امروزه کشورها به دنبال یافتن راه هایی برای پاسخگویی به افزایش مصرف انواع انرژی، از جمله انرژی الکتریکی، بدون آسیب به محیط زیست هستند. یکی از این راه ها تولید این انرژی با استفاده از نیروگاه های برق آبی می باشد. هنگام بهره برداری از نیروگاه های برق آبی، آب توسط آبگیرهایی از مخزن به سمت توربین هدایت می شود که این جریان در ورودی آبگیرها در معرض خطر ایجاد گرداب قرار می گیرد. از آنجا که ایجاد گرداب باعث بر هم زدن نظم جریان و ورود هوا و آشغال به داخل آبگیر می شود لذا شرایط بهره برداری از آبگیرها باید به گونه ای طراحی شود که جریان های گردابی به حداقل رسیده و یا از بین برود. مطالعات زیادی برای جلوگیری از شکل گیری گرداب در آبگیرها انجام شده و روش های مختلفی جهت کنترل این پدیده ارائه شده است. وجود ساز? آشغالگیر نیز در ورودی آبگیرهای نیروگاهی لازم و ضروری می باشد. با توجه به اینکه آشغالگیر سطح خالص ورودی آبگیر را کاهش می دهد، باعث ایجاد افت در مسیر جریان می شود که اندازه-گیری مقدار این افت نیز جهت طراحی صحیح سازه های هیدرولیکی لازم به نظر می رسد. با توجه به پیچیده بودن پدید? گرداب و وجود دامن? تغییرات قابل توجه در نتایج به دست آمده از محققین قبلی در این زمینه لزوم بررسی مجدد آن احساس می شود در پژوهش حاضر با ساخت مدل هیدرولیکی آبگیرهای نیروگاه برق آبی سد گتوند با مقیاس 1:25، پدید? گرداب مورد مطالعه قرار گرفته و اثر پارامترهای مختلف بر آن بررسی شده است. این مدل شامل یک مخزن، چهار آبگیر مشابه با مقطع ورودی مستطیل شکل و پمپ های تامین دبی می باشد. آزمایشات در ترازها و دبی های مختلف جهت بررسی پدید? گرداب انجام شده و اثر پارامترهایی چون وجود آشغالگیر، ترکیبات مختلف بهره برداری و تغییرات عمق استغراق در فرودهای مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق همچنین با ساخت 9 آشغالگیر با درصد گرفتگی های مختلف و به کمک دستگاه اندازه گیری فشار دینامیکی ( transducer ) مقادیر افت آشغالگیرها اندازه گیری و مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده از این مطالعه حاکی از آن است که با انتخاب ترکیب بهره برداری مناسب که در آن تقارن و یکنواختی خطوط جریان حفظ شود، می توان قدرت گرداب های احتمالی را در حدود یک درجه کاهش داد. قرار دادن راستای ورودی آبگیر در جهت جریان ورودی و یا کانال تقرب می تواند این شرایط را به وجود آورد. همچنین با توجه به انجام آزمایشات فراوان و تحلیل نتایج آزمایش های مدل های دیگر، روابط تجربی جدیدی بر حسب تغییرات عدد فرود برای محاسب? عمق استغراق بحرانی نسبی آبگیرهای افقی به طور کلی، و یا برای مدل های مشابه آبگیر گتوند ارائه شد. وجود آشغالگیر نیز قدرت گرداب ها را یک درجه کاهش داده و با اندازه گیری مقدار افت آن در گرفتگی های مختلف رابطه ای جدید بر حسب تغییرات درصد گرفتگی جهت محاسب? مقدار افت آنها ارائه شد.

