: در دهه های اخیر شناخت تکنولوژی جدید ساخت سد ها با کاربرد مصالح بتن غلطکی (rcc) توسعه و توجه به سرریز پلکانی را به منظور استهلاک انرژی جریان بیشتر کرده است. با تحلیل و شناخت عملکرد هیدرولیکی جریان، تعیین میزان افت انرژی و طراحی مناسب سرریز میسر می گردد. امروزه روش های عددی ابزاری کارامد جهت پردازش پیچیدگی های جریان اغتشاشی می باشد. به همین سبب نرم افزار های تخصصی دینامیک سیالات محاسباتی cfd به وجود آمده اند که امکان استفاده از روش های عددی توسط محققین مهیا شده است. در این پژوهش مدل سازی جریان بر روی سرریز پلکانی با استفاده از روش عددی اجزاء محدود در محیط نرم افزار ansys صورت گرفته است. از آنجا که جریان بر روی سرریز آشفته است، جهت حل جریان های اغتشاشی مدل nke مورد استفاده قرار گرفته و برای تعیین سطح آزاد جریان روش vof به کار رفته است.در نهایت با استفاده از نتایج حاصل از مدل سازی جریان، پارامتر های هیدرولیکی و هندسی موثر بر استهلاک انرژی جریان بر روی سرریز های پلکانی از جمله دبی جریان، ارتفاع پله ها، تعداد پله ها، شیب سرریز مورد بررسی قرار می گیرند. در ادامه به دلیل توانایی این نرم افزار در تهیه پروفیل جریان بر روی سرریز به بررسی و تشخیص رژیم های جریان پرداخته شده است و نتایج حاصل از تحلیل با داده های آزمایشگاهی مقایسه می شود. نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهد که با افزایش دبی جریان در تمام تعداد پله ها از میزان افت انرژی نسبی در طول سرریز کاسته می شود. همچنین با افزایش زیاد تعداد پله ها بر روی سرریز میزان افت انرژی نسبی کاهش می یابد. زیرا با افزایش تعداد پله ها و کاهش ارتفاع پله در واقع اندازه گردابه های درون پله ها کاهش می یابد و پله ها به طور کامل در زیر جریان رویه ای مستغرق می گردد. با بررسی تاثیر شیب سرریز بر افت انرژی مشخص گردید که با افزایش شیب سرریز، حداکثر افت انرژی افزایش می یابد. نتایج حاصل از تحلیل عددی و آزمایشگاهی دارای ضریب همبستگی 876/0 می باشد. و شیب خط رگرسیون در این رابطه برابر با 157/1 می باشد. در حالی که ضریب همبستگی و شیب خط رگرسیون میان رابطه چانسون و نتایج آزمایشگاهی به ترتیب برابر با 842/0 و 493/1 می باشد. روش عددی دقت بالاتری نسبت به رابطه تجربی چانسون دارا می باشد. این میزان معادل 57/60 درصد تخمین زده شده این میانگین برای داده های آزمایشگاهی 56/53 درصد اندازه گیری شده است و میزان میانگین افت برای فرمول چانسون 3/78 درصد بدست آمده است. لذا اختلاف خروجی نرم افزار نسبت به داده های آزمایشگاهی برابر با 2/11 درصد و اختلاف فرمول چانسون با داده های آزمایشگاهی برابر با 84/35 درصد براورد شده است.

حوضچه های ترسیب یکی از مهم ترین و عمومی ترین روشهای حذف رسوبات معلق اضافی در ابتدای شبکه های آبیاری ، تاسیسات تصفیه آب و فاضلاب و کانالهای منتهی به توربین های تولید برق است. طراحی این سازه بر مبنای افزایش مساحت سطحی برای کاهش سرعت جریان و ترسیب رسوبات با نیروی ثقل می باشد. طراحی مناسب این سازه با توجه به هزینه های بالای لایروبی ، کاهش ظرفیت انتقال آب کانالهای شبکه آبیاری در اثر رسوبگذاری و همچنین هزینه بالای احداث این سازه در تاسیسات تصفیه آب و فاضلاب ضروری است. اهداف این مطالعه شامل بررسی اصلاح پیکربندی حوضچه های ترسیب با بکارگیری صفحات کفی آرام کننده ی جریان با استفاده از مدل فیزیکی ، ارزیابی روشهای کاربردی طراحی حوضچه های ترسیب با روشهای آماری و مطالعه عملکرد تکنیک روندیابی ذرات در پیش بینی راندمان حذف با مدل ریاضی fluent می باشد. اندازه گیری های آزمایشگاهی در فلومی مستطیلی به طول m 8 ، عرض 0.3 و ارتفاع 0.4 متر و با ایجاد ترکیبی از سه تعداد و سه ارتفاع صفحات کفی و تغییرات دبی جریان ، غلظت ورودی و عمق آب صورت پذیرفت. نتایج این مشاهدات آزمایشگاهی نشان می دهد که : - ارتفاع بهینه صفحات کفی آرام کننده ی جریان برابر