته بوده است. مثال دیگر، تقویت بتن توسط میله‌های فولادی می‌باشد. در بتن مسلح یا تقویت شده، میله های فلزی، استحكام كششی لازم را در بتن ایجاد می‌نمایند، زیرا بتن یك ماده‌ی ترد می‌باشد و مقاومت اندكی در برابر بارهای كششی دارد. بدین ترتیب بتن وظیفه‌ی تحمل بارهای فشاری و میله های فولادی وظیفه تحمل بارهای كششی را بر عهده دارند. بسیاری از نیازهای صنعتی مانند صنایع فضایی، راکتورسازی، الکترونیکی، ساختمان‌سازی، حمل‌و‌نقل، نمی‌توانند با استفاده از مواد معمولی برآورده شود و نیاز به تغییر گسترده‌ی خواص دارد. بنابراین استفاده از کامپوزیت‌ها بسیاری از مشکلات را حل نموده است .تاریخچه‌ی مواد پلیمری تقویت شده با الیاف به سالهای 1940 در صنایع دفاعی و به خصوص كاربردهای هوا-فضا برمی‌گردند. برای مثال در سال 1945 بیش از 7 میلیون پوند الیاف شیشه به طور خاص برای صنایع نظامی، مورد استفاده قرارگرفته است. در ادامه با توجه به مزایای آنها، به صنایع عمومی نیز راه یافتند. كامپوزیت‌های پایه پلیمری مهم‌ترین دسته از كامپوزیت‌ها می‌باشند. طیف وسیعی از صنایع، از  قبیل صنایع رده بالا، مثل تولید قطعات هواپیما تا صنایع رده پایین مثل تولید سینك ظرفشویی ،از كامپوزیت‌های پایه پلیمری تولید می‌شوند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه‌ی مواد مركب محسوب می گردند.
به دنبال فرسوده‌شدن سازه‌های زیر‌بنایی و نیاز به تقویت سازه‌ها برای برآورده کردن شرایط سخت‌گیرانه‌ی طراحی، طی دو دهه‌ی اخیر تأکید فراوانی بر روی تعمیر و مقاوم‌سازی سازه‌ها در سراسر جهان، صورت گرفته است. از طرفی، بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها به‌خصوص در مناطق زلزله‌ خیز، اهمیت فراوانی یافته است. در این میان تکنیک‌های استفاده از مواد مرکب FRPبه‌عنوان مسلح‌ کننده خارجی به دلیل خصوصیات منحصر به فرد آن، از جمله مقاومت بالا، سبکی، مقاومت شیمیایی و سهولت اجرا، در مقاوم ‌سازی و احیاء سازه‌ها اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. از طرف دیگر، این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های کم جذابیت ویژه‌ای یافته‌اند.
مواد مرکب FRP در ابتدا به‌عنوان مواد مقاوم ‌کننده‌ی خمشی برای پلهای بتن‌مسلح و همچنین به‌عنوان محصورکننده در ستون‌های بتن‌مسلح مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ اما به دنبال تلاش‌های تحقیقاتی اولیه، از اواسط دهه1980 توسعه‌ی بسیار زیادی در زمینه‌ی استفاده از مواد FRP در مقاوم‌‌سازی سازه‌های مختلف مشاهده می‌شود. تعداد موارد کاربرد مواد FRP در مقاوم‌‌سازی، تعمیر و یا بهسازی سازه‌ها از چند مورد در10 سال پیش، به هزاران مورد در حال حاضر رسیده است. اجزاء سازه‌ای مختلفی شامل تیرها، دال‌ها، ستون‌ها، دیوارهای برشی، اتصالات، دودکش‌ها، طاق‌ها، گنبدها و خرپاها تاکنون توسط مواد FRP مقاوم شده‌اند. از سیستم های FRP برای بهسازی یك عضو سازه‌ای خسارت‌دیده و یا مقاوم‌سازی یك عضو سالم و یا رفع اشكالات در حال ساخت بهره گرفته می‌شود.هم‌اکنون تعداد زیادی از محققان و پژوهشگران صنعت سازه در سراسر جهان در حال بررسی، مطالعه و انجام آزمایشات تقویت سازه‌ها با کامپوزیت‌های FRP می‌باشند.
