عملکرد آبگیرها از مهمترین مسائل در آبگیری از رودخانه می باشد که تحت تاثیر الگوی جریان در رودخانه قراردارد و هرگونه تغییر در الگوی جریان رودخانه می تواند تاثیر بسزایی در عملکرد این سازه داشته باشد. از جملهموارد مهم در عملکرد آبگیر، آبگیری با رسوب کم است زیرا که مشکلات ناشی از ورود رسوبات به این سازهباعث تحمیل هزینه های فراوان به استفاده کنندگان از سیستم انتقال می شود. الگوی خط جدایی جریان میزانورود رسوبات درشت دانه به آبگیر را تحت تاثیر قرار می دهد به نحوی که اگر آبگیری از کف بیشتر انجام شودرسوب بیشتری وارد آبگیر خواهد شد. استفاده از سازه ها در داخل رودخانه باعث ایجاد تغییر در الگوی جریان ودر نتیجه خط جدایی جریان می شود.به همین منظور، در این تحقیق اثر سازه های آبشکن و صفحات مستغرق برالگوی خط جدایی جریان به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها در شرایط کانال مستقیم و آبگیر 90 درجه، نسبت دبی آبگیری ثابت و در چهار حالت بدون حضور سازه، وجود آبشکن، وجود صفحات مستغرق و ترکیب آبشکن با صفحات مستغرق انجام گرفت. تعداد آزمایش های انجام شده 4 مورد بوده است.ابعاد، تعداد و آرایش صفحات مستغرق ثابت، و بر اساس مقادیر توصیه شده طراحی مورد استفاده قرار گرفتهاست. طول آبشکن مورد استفاده 25 سانتی متر و مکان قرارگیری آن در فاصله 80 سانتی متری از خط مرکزی کانال آبگیر در دیواره مقابل بوده است. در مطالعات آزمایشگاهی صورت گرفته سرعتهای سهبعدی جریان در در یک شبکه بندی مشخص برداشت شده و پس از پردازش داده های adv محدوده آبگیر با استفاده از دستگاهالگوی جریان در محدوده آبگیر ترسیم و خطوط جدایی جریان در تراز tecplot سرعت، با استفاده از نرم افزار های عمقی مختلف استخراج شد. پس از استخراج خطوط جدایی جریان، الگوی آن در شرایط مختلف سازه ای و تاثیر سازه ها مورد بررسی قرارگرفت. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان می دهد که در حالت عدم استفاده از سازه عرض جدایی جریان در لایه های تحتانی بیشتر از لایه های سطحی می باشد و با افزایش فاصله از کف عرضجدایی جریان کاهش می یابد. این امر به علت مومنتوم بالای جریان در لایه های سطحی و در نتیجه تاثیر کمترمکش اعمال شده از سمت آبگیر بر جریان در این نواحی می باشد. همچنین در طول مشخص روند تغییرات عرض جدایی جریان در عمق از تابع ریاضی لگاریتمی تبعیت می کند. بیشتر بودن عرض جدایی جریان در لایه های تحتانی باعث می شود که آبگیری بیشتر از این لایه ها انجام شود و انتظار می رود در این حالت میزان رسوببیشتری وارد آبگیر شود. در حالت وجود آبشکن الگوی خط جدایی جریان همانند حالت بدون نصب سازه می باشد و عرض جدایی جریان در لایه های نزدیک به کف در این حالت نیز بیش از لایه های سطحی می باشد وروند تغییرات عرض جدایی در عمق نیز از تابع ریاضی لگاریتمی تبعیت می کند. با به کار گیری سازه آبشکنمقادیر عرض جدایی جریان در لایه های مختلف نسبت به مقادیر نظیر در حالت بدون استفاده از سازه کاهش می یابد ولی کاهش عرض جدایی جریان در سطح کمتر از کف می باشد و با توجه به افزایش سرعت آبگیری انتظارمی رود رسوب کمتری در این حالت وارد آبگیر شود. در حالت وجود صفحات مستغرق الگوی خط جدایی جریان کاملا برعکس دو حالت بدون سازه و آبشکن می باشد، در این حالت عرض جدایی در سطح بیش تر از کف می باشد. روند تغییرات عرض جدایی جریان در عمق از تابع ریاضی نمایی تبعیت می کند استفاده ازصفحات مستغرق باعث تغییر در الگوی خط جدایی جریان به شکل ایده آل می گردد. چون عرض جدایی در سطح بیش از کف می باشد انتظار می رود رسوب کمتری وارد آبگیر شود. وجود صفحات مستغرق باعث ایجادجریان گردابه ای می شود که مانع از ورود جریان های تحتانی به آبگیر می شود و الگوی خط جدایی جریان راتغییر می دهد. در حالت ترکیب آبشکن و صفحات مستغرق الگوی خط جدایی جریان مشابه حالت وجودصفحات مستغرق می باشد و روند تغییرات عرض جدایی در عمق از تابع ریاضی نمایی تبعیت می کند.به کارگیری سازه آبشکن و صفحات مستغرق، باعث شده است عرض جدایی جریان نسبت به حالت حضور صفحات،در سطح افزایش و در کف کاهش می یابد.با توجه به الگوی خط جدایی جریان، ترکیب آبشکن و صفحات مستغرق نسبت به دیگر حالات در کاهش رسوب ورودی به آبگیر موثرتر می باشد.

احداث سدها و مخازن بر روی یک رودخانه تاثیر مهمی بر جریان آب و رسوب دارد. رسوبات انباشته شده در بالادست مخزن سد میتواند منجر به مسائلی از جمله کاهش حجم موثر کنترل سیلاب، کاهش پایداری سد، اثرات نامطلوب بر عملکرد تاسیسات خروجی، کاهش کیفیت آب، کاهش میزان ذخیره آب، کاهش انرژی آبی و بهره های تفریحی شود. بدین منظور در این تحقیق به مطالعه آزمایشگاهی پیشروی دلتا و الگوی جریان در تبدیل ورودی به مخزن براساس آنالیز ابعادی پدیده پرداخته شده است. رسوب گذاری به صورت دلتا در مخزن، تابع متغیرهایی از جریان آب، رسوب، هندسه رودخانه و مخزن می باشد. دو تبدیل با زوایای ورودی 5/11 و 4/15درجه همراه با سه شاخص سطح آب 82/2، 13/3 و 44/3 از عوامل متغیر مورد بررسی در آزمایشات می باشند. جهت برداشت الگوی جریان در حالت وجود رسوبات، از روش فریز کردن دلتا و سپس اندازه گیری میدان جریان آشفته استفاده شده است. درمورد الگوی رسوب گذاری، بررسی های پیشروی دلتا در مخزن نشان داده است که نمای رابطه پیشروی دلتا در محدوده 65/0 تا 7/0 می باشد. همچنین در تبدیل 4/15 درجه در بالاترین تراز آب و در تبدیل 5/11 درجه در پایین ترین تراز آب، شکل پلان تاج دلتا دارای بیشترین تقارن بوده است. درمورد پایه دلتا، بررسی ها نشان داده است که در تبدیل 5/11 درجه در تراز میانی و در تبدیل 4/15 درجه در تراز ماکزیمم آب، تقارن رسوبگذاری در مخزن، بیشتراست. در حالت جریان ورودی بدون رسوب به مخزن، الگوی جریان در هر دو تبدیل مشابهند. لیکن در حالت جریان ورودی همراه با رسوب به مخزن، در تبدیل با زاویه 4/15 درجه با توجه به انحراف دلتا به سمت راست، در ترازهای پایینی و میانی، جهت جریان در سمت راست و در تراز بالائی، جهت جریان در سمت چپ می باشد. بمنظور بررسی تاثیر دلتا بر جهت جریان، نتایج این تحقیق نشان داده است که در تبدیل با زاویه 5/11 درجه تنها در تراز میانی جهت جریان و انحراف دلتا درمخزن یکی نبوده است و در سایر موارد جهت جریان و رسوبگذاری درمخزن بایکدیگر مطابقت داشته اند. نتایج محاسبات پارامترهای تقارن جریان و رسوب نشان داده است که پیشروی رسوبات و الگوی جریان در تبدیل ملایم تر از تقارن بیشتری برخوردار بوده و لذا توزیع جانبی سرعت پیشروی دلتا در این نوع تبدیل یکنواخت است. همچنین نتایج نشان می دهد که جهت انحراف دلتا بر راستای کلی جریان تاثیر نداشته اما وجود دلتا بر مقادیر سرعت و الگوی جریان تاثیرگذار است.

