بسیاری از جریانهای با سطح آزاد در تعامل با اثرات پوشش گیاهی می باشند. برای مثال انتقال آب در مجاری طبیعی با پوشش گیاهی در حاشیه و در داخل کانال ، الگوی کاملاً خاص جریان از نظر توزیع سرعت و توزیع تنش رینولدز را نشان می دهد که ضرورت توجه ویژه ای را در مطالعه تعامل آب،مواد رسوبی و پوشش گیاهی در بررسی های هیدرودینامیک و مهندسی رودخانه ایجاب می- نماید.با وجود تأثیر پوشش گیاهی در عملکرد هیدرو دینامیکی و اکولوژیکی سیستم های زیست محیطی در ساختار جریان غیریکنواخت،دراین زمینه مجهولات زیادی برای بررسی و ارائه راهکارهای مناسب هنوز وجود دارد. هدف از تحقیق حاضر مطالعه توزیع سرعت و تغییرات مقاومت جریان ناشی ازتغییرات پوشش گیاهی جدار کانال می باشد. در این تحقیق از دستگاه سرعت سنج adv به منظور برداشت داده های آزمایشگاهی استفاده شد و توزیع های تنش رینولدز و توربولانس مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها در یک کانال به طول m 8 ، عرضcm 40 و عمق cm 60 ( سطح مقطع مستطیلی) که در کف آن ذرات شن به قطر متوسط حدود cm 2 ریخته و در جدار آن پوشش گیاهی چسبانده شد انجام گرفت. آزمایشات در قالب 11 سری آزمایشی شامل یک سری آزمایشی بستر بدون شیب و جدار با پوشش گیاهی، یک سری آزمایشی بستر با شیب 2%- و جدار بدون پوشش گیاهی و 9 سری با سه شیب و سه دبی متفاوت انجام شد. تعداد مقاطع نمونه برداری در هر سری 3 مقطع و برای سری های با پوشش گیاهی در هر مقطع سه نیمرخ سرعت بودند. نتایج نشان داد که محل وقوع مقادیر سرعت حداکثر برای بستر شیب دار نسبت به بستر بدون شیب به کف کانال نزدیک تر بود. نیمرخ های سرعت برداشت شده در فواصل 6 و 3 سانتی متری از جدار به صورت نیمرخ های s شکل ظاهر شدند. در حضور پوشش گیاهی حد اعتبار قانون لگاریتمی نسبت به حالت عدم حضور پوشش گیاهی بالاتر بوده و ضخامت ناحیه داخلی بیشتر می باشد. مقادیر تنش های برشی درحالت حضور پوشش گیاهی بیشتر از مقادیر مشابه در حالت عدم حضور پوشش گیاهی می باشد. تغییر دبی تغییری در نیمرخ های سرعت و مقادیر سرعت نقطه ای در محور مرکزی کانال ایجاد نکرد، ولی در فواصل 3 و 6 سانتی متری از جدار پوشش گیاهی با افزایش دبی سرعت در ناحیه داخلی کاهش داشت. با افزایش شیب مقادیر تنش برشی در محور مرکزی کانال کاهش می یابد، که البته این کاهش چشمگیر نمی باشد. نتایج نشان داد که در محور مرکزی کانال در نزدیکی بستر و محدوده 3/0 = y/h مقادیر تنش نرمال پراکنده اند. این پراکندگی برای شیب 5/2 %- بیشتر بوده و مقادیر عددی آنها نیز بزرگتر می باشند. پس از 3/0 = y/h و تا سطح آب مقادیر تنش های نرمال برای شیب های مختلف و در محور مرکزی کانال تفاوت محسوسی نداشته و توزیع های بر هم منطبق می باشند، ولی با نزدیک شدن به جدار پوشش گیاهی مشاهده می شود که با افزایش شیب مقادیر تنش نرمال افزایش می یابد. از سویی مقایسه تنش های نرمال برای فواصل 3 و 6 سانتی متری از جدار پوشش گیاهی نشان داد پراکندگی داده ها کمتر می شود.

رودخانه ها شریان های اصلی حیات کلیه سازه های آبی محسوب می شوند و حفاظت و بهره برداری بهینه از آنها و همچنین حراست از بستر و حریم آنها از مهم ترین مسئولیت های انسان می باشد. به این لحاظ، شناخت رودخانه ها و مطالعه ساختار جریان و تغییرات بستر آنها بسیار حائز اهمیت است. اندازه، حجم و دینامیک انتقال رسوب کنترل قابل توجهی بر شکل گیری مقطع یک رودخانه دارد. این مسئله به نوبه خود سبب ایجاد و تحکیم زیستگاه گیاهان و جانوران آبزی در سیستم رودخانه می گردد. در این بین پوشش گیاهی اثر بسیار زیادی بر کمیت، کیفیت و انتقال رسوب درآنها دارد. زبری ایجاد شده توسط پوشش گیاهی در دیوار کانال ها و سیلاب دشت رودخانه-ها عمیقاً بر شکل هندسی، هیدرولیک و مقاومت جریان در آنها اثر گذاشته و بنابراین در انتقال رسوب موثر می باشد. در واقع برهم کنش رسوب، جریان و پوشش گیاهی عامل تعیین کننده در مورفودینامیک رودخانه ها می باشد. به دلیل اهمیت شکل های بستر نظیر تلماسه ها در کنترل میزان انتقال رسوب، تولید توربولانس و ایجاد مقاومت جریان، ضرورت مطالعه جزئیات برهم کنش پوشش گیاهی، شکل-های بستر و ساختار جریان بیش از پیش مطرح می گردد. هدف از تحقیق حاضر بررسی ساختار جریان بر روی تلماسه ها در حضور پوشش گیاهی کناری بود. بدین منظور، اندازه گیری های آزمایشگاهی بر روی تلماسه های پنجم و ششم یک سری 7 تایی از تلماسه های شنی دوبعدی مصنوعی در دو حالت وجود و عدم وجود پوشش گیاهی هدایت گردید. این تلماسه ها دارای طول موج 96/0 متر، ارتفاع 08/0 متر و عرضی برابر با عرض فلوم بودند. شیب وجه پایین دست تلماسه ها با توجه به یکی دیگر از اهداف تحقیق که بررسی تأثیر تغییر شیب وجه پایین دست تلماسه بر روی جریان بود، دو زاویه 28 و 35 درجه در نظر گرفته شد. شن مورد استفاده برای ساختن تلماسه ها دارای قطر متوسط 10 میلیمتر بود. دیوارهای فلوم توسط ساقه های برنج با قطر متوسط 7/2 میلیمتر و تراکم متوسط توزیع ساقه برابر با 400 ساقه در هر متر به منظور شبیه سازی پوشش گیاهی کناری رودخانه پوشانده شد. تأثیر فاصله از پوشش گیاهی دیوار روی توزیع های سرعت، شدت توربولانس و تنش رینولدز نیز بررسی شده است. اندازه گیری داده-های سرعت و آشفتگی توسط دستگاه adv با فرکانس hz200 و به مدت 2 دقیقه در هر نقطه انجام گردید. با توجه به فرکانس و مدت زمان اندازه گیری، 24000 داده سرعت در هر نقطه ثبت گردید که با توجه به تعداد زیاد نیمرخ ها بالغ بر44 میلیون داده سرعت در کل آزمایشات حاصل گشت. داده ها توسط نرم افزار winadv مورد فیلتراسیون قرار گرفت و سپس برای آنالیز ساختار جریان مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان می دهند با وقوع جدایی جریان در تاج تلماسه، خطوط جریان به سمت بستر کشیده می شوند و سرعت های افقی بسیار منفی درست پایین دست تاج رخ می دهد. سرعت های عمودی مثبت در ناحیه جدایی نشان دهنده ناحیه چرخشی قوی بویژه نزدیک وجه شیب دار پایین دست می باشد. همچنین، تنش برشی بستر ابتدا افزایش می یابد تا به ماکزیمم مقدار روی وجه بالادست تلماسه برسد. پس از آن تا مینیمم مقدار روی تاج تلماسه کاهش می یابد. نتایج همچنین نشان می دهد که موقعیت ماکزیمم شدت توربولانس در طول ناحیه جدایی جریان هدایت می شود و سیال آشفته را از لایه برشی آزاد بلافاصله پایین دست تاج تلماسه به سمت بستر می آورد. شدت توربولانس بالا و تنش های رینولدز زیاد بوسیله سرعت کم در ناحیه چرخشی جریان مشخص می شوند جایی که ناحیه خارجی جریان بوسیله سرعت بالا، شدت توبولانس و تنش های رینولدز کم محدود می-شود. با رسم نقشه سرعت افقی به صورت منحنی های هم سرعت در هر سری مشخص شد که طول ناحیه جدایی جریان برای حالت بدون پوشش گیاهی بیشتر از حالت وجود پوشش گیاهی، و همچنین برای شیب 35 درجه بیشتر از شیب 28 درجه بود. بیشتر بودن تنش های رینولدز در حالت حضور پوشش گیاهی نیز افزایش مقاومت جریان در حضور پوشش گیاهی را تصدیق می نماید.

شرایط آبراهه ها و رودخانه های موجود در طبیعت بسیار متنوع است ولی تقریباً در همه آنها جریان به صورت آشفته و از نظر هیدرولیکی زبر است و به طور معمول پوشش گیاهی به عنوان یک عامل طبیعی در این محیط ها وجود دارد. به طور کلی شرایط جریان در بستر های درشت دانه بسیار پیچیده است و حضور پوشش گیاهی به عنوان یک عامل مولد آشفتگی این پیچیدگی را تشدید می کند. در این تحقیق ویژگی های جریان آشفته برای تراکم های مختلف قلوه سنگ در بستر و حضور پوشش گیاهی در جدار کانال شامل نیمرخ های سرعت، محل وقوع حداکثر مقدار سرعت، ناحیه داخلی لایه مرزی، ناحیه خارجی لایه مرزی، توزیع تنش برشی رینولدز، شدت های آشفته و انرژی جنبشی آشفته مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعه در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان در فلومی به طول 8 متر، عرض 40 و عمق 60 سانتی متر با استفاده از قلوه سنگ هایی به قطر میانه 85 میلی متر تحت جریان یکنواخت با شیب بستر صفر صورت گرفت. آزمایش ها در دو سری انجام شد، در سری اول جدار کانال فاقد پوشش گیاهی بود و در سری دوم با حفظ شرایط بستر، پوشش گیاهی نی در جدار کانال قرار داده شد. نیمرخ های سرعت در ناحیه کاملاً توسعه یافته جریان برداشت شد، این اندازه گیری ها علاوه بر محور مرکزی کانال در فواصل مختلف از جدار نیز انجام گردید. اطلاعات نیمرخ های برداشت شده به وسیله دستگاه adv با استفاده از نرم افزار winadv غربال شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان دهنده این است که الگوی توزیع ویژگی-های آشفته در عمق جریان با تغییر تراکم های قلوه سنگ در بستر تقریباً ثابت می ماند ولی مقادیر این پارامتر ها در عمق های نسبی مختلف دستخوش تغییر می گردد به این صورت که در تراکم های بالاتر مقادیر سرعت در ناحیه داخلی کمتر و در ناحیه خارجی بیشتر است، در حالی که در مورد تنش برشی با افزایش تراکم قلوه سنگ در بستر مقادیر این پارامتر در ناحیه داخلی افزایش و در ناحیه خارجی (تا محل وقوع حداکثر مقدار سرعت) کاهش یافت. علاوه بر این پوشش گیاهی موجود در جدار به صورت قابل توجهی بر ساختار جریان آشفته در بستر قلوه سنگی تاثیر می گذارد و با تشدید جریان های ثانویه و افزایش آشفتگی و همچنین جذب مومنتم در فواصل نزدیک به پوشش گیاهی باعث تغییر در روند و مقدار پارامتر های جریان آشفته می شود به نحوی که مقادیر فرورفتگی حداکثر مقدار سرعت (dip)، حد بالای اعتبار قانون لگاریتمی، شدت های آشفته و انرژی جنبشی آشفته در این حالت افزایش یافته است. کلمات کلیدی: توزیع سرعت، تنش رینولدز، بستر قلوه سنگی، پوشش گیاهی دیواره

چکیده به لحاظ اهمیتی که رودخانهها در برآورد نیازهای بشری از دیرباز تاکنون داشتهاند و روند رو به رشد آلودگی آبهای سطحی، مطالعه در زمینه فرآیندهای اختلاط جهت استفاده مجدد از آبهای آلوده برای مدیریت این منابع طبیعی حائز اهمیت میباشد. نظر به اهمیت شکلهای بستر نظیر تلماسهها در کنترل میزان انتقال رسوب، تولید توربولانس و مقاومت جریان و همچنین نقش پوشش گیاهی در انتقال جریان و جرم در رودخانهها، کانالها و تالابها، ضرورت مطالعه ضریب اختلاط آلاینده روی تلماسهها و بررسی آن در اثر برهم کنش پوشش گیاهی و شکلهای بستر بیش از پیش مطرح میگردد. هدف از تحقیق حاضر بررسی ضریب اختلاط عرضی و همچنین بررسی ساختار جریان روی تلماسهها در حضور پوشش گیاهی بر دیوارهها میباشد. به منظور بررسی ضریب اختلاط عرضی، اندازهگیریهای آزمایشگاهی روی تلماسه پنجم تا نهم در یک سری ده تایی از تلماسههای شنی دوبعدی مصنوعی در دو حالت با و بدون پوشش گیاهی انجام گردید. این تلماسهها دارای طول موج یک متر، دو ارتفاع تاج04/0 و 08/0 متر، شیب وجه پایین دست 28 درجه و عرضی برابر عرض کانال بودند. شن مورد استفاده برای ساخت تلماسهها دارای قطر متوسط 14 میلیمتر بود. برای شبیهسازی پوشش گیاهی کناری رودخانهها از ساقه برنج استفاده گردید. به منظور بررسی تأثیر نسبت ظرافت بر ضریب اختلاط عرضی روی تلماسه در دو حالت با و بدون پوشش گیاهی در کنارههای کانال از پنج عمق مختلف استفاده شد. دادههای غلظت توسط ec متر در پنج مقطع از فلوم در پایین دست محل تزریق برداشت شدند. در هر مقطع دادهبرداری 27 نمونه غلظت برداشت گردید. برای بررسی ساختار جریان در اثر تغییر ارتفاع تلماسه از تاج تلماسه به تاج تلماسه بعدی داده های سرعت در 14 مقطع برداشت شدند. نتایج نشان میدهد تلماسهها در افزایش ضریب اختلاط عرضی نقش بسزایی دارند به گونهای که این ضریب در حضور تلماسهها 36/2 برابر و با افزایش ارتفاع تاج تلماسه 19/3 برابر در مقایسه با بستر صاف افزایش یافته است. با وجود افزایش ضریب اختلاط عرضی در اثر برهمکنش پوشش گیاهی و تلماسه در مقایسه با تلماسه بدون پوشش گیاهی، اثر پوشش گیاهی در افزایش این ضریب کمتر از اثر تلماسه میباشد. با توجه به ثابت بودن عرض کانال، در هر دو حالت بدون پوشش گیاهی و در حضور آن، با افزایش نسبت عرض به عمق طول ناحیهای که جریان ثانویه رخ میدهد کاهش یافته و بنابراین ضریب اختلاط عرضی کاهش یافته است. در بررسی ساختار جریان، افزایش ارتفاع تاج تلماسه، ناحیه جدایی جریان را از نزدیکی تاج تلماسه با ارتفاع 4 سانتیمتر به نزدیکی بخش فرورفته انتقال میدهد. مقدار ماکزیمم تنش با افزایش ارتفاع تاج تلماسه در فاصله دورتری از بستر اتفاق میافتد. ماکزیمم شدت آشفتگی در راستای جریان روی تلماسه با ارتفاع 8 سانتیمتر برابر 1/0 متربرثانیه بالای ناحیه جدایی جریان در ناحیه برخاستگی اتفاق افتاده است. با کاهش ارتفاع تاج تلماسه ماکزیمم نوسانات سرعت کاهش یافته و برابر 0898/0 متربرثانیه روی وجه بالادست میباشد.