دراین 35 سال كاربرداین روش تنها به سازه‌های بتنی محدود نمانده وبرای انواع سازه‌های بنایی، چوبی و فولادی بكار رفته است. در این مدت پژوهشگران زیادی در این سه قاره به توسعه‌ی كاربرد مواد FRP توجه نموده‌اند كه نتیجه‌ی زحمات آنها تدوین آیین‌نامه‌های مختلف می‌باشد. در ده سال گذشته انجمن مهندسین ژاپن[2] چند گزارش در رابطه با نحوه‌ی طراحی سیستم‌های FRP ارائه داده است. به طور همزمان در اروپا سازمان بین‌الملی سازه‌های بتنی[3] مجموعه‌ای برای اصول تقویت و طراحی سازه‌های بتنی با FRP ارائه داده است. انجمن استاندارد كانادا[4] نیز مجموعه‌های مشابهی را تدوین نموده است. در ایالات متحده‌ی آمریكا این وظیفه به عهده‌ی انجمن بتن آمریكا[5] واگذار شده كه كمیته‌ی 440 ، هفت آیین نامه و دستور طراحی تدوین نموده است.

رشد فزاینده جمعیت در کشور و نیاز به توسعه در زمینه­های مختلف اقتصادی از جمله کشاورزی و دامداری و توسعه سکونت گاه­های روستایی و شهری، دستیابی به عرصه­های طبیعی را اجتناب ناپذیر ساخته و از سوی دیگر فراوانی وقوع سیل­های مخرب همراه با از دسترس خارج شدن حدود نیمی از 413 میلیارد متر مکعب ریزش­های جوی کشور، نابودی جنگلها و مراتع، کاهش حاصلخیزی اراضی و سایر مسائل و مشکلات دیگر، از جمله مشکلاتی است که ضرورت توجه ویژه جامع ، به آبخیزها را نمایان می­سازد.
نگاهی به گذشته نشان می هد بروز فرسایش فزاینده احتمالا همزمان با آغاز و کشاورزی و بهره وری از زمین شروع شده و در نتیجه هرج و مرج تحمیلی از سوی انسان به محیط زیست و سرزمینهای آباد و سرسبز را به کویر لخت و بی آب و علف تبدیل کرده و زیستگاه مردمان در اثر بروز سیلاب و نابودی اراضی حاصلخیز و ویران و سپس رها گریده است. بعد از بروز این رویدادها انسان به فکر مبارزه با فرسایش و عوامل قهرآمیز طبیعت بر می آید و باعث تاثیر در نحوه کاشت و برداشت و استفاده از تراسهای پهن و … میشود. بر این اساس در قرن میلادی گذشته تا حال حاضر مطالعات مختلفی در زمینه مبارزه با فرسایش و استفاده بهینه از کشاورزی و آب و خاك انجام گرفته است (آقا مجیدی و همکاران 1383).
خاك تحت تاثیر عوامل فرساینده بتدریج فرسایش یافته و توسط جریان آب از نقاط مرتفع به مناطق پست انتقال مییابد. فرسایش به جابجائی خاك از محل اصلی خود كه بوسیله آب و یا باد صورت می پذیرد، گفته می شود .پدیده فرسایش در سه مرحله بشرح زیر صورت می گیرد:
–  مرحله جدا شدن ذرات خاك
–  مرحله انتقال ذرات خاك
–  مرحله ته نشین شدن ذرات خاك
این سه مر حله اگر بصورت طبیعی صورت پذیرد زیان آور نخواهد بود، ولی چنانچه تعادل طبیعی خاك در اثر تغییر پوشش گیاهی با اشكال مختلف به هم خورد فرسایش تشدید شده و زیان آور خواهد بود(ضیائی 1380) . در حال حاضر فرسایش خاك یك خطر جدی برای حیات انسان به شمارمی رود. فرسایش باعث كاهش حاصلخیزی خاك و متروك شدن مزارع گردیده، رسوب حاصل از آن در كانال ها، آبراهه ها و مخازن سدها، ته نشین شده و ظرفیت آبگیری آن ها را كاهش می دهد . بنابراین حفاظت از خاك و مبارزه با فرسایش ضرورت دارد . عملیات حفاظت از آب و خاك از قرن ها پیش در بین جوامع بشری معمول بو ده است . در آن سال ها این عملیات بصورت ابتدائی انجام