در این تحقیق تاثیر صفحات مستغرق بر الگوی جریان در آبگیری از مسیر مستقیم به صورت آزمایشگاهی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور الگوی جریان در آبگیری از مسیر مستقیم، در دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق و در سه نسبت دبی آبگیری 11%، 16% و 21% مورد مطالعه قرار گرفت. در مطالعات آزمایشگاهی صورت گرفته، سرعت های سه بعدی جریان در محدوده آبگیر با استفاده از دستگاه adv برداشت شده و به بررسی تاثیر نسبت دبی آبگیری بر الگوی جریان پرداخته شد. شبیه سازی الگوی جریان با استفاده از مدل عددی سه بعدی fluent، ابتدا در آبگیری جانبی از مسیر مستقیم، بدون حضور صفحات مستغرق انجام شده و تاثیر نسبت دبی انحرافی بر این الگو مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به شبیه سازی الگوی جریان در آبگیری جانبی از مسیر مستقیم با حضور صفحات مستغرق پرداخته و تاثیر صفحات مستغرق و نسبت دبی انحرافی بر الگوی جریان مورد بررسی قرار گرفت. به منظور مدلسازی آشفتگی در هر یک از حالات وجود و عدم وجود صفحات مستغرق، از سه مدل k-? استاندارد، k-? و rsm استفاده شده و با مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی، مدل مناسب جهت انجام مطالعات هیدرودینامیکی و پارامتریک انتخاب گردیده است. تغییرات تراز سطح آب در مقابل دهانه آبگیر در برداشت های آزمایشگاهی کمتر از 10% عمق آب بوده، لذا از شبیه سازی سطح آزاد صرفنظر شده است. الگوی جریان داخل کانال اصلی در هر دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق توسط هر سه مدل به خوبی پیش بینی شد ولی در داخل کانال آبگیر در هر دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق، پیش بینی مدل های آشفتگی مختلف، متفاوت بود. با مقایسه نتایج حاصل از هر یک از مدل ها با نتایج آزمایشگاهی، در مجموع مدل rsm نسبت به دو مدل دیگر بهتر عمل کرده و قابلیت مدل k-? نیز بیشتر از مدل k-? استاندارد بوده است. لذا مدل آشفتگی rsm جهت ادامه بررسی ها انتخاب گردید. بررسی خطوط جریان در ترازهای مختلف در حالت عدم وجود صفحات مستغرق نشان دهنده گستردگی بیشتر صفحه جدایی جریان به سمت نواحی میانی کانال در ترازهای تحتانی بوده که این امر می تواند سبب انتقال رسوبات بیشتری از بستر به کانال آبگیر شده و در نهایت در ناحیه جدایی جریان داخل آبگیر ته نشین و باعث کاهش راندمان آبگیری گردد. بررسی الگوی جریان حول صفحات مستغرق، نشان دهنده وجود جریان ثانویه حول صفحات و در خلاف جهت جریان ثانویه تولید شده در اثر آبگیری می باشد. این امر سبب انحراف بیشتر خطوط جریان نزدیک بستر به سمت مرکز کانال اصلی و انحراف جریان سطحی به سمت دهانه آبگیر می شود، لذا وجود صفحات می تواند شرایط آبگیری بیشتر از جریان های سطحی با رسوب کمتر را فراهم نماید. در هر دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق، با افزایش نسبت دبی انحرافی، قدرت جریان ثانویه افزایش می یابد. در نسبت دبی انحرافی ثابت، قدرت جریان ثانویه تولیدی در آبگیری با حضور صفحات، بیشتر از قدرت جریان ثانویه در آبگیری و بدون حضور صفحات می باشد. گرچه میزان رسوب ورودی به کانال آبگیر در اثر جریان ثانویه تولیدی حول صفحات مستغرق کاهش می یابد، اما مقایسه خطوط جریان نشان می دهد که در حالت استفاده از صفحات مستغرق ابعاد ناحیه جدایی داخل آبگیر افزایش یافته که این امر می تواند باعث کاهش راندمان آبگیری شود. مقایسه جریان ثانویه دهانه آبگیر نشان دهنده گستردگی بیشتر آن در نواحی نزدیک بستر در حالت عدم استفاده از صفحات مستغرق بوده که سبب جاروب رسوبات مقابل دهانه آبگیر و انتقال آن ها به کانال آبگیر می شود. با به کارگیری صفحات مستغرق و تغذیه آبگیر از جریانات سطحی گستردگی این جریان در ترازهای پایینی کاهش یافته و کنترل رسوبات ورودی را به همراه خواهد داشت. بررسی تنش برشی بستر و منحنی های هم سرعت، حاکی از وجود ناحیه سکون در ترازهای نزدیک بستر، در کانال اصلی پس از آبگیر می باشد که با به کارگیری صفحات مستغرق محدوده آن گسترش می یابد. مقایسه توزیع تنش برشی بستر در دو حالت به کارگیری و عدم به کارگیری صفحات مستغرق حاکی از کاهش چشمگیر تنش برشی بستر در محدوده آبگیر در حالت استفاده از صفحات مستغرق بوده که این امر در بسترهای آبرفتی سبب کنترل رسوبات ورودی به آبگیر خواهد شد.