چکیده ایجاد و گسترش آبشستگی در پایه پل ها از مهمترین عوامل آسیب و خرابی پل ها می باشد. اما مهمترین مشکل در حل این مسئله، بررسی الگوی جریان و شناخت پروسه آبشستگی در اطراف پایه پل است. پیش بینی نحوه ایجاد، گسترش و وضعیت نهایی گودال آبشستگی از مهمترین موارد طراحی هیدرولیکی پل ها می باشد. تا کنون مطالعات زیادی جهت بررسی الگوی جریان در اطراف تک پایه انجام شده است، ولی مطالعات بسیار کمی روی جریان اطراف گروه پایه ها وجود دارد، ضمن اینکه در گروه پایه ها آبشستگی متأثر از عوامل و پدیده هایی است که در تک پایه ها مطرح نیستند. در این تحقیق ضمن بررسی توسعه ی زمانی عمق آبشستگی، الگوی جریان اطراف تک پایه و گروه پایه های دوتایی و سه تایی بررسی شده است. برای این کار از پایه های مدور به قطر 30 میلی متر با فاصله ی بین پایه ها(مرکز تا مرکز) 4، 6 و 8 برابر قطر پایه ها استفاده شده است. اندازه گیری سرعت های سه بعدی لحظه ای در مقاطع مختلف طولی و عرضی در بین پایه ها با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی(adv) انجام شده است. مولفه های سرعت متوسط، مقادیر آشفتگی و تنش های رینولدز با استفاده از سرعت های لحظه ای اندازه گیری شده محاسبه شده است. آزمایش ها در یک کانال به طول 8 ، عرض 4/0 و عمق 6/0 متر(سطح مقطع مستطیلی) با ذرات ماسه به قطر 71/0 میلی متر انجام شد و انحراف معیار ذرات 2/1 بود. در این آزمایش ها پروفیل های سرعت، تنش های رینولدز و شدت های آشفتگی مورد بررسی قرار گرفت. گودال آبشستگی بوسیله ی سیمان تثبیت شد تا پروفیل برداری ها به آسانی انجام گیرد. نتایج آزمایش نشان داد، عامل حفاظ بودن پایه های جلویی باعث کاهش عمق آبشستگی در پایه های عقبی شده است. این عامل با افزایش فاصله ی بین پایه ها کاهش یافت. مقایسه ی توسعه ی زمانی عمق آبشستگی برای پایه های اول، دوم و سوم در سه فاصله ی b4 و b6 و b8 نشان می دهد، با افزایش فاصله، تأثیر پدیده تقویت کننده که پایه های دوم و سوم بر روی پایه اول دارند کاهش می یابد. بررسی های انجام شده بر روی پروفیل های سرعت وتنش حول پایه ها نشان دهنده ی حضور توأمان گرداب های نعل اسبی و جریان های رو به پایین در بالادست جریان می باشد. در پایین دست جریان حضور گرداب های برخاستگی سبب به وجود آمدن نامنظمی های فراوان در ساختار جریان گردیده است. مقادیر منفی سرعت u که نشان دهنده ی جدایی جریان هستند در بالادست و در درون گودال آبشستگی تا فاصله ی 6/7 سانتی متر بالادست پایه نیز مشاهده شد، اما در پایین دست، فقط در پروفیل مربوط به پشت پایه و در سطح آب مشاهده گردید. بررسی پروفیل های شدت آشفتگی طولی و نیز سرعت طولی در مقاطع عرضی پشت پایه نشان می دهد که نوسانات شدید سرعت طولی در پشت پایه در اثر پدیده ی برخاستگی از عوامل مهم کاهش سرعت طولی آب در این منطقه می باشد. مقادیر نوسانات سرعت طولی در جلوی پایه ی دوم و سوم در فواصل مختلف پایه، از یکدیگر فاصله گرفته و به طور واضح نشان می دهد که نوسانات سرعت طولی در فاصله ی b4 بیشتر از فاصله ی b6 و نوسانات سرعت طولی در فاصله ی b6 بیشتر از فاصله ی b8 است. واژه های کلیدی: آبشستگی، پایه پل، گروه پایه، ساختار جریان

آبشکن ها از جمله سازه هایی هستند که با انحراف جریان از جداره باعث تثبیت جداره رودخانه می شوند. با توجه به اینکه آبشکن ها، عرض مفید جریان را کاهش می دهند، سرعت موضعی جریان افزایش یافته و باعث آبشستگی در اطراف دماغه آنها می شود که ممکن است پایداری سازه را به خطر اندازد. تحقیقات قبلی نشان داده است که آبشستگی در آبشکن های t شکل از آبشکن های دیگر تحت شرایط هیدرولیکی مشخص کمتر است. در این تحقیق با انجام مطالعات آزمایشگاهی اثر تغییر طول بال بالا دست و پایین دست آبشکن t شکل نامتقارن بر میزان و الگوی آبشستگی مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایشات با 12 طول بال بالا دست و 12 طول بال پایین دست مختلف انجام شده است. رسوبات مورد استفاده در تحقیق ماسه یکنواخت به قطر 1/5mm بوده است. همچنین از سازه طوق به عنوان سازه حفاظتی در بالادست آبشکن استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش نسبت طول بال بالا دست به طول بال پایین دست حداکثر عمق نسبی آبشستگی و ابعاد چاله آبشستگی افزایش پیدا می کند، همچنین گسترش آبشستگی به سمت بالا دست بیشتر شده و پشته ی رسوبی به سمت ساحل مقابل بیشتر متمایل می شود. روند آبشستگی آبشکن ها زمانیکه نسبت مجموع طول بال بالا دست و پایین دست به طول جان برابر 5/0 باشد مشابه آبشستگی آبشکن ها با نسبت مجموع طول بال بالا دست و پایین دست به طول جان برابر 1 می باشد و میزان آبشستگی کمتری اطراف آن ها مشاهده می شود. حداکثر آبشستگی، عمق و ابعاد چاله آبشستگی در آبشکن بدون طوق اختلاف قابل ملاحظه ای با حالت دارای طوق دارد و مقدار آن بیشتر می باشد و می توان تاثیر مثبت طوق را مشاهده کرد. در شرایط جریان ثابت، در یک طوق با عرض ثابت، هرچه طول طوق افزایش یابد، میزان حداکثر آبشستگی، ابعاد چاله آبشستگی و همچنین امتداد آن در طول کانال کاهش می یابد. در یک طوق با طول و عرض ثابت، هرچه ارتفاع قرارگیری طوق افزایش یابد، میزان حداکثر آبشستگی، ابعاد چاله آبشستگی و همچنین امتداد آن در طول کانال نیز افزایش می یابد.

چکیده آبشستگی اطراف پایه ها یکی از عمده ترین مشکلات سازه هایی نظیر پل ها است که پایه آنها در رودخانه های فرسایش پذیر قرار دارد. به طوریکه طبق تحقیقات انجام شده،60 درصد از تخریب پل ها را می توان به آبشستگی یا عوامل هیدرولیکی دیگر نسبت داد. روش های مختلفی برای جلوگیری و کاهش آبشستگی پیشنهاد شده است که از آن جمله می توان به استفاده از سنگچین، طوقه، شکاف و... اشاره کرد. استفاده از پره یکی دیگر از روش هایی است که برای کاهش آبشستگی موضعی پایه های پل پیشنهاد شده است. آبشستگی در تک پایه ها توسط محققان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است در حالیکه در زمینه آبشستگی گروه پایه ها تحقیقات زیادی انجام نشده است. از آنجا که آبشستگی در گروه پایه ها متأثر از عواملی است که در تک پایه ها تعیین کننده نیستند، تحقیق در این زمینه ضروری به نظر می رسد. عوامل موثر بر آبشستگی گروه پایه ها عبارتند از: عامل تقویت کنندگی عمق آبشستگی پایه های بالادست، عامل حفاظ بودن، گرداب های نعل اسبی به هم فشرده شده و گرداب های جاری. در این تحقیق تاثیر تغییر فاصله بین پایه های استوانه ای بر آبشستگی و نیز عملکرد پره در گروه پایه ها ی قرار گرفته در مسیر جریان در چهار فاصله مختلف بین پایه ها مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها تحت شرایط آب صاف و دبی ثابت در بازه زمانی 8 ساعت در فلوم آزمایشی به طول 7 متر، عرض 32/ متر و ارتفاع 35/0 متر در آزمایشگاه هیدرویک دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شد. 9 برداشت به صورت آزمایشات شاهد و 9 آزمایش اصلی با استفاده از پره انجام شد. برای این کار ازپایه هایی مدور به قطر 20 میلیمتر با فاصله بین پایه ها (مرکز تا مرکز) 2، 3، 4 و 5 برابر قطر پایه ها استفاده شد. پره های مورد استفاده دارای طولی برابر با قطر پایه، ضخامت 10 میلیمتر و ارتفاع 130 میلیمتر بودند و زاویه برخورد پره ها نسبت به جهت جریان اصلی 5/18 درجه بود. در این تحقیق از یک نوع ماسه ریخته گری گرد گوشه دارای mm71/0=d50 و 26/1=g? با چگالی نسبی 65/2 استفاده شد. اندازه گیری سرعت های سه بعدی لحظه ای در مقاطع مختلف طولی و عرضی در اطراف پایه ها با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی انجام گردید. مولفه های سرعت متوسط، مقادیر آشفتگی و تنش های رینولدز با استفاده از سرعت های لحظه ای اندازه گیری شده، محاسبه گردید. گودال آبشستگی به وسیله سیمان تثبیت شد تا پروفیل برداری به آسانی انجام گیرد. نتایج آزمایش نشان داد، با توجه به اینکه عامل حفاظ بودن باعث کاهش عمق آبشستگی در پایه های عقبی می شود، حضور پره تأثیر این عامل را در گروه پایه ها افزایش می دهد. عملکرد پره در کاهش عمق آبشستگی پایه اول گروه پایه ها منفی است و تأثیری بر آنها ندارد. پره موجب می شود که با افزایش پایه ها از دوتایی به سه تایی پدیده تقویت کنندگی کاهش یابد و عملکرد آن در کاهش عمق نهایی آبشستگی پایه اول و دوم افزایش یابد. حضور پره در گروه پایه دوتایی در فواصل b2 و b3 عمق آبشستگی پایه دوم را به ترتیب 27 و 3/12 درصد نسبت به گروه پایه بدون پره کاهش داد. همچنین در گروه پایه سه تایی در فواصل b2 وb3 عمق آبشستگی پایه وسطی به ترتیب 8/41 و 7/32 درصد نسبت به گروه پایه بدون پره کاهش یافت. عمق آبشستگی پایه سوم با حضور پره در فواصل b2 وb3 به مقدار 5/28 و 18/18 درصد کاهش یافت. پره در گروه پایه دوتایی و سه تایی با فواصل b4 و b5 تأثیر مثبتی نداشت. بررسی های انجام شده روی پروفیل های سرعت و تنش حول پایه ها نشان دهنده حضور توأمان گرداب-های نعل اسبی و جریان های رو به پایین در بالادست پایه ها می باشد. در پایین دست جریان حضور گرداب های برخاستگی سبب بوجود آمدن نامنظمی های فراوان در ساختار جریان گردیده است. حضور پره موجب افزایش سرعت جریان رو به پایین در جلوی پایه شده است ولی در پایین دست پایه ها جریان رو به پایین مشاهده نشد. مقادیر نوسانات سرعت در بالادست پایه ها و به محض ورود به گودال آبشستگی افزایش می یابد از اینرو درون حفره یک هسته با شدت توربولانس زیاد در جلوی پایه ها وجود دارد که نتیجه ی جدایی جریان در آنجا است. بررسی پروفیل های شدت آشفتگی طولی و نیز سرعت طولی در مقاطع عرضی پشت پایه نشان می دهد که نوسانات شدید سرعت طولی در پشت پایه در اثر پدیده برخاستگی از عوامل مهم کاهش سرعت طولی در این منطقه است.

پوشش های گیاهی در رودخانه ها و سواحل آن ها دارای عملکرد های متنوع فیزیکی، شیمیایی، اکولوژیکی و زیست محیطی می باشند و بر فرآیند های مختلف رودخانه مانند انتقال رسوب، انتقال مواد غذایی، انتقال آلودگی ها، تولید اکسیژن، حیات موجودات آبزی و ... تاثیر گذارند. طی سالیان متمادی، بهره برداری نادرست از رودخانه ها سبب تخریب پوشش های گیاهی و در نتیجه ایجاد مشکلات زیست محیطی عدیده شده است. در سالیان اخیر در کشورهای توسعه یافته، توجه زیادی به بحث ترمیم و احیاء رودخانه ها و بازگرداندن شرایط رودخانه ها به حالت طبیعی شده است، که این امر اهمیت مطالعات در زمینه شناخت هیدرودینامیک جریان در حضور پوشش های گیاهی با شرایط مختلف را نشان می دهد. از آنجا که بیشتر مطالعات انجام شده در بحث تعامل جریان و پوشش گیاهی کف کانال در حضور جریان یکنواخت انجام شده است لذا در تحقیق حاضر، هدف شناخت ساختار جریان (توزیع مولفه های سرعت ، توزیع تنش های رینولدز و توزیع شدت آشفتگی) در جریان غیر یکنواخت کند شونده در کانال با پوشش گیاهی در کف می باشد. آزمایشات در فلومی به طول 8 متر، عرض 40 سانتی متر و عمق 60 سانتی متر بر روی بستر با شیب 2 درصد و در حضور پوشش گیاهی چمن با دو دبی مختلف و دو عمق مختلف (4 سری آزمایشی) انجام شده است و در مجموع 80 پروفیل سرعت برداشت شده است. در هر سری آزمایشی اندازه گیری ها در 5 مقطع و برای هر مقطع در 4 پروفیل با فواصل مختلف از دیواره فلوم انجام گرفته است. مطالعات نشاندهنده انتقال پروفیل های سرعت (در امتداد جریان) به سمت چپ در امتداد جریان می باشند. هم چنین توزیع سرعت دارای سه ناحیه با ویژگی های مختلف می باشد. ناحیه اول در قسمت بالایی پوشش گیاهی دارای سرعت کم و تغییرات بسیار کم است. ناحیه دوم بر روی پوشش گیاهی است که ناحیه داخلی نامیده می شود و ویژگی اصلی این ناحیه تغییرات شدید سرعت و برقراری قانون لگاریتمی می باشد. ناحیه سوم از انتهای ناحیه دوم تا سطح آب ادامه می یابد. در این ناحیه روند تغییرات سرعت کند بوده و سرعت ماکزیمم در این ناحیه رخ می دهد. توزیع سرعت در این ناحیه از قانون کولز تبعیت می کند. روند تغییرات سرعت طولی در عرض کانال بدین صورت است که در هر عمق ماکزیمم سرعت در محور مرکزی کانال رخ می دهد و با حرکت به سمت دیواره کاهش می یابد. از تکنیک خطوط هم سرعت جهت توزیع سرعت در عرض کانال استفاده گردید. تعادل جریان با استفاده از روش های مختلف نظیر روش کلازر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد توزیع تنش های رینولدز و شدت آشفتگی تقریبا مشابه می باشند و ناحیه با حداکثر شدت آشفتگی منطبق بر ناحیه با گرادیان سرعت شدید می باشد. همچنین ناحیه با حداکثر شدت آشفتگی بر روی تاج پوشش گیاهی رخ می دهد.

اشکال بسترو پوشش گیاهی دیوار تأثیر بسزایی بر ساختار جریان در مجاری طبیعی و رودخانه ها دارند. هر چند تأثیر پوشش گیاهی دیواره بر ساختار جریان در برخی عوامل زیست محیطی رودخانه ها از جمله شکل های بستر هنوز روشن نیست. تعامل هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر برهم کنش شکل بستر مقعر با پوشش گیاهی جداره در کانال های باریک، بر ساختار جریان، شدت توربولانس و تنش های رینولدز می باشد. آزمایش ها در یک کانال مستطیلی به طول 8 متر و عرض 40 و عمق 60 سانتی متر صورت گرفت. در این تحقیق اندازه گیری سرعت توسط دستگاه سرعت سنج صوتی adv انجام شد. قطرمیانه ذرات بستر10 میلی متر و پوشش گیاهی مورد استفاده ساقه های برنج بود. آزمایش در قالب 10 سری آزمایشی برای 4 زاویه شکل بستر، دو نسبت ظرافت و در دو حالت با و بدون پوشش گیاهی انجام شد. نتایج نشان داد که اثر تغییر زاویه یا گرادیان بستر بر جریان کندشونده بیشتر از جریان تندشونده است. در زوایای 15 و20 درجه مقادیر منفی سرعت مشاهده می شوندکه موجب تقویت جریان های برگشتی می شود. همچنین با نزدیک شدن به دیواره با پوشش گیاهی مقادیر منفی تنش در سطح آب مشاهده می شوند. انالیز کوادرانت نشان می دهد که مقادیر منفی ناشی از غالب بودن پدیده های درونی و بیرونی است. کاهش نسبت ظرافت باعث رخداد تنش ماکزیمم نزدیک بستر می شود، هر چند با افزایش نسبت ظرافت، حداکثر تنش رینولدز و شدت آشفتگی در نزدیکی سطح آب افزایش می یابند.

