با ساخت و شروع بهره برداری از ابر سازه ای چون سد برای جامعه پایین دست شرایط بالقوه مخاطرآمیزی ایجاد می شود. شکست سد پدیده نابهنجاری است که با ایجاد سیل همراه بوده و می تواند موجب خسارت های مالی و جانی قابل ملاحظه ای گردد. پایش سدها می تواند رفتار سازه و محیط اطراف آن را در وضعیت های گوناگون روشن سازد. بطور کلی محورهای اصلی پایش عبارتند از ابزاربندی، بازرسی، رفتارنگاری و رفتارسنجی. اجرای برنامه های پایش در سدها در راستای حفظ ایمنی سد لازم است اما از آنجایی که شکست سد به دلایل متفاوتی همواره محتمل می باشد، علاوه بر پایش سد، وجود دستورالعمل هایی برای کاهش اثرات بحران مورد نیاز می-باشد. با توجه به وجود تعداد قابل توجه سدها و نیز سه سد پرخطر در استان های گیلان، مازندران و گلستان، بررسی سیستم های پایش سدهای بلند در حال بهره برداری صورت گرفت. بازدید از سدها و تکمیل پرسش نامه برای تحقیق انجام شد. بیش از نیمی از سدها داری ابزار دقیق از کار افتاده می باشند که احتیاج به اصلاح و یا جایگزینی دارند. فرم های مشخصات سد و جدول برنامه های بازرسی بصورت جامع برای سدها تکمیل نمی شود. تناوب قرئت ابزار دقیق در اکثر سدها به درستی انجام می گیرد و تنها تعداد کمی نیازمند بازبینی هستند. در هیچ یک از سدهای پرخطر استان های گیلان، مازندران و گلستان در زمینه مدیریت پس از بحران اقدامی صورت نگرفته است. تنظیم یک طرح فعالیت اضطراری در راستای مدیریت بحران برای سدهای سه استان، جایگزینی ابزار معیوب در سدهای پرخطر، توجه به سدهای فاقد ابزار و قدیمی پیشنهاد می گردد. استفاده از سیستم خودکار پایش برای بکارگیری زنگ خطر در مواقع تجاوز داده ها از حدود نرمال نیز بسیار مفید خواهد بود.

سازه ترکیبی سرریز- دریچه دارای مزایایی نسبت به استفاده جداگانه هریک از سازه ها، از جمله عبور همزمان مواد شناور (چوب، یخ و...) و رسوبات است. یکی از انواع این مدل ها، سازه ترکیبی استوانه ای است که دارای ویژه گی هایی از جمله اقتصادی بودن، طراحی آسان، سهولت ساخت، ضریب دبی بالا و... می باشد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تأثیر پارامترهای هیدرولیکی و هندسی بر ضریب دبی مدل ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای پرداخته شده است. کلیه آزمایش ها در دو بخش مجزا که بخش اول در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری در فلومی به طول 5 متر و عرض 75 میلی متر و بخش دوم در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده عمران دانشگاه بوخوم آلمان در فلومی به طول10 متر و عرض 60 سانتی متر انجام گرفت. سرریز- دریچه های استفاده شده در این تحقیق لوله هایی از جنس پی وی سی بودند. در بخش اول از 5 قطر(ارتفاع سازه) 40 ،50 ،60 ،70 و 85 میلی متر و با بازشدگی ثابت دریچه 10 میلی متر و در بخش دوم از 4 قطر(ارتفاع سازه) 110 ،160 ،200 و 250 میلی متر که در این بخش میزان بازشدگی دریچه برای هر قطر سه بازشدگی 22 و 44 و 66 میلی متر بود استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که در کانال های کوچک و بزرگ ضریب دبی سرریز- دریچه استوانه ای به پارامترهای بی-بعد ( نسبت عمق آب بالادست به بازشدگی دریچه) و ( نسبت عمق آب بالا دست به قطر سازه) وابسته می باشد و در کانال های کوچک و قطر کم سازه با افزایش هر دو این پارامترها ضریب دبی مدل ترکیبی استوانه ای افزایش می یابد. در حالی که در کانال های بزرگ و درقطرهای زیاد سازه با افزایش و ضریب دبی ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که ضریب دبی سازه ی ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای در یک و ثابت، به میزان 50 درصد بیشتر از ضریب دبی سرریز- دریچه لبه تیز در حالت مشابه است و در مدل ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای، جریان عبوری از سرریز بر جریان عبوری از دریچه اثر گذاشته و سبب کاهش 1- 25 درصدی ضریب دریچه نسبت به حالت بدون سرریز می گردد. مقایسه روند ضریب دبی در سه مدل سرریز، دریچه و سرریز- دریچه نشان داد، در هر سه بازشدگی دریچه، ضریب دبی دریچه با افزایش کاهش می یابد. ضریب دبی سرریز ابتدا روند صعودی داشته و نهایتا ثابت می گردد. در دبی مدل ترکیبی سرریز- دریچه با افزایش ، ضریب دبی افزایش می یابد و شیب آن بتدریج کم می شود که ناشی از کاهش رشد ضریب دبی سرریز و دریچه می باشد.