در این تحقیق، مطالعه میدانی بررسی تاثیر زاویه واگرایی ورودی مخازن سدها بر میزان و الگوی پیشروی رسوب در مخازن سد های سفید رود، لتیان، میناب و دز صورت گرفته و رابطه ای بی بعد برای پیشروی دلتای رسوبی در مخزن توسعه داده شده است. رسوب گذاری به صورت دلتا در مخزن، تابع متغیرهایی از جریان، رسوب، هندسه رودخانه و مخزن می باشد. در این تحقیق اثر برخی از این متغیرها شامل دبی جریان آب و رسوب در رودخانه، عمق آب در مخزن و زاویه واگرایی بخش ابتدایی مخزن بر نحوه شکل گیری و پیشروی دلتا در مخزن مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا روند رسوب گذاری در مخزن با استفاده از نقشه های هیدروگرافی دوره های موجود مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور ابتدا، با جمع آوری نقشه های هیدروگرافی مربوط به دوره های عملیات عمق یابی با استفاده از نرم افزار civil 3d به بررسی آنچه که در واقعیت در مخزن این سد ها اتفاق افتاده، پرداخته شد و مقدار حجم رسوبات تجمع یافته و روند پیشروی رسوبات به سمت بدنه سد مشخص شد. نتایج مشخص کرد که در مخازن سد های لتیان و دز دلتای رسوبی شکل گرفته است و در دو سد میناب و سفید-رود نشست رسوبات به صورت یکنواخت است و فرم نشست رسوبات به صورت دلتا نیست. با بررسی نقشه های هیدروگرافی مشخص شد که تا سال 1385، 35% از حجم مخزن سد سفیدرود در اثر رسوبگذاری پر شده است که معادل کاهش سالانه 7/0% از ظرفیت اولیه مخزن می باشد. روند پر شدن مخزن نشان می دهد که حجم رسوبگذاری در سال های ابتدایی بیشتر و به تدریج با گذشت زمان کاهش می یابد. بطوریکه در هشت سال اولیه نرخ کاهش حجم مخزن 2% و به مرور کاهش پیدا می کند. در سد لتیان بررسی نقشه های هیدروگرافی مشخص کرد که تا سال 1385، 22% از حجم مخزن در اثر رسوبگذاری پر شده است که این معادل کاهش سالانه 63/0% از ظرفیت اولیه مخزن می باشد. بررسی ها نشان می دهد که حجم رسوبگذاری در سال های ابتدایی بیشتر و به تدریج با گذشت زمان کاهش می یابد. بطوریکه در هشت سال اولیه نرخ کاهش حجم مخزن 1% و در هفت سال اخیر به 47/0% رسیده است. بررسی ها در مخزن سد میناب مشخص کرد که تا سال 1384، 25% از حجم مخزن در اثر رسوبگذاری پر شده است که معادل کاهش سالانه 1% از ظرفیت اولیه است. نرخ کاهش حجم در 4 سال اولیه بهره برداری 3/1% بوده است و به مرور کم شده است. 22% از حجم مخزن سد دز تا سال 1376 در اثر رسوبگذاری پر شده است که معادل کاهش سالانه 65/0% از ظرفیت اولیه مخزن است. در ادامه با استفاده از اطلاعات ایستگاه های هیدرومتری، منحنی های دوام جریان و سنجه رسوب استخراج شده و آورد رسوب به مخازن مورد مطالعه را محاسبه شده و پس از محاسبه ضریب تله اندازی اقدام به تصحیح آورد رسوب به مخزن شده است. در نهایت داده های حاصل از نتایج هیدروگرافی تحلیل شده و سپس با به کارگیری نرم افزار spss، مدل رگرسیون خطی چندگانه برای پیشروی نقطه محوری دلتا به صورت تابعی از پنج متغیر بدون بعد شامل زاویه واگرایی، زمان، دبی جریان، دبی رسوب و عمق آب در مخزن به دست آمده است. واژه های کلیدی: مطالعه میدانی، زاویه واگرایی، پیشروی دلتا، سدهای سفید رود، لتیان، میناب و دز، civil 3d

در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت ابعاد و آرایش بهینه صفحه های مستغرق تعیین شده است. در شبیه-سازی عددی، ابتدا در نرم افزار گمبیت هندسه ی مدل ها و شبکه بندی مناسب تولید و سپس مدل های تولید شده با اعمال شرایط مرزی در مدل هیدرودینامیک فلوئنت حل شده اند. پردازش اطلاعات خروجی از نرم افزار فلوئنت با استفاده از نرم افزار تک پلات انجام شده است. برای انجام بهینه سازی ها ده پارامتر در نظر گرفته شده است. فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر در سطح، فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر درکف، سطح جریان بستری ورودی به دهانه آبگیر، سطح جریان ورودی به کانال آبگیر از عمق میانی، سطح جریان سطحی ورودی به کانال آبگیر، قدرت جریان ثانویه و تنش برشی وارد بر کف به عنوان هفت پارامتر موثر در جلوگیری از ورود رسوب به کانال آبگیر و پارامترهای طول، عرض و سطح ناحیه گردابی در کانال آبگیر به عنوان سه پارامتر موثر در تجمع رسوب در کانال آبگیر مورد برسی قرار گرفته و در انجام بهینه سازی استفاده شده اند. برای انجام بهینه سازی از روش فازی تاپسیس که یکی از روش های بهینه سازی چند معیاره می باشد استفاده شده است. بهینه سازی ها به سه صورت انجام شده اند. یکبار تنها با در نظر گرفتن پارامترهای موثر در جلوگیری از ورود رسوب به دهانه آّبگیر، بار دیگر تنها با در نظر گرفتن پارامترهای موثر در تجمع رسوب وارد شده به کانال آبگیر و در انتها با درنظر کلیه پارامترهای مورد بررسی انجام شده اند. آزمایش ها برای سه نسبت آبگیری 11/0، 16/0 و 21/0 انجام شده است. در تعیین ابعاد بهینه صفحه های مستغرق، 4 حالت برای شبیه سازی ارتفاع و 2 حالت برای شبیه سازی طول آن ها در نظر گرفته شده است. در مورد تعیین آرایش بهینه آن ها نیز برای فواصل طولی و عرضی و زاویه صفحه ها با جهت جریان، به ترتیب 3،2 و 3 حالت برای شبیه سازی در نظر گرفته شده است. تاثیر الگوهای انفصال آپویند مرتبه اول (f.o.u)، آپویند مرتبه دوم (s.o.u)، توانی و کوئیک و همچنین مدل-های آشفتگی k-?، k-? و rsm در شبیه سازی الگوی جریان مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج حاصل حاکی از آن بود که در مدل آشفتگی rsm الگوی انفصال آپویند مرتبه دوم و در دو مدل دیگر الگوی توانی نسبت به دیگر الگوها قابلیت بالاتری در شبیه سازی دارند. همچنین هر سه مدل آشفتگی، الگوی جریان را در کانال اصلی بخوبی پیش بینی می-کنند. ولی در داخل کانال آبگیر، مدل آشفتگی rsm نسبت به دو مدل دیگر بهتر عمل کرده و قابلیت مدل k-? از k-?بیشتر است. مدل سازی عددی الگوی جریان در حضور صفحه هایی با ابعاد مختلف انجام شد و بررسی پارامترهای مورد نظر نشان داد که فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر در کف و در سطح با افزایش ارتفاع صفحه ها، افزایش می یابد. می باشد. همچنین وقتی ارتفاع صفحه 2/0 برابر عمق جریان باشد، قدرت جریان ثانویه شکل گرفته حول آن ها نسبت به دیگر ارتفاع صفحه ها بیشتر است. حداکثر تنش برشی وارد بر کف با افزایش ارتفاع صفحه ها بیشتر می شود. سطح ناحیه گردابی در کانال آبگیر با افزایش ارتفاع صفحه ها تا 4/0 عمق جریان روند افزایشی و بعد از آن مستقل از ابعاد صفحه ها می باشد. بررسی نتایج همچنین نشان داد که افزایش طول صفحه های مستغرق تاثیر مثبتی بر شرایط آبگیری دارد. مهم ترین نتیجه حاصله از این قسمت، تعیین ارتفاع d2/0 (d عمق جریان) و طول hv4 (hv ارتفاع صفحه مستغرق) به عنوان ابعاد بهینه صفحه های مستغرق بود، چراکه در هر سه شکل بهینه سازی این ابعاد به عنوان گزینه برتر بودند. با استفاده از ابعاد بهینه صفحه ها مدل سازی عددی الگوی جریان برای آرایش های مختلف صفحه های مستغرق انجام شد. نتایج شبیه سازی حاکی از آن بود که با تغییر آرایش صفحه های مستغرق در اکثر موارد پارامترهای موثر در جلوگیری از ورود رسوب به دهانه آبگیر تغییرات کمی دارند. اما با تغییر زاویه صفحه های مستغرق تغییرات قابل توجهی در قدرت جریان ثانویه ایجاد می شود. نتایج حاصل از بهینه سازی های انجام شده در این قسمت نشان داد که آرایشی که در آن فواصل طولی و عرضی بین صفحه ها به ترتیب 9 و 3 برابر ارتفاع آن ها و زاویه صفحه ها با جهت جریان 25 درجه باشد، به عنوان آرایش بهینه صفحه های مستغرق در مقابل دهانه آبگیر است.