مهندسی رودخانه علمی است که به دنبال حفظ وضعیت طبیعی در رودخانه ها و بهینه سازی آنها و دشت های سیلابی مجاور می باشد . افزایش توپوگرافی بستر ، شکل بستر برآمدگی نامیده می شود . شکل بستر برآمدگی در رودخانه ها با شیب ملایم تا کم ) کمتر از 2 درصد( و عموماً بدون مانع خارجی و در دشت های سیلابی کاملاً توسعه یافته ایجاد می شوند. ذرات قلوه سنگ و شن که پوشش این اشکال بستر را تشکیل می دهند منطقه ای مناسب و جذاب جهت تخم ریزی ماهیان آزاد هستند ، به این دلیل طراحی موفق یک کانال نیاز به شناخت این شکل بستر دارد . از طرفی پوشش گیاهی در حاشیه رودخانه ها اثر قابل توجهی بر پایداری و مقاومت جریان داشته و موجب افزایش ضریب زبری در دیواره رودخانه ها و دشت های سیلابی آنها می شود. در واقع پوشش گیاهی موجب تقویت و استحکام دیواره های رودخانه و افزایش آستانه حرکت ذرات رسوب می شود. بنابراین بر هم کنش رسوب ، جریان و پوشش گیاهی عامل تعیین کننده در مورفودینامیک رودخانه می باشد . با وجود چندین دهه کار تحلیلی و آزمایشگاهی در مورد شکل های بستر هنوز دانش برهم کنش شکل بستر ، جریان و نحوه تأثیر آنها بر پارامتر های هیدرولیکی نظیر تنش برشی بسیار ناکافی است . از جمله اهداف این تحقیق می توان به بررسی و شناخت تأثیر شکل بستر برآمدگی و پوشش گیاهی در دیوار بر روی الگوی جریان تند شونده ؛ مطالعه اثر شیب تاج شکل بستر بر مولفه های جریان آشفته تند شونده ؛ تحلیل الگوهای جریان درصورت تغییر دانه بندی در حول تاج شکل بستر برآمدگی اشاره کرد . تحقیق حاضر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان با اندازه گیری سه بعدی سرعت جریان آب توسط دستگاه سرعت سنج صوتی adv انجام گرفت . در انجام این آزمایش به منظور شبیه سازی بستر رودخانه از دو دانه بندی متفاوت 31 و 15 میلی متر استفاده شد . همچنین به منظور بررسی تأثیر زاویه شیب ورودی و خروجی شکل بستر ، سه زاویه شیب متفاوت در سه سری اول آزمایش شبیه سازی شد . تأثیر پوشش گیاهی بر روی توربولانس جریان از طریق انجام آزمایش هایی در حضور پوشش گیاهی وعدم حضور آن بررسی شد . در مجموع هفت سری آزمایش جهت دستیابی به اهداف این تحقیق انجام گرفت . تأثیر جریان های ثانویه همچون دو مارپیچ چرخشی معکوس که در تماس با کف و دیواره ها می باشد ، سبب شد که سرعت در نزدیکی بستر با نزدیک تر شدن به دیواره ها افزایش یابد و درنزدیکی سطح آب ، سرعت در مرکز کانال بیشتر از سرعت در نزدیکی دیواره می باشد . افزایش شیب در طول کانال موجب می شود تا جریان در نزدیک بستر کند شونده دچار نقصان اندازه حرکت شود و درصورت بروز تغییر علامت ورتیسیتی )در شیب های بالاتر( برگشت سرعت جریان رخ دهد .شیب ملایم در بالادست از جدایی جریان بر روی تاج برآمدگی جلوگیری کند و بر روی تاج برآمدگی یک لایه برشی ایجاد می نماید که این لایه برشی بر روی ناحیه کندشونده شکل بستر افزایش می یابد . همچنین فاصله رخداد تنش ماکزیمم از بستر کند شونده با افزایش شیب افزایش یافت . افزایش شیب باعث شد تا تنش بر روی شکل بستر در طول جریان افزایش یابد . تأثیر افزایش زاویه شیب شکل بستر موجب شد تا حرکت ذرات در نزدیک بستر و در لایه میانی جریان به صورت بار بستر کاهش یابد . افزایش دانه بندی موجب کاهش سرعت ماکزیمم در طول شکل بستر شد . افزایش دانه بندی در شیب 31 درجه موجب شد تا عمق نسبی قرار گیری سرعت ماکزیمم بر روی بخش کند شونده جریان افزایش یابد. به طور کل مقادیر تنش در اثر تغییر دانه بندی از لحاظ کمی در طول کانال تغییر چندانی نکرد. حضور پوشش گیاهی موجب کاهش نسبت ظرافت کانال و تأثیر بیشتر جریان های ثانویه شد. وجود پوشش در دیواره باعث افزایش نیروی درگ و توربولانس شد . حضور پوشش گیاهی سبب شد تا فرسایش و حرکت ذرات به صورت بار معلق در روی تاج شکل بستر افزایش چشمگیری داشته باشد .