هرساله حجم بالایی رسوب به مخزن سدها وارد شده و سبب از دست رفتن بخش عمده مخزن ظرف مدت کوتاهی از بهره برداری گردیده و این روند طی چند سال کل سد را از حیز انتفاع خارج می سازد. یکی از راه های افزایش طول عمر سد افزایش ارتفاع آن و در نتیجه ایجاد حجم ذخیره جدید می باشد. این روش در بسیاری از سدهای جهان و کشور انجام گرفته است. سد وشمگیر یکی از سد های قدیمی کشور است که در استان گلستان واقع شده است. سد از نوع خاکی همگن با ارتفاع 21 متر طراحی و اجرا شده است. تخلیه سیلاب ها در سد وشمگیر از یک سرریز دو طرفه وانی شکل که در بین جناح راست و چپ سد واقع شده است، صورت می پذیرد. سد وشمگیر دارای عمر مفید 30 سال بوده است که با گذشت زمان رسوب گذاری شدیدی در مخزن آن روی داده است. به منظور افزایش حجم مخزن راه کار افزایش ارتفاع سد بررسی گردید. در همین راستا با توجه به محاسبات انجام شده افزایش یک متری ارتفاع سرریز مناسب بوده است. بر این اساس گزینه های مختلف افزایش ارتفاع سرریز مطرح و بررسی شده است. از گزینه های محتمل افزایش ارتفاع سرریز، می توان به روش های بتن ریزی روی سرریز اصلی، دریچه دار کردن سرریز، نصب فیوزگیت و سد لاستیکی اشاره کرد. در این تحقیق گزینه نصب سد لاستیکی بررسی شده و با قرار دادن آن بر روی سرریز اصلی حجم مخزنی در حدود 25 میلیون متر مکعب حاصل شده است.

کاربرد سازه استوانه ای نسبت به سازه های با اشکال دیگر (مثلثی، مستطیلی و ...) دارای مزایایی چون هزینه کم، طراحی آسان، سهولت ساخت و ضریب دبی بالاتر می باشد. تحقیق حاضر بر هیدرولیک جریان آزاد عبوری از سازه استوانه ای متحرک در راستای عمود بر جهت جریان که با جابه جایی آن سه سازه سرریز، سرریز- دریچه و دریچه استوانه ای نمود می یابد، متمرکز شده است. در این مطالعه پارامترهای اصلی تأثیر گذار بر ضریب دبی جریان عبوری (cd) به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. به علاوه افت انرژی جریان عبوری نیز به کمیت در آمده است. پارامترهای تأثیر گذار بر سیستم مورد مطالعه در قالب شناسه های بدون بعد و توابع مورد نظر با استفاده از تئوری پای باکینگهام به دست آمده اند. آزمایش ها در یک کانال آزمایشگاهی مستطیلی به طول 7.5 متر، عرض 0.4 متر و عمق 0.46 متر بر بستر صاف و صلب با شیب طولی 0.0001 در آزمایشگاه هیدرولیک گروه عمران و محیط زیست دانشگاه اوستفالیا- آلمان، انجام شده اند. مدل های فیزیکی استوانه ای از جنس لوله های پلاستیکی (pvc) با قطرهای 50، 75، 110 و 125 میلی متر مورد استفاده قرار گرفتند. آزمایش ها در هفت ارتفاع بازشدگی دریچه مختلف بین صفر تا 60 میلی متر در اثر جابه جایی سازه در راستای عمود بر جهت جریان و دبی های متفاوت صورت گرفته است. حالت سرریز و آستانه حالت دریچه استوانه ای، ارتفاع بازشدگی ها و دبی های مورد مطالعه را در هر آزمایش تعیین می کنند. نسبت قطر سازه به عرض کانال محدوده 0.1 تا 0.4 را پوشش داده است. آزمایش ها در شرایط جریان آزاد انجام شده است و جریان ورودی محدوده عدد فرود بادلادست 0.12 تا 0.58 و عدد رینولدز بالادست 30000 تا 62000 را در برگرفته است. به عبارت دیگر، در آزمایش ها جریان ورودی به صورت زیربحرانی- آشفته بوده است. نتایج مطالعه حاضر حاکی از آن است که تغییرات ارتفاع بازشدگی دریچه با ضریب دبی جریان عبوری از سازه رابطه عکس داشته، به گونه ای که با جابه جایی سازه استوانه ای در راستای عمود بر جهت جریان، بیشترین ضریب دبی در سرریز استوانه ای در محدوده 1.2 تا 1.41 و کمترین ضریب دبی در دریچه استوانه ای در محدوده 0.4 تا 0.92 به دست آمده است، همچنین مشاهده شده است که ضریب دبی سازه ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای در محدوده 0.6 تا 1.2 متغیر بوده است. به علاوه نتایج نشان داده اند که میزان افت انرژی با تغییرات ارتفاع بازشدگی دریچه رابطه عکس داشته به نحوی که بیشترین میزان افت انرژی در سرریز استوانه ای در محدوده 0.03 تا 0.1 متر و کمترین میزان افت انرژی در دریچه استوانه ای در محدوده 0.004 تا 0.062 متر به دست آمده است، همچنین مشاهده شده که مقدار افت انرژی سازه ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای در محدوده 0.025 تا 0.1 متر متغیر بوده است. رابطه عکس حاکم میان افت انرژی و تغییرات ارتفاع باشدگی دریچه این گونه قابل استدلال است که با حرکت سازه به سمت بالا (افزایش ارتفاع بازشدگی دریچه) ضمن عبور جریان از زیر دریچه انحنای خطوط جریان در بالادست و پایین دست سازه کاهش می یابد، که منجر به کاهش افت انرژی جریان عبوری می گردد. به علاوه تغییرات قطر سازه استوانه ای با تغییرات ضریب دبی رابطه عکس و با تغییرات افت انرژی رابطه مستقیم داشته و این گونه قابل استدلال است که افزایش قطر سازه سبب کشیده شدن تیغه جریان از روی سرریز به زیر دریچه شده و عدم همسو بودن آن با جریان عبوری از دریچه موجب افزایش افت انرژی و متعاقب آن کاهش ضریب دبی می گردد. برازش های تجربی جهت به کمیت در آوردن رفتار ضریب دبی و دبی جریان عبوری از سازه استوانه ای متحرک در راستای عمود بر جهت جریان نیز ارائه شده است.