احداث سدها و مخازن بر روی یک رودخانه تاثیر مهمی بر جریان آب و رسوب آن داشته و باعث تغییرات دراز مدت مورفولوژیکی رودخانه می گردد. رسوب گذاری در ابتدای مخزن به صورت دلتا در ورودی رودخانه به مخزن اتفاق می افتد و ذرات درشت دانه تر تشکیل دلتای رسوبی را می دهند که دلتای تشکیل شده با گذشت زمان در طول مخزن پیشروی می کند. در زمینه دلتا تحقیقات مختلف در داخل و خارج از کشور صورت پذیرفته است که در آنها تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف هندسی و جریان برروی پیشروی و شکل دلتا بررسی شده است. آن دسته از تحقیقات آزمایشگاهی نیز که در رابطه با پیشروی و شکل دلتای رسوبی به انجام رسیده است اکثرا در دبی ثابت صورت پذیرفته است در حالی که در واقعیت و در رودخانه ها سیلابهای مختلف با دوره بازگشت های گوناگون همواره در حال عبور هستند که این سیلابها به مخزن سد نیز وارد شده و می توانند بر نحوه رسوبگذاری در مخزن سد تاثیراتی داشته باشند. همچنین در مورد تاثیر دانه بندی غیر یکنواخت ذرات رسوبی برروی رسوب گذاری دلتایی نیز کارهای کمی صورت گرفته است. در این تحقیق در یک مدل آزمایشگاهی که در آن ارتباط رودخانه به مخزن توسط یک تبدیل تدریجی برقرار شده بود این دو مسئله مورد مطالعه قرار گرفت. در دو سری آزمایش مسئله تاثیر سیلاب بر پیشروی و شکل دلتا مورد بررسی قرار گرفت و دو آزمایش نیز با ذرات غیریکنواخت رسوبی به انجام رسید. با عبور سیلاب در سه قسمت عمده پروفیل دلتا تغییرات دیده می شود اول ارتفاع قسمت فوقانی دلتا، دوم طول پیشروی پایه و تاج دلتا و سوم شیب پیشانی دلتا که میزان تغییرات بسته به نوع سیلاب متفاوت است. ارتفاع قسمت فوقانی دلتا در سیلابهای مختلف بین 6% تا 41%( بسته به قدرت سیلاب)کاهش داشته است. شیب پیشانی قبل از عبور سیلاب برابر 5/30 درجه بود که در اثر سیلابهای مختلف بین 25/8 تا 8/29 درجه تغییرات داشته است همچنین افزایش طول پیشروی بین 2% تا 8% طول مخزن دیده میشود. وجود سیلاب برروی شکل کلی پلان و پروفیل دلتا(در پایان آزمایش) تاثیر زیادی نداشت و فقط در بعضی حالات در شیب پیشانی دلتاکاهش دیده شد. وجود و یا عدم وجود سیلاب و همچنین وجود یا عدم وجود ذرات غیریکنواخت برروی تقارن شکل دلتا تاثیری نداشته در کلیه آزمایشات تغییرات پارامتر مربوط به تقارن دلتا در حدود 14/0- تا 08/0 می باشد و تقارن در شکل دلتا به این دو مسئله بستگی ندارد. در آزمایشاتی که از ذرات غیر یکنواخت در آنها استفاده شد حرکت دلتا نسبت زمانی که از ذرات یکنواخت رسوبی استفاده شد دو بعدی تر است. همچنین به طور کلی کاهش سرعت پیشروی دلتا در حالت وجود ذرات غیریکنواخت دیده شد. در آزمایشات غیر یکنواختی درحالت ماندگار ، توان رابطه اسونسن برای پایه برابر 788/0 بدست آمد که با توجه به اینکه در حالت یکنواخت این توان برابر 85/0 بود حرکت کندتری برای پایه دلتا نشان می دهد. دلیل این امر را می توان به مواد ریزدانه موجود در دانه بندی نسبت داد

در سالهای اخیر، سدهای پاره سنگی برای مدیریت حوزه و کنترل سیل مورد توجه قرار گرفته است. مزیت مهم این نوع سازه ها علاوه بر بخش هیدرولیکی، در سازگاری کامل آن ها با طبیعت و محیط زیست است. رابطه دارسی در محیط های متخلخل سنگریزه ای دارای اعتبار نمی باشد. نیروی تراوش، شبکه جریان تراوش و مقدار تراوش در سدهای سنگریزه ای با عدد رینولدز تغییر می کند و مقدار تراوش بسیار بیشتر از محیط هایی است که قانون دارسی در آن ها معتبر است که این هدف از ساخت سدهای سنگریزه ای می باشد. این تحقیق با انجام آزمایشاتی روی دو نمونه مستطیل شکل از سد پاره سنگی آزمایشگاهی به طول 70 و100 سانتی متر و ارتفاع و عرض 30 سانتی متر در فلوم آزمایشگاهی با استفاده از سنگدانه هایی به قطر متوسط 5/14 و 21 میلیمتر انجام گرفت. از خاک رس که از الک شماره 400 (038/0 میلیمتر) عبور داده شده بود جهت تولید جریان آب-رسوب استفاده شد. توصیف جزئی رفتار رسوبات ریزدانه چسبنده یک موضوع بسیار پیچیده می باشد و شبیه سازی حرکت رسوبات چسبنده بطور شدیدی تحت تأثیر خواص ماکروسکوپی از سیستم آب-رسوب می باشد. بعد از انجام آزمایشات، نمودار مربوط به هر جدول داده ها رسم و مشخص شد که ضریب تغییرات هدایت هیدرولیکی از رابطه نمائی پیروی می کند. سپس با کمک آنالیز ابعادی و استفاده از نرم افزار sas، روابطی برای ضریب تغییرات هدایت هیدرولیکی به دست آمد. ارزیابی این روابط با استفاده از داده‎های آزمایشگاهی انجام شد و تفاوت مقدار محاسبه‎ای و مقدار مشاهده‎ای بررسی شد و به صورت نمودارهایی نشان داده شد. درصد خطای تخمین محاسبه شده برای این روابط نشان داد که رابطه خطی دارای خطای کمتری نسبت به رابطه لگاریتمی می باشد. همچنین حساسیت روابط نسبت به پارامترهای مختلف بررسی شد و مشخص شد که روابط نسبت به پارامتر غلظت حساس تر می باشند. در انتها نیز با کمک روندیابی سیل در سدهای پاره سنگی، هیدروگراف خروجی رسم شده، تأثیر ضریب تغییرات هدایت هیدرولیکی روی هیدروگراف خروجی بررسی و به صورت نمودارهایی نشان داده شد.