امروزه سدها از سازه های آبی مهمی به شمار می آیند که در همه نواحی جهان بویژه در نواحی خشک و نیمه خشک برای مدیریت و کنترل آب های سطحی احداث می شوند. این سازه ها در ارتباط تنگاتنگ با شرایط زمین شناسی هستند که در آن ساخته شده اند. یکی از منابع آلوده کننده، سیستم های کارست نمکی در محیط های آبی بویژه در مخازن سدها می باشد. کارست یکی از شگفت انگیزترین پدیده های زمین شناسی است که به خاطر تعامل تنگاتنگ میان آن با آب های زیر زمینی و آب های سطحی از اهمیت بسیاری برخوردار است. اگر سد در مناطقی که از سنگ های واکنش پذیر تشکیل شده است ساخته شود مورد تهدید پدیده کارستی شدن، انحلال و در مواقعی خورندگی آب های جاری در حوزه قرار می گیرد و ساخت سدها و مخازن در این سازند ها با ریسک بالایی همراه می گردد. اساس این تحقیق بر سه محور مطالعات میدانی، استفاده از داده های آزمایشگاهی و مدلسازی عددی استوار می باشد. به منظور تعیین ضریب انحلال، مدل فیزیکی مربوط به مخزن بصورت کانال ذوزنقه ای طراحی و ساخته شد و از نمونه های سنگ نمک موجود در مخزن سد به عنوان سازند کارستی در مدل فیزیکی استفاده شد. این مدل در حالت های مختلف اجرا و نتایج مربوط به مقدار انحلال و مقادیر غلظت نمک در مقاطع زمانی مختلف بدست آمد. در مرحله بعد مدل آزمایشگاهی جهت تعیین ضریب انحلال نمک در مدل عددی شبیه سازی گردید. مدل عددی با ضرایب انحلال مختلف اجرا و نتایج حاصله با داده های بدست آمده از مدل آزمایشگاهی مقایسه شد. از طریق این مقایسه و بهترین تطبیق نتایج، میزان نمک ورودی به مخزن در مقاطع مختلف تعیین و وارد مدل عددی شد. در مرحله بعد مدل عددی به مخزن واقعی تعمیم داده شد و با شبیه سازی مخزن واقعی با استفاده از ضریب انحلال بدست آمده از مطالعه آزمایشگاهی، چگونگی تاثیر سازند کارستی نمکی بر شرایط کیفی مخزن مورد تحلیل و بررسی قرارگرفت. در ادامه تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر توزیع شوری و رفتار سازند نمکی، مانند ضریب انحلال، دبی، دما و رطوبت نسبی انجام شد و نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مدل عددی مورد استفاده، مدل مشهور mike21 ساخت شرکت dhi می باشد. با استفاده از مطالعه آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی و تطبیق نتایج حاصل از آن ها، مقدار ضریب انحلال سازند کارست نمکی در شرایط جریان مخزن حدود 0.2 سانتیمتربرساعت محاسبه شد. نتایج حاصل از شبیه سازی مخزن با استفاده از ضریب انحلال بدست آمده از مطالعه آزمایشگاهی، نشان داد که حتی در زمان پربودن کامل مخزن، مقدار غلظت نمک در آب مخزن می تواند به 3 برابر حد مجاز برسد. نتایج تحلیل مدل عددی نشان داد که ماه های اول بهره برداری نسبتاً ماه های بحرانی برای پروژه مورد مطالعه محسوب نمی شوند و غلظت وزنی نمک موجود در آب مخزن در حدود 0.8 تا 0.9 مقدار مجاز خواهد بود. ولی در ادامه با توجه به تغییراتی که در شرایط مخزن ایجاد می شود، روند توزیع شوری در مخزن شدت بیشتری گرفته و مقدار غلظت نمک با گذشت زمان افزایش می یابد. با مقایسه مقادیر واقعی غلظت نمک در مخزن و مدل عددی مشخص شد که متوسط درصد خطای مقادیر غلظت حدود 13.65 درصد می باشد و مدل عددی در اکثر زمان های اندازه گیری شده مقادیر غلظت را اندکی کمتر از مقادیر واقعی نشان می دهد. در ادامه با انجام تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر توزیع شوری، مشخص شد که این پارامترها تاثیر قابل توجهی در نحوه توزیع شوری و مقدار غلظت نمک در مخزن دارند. این نتایج نشان داد که بطور متوسط با 10درصد تغییر در پارامترهای بررسی شده، پارامتر ضریب انحلال به میزان 21درصد، دمای هوا 18درصد، دبی 21.1درصد و رطوبت نسبی 6.1درصد موجب تغییر در مقادیر شوری آب مخزن می شوند. باتوجه به این نتایج مشهود است که پارامترهای ضریب انحلال نمک و دبی مهمترین عوامل تاثیرگذار بر رفتار توزیع شوری در مخزن هستند.