مقدمه یکی از اهداف مهندسی رودخانه، برنامه ریزی، طراحی و ساخت سازه هایی در مسیر رودخانه به منظور بهینه سازی در کاربرد و توسعه منابع آب است. از جمله مباحث مهم در مهندسی رودخانه، شناخت شکل رودخانه و تغییرات بستر آن هاست که در قالب علم مرفولوژی رودخانه بررسی می شود. در سال های اخیر مطالعه شکل های بستر در رودخانه های شنی و برهم کنش آنها با ساختار جریان و اثر آنها بر زیستگاه های طبیعی آبزیان مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. رودخانه ها همواره به صورت های مختلف با شکل های بستر همراه هستند. این شکل های بستر تابعی از زمین شناسی منطقه، مشخصات رسوبات حمل شده از بالادست، دبی عبوری و نیروهای هیدرودینامیک در رودخانه می باشند. نوع شکل بستر اصولاً به اندازه قطر ذرات رسوب بستگی دارد و این شکل ها با استفاده از مفاهیم هیدرودینامیکی تحت شرایط مشخصی از جریان طبقه بندی می شوند (11). همزمان با شروع حرکت ذرات بستر در رودخانه ها، شکل های مختلف بستر تشکیل می شوند. از رایج ترین شکل های بستر در رودخانه های آبرفتی، بسترهای متحرک پوشیده از شکنج ها و تلماسه ها است (7). ارتفاع تلماسه ها از مقادیر چند سانتی متر تا چند متر و طول موجشان از 5/0 متر تا چند هزار متر گزارش شده است (7، 8، 9 و 10). طبق آزمایش های متعدد ابعاد تلماسه ها به مشخصات جریان در رودخانه وابسته می باشند. تلماسه ها که در این پژوهش مورد بررسی و آزمایش قرار می گیرند، شامل اشکال بستری هستند که مقطع آنها با پروفیل سطح آب ناهمگام می باشد و از ذرات بسیار ریز و درشت مـاسه (4) تا ذرات درشت شن (9) تشکیل می گردند. اشلی(1990) برای نخستین بار به طبقه بندی تلماسه ها پرداخت (5). وی آنها را بر اساس سرعت جریان به دو شکل تلماسه های دوبعدی (برای مقادیر کم سرعت جریان) و تلماسه های سه بعدی (برای مقادیر زیاد سرعت جریان و با همان اندازه ذرات) تقسیم نمود. طبق نظرات مک لین (1990) تلماسه ها اغلب به صورت سه بعدی و با ارتفاعی حدود یک پنجم عمق جریان شکل می گیرند. این شکل ها معمولاً بسیار نامتقارن بوده و شیب بالادست آنها حدود 2 تا 6 درجه و شیب پایین دست، دارای زاویه ایستایی حدود 30 درجه می باشد (14). در شکل (1)، شمای کلی از یک تلماسه به تصویر کشیده شده است. شکل (1)، شمایی از نمای طولی تلماسه و معرفی اجزاء آن کاستاچوک و ویلارد (12) با مطالعه در رودخانه ای بیان کردند که هیچ دلیلی بر وجود جدایی دائمی جریان در تلماسه های با زاویه پایین دست ْ18 در دسترس نیست. بست و کاستاچوک (2002) نیز، با بررسی ساختار جریان آشفته در همان رودخانه نشان دادند که مورفولوژی تلماسه تأثیر قابل ملاحظه ای بر جریان داشته و ناحیه جدایی قابل مشاهده نیست (8). با وجود چندین دهه مطالعات تحلیلی، آزمایشگاهی و رودخانه ای در مورد شکل های بستر از جمله تلماسه ها، هنوز اطلاعات کاملی در مورد تأثیر متقابل این شکل ها بر جریان، هندسه شکل بستر (تاج مسطح و تاج تیز)، اندازه ذرات تشکیل دهنده آنها در دسترس نیست. همچنین تاثیر تلماسه بر پارامترهای هیدرولیکی، طول ناحیه جدایی و مولفه های جریان آشفته بصورت مقایسه ای توسط دستگاه های adv و piv ارائه نشده است. نصیری و همکاران (2011)، با هدف بررسی ساختار جریان بر روی تلماسه های شنی، تلماسه هایی با طول موج 96/0 متر، ارتفاع 08/0 متر و عرض 4/0 متر با ذرات شن 10 میلی متری، شبیه سازی نمودند. آنها برای بررسی تأثیر تغییر شیب وجه پایین دست تلماسه بر روی جریان، دو زاویه 28 و 35 درجه انتخاب کردند. نتایج حاصل از آنالیز سرعت های برداشت شده با adv نشان داد که با وقوع جدایی جریان در تاج تلماسه، خطوط جریان به سمت بستر کشیده می شوند و سرعت های افقی در جهت اصلی جریان با جهت معکوس بلافاصله در پایین دست تاج رخ می دهند. همچنین تنش برشی بستر، بیشینه مقدار خود را روی وجه بالادست تلماسه داشته و سپس کمینه مقدار خود را روی تاج تلماسه دارا است. طول ناحیه جدایی جریان نیز برای شیب 35 درجه بیشتر از شیب 28 درجه می باشد (15). داورپناه (1390) نیز به منظور مقایسه جریان عبوری از روی تلماسه های تاج مسطح و تاج تیز، با ساخت تلماسه های مشابه با کار عطار (1387) و نصیری و همکاران (2011)، آزمایش هایی بر روی تلماسه هایی با ارتفاع 04/0 متر و زاویه ایستایی 28 درجه با بکارگیری adv انجام داد. نتایج کار وی نشان می دهد که ارتفاع 4 سانتیمتری در تلماسه های با تاج مسطح بر روی جریان تأثیر گذار نبوده و ناحیه جدایی جریان قابل مشاهده نیست، بنابراین شکل تاج (تخت یا تیز) عامل مهمی در مشاهده یا عدم مشاهده ناحیه جدایی جریان محسوب می شود (1،2 و 15). در پژوهش حاضر با شبیه سازی ابعاد مختلف از تلماسه های تاج مسطح و تیز گوش، با زوایای پایین دست کوچک و بزرگ و ارتفاع های متغیر، به بررسی عوامل موثر بر طول ناحیه جدایی جریان پرداخته می شود. هدف از این تحقیق، بررسی شناخت پارامترهای موثر در جدایی جریان در شکل های بستر مختلف می باشد. برای دستیابی به این هدف، از سرعت سنج-های adv و piv و آزمایش بر روی تلماسه ها با ابعاد مختلف و مقایسه نتایج با شبیه سازی عددی توسط نرم افزار "سیم" استفاده می گردد. همچنین مقایسه طول ناحیه جدایی برای شرایط مختلف هیدرولیکی و هندسی شکل بستر در این پژوهش مورد بررسی قرار می گیرند. مواد و روش ها 2-1- مدل آزمایشگاهی تلماسه ها در این پژوهش با ساخت 9 تلماسه مصنوعی به صورت متناوب در طول یک کانال آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی به طول 12 متر، عرض 75/0 متر و ارتفاع 9/0 متر مستقر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه فنی گراتس در اتریش ، 32 سری آزمایش متفاوت بر روی تلماسه هایی با ابعاد و زوایای مختلف صورت گرفت. شن مورد استفاده برای ساختن تلماسه ها دارای قطر میانه (d50) حدود 2/13 و 8/5 میلی متر بود که در این پژوهش، آن ها به ترتیب به عنوان تلماسه های "درشت بافت" و "ریزبافت" نامیده شدند. جدول (1) خلاصه نتایج حاصل از آنالیز منحنی دانه بندی را برای تلماسه های "درشت بافت" و "ریزبافت" نشان می دهد. متوسط اندازه ذرات و ، و به ترتیب قطری از ذره شن هستند که در منحنی دانه بندی تلماسه ها به ترتیب، 84 %، 50 % و 16 % ذرات از آن کوچکتر می باشند. در صورت یکنواخت بودن ذرات شن، مقدار پارامترهای انحراف معیار هندسی ، و ضریب دانه بندی ، ، به مقدار واحد نزدیک می شوند. جدول(1)، مشخصات ذرات شن مورد استفاده در ساخت تلماسه ها نوع تلماسه d16(mm) d50(mm) d84(mm) ?g gr dg(mm) درشت بافت 9/8 2/13 2/17 39/1 39/1 37/12 ریز بافت 6/3 8/5 8/7 47/1 47/1 29/5 تلماسه های مورد نظر در 4 اندازه متفاوت مطابق شکل (2)، ساخته شده و در طول کانال نصب شدند. در تلماسه نوع 1، طول موج 1 متر، ارتفاع 04/0 متر، زاویه ایستایی 8 درجه می باشد و این در حالی است که برای انجام آزمایش های مشابه بر روی تلماسه های تاج تیز در تلماسه نوع دوم با افزایش ارتفاع به میزان 2 سانتی متر، شرایط مطلوب انجام می شود. در تلماسه نوع 3، زاویه وجه بالادست افزایش یافته تا تاثیر افزایش زاویه بر روی نقطه جدایی جریان، طول ناحیه جدایی و محل نقطه اتصال مجدد مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد. با کاهش ارتفاع به میزان 50% در تلماسه نوع 3، تاثیر افزایش تاج طول تاج مسطح (نوع 4) بر تغییر ساختار جریان مورد بررسی قرار می گیرد. نوع 1 نوع 2 نوع 3 نوع 4 شکل (2)، انواع تلماسه های ساخته شده در آزمایشگاه عمق جریان (فاصله عمودی گودترین نقطه تا سطح آب) در 2 سری (حالت) آزمایش7/31 و 5/19 سانتیمتر و دبی جریان در دو سری آزمایش دیگر 30 و 60 لیتر بر ثانیه در نظر گرفته شدند. در تمامی آزمایش ها تعداد 15-13 پروفیل سرعت در راستای طولی تلماسه پنجم برداشت گردید. اندازه گیری داده های سرعت و آشفتگی با به کارگیری دستگاه سرعت سنج صوتی adv با فرکانس 200 هرتز و به مدت 2 دقیقه در هر نقطه صورت گرفت. سرعت سنج مورد استفاده در این آزمایش از نوع (به سمت پهلو) است و نصب آن در فاصله 5/5 سانتی متری از محور مرکزی به منزله برداشت اطلاعات در محور مرکزی خواهد بود. داده های جمع آوری شده با استفاده از نرم افزار winadv غربال گشته و پس از آن مورد تحلیل قرار گرفتند. از جمله ویژگی های این تحقیق علاوه بر بررسی برهمکنش تلماسه با ابعاد و اشکال متفاوت با پارامترهای هیدرولیکی مختلف در شناخت عوامل موثر بر جدایی جریان و طول ناحیه جدایی، کاربرد همزمان سرعت سنج های adv و piv می-باشد. piv یک تکنیک جدید نوری به منظور سنجش سرعت سیال می باشد و از جمله مزایای آن نسبت به سایر تکنیک ها و دستگاه های اندازه گیری موجود مانند laser doppler velocimetry ، hot-wire anomometry و acoustic doppler velocimetry قابلیت اندازه گیری سرعت سیال به صورت کلی در واحد زمانی است (توانایی برداشت همزمان میدان جریان را دارد). این تکنیک قابلیت اندازه گیری سرعت دو بعدی و سه بعدی نزدیک بستر و سطح آب را داراست. با توجه به سرعت سیستم رایانه ای که برای تحلیل داده ها استفاده می شود می توان فواصل نقطه های برداشتی را بسیار کم نمود چنانچه قابلیت برداشت داده های سرعت در نزدیک بستر و نزدیک سطح آب به 1/0 میلی متر نیز می تواند برسد. استفاده از سرعت سنج لیزری (piv) در کشور ما به علت هزینه بالا و متاسفانه عدم تولید موارد مشابه داخلی، در اکثر دانشگاه ها قابل دسترس نمی باشد. اگرچه تحقیقات ارزشمند انجام شده در دانشگاه تربیت مدرس در سال های اخیر که به منظور بررسی میدان جریان حاصل از پرش های هیدرولیکی و تنش های برشی نزدیک بستر با استفاده از دستگاه piv است را نمی توان نادیده گرفت و قطعاً به عنوان اولین تحقیقات کاربرد piv در کشور محسوب می شوند (3) هرچند تاکنون مطالعاتی در زمینه ساختار جریان روی تلماسه ها در کشور صورت نگرفته است. در هنگام کار کردن با piv به نکات بسیاری باید توجه نمود زیرا کیفیت تصویر تولید شده، بیان آشکاری از کیفیت داده های برداشتی است. لذا با تغییر زاویه نورپردازی و در موارد خاص با رنگ آمیزی منطقه مطالعاتی با اسپری سیاه رنگ و استفاده از نوارهای چسب برق سیاه رنگ و گاهاً سوهان کاری و افزایش زبری سطوح می توان کیفیت تصاویر تولیدی را بالا برد (مقایسه تصاویر ارائه شده در شکل 3، افزایش دقت کار با دستگاه را در دو حالت بستر رنگ آمیزی شده و نشده نشان می-دهد). شکل(3)، مقایسه تصاویر حاصل شده در دو حالت بدون اسپری زنی مشکی بستر(سمت چپ) و اسپری زنی بستر (سمت راست) 2-2- مدل شبیه سازی شده تلماسه ها یکی از مدل هایی که برای اهداف خاص در مطالعات مهندسی رودخانه، هیدرولیک، مهندسی محیط زیست و انتقال رسوب توسعه یافته است، مدلی به نام "سیم 1-1/1" می باشد. هدف اصلی از توسعه این برنامه، شبیه سازی حرکت انتقال رسوب در رودخانه ها و کانال های آبیاری است. اگرچه بعدها کاربرد آن در محاسبه افت انرژی در تونل ها، شبیه سازی جریان عبوری از سرریزها و جریان لزج توسعه یافت ولی هنوز هم از بهترین و موثرترین کارایی آن می توان مدل سازی حرکت رسوب در بستر متحرک را نام برد (17). برنامه سیم با حل معادله ناویر-استوکس و مدل k-?، جریان را در سه راستای x، y و z شبیه سازی می کند و جریان عبوری از مش غیر ارتوگونال به روش حجم کنترل حل می شود. مشخصه اصلی سیم، نسبت به سایر برنامه های هیدرولیکی، قابلیت مدل کردن انتقال رسوب در بستر متحرک و هندسه پیچیده است و مدل سازی رسوب با اندازه های مختلف، بار بستر، بار معلق، شکل بستر و تاثیر شیب بستر را نیز در بر می-گیرد. در این پژوهش علاوه بر بررسی ساختار جریان عبوری از روی تلماسه های ساخته شده در آزمایشگاه، شرایط مشابه برای تلماسه های فرضی توسعه یافته در طول کانال نیز شبیه سازی می گردند. مقایسه طول ناحیه جدایی جریان در مدل فیزیکی و شبیه سازی شده، گامی مهم در کاربرد و توسعه مدل های عددی در علم هیدرولیک رسوب بشمار می رود و در مواردی که امکان توسعه مدل های فیزیکی میسر نمی باشد، مدل های کامپیوتری می توانند راهکارهای موثری را ارائه نمایند. مش بندی یکی از مهمترین و زمان برترین گام های اولیه برای توسعه مدل به شمار می رود.. این کار با وارد کردن داده ها در فایل ورودی متنی کوردینا انجام پذیر است. در شکل (4) و (5)، تعداد سلول ها در راستای طولی و عرضی در تلماسه های مدل شده (نوع 4) برابر بوده ولی انتخاب شبکه متراکم تر در نزدیکی بستر در شکل (5)، امکان مدل سازی قوی و دقیق تری را فراهم می سازد. شکل (4)، انتخاب شبکه 76?100 و فواصل 1سانتی متری در راستای عمق جریان و فواصل نزدیک بستر شکل (5)، انتخاب شبکه 76?100 و فواصل 1میلی متری در راستای عمق جریان و فواصل نزدیک بستر انتخاب تعداد خطوط شبکه در راستای عمق، بستگی به ارتفاع تلماسه مورد نظر دارد. در تلماسه ها با زاویه وجه بالادست کمتر از 10 درجه و ارتفاع کمتر از 5 سانتی متر، شبکه بسیار متراکمی پیشنهاد می گردد. لازم به ذکر است، متراکم تر کردن شبکه، نیازمند به رایانه با قدرت پردازش بالاست و هر نوع مش بندی با اندازه دلخواهی را نمی توان به سهولت تجزیه و تحلیل نمود. در نهایت به منظور تسهیل در رسم پروفیل های سرعت در فواصل مختلف اندازه گیری و مقایسه گرافیکی پروفیل های سرعت اندازه گیری شده و مدل سازی شده، یک برنامه گرافیکی به زبان دلفی نوشته شده است. این برنامه با دریافت داده-های ورودی به صورت یک فایل ساده متنی شامل شکل تلماسه، عمق آب، تعداد نقاط برداشت شده در هر پروفیل و محل پروفیل اندازه گیری شده (یا مدل سازی شده) سرعت در راستای طولی، قادر به رسم دقیق پروفیل های سرعت در طول تلماسه با شکل دلخواه خواهد بود. همچنین رسم خطوط هم سرعت و میانیابی آن در نقاط دلخواه از دیگر قابلیت های این برنامه می باشد. 3- نتیجه گیری و بحث 3-1- نتایج آزمایشگاهی حاصل از اندازه گیری پارامتر سرعت با دستگاه adv به منظور بررسی میزان خطای احتمالی بین داده های غربال شده و غربال نشده (خام) در محاسبه پارامترهای جریان از جمله سرعت جریان، تنش های رینولدز و نوسانات سرعت، اغلب از نرم افزار winadv استفاده می گردد. بررسی های عطار (1387)، نصیری (2011)، فاضل (2010) و داورپناه (1390) نشان می دهد که طولانی بودن مدت زمان اندازه گیری و مقدار بزرگ فرکانس نمونه برداری (200 هرتز) که در نتیجه آن تعداد داده های زیادی از پارامترسرعت ثبت می گردد، تأثیر غربال نمودن داده ها بر متوسط زمانی سرعت جریان محاسبه شده را بسیار ناچیز می کند (1،2 و 15). همچنین در این تحقیق برای کاهش خطای احتمالی و شکل گیری بهتر توزیع نوسان های سرعت و تنش های رینولدز، داده ها با شرایط نسبت سیگنال به نویز بیشتر از 5 دسی بل و همبستگی بزرگ تر از 70 درصد مورد استفاده قرار گرفتند. سری اول آزمایش ها بر روی تلماسه های نوع 1، ساخته شده از ذرات شن درشت با طول موج 1 متر، ارتفاع 04/0 متر، زاویه وجه پایین دست تلماسه 8 درجه، عمق جریان 32/0 متر و دبی 30 لیتر بر ثانیه به اجرا درآمدند. در این سری از آزمایش ها 13 پروفیل سرعت جریان، شامل 7 پروفیل بر روی تاج مسطح، 4 پروفیل در امتداد کانال بر روی شیب وجه بالادست و 2 پروفیل نیز بر روی شیب وجه پایین دست تلماسه برای اندازه گیری سرعت جریان در سه بعد در نظر گرفته شدند. سری دوم آزمایش ها بر روی همان تلماسه ها، با دبی 30 لیتر بر ثانیه و عمق جریان کمتر از سری آزمایش اول (5/19 سانتی متر) صورت پذیرفت. پس از حصول شرایط هیدرولیکی مناسب برای اندازه گیری دو عمق مختلف جریان و دو دبی 30 و 60 لیتر بر ثانیه بر روی مجموع تلماسه های درشت بافت و ریز بافت، سری های آزمایش بعدی بر روی تلماسه های نوع 2، 3 و 4 صورت پذیرفتند. نتایج حاصل از انجام 28 سری آزمایش بر روی تلماسه ها در جدول (2)، خلاصه شده اند. لازم به ذکر است که عدم وجود شرایط هیدرولیکی خاصی در جدول (همچون تلماسه نوع1، ریزبافت با دبی 60 لیتر بر ثانیه و عمق 5/19 سانتی متر) دلیل بر عدم امکان ایجاد شرایط آزمایشگاهی مناسب برای ثابت نمودن تلماسه ها و شست و شوی مکرر ذرات توسط جریان اعمالی بوده است. در تلماسه های با تاج تیز به دلیل شکل هندسی بستر و نیز طبق رابطه پیوستگی، واگرایی در خطوط جریان بعد از قله و همگرایی بر وجه بالادست در جریان دائمی انتظار می رود. پژوهشگرانی همچون بنت و بست (1995) (6)، وندیتی و بنت (2000) (18)، عطار (1387) (2) و نصیری (1388) (15) که آزمایش های خود را بر روی این نوع تلماسه ها انجام دادند، چنین الگویی را در خطوط جریان مشاهده نمودند. بدین گونه که سرعت جریان در نزدیکی تاج و به دنبال آن در شیب وجه پایین دست تلماسه به تدریج کاهش یافته تا به مقدار صفر رسیده، گاهاً منفی شده و مجدداً به سمت وجه بالادست آن روند افزایشی را در پیش می گیرند تا در بخش تاج تلماسه بعدی به بیشینه مقدار خود می رسند. در محل اتصال دو تلماسه به یکدیگر، با حضور مقادیر منفی سرعت جریان به صورت مداوم در حال گردش بوده و به پایین دست منتقل نمی شود که در پی آن محدوده جدایی جریان شکل می گیرد. فاصله محل جدایی جریان از بستر و نقطه اتصال مجدد آن، طول ناحیه جدایی جریان خوانده شده (l)، که مقایسه آن در تلماسه های مختلف و شرایط هیدرولیکی متفاوت از اهداف اصلی این پژوهش است. مقایسه نتایج حاصل از طول ناحیه جدا شده جریان در سری آزمایش های مذکور نشان دهنده اهمیت پارامترهای متعددی نظیر شکل تاج، اندازه زاویه ایستایی، سرعت جریان، عمق جریان، اندازه ذرات و ارتفاع تلماسه در پدیده جدایی جریان می باشد. طبق نتایج حاصل از اندازه گیری سرعت با دستگاه adv بر روی سری آزمایش اول در تلماسه نوع 1، در محدوده اتصال دو تلماسه به یکدیگر سرعت هیچ گاه مقدار منفی به خود نمی گیرد. در واقع جریان بر روی این تلماسه با تاج مسطح مشابه جریان بر روی یک باله عمل کرده و جدایی قابل توجهی را در نزدیکی بستر ایجاد نمی کند. نکته حائز توجه در این پژوهش، ارائه اهمیت اندازه زاویه وجه پایین دست در ایجاد ناحیه جدایی جریان است، زیرا در زاویه 8 درجه، با تغییر شکل تاج از نوع مسطح به تیز، تغییر ارتفاع تلماسه ها، تغییر بافت ذرات سازنده و تغییرشرایط هیدرولیکی اعمال شده، اعم از کاهش عمق و افزایش دبی جریان، مقادیر منفی سرعت ایجاد نشده و ناحیه جدایی جریان قابل مشاهده نیست (نتایج حاصل از جدول 2). اگرچه زبری بستر اختلاط بیشتر جریان در نزدیکی بستر را سبب می گردد و افزایش قطر ذرات بستر، کاهش سرعت جریان در نزدیک بستر و در پی آن جدایی راحت تر جریان را باعث می شود، در زاویه پایین دست 8 درجه، ناحیه جدایی مشاهده نشده است. شکل (6)، نقشه منحنی های هم سرعت در راستای جریان ("u" ?) را در طول تلماسه نوع 1 که توسط برنامه گرافیکی مذکور تهیه شده است، را نشان می دهد. پروفیل های سرعت مثبت اندازه گیری شده نشانگر عدم مشاهده جدایی جریان در محل اتصال دو تلماسه هستند. شکل (7)، نقشه منحنی های هم سرعت را در راستای عمود بر جریان ("w" ?) نشان می دهد. مقادیر متوسط سرعت در راستای عمود بر جریان، در طول یک تلماسه منفی هستند و در اغلب سری آزمایش های انجام شده بر روی تلماسه های نوع 1 و 2 (با زاویه ایستایی کوچک) بر روی شیب وجه بالادست تلماسه دارای مقادیر نزدیک به صفر است، رنگ سفید در شکل، تا تاج مسطح تلماسه بعدی ادامه می یابد. همچنین مقادیر سرعت منفی در بخش فرورفته تلماسه و وجه پایین دست تا نزدیک بستر پیش می آیند. شکل(6)، نمایش پروفیل های سرعت در راستای جریان ("u" ?) در آزمایش سری اول شکل(7)، نمایش پروفیل های سرعت در راستای عمود بر جریان ("w" ?) در آزمایش سری اول نتایج حاصل از مطالعات نصیری (2011) در تلماسه های با تاج تیز و زاویه وجه پایین دست بزرگ (35 درجه)، نشان می دهد سرعت متوسط در راستای عمود بر جریان بر روی تاج نزدیک به صفر است و سرعت های عمودی در ناحیه جدایی جریان ایجاد شده، مقادیری مثبت بزرگی دارند (15). تفاوت الگوی سرعت های عمودی ایجاد شده در محل اتصال دو تلماسه به یکدیگر در پژوهش حاضر با مطالعات نصیری (2011)، کوچکتر بودن ناحیه جدایی جریان را بر روی تلماسه های با شیب ملایم، نشان می دهد. کاربرد تنش های رینولدز برای برآورد تنش برشی بستر در حضور شکل های گوناگون هندسی مناسب است. در شرایط هیدرولیکی متفاوت اعمال شده بر روی تلماسه های با شیب ملایم، پارامتر بدون بعد تنش های برشی رینولدز در نزدیکی بستر بیشینه بوده و سپس تا سطح آب روند کاهشی دارد (شکل 8). روند کاهشی غیر خطی مشاهده شده با نتایج حاصل از بررسی های یانگ و همکاران (2004) مبنی بر انحراف توزیع تنش رینولدز از توزیع خطی استاندارد در نتیجه حضور سرعت عمودی غیر صفر، مطابقت دارد (19). لازم به ذکر است که در مطالعات سال های اخیر نتایج نشان می دهد که به علت وجود توربولانس در وجه پایین دست تلماسه ها، کاربرد یک پروفیل منفرد در برآورد تنش برشی بستر و همچنین سرعت برشی (u*) برای بدون بعد کردن پارامتر ها مناسب نیست و کاربرد مقادیر متوسط مکانی توصیه می شود. همچنین در مواقعی که برون یابی بخش نزدیک بستر در پروفیل های تنش رینولدز که برای برآورد سرعت برشی استفاده می شود، مقدار صفر را تخمین می زنند، کاربرد برون یابی داده های متوسط مکانی تنش برشی رینولدز پیشنهاد می گردد. در این پژوهش تنها مقادیر نزدیک به صفر در نزدیکی سطح آزاد جریان حاصل گردیده و مقادیر منفی مشاهده نشدند. این بدان معناست که تلماسه ها قادر نیستند که لایه نزدیک به سطح آب را تحت تأثیر قرار دهند. مقادیر کوچکتر تنش رینولدز در شکل (8الف) نسبت به (8ب) می تواند ناشی از تاثیر بیشتر مقادیر سرعت عمودی ("w" ?) نزدیک به صفر در وجه بالادست تلماسه نسبت به وجه پایین دست آن باشد. الف) ب) شکل (8)، نمای تغییرات پروفیل های بدون بعد تنش رینولدز ("-" ("u"?"w"?" ) ?"/" ?"u" ^"*" ?^"2" ) در آزمایش سری اول، الف - وجه بالادست تلماسه، ب- وجه پایین دست تلماسه در سری آزمایش های انجام شده بر روی تلماسه های نوع 3 ، شکل (9) ، جدایی جریان حاصل از افزایش زاویه وجه پایین دست را نشان می دهد. شکل (9)، نمایش پروفیل های سرعت در راستای جریان ("u" ?) در آزمایش سری پانزدهم بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی در تلماسه های بلند، پروفیل های سرعت بر روی شیب وجه پایین دست تلماسه در نزدیکی محل فرورفته تلماسه برگشته و سرعت ابتدا مقادیر صفر (محدوده سفید رنگ) و سپس مقادیر منفی به خود می گیرد و این سرعت های منفی تا بخش ابتدایی شیب وجه بالادست ادامه می یابند تا دوباره به مقدار صفر برسند. تغییرات به صورت گسترده، تدریجی و کاملاً محسوس بوده و ارتباط مستقیم هندسه تلماسه را با جدایی جریان نشان می دهند. شکل (10)، سرعت های عمودی در ناحیه جدایی جریان ایجاد شده را که دارای مقادیر مثبت بزرگی هستند نشان می دهد. این شکل تفاوت الگوی جریان حاضر و الگوی جریان عبوری از روی تلماسه هایی که جدایی جریان به طور محسوس در آن مشاهده نمی شود (شکل 7)، را نشان می دهد. شکل (10)، نمایش پروفیل های سرعت در راستای عمود بر جریان ("w" ?) در محل اتصال دو تلماسه از نوع 3 در آزمایش سری پانزدهم نتایج حاصل از مقایسه سری آزمایش های 15 الی 20 و مقادیر ارائه شده از طول ناحیه جدایی جریان در جدول (2)، به شرح زیر است: برای دو تلماسه مشابه در حالت استقرار و سرعت جریان یکسان، طول ناحیه جدایی جریان حاصل از حضور تلماسه در اعماق کمتر جریان، بزرگتر می باشد. با افزایش سرعت جریان در دو تلماسه مشابه و با عمق یکسان، طول ناحیه جدایی جریان افزایش می یابد. همچنین بررسی نتایج حاصل از طول ناحیه جدایی جریان در مجموع سری آزمایش های 1 الی 28 علاوه بر تایید نتایج ذکر شده، نشان می دهند که: از بین پارامترهای موجود و موثر در جدایی جریان، زاویه ایستایی و سپس ارتفاع تلماسه، به ترتیب از مهمترین و کلیدی ترین پارامترها می باشند. تحت شرایط هیدرولیکی یکسان در تلماسه هایی با تاج تخت، طول ناحیه جدایی جریان و محل وقوع آن نسبت به تلماسه های تاج تیز کمتر است. یک رابطه خطی مشخصی بین طول ناحیه جدایی جریان و ارتفاع تلماسه ها موجود است. نسبت طول ناحیه جدایی جریان اندازه گیری شده به ارتفاع تلماسه (l/?) در شرایط متفاوت هیدرولیکی حدود 5/3 در تلماسه نوع 3 و حدود 8/3 در تلماسه نوع 4 برآورد گردیده است که این ارقام از موارد گزارش شده (8/5=l/?) اوها و مزومدار (2008) و 6= l/?در مرجع لین (1993)، کمتر می باشد (13و16). در تمام انواع تلماسه ها با نزدیک شدن به سطح آب و گذر از لایه برشی تغییرات سرعت نسبتاً یکنواخت می گردد و این امر مبین عدم تأثیر شکل بستر بر ساختار جریان در اعماق نزدیک به سطح آب است. 3-2- نتایج حاصل از مدل سازی پروفیل های سرعت جریان عبوری از روی تلماسه ها عدم مشاهده ناحیه جدایی جریان در تلماسه های ریزبافت با ارتفاع 4 سانتی متر و مقایسه آن با شرایط هیدرولیکی مشابه تلماسه های ریزبافت با ارتفاع بیشتر، که جدایی جریان در آن ها قابل مشاهده است، سبب بکارگیری رایانه در مدل سازی تلماسه ها گردید. شبیه سازی تلماسه ها در شرایط هیدرولیکی متفاوت و کالیبره نمودن آن ها با مدل های فیزیکی گامی جدید در مهندسی هیدرولیک رسوب است که نتایج حاصل از آن با مقادیر اندازه گیری شده همخوانی بسیار مناسبی را نشان می-دهند. جدول 2، نتایج حاصل از اندازه طول ناحیه جدایی جریان در دو مدل فیزیکی و عددی l/? طول ناحیه جدایی جریان برآورد شده (l’) (cm) طول ناحیه جدایی جریان اندازه گیری شده (l) (cm) سرعت حداکثر (cm/s) عمق جریان (cm) دبی (lit/sec) اندازه ذرات شن نوع تلماسه سری تلماسه های با زاویه کوچک 0 0 0 19 7/31 30 درشت 1 1 0 0 0 33 5/19 30 درشت 1 2 0 0 0 38 7/31 60 درشت 1 3 0 0 0 19 7/31 30 ریز 1 4 0 0 0 33 5/19 30 ریز 1 5 0 0 0 38 7/31 60 ریز 1 6 0 0 0 20 7/31 30 درشت 2 7 0 0 0 40 5/19 30 درشت 2 8 0 0 0 41 7/31 60 درشت 2 9 0 0 0 61 5/19 60 درشت 2 10 0 0 0 21 7/31 30 ریز 2 11 0 0 0 40 5/19 30 ریز 2 12 0 0 0 41 7/31 60 ریز 2 13 0 0 0 63 5/19 60 ریز 2 14 تلماسه های با زاویه بزرگ 2/2 8/18 5/17 18 7/31 30 درشت 3 15 7/2 9/22 8/21 40 5/19 30 درشت 3 16 2/2 8/18 2/18 38 7/31 60 درشت 3 17 3/3 3/22 1/26 82 5/19 60 درشت 3 18 5/3 3/18 4/27 16 7/31 30 ریز 3 19 2/3 1/21 9/25 35 5/19 30 ریز 3 20 4/1 8/8 5/5 19 7/31 30 درشت 4 21 3 7/9 1/12 36 5/19 30 درشت 4 22 9/1 8/8 8/7 36 7/31 60 درشت 4 23 8/3 6/9 5/15 69 5/19 60 درشت 4 24 0 8/6 0 20 7/31 30 ریز 4 25 0 2/9 0 38 5/19 30 ریز 4 26 0 8/6 0 37 7/31 60 ریز 4 27 0 1/9 0 69 5/19 60 ریز 4 28 مقایسه پروفیل های سرعت اندازه گیری شده در سری 15، با پروفیل های سرعت شبیه سازی شده توسط مدل هیدرولیکی "سیم" همخوانی مناسبی را از نظر شکل توزیع محل جدایی جریان و مکان نقطه اتصال مجدد جریان نشان می دهد (شکل 11). شکل (11)، نمایش مقایسه پروفیل های سرعت اندازه گیری شده و شبیه سازی شده در تلماسه با زاویه بزرگ نتایج حاصل از مدل سازی، عدم مشاهده ناحیه جدایی جریان را در تلماسه های با شیب ملایم (نوع 1 و 2) و شرایط هیدرولیکی اعمالی تایید کرده (شکل 12) و صحت فرضیه وجود رابطه خطی بین طول ناحیه جدایی جریان و ارتفاع تلماسه را نشان می دهد. حضور ناحیه جدایی جریان مدل شده (شکل 13) در سری آزمایش های 25 الی 28 (تلماسه های نوع 4 ریزبافت) و عدم مطابقت آن با موارد اندازه گیری شده توسط adv، نشان می دهد که عدم مشاهده ناحیه جدایی جریان توسط adv ، نشانه عدم وجود ناحیه جدایی جریان نیست و لذا به ابزارهای قوی تری نظیر piv برای اندازه گیری سرعت جریان و پدیده جدایی جریان در نزدیک بستر نیاز است. شکل (12)، نمایی از منحنی های هم سرعت در راستای جریان (u) در تلماسه مدل سازی شده از نوع اول و تایید عدم وجود ناحیه جدایی شکل (13)، پروفیل های سرعت جریان مدل سازی شده در راستای جریان (u) در شرایط هیدرولیکی دبی lit/s30 3-3- نتایج آزمایشگاهی حاصل از اندازه گیری پارامتر سرعت با دستگاه piv با نگاهی دقیق تر به جدول (2)، این سوال مطرح می شود که آیا کاهش اندازه قطر ذرات در تلماسه های با ارتفاع (4 سانتی-متر) و یا به مفهومی دیگر کاهش زبری جریان، سبب ایجاد شرایطی شده است که مانع جدایی جریان می گردد و یا این عدم مشاهده ناحیه جدایی حاصل از ضعف اندازه گیری های دستگاه adv است؟ نتایج حاصل از کاربرد دستگاه piv در شرایط هیدرولیکی مشابه و همچنین کاهش زبری ذرات در شکل (14) ارائه شده است. جریان مدل شده توسط سیم از تلماسه نوع 4، نیز نتایج مشابهی با piv را نشان می دهد (شکل 15) که مبین ناحیه جدایی جریان کوچک برای این نوع شکل بستر است. شکل (14)، نمایی از منحنی های هم سرعت اندازه گیری شده توسط piv در راستای طولی کانال، (سری آزمایش 25) و حضور ناحیه جدایی جریان شکل (15)، نمایی از منحنی های هم سرعت مدل سازی شده در راستای طولی کانال، (سری آزمایش 25) و حضور ناحیه جدایی جریان جمع بندی و نتیجه گیری نتایج حاصل از بررسی برهم کنش انواع شکل های بستر شنی بر توزیع های سرعت جریان، تنش های رینولدز و نیز بررسی طول ناحیه جدایی جریان و اتصال مجدد از تلماسه های ساخته شده و شبیه سازی شده به صورت زیر خلاصه می گردد: طول ناحیه جدایی جریان در دو تلماسه با شکل هندسی مشابه، برای جریان با عمق کمتر، بزرگ تر می باشد. طول ناحیه جدایی جریان در دو تلماسه با شکل هندسی مشابه، با افزایش سرعت جریان، افزایش می یابد. در تلماسه هایی با تاج تخت، طول ناحیه جدایی کوتاه تر از طول ناحیه جدایی در تلماسه های با تاج تیز است. یک رابطه خطی مشخص بین طول ناحیه جدایی جریان و ارتفاع تلماسه ها وجود دارد. طول ناحیه جدایی جریان اندازه گیری شده در تلماسه با شکل و هندسه متفاوت دارای تغییرات حدود 8/3-5/1 برابر ارتفاع تلماسه می باشد. با کاهش ارتفاع تلماسه به میزان 50%، طول ناحیه جدایی جریان حدود 50 % کاهش می یابد. زاویه وجه پایین دست و ارتفاع تلماسه، به ترتیب از مهمترین پارامترهای موثر در طول جدایی جریان می باشد. چنانچه زاویه وجه پایین دست 8 درجه در مقایسه با 38 درجه جدایی جریان نامحسوسی را سبب می شود و ارتفاع 8 سانتی متری در مقایسه با سایر ارتفاع های در نظر گرفته شده برای تلماسه ها، جدایی جریان بیشتری را سبب می گردد.