سازه ترکیبی سرریز- دریچه یکی از انواع سازه های اندازه گیری جریان در کانالهای باز بوده که با عبور همزمان مواد شناور از روی سرریز و مواد رسوبی از زیر دریچه قادر است دبی را با دقت مناسبی تخمین بزند. اغلب، سازه های اندازه گیری جریان به دلیل سازگاری با شکل مقطع کانال و یا هزینه های بالا با طولی کمتر از عرض کانال ساخته میشوند. هیدرولیک جریان در چنین سازه ای متفاوت از سازه هم عرض کانال میباشد. در تحقیق آزمایشگاهی حاضر خصوصیات جریان از جمله ضریب دبی سازه ترکیبی استوانه ای با فشردگی جانبی بررسی و نتایج با خصوصیات جریان در دو سازه سرریز و دریچه استوانه ای فشرده شده، مقایسه شده است. آزمایش ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه اوستفالیا در کشور آلمان، روی فلومی با طول 7.5 متر، عرض 30 سانتیمتر و ارتفاع 46 سانتیمتر، با استفاده از مدلهایی از هر سه نوع سازه با قطرهای 75، 110، 125 و 160 میلیمتر، بازشدگی ثابت 3 سانتیمتری دریچه، نسبتهای انقباض برابر سرریز و دریچه (b/b=0.2-1)، دو نوع دیواره تنگ کننده با لبه های گردشده و راست گوشه، و دبیهای مختلف در شرایط جریان آزاد انجام شد. نتایج نشان داد که برای هر سه نوع سازه، باافزایش عمق بالادست سازه(h)،در شرایط ثابت بودن سایر پارامترها، ضریب دبی افزایش مییابد؛ در حالی که با کاهش نسبت (b/b)نرخ تغییرات ضریب دبی در برابر(h/p) کاهش یافته و وابستگی ضریب دبی به عمق آب بالادست کم میشود. از سوی دیگر برای هر سازه، در یک (h/p) ثابت، با افزایش نسبت (b/b) ضریب دبی افزایش می یابد. همچنین مقایسه تأثیر شکل لبه های دیواره های تنگ کننده بر ضریب دبی هر سازه نشان میدهد، در شرایط مشابه، ضریب دبی سازه فشرده شده با دیواره های لبه گرد بیشتر از ضریب دبی سازه فشرده شده با دیواره راست گوشه میباشد. ضریب فشردگی جانبی جریان (cc) به عنوان پارامتری که تاثیر عوامل موثر در فشرده شدن خطوط جریان در تاج سازه را در بر دارد، در دو سازه سرریز و دریچه محاسبه شد که در محدوده (h/p=1.2-2.4 و b/b=0.2-1) در سرریزهایی با دیواره های فشردگی لبه گرد حدود 2 تا 15 درصد بزرگتر از ضریب فوق در سرریزهایی با دیواره های راست گوشه می باشد. همچنین ضریب فشردگی در محدوده (h/p=0.4-4.5 و b/b=0.6-1) به طور متوسط برای دریچه هایی با دیواره های لبه گرد حدود 1 تا 6 درصد بزرگ تر از دریچه هایی با دیواره های فشردگی راست گوشه می باشد. نتایج نشان می دهد برای هر سرریز و یا دریچه با یک (b/b) مشخص، با افزایش (h/p)، ضریب فشردگی جانبی جریان کاهش یافته و در یک عمق ثابت، کاهش نسبت (b/b) در هر سرریز یا دریچه، سبب کاهش cc میشود. مقایسه نتایج سه سازه استوانه ای نشان می دهد، ضریب دبی سرریز فشرده شده با همه ی نسبت های فشردگی در محدوده آزمایش همواره بیشتر از سازه ترکیبی سرریز- دریچه فشرده شده مشابه با همان نسبت فشردگی می باشد. این اختلاف در عمق های کم آب در کانال بیشتر بوده و با افزایش عمق آب، کمتر میشود. همچنین ضریب دبی سرریز- دریچه فشرده شده نسبت به ضریب دبی دریچه فشرده شده مشابه دارای دو روند متفاوت است. در عمقهای کم، ضریب دبی دریچه بدون سرریز بیشتر از سازه ترکیبی بوده در حالی که با افزایش عمق آب به تدریج ضریب دبی سازه ترکیبی از ضریب دبی دریچه بیشتر میشود.

ایمنی سد، هنر و علم حفظ یکپارچگی و عملکرد سدها به منظور پیشگیری از وقوع خطرهای غیر قابل جبران برای جان افراد، سرمایه های مالی و محیط زیست می باشد. این فرآیند، ترکیبی از تکنولوژی و تجربه در زمینه مدیریت ریسک است. در این تحقیق رفتار نگاری سد خاکی گلستان که در شمال ایران و در استان گلستان واقع شده است، در حین ساخت و اولین آبگیری مخزن سد، با استفاده از داده های ابزار دقیق سد و تحلیل برگشتی با نرم افزار پلکسیس، انجام شده است. ابزار بندی سد گلستان در چهار مقطع انجام شده است که در این تحقیق برای انجام تحلیل برگشتی بزرگ ترین مقطع ابزار بندی انتخاب شده است. در تحلیل استاتیکی سد، بیش ترین مقدار نشست ساختمانی در هر دو نشست سنج در نزدیکی یک دوم ارتفاع سد رخ داده است و مقادیر بیشینه برای نشست تجمعی در پایین دست سد و در نزدیکی تاج سد صورت گرفته است. تغییرات فشار آب حفره ای در حین ساخت و نخستین آبگیری مخزن سد در بالا دست سد نسبت به پایین دست سد مقدار بیشتری داشته است. مقدار بیشینه ی فشار آب حفره ای در آبگیری مخزن و حالت مخزن پر رخ داده است که مقدار قرائت شده آن از ابزار دقیق برابر با 605 کیلو نیوتن بر متر مربع و مقادیر نظیر آن حاصل از مدل سازی با مدل موهر- کلمب و خاک سخت شونده به ترتیب برابر با 595 و 610 کیلو نیوتن بر متر مربع است. مقدار بیشینه ی نشست سد در تحلیل دینامیکی پس از مدل سازی زلزله فریولی، در حالت انتهای ساخت و مخزن پر به ترتیب؛ 5/8 و 5/16 سانتیمتر به دست آمده است. تغییر مکان های افقی بیشینه در تحلیل دینامیکی سد مربوط به زمان مدل سازی زلزله ی فریولی در حالت مخزن پر سد است. جهت این تغییر مکان ها از بالا دست سد به سمت پایین دست است که بیش ترین مقدار آن 38 سانتی متر محاسبه شده است. مقادیر بالای ضریب اطمینان به دست آمده در تحلیل استاتیکی و دینامیکی سد گلستان، نسبت به حداقل ارقام ضریب اطمینان توصیه شده توسط سازمان مهندسی ارتش ایالات متحده آمریکا برای پایداری سدهای خاکی، گویای پایداری سد در هر دو حالت استاتیکی و دینامیکی است.