با 20 درصد عمق آب در حوضچه ترسیب است. - آرایش 11 تایی صفحات کفی آرام کننده ی جریان عملکرد بهتری نسبت به تعداد کمتر این صفحات دارد. - عملکرد صفحات کفی آرام کننده ی جریان با افزایش دبی جریان و غلظت ورودی محسوس تر و باعث افزایش بیشتر راندمان حذف می گردد. همچنین مقایسه روشهای کاربردی طراحی حوضچه های رسوبگیر با داده های آزمایشگاهی مطالعه حاضر و داده های صحرایی مطالعات قبلی بر مبنای خط بهترین تطابق و خطای استاندارد نشان می دهد که روشهای جین و همکاران (2005) و کاوشنیکو (1997) تخمین های مناسبی از راندمان حذف ارائه و برای طراحی این سازه توصیه می شوند. شبیه سازی ریاضی میدان جریان در حوضچه های ترسیب با استفاده از نرم افزار fluent بصورت دو و سه بعدی و با لحاظ مدل تلاطم انجام شد. پس از صحت سنجی میدان سرعت محاسباتی با مقادیر اندازه گیری شده آزمایشگاهی ، راندمان حذف با تکنیک روندیابی ذرات محاسبه و حساسیت این روش به پارامتر های ورودی وحل کنترل گردید. نتایج این ارزیابی نشان می دهد که : - بکارگیری قطر متوسط برای معرفی ذرات ورودی در روش روندیابی ذرات ، باعث تخمین های بالا و غیر واقعی از راندمان حذف می شود ولی استفاده از روش توزیع ذرات رازن – راملر برای معرفی ذرات باعث پیش بینی های مناسب راندمان حذف می گردد. - با توجه به تصادفی بودن روش روندیابی ذرات ، تعداد حداقل مناسب تکرار اجراها برای متوسط گیری 50 بار می باشد. - در شبیه سازی سه بعدی منا سب ترین محل برای تزریق رسوبات در تکنیک روندیابی ذرات ، خط وسط عمودی در ابتدای حوضچه رسوبگیر می باشد. همچنین بررسی معیارهای تعلیق دوباره ذرات و تنش برشی بحرانی محاسباتی با شبیه سازی سه بعدی جریان مشخص می کند که معیار عمومی مساحت سطحی به تنهایی برای طراحی این سازه کافی نیست ، زیرا در بعضی موارد با کاهش عرض حوضچه ترسیب برای یک مساحت سطحی ثابت، فرسایش رسوبات و تعلیق دوباره ذرات ایجاد می شود.

هدف از تحلیل پایداری شیروانی ها ارزیابی ایمنی و عملکرد یک شیب حفر شده یا خاکریزی شده مانند گوره ها و شرایط تعادل یک شیب طبیعی می باشد. اهداف اصلی این پایان نامه بررسی و یافتن روشی برای تعیین پارامترهای مقاومت برشی بسیج شده در هنگام لغزش براساس تحلیل برگشتی، مقایسه ای بین روش های تعادل حدی و روش تنش، کرنش براساس فاکتور اطمینان و با استفاده از نرم افزار geo slope می باشد. بدین منظور مطالعه موردی بر روی شیروانی دایک احداث شده در دو طرف رودخانه دز از نقشه های اجرایی دایک احداث شده استفاده شده. جهت ساختن مدل زمین شناسی و تعیین خواص فیزیکی و ژئوتکنیکی مصالح تشکیل دهنده گوره ها، بررسی های زمین شناسی و ژئوتکنیکی انجام پذیرفت. براساس داده های ژئوتکنیکی به دست آمده و ابعاد دایک حفاظتی و با توجه به رقوم پیزومتریکی و تراز آب در اطراف دایک با نرم افزار hecras تعیین سطح لغزش به بررسی پارامترهای بسیج شده براساس روش تعادل حدی با نرم افزار geo slope5 پرداخته شد. برای تحلیل تعادل حدی نیز از همین نرم افزار استفاده گردید.نتایج این تحقیق نشان می دهد که هندسه شیروانی تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی پارامترهای برشی بسیج شده در هنگام لغزش دارد. همچنین پارامترهای مقاومت برشی بسیج شده در هنگام لغزش متاثر از سطح پیزومتریک هستند. بنابراین با داشتن هندسه شیروانی، مدل زمین شناسی منطقه و سطح پیزومتریک می توان پارامترهای مقاومت برشی در هنگام لغزش را تعیین نمود. در مقایسه بین روش عددی و روش تعادل حدی بر مبنای فاکتور اطمینان مشخص گردید که فاکتور اطمینان در دو روش تفاوت زیاد محسوسی ندارد ولی فاکتور اطمینان در روش عددی بالاتر می باشد. به بررسی وضعیت شیروانی پرداخت و در بین روش های احتمالاتی روش شبیه سازی مونت کارلو بهترین روش می باشد که با استفاده از نرم افزار geo slope انجام گرفته. مطالعه شیروانی مورد نظر نشان داد که گوره ها مورد نظر پایدار می باشد.

