دانشگاه قم پژوهش های زیرساخت های عمرانی 2783-140X مقالات آماده انتشار 2026 02 19 Numerical Analysis and Optimization of Drainage System in Agh-Chay Earth Dam تحلیل عددی تأثیر افزایش ابعاد زهکش بر کنترل تراوش سد خاکی آغ‌چای 4215 10.22091/cer.2026.14400.1662 FA ابراهیم اسدی گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران. 0009-0002-3456-8748 توحید امیدپورعلویان گروه مهندسی عمران، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران. 0000-0003-3130-7876 مهدی سلطانی ستوبادی گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران. 0009-0000-7228-4119 فرزاد غفارزاده عارفی گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران. 0009-0000-9879-1645 Journal Article 2025 12 03 Earth dams represent critical hydraulic infrastructure for sustainable water resource management, yet seepage-induced issues, accounting for over 35% of failures per ICOLD reports, pose significant risks to stability and longevity. This study employs advanced finite element modeling to numerically analyze the impact of a 10% increase in horizontal and vertical drain dimensions on seepage control in the Agh-Chay earth dam, a 108-m-high clay-core structure in West Azerbaijan, Iran. Utilizing SEEP/W software, a refined mesh of 28,450 quadratic elements was constructed for the maximum cross-section (108 m height, 480 m base width), calibrated against 36 months of instrumentation data achieving an R² of 0.958. Incorporating sensitivity analysis, three-dimensional simulations in PLAXIS 3D, and transient flow assessments under critical scenarios like flooding and heavy rainfall, the framework innovatively integrates hydro-mechanical coupling and uncertainty quantification via Monte Carlo methods to optimize drainage efficiency. Results demonstrate a 22% enhancement in seepage discharge (from 0.018 to 0.022 m³/s), a 0.31% reduction in maximum core pore water pressure (from 668.9 to 666.8 kPa), an 8.57% decrease in exit hydraulic gradient (from 0.35 to 0.32), and a 2.11% improvement in downstream slope factor of safety (from 1.42 to 1.45 via Bishop method). This scalable, data-driven optimization not only bolsters dam safety by mitigating erosion risks by up to 91% but also yields 80% savings in maintenance costs and 20% in operational expenses, offering a novel paradigm for resilient earth dam design in tectonically active regions. سدهای خاکی به‌عنوان زیرساخت‌های حیاتی هیدرولیکی در مدیریت پایدار منابع آب نقش محوری ایفا می‌کنند، با این حال مسائل ناشی از تراوش، که بر اساس گزارش‌های ICOLD بیش از 35 درصد خرابی‌ها را به خود اختصاص می‌دهد، تهدیدی جدی برای پایداری و دوام این سازه‌ها محسوب می‌شود. این پژوهش با بهره‌گیری از مدل‌سازی پیشرفته المان محدود، به تحلیل عددی تأثیر افزایش 10 درصدی ابعاد زهکش‌های افقی و قائم بر کنترل تراوش در سد خاکی آغ‌چای، سازه‌ای با ارتفاع 108 متر و هسته رسی مرکزی در استان آذربایجان غربی ایران، می‌پردازد. با استفاده از نرم‌افزار SEEP/W، شبکه‌ای پالایش‌شده شامل 28.45 المان کوادریتیک برای مقطع حداکثر (ارتفاع 108 متر، عرض پایه 480 متر) ساخته شد و با داده‌های 36 ماهه ابزار دقیق اعتبارسنجی گردید (R² = 0.958). این چارچوب نوآورانه با ادغام تحلیل حساسیت، شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی در PLAXIS 3D و ارزیابی جریان گذرا در سناریوهای بحرانی مانند سیلاب و بارندگی شدید، همراه با کمی‌سازی عدم قطعیت از طریق روش مونت‌کارلو، بهینه‌سازی کارایی زهکشی را از منظر هیدرومکانیکی یکپارچه می‌سازد. نتایج حاکی از افزایش 22 درصدی دبی تراوش (از 0.018 به 0.022 مترمکعب بر ثانیه)، کاهش 0.31 درصدی حداکثر فشار آب منفذی در هسته (از 668.9 به 666.8 کیلوپاسکال)، افت 8.57 درصدی گرادیان هیدرولیکی خروج (از 0.35 به 0.32) و بهبود 2.11 درصدی ضریب اطمینان پایداری شیب پایین‌دست (از 1.42 به 1.45 بر اساس روش بیشاپ) است. این بهینه‌سازی مقیاس‌پذیر و مبتنی بر داده نه‌تنها ایمنی سد را با کاهش ریسک فرسایش تا 91 درصد تقویت می‌کند، بلکه صرفه‌جویی 80 درصدی در هزینه‌های نگهداری و 20 درصدی در هزینه‌های عملیاتی را به ارمغان می‌آورد و الگویی نوین برای طراحی مقاوم سدهای خاکی در مناطق تکتونیکی فعال ارائه می‌دهد.