پدیده آب شستگی یک جریان دو فازی آب و رسوب می باشد که این پدیده به روش نظری کمتر مورد بررسی قرار گرفته است و عموماً از مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی برای شرایط خاص استفاده شده است. رسوبگذاری در مخازن سدها، مشکلی است که بسیاری از سدهای در حال بهره بردای با آن مواجه می باشند. رسوبگذاری باعث کاهش عمر مفید سدها می گردد. یکی از روش های مقابله با رسوبگذاری و بازیافت ظرفیت از دست رفته سد، رسوبشویی هیدرولیکی می باشد. در این روش با باز نمودن دریچه های تحتانی حجم زیادی از رسوبات از مخزن سد تخلیه می-شوند. روش هیدرودینامیک ذرات هموار (sph) یک روش کاملاً لاگرانژی است که ابتدا در علم فیزیک نجومی به کار برده شد و سپس برای محدوده وسیعی از مسائل مورد استفاده قرار گرفت. روش sph قابلیت شبیه سازی بسیاری از مسائل مربوط به سطح آزاد، جریانات سریع، مرزهای تغییرپذیر، سطح تماس متحرک، پیشرفت موج، شبیه سازی جامدات و ... را داراست. با توجه به قابلیت های این روش و همچنین اهمیت آب شستگی ایجاد شده در اثر رسوبشویی و نحوه گسترش آن در هنگام باز شدن ناگهانی تخلیه کننده های تحتانی، در این تحقیق از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (sph) برای شبیه سازی جریان دوفازی آب و رسوب در اثر باز شدن ناگهانی دریچه استفاده شده است. مدل عددی sph دارای قابلیت زیادی در شبیه سازی تعاملات آب و رسوب می باشد. نمونه های بررسی شده در این رساله شامل شبیه سازی مخزن ساکن، پدیده شکست سد و پدیده باز شدن ناگهانی دریچه در شرایط تک فازی و دوفازی می باشد. سرعت بازشدن دریچه نیز در شبیه سازی در نظر گرفته شده است. در مدل دوفازی از فرمولاسیون های متفاوتی برای ترم فشار و لزجت در دو فاز آب و رسوب استفاده شده است. برای شبیه سازی رسوب از مدل های رئولوژی استفاده شده است. برای بررسی صحت نتایج عددی بدست آمده، مدل فیزیکی در آزمایشگاه تهیه و آزمایشات مربوط به شکست سد و بازشدن ناگهانی دریچه انجام شد. مقایسه نتایج بدست آمده بیانگر توانایی این روش عددی در شبیه سازی جریان دوفازی آب و رسوب می باشد.

اندازه گیری متغیر های جریان یکی از دغدغه های اصلی در آزمایش های هیدرولیک محسوب می شود، در طول دو دهه ی اخیر با پیشرفت علم هیدرولیک و پیچیده شدن هرچه بیشتر آزمایش های مربوطه، سعی شده تا تجهیزات و روش های اندازه گیری دقیق تری ابداع و استفاده شوند. تجهیزات اندازه گیری کنونی از دقت مناسبی در اندازه گیری متغیر های جریان از جمله سرعت لحظه ای برخوردارند، اما این تجهیزات عموما به صورت نقطه ای اندازه گیری کرده و با توجه به سریع بودن فرآیند های جریان، اندازه گیری میدان سرعت امکان پذیر نمی باشد. با پیشرفت تجهیزات اپتیکی در دو دهه اخیر و به کارگیری پردازش تصویر، روش هایی برای اندازه گیری میدان سرعت ابداع شده اند که شامل سرعت سنجی تصویری ذرات و سرعت سنجی تعقیب ذراتمی باشد.در این تحقیق ابتدا سعی شد تا الگوریتم تعقیب ذرات سه فریمه که توسط وو (2008) برای آزمایشات هیدرولیک ارائه شده بود در محیط نرم افزار متلب بازنویسی شود. با اجرای الگوریتم فوق روی تصاویر مرجع که توسط جامعه ی مرئی سازی ژاپن ارائه شده است، خطای 35/1درصدو مدت زمان پردازش 75/35 ثانیه بدست آمد. با توجه به میزان بالای تصاویر مورد پردازش در این تحقیق، سعی شد تا با ابداع روش جدیدی سرعت اجرای الگوریتم افزایش یابد. تلاش های فوق منجر به توسعه ی الگوریتم برداری تعقیب ذرات شد. الگوریتم فوق شامل دو بخش می باشد که بخش شناسایی ذرات در نرم افزار لب ویو و به زبان گرافیکی جی و بخش تعقیب ذرات در نرم افزار متلب نوشته شده است. با اجرایالگوریتم برداری تعقیب ذرات روی تصاویر مرجع، خطای 2 درصد و زمان پردازش 54/2 ثانیه بدست آمد که 14 برابر سریع تر از الگوریتم تعقیب ذرات سه فریمه است.به منظور تعیین صحت سرعت های اندازه گیری شده توسط این روش، پنج آزمایش با سرعت های مختلف در فلوم آزمایشگاهی انجام شد و سرعت های قرائت شده توسط لوله پیتوت با اندازه گیری های انجام شده توسط الگوریتم برداری تعقیب ذرات مقایسه شدند، که میانگین خطای 19/4 درصد برای این اندازه گیری ها بدست آمد. همچنین با محاسبه ی پروفیل سرعت متوسط از روی میدانسرعت های لحظه ای، پروفیل متوسط تنش برشی آشفته محاسبه و مشاهده شد که در عمق بالاتر از لایه مرزی، تنش های برشی آشفته دارای همبستگی خطی باr^2=0.934 می باشند و می توان با امتداد این خط تا عمق صفر، تنش برشی کف را بدست آورد.نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش سرعت سنجی تعقیب ذرات توسعه داده شده، دارای عملکرد مناسبی در تشخیص و شناسایی مکان ذرات در فریم های متوالی می باشد و در عمل نیز نتایج مطلوبی را دارا است و می توان میدان تنش برشی آشفته و تنش برشی کف را به وسیله ی این روش محاسبه کرد.

احداثسدهاومخازنبرروییکرودخانهتاثیرمهمیبرجریانآبورسوبآنداشتهوباعثتغییراتدرازمدتمورفولوژیکیرودخانهمی گردد. رسوب گذاریدرابتدایمخزنبهصورتدلتادرورودیرودخانهبه مخزناتفاقمی افتدوذراتدرشت دانه-ترتشکیلدلتایرسوبیرامی دهندکهدلتایتشکیلشدهباگذشت زماندرطولمخزنپیشرویمی کند. درزمینهدلتاتحقیقاتمختلفدرداخلوخارجازکشورصورتپذیرفته استکهدرآن-هاتاثیرتغییراتپارامترهایمختلفهندسیوجریانبر رویپیشرویوشکلدلتابررسیشده است.آندستهازتحقیقاتآزمایشگاهینیزکهدررابطهباپیشرویوشکلدلتایرسوبیبهانجامرسیدهاست اکثرادردبیثابتصورتپذیرفتهاستدرحالیکهدرواقعیتودررودخانه هاسیلاب هایمختلفبادوره بازگشت-هایگوناگونهموارهدرحالعبورهستندومی توانندبرنحوه یرسوب گذاریدرمخزنسدتاثیراتی داشتهباشند.دربررسی-هاییکهوجودسیلابنیزموردمطالعهقرارگرفتهبحثزمانتاثیرسیلابنسبتبه پیشرویدلتادرمخزن،ودانه-بندیمصالحرسوبیموردتوجهقرارنگرفته است. دراینتحقیقدردوسریآزمایشتاثیرعبورسیلاب50سالهسددزبررویشکلوپیشرویدلتادرحالت عبورسیلابدرزمانیکهدلتاواردتبدیلمی شودوزمان هایمختلفپیشرویدلتاموردمطالعهقرارگرفته است.باعبورسیلابدرزمان هایمختلفپیشرویدلتا،تغییراتیدرشکلدلتا(زاویهپیشانیوقسمتفوقانی)و پیشرویدلتامشاهدهشدکهبستهبهزمان-هایمختلفتاثیرسیلابمقادیرمتفاوتیازاینتغییراتدیدهشد.زمانتاثیرسیلاببااستفادهازپارامتربی بعد t? درمقابلپارامترهایدیگرهمچونانحراف معیارهندسی موردبررسیقرارگرفت.باافزایشانحرافمعیارهندسیذراترسوبیکاهشپیشرویوهمچنینافزایشزاویه پیشانیدلتاکاملامشهودبودهوباافزایشزمانتاثیرسیلابزاویهپیشانیدلتاافزایشداشتهاست.تغییرات زاویهپیشانیدلتادرپایانآزمایشاتبین25تا35درجهمتغیربودهاست.میزانشستگیدلتانیزباافزایش انحراف معیار ذرات رسوبی (از 2/1 تا 6/2) تا 20 درصد کاهش داشته است. همچنینباافزایشزمانتاثیر سیلاب،پیشرویدلتاپسازعبورسیلابباسرعتبیشتریاتفاقمی افتد.دراینتحقیقتوانرابطه یتوسعه داده شدهبرایپیشرویدلتاکههمانرابطهاسونسنمی باشددارایرنجوسیع 5/0 تا 5 بوده است. در کل پس از عبور سیلابدرمحدوده یاینآزمایشات،باافزایشانحرافمعیارهندسیذراتتوانرابطهبین2تا5/3 تغییرمی-نماید.پیشرویدرآزمایشاتاولیه-ایکهبدونعبورسیلابانجامشددارایسرعتکمتریبودهوتوانرابطهتوسعهدادهشدهبرایاینحالتبین6/0 تا 8/0 به دست آمد که این مقادیر با نتایج تحقیقات گذشته مطابقت دارد. زاویهپیشانیدلتادراینحالتودرحالتوجودسیلابتفاوتچندانیبایکدیگرنداشتهاست. بخشفوقانیدلتانیزدرهردوحالتباپیشرویدلتادرمخزن،همازنظرزاویهوهمازنظرارتفاعتغییرات محسوسینداشتهاست. واژه های کلیدی: بررسیآزمایشگاهی،،یکنواختیذراترسوبی،غیریکنواختیذراترسوب،زمان تاثیرسیلاب،پیشرویوشکلدلتا