 میگرفت. پیشرفت و گسترش عملیات حفاظت از آب و خاك در پنجاه سال اخیر رشد چشمگیری یافته است، ولی نتوانسته فرسایش خاك را مهار نماید . توجه به عملیات كنترل آب و مبارزه با فرسایش و رسوب در طرح های كشاورزی، آبخیز داری، سدسازی، آبیاری، راهسازی و عمران روستائی و منطقه ای از اهمیت زیادی برخوردار است. یكی از فاكتورهای اصلی طرح های جامع آبخیزداری، در احیاء و جلوگیری از به هدر رفتن ثروت ملی یك حوضه آبخیز، شناخت فرسایش حوضه میباشد. بررسی میزان فرسایش و تولید رسوب حوضه و پراكنش مكانی آن از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. این تحقیق به منظور شناخت مكانیسم فرسایش سطح حوضه آبخیز و برآورد میزان رسوب تولیدی از طریق ارزیابی كلیه عوامل موثر در ایجاد فرسایش مورد بررسی قرار گرفت (رفاهی 1380). امروزه بحث ارزیابی یكی از اركان اساسی طرحها و پروژ ه ها است و در جوامع پیشرفته بعنوان ابزاری در جهت سنجش و میزان اثرگذاری طرحها و برنامه ها با توجه به اهداف منظور شده به كار می رود. ارزیابی طرحهای آبخیزداری با توجه به اهداف و اثرات محیطی طرح بر حوضه آبخیز و خارج از آن ضروری می باشد (قدرتی 1383).

مطابق آمار تهیه شده توسط سازمان ملل متحد در میان بلایای طبیعی، سیل و طوفان بیشترین تلفات و خسارات را به جوامع بشری وارد آورده­اند (صانعی و همکاران، 1384). روند وقوع سیل در سال­های اخیر حاکی از آن است که اکثر مناطق کشور در معرض تهاجم سیلاب­های مخرب قرار دارند و ابعاد خسارات و تلفات جانی و مالی سیل در حال افزایش است (خسروشاهی و ثقفیان، 1384 ب). از آنجا كه سیل و مخاطرات آن همواره یكی از بلایای طبیعی شمرده شده و با آثار مخرب و خسارات جانی و مالی گسترده خود به ویژه در سال­های اخیر از مشغله­های اصلی مسؤلین كشور بوده و درجه ایمنی و اطمینان مردم و ساكنین حاشیه رودخانه­ها و سیلاب دشت­ها را به طور جدی كاهش داده است (بی­نام، 1387) ولی متأسفانه مسئله مدیریت و کاهش خسارات آن در کشور مورد توجه جدی قرار نگرفته و فقط زمانی که سیلاب مخربی جاری می­شود و فاجعه­ای به وجود می­آید، توجه مسئولین و متخصصین به آن جلب   می­شود (صانعی و همکاران، 1384). 
 
1-2  بیان مسئله
در کشور نیمه خشك ایران اجرای طرحهای آبخیزداری و آب و خاك برای حفظ منافع ملی ضروری بوده و باعث استفاده صحیح از منابع آب و خاك، جلوگیری از فرسایش خاك و بهبود بهره وری آب می شود. طرحهای آبخیزداری نقطه شروع حفظ منابع طبیعی و استمرار دهنده آنها برای بهره برداری بهتر و ممانعت از هدررفت منابع ملی هستند و با ارزیابی کمی آنها میتوان به دیدگاه روشنی در مورد بازدهی چنین اقداماتی در حوضه های آبخیز دست یافت.
راه حل مشکلات چالش آب از یك سو، افزایش جمعیت و نیاز بیشتر مردم به غذای سالم، کمبود آب مورد نیاز بخش کشاورزی، افت سطح سفره های زیرزمینی، کمبود نزولات جوی و کاهش تولیدات کشاورزی ازسوی دیگر ضرورت اجرای طرحهای آبخیزداری را بیش از پیش رقم زده است . نکته مهم در این رابطه میزان اثربخشی و سوددهی طرحهای آبخیزداری است که بررسی و ارزیابی عملیات آبخیزداری انجام شده را طلب مینماید تا بتوان بر اساس نتایج حاصله، ضمن تعیین راندمان عملیات آبخیزداری درحوضه فوق ،تصمیم گیری در خصوص اجرای طرحهای مشابه در سایر حوضه های آبخیزرا نیز تصمیم گیری فراهم    می نماید.ارزیابی طرحهای آبخیزداری به منظور بررسی میزان تحقق اهداف، بهبود روشها، بازنگری سیاستهای کلان و خرد و ابداع شیوه های نوین ، ضرورتی اجتناب ناپذیر است. چنانچه عملکرد این طرحها به روشهای مناسب و از جنبه های مختلف فنی و مهندسی مورد ارزیابی قرار گیرد، نتایج حاصله میتواند منجر به یافتن علل شکست عملیات پیشنهادی و ارائه راهکارهای مناسب در جهت رفع آنها شود (اسکندری و همکاران 1391).