جریان آب و هوا در مهندسی عمران با اهداف تحقیقاتی و کاربردی متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته اند. پدیده هواگیری از طریق سطح آب در سرریزهای تندآب دارای اهمیت است زیرا میزان هوای موجود در آب می تواند در کنترل پدیده کاویتاسیون در این سریزها موثر باشد. هواگیری سطحی در جریان آب از محلی آغاز می شود که لایه مرزی آشفته به سطح آب رسیده و در واقع انرژی جنبشی آشفتگی در واحد زمان به نیروی کشش سطحی آب غلبه کند. در کنار مطالعات آزمایشگاهی، استفاده از مدلهای عددی که قادر به تعیین خصوصیات جریان باشند می تواند بسیار کارا و مفید باشد. در سالیان اخیر به دلیل پیشرفت روشهای عددی در کنار پیشرفت قدرت محاسباتی کامپیوترها، موجب پیشرفتهای زیادی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی شده است که این امر سبب پیدایش مدلهای عددی زیادی گشته که علاوه بر انعطاف پذیری بیشتر، از مدلهای آزمایشگاهی نیز کم هزینه تر می باشند. در این مطالعه، پدیده هواگیری سطحی بر روی سرریز تندآب بصورت عددی و با استفاده از نرم افزار flow-3d مورد بررسی قرار گرفته است. پس از بررسی توانایی مدل در زمینه شبیه سازی پدیده هواگیری سطحی،کالیبراسیون مدل با استفاده از داده های پروتوتیپ سرریز آویمور انجام شد. مقایسه نتایج مدل عددی با داده های اندازه گیری شده در طول تندآب بیانگر نتایج رضایت بخشی در زمینه توزیع غلظت هوا و میانگین غلظت هوا بوده است. سپس جهت بررسی عوامل موثر بر پدیده هواگیری سطحی و بررسی صحت روابط تجربی موجود در این زمینه شبیه سازی های متعددی برای شرایط مختلف هندسی و هیدرولیکی انجام شد و پس از تحلیل داده های بدست آمده، تأثیر کمی و کیفی پارامترهای مذکور به هواگیری سطحی تعیین شد و روابط جدیدی نیز ارائه گردید. با توجه به گستردگی تغییرات پارامترهای هندسی و هیدرولیکی ، روابط ارائه شده برای طراحی اولیه سرریزهای تندآب مناسب به نظر می رسند.