برای بررسی و ارزیابی پدیده رسوب درشبکه آبیاری میرزا کوچک خان از مدل کامپیوتری شارک استفاده گردید که با ساخت مدل ریاضی شبکه و دریافت خروجی های آن موارد ذیل استخراج گردید: 1- حجم آب مورد نیاز و حجم آبرسانی به شبکه در طول دوره تحقیق به ترتیب 29/235 و 23/235 میلیون متر مکعب. 2- حجم رسوب ته نشین شده در کانال ها 8935 مترمکعب. 3- حجم رسوب وارد شده به آبگیرهای ثانویه 20221 متر مکعب. 4- بیشترین عمق رسوب در کانال mrc درکیلومتر 0-3000 به مقدار399/0 متر در طول ماه های تحقیق برآورد گردید. به حداقل رساندن پمپاژ در زمان طغیان رودخانه و غلظت بالای رسوب و همچنین آبیاری همزمان مزارع جهت حفظ سرعت غیر رسوبگذار راه کارهایی مناسبی بودکه بعنوان پیشگیری از انتقال رسوب به شبکه پیشنهاد گردید. تخلیه مکانیکی رسوب از کانال ها ( لایروبی ) در زمان عدم نیاز به مصرف آب، مهمترین عامل مبارزه با مشکلات ایجاد شده در اثر رسوب تشخیص داده شد.

تنش برشی یکی از مهمترین پارامتر ها را در جریان کانال های باز به خود اختصاص می دهد . به گونه ای که اهمیت این پارامتر در اکثر مطالعات جریان در کانال های روباز از جمله مقاومت هیدرولیکی در برابر جریان، انتقال رسوب، پراکندگی، مطالعات تلاطم یا مسائل کاویتاسیون بر کسی پوشیده نیست. از سوی دیگر آنالیز تنش برشی و توزیع آن توسط روش های تئوریکی بسیار مشکل است . تأثیر جریان های ثانویه ، شکل مقطع و توزیع غیریکنواخت زبری در محیط خیس شده ، تخمین مناسب تنش برشی توسط روش های تئوریکی ،تحلیلی را حتی برای مقاطع ساده غیر ممکن ساخته است. بنابراین تحقیقات معتبر در این مورد به موارد آزمایشگاهی و روشهای تجربی محدود می-گردد. چندین سری آزمایش در یک کانال باز ذوزنقه ای با زبری مرزی یکنواخت و غیر همگن در شرایط جریان یکنواخت ،ماندگار و کاملا توسعه یافته انجام گرفت. به جهت زبر نمودن مرزها (یعنی فقط جداره-ها ،فقط بستر و بستر و جداره-ها) و فراهم آوردن نسبت های متفاوت ksw/ksb از سه نوع مصالح دانه بندی شده با متوسط قطر ، و استفاده گردید. در تحقیق حاضر توزیع تنش برشی مرزی ، نیروی برشی ، متوسط تنش برشی جداره و بستر مورد مطالعه قرار گرفت. جهت تعیین تغییرات تنش برشی موضعی از لوله پرستون با قطر خارجی 4 میلیمتر مجهز به سلول های حساس به فشار دینامیک استفاده گردید. جهت تبدیل تفاضل فشار قرائت شده به تنش برشی از منحنی کالیبراسیون پتل استفاده گردیده است. در کانال-های صاف و زبر یکنواخت به منظور تعیین درصد نیروی برشی کل وارد بر جداره ها معادله ای تجربی به صورت تابعی از هندسه کانال یعنی نسبت ظاهری به دست آمد. برای کانال-های ذوزنقه ای با زبری غیر همگن معادله-ای مشابه با به کار بردن نسبت ksw/ksb به عنوان نماینده تنش-های حاصل از غیر همگنی زبری مرزی کانال پیشنهاد گردید. همچنین معادلاتی به منظور تخمین متوسط تنش برشی جداره و بستر در کانال-های ذوزنقه ای صاف بر مبنای درصد نیروی برشی کل وارد بر جداره-ها و ژئومتری کانال یعنی نسبت ارائه گردید.