یکی از سازه های هیدرولیکی که در کانال ها می تواند جایگزین سرریز و دریچه شود، سازه ترکیبی سرریز- دریچه می باشد به طوری که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. سازه ترکیبی سرریز- دریچه دارای مزایایی نسبت به استفاده جداگانه هر یک از سازه ها، از جمله عبور همزمان مواد شناور و رسوبات می باشد. یکی از انواع آن ها، سازه ترکیبی نیم استوانه ای است که دارای ویژ گی هایی از جمله اقتصادی بودن، طراحی آسان، سهولت ساخت، ضریب آبگذری بالا می باشد. سرریز- دریچه نیم استوانه ای به دلیل انحنای سطح سرریز و در نتیجه آن چسبیدن تیغه جریان به بدنه سازه دارای ضریب آبگذری بیش تری نسبت به سرریز- دریچه های مشابه است.در سرریز- دریچه نسبت دبی عبوری از سرریز و دریچه بستگی به موقعیت سازه دارد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان عبوری از مدل فیزیکی سرریز- دریچه نیم استوانه ای که حول محوری خارج از مرکز نیم استوانه چرخیده به طوری که ارتفاع بازشدگی دریچه ثابت باقی مانده است، پرداخته شده است. آزمایش ها با شیب افقی در دوبخش مجزا که بخش اول در کانالی به طول5 متر و عرض 5/7 سانتی متر و بخش دوم در کانالی به طول 11 متر و عرض 30 سانتی متر انجام گرفت. سرریز- دریچه های استفاده شده لوله هایی توپر از جنس پی وی سی بودند. در بخش اول از چهار قطر 40، 50، 60، 70 میلی متر با بازشدگی ثابت دریچه 10 میلی متر و در بخش دوم از سه قطر 70، 120 و 160 میلی متر که با بازشدگی دریچه 40 میلی متر بود استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که در کانال های کوچک و بزرگ ضریب دبی سرریز- دریچه نیم استوانه ای به پارامتر بی بعد (نسبت عمق آب بالادست به بازشدگی دریچه) وابسته می باشد و در کانال کوچک با افزایش ضریب آبگذری افزایش می یابد. در حالی که در کانال بزرگ در پایین با افزایش آن، ضریب آبگذری ابتدا افزایش و سپس ثابت، ولی در بالا با افزایش آن، ضریب آبگذری افزایش می یابد. همچنین نتایج تحقیق حاضر در دو کانال حاکی از این می باشند که بیش ترین و کم ترین ضریب آبگذری به ترتیب در زوایای 330 و 90 درجه و بیش ترین و کم ترین پس زدگی آب به ترتیب در زوایای 90 و صفر درجه مشاهده شده است. علاوه بر این در یک عدد فرود مشابه در دو کانال، کمترین ضریب آبگذری مربوط به دو زاویه متقارن صفر و 180 درجه، و بیشترین ضریب آبگذری مربوط به دو زاویه متقارن 60 و 300 درجه است. همچنین محقق شد که در ثابت برای زوایای مورد بررسی با افزایش قطر، ضریب دبی سازه ترکیبی کاهش می یابد. به عبارتی علاوه بر زاویه قرارگیری انحنای نیم استوانه نسبت به افق، قطر سازه بر ضریب دبی سازه ترکیبی موثر می باشد.

در این تحقیق یک سازه با عملکرد همزمان تنظیم سطح آب و آبگیری، به عنوان آبگیر استوانه ای متحرک روزنه دار توسعه داده شده و به بررسی آزمایشگاهی عملکرد هیدرولیکی آن پرداخته شده است. در آبگیر های فعلی دو سازه جداگانه شامل سازه های تنظیم سطح آب و آبگیر برای کاهش نوسانات سطح آب بالادست سازه و داشتن دبی آبگیری کنترل شده با تغییرات دبی در کانال اصلی مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر آن در آبگیرهای مذکور مشکلاتی مانند میزان افت زیاد جریان و رسوب گذاری وجود داشته که در آبگیر معرفی شده، این مشکلات تاحدودی کاهش یافته است. در تحقیق فوق، پارامترهای موثر بر هیدرولیک این سازه (مستخرج از تئوری باکینگهام)، شامل قطر بدنه استوانه ای، میزان بازشدگی دریچه، دبی کانال اصلی، دبی انحراف یافته، عمق آب بالادست و شکل روزنه، مورد آزمایش قرارگرفته است. به طورکلی این تحقیق به سه بخش اصلی تقسیم گشته که شامل: (1) آنالیز هندسی، ابعادی و تحلیلی به منظور استخراج یک تئوری بنیادی قوی برای مطالعه و بررسی سازه (2) بررسی آزمایشگاهی که در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی ومنابع طبیعی ساری روی فلومی به طول 10 و عرض 3/0 متر در محدوده دبی4/0 تا 44 لیتر بر ثانیه برای آبگیر استوانه ای با روزنه های مستطیلی و دایره ای شکل با قطر بدنه استوانه¬ای درمحدوده 90- 150 میلی متر و قطر لوله انتقال ثابت 30 میلی متر برای تمام آزمایش ها به منظور بررسی تأثیر پارامترهای دبی کانال اصلی، قطر بدنه استوانه ای، عمق آب بالادست سازه، میزان بازشدگی دریچه و شکل روزنه روی دبی آبگیری انجام شده که محدوده عدد رینولدز و فرود در این آزمایش ها به ترتیب 1600-200000 و 1/0-45/0 به دست آمد. (3) آزمایش هایی که در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی عمران دانشگاه دانشگاه اوستفالیای آلمان روی فلومی به طول 7.5 و عرض 3/0 متر در