سرریز جانبی و کانال انشعابی از انواع سازه های هیدرولیکی هستند که با اهداف مختلف در سیستم های انتقال آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند. اکثر مطالعات قبلی در این نوع جریان در حالت زیربحرانی و براساس نظریه دی- مارچی و فرض ناچیز بودن افت انرژی انجام شده و مطالعات در مورد جزئیات افت انرژی و تفکیک آن به افت انشعابی و اصطکاکی محدود می باشد. هم چنین به دلیل ویژگی های پیچیده هیدرولیکی این نوع جریان و تعداد زیاد پارامترهای موثر، روش های بررسی موجود اغلب برپایه داده های تجربی بوده است. تحقیق حاضر مبتنی بر ارائه رابطه تحلیلی برای تعیین پروفیل سطح در جریان گسسته مکانی با درنظر گرفتن افت ناشی از انشعاب جریان با استفاده از رابطه انرژی می باشد. با توجه به وجود افت انرژی قابل توجه در جریان فوق بحرانی، روابطی تجربی و هم چنین تحلیلی برای محاسبه افت ناشی از انشعاب جریان ارائه شده است و با فرض ثابت بودن سرعت در طول سرریز جانبی، از معادله دیفرانسیل حاکم بر جریان انتگرال گیری و پروفیل سطح آب به صورت یک رابطه صریح محاسبه شد. در جریان زیربحرانی نیز با صرف نظر از افت انشعابی و با فرض توزیع خطی سرعت در طول سرریز جانبی و کانال انشعابی، با انتگرال گیری از معادله انرژی، یک رابطه صریح برای پروفیل جریان بدست آمد. برای بررسی صحت روابط بدست آمده تحلیلی، از مجموعه داده های متفاوت آزمایشگاهی موجود استفاده شد. نتایج این تحقیق می تواند به شناخت بهتر مکانیزم افت ناشی از انشعاب در جریان گسسته مکانی و طراحی سازه های مربوطه کمک نماید.

در مطالعه حاضر تغییرات افت فشار در طول لوله به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار flow-3d مورد بررسی قرار گرفته است . مقایسه نتایج مدل عددی با داده های آزمایشگاهی بیانگر نتایج رضایت بخش در زمینه برآورد افت فشار در جریان مخلوط آب و هوا شد. جهت بررسی عوامل موثر بر افت فشار در جریان آب و هوا ، شبیه سازی های متعددی برای شرایط مختلف هندسی و هیدرولیکی انجام شد. و پس از تحلیل داده های به دست آمده ، تاثیر کمی و کیفی پارامترهای مذکور بر افت فشار تعیین و رابطه جدیدی جهت تعیین ضریب افت اصطکاک در جریان آب و هوا ارائه شد . مطالعه حاضر در شناخت بهتر مکانیزم جریان آب و هوا و رابطه ارائه شده در طراحی خطوط انتقال می تواند مورد استفاده قرار گیرد .

مخروط افکنه ها بخشی فعال و پویا از رودخانه ها محسوب می گردند که با توجه به موقعیت و مورفولوژی خاص آنها از اهمیت ویژه ای بخصوص برای تامین نیاز های بشر از جمله استقرار و بهره برداری ازمصالح و منابع آبهای زیرزمینی برخوردار می باشند. انسان برای بهره برداری هر چه بیشتر از مخروط افکنه و منابع حیاتی آن ناگزیر از دخالت در رفتار طبیعی و فعل و انفعالات این محدوده می باشد. هر گونه دخل و تصرف، برداشت بی رویه رسوبات و تجاوز به بستر و حریم آن و بطور کلی تغییر و جابجایی در مشخصات مورفولوژی مخروط افکنه بویژه در زمان های کوتاه مدت، منجر به واکنش طبیعی مخروط افکنه شده و موجب بروز مشکلاتی از قبیل تخریب سازه ها و تاسیسات موجود بر روی آنها مانند پلها، سرریز ها، جاده ها، خشک شدن برخی شاخه ها و در نتیجه از بین رفتن اراضی حاصلخیز آنها خواهد شد. لذا ضروریست بمنظور بهره برداری بهینه