در این تحقیق، با استفاده از مدل های آزمایشگاهی و تکنیک های کنترل لایه مرزی، تاثیر تزریق جت (تعداد، ارتفاع، زاویه و دبی جت) از بدنه پایه استوانه ای، تاثیر مکش ازکف کانال و تاثیر همزمان جت پایه و مکش کف بر آب شستگی موضعی اطراف پایه در دو عمق 28 و 5/10 سانتی متر و در شرایط آب شستگی آب زلال بررسی شده است. نتایج نشان داد که در آزمایش های کاربرد جت به تنهائی، بیشترین کاهش عمق آب شستگی برای عمق جریان کوچکتر، دبی جت بزرگتر، ارتفاع جت کمتر و زاویه بین جت 90 درجه اتفاق می افتد. در آزمایش های کاربرد فقط مکش از کف کانال، نتایج نشان داد که مکش باعث کاهش آب شستگی و نرخ انتقال رسوب گردیده است و بیشترین مقدار کاهش عمق آب شستگی در عمق جریان کوچکتر بدست آمد. در آزمایش های کاربرد همزمان جت پایه و مکش بستر، مکش اثر جت را بهبود بخشید و باعث کاهش عمق، مساحت، حجم و شیب بالادست حفره آب شستگی به ترتیب تا حدود 50%، 20%، 39% و 39% برای بهترین شکل سیستم ترکیبی کاربرد جت و مکش به عنوان روشی برای کاهش آب شستگی گردید. هم چنین بررسی پروفیل-های سرعت و مولفه های ساختار جریان نشان می دهد که تزریق جت و کاربرد مکش، مشخصات توربولانس درون حفره آب شستگی و مولفه جریان رو به پائین در بالادست پایه را کاهش داده و باعث کاهش قدرت جریان رو به پائین و تغییر محل آن از سطح بستر و تضعیف گرداب های نعل اسبی در اطراف پایه شده است. همچنین آنالیز کوادرانت برای تعیین سهم تنش رینولدز نشان داد رخداد غالب sweep سپس ejection بعد از آن outward و به دنبال آن inward در کل عمق جریان بوده است و در نزدیک بستر، sweep و ejection بیشترین سهم در تولید تنش رینولدز را دارا هستند.

سازه ها و روش های متعددی برای اندازه گیری دبی جریان در کانال های آبیاری وجود دارد که در بین آنها سرریز های لبه تیز و دریچه های کشویی کاربرد بیشتری در اندازه گیری و کنترل جریان در کانال های روباز دارند. برای کاهش نقاط ضعف سرریز و دریچه، آنها می توانند در یک سازه هیدرولیکی با هم ترکیب شده و ترکیبی از جریان روی سرریز و زیر دریچه را از خود عبور دهند. در این مطالعه، خصوصیات مدل هیدرولیکی سرریز- دریچه نظیرضریب دبی جریان و پارامترهای موثر بر جریان ترکیبی مورد بررسی قرار می گیرد. مجموعاً تعداد 38 مدل آزمایشگاهی در 5 گروه متفاوت از لحاظ شکل مقطع ساخته شده و در کانال آزمایشگاهی دانشگاه صنعتی اصفهان با دو شکل مقطع مختلف مستطیلی و دایره ای مورد آزمایش قرار گرفت. هر کدام از مدل ها در کانال مستطیلی در سه حالت جریان مورد آزمایش قرار گرفتند الف) حالت جریان آزاد ب) جریان آزاد از روی سرریز و جریان مستغرق از زیر دریچه ج) حالت جریان مستغرق. نتایج آزمایشگاهی برای مدل ترکیبی (در تمامی حالت های جریان) نشان می دهد با افزایش پارامتر بی بعد شده ارتفاع آب در بالادست، مقدار ضریب دبی افزایش می یابد و ضریب دبی حالت مستغرق کمتر از حالت آزاد می باشد. همچنین برای برآورد مقدار جریان عبوری از مدل ها، سه روش مختلف استفاده گردید. در روش اول با فرض ضریب دبی یکسان برای سرریز و دریچه، مقدار جریان عبوری از ترکیب روابط متداول موجود برای سرریز و دریچه بدست آمد. در روش دوم، مقطع کنترل با عمق بحرانی روی تاج سرریز فرض گردیده و با استفاده از رابطه مومنتوم مقدار دبی جریان محاسبه شد. در روش سوم جریان ترکیبی عبوری از مدل با جریان از زیر دریچه شبیه سازی گردید. مقادیر بدست آمده از روش ها با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و از متوسط و واریانس درصد خطای نسبی برای ارزیابی دقت مدل ها استفاده گردید. این مقایسه نشان می دهد تمامی مدل ها به خوبی توانایی برآورد دبی جریان ترکیبی را دارا بوده و از بین آنها مدل اول بهترین مدل با کمترین خطا می باشد. مدل ها در کانال دایره ای در حالت جریان آزاد و به صورت انتهایی مورد آزمایش قرار گرفتند و از روش اول ذکر شده در بالا برای برآورد دبی جریان در آنها استفاده گردید و مقادیر بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مطابقت خوبی داشته و میزان خطای نسبی در بیشترین حالت در بازه اطمینان 95% کمتر از 5%± می باشد.