در سطح جهانی نیز سازمان خوار و بار جهانی[1] به موضوع ارزیابی عملیات آبخیزداری توجه ویژه ای کرده است، به گونه ای كه نشریات و دیدگاههای مختلفی در این زمینه منتشر كرده و روش كار آن بر این اساس است كه در ابتدا بایستی قبل از اجرای طرح ، شرایط اولیه مطالعه گردد، سپس تاثیر هر یك از عملیات آبخیزداری دركاهش رواناب و رسوب مورد ارزیابی قرار گیرد (تیموری و همکاران 1389).
بیش از یک دهه از دوره جدید عمر آبخیزداری در کشور که همراه با تحول اساسی در ساختار و اهمیت آن بوده است، می گذرد. تحولی که حاصل آن ارتقاء سطح کیفی و کمی برنامه ها در سطوح و بخشهای متفاوت مدیریتی، اجرائی، مطالعاتی و هماهنگی با سایر بخشها ی ذیربط در عرصه های طبیعت بوده است. دیدگاه برنامه ریزان و کارگزاران بخش آبخیزداری از اجرای یک سری پروژه های اجرایی محدود، با هدف کنترل رسوب در بالا دست سدهای بزرگ، اکنون در سرتاسر کشور پهناور ایران گسترش یافته و با اهدافی همچون حفاظت آب و خاک ، مقابله با خشکسالی، کنترل سیلابها ، بهبود شرایط پوشش سبز اراضی ، توجه به منابع زیربنایی کشاورزی ، بهبود شرایط اقتصادی آبخیزنشینان و …. متحول گردیده و تکامل یافته است. شاید مهمترین دستاورد بخش آبخیزداری در این دوره جدید گام نهادن در راهی است که منتج به اراده ملی و جلب مشارکت مردمی در ابعاد مختلف می باشد در این راستا نیز با روشها و شیوه های مشارکتی گوناگون در سراسر کشور طرحهای دلگرم کننده ای به اجرا در آمده و به طور قطع باید توسعه یابد . به هر حال آبخیزداری در مسیری حرکت می کند که متجلی دیدگاه روشنی در پیش روی دلسوزان این بخش زیربنایی است.  البته اگر منصفانه قضاوت کنیم هنوز تا رسیدن به ارزش واقعی این بخش در توسعه کشاورزی ، منابع طبیعی ، مدیریت منابع آب و سایر منابع وابسته در کشور فاصله زیادی وجود دارد . امید است در آینده آبخیزداری ارزش واقعی خود را بیش از پیش پیدا کرده و جایگاه آن پررنگ تر از گذشته جلوه نماید (قاسم زاده و همکاران 1384).
در سال های اخیر اقدامات گسترده ای از نظر کنترل سیل، فرسایش و رسوب در زمینه های تحقیقاتی، مطالعاتی و اجرایی آبخیزداری انجام شده است، این در حالی است که ارزیابی طرح های آبخیزداری به منظور تجزیه و تحلیل عملکرد اقدامات و تدوین راهکارهای اصولی یکی دیگر از نیازهای اساسی در این زمینه می باشد. آگاهی از میزان اثربخشی اجرای هر نوع پروژه برای مجریان آن از اهمیت زیادی برخوردار است، چراکه با شناخت کافی از میزان آن ضمن آگاهی از میزان حصول اهداف اولیه، مزایا و معایب مرتبط شناسایی شده و تصمیم گیری لازم در خصوص اصلاح معایب و یا تجدید نظر در شیوه اجرا و یا حتی نوع عملیات اجرایی اتخاذ خواهد شد.