محدوده 3/0-20 لیتر بر ثانیه با استفاده از سرریز استوانه ای با قطر ثابت 75 میلی متر به عنوان سازه آبگیر و سه حالت بدون لوله انتقال، با لوله انتقال با قطرهای 2 و 3 سانتی متر به منظور بررسی نسبت مساحت ورودی به مساحت لوله انتقال روی دبی آبگیری و ضریب دبی روزنه انجام گردید. بر اساس نتایج به دست آمده از بخش تئوری، بهترین محل محور دوران سازه، در فاصله d/2 (شعاع لوله آبگیر) از محیط استوانه بوده که می تواند حداکثر نوسان ارتفاعی سازه در راستای قائم را محقق سازد. با توجه به لزوم آبگیری در تمام حالات عملکرد هیدرولیکی استوانه (سرریز، سریز- دریچه و دریچه) و ایجاد ارتفاع آب مناسب روی روزنه ها، بر اساس تحلیل ریاضی، مناسب¬ترین موقعیت آنها در نزدیکترین محل به محور لوله آبگیر تعیین گردیده است. همچنین، نتایج بخش اول آزمایش ها نشان می دهد که در حالت آبگیری از عملکرد هیدرولیکی سرریز برای تمامی نمونه های آزمایش شده با افزایش دبی کل، دبی آبگیری ابتدا افزایش، سپس روندی کاهشی به خود میگیرد. به طوری که درمقدار دبی های زیاد کانال اصلی مقدار دبی آبگیری بسیار کمتر از دبی آبگیری در دبی های کم می گردد، در حالت آبگیری از عملکرد هیدرولیکی سرریز- دریچه با بازشدگی زیاد، دبی آبگیری آبگیر استوانه ای با روزنه¬های مستطیل شکل بیشتر از دبی آبگیری آبگیر با روزنه های دایره ای شکل و در حالت آبگیری از عملکرد سرریز و سرریز-دریچه با بازشدگی کم، عکس آن صادق می باشد. به علاوه، با استفاده از این سازه در محدوده وسیعی از تغییرات دبی در کانال اصلی می توان دبی آبگیری را با چرخش سازه و تغییر عملکرد هیدرولیکی آن ثابت نگه داشت. در نهایت، براساس نتایج بخش دوم آزمایشات که به منظور تأثیر نسبت مساحت روزنه های ورودی به مساحت لوله انتقال انجام شد، در یک مقدار هد ثابت آب روی روزنه با کاهش نسبت مساحت ورودی به مساحت لوله انتقال ضریب دبی روزنه افزایش یافته و حداکثر ضریب دبی زمانی رخ می دهد که قطر لوله انتقال برابر با قطر بدنه استوانه ای می باشد.

چکیده: قرارگیری هر نوع سازه در مسیر جریان آب در شبکه¬های آبیاری و زهکشی سبب تحت تاثیر قرار گرفتن مشخصات هیدرولیکی جریان در اطراف سازه(بالادست و پایین¬دست) می¬گردد. سرریز-دریچه استوانه¬ای یکی از سازه¬های کنترل و تنظیم سطح آب بوده که به علت تداخل جریان عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه، سبب پیچیده شدن رفتار جریان اطراف خود می-گردد، از طرفی شناخت رفتار جریان در بالادست و پایین¬دست سازه می¬تواند نقش بسزایی در طراحی صحیح و اصولی آن ایفا نماید. استفاده از مدل¬های عددی در شبیه¬سازی جریان دارای مزایایی چون، سرعت اجرای بالا، اقتصادی بودن و عدم نیاز به مکان فیزیکی جهت اجرا، نسبت به مدل¬های آزمایشگاهی می¬باشد. نرم¬افزار فلوئنت یکی از قوی¬ترین نرم¬افزارهای هیدرولیک محاسباتی بوده که قادر به شبیه¬سازی جریان¬های هیدرولیکی می¬باشد، لذا در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت جریان اطراف سرریز- دریچه استوانه¬ای شبیه¬سازی گردیده، بدین صورت که، ابتدا مدل¬های مختلف آشفتگی در شبیه¬سازی جریان بررسی شده و سپس بهترین مدل انتخاب و با شبیه¬سازی جریان اطراف سازه و مقایسه آن با داده¬های آزمایشگاهی سرعت و پروفیل سطح آب (استفاده شده از پایان¬نامه کارشناسی ارشد آقای مهندس قره¬گزلو(1390)) مدل صحت¬سنجی شده و سپس با استفاده از مدل صحت¬سنجی شده، پروفیل های سرعت در بالادست و توزیع فشار و پروفیل سرعت روی بدنه سازه شبیه سازی، استخراج و بررسی شده است. نتایج نشان داد که مدل فلوئنت قادر به شبیه¬سازی میدان جریان بالادست سازه با دقت بالایی بوده ولی در شبیه¬سازی جریان پایین¬دست سازه دارای خطای زیادی می¬باشد و مشاهده گردید که با قرارگیری سرریز-دریچه استوانه¬ای در مسیر جریان، میدان جریان بالادست تا فاصله¬ای حدود دو برابر قطر سازه تحت تاثیر قرار می¬گیرد، همچنین در یک دبی و بازشدگی ثابت، با افزایش قطر سرریز-دریچه، نقطه سکون به موازات محور عمودی سازه به سمت بالا، و دریک قطر و دبی ثابت، با کاهش میزان بازشدگی نیز، به موازات محور عمودی سازه به سمت پایین و در یک قطر و بازشدگی ثابت، با افزایش دبی در راستای محور عمودی سازه به سمت پایین منتقل می¬شود و در فاصله 1 میلی¬متری از بدنه، میزان حداکثر و حداقل سرعت روی سرریز و زیر دریچه رخ می¬دهد. همچنین در یک دبی و بازشدگی ثابت، با افزایش قطر میزان فشار منفی روی سرریز افزایش یافته و محل آن از تاج دور شده و به پایین¬دست انتقال می¬یابد. کلمات کلیدی: میدان جریان، فلوئنت، سرریز- دریچه استوانه¬ای، پروفیل سرعت، توزیع فشار.