کارهای انجام شده در زمینه معادلات ارائه دهنده هندسیه هیدرولیکی کانالهای پایدار عمدتا بر اساس جریان یکنواخت شکل گرفته و توسعه پیدا کرده اند و لذا استفاده از نتایج این معادلات در کانالها و رودخانه های طبیعی که جریان در آنها عمدتا به طور غیر یکنواخت صورت میگیرد مناسب نخواهد بود هدف اصلی این تحقیق برریس چگونگی توزیع تنش برشی و پارامتر شیلدز در مقاطع غیر یکنواخت کانالهای پایدار و توسعه مدلی برای پیش بینی مشخصات هندسه هیدرولیکی مقطع پایدار با استفاده از روشهای رگرسیون چندگانه آماری میباشد. برای این منظور با کاربرد روشهای مبتنی بر قوانین هیدرودینامیک، تنش برشی بشتر به کمک اندازه گیری های صحرایی نیمرخ سرعت جریان، مشخصات رسوب بستر کانال و مشخصات هندسی موجود تعیین شده و معادلات مناسب برای برآورد عرض، عمق و شیب طولی کانال با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی نظیر تنش برشی، دبی و پارامترهای مورفوژیکی نظیر قطر ذرات رسوب ارائه شده اند. برای این کار، پس از بررسی های اولیه و بازدیدهای صحرایی در مناطق مختلف، مطالعات به دو قسمت تقسیم شد. قسمت اول شامل 4 بازه انتخابی از مسافتی به طول 20 کیلومتر از رودخانه کاج در استان چهار محال بختیاری میباشد. قسمت دوم شامل 12 بازهدر انهار فضای سبز واقع در حاشیه زاینده رود است. در مجموع از تمام بازه های مورد مطالعه مشخصات هندسی 76 مقطع و 338 پروفیل سرعت به همراه مشخصات ذرات بستر و داده های نقشه برداری ثبت گردید. با انجام محاسبات اولیه مشخصات مورفولوژیکی و هیدرولیکی بدست آمد. سپس با استفاده از داده های پروفیل سرعت و با استفاده از روش مشخصات لایه مرزی، مقادیر سرعت برشی مربوط به هر پروفیل محاسبه گردید. سپس با استفاده از این مقادیر تنش برشی و پارامتر شیلدز محاسبه شده و نحوه توزیع آنها در مقاطع غیر یکنواخت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این بررسی نشان میدهد که چگونگی توزیع این دو پارامتر، ابزار مناسبی برای تحلیل پایداری مقاطع عرضی در اختیار قرار میدهد. به منظور برآورد مدل پیش بینی مشخصات هندسه هیدرولیکی کانال پایدار شامل عرض، عمق و شیب از روش رگرسیون چندگانه غیر خطی استفاده شد.

یکی از موضوعات اساسی و مورد نیاز در محاسبات و طراحی های هیدرولیکی، مقاومت جریان میباشد. روشهای موجود جهت تخمین زبری برای شرایط جریا یکنواخت و آبراهه های ریزدانه توسعه یافته اند. به کاربردن این روشها در جریان غیریکنواخت و بسترهای درشت دانه باعث ایجاد خطای زیاد در تعیین مقاومت جریان میگردد. این تحقیق به ارزیابی مقاومت جریان در کانالهای دارای قلوه سنگ و کف و پوشش گیاهی روی دیواره تحت شرایط جریان یکنواخت و مقیاس زبری متوسط پرداخته است. به همین منظور مشخصات هندسی و هیدرولیکی جریان در آبراهه های درشت دانه و در دو حالت وجود و عدم وجود گیاه روی دیواره ها اندازه گیری شده اند. برای حالت اول سه بازه از کانالهای واقع در حومه خوانسار اننخاب شده است. و برای حالت دوم یک بازه از یکی از کانالهای مذکور و یک بازه از رودخانه ماربر که در کوهرنگ واقع می باشد انتخاب شده است. با استفاده از نیمرخهای سرعت اندازه گیری شده اعتبار قوانین توزیع لگاریتمی و سهمی سرعت بررسی گردید. نتایج نشان داد که در تمام بازه های مورد مطالعه قانون لگاریتمی سرعت معتبر میباشد ولیکن قانون سهمی در بازه های دارای گیاه روی دیواره ها معتبر نمیباشد. در ادامه سرعت برشی که یک عامل حیاتی در برآورد مقاومت جریان می باشد از سه روش لگارتیمی، مشخصات لایه مرزی و معادله سن-ونانت محاسبه گردید. مقایسه این سه روش نشان داد که روش لگاریتمی به خاطر دشواری تعیین سطح مرجع و روش مبتنی بر معادله سن-ونانت به علت حساسیت زیاد نسبت به تعیین شیب بستر و شیب سطح آب در آبراهه های درشت دانه قابل توصیه نمیباشد. در نهایت روش مشخصات لایه مرزی به عنوان مناسب ترین روش جهت تخمین سرعت برشی تشخیص داده شد. در بازه های بدون گیاه، با استفاده از مدل رگرسیون غیر خطی از طریق نرم افزار sas رابطه ای برای برآورد مقاومت جریان در مقیاس زبری متوسط ارائه گردید. در این رابطه نسبت ظرافت سطح مقطع، زبری نسبی و پاارمتر سهولت حرکت ذره تاثیر معنی داری بر مقاومت جریان دارد. اما مطالعه و بررسی بر روی بازه های دارای گیاه روی دیوارهها نشان داد که پارامترهای موجود برای درک پدیده مقاومت جریان در این وضعیت کافی نبوده و بایستی تحقیقات بیشتری در این زمینه صورت گیرد.

زمانی یک دره رسوب به حرکت در می آید که برآیند نیروهای وارد بر ذره، بیش از نیروی وزن آن باشد. در این حالت ذره در استانه حرکت قرار گرفته و می تواند به دو صورت بار معلق و بستر حرکت کند. اندازه گیری مواد رسوبی رودخانه ها، یکی از اصولی ترین روش های مدیریتی برای مقابله با خسارت ناشی از انتقال رسوبات است که به صورت نمونه برداری بار معلق از سال 1340 در کشور آغز شده است ولی تاکنون مطالعات قابل توجهی روی مواد درشت دانه و بار بستر در رودخانه ها و حتی آبراهه های مرتبط با پروژه های آبی صورت نگرفته است. در این تحقیق پایین دست چشمه لنگان در رودخانه زاینده رود، در سه بازه، مورد مطالعه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته شد. در این پروژه سعی شده است که با توجه به اندازه گیری های سرعت جریان، بار بستر عبوری، قطر ذرات انتقالی و نیز محاسبه تنش برشی و پارامتر شیلدز از طریق محاسبه سرعت برشی به روش سهمی، رابطه ای بین عوامل موثر بر انتقال بار بستر یافت شود. تفاوت چشمگیر 50 d های مقاطع مختلف در طول رودخانه، اثرات قابل توجهی را بر روی پارامتر شیلدز و نیز مقدار بحرانی آن، باعث می گردد. با گذشت زمان و پیشرفت علم و تجهیزات، این طور به نظر می رسد که دیگر بیان یک مقدار جهانی پارامتر شیلدز بحرانی حتر برای یک مقطع نیز کار ساز نباشد، چنانچه هر مقطع باتوجه به شرایط مورفولوژیکی و هیدرولیکی جریان، پارامتر شیلدز بحرانی منحصر به فردی را نیازمند است بررسی روابط پیش بینی کننده نرخ انتقال رسوب نیز نتایج متفاوتی را نشان داد. چنانچه حتی برای یک بازه با خصوصیات مورفولوژیکی تقریبا یکسان نیز، نمی توان معادله شخصی را معرفی نمود. ولی از بین معادلات مورد بررسی قرار گرفته می توان، ویل کوک کالیبره شده را پیشنهاد کرد. همچنین با مقایسه داده های اندازه گیری شده سازمان آب و داده های موجود در این پروژه معادله توانی دبی-دبی رسوبی حاصل می شود که با درنظر گرفتن نسبت بار بستر به بار معلق حدود 2 الی 3 درصد، می توان در پروژه های آبی از آن استفاده نمود. از اهداف اصلی این تحقیق می توان اندازه گیری بار بستر و شناسایی مکانیسم انتقال آن، شناخت نقاط قوت و ضعف معادلات موجود در مراجع هیدرولیکی برای پیش بینی بار بستر در رودخانه های شنی و نیز معرفی نرم افزار bags را بیان نمود.

آب شستگی پدیده ای است طبیعی که در نتیجه عمل فرسایش بستر توسط جریان آب و حمل مواد جدا شده از آن به وسیله این جریان رخ می دهد. این پدیده باعث فرو ریختن پل ها شده و به خصوص در مواقع سیلاب در اثر وجود جریان های ناپایدار و حرکت اجسام شناور و معلق در آب، باعث صدمه زدن به پایه های پل ها و گرفتگی در مقطع سیلابی و افزایش عمق و سرعت جریان می شود. آب شستگی به سه نوع آب شستگی عمومی، آب شستگی انقباضی (تنگ شدگی) و آب شستگی موضعی تقسیم می شود. از روش های کنترل و کاهش میزان آب شستگی موضعی می توان به موارد زیر اشاره کرد: بالا بردن مقاومت مواد تشکیل دهنده بستر (استفاده از سنگ چین یا لایه سپری)، کاهش قدرت عوامل فرسایش موضعی (استفاده از طوق و یا پای ستون، استفاده از شکاف و پایه های آیرودینامیک و استفاده هم زمان از طوق و شکاف) و افزایش مقاومت مواد بستر هم زمان با استفاده از عوامل کاهش دهنده فرسایش موضعی. اکثر مطالعات انجام شده در این زمینه به صورت تجربی و آزمایشگاهی بوده است که علت این امر پیچیدگی این پدیده در اثر بروز جریان های ثانویه در اطراف پایه، ثابت نبودن مشخصات هیدرولیکی نسبت به زمان، تغییر شرایط مرزی و اندرکنش سه فاز مختلف آب، هوا و رسوب می باشد. در تحقیق حاضر اثر لایه سپری بر آب شستگی موضعی اطراف تکیه گاه های نیم دایره و نیم بیضی مورد مطالعه قرار گرفته است. به طور کلی اهداف مورد نظر در این تحقیق شامل مطالعه و شناخت توسعه آب شستگی آب زلال در لایه سپری در تکیه گاه ها، مطالعه و شناخت تأثیر شکل تکیه گاه ها بر آب شستگی واقع در لایه سپری، بررسی تأثیر پارامترهای هیدرولیکی نظیر عدد فرود بر حداکثر عمق آب شستگی در لایه سپری و بررسی تأثیر پارامترهای فیزیکی نظیر قطر ذرات سپر، قطر ذرات بستر و ضخامت لایه سپری بر روند و میزان آب شستگی اطراف تکیه گاه در حضور لایه سپری با استفاده از مدل آزمایشگاهی بوده است. آزمایش ها در یک کانال به طول 6/5 متر و عرض 30 سانتی متر با سطح مقطع مستطیلی انجام گرفته است. فاصله مورد نیاز به منظور فراهم آمدن شرایط لازم جهت توسعه کامل جریان در مقطع مورد آزمایش با اندازه گیری پروفیل های سرعت از ورودی کانال تعیین شده است. آزمایش ها روی دو نوع تکیه گاه به شکل های نیم بیضی و نیم دایره و به ابعاد3b/l= برای نیم بیضی و2b/l= برای نیم دایره انجام گرفت (b:عرض تکیـه گاه و l:جلو آمده گـی تکیـه گاه). تکیه گاه ها در مقطعی از کانال به طول 1 متر، عرض 3/0 متر و ارتفاع 4/0 متر که با دو لایه از رسوبات یکنواخت (بستر و سپر) پوشیده شده است، قرار گرفته و قطرهای مختلف ذرات رسوب بستر و لایه سپری مورد آزمایش قرار گرفته اند. بررسی ها نشان داد که سرعت جریان نقش بسزایی در نحوه گسترش گودال آب شستگی دارد. با افزایش قطر ذرات بستر در حضور یک لایه سپری ثابت ، عمق آب شستگی افزایش می یابد. با افزایش قطر ذرات لایه سپری در حضور بستر ثابت، عمق آب شستگی کاهش می یابد. در ضخامت لایه سپری ثابت با افزایش قطر ذرات بستر، عمق آب شستگی افزایش می یابد. در قطرهای کوچک بستر که بیشتر تحت اثر حفاظتی لایه سپری قرار دارند، افزایش سرعت تا زمانی که لایه سپر را تحت تأثیر قرار ندهد، سبب افزایش عمق لایه سپری ثانویه می گردد. عمق آب شستگی در تکیه گاه نیم بیضی کمتر از تکیه گاه نیم دایره است.

از جمله مسائل مطرح در جریان با پوشش گیاهی بستر شناسایی ساختار جریان آشفته می باشد. زیرا آشفتگی نقش مهمی در تبادل جرم و اندازه حرکت بازی می کند. گرچه ساختار جریان غیر یکنواخت در حضور پوشش گیاهی در مقایسه با جریان یکنواخت، کمتر مورد توجه مهندسین و محققین واقع شده است؛ از نقطه نظر کاربردی هیچ کانال طبیعی دارای بستر یکنواخت نبوده و اغلب به شکل های مختلف هندسه آن در جهت طولی و عرضی تغییر می کند. در این پژوهش ویژگی های جریان آشفته تند شونده (جریان با گرادیان فشار مطلوب) برای تراکم های مختلف پوشش صلب بستر و حضور پوشش چمن مصنوعی شامل نیمرخ های کمینه، بیشینه و متوسط سرعت، توزیع تنش برشی رینولدز و شدت های آشفته مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعه در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان در فلومی به طول 7 متر، عرض 30 سانتی متر و عمق 36 سانتی متر با بکار گیری چمن مصنوعی با ارتفاع 3 سانتی متر و میخ به عنوان پوشش گیاهی صلب با ارتفاع 5/4 سانتی متر تحت جریان غیر یکنواخت تند شونده با شیب های 01/0 - و 02/0 - صورت گرفت. در این پژوهش از دستگاه سرعت سنج adv به منظور برداشت داده های آزمایشگاهی استفاده شد. آزمایش ها در قالب سه دسته شامل بدون پوشش، پوشش چمن مصنوعی و پوشش گیاهی صلب صورت گرفت. پوشش چمن مصنوعی و بدون پوشش هر کدام شامل دو سری آزمایش در شیب های بیان شده بودند. در پوشش گیاهی صلب برای مطالعه اثر تراکم، پوشش میخ هایی در فواصل 2 سانتی متر، 4 سانتی متر و 8 سانتی متر در راستای عرضی و طولی قرار داده شد که در مجموع با در نظر گرفتن اثر تغییر شیب 6 سری آزمایش صورت گرفت. تعداد مقاطع نمونه برداری در هر سری 3 مقطع و در هر مقطع 3 نیمرخ بودند. مطالعات نشان می دهد که نیمرخ متوسط سرعت نمی تواند به خوبی فعل و انفعالات موجود در ساختار جریان را به تصویر کشد. این در حالی است که بکار گیری نمودارهای شمعی ژاپنی برای پروفیل های سرعت توانست نمایشی مناسبی از وضعیت جریان ارائه دهد. از دیگر مزایای این نمودار دست یابی به نیمرخ بیشینه و کمینه سرعت است. نمایش نیمرخ ها ی کمینه و بیشینه سرعت می تواند در ک صحیحی از جریان را ارائه دهد. بررسی نیمرخ های کمینه و بیشینه نیز بیانگر آن است که در ناحیه داخل پوشش، سرعت های مثبت و سرعت های منفی رو به افزایش بوده و این افزایش تا تاج پوشش ادامه می یابد به نحوی که با عبور از تاج سرعت های منفی رو به کاهش اما سرعت های مثبت رو به افزایش است. نیمرخ ها ی کمینه و بیشینه قادر به تفسیر وقوع حداکثر تنش و حداکثر شدت آشفتگی در تاج پوشش می باشند. اثر تراکم پوشش نیز قابل ملاحظه می باشد. با افزایش تراکم ارتفاع ناحیه داخل پوشش گیاهی افزایش یافته و به دلیل ایجاد زبری بیشتر سرعت متوسط مقادیر کمتری را اختیار می کند. تغییر نیمرخ سرعت در ناحیه دوم که در آن قانون لگاریتمی بر قرار است رو به کاهش و با ورود به ناحیه سوم نیمرخ های سرعت بر هم منطبق می شوند. مقادیر تنش و شدت آشفتگی نیز از پروفیل سرعت پیروی می کنند.