چکیده: در بسیاری از مواقع مجموعه ای از موانع در مسیر حرکت آب قرار می گیرد. به عنوان نمونه هایی از این موانع می توان به پایه های پل در مسیر رودخانه، پایه های اسکله در دریا، وجود گیاهان و درختان در بستر رودخانه و پایه های هر سازه هیدرولیکی دیگر که در یک مجرای روباز قرار دارد، اشاره نمود. با عبور آب از بین این موانع استوانه ای، در پائین دست موانع ورتکس ایجاد شده و از همپوشانی ورتکس ایجاد شده از هر کدام از موانع، امواج سطحی که راستای انتشارشان عمود بر جهت جریان آب است، تشکیل می شود. این امواج عمود بر جریان بصورت امواج عرضی، خطی (با دامنه کم) و ایستا (که توسط دیواره های قائم فلوم آزمایشکاهی بطور کامل بازتاب می شود و انتقال جرمی را موجب نمی شود) طبقه بندی می شود. این امواج با حداکثر دامنه، زمانی شکل می گیرند که بسامد نیروی ناشی از ورتکس موانع با یکی از بسامدهای طبیعی نوسان آب در حالت دو سر باز برابر شود و تشدید صورت پذیرد. در این حالت تعداد صحیحی از گره ها در عرض فلوم جا می گیرند که تعداد آنها، همان نوع موج می باشد. مساله موج عمود بر جریان جز پدیده های بسیار جالب هیدرولیکی است که در حال حاضر کار پژوهشی در خصوص آن شروع شده است. ایجاد موانع در مسیر جریان بدلایل مختلف صورت می گیرد که می تواند استعداد ایجاد موج عمود بر جریان را فراهم نماید، لذا شناخت آن می تواند دلایل رویداد بسیاری از پدیده ها را روشن نماید. در مورد این پدیده کار تحقیقی مهمی صورت نگرفته، در حالی که از جهت مسائلی مانند پایداری ساختمانهای هیدرولیکی، فرسایش کناری و بستر و رسوبگذاری در بستر بسیار حائز اهمیت می باشد. روشن است که نتایج این تحقیقات می تواند ما را در کاستن آسیبهای این پدیده هدایت نماید. با شناخت بیشتر این پدیده همچنین می توان از آن در جهت های مثبت مانند تولید انرژی از ارتعاشات در حالت تشدید استفاده نمود. در این تحقیق در ابتدا مطالعاتی در رابطه با امواج عمود بر جریان ناشی از کشش ورتکس موانع استوانه ای در کانالهای روباز صورت پذیرفت، که این مطالب به صورت منظم و خلاصه در فصل دوم آورده شده است. سعی گردید با انجام بررسیها و مطالعه منابع مختلف و تحلیل مطالب مربوطه، منبع مطالعاتی مناسبی تهیه گردد. در این رابطه کتابها و مقالات مختلفی در زمینه های موج و ارتعاش، هیدرودینامیک جریان عبوری از موانع استوانه ای، کشش ورتکس و ارتعاش ناشی از ورتکس مورد مطالعه قرار گرفت. در زمینه امواج عمود بر جریان بوجود آمده بر اثر کشش ورتکس پشت موانع در کانالهای روباز کار تحقیقاتی جامع، کامل و مهمی در دنیا صورت نگرفته و در این رابطه تحقیقات مختلف و جامعی در مجاری بسته و در سیالاتی به غیر از آب صورت گرفته است. در سالهای اخیر تحقیقاتی در کانالهای روباز توسط زیما و همکاران، قمشی و همکاران و عزیزی انجام شده است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی امواج عمود بر جریان ناشی از کشش ورتکس پشت موانع با قطرها و دبی های مختلف در کانالهای روباز بوده است. در این تحقیق در مجموع 3304 آزمایش صورت پذیرفت که در 398 آزمایش، جریان بر روی موانع استوانه ای مستغرق بود. در این آزمایشات پارامترهای فواصل طولی و عرضی موانع، تراکم، قطر، دبی، آرایش موانع، عمق و سرعت جریان متغیر بود. در مجموع 166 نوع آزمایش وجود دارد که در آنها پارامترهای فواصل طولی و عرضی موانع، تراکم، قطر، دبی و آرایش موانع یکسان می باشد. در هر نوع آزمایش، با تغییر عمق و سرعت جریان به وسیله دریچه انتهایی فلوم، امواج مختلفی در عرض فلوم تشکیل شد، که حداکثر