به هر گونه حرکت توده ای از خاک یا سنگ و یا ترکیبی از هر دو که ممکن است در شیروانی های خاکی مصنوعی و طبیعی رخ دهد، زمین لغزه می گویند. این پدیده بیش¬تر از هر چیز ناشی از دست بردن بشر در شیب¬های طبیعی است. در زمین لغزش، محدوده¬ی سرعت توده ممکن است بسیار کم مانند خزش یا بسیار زیاد مانند سقوط ناگهانی باشد. در شیروانی¬هایی که به هر دلیلی زمین¬لغزش در حال شروع، گسترش و یا انجام گرفتن است، موضوع پایدارسازی آن¬ها مطرح می شود که یکی از این روش¬های پایدارسازی، نصب شمع است. برای ارزیابی پایداری یک شیروانی از معیار ضریب اطمینان استفاده می¬شود. در این مطالعه از روش نصب شمع به¬عنوان یک راه¬حل پیشگیرانه برای ثبات در شیروانی استفاده شده است. در این روش سطح گسیختگی به لایه¬های پایدار زیرین دوخته شده و پایداری شیروانی تأمین می-گردد. در استفاده از این روش باید شناخت کاملی از حدود و عمق سطح لغزش در اختیار باشد تا امتداد شمع¬ها از سطح لغزش عبور کند و در لایه¬ی پایدار زیرین فرو رود. در این روش، برای تأمین پایداری کلی شیروانی به همراه شمع¬های داخل آن، بایستی پایداری شمع و شیروانی به طور جداگانه برآورده شود. در این تحقیق پایداری و پایدارسازی دو شیروانی مصنوعی و طبیعی مورد بررسی قرار گرفت که شیروانی طبیعی یکی از پروفیل¬های طولی محور آزاد مهر آلاشت است. محدوده¬ی مورد مطالعه در جنوب دریای خزر و در شمال غربی شهر پل سفید واقع است. مقطع عرضی و داده¬های فیزیکی و مکانیکی منطقه¬ی مورد مطالعه از گزارش ژئوتکنیک منطقه¬ی سوادکوه استخراج گردید و مورد استفاده قرار گرفت. نرم¬افزار مورد استفاده در این تحقیق نرم¬افزار المان محدود پلکسیس سری 8.2 است. در این کار بعد از ارزیابی پایداری دو شیروانی مصنوعی و طبیعی، نحوه¬ی تغییرات ضریب اطمینان به ازای فاصله¬های مختلف از پنجه و طول¬های مختلف شمع مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین فاصله¬ی مناسب شمع از پنجه¬ی شیروانی باید دو معیار در نظر گرفته شد، اول ایمنی شیروانی که با ضریب اطمینان مطلوب بدست می¬آید، دوم ایمنی شمع که تغییر مکان آن باید از حدی کم¬تر باشد. برای تعیین طول مناسب شمع هم باید کم¬ترین نیروی برشی و گشتاور خمشی به آن وارد شود. درنهایت با مقایسه¬ی ضریب اطمینان شیروانی مصنوعی و طبیعی به¬ترتیب با مقدارهای 1.6 و 1.3 از شمع¬هایی به¬طول 13.85 و 6.8 متر که در فاصله¬ی 11.5 و 3.78 متر از پنجه هستند و ضریب اطمینان¬های 1.6594 و 1.22 را ایجاد کردند، استفاده شد. فاصله¬های بهینه¬ی یاد شده به¬طور تقریبی در وسط شیروانی واقع شدند که با مطالعات گذشته تطبیق دارد.

ی بخشی از سازه است که برای انتقال بار به خاک زیرین به کار می رود. در صورتی که خاک های نزدیک سطح زمین توانایی تحمل بار را نداشته باشند از پی عمیق یا شمع استفاده می شود. شمع ممکن است تحت تاثیر بار قائم، بار جانبی یا ترکیب بار قائم و جانبی قرار گیرد. در این پایان نامه به بررسی رفتار سیستم شمع- خاک تحت تاثیر بار جانبی به روش المان محدود پرداخته شده است. به این منظور ابتدا نرم افزار المان محدود پلکسیس دو بعدی مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با توجه به سه بعدی بودن مسئله ی شمع تحت بار جانبی نرم افزار پلکسیس سه بعدی فونداسیون مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی رفتار خاک با مدل موهر- کولمب و شمع به صورت الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. هم چنین به بررسی تاثیر برخی پارامترها نظیر rint و ضریب پوآسون، مقطع عرضی شمع، نسبت لاغری و تاثیر بار قائم بر رفتار جانبی شمع پراخته شده است. طبق این بررسی نرم افزار پلکسیس سه بعدی فونداسیون ظرفیت باربری را بیش تر تخمین می زند. بار قائم سبب افزایش ظرفیت باربری جانبی شمع می شود؛ اما با افزایش بار قائم اثر آن بر بهبود ظرفیت باربری جانبی کاهش می یابد. نسبت لاغری بر افزایش ظرفیت باربری موثر است. با افزایش نسبت لاغری از تاثیر آن بر افزایش ظرفیت باربری جانبی کاسته می شود؛ در واقع افزایش طول بیش از مقدار معینی در ظرفیت باربری تاثیر نخواهد داشت. مقطع عرضی بر ظرفیت باربری تاثیرگذار است. مقطع مربع به دلیل سطح تماس بیش تر با خاک دارای ظرفیت باربری بیش تری نسبت به مقطع دایره ای است.پ.