یکی از مشخصه های جریان روباز در کنترل آلودگی، ضرایب پخشیدگی آشفته هستند. افزایش این ضرایب درراستای سه محور، عامل رقیق سازی و افزایش تبادل مواد با بستر جریان و به طور کلی باعث کاهش طول اختلاط کامل می شود. به منظور بررسی تأثیر بلوک های موضعی بر ضریب اختلاط عرضی، آزمایشاتی در دو کانال آزمایشگاهی مستطیلی انجام گرفت. کانال اول به طول 7 متر، عرض32/. متر و ارتفاع 35/. متر و کانال دوم به طول 20 متر، عرض 6/0 متر و ارتفاع 6/0 متر بوده و نصب بلوک های مستغرق به صورت موضعی با آرایش های گوناگون، انجام شده است. کانال اول توسط دو پمپ با حداکثر دبی 4/16 لیتر در ثانیه و کانال دوم توسط پمپی با حداکثر دبی 75 لیتر بر ثانیه تغذیه می شد. تنظیم دبی خروجی از پمپ توسط شیر تنظیم تعبیه شده پیش از دهانه ورودی به مخزن بالادست صورت می گرفت. آب در سیکل بسته از منبع اصلی به مخزن کوچک ابتدای فلوم پمپاژ شده و در آنجا با عبور از یک آرام کننده وارد کانال می شد. جریان به صورت یکنواخت و عمق جریان در دامنه 5- 15 سانتیمتر در کانال اول و 5/17 سانتی متر در کانال دوم توسط دریچه کنترل در پایین دست کنترل می-گردید. پس از حصول جریان توسعه یافته در کانال، در ترازی بالاتر از لبه کانال از یک مخزن هوایی حاوی محلول رقیق شده نمک با غلظت معلوم به عنوان ماده ردیاب استفاده شد. غلظت ها در 4 الی 5 مقطع و در هر مقطع 27 نقطه اندازه گیری گردید. ضریب اختلاط عرضی با استفاده از روابط ساده شده معادله بقای جرم و با استفاده از روش تبادل ممان، برای آرایش-های مختلف بلوک های موضعی محاسبه شد. همچنین مقدار ضریب مذکور بدون حضور بلوک ها مورد محاسبه قرار گرفت تا مبنایی جهت مقایسه تأثیر بلوک ها بر ضریب اختلاط عرضی قرار گیرد. در این تحقیق همچنین، تأثیر نسبت عرض به عمق بر ضریب فوق الذکر مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از تجزیه وتحلیل های آزمایشگاهی نشان داد که در کانال اول آرایش های مختلف زبری نتایج متفاوتی بر ضریب اختلاط عرضی گذاشته ولی در کانال دوم وجود زبری ها در هر موضعی باعث افزایش آشفتگی و جریان های عرضی و نهایتاً افزایش ضریب اختلاط عرضی شدند. همچنین در کانال اول، با افزایش فاصله زبری های موضعی از منبع آلودگی، تأثیر این زبری ها بر ضریب اختلاط عرضی و به تبع آن طول اختلاط کامل افزایش یافت ولی در کانال دوم تغییر مشخصی دیده نشد. با کاهش فاصله تناوبی بین زبری ها در کانال اول، شیب واریانس توزیع غلظت و در نتیجه ضریب اختلاط عرضی افزایش یافت و از طول اختلاط کامل کاسته شد و در کانال دوم بهترین فاصله تناوبی 1 متر بدست آمد. به علاوه در سرعت ثابت، مقدار این ضریب با افزایش نسبت عرض به عمق افزایش یافت. بطور کلی در سرعت و عرض ثابت، با افزایش عمق جریان ضریب اختلاط عرضی کاهش یافت.

پیش بینی مقاومت جریان یکی از چالش های مهم در پروژه های مهندسی رودخانه است. شکل های بستر با هندسه گوناگون نظیر شکل های واگرا و همگرا دیده می شوند. برهمکنش جریان وشکل بستر نقش مهمی در بسیاری از مطالعات مهندسی رودخانه نظیر طراحی کانالهای پایدار، مدیریت رودخانه ها و حفاظت سیل ایفا می کند. روشهای موجود در مراجع برای جریانها و بسترهای یکنواخت توسعه یافته اند بطوریکه کاربرد آنها برای جریانها و بسترهای غیر یکنواخت منجر به برآورد بیش از اندازه مقاومت جریان می شود. هدف این مطالعه بررسی مقاومت جریان برای چهار بازه انتخابی در رودخانهای شنی سیمره و چناران در ایلام می باشد که در آنها شکل بستر غالب بصورت همگرا با فرو رفتگی می باشد. در هر بازه چهار مقطع با جزئیات مورد بررسی و اندازه گیری قرار گرفت. سرعت برشی به سه روش قانون دیوار (قانون لگاریتمی)، سن ونان و مشخصات لایه مرزی محاسبه گردید. نتایج نشان داد که روش مشخصات لایه مرزی بهترین برآورد را از سرعت برشی ارائه می نماید. حداکثر مقاومت جریان در تاج شکل بستر محاسبه گردید. شناوری نسبی بیشترین اثر را در پیش بینی مقاومت جریان روی شکل بستر نشان می دهد. به دلیل تغییر شکل بستر در رودخانه ها، کاربرد مقادیر موضعی منطقی به نظر نمی رسد که این موضوع ضرورت کاربرد روشهای دقیق تر و ناب تر را در این شرایط ایجاب می کند. بر این اساس روش میانگین گیری دوگانه برای نخستین بار در رودخانه های ایران مورد استفاده قرار گرفت. کاربرد این روش نشان داد که قانون دیوار بخوبی روی شکل بستر در رودخانه ها به ویژه برای نسبت سرعت برشی و مقاومت جریان عمل می کند. کلمات کلیدی: مقاومت جریان، رودخانه، شکل بستر، میانگین گیری دوگانه

مواد رسوبی در رودخانه ها عموماً به دو صورت بار بستر و بار معلق جابجا می شوند. بار بستر بخشی از بار رسوبی حمل شده توسط رودخانه است که به حالت لغزش، غلطش و یا جهش در بستر رودخانه حرکت می کند. عواملی نظیر خصوصیات دانه بندی، چگالی دانه ها، دمای آب، هیدرولیک جریان و مشخصه های هندسی رودخانه در نحوه انتقال مواد رسوبی تأثیرگذار می باشند. به لحاظ اهمیت و نقش پدیده انتقال رسوب در عرصه های مختلف مهندسی تعیین کمیت بار رسوبی از دیرباز مورد توجه متخصصین مسائل رودخانه ای قرارگرفته است. اندازه گیری مواد رسوبی در رودخانه ها معمولاً به صورت بار معلق انجام می گیرد و همواره درصدی از آن را به عنوان بار بستردر نظر می گیرند. اندازه گیری مستقیم بار بستر در رودخانه ها به ندرت اتفاق افتاده است. در این تحقیق رودخانه بابل رود که یکی از رودخانه های دائمی حوزه دریای مازندران می باشد در 3 بازه مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفته شد. در این پروژه با نقشه برداری از مقاطع مختلف ، اندازه گیری داده های سرعت جریان، قطر ذرات کف، داده های بار بستر و قطر ذرات بار بستر انتقالی، پارامترهای مختلفی چون شیب کف رودخانه، دانه بندی قطر ذرات بار بستر انتقالی، سرعت برشی به روش تئوری لایه مرزی، تنش برشی، پارامتر شیلدز، سرعت متوسط و دبی جریان محاسبه شد و ارتباط بین پارامترهای محاسباتی بر انتقال بار بستر مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ارزیابی رفتار و پیش بینی های متفاوت در دیاگرام شیلدز و پارامتر شیلدز بحرانی، نشان می دهد که به جای تأکید بر مقادیر ثابت گزارش شده در مراجع توسط محققین مختلف می بایست بر یک مقدار قابل دفاع که براساس آن حرکت ذره مشاهده می شود تأکید کرد. با مقایسه داده های اندازه گیری شده توسط سازمان آب و داده های موجود در این پروژه معادله توانی دبی- دبی رسوب حاصل می شود که براساس معادله به دست آمده، نسبت بار بستر به بار معلق حدود 3-2 درصد محاسبه گردید. همچنین با بررسی روابط تجربی و نیمه تجربی بار بستر انتقالی، معادلات دوبوی، حسن زاده و ریکینگ در این رودخانه پیشنهاد می شود. در این پروژه دو معادله تجربی براساس رابطه خطی که با توجه به پارامترهای بی بعد هیدرولیکی و هندسی به دست آمد و با داده های دیگر مورد واسنجی قرار گرفت، مشاهده شد که این پارامترها نقش به سزایی را در انتقال بار بستر ایفا می کنند. از اهداف اصلی این تحقیق می توان به اندازه گیری بار بستر انتقالی و بررسی مکانیسم انتقال بار بستر، شناخت معادلات مناسب در رودخانه بابل رود، ارائه معادله تجربی خطی برای بار بستر با استفاده از داده های اندازه گیری شده و واسنجی آن توسط داده های موجود در حوزه های آبریز دیگر اشاره کرد.

تحقیقات هیدرودینامیکی در کانال های با پوشش گیاهی بر اساس اندیشه بهینه سازی و مدیریت رودخانه و توسعه پایدار منابع آب، در پیش روی ما قرار گرفته است . مهندسین و دانشمندان هیدرولیک که روی بهینه سازی رودخانه کار می کنند، نیاز برای فهم عمیق تر از آبراهه های طبیعی به عنوان یک سیستم دینامیک و پیچیده ای که نه فقط شامل المان های بی جان همچون رسوب است بلکه حاوی مولفه های بیولوژیک و جاندار است را سازماندهی می کنند. از این نقطه نظر نقش گیاهان رودخانه ای در دینامیک رودخانه و شرایط جریان، نقشی حیاتی است. هدف از تحقیق حاضر مطالعه توزیع سرعت و تغییرات مقاومت جریان ناشی از تغییرات پوشش های کف و کناره کانال می باشد. از آنجا که به منظور برداشت داده های آزمایشگاهی از دستگاه سرعت سنج سه بعدی vectrino+ استفاده شده است، توزیع تنش های رینولدز و شدت توربولانس نیز در هر حالت مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات این تحقیق در کانالی به طول 20 متر و عرض و ارتفاع 60 سانتی متر در چهار حالت پوششی متفاوت کف و کناره کانال انجام گرفته است. این چهار حالت عبارتند از: (الف) بستر شنی و دیواره شیشه ای، (ب) بستر شنی و دیواره پوشیده با پوشش گیاهی (ج) بستر و دیواره پوشیده با پوشش گیاهی (د) بستر پوشیده با پوشش گیاهی و دیواره شیشه ای. آزمایشات فوق در قالب 10 سری آزمایشی انجام گرفته است که در مجموع 90 پروفیل سرعت برداشت شده است. تعداد مقاطع نمونه برداری در هر سری سه مقطع و در هر مقطع سه پروفیل سرعت در فواصل متفاوت از دیوار می باشد. نتایج نشان داد که سرعت حداکثر در پروفیل های حالت ب بیشتر از سایر حالت ها به زیر سطح آب منتقل شده است به گونه ای که اختلاف مقدار سرعت حداکثر و آخرین سرعت اندازه گیری شده نزدیک سطح آب در پروفیل های مربوط به فاصله 5 سانتی متری از دیوار حالت ب تا 52? نیز می رسد. این در حالی است که با قرارگیری پوشش گیاهی در بستر کانال به جای شن (حالت ج)، این اختلاف سرعت در پروفیل های واقع در فاصله 5 سانتی متری از دیوار به حدود 20? تنزل می کند. ضرائب مقاومت جریان محاسبه شده برای مقاطع در هر کدام از حالت ها تطابق خوبی با مقادیر پیشنهادی کتب مرجع همچون چو (1959) و بارنز (1967) دارد. اگرچه کتب مرجع در مواردی چون حالت ج که بستر و دیواره ها پوشیده با پوشش گیاهی است فاقد پیشنهادی برای مقدار ضریب مقاومت است که نتایج تحقیق حاضر در این زمینه می تواند با اطمینان خوبی مورد استفاده قرار گیرد. توزیع تنش رینولدز در راستای عمق جریان در شرایط حضور پوشش گیاهی با وجود یکنواخت بودن جریان، خطی نمی باشد. سرعت های عمودی غیر صفر اگرچه دارای مقادیر کمی می باشند ولی عامل انحراف تنش از توزیع خطی در شرایط پوشش گیاهی کناره کانال می باشند. در شرایط حضور پوشش گیاهی بستر کانال نیز به علت وجود نیروی درگ ناشی از حضور گیاهان در آب توزیع تنش خطی نمی باشد و حداکثر مقدار خود را کمی بالاتر از تاج پوشش گیاهی خم شده داراست.

بستر رودخانه به ندرت دارای سطحی مسطح است و ساختار آن معمولاً به صورت عوارضی با مشخصات هندسی است که به آن ها شکل های بستر می گویند. اگرچه ابعاد این شکل های بستر به عنوان تابع پیچیده ای از پارامترهای رسوبی و هیدرولیکی در نظر گرفته می شوند، با این حال مطالعات زیادی انجام شده که رابطه ای بین ابعاد شکل های بستر و مشخصات جریان ارائه می کند. از میان روش های پیش بینی ابعاد شکل های بستر، روش ون راین به طور گسترده ای برای تعیین ارتفاع و طول شکل های بستر مورد استفاده قرار می گیرد. روش ون راین بر اساس داده های آزمایشگاهی و صحرایی با اندازه ذرات بستر بین 19/0 تا 6/3 میلی متر ارائه شده است. هدف انجام این مطالعه تعمیم روش ون راین در سه رودخانه درشت دانه (بابلرود در شمال و بهشت آباد و کاج در مرکز ایران) با اندازه ذرات بستر بین 21 تا 38 میلی متر است. شش بازه مستقیم با مجموع طول 463 متر، عرض متوسط 23 متر و 22 مقطع عرضی برای اندازه گیری پارامترهای هیدرولیکی انتخاب شده. همچنین 128 پروفیل سرعت با استفاده از دستگاه مولینه و 5 پروفیل با دستگاه adv برداشت شده اند. از روش میانگین گیری دوگانه نیز برای محاسبه مقداری واحد برای پارامترهای هیدرولیکی هر شکل بستر استفاده شده است. برای تشریح بیشتر تفاوت مطالعه حاضر با مطالعه ون راین، از دستگاه adv و آنالیز کوادرانت نیز برای بازه برداشت شده در رودخانه کاج استفاده شده است. همچنین برای اندازه گیری پارامتر انتقالی در روش ون راین، از روش مشخصات لایه مرزی برای تعیین تنش برشی استفاده شده. به منظور تعیین ابعاد شکل های بستر، 15266 نقطه با تراکم 2/1 نقطه در هر متر مربع از بستر رودخانه با شبکه بندی با اندازه های 5/0*5/0 متر مربع، 1*1 متر مربع و 2*1 متر مربع نقشه بردای شد. ون راین برای بستر مسطح مقادیر مثبت و کم پارامتر انتقالی را در نظر گرفته است در حالی که برای سه رودخانه انتخاب شده این پارامتر دارای مقدار منفی است که نشان می دهد شکل های بستر در شرایط بیشتر جریان نسبت به شرایط ون راین تشکیل شده اند. پیش بینی پارامترهای جریان با استفاده از روش ون راین نشان می دهد که برای رودخانه بابلرود، عمق جریان باید در محدوده 2 متر تا 7 متر تغییر کند، اگرچه سواحل این رودخانه این موضوع را تأیید نمی کنند. با توجه به داده های صحرایی برداشت شده از رودخانه بابلرود، تراز بستر این رودخانه در یک بازه زمانی 80 روزه دارای نوسان است که این امر نشان می دهد مشخصات هندسی شکل های بستر در فصول مختلف سال تشکیل شده اند. برای رودخانه بهشت آباد، وجود پوشش گیاهی و مکانیزم متفاوت تشکیل شکل های بستر باعث می شود نتوان از روش ون راین در این رودخانه استفاده کرد. استفاده از داده های برداشت شده از رودخانه های بابلرود و بهشت آباد برای محاسبه پارامتر انتقالی نشان می دهد پیش بینی مسطح بودن یا وجود شکل های بستر با استفاده از روش ون راین امکان پذیر نبوده و این روش ابعاد شکل های بستر را به درستی پیش بینی نمی کند که این امر نشان می دهد برای تعمیم روش ون راین در این دو نوع رودخانه های درشت دانه مطالعات بیشتری باید انجام شود. هرچند برای رودخانه کاج مکانیزم تشکیل شکل های بستر مانند رودخانه های شنی است، بنابراین روش رون راین می تواند به خوبی ابعاد شکل های بستر این رودخانه را پیش بینی کند.