درحال حاضر سدهای مخزنی زیادی در دنیا، به دلیل حجم زیاد رسوبات در مخزن و به خصوص در اطراف آبگیرها، با مشکلات بهره برداری روبه رو هستند. رسوب شویی تحت فشار به عنوان یک روش موثر برای خارج کردن موضعی رسوبات انباشته شده در پشت سد که محل جانمایی دریچه ها و توربین ها می باشد برای حل این مشکل مطرح شده است. اما در این نوع رسوبشویی رسوبات مجاور دریچه های تخلیه-کننده بصورت موضعی با باز نمودن دریچه های تخلیه کننده تحتانی سد حذف می شوند و میزان گسترش حد تأثیر آن محدود می باشد از طرفی از آنجاییکه اتلاف آب مخزن در این روش نسبتا پایین می باشد، لذا ارائه یک راهکار مناسب برای افزایش حد تأثیر فرآیند رسوبشویی تحت فشار می تواند گامی برای افزایش عمر سد با کمترین اتلاف آب باشد. در مطالعه آزمایشگاهی انجام شده در این تحقیق، به بررسی تأثیر توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی در مخزن بر روی حجم و ابعاد مخروط رسوبشویی پرداخته شده-است. به منظور رسیدن به اهداف این تحقیق، آزمایشاتی با استفاده از مدل فیزیکی به شکل مکعب مستطیل به طول 1/7 متر، عرض 4/1 متر و ارتفاع 5/1 متر در آزمایشگاه هیدرولیک گروه سازه های آبی دانشگاه تربیت مدرس انجام شد. آزمایش ها با سه طول مجرای تخلیه کننده تحتانی 10، 20، 30 سانتی-متر، سه ارتفاع آب 5/47، 55 و 5/64 سانتی متر روی مرکز دریچه و سه دبی تخلیه 3،2 و 1 لیتر بر ثانیه برای هر ارتفاع آب انجام گرفت. در این تحقیق همچنین تحلیل کوادرانت پدیده انفجار آشفتگی نزدیک کف مخروط رسوبشویی تشکیل شده توسط مجرای تخلیه کننده تحتانی انجام شده است. نتایج تحقیقات اولیه نشان داد، که توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی در داخل مخزن تاثیر مثبت و محسوس بر ابعاد مخروط رسوبشویی دارد. بطوریکه توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی به میزان 5/0 ، 1 و 5/1 برابر ارتفاع رسوبات در مخزن باعث افزایش حجم مخروط رسوبشویی به طور متوسط، به ترتیب به میزان 47، 75 و 96 درصد نسبت به حالت بدون توسعه مجرا گردیده است. با توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی در داخل مخزن شرایط هیدرولیکی جدیدی ایجاد می شود که مکانیزم رسوبشویی را تحت تاثیر قرار می دهد و با افزایش طول مجرا، ابعاد حفره رسوبشویی، افزایش یافته ولی نرخ افزایش ابعاد با افزایش میزان توسعه کاهش می یابد. همچنین با توسعه مجرا مقداری از راندمان رسوبشویی کاسته می شود. در نتیجه انتخاب میزان مناسب توسعه مجرای تخلیه کننده در مخزن می بایست از طریق بهینه سازی بین دو قید اساسی باشد، نجات آبگیر های نیروگاه و محدودیت نسبی منابع آب. براساس داده های آزمایشگاهی روابط بدون بعدی برای تخمین ابعاد مخروط رسوبشویی بدست آمد. این روابط دارای ضریب تبیین بالایی بوده و تخمین خوبی را ارائه می کند. همچنین نتایج تحلیل کوادرانت آشفتگی نزدیک کف نیز نشان داد که در درون مخروط رسوبشویی احتمال ایجاد پدیده های جاروبی وبیرون رانی بیشتر از پدیده های اندرکنش روبه بیرون و رو به داخل می باشد.

در روش رسوب شویی تحت فشار، رسوباتی که از قبل در مخزن نهشته شده اند بوسیله باز نمودن دریچه های تحتانی سد همراه با آب خروجی از دریچه ها شسته شده و از آن خارج می گردند. مقدار حجم رسوبات تخلیه شونده به پارامترهای مختلفی بستگی دارد که برای مثال می توان به عمق آب داخل مخزن، دبی جریان خروجی از تخلیه کننده تحتانی و تراز رسوبات نهشته شده در مخزن اشاره نمود. در این پایان نامه به بررسی آزمایشگاهی رسوب شویی تحت فشار و اثر تغییرات تراز رسوبات بر روی راندمان و ابعاد حفره رسوب شویی پرداخته شده است. جهت بررسی تأثیر پارامترهای مذکور از یک مدل فیزیکی به طول 1/7 متر، عرض 4/1 متر و ارتفاع 5/1 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس استفاده شد. آزمایشات بر روی سه تراز رسوبات 10، 15 و 20 سانتی متر، سه ارتفاع آب 47، 55 و 5/64 سانتی متر و 3 دبی تخلیه برای هر ارتفاع (1، 2 و 3 لیتر بر ثانیه) انجام گرفت. مقادیر سرعت اندازه گیری شده نشان می دهد هر چه به دریچه تحتانی نزدیک تر می شویم مقدار سرعت افزایش می یابد. به منظور محاسبه تنش برشی بستر از روش دی استفاده شد، بررسی ها نشان می دهند تنش های حداکثر، در نواحی نزدیک به دریچه تخلیه کننده رخ می دهند و با افزایش تراز رسوبات مقادیر این تنش ها به میزان کمی افزایش می یابد. روی شیب و خارج از حفره رسوب شویی این میزان کم شده و در هر 3 تراز رسوب تقریبا با هم برابرند. برای بررسی پدیده های آشفتگی کف از تحلیل کوادرانت استفاده شد و نتایج نشان داد در مجاورت دریچه تخلیه کننده، احتمال پدیده بیرون رانی و بر روی شیب حفره رسوب شویی احتمال پدیده جاروبی غالب اند. با توجه به مقادیر سرعت و تنش های بدست آمده، انتظار می رود با افزایش تراز رسوبات نرخ گسترش ابعاد مخروط رسوب شویی افزایش یابد. با توجه به نتایج مربوط به ابعاد اندازه گیری شده مخروط، بین تراز رسوبات و ابعاد مخروط رسوب شویی ارتباط مستقیمی وجود دارد. همچنین راندمان رسوب شویی تحت فشار با افزایش تراز رسوبات تجمع یافته در مخزن افزایش می یابد. از طرفی مشاهده گردید شکل مخروط رسوب شویی در پلان به نیم دایره نزدیک بوده و گسترش عرضی آن درتمام آزمایشات کمی بیشتر از گسترش طولی می باشد. در نهایت براساس داده های آزمایشگاهی روابط بدون بعدی جهت پیش بینی ابعاد حفره رسوب شویی بدست آمد. این روابط دارای ضریب تبیین بالایی بوده و تخمین خوبی را ارائه می کنند.