کاربرد سازه استوانه¬ای و نیم¬استوانه¬ای نسبت به سازه¬هایی با اشکال دیگر (مثلثی، مستطیلی و...) دارای مزایایی چون هزینه کم، طراحی آسان، سهولت ساخت و ضریب دبی بالاتر می¬باشد. سرریز- دریچه نیم¬استوانه¬ای یکی از سازه¬های کنترل و تنظیم سطح آب بوده که به علت تداخل جریان عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه، سبب پیچیده شدن رفتار جریان اطراف خود می¬گردد، از طرفی شناخت رفتار جریان در بالادست و پایین¬دست سازه می¬تواند نقش بسزایی در طراحی صحیح و اصولی آن ایفا نماید. استفاده از مدل¬های عددی در شبیه¬سازی جریان دارای مزایایی چون، سرعت اجرای بالا، اقتصادی بودن و عدم نیاز به مکان فیزیکی برای اجرا، نسبت به مدل¬های آزمایشگاهی می¬باشد. لذا تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی و عددی میدان جریان اطراف سرریز- دریچه نیم¬استوانه¬ای، متمرکز شده است. در این مطالعه پارامترهای اصلی تاثیر گذار بر ضریب دبی جریان عبوری به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. به علاوه افت انرژی جریان عبوری نیز به کمیت در آمده است. پارامترهای تاثیرگذار بر سیستم مورد مطالعه در قالب شناسه¬های بدون بعد با استفاده از تئوری پای باکینگهام به دست آمده است. آزمایش¬ها در یک کانال آزمایشگاهی مستطیلی به طول 8 متر، عرض 0/282 متر و عمق 0/3 متر بر بستر صاف در آزمایشگاه پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، انجام شده¬اند. مدل¬های فیزیکی نیم¬استوانه¬ای از جنس لوله¬های پلاستیکی (pvc) با قطرهای 70، 120 و 160 میلی¬متر مورد استفاده قرار گرفتند. آزمایش¬ها در ارتفاع بازشدگی¬های مختلف بین صفر تا شعاع سازه و در دبی¬های متفاوت صورت گرفته است. نسبت ارتفاع سازه به عرض کانال محدوده 0/57> d/b > 0/25 را پوشش داده است. آزمایش¬ها در شرایط جریان آزاد انجام شده است و جریان ورودی محدوده 0/55 > f_r > 0/012 و 500000 > r_e > 25000 را در برگرفته است. به عبارت دیگر، در آزمایش¬ها جریان ورودی به صورت زیربحرانی- آشفته بوده است. سپس با استفاده از نرم¬افزار فلوئنت جریان اطراف سرریز نیم¬استوانه¬ای شبیه¬سازی گردیده، بدین صورت، که ابتدا مدل¬های مختلف آشفتگی در شبیه¬سازی جریان بررسی شده و سپس بهترین مدل انتخاب و با شبیه¬سازی جریان اطراف سازه و مقایسه داده¬های آزمایشگاهی سرعت و پروفیل سطح آب مدل صحت¬سنجی شده و سپس با استفاده از مدل صحت¬سنجی شده، پروفیل¬های سرعت در بالادست سازه شبیه¬سازی و بررسی گردید. نتایج مطالعه حاضر حاکی از آن است که تغییرات نسبت بازشدگی دریچه به عمق آب بالادست به ضریب دبی جریان عبوری از سازه رابطه عکس داشته، به گونه¬ای که با چرخش سازه حول مرکز، بیشترین ضریب دبی مربوط به زوایه 45 درجه و کمترین مربوط به زاویه صفر درجه می¬باشد. تغییرات نسبت عمق آب بالادست به تصویر سازه با ضریب دبی رابطه مستقیم داشته، به گونه¬ای که بیشترین ضریب دبی مربوط به زاویای 90 و 120 درجه و کمترین ضریب دبی مربوط به زاویه 180 درجه می¬باشد. همچنین مشاهده شده است که ضریب دبی سازه ترکیبی در محدوده 1/6- 0/4 متغیر بوده است. روند تغییرات ضریب دبی در مقابل تغییرات زاویه قرارگیری نشان می¬دهد بیشترین مقدار ضریب دبی مربوط به زوایای 90 و 120 درجه در حالت انحنا به سمت بالادست و 90 و 150 درجه در حالت انحنا به سمت پایین¬دست می¬باشند. همچنین بررسی¬ها نشان می¬دهد بیشترین مقدار برگشت آب مربوط به زاویه 90 درجه و کمترین مقدار مربوط به زاویه صفر و 180 درجه می¬باشند. همچنین مشاهده شده است تغییرات افت انرژی با تغییرات زاویه روند سینوسی دارد، به طوری که کمترین میزان افت در زوایای صفر و 180 درجه ایجاد می¬گردد. بعلاوه نتایج حاصل از شبیه¬سازی، حاکی از آن¬ است که مدل فلوئنت قادر به شبیه¬سازی میدان جریان بالادست سازه با دقت بالایی بوده ولی در شبیه¬سازی جریان پایین¬دست سازه دارای خطای زیادی می¬باشد و مشاهده می¬گردد که با قرارگیری سازه نیم¬استوانه¬ای در مسیر جریان، میدان جریان بالادست تا فاصله¬ای حدود دو برابر قطر سازه تحت تاثیر قرار می¬گیرد.