تعامل پوشش گیاهی و شکل های بستر نقش کلیدی بر روی مولفه های اصلی جریان نظیر سرعت، تنش برشی و شدت توربولانس ایفا می کند. هدف تحقیق حاضر بررسی این تعامل بر روی تله شن با تاج تخت با و بدون پوشش گیاهی دیواره است. آزمایشات در دو بخش انجام شدند: آزمایشگاه و رودخانه. در بخش آزمایشگاه 88 پروفیل سرعت بر روی تله شن-های با بستر تخت و دیواره های با و بدون پوشش گیاهی برداشت شدند. در بخش رودخانه ای 17 پروفیل سرعت در رودخانه شنی، بابل رود، واقع در شمال ایران اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که توزیع سرعت مشابه تله شن های با تاج تیز می باشد و پوشش گیاهی دیوار نقش مهمی در موقعیت حداکثر سرعت هر پروفیل ایفا می کند. حداکثر مقدار تنش رینولدز و شدت-های توربولانس در ناحیه پایین دست تاج وفاصله 4 سانتی متری از پوشش گیاهی دیوار رخ می دهد. تغییرات قابل توجه سرعت و مولفه های جریان آشفته در هر مکان منتهی به کاربرد روش میانگین گیری دوگانه برای محاسبه سرعت برشی و ضریب زبری گردید. به طور متوسط 75 درصد ضریب زبری کل ناشی از زبری شکل بستر بوده که نشان دهنده تأثیر قابل توجه تله شن بر محاسبه ضریب زبری دارد. نتایج این تحقیق می تواند در مدل های هیدرولیکی به کار برده شود.

وجود پوشش گیاهی در رودخانه ها و دشت های سیلابی از یک طرف دامنه وسیعی از شرایط اکوسیستم را فراهم می کند و از طرف دیگر تأثیر به سزایی بر روی افزایش مقاومت جریان دارد که منجر به کاهش انتقال جریان و تغییر در فرایند ته نشینی رسوبات می گردد. مقاومت جریان (ضریب دراگ) یک پارامتر اساسی برای جریان کانال های باز است و اثر مهمی بر روی محاسبات مهندسی و زیست محیطی دارد. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر پوشش گیاهی و سایر عوامل اثرگذار بر روی ضریب دراگ می باشد. از آنجا که انتخاب سرعت برشی مستقیماً بر روی ضریب دراگ تأثیرگذار است روش های مختلف محاسبه سرعت برشی مورد بررسی قرار گرفته، همچنین گشتاور های آماری اول تا چهارم بحث می شوند. در نهایت برای نقاط عطف منحنی تنش برشی، فرآیند چرخه برستینگ انجام می گیرد. در این پژوهش، داده برداری شامل دو بخش صحرایی(رودخانه بابل رود در شمال ایران) و بخش آزمایشگاهی صورت گرفت. در بخش صحرایی 13 مقطع (هر مقطع شامل 5 نیمرخ عمود بر جهت جریان) که 2 مقطع آن بدون پوشش گیاهی و11 مقطع با پوشش گیاهی انتخاب شد. داده های سرعت نقطه ای بوسیله یک دستگاه مولینه اندازه گیری شد. پوشش گیاهی غالب در کناره مقاطع مشابه پوشش برنج و بستر شنی بود. در بخش صحرایی نیز 36 نیمرخ سرعت (18 نیمرخ با پوشش گیاهی برنج در دیواره ها و 18 نیمرخ بدون حضور پوشش گیاهی) به کمک دستگاه adv در شرایط بستر شنی با دو شیب 5/0 و 5/1 درصد برداشت شد. نتایج نشان می دهد سرعت حداکثر در نسبت های ظرافت بزرگتر از 5 نیز به دلیل حضور پوشش گیاهی در زیر سطح آب رخ می دهد این در حالی است که مطالعات پیشین نشان می دهد در جریان های دو بعدی با نسبت ظرافت بزرگتر از 5 انتظار می رود سرعت حداکثر در سطح آب رخ دهد. حد اعتبار قانون لگاریتمی در کنار پوشش گیاهی کمتر از محور مرکزی است که نشان می-دهد وجود پوشش موجب انحراف داده های بیشتری از قانون لگاریتمی می شود. در توزیع تنش برشی سه ناحیه مشاهده شد. همچنین عوامل مختلف وجود پوشش گیاهی، تغییر شیب بستر، نسبت ظرافت، عدد فرود، عدد رینولدز و پارامتر شیلدز بر روی ضریب دراگ موثر است.

اشکال شکل بستر و پوشش گیاهی روی بستر تاثیر بسزایی بر ساختار جریان در مجاری طبیعی و رودخانه ها دارند. هرچند تاثیر پوشش گیاهی روی بستر بر ساختار جریان در برخی عوامل رودخانه ها از جمله شکل های بستر هنوز روشن نیست. هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پوشش گیاهی بر شکل بستر و طول ناحیه جدایی، تعیین چگونگی توزیع مولفه های سرعت,آشفتگی و تنش رینولدز به همراه طیف انرژی کلموگراف و پدیده های غالب در فرآیند شبه نوسانی درکانال با شکل بستر تلماسه و پوشش گیاهی روی آن و مطالعه ناپایداری کلوین – هلمهولتز در تعامل جریان و پوشش گیاهی بستر می-باشد. آزمایش ها در کانالی با ابعادی به طول 7 متر، عرض 32 سانتی متر و عمق 36 سانتی متر با حداکثر دبی 18 لیتر بر ثانیه و دارای سطح مقطعی به شکل مستطیلی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان انجام گرفت. در این پژوهش از شن با قطر میانه ذرات 10 میلی متر برای ساخت تلماسه های شنی استفاده شد. پوشش گیاهی مورد استفاده روی شکل بستر چمن با ارتفاع حدود 3 سانتی متر بوده و به صورت گسترده روی تمام شکل بسترها قرار گرفت. اندازه گیری-ها توسط دستگاه سرعت سنج adv انجام شد. آزمایش در 4 مرحله به صورت شکل بستر شنی، شکل بستر با پوشش گیاهی، بستر تخت شنی و بستر تخت با پوشش گیاهی و همچنین یک مرحله مطالعه صحرایی در رودخانه کاج انجام شد. نتایج نشان داد که طول ناحیه جدایی در شکل بستر با پوشش گیاهی بیشتر از شنی است و جدایی جریان در شکل بستر با پوشش گیاهی در آزمایشگاه و مطالعات صحرایی به وضوح دیده می شود. نقاط عطف نیم رخ های سرعت به بالای تاج پوشش گیاهی متمایل شده است و در سایر نواحی شکل بستر، این ناپایداری درون پوشش گیاهی وجود دارد و نیم رخ های سرعت دارای یک نقطه عطف هستند. در واقع در ناحیه اتصال مجدد، جدایی جریان باعث ایجاد لایه برشی با ناپایداری کلوین-هلمهولتز و افزایش آشفتگی در طول لایه برشی می شود. شکل بستر در هر دو حالت باعث افزایش ضریب زبری شد. موقعیت مقدار حداکثر سرعت rms در هر دو شکل بستر با موقعیت اندازهگیری در امتداد شکل بستر تغییر میکند به طوری که حداکثر مقدار rms(u’)، rms(v’) و rms(w’) در تاج یا پایین دست رخ می دهد که در آنجا آشفتگی زیاد است. در شکل بستر با پوشش گیاهی حداکثر تنش در بالادست تاج بستر و در شکل بستر شنی حداکثر تنش در پایین دست تاج شکل بستر رخ می دهد. مقدار منفی تنش رینولدز در پوشش گیاهی مشاهده شد، درحالی که تنش برشی منفی بر روی شکل بستر شنی مشاهده نگردید. در شکل بستر با پوشش گیاهی، درون پوشش رخداد جرقه و بالای پوشش رخداد جاروب غالب است.

جریان آب در رودخانه ها و انهار طبیعی یکنواخت نیست و با نزدیک شدن به موانع نظیر شکل های بستر و سازه های آبی به صورت جریان های غیر یکنواخت کندشونده و تندشونده ظاهر می شود. شناخت آستانه حرکت ذره رسوب در این نوع جریان ها نقش مهمی در برآورد بار رسوبی و بررسی مسائل مرتبط با آبشستگی و مقاومت جریان در رودخانه ها ایفا می کند. هدف از تحقیق حاضر مطالعه خصوصیات جریان های آشفته در شرایط شروع حرکت ذرات رسوب بستر در جریان های غیریکنواخت است تا بدین وسیله شناختی از عوامل موثر بر این پدیده حاصل گردد. آزمایشات این تحقیق در آزمایشگاه آب دانشگاه صنعتی اصفهان در کانالی به طول 8 متر به عرض40 و عمق 60 سانتی متر با استفاده از سه گروه ذرات رسوبی یکنواخت با قطر میانه ( mm95/0، 8/1، 8/3= ) و شیب بستر 0075/ 0 ، 0125/0 و015/ 0 تحت شرایط جریانهای غیر یکنواخت کندشونده انجام گردید. اندازه گیری های سرعت و مولفه های جریان آشفته در هر آزمایش در سه مقطع عرضی به فواصل 5، 75/5و 5/6 متری از ورودی کانال اصلی با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی adv صورت پذیرفت. در مجموع 81 نیمرخ سرعت جریان برداشت و به وسیله نرم افزار winadv تحلیل و غربال شده و بر اساس آن تنش های برشی و نرمال رینولدز و نوسانات سرعت در شیب ها و روی ذرات رسوبی مختلف مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که حرکت و اندازه ذرات مختلف وشیب بستر متفاوت، خصوصیات جریان نظیر توزیع سرعت، تنش های برشی و نرمال رینولدز را نزدیک به بستر تحت تاثیر قرار می دهد. در محاسبه ی پارامتر شیلدز بحرانی عوامل مختلفی از جمله انتخاب روش محاسبه ی سرعت بر شی که دو روش تئوری لایه مرزی و روش پایه ای لگاریتمی مقایسه شد که دارای همسانی قابل قبولی بودند ،ثابت های عددی این روش های و حتی انتخاب کردن یا نکردن یک داده تاثیر قابل توجه ای روی مقدار پارامتر شیلدز دارد. این تحقیق نشان داد پارامتر شیلدز بحرانی در جریان کندشونده ثابت نبوده وبه رینولدز ذره و شناوری نسبی ذره بستگی دارد به طوری که با افزایش رینولدز ذره وکاهش شناوری های نسبی، پارامتر شیلدز افزایش می یابد.در نمودار شیلدز روند افزایش پارامتر شیلدز بحرانی در رینولدز های بزرگ که دارای شناوری های نسبی های کوچکتر می باشند به سمت خط صاف و یک مقدار ثابت برای پارامتر شیلدز بحرانی می روند که در نهایت از پراکندگی داده ها جلوگیری می شود.

بررسی ساختار جرسان حول تکیه گاه های بیضوی و ذوزنقه لبه گرد.محاسبه و رسم پروفیل های سرعت، تنشهای رینولدز،آشفتگی و آنالیز کوادرانت با استفاده از دستگاه سرعت سنج adv .بررسی های انجام شده بر روی پروفیل های تنش و سرعت حول تکیه گاه ها نشان دهنده ی حضور توامان گرداب های نعل اسبی و جریان های رو به پایین در بالادست جریان است، در پایین دست جریان حضور گرداب های برخاستگی سبب به وجود آمدن نامنظمی های فراوان در ساختار جریان گردیده است. همین طور به کمک آنالیز کوادرانت نشان داده شده است که در تکیه گاه نیم بیضی در نزدیکی بستر پیشامد جرقه غالب است و در تکیه گاه ذوزنقه لبه گرد هردو پیشامد مشارکت یکسانی در نزدیکی بستر دارند.

محدودیت شدید منابع آب و هزینه هنگفت احداث تاسیسات آبی جدید لزوم بهره برداری بهینه از سیستم های مخازن فعلی در کشور را تشدید می کند. با توجه به پیچیدگی سیستم های منابع آب و وجود قیود و محدودیت های فراوان استفاده از مدل های ریاضی بهینه سازی و شبیه سازی جهت محاسبه حجم و خروجی بهینه مخازن و ارزیابی عملکرد آنها ضروری است. برای مدیریت و توزیع مناسب آب در سیستم 9 مخزنه حوضه کلامرز میانه اقدام به بکارگیری مدل های ریاضی بهینه سازی و شبیه سازی گردید. با توجه به تصادفی بودن مقدار دبی رودخانه و حجم ثابت مخازن و همچنین سطح ثابت اراضی زیر کشت یک مدل بهینه سازی خطی با محدودیت احتمالی نوشته شد و با استفاده از نرم افزار ‏‎gams‎‏ اجرا گردید. این مدل صرفا برای تنظیم درون سالی مخازن به کار گرفته شد. تابع هدف مدل بصورت یکنواخت نمودن درصد کمبود برای همه مخازن در ماههای نیاز تعریف شد. با استفاده از یک قاعده خطی برداشت مقادیر یعنی پارامترهای بهره برداری برای ماههای نیاز و همه مخازن توسط مدل استخراج گردید. همچنین مدل اقدام به محاسبه مقادیر ‏‎c(i,t)‎‏ ضرایب انحراف دبی کل رودخانه به هریک از مخازن و مقادیر حجم آب خروجی از سیستم ‏‎remain(t)‎‏ در ماههای مختلف نمود. نتایج حاصل از مدل با بیش از 60 درصد کمبود نشانگر عدم توجه کافی به حجم بهینه مخازن در موقع احداث و توسعه بی رویه اراضی زیر کشت بدون در نظر گرفتن پتانسیل آبی رودخانه کلامرز بوده است. برای ارزیابی نتایج بدست آمده با استفاده از رابطه تصمیم خطی برداشت و داده های تاریخی جریان رودخانه کلامرز اقدام به شبیه سازی مدل گردید نتایج شبیه سازی نشانگر کمبود در اکثر سال های مورد مطالعه بود.

آبشستگی پدیده ای است که موجب تخریب پایه های پل می شود به طوریکه طبق تحقیقات انجام گرفته 60 درصد از تخریب پل ها را می توان به آبشستگی یا عوامل هیدرولیکی دیگر نسبت داد. یکی از روشهای جلوگیری و یا کاهش آبشستگی استفاده از شکاف است آبشستگی در تک پایه ها توسط محققان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است در حالی که در زمینه آبشستگی گروه پایه ها تحقیقات قابل توجهی انجام نشده است. از آنجا که آبشستگی در گروه پایه ها متاثر از عواملی می باشد که تک پایه ها تعیین کننده نیستند، لذا تحقیق در این زمینه ضروری به نظر می رسد. عوامل موثر در آبشستگی گروه پایه ها عبارتند از : عامل تقویت کنندگی عمق آبشستگی پایه های بالادست عامل حفاظ بودن، گردابهای نعلی اسبی بهم فشرده شده و گردابهای جاری. در این تحقیق تاثیر تغییر فاصله پایه های استوانه ای شکل روی آبشستگی ونیز عملکرد شکاف در دووضعیت قرارگیری پایه ها یعنی عمود برجهت جریان و موازی باآن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که با افزایش شدت جریان و نیز فاصله بین پایه ها تاثیر پدیده گردایهای نعل اسبی بهم فشرده شده کاهش می یابد. در وضعیتی که پایه ها عمود بر جهت جریان واقع بودند به کم شدن فاصله بین آنها از عملکرد شکافها کاسته شد. در شدت جریان های ‏‎0/6 , 0/75‎‏ در وضعیتی که پایه ها در جهت جریان قرار داشتند و فاصله بین آنها ‏‎10b‎‏ بود شکافها بهترین عملکرد را داشتند و عمق آبشستگی را به ترتیب 55 و 42 درصد کاهش دادند. در شدت جریان 92/0 بهترین عملکرد شکافها 15 درصد بوده و مربوط به وضعیتی بود که فاصله پایه ها ‏‎8b‎‏ باشد. عامل حفاظ بودن که باعث کاهش عمق آبشستگی پایه های عقبی می شود در شدت جریانهای ‏‎0/6 , 0/92‎‏ با افزایش فاصله بین پایه ها کاهش یافت. وجود شکاف در اکثر موارد باعث افزایش تاثیر حفاظ بودن گردید. وجود شکاف همچنین باعث شد عامل تقویت کننده که باعث افزایش عمق آبشستگی پایه جلویی می شود.در اکثر حالات افزایش یابد. تاثیر پدیده تقویت کننده نیز با افزایش فاصله بین پایه ها کاهش یافت. در گروه پایه های 3 تایی عمق آبشستگی به ترتیب از پایه جلویی به عقبی کاهش یافت و وجود شکاف باعث افزایش تقویت کننده شد. در گروه پایه های 4 تایی به دلیل پدیده گردابهای نعلی اسبی بهم فشرده شده عمق آبشستگی بیشتر از گروه پایه های 2 و 3 تایی شد. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که با افزایش شدت جریان تاثیر گردابهای جاری افزایش یافته و با گذشت زمان نیز بر شدت اثر آنها افزوده شد.