از مخروط افکنه، با انجام مطالعات همه جانبه بویژه مطالعات ریخت شناسی و هیدرولیک، شرایط رودخانه های واقع در مخروط افکنه بگونه ای تحت کنترل و مدیریت قرار گیرد تا از تغییر الگوی پخش سیلاب جلوگیری بعمل آید. هدف از انجام این تحقیق بررسی اثرات دخالتهای انسان در نتیجه احداث سازه ها و برداشت مصالح در سطح مخروط افکنه کرج بر تغییرات رفتار مورفولوژیکی و هیدرولیکی آن می باشد. بررسیهای مورفولوزی مخروط افکنه کرج نشان می دهد که در سالهای اخیر در محدوده این مخروط افکنه به دلیل انجام برخی فعالیتهای اجرایی نظیر تغییر کاربری، برداشت بی رویه مصالح شن و ماسه موجبات تغییر بستر و هندسه رودخانه و به تبع آن غیر فعال شدن بخش عظیمی از سطح مخروط افکنه، خشک شدن بعضی از انشعابات و تغییر میزان تقسیم دبی جریان فراهم آمده است. بمنظور تحلیل جریان در سطح مخروط افکنه ها و بر اساس معیار ها و ویژگیهای موثر مدل هایhec-ras و cche2d به عنوان مدلهای مناسب در مطالعات مخروط افکنه ها انتخاب گردید. نتایج اجرای مدلها در محدوده مخروط افکنه کرج نشان می دهد با توجه به قابلیت بالای مدل عددی cche2d در مدلسازی پخش جریان که معمولاً ابعاد دو بعدی را تجربه می نمایند در مقایسه با مدل یک بعدیhec-ras سطح پخش سیلاب و سهم جریان در شاخه های شریانی مخروط افکنه از دقت و توانایی بیشتری برخوردار بوده واین واقعیت با نتیجه مطالعات ریخت شناسی مخروط افکنه تطابق خوبی دارد.

سرریزهای جانبی از سازه های با اهمیت در سیستم های انتقال آب می باشند. تعریف سرریز جانبی بر خلاف تحلیل آن بسیار ساده می باشد. هنگامی که یک سرریز در دیواره کانال و به موازات آن تعبیه می شود اجازه می دهد تا در موقعی که ارتفاع آب بالاتر از تاج سرریز است، مقداری از جریان از روی آن منحرف شود. جریان بر روی سرریزهای جانبی از نوع جریان های متغیر مکانی، در حالت کاهش دبی، می باشد. برای تحلیل جریان می توان از معادلات پایه ای انرژی و اندازه حرکت استفاده کرد. هنگامی که غیر یکنواختی توزیع سرعت در عمق افزایش می یابد، برای استفاده از معادلات انرژی و اندازه حرکت، به شناخت مقادیر ضرایب تصحیح انرژی جنبشی (?) و اندازه حرکت (?) نیاز می باشد. علیرغم مطالعات انجام شده در زمینه سرریزهای جانبی، مقادیر ضرایب تصحیح انرژی جنبشی (?) و اندازه حرکت (?) به خوبی در شرایط مختلف تعیین نشده است. در تحقیق حاضر شبیه سازی جریان بر روی سرریزهای جانبی توسط نرم افزار flow-3d انجام و مشخصه های جریان در طول سرریز استخراج شده اند. این شبیه سازی ها برای دو حالت جریان زیر بحرانی و فوق بحرانی انجام گرفته است. بر اساس نتایج شبیه سازی ها تلاش شده است تا مکانیزم جریان روی سرریز جانبی شناخته و روابط جدیدی برای پیش بینی مشخصات جریان ارایه گردد. از جمله موارد مورد مطالعه تغییرات پروفیل و سرعت جریان در طول سرریز جانبی، تغییرات شیب پروفیل سطح آب، تغییرات سرعت و میزان دبی ریزشی در طول سرریز جانبی می باشد. تمرکز اصلی تحقیق حاضر در بررسی تغییرات ضرایب تصحیح انرژی جنبشی (?) و اندازه حرکت (?) در طول سرریز برای شرایط هیدرولیکی و هندسی و متفاوت می باشد. روابط جدیدی برای برآورد ضرایب مذکور در شرایط جریان زیر بحرانی و فوق بحرانی با استفاده از مشخصه های ابتدای سرریز ارایه گردیده است.