راه ماهی ها، به دلیل نقش مهمی که در مهاجرت آبزیان و بقا نسل آن ها دارند، از اجزای اصلی سازه های تقاطعی از جمله سدها می باشند. در سالیان اخیر، توسعه مطالعات و احداث سدهای لاستیکی در فواصل نزدیک به دریا، بر روی رودخانه های شمال کشور، لزوم احداث راه ماهی های منطبق با محیط زیست را ضروری می سازد. احداث سدهای لاستیکی در نزدیکی دریا، موجب قطع تردد ماهیگیران و در نتیجه ایجاد تنش های اجتماعی متعددی گردیده است. کانال ماهی_قایق رو ایده ای نو برای راه ماهی می باشد که حداکثر انطباق را با شرایط زیست محیطی داشته و در آن برای ایجاد تلفات انرژی در مجرای عبور ماهی، از برس های مشابه پوشش گیاهی مصنوعی، استفاده شده است. از آنجاکه این برس ها، شعاع خمش مناسبی دارند، امکان عبور قایق های کوچک ماهیگیری نیز در آن ها وجود دارد. در این تحقیق انواع مختلف راه ماهی های متداول، معرفی و مبانی هیدرولیکی و استانداردهای طراحی آن ها ارائه شده است. جهت بررسی کارایی این راه ماهی ها در استان مازندران، از تعدادی از راه ماهی های اجرا شده بر روی رودخانه های این استان در فصول مختلف سال، بازدید به عمل آمد. پس از استخراج مبانی طراحی هیدرولیکی کانال ماهی_قایق رو، یک نمونه از این نوع راه ماهی برای سد لاستیکی فرح آباد ساری طراحی شد و با راه ماهی بازشدگی قائم مقایسه شد. در بخش دیگری از این تحقیق، جهت تکمیل ضوابط طراحی هیدرولیکی کانال ماهی_قایق رو، مدل آزمایشگاهی این نوع راه ماهی برای سه نوع چیدمان مختلف، در شیب های متفاوت کانال و در دبی های مختلف انجام شده است. با بازدید و بررسی تعدادی از راه ماهی های اجرا شده بر روی رودخانه های تجن، نکا و بابلرود که از نوع حوضچه_ سرریز و بازشدگی قائم است، مشاهده شد، مشکلات عدیده ای در طراحی و بهره برداری این نوع راه ماهی ها وجود دارد که از جمله آن مشکلات طراحی راه ماهی سازه تثبیت بستر اردشیر -محله روی رودخانه تجن، بهره برداری نامناسب از راه ماهی تاسیسات آبگیری و تثبیت بستر سمسکنده و مشکلات ناشی از انباشته شدن رسوب در سازه آبگیری گنج افروز بابلرود می باشند. نتایج حاصل از مقایسه طراحی با راه ماهی های متداول نشان داد که در یک عمق ثابت جریان، مقادیر سرعت حداکثر در حوضچه های کانال ماهی_قایق رو کمتر از راه ماهی بازشدگی قائم می باشد. همچنین دبی مورد نیاز برای رسیدن به عمق مشخص در این راه ماهی، در مقایسه با راه ماهی بازشدگی قائم، اختلاف قابل توجهی ندارد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل مدل فیزیکی نشان داد، با استقرار برس در کانال، مقدار سرعت متوسط 70% کاهش می یابد. با افزایش عمق جریان آب تا تراز استغراق، ضریب مانینگ افزایش می یابد و در حالت مستغرق، کاهش می یابد. حداکثر ضریب مانینگ در آستانه استغراق رخ می دهد که در چیدمان اول، دوم و سوم، به ترتیب 16/0، 136/0 و 071/0 می باشد. همچنین رابطه بی بعد تعیین ضریب زبری مانینگ، در شرایط استغراق برس ها برای چیدمان اول و دوم ارائه شده است.

بررسی عملکرد سدهای بتنی در اثر تغییرات دمای محیط مرتبط با سد به منظور پایش عملکرد آن از درجه ی بالای اهمیت برخوردار است. در سدهای بتنی قوسی با توجه به عملکرد سه بعدی المان های سد، توزیع حرارت، تنش ها و کرنش های بوجود آمده در بدنه ی سد ناشی از بارگذاری های عمده ی استاتیکی یعنی وزن، تغییرات دما و تراز مخزن، می بایست به طور مداوم مورد ارزیابی قرار گیرد. در این تحقیق، مدل سه بعدی از سد بتنی دو قوسی شهید رجایی به روش اجزای محدود جهت تعیین رفتار حرارتی مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین توزیع دمای بدنه ی سد از اطلاعات قرائت شده در طول دوره ی بهره برداری استفاده شده است. نتایج این تحقیق موید صحت آنالیز سه بعدی در نرم افزار ansys و با استفاده از المان 20 گرهی سه بعدی به روش اجزای محدود و دقت بالای مدل عددی در مقایسه با نتایج ثبت شده ی بدست آمده از پایش سالانه ی سد است. همچنین نتایج حاصل از بارگذاری های حرارت، وزن جسم سد و بار هیدرواستاتیک مخزن، نشان دهنده ی عملکرد مناسب سد تحت بارهای اشاره شده است.

سرریزها برای اندازه گیری جریان در کانال های روباز مورد استفاده قرار می گیرند. سرریزها متناسب با شرایط و دقت مورد نیاز برای اندازه گیری دبی جریان دارای مقاطع مختلفی می باشند. سرریزهای استوانه ای نسبت به سرریزهای دیگر مانند مثلثی و مستطیلی دارای مزایایی مانند هزینه کم، طراحی آسان، سهولت ساخت و ظرفیت زیاد جریان می باشند. در این تحقیق به بررسی اثر تیغه منحرف کننده جریان روی خصوصیات هیدرولیکی جریان در سرریز- دریچه استوانه ای با قطر ثابت و ابعاد مختلف تیغه منحرف کننده پرداخته شده است. در این مطالعه پارامترهای اصلی موثر بر ضریب دبی جریان (cd) به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. پارامترهای موثر بر سیستم مورد مطالعه در قالب پارامترهای بدون بعد و توابع مورد نظر با استفاده از تئوری پی باکینگهام به دست آمده اند. آزمایش ها در فلوم آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی به طول 11متر، عرض 30 سانتی متر و عمق 70 سانتی متر روی بستر صاف و صلب با شیب ثابت در آزمایشگاه هیدرولیک انجام شد. مدل فیزیکی سرریز-دریچه استوانه ای از لوله پلاستیکی به قطر 110میلی متر ساخته شد.