یكی از فاكتورهای اصلی طرح های جامع آبخیزداری، در احیاء و جلوگیری از هدر رفت ثروت ملی یك حوضه آبخیز، شناخت فرسایش حوضه بوده و بررسی میزان فرسایش و تولید رسوب حوضه و پراكنش مكانی آن از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. امروزه بحث ارزیابی یكی از اركان اساسی طرحها و پروژ ه ها است و در جوامع پیشرفته بعنوان ابزاری در جهت سنجش و میزان اثرگذاری طرحها و برنامه ها با توجه به اهداف منظور شده به كار می رود . ارزیابی طرحهای آبخیزداری با توجه به اهداف و اثرات محیطی طرح بر حوضه آبخیز و خارج از آن ضروری می باشد (قدرتی و همکاران 1383).
1-3 ضرورت تحقیق
سالانه هزینه­های هنگفتی در حوضه­های آبخیز کشور صرف انجام عملیات آبخیزداری می­گردد و ادعای تأثیرگذاری این عملیات­ وجود دارد، ولی میزان اثرگذاری این عملیات­ به وضوح تعیین نشده و در چند ساله اخیر با استفاده از انواع مدل­های هیدرولوژیکی امکان بررسی­های دقیق­تر از حوضه­های آبخیز فراهم گشته است. حفاظت کامل از خطر سیلاب نمی­تواند به عنوان هدف ماندگار مطرح باشد (Moore و همکاران، 2005) و مهار کامل سیلاب غیر ممکن بوده و فقط می­توان با مدیریت صحیح، خسارات آن را تعدیل نمود. با توجه به این که انجام اقدامات آبخیزداری و کنترل سیلاب یکی از راه­های برتر و مناسب در تعدیل خطرات سیلاب می­باشد، بنابراین می­توان  مناسب­ترین گزینه کنترل سیلاب را با توجه به شرایط و استعداد حوضه آبخیز تعیین نمود (دلیانو، 1378). با توجه به مزیت نسبی اقدامات آبخیزداری و احداث سازه­های کوچک و راه­کارهای بیولوژیکی در کنترل سیلاب، آگاهی از میزان نتیجه این اقدامات که در دوردست­ترین نقاط حوضه آبخیز انجام می­شود، امری ضروری است که فقط در سایه  شبیه­سازی رفتار هیدرولوژیک حوضه آبخیز میسر است. درک فرایندهای فیزیکی و مولفه­های هیدرولوژیکی و اثر مهم آنها در واکنش حوضه آبخیز به بارش، یکی از اصول اساسی در مدیریت حوضه­های آبخیز و پروژه­های کنترل سیلاب می­باشد (روغنی و همکاران، 1389). لذا اهمیت این موضوع که چه مقدار به اهداف مورد نظرمان در اجرای عملیات­های آبخیزداری رسیده­ایم می­تواند در تصمیم­گیری­های آتی بسیار مفید و مؤثر باشد. 
با توجه به این که حوضه سد نهند از نظر اقلیمی در منطقه نیمه خشک و با بارش حدود 250 میلیمتر واقع شده ویکی از منابع اصلی تامین آب شرب کلان شهر تبریز محسوب می شود، در این منطقه حفاظت آب و خاک و کنترل رسوب وردی به مخزن سد امری ضروری به نظرمی رسد که در همین راستا در حوضه مذکور عملیات آبخیزداری با هدف حفاظت آب و خاک و تقویت پوشش گیاهی بمنظور کاهش حجم رسوب وارده به حوضه سد نهند، انجام شده است که این مطالعه به ارزیابی کمی اثرات کارهای آبخیزداری در کاهش حجم رسوب ورودی به مخزن سد نهند با پارامترهای قبل از اجرا  در حوضه می پردازد.
1-4  سؤالات تحقیق
1- آیا سدهای کوتاه آبخیزداری بر میزان رسوب تولیدی در سد نهند تاثیر داشته است؟
2- آیا احداث سدهای کوتاه باعث تغییرات شیب آبراهه ها و به تبع آن برروی روند فرسایش آبراهه تاثیرگذار بوده است؟
3-آیا احداث سدهای  کوتاه جهت تحقق اهداف بویژه کنترل رسوب کافی بوده یا نیاز به اجرای عملیات بیولوژیکی نیزبه عنوان عملیات تکمیلی ضروری بنظر می رسد؟

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.

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).