سالانه بین 5/0 تا 1 درصد حجم ذخیره مخازن در سرتاسر دنیا در اثر رسوب گذاری از بین می رود. از این رو باید تمهیدات لازم جهت محدود کردن رسوبات ورودی به مخزن در نظر گرفته شود. رسوب شویی هیدرولیکی یکی از روش های موثر در تخلیه رسوبات نهشته شده در مخزن می باشد. در روش رسوب شویی تحت فشار، رسوباتی که از قبل در مخزن نهشته شده اند بوسیله باز نمودن دریچه های تخلیه کننده تحتانی سد خارج می گردند. به منظور بررسی اثر شکل و موقعیت دریچه های تخلیه کننده تحتانی بر ابعاد و راندمان رسوب شویی تحت-فشار، مدل فیزیکی به شکل مکعب مستطیل به طول 1/7 متر، عرض 4/1 متر و ارتفاع 5/1 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس ساخته شد. آزمایشات با استفاده از سه شکل متداول دایره ای، مربعی و مستطیلی برای دریچه تخلیه کننده و سه موقعیت متفاوت برای دریچه ها انجام گرفت. از دیگر پارامترهای متغیر در آزمایشات می توان به دبی خروجی از تخلیه کننده که در سه دبی 1، 2 و 3 لیتر بر ثانیه انجام گرفت و ارتفاع آب داخل مخزن که عبارتنداز 5/64 و 47 سانتی متر اشاره کرد. نتایج آزمایشات نشان می دهد که با باز شدن دریچه تخلیه کننده، حفره قیفی شکل پایداری در مجاورت دریچه تشکیل می گردد. شیب طولی مخروط رسوب شویی در تمام آزمایشات بیشتر از شیب عرضی آن می باشد. ابعاد مخروط رسوب شویی (حجم، طول و عرض) بطور مستقیم به دبی خروجی از تخلیه کننده تحتانی وابسته می باشد. همچنین بین ابعاد مخروط رسوب شویی و کاهش تراز آب مخزن ارتباط مستقیمی وجود دارد. بطور کلی در موقعیت 1 و 2 دریچه با شکل مربع، و در موقعیت 3 دریچه مستطیلی عملکرد بهتری داشته اند. همچنین در موقعیت 3 ابعاد مخروط رسوب شویی نسبت به دو موقعیت دیگر بیشتر می باشد. بطورکلی می توان پذیرفت که دریچه مربعی در تمام موقعیت های دریچه تخلیه کننده تحتانی نسبت به دریچه دایره ای و مستطیلی دارای راندمان بالاتری می باشد. در نهایت رابطه ای برای پیش بینی ابعاد مخروط رسوب شویی توسط آنالیز ابعادی ارائه شد که از دقت قابل قبولی برخوردار می باشد. نتایج آنالیز حساسیت نشان می دهد رابطه پیشنهادی برای حجم مخروط رسوب شویی نسبت به تغییرات مساحت دریچه تخلیه کننده حساسیت بیشتری دارد.

در این رساله با استفاده از رویکرد هیبریدی برنامه نویسی نمادین و شبیه سازی عددی سه بعدی مسائل خاص انتقال رسوب مقاطع مرکب بررسی شده است. هدف اصلی رساله توسعه بسته نرم افزاری برای استخراج روابط بدون بعد انتقال رسوب در مقاطع مرکب مبتنی بر نتایج شبیه سازی عددی سه بعدی و برنامه نویسی نمادین است. برای استخراج روابط از دو رویکرد کلاسیک ضرائب اصلاحی و خودکار برنامه-نویسی نمادین استفاده شده و روابط بدون بعدی برای تنش برشی متوسط بستری، ظرفیت انتقال بار معلق و ظرفیت انتقال بار کل مواد بستری در مقاطع مرکب استخراج شده است. در رساله حاضر برای اولین بار استخراج خودکار فرم صریح روابط بدون بعد(فرم، شکل و ضرائب) به روش برنامه نویسی عبارتی ژنتیکی (gep) انجام شده است و با توسعه بسته نرم افزاری تابع یابی ژنتیکی (hffgep ) روابط هیدرولیکی آزمایشگاهی و صحرائی متعددی استخراج شده است و نتایج آن در استخراج برخی توابع غیرخطی هیدرولیکی و داده های صحرائی رودخانه ای ارزیابی و تائید شده است. در استخراج روابط ابتدا نتایج مطالعات آزمایشگاهی برای صحت سنجی و اطمینان از نتایج مدل عددی بکار گرفته شده است و همچنین حساسیت نتایج آن نسبت به پارامترهای مختلف بررسی شده است. پس از تائید نتایج مدل در مقایسه با داده های آزمایشگاهی و صحرائی، با استفاده از آنالیز ابعادی تاثیر پارامترهای بدون بعد مختلف بر متوسط تنش برشی بستر، ظرفیت انتقال بار معلق و ظرفیت بار کل بررسی شده است. سپس در استخراج روابط بدون بعد تنش برشی بستر، بار معلق و بار کل مواد بستری بسته نرم افزاری hffugep استفاده شده و روابط بدون بعد مورد نظر خودکار استخراج شده است. مقایسه نتایج مجموعه روابط بدون بعد استخراج شده توسط hffgep نشان داد که روش gep نسبت به روش ضرائب اصلاحی عملکرد بسیار بهتری دارد و بسته ی نرم افزاری توسعه یافته در این رساله قابلیت کاربرد در زمینه های بسیار وسیعی از مدلسازی، بهینه سازی، پیش بینی و رفتارسنجی مسائل علوم مهندسی آب و هیدرولیک را داراست.