دامنه موج عرضی مشاهده شده در آزمایشات 40 درصد بوده است. در تحقیق حاضر با توجه به استفاده از قطرهای مختلف در دبیهای متغیر، ده نوع موج عرضی در فلوم مشاهده شد. قطر موانع از پارامترهای بسیار مهم و تاثیرگذار بر روی چگونگی شکل گیری امواج عمود بر جریان در کانالهای روباز می باشد، به همین منظور آزمایشات تحقیق با موانع با قطرهای مختلف صورت پذیرفت. برای انجام این تحقیق از موانع استوانه ای با چهار قطر مختلف به اندازه 4، 12، 25 و 42 میلیمتر استفاده شد و همین امر از عوامل بسیار مهم و تاثیر گذار بر روی شکل گیری ده نوع موج عرضی در فلوم بوده است. با گستردگی متغیرها، در برخی از حالات تشکیل امواج عرضی با حداکثر دامنه در حالت استغراق موانع نیز صورت پذیرفت. با کاهش در تعداد ردیفها در ابتدا، دامنه نسبی موج تقریبا تغییری ننمود ولی زمانی که تعداد ردیفها کمتر از یک مقدار مشخص گردید، دامنه نسبی موج شروع به کاهش نمود. این موضوع مهم نشان دهنده آن است که افزایش تعداد ردیفهای موانع از یک حدی، تاثیری بر روی دامنه نسبی امواج عمود بر جریان ناشی از ورتکس موانع ندارد. تعداد حداقل ردیفها در شرایط آزمایشات این تحقیق که در آن، تعداد ردیف موانع بر روی دامنه نسبی موج تاثیر گذار نیست، تعداد شش ردیف بدست آمد و با کمتر شدن تعداد ردیفها، دامنه نسبی موج کاهش می یابد. در انتها برای آزمایشاتی که در آنها تعداد ردیف موانع بر روی دامنه نسبی موج تاثیر گذار می باشد، رابطه ای ارائه شده است. پس از انجام آنالیز ابعادی و با استفاده از نرم افزاز spss و انجام تجزیه و تحلیلهای آماری رابطه ای جهت محاسبه دامنه نسبی ماکزیمم امواج عمود بر جریان ناشی از ورتکس مجموعه ای از موانع استوانه ای در کانالهای روباز بدست آمده است. مدل ارائه شده در تحقیق برای پیش بینی دامنه نسبی ماکزیمم امواج با استفاده از پارامترهای بدون بعد اندازه گیری شده در تحقیق حاضر که در ساخت مدل دخالت نداشته اند، مورد بررسی قرار گرفت که مدل ارائه شده پیش بینی نسبتا خوبی را دارا بود. با استفاده از نرم افزاز spss و انجام تجزیه و تحلیلهای آماری رابطه ای جهت محاسبه عدد استروهال مربوط به مجموعه ای از موانع استوانه ای در مسیر حرکت آّب در یک کانال روباز بدست آمده است. عدد استروهال بدست آمده می تواند، فرکانس نیروی تناوبی ناشی از ورتکس مجموعه ای از موانع استوانه ای را، در عبور آب از این موانع در کانالهای روباز پیش بینی نماید. مدل ارائه شده در تحقیق برای پیش بینی عدد استروهال با استفاده از پارامترهای بدون بعد اندازه گیری شده در تحقیق حاضر که در ساخت مدل دخالت نداشته اند، مورد بررسی قرار گرفت که این مدل نیز از پیش بینی نسبتا خوبی جهت محاسبه عدد استروهال در شرایط ذکر شده، برخوردار بود.

از مسائل مهمی که در اثر احداث سد و در پایین دست آن به وجود می آید ، پدیده کف کنی یا پایین افتادگی بستر رودخانه می باشد. بدلیل به تله افتادن رسوبات رودخانه در مخزن سد و افزایش قدرت حمل رسوب آب خروجی از سد، آب عاری از رسوب که دارای پتانسیل حمل بالایی می باشد ، رسوبات خود را از بستر رودخانه تامین خواهد کرد و بسته به میزان شیب رودخانه و دانه بندی مواد بستر، باعث کف کنی در پایین دست شده و با ادامه این فرآیند و ادامه حمل مواد بستر، بتدریج بستر رودخانه را گود خواهد کرد . این حالت بیشتر در پایین دست سدها و یا حفاری هایی که انسان به جهت برداشت مصالح از بستر رودخانه انجام می دهد ، بوجود می آید . در این پژوهش سعی خواهد شد تاثیر سد مخزنی جره برتغییرات فرسایش ورسوب بستررودخانه زرد ودر پایین دست آن، با استفاده از مدل ریاضی mike11 که توسط انیستیتو هیدرولیک دانمارک (dhi) تهیه شده و قادر به شبیه سازی یک بعدی جریان، انتقال رسوب و کیفیت آب به صورت ناپایدار در رودخانه ها می باشد شبیه سازی گردد. جهت مدل کردن رودخانه در پایین دست سد ، از اطلاعات زیادی، شامل ژئومتری مقاطع بستر ، آمار دبی جریان و دبی رسوب ورودی و خروجی از مخزن سد ،آمارمربوط به دانه بندی مواد بستر رودخانه و همچنین شرایط مرزی شامل سریهای زمانی دبی رودخانه ومنحنی سنجه در ایستگاههای هیدرومتری بالادست و سطح آب در دبی های مختلف وسطح بستر رودخانه درپایین دست استفاده گردیده است. در این تحقیق عوامل موثر و روشهای مختلف محاسبه میزان کف کنی ارائه شده و سپس با استفاده از اطلاعات هیدرولیکی و هیدرولوژیکی ورودی و خروجی سدجره و مدل mike11 به پیش بینی میزان کف کنی در پایین دست این سد پرداخته شده است . با استفاده از نتایج حاصل از اجرای مدل و بکارگیری توابع مختلف انتقال رسوب و دوره های زمانی مختلف ، میزان کف کنی و تغییرات بوجود آمده در بستر و سطح آب در پایاب سد و همچنین حجم رسوبات منتقل شده بر اثر پدیده کف کنی به پایین دست سد مخزنی ودر ایستگاه هیدرومتری پایین دست مورد بررسی قرار گرفته است . بر اساس نتایج محاسبه شده از مدل، پایین افتادگی بستر رودخانه در یک دوره زمانی حدودا 20 ساله بعد از بهره برداری از سد مخزنی جره متوقف خواهد شد وعمق کف کنی بستر در پایاب سد حدود 3 متر و بطول 2500 متر از محورسد پیش بینی شده است . در این عمق و بازه مذکور پدیده آرمورینگ یاجوشنی شدن بسترکه مانع فرسایش بیشتر می شود، اتفاق می افتد. حجم رسوبات منتقل شده به پایین دست سد مخزنی ودر ایستگاه هیدرومتری پایین دست، بدلیل پدیده کف کنی بالادست در حدود1 میلیون متر مکعب پیش بینی شده است .

همه ساله در نواحی مختلف جهان خسارات جانی و مالی جبران ناپذیری بر اثر وقوع حوادث غیر مترقبه مانند سیل به جوامع بشری وارد می گردد. خوشبختانه در کشور ما با احداث سدهای مخزنی بزرگ بر روی برخی رودخانه های مهم کشور مانند کارون به میزان قابل توجهی از میزان این خسارات کاسته شده است. اما باید به این نکته توجه داشت که در اثر شکست این سدهای مخزنی بزرگ نیز خسارات جبران ناپذیری به نواحی پایین دست آنها وارد می گردد. لذا شبیه سازی هیدرولیکی پدیده شکست سد، جهت برآورد خسارت، بر نامه ریزی صحیح و تدارک فعالیتهای امدادی در محدوده اثر این واقعه از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. در این تحقیق تلاش شده است که به بهره گیری از نرم افزار یک بعدی mike11 و زیر مدل شکست در آن ، شکست سد خاکی در سناریو های مختلف آنی و تدریجی و پهنه سیلاب حاصل از آن به ازاء یک سناریو منتخب بررسی گردد. در این راستا، رودخانه کارون که بزرگترین و پرآب ترین رودخانه ایران می باشد و شکست سد مخرنی گتوند علیا به عنوان آخرین سد موجود بر روی این رودخانه که در فاصله 25 کیلومتری شمال شهر شوشتر و در نزدیکی شهر گتوند واقع است انتخاب شده است. بدنه سد گتوند از نوع سنگریزه ای با هسته رسی، ارتفاع از پی 178 متر، تراز تاج 244 متر و دارای حجم مخزن 6 میلیارد متر مکعب در تراز تاج می باشد. تأثیر پیک سیلاب ناشی از شکست سد گتوند علیا تنها در 30 کیلومتر پایین دست آن (حد فاصل سد گتوند علیا تا تنگ عقیلی) اهمیت داشته و برای سایر نواحی رودخانه اهمیت چندانی ندارد. هر چه سد گتوند علیا تدریجی تر بشکند زمان رسیدن پیک سیلاب آن به نواحی پایین دست سد طولانی تر می باشد و زمان بیشتری جهت هشدار وجود دارد.