مسئله آبشستگی در پایین دست سازه های هیدرولیکی همواره در طراحی انواع مختلف آن ها اهمیت دارد. از جمله این سازه ها، حوضچه آرامش پایین دست دریچه است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی تاثیر فاصله بلوک کف از دریچه بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی؛ و آبشستگی موضعی پایین دست حوضچه آرامش می باشد. برای این منظور تعداد 39 آزمایش که 27 مورد در حالت با بلوک و بدون آستانه، 4 مورد در حالت آستانه دار و 8 آزمایش در حالت بدون بلوک و بدون آستانه، بر روی مدل آزمایشگاهی در محدوه ای از تغییرات عدد فرود، عمق پایاب نسبی و فاصله بلوک ها از دریچه انجام گرفت. جهت بررسی اثر بلوک های کف بر میزان استهلاک انرژی، آزمایشاتی در شرایط بستر صلب پایین دست حوضچه آرامش، نیز صورت گرفت. در آزمون های بستر متحرک، تشابه پروفیل های طولی آبشستگی مورد بررسی قرار گرفت. جهت بدون بعد نمودن پروفیل های آبشستگی از دو روش استفاده گردید. در روش اول هر دو محور مختصات با استفاده از عمق بیشینه آبشستگی بدون بعد می گردد. در روش دوم از عمق بیشینه آبشستگی برای بدون نمودن محور عرض ها و از طول حفره جهت بدون نمودن محور طول ها استفاده می شود. نتایج نشان دادند که استفاده از روش دوم نسبت به روش اول مناسبتر می باشد. نتایج حاصل از مشخصات حفره آبشستگی نشان می دهند که افزایش عدد فرود موجب افزایش مقدار پارامترهای هدف از جمله عمق بیشینه، فاصله عمق بیشینه از انتهای حوضچه آرامش و طول حفره آبشستگی می شود. تغییرات عمق بیشینه آبشستگی نسبت به عمق پایاب نسبی، از روند مشخصی پیروی نمی کند؛ اما فاصله عمق بیشینه از انتهای حوضچه آرامش و طول حفره آبشستگی، با افزایش عمق پایاب کاهش می یابند. نتایج نشان می دهند که افزایش فاصله بلوک از دریچه بر هر سه پارامتر هدف اثر معکوس دارد. با افزایش فاصله بدون بعد بلوک از 18/0 تا 54/0 عمق بیشینه، فاصله عمق بیشینه از انتهای حوضچه آرامش و طول حفره آبشستگی به طور میانگین بترتیب 57، 44 و 40 درصد کاهش می یابد. با بررسی فرم سه بعدی و توپوگرافی بستر آبشستگی مشخص شد که استفاده از بلوک های کف در فاصله های بدون بعد 18/0 و 36/0 موجب می شود که آبشستگی در وسط بیشتر از کناره ها باشد؛ در صورتی که در حالت فاصله 54/0 و حالت بدون بلوک تمرکز آبشستگی در کناره ها می باشد، همچنین بررسی ها نشان می دهند با افزایش فاصله بلوک از دریچه از 18/0 تا 54/0 حجم حفره آبشستگی به طور متوسط 85 درصد کاهش می یابد. در ادامه روابطی جهت تخمین پارامترهای هدف ذکر شده ارائه گردید که از دقت مناسبی برخوردار می باشند. بررسی میدان جریان در روی بستر آبشستگی نشان می دهد که سرعت در فواصل بلوک 18/0 و 36/0 درمقاطع طولی وسط به طور متوسط 50 و 94 درصد بیشتر از کناره ها می باشد؛ در فاصله 54/0 و در حالت بدون بلوک سرعت در کناره ها به طور متوسط 67 و 75درصد بیشتر از وسط فلوم می باشد. نتایج مربوط به استهلاک انرژی نیز نشان می دهند که افزایش فاصله بلوک از دریچه بر میزان استهلاک انرژی نسبی اثر ناچیزی دارد. مقایسه نتایج حاضر با نتایج حاصل از سایر محققین نشان می دهد، با افزایش عدد فرود از 9/3 تا 8 میزان استهلاک انرژی از 47 تا 71 درصد افزایش می یابد. با افزایش عمق پایاب نسبی از 3/5 تا 6/12، میزان استهلاک انرژی نسبی از 65 تا 71درصد کاهش می یابد. با افزایش فاصله بلوک های کف از 18/0 تا 54/0، طول پرش به طور متوسط 115 درصد افزایش می یابد. برهم کنش استهلاک انرژی، الگوی جریان و آبشستگی پایین دست دریچه مورد بررسی قرار گرفت. از آنجایی که افزایش فاصله بلوک از دریچه با وجود اثر قابل توجه بر ابعاد حفره آبشستگی، اثر چندانی بر میزان استهلاک انرژی ندارد، پس می توان نتیجه گرفت که، این پارامتر با ایجاد تغییر در الگوی جریان، موجب کاهش ابعاد حفره آبشستگی می گردد. بررسی اثر اندازه بلوک های کف، تغییر فاصله بلوک های کف و دانه بندی مواد بستری برای مطالعات آینده پیشنهاد می گردد.

سرریزهای جانبی از جمله متداول ترین سازه های هیدرولیکی مورد استفاده در شبکه های آبیاری و زهکشی می باشند. این سازه های هیدرولیکی به منظور انحراف جریان از کانال اصلی در مواقع سیلابی و همچنین آبگیری از رودخانه ها مورد استفاده قرار می گیرند. اغلب مطالعات صورت گرفته در زمینه سرریز جانبی با بستر صلب در نظر گرفته شده است و اثر متقابل انتقال رسوب و سرریز جانبی کمتر مورد بررسی قرار گرفته است و ضمنا بررسی تحقیقات گذشته نشان می دهد که هیچگونه تحقیقی در خصوص تغییرات ابعاد فرم بستر با وجود سرریز جانبی صورت نگرفته است. بنابراین یکی از اهداف این مطالعه بررسی آزمایشگاهی اثر سرریز جانبی روی ابعاد فرم بستر می باشد. همچنین برای ایجاد معیاری واحد برای تعیین ابعاد هندسی فرم بستر، تلاش شده است تا سه روش آنالیز هندسی ابعاد فرم بستر به صورت برنامه های کامپیوتری تبدیل شوند وتوسط پروفیل های واقعی مورد ارزیابی واقع شوند. بنابراین آزمایش هایی روی فلومی به طول 10 متر که در پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری جهاد کشاورزی واقع شده بود، صورت گرفت که در طی این آزمایش ها از 3 طول مختلف تاج سرریز جانبی و 3 شدت جریان مختلف استفاده شد که با احتساب 3 آزمایش شاهد، به طور کلی 12 آزمایش انجام شد که در انتهای هر کدام از آن ها توپوگرافی بستر در بازه ای 220 سانتی متری برداشت شد. به منظور مطالعه توزیع ابعاد هندسی فرم بستر در عرض کانال، پروفیل هایی به فاصله 3 سانتی متر از یکدیگر در عرض کانال انتخاب شده و ابعاد هندسی این پروفیل ها به عنوان مقادیر مشاهده شده، تخمین زده شدند. نتایج حاصل از ارزیابی برنامه های مربوط به روش های هندسی آنالیز فرم بستر نشان دادند که برای روش تقاطع صفر و روش تاج مینیمم حداکثر خطای محتمل در تخمین طول فرم بستر به ترتیب 25 و 40 درصد می باشد که با اطمینان 90 درصد می توان اظهار نمود که حداکثر خطای این دو روش به ترتیب 20 و 30 درصد می باشد. همچنین آنالیز ابعادی صورت گرفته در رابطه با توزیع ابعاد هندسی فرم بستر در عرض کانال نشان داد که سرریز جانبی به خودی خود دارای اثر بالقوه ای می باشد که موجب افزایش ابعاد هندسی فرم بستر در نزدیکی سرریز جانبی به اندازه 70 درصد و 2 درصد عرض کانال به ترتیب برای طول و ارتفاع فرم بستر می شود. اثر بالقوه سرریز جانبی ناشی از پشته حاصل از ته نشینی رسوبات در مقابل سرریز جانبی می باشد. علاوه بر این افزایش ناشی از اثر بالقوه سرریز جانبی، با جاری شدن جریان در کانال اصلی ابعاد فرم بستر به طور کلی در تمام عرض کانال به صورت تابعی از نسبت انحراف افزایش می یابند.