ساختار جریان در کانال ها مستقیماً توسط توزیع تنش در آنها شکل می گیرد. بنابراین می توان توزیع تنش برشی مرزی را به عنوان پارامتری اساسی در مطالعه فرایندهایی همچون تلاطم، حمل رسوبات و محیط زیست در نظر گرفت که بصورت تئوریکی، آزمایشگاهی و عددی توسط محققین مختلف مورد توجه قرار گرفته است. کانالهای ذوزنقه ای متداولترین کانال برای آبرسانی از لحاظ راحتی اجرا و ظرفیت حمل می باشد. با این وجود تحقیقات بمراتب کمتری برای بررسی توزیع تنش در کانالهای ذوزنقه ای نسبت به مستطیلی صورت گرفته است. تحقیق حاضر بمنظور بررسی آزمایشگاهی و تعیین میزان سهم هر یک از تنش های برشی کف و جداره در اثر تغییر شیب جانبی در مجرای ذوزنقه ای با استفاده از روش های اندازه گیری مومنتم و انرژی پیشنهاد شده است. در این تحقیق نیروی برشی کل وارده بر سطوح مرطوب کانال با استفاده از روشی نوین اندازه گیری شده است. این روش بر مبنای اندازه گیری مستقیم نیرو استوار بوده و سیستم اندازه گیری مذکور فلوم لبه چاقویی نامگذاری شده است. جهت تعیین تغییرات تنش برشی موضعی از تیوپ پرستون با قطر خارجی 4 میلیمتر مجهز به سلول های حساس به فشار دینامیک استفاده گردید. جهت تبدیل تفاضل فشار قرائت شده به تنش برشی در بستر صاف از منحنی کالیبراسیون پتل و در بستر زبر از روش کالیبراسیون پیشنهاد شده توسط وو و راجاراتنام استفاده گردیده است. نتایج آزمایشگاهی بدست آمده در این تحقیق با نتایج محققین قبلی مقایسه گردید. بر اساس نتایج آزمایشگاهی دقت روابط محققین مختلف در تخمین توزیع تنش برشی در کانالهای مستطیلی و ذوزنقه ای صاف با سه شیب جانبی 1:1، 5/1:1 و 1:2 مورد مقایسه قرار گرفت و روابط جدیدی پیشنهاد گردید. دقت مدل های تلاطمی دو معادله ای k-? و sst در تخمین توزیع تنش برشی در کانال ذوزنقه ای با بستر صاف مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که مدل k-? و sst تنش برشی را بترتیب بیشتر و کمتر از مقدار اندازه گیری شده تخمین می زنند. همچنین دقت مدلهای تلاطمی در تخمین پروفیل تنش برشی در بستر صاف و زبر مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه تنش برشی اندازه گیری شده توسط فلوم لبه چاقویی با تیوپ پرستون در جریان ماندگار و یکنواخت، نشاندهنده انطباق مناسب این دو روش با یکدیگر می باشد. از آنجا که کاربرد روش پرستون در جریانهای پیچیده و غیر یکنواخت با محدودیت مواجه می شود. استفاده از فلوم لبه چاقویی در این گونه جریانها پیشنهاد می گردد.

افزایش هزینه ساخت سازه های خاکی با توجه به محدودیت در بودجه و سرعت اجرای کار، مهندسین را بر آن می دارد که جهت جلوگیری از جابجایی حجم زیاد خاک، از مصالح محلی، حداکثر استفاده را بنمایند. تثبیت خاک به روش های مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، شیمیایی و غیره امکان پذیر می باشد. خاک گچی از جمله خاک هایی است که استفاده از آن در امور عمرانی و به ویژه سازه های در مجاورت آب، نیاز به تثبیت دارد. هدف از این تحقیق استفاده از روش تثبیت شیمیایی با افزودن مواد پلیمری چون ماستیک پلی یورتان a، ماستیک پلی پورتان b، فوق روان کننده بتن دیرگیر و همچنین ترمیم کننده بتن ویژه به خاک مسئله دار گچی جهت بهبود مقاومت برشی، مقاومت فرسایشی و کاهش انحلال-پذیری آن می باشد. بدین منظور نمونه خاک مورد مطالعه از 3 کیلومتری شمال غربی رامهرمز به طول جغرافیایی ?55 18 ?31 و عرض جغرافیایی ?01 36 ?49 ، واقع در استان خوزستان تهیه گردید. آزمایش ها با نمونه های خاک حاوی 0%، 1%، 2%، 3%، 5% و 7% از مواد افزودنی مذکور و با رطوبت اپتیمم بدست آمده از آزمایش پروکتور استاندارد، تهیه شده و تحت آزمایش برش مستقیم با سرعت برشی 5/0 میلیمتر بر دقیقه قرار گرفتند. با تحلیل نتایج حاصل از آزمایش برش مستقیم، مشخص گردید که مناسب ترین نسبت اختلاط ماده افزودنی ماستیک پلی یورتان a برابر با 5% ، ماستیک پلی یورتان b برابر با 3%، فوق روان کننده بتن دیرگیر برابر با 1% و ترمیم کننده بتن ویژه برابر با 2% می باشد. برای تعیین مقاومت فرسایشی، نمونه ها در درصد اختلاط بهینه حاصل از آزمایش برش مستقیم تهیه شدند. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که افزودن 3% ماستیک پلی یورتان b میزان فرسایش پذیری خاک را 70% کاهش، افزودن 2% ترمیم-کننده بتن ویژه میزان فرسایش پذیری خاک را 43% کاهش و افزودن هر کدام از دو ماده دیگر باعث افزایش 186 درصدی فرسایش پذیری خاک گردید. نتایج حاصل از آزمایش انحلال پذیری نیز نشان داد که افزودن 2% ماستیک پلی یورتان b زمان انحلال پذیری را از 10 دقیقه برای خاک شاهد به 9 روز رساند. سایر مواد تاثیر چشمگیری بر کاهش میزان انحلال-پذیری خاک گچی نداشتند.

در طبیعت خاک هایی یافت می شود که تحت تنش ثابت، با افزایش درصد رطوبت میزان کاهش حجم بسیار زیادی از خود نشان می دهد. این خاک ها به خاک های رمبنده موسوم اند. میزان تغییر حجم این خاکها پس از اشباع شدن فوق العاده زیاد می باشد. با توجه به این که بسیاری از سازه های آبی بر روی این خاک ها احداث می شوند بررسی خصوصیات رفتاری این نوع خاک ها و تثبیت آنها در طراحی های سازه های آبی بسیار حائز اهمیت است. با توجه به گستره خاکهای رمبنده در مناطق مختلف و همچنین بدلیل اهمیت اجرای پروژه های عمرانی در محل وجود این خاکها، دست یابی به یک شیوه مناسب جهت تثبیت خاکهای رمبنده در این تحقیق مد نظر قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بهبود پارامترهای مقاومت برشی خاک رمبنده می باشد.در این تحقیق مواد فوق روان کننده بتن دیرگیر، ترمیم کننده بتن ویژه، پلی یورتانa و پلی یورتانb با درصدهای اختلاط 0% تا 5% به خاک اضافه گردیده است و سپس برای آنها پارامترهای مقاومت برشی و فرسایش پذیری بررسی شد. و نتایج نشان داد که ترمیم کننده، پلی یورتانa و پلی یورتانb در درصد اختلاط بهینه باعث افزایش پارامترهای مقاومت برشی گردیده است. و همچنین پلی یورتانb در درصد اختلاط بهینه بدست آمده از آزمایش مقاومت برشی، بیشترین کاهش را در فرسایش پذیری ایجاد نموده است.

پیش بینی دقیق تنش برشی در کانالهای روباز در بسیاری از مسائل مهندسی نظیر طراحی کانالهای پایدار، محاسبات مربوط به افت انرژی و رسوبگذاری در کانالها حائز اهمیت می باشد. در هنگام سیلاب، بخشی از دبی رودخانه توسط کانال اصلی و بخش دیگر توسط دشتهای سیلابی که در اطراف کانال اصلی قرار دارند، حمل می شود. بدلیل تفاوت عمق جریان بین کانال اصلی و دشتهای سیلابی اطراف، سرعت جریان نیز متفاوت بوده و متعاقبا میزان تنش برشی و توزیع آن بصورت قابل ملاحظه ای دستخوش تغییر می گردد. در تحقیق حاضر آزمایشاتی برروی یک مقطع مرکب مستطیلی از جنس پلکسی گلاس به همراه دشتهای سیلابی اطراف با دبیهای مختلف و 3 نسبت شکل متفاوت به انجام رسید. نتایج نشان داد که در هر نسبت شکل، با افزایش عمق جریان میزان تنش برشی نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش نسبت شکل، میزان تنش برشی بصورت معناداری کاهش می یابد. نتایج آزمایشات این تحقیق نشان داد که افزایش زبری بستر باعث افزایش میزان تنش برشی در مقایسه با بستر صاف می گردد. نتایج حاصل تکنیک فلوم لبه چاقویی نشان داد که این روش، روشی دقیق در تعیین تنش برشی کف و دیواره می باشد. ضمنا سهم تنش برشی در هر یک از بخشهای کف دشت سیلابی، دیواره دشت سیلابی ، کف کانال اصلی و دیواره کانال اصلی تعیین گردید. در نهایت فرمولهایی بمنظور تعیین درصد تنش برشی در بخش کانال اصلی و دشت سیلابی کانال مرکب ارائه گردید.

رفتار دینامیکی فشار و دبی در یک سیستم انتقال آب تحت فشار، در حین وقوع جریان های میرا ( به عنوان مثال، بسته شدن ناگهانی شیر قطع و وصل و یا خاموش شدن پمپ) تحت تاثیر اینرسی سیال، تراکم پذیری سیال و همچنین تغییر شکل الاستیک و وسیکو الاستیک جداره مجرای سیستم می باشد. عوامل فوق باعث نوسان در مقادیر فشار و دبی شده، که براساس نیروی اصطکاک داخلی سیال و همچنین نیروی اصطکاک جداره لوله به تدریج میرا می گردند. طور رایج، نیروی اصطکاک در حین وقوع جریان میرا با ضریب اصطکاک ثابت یا شبه ماندگار محاسبه و در مدل های ریاضی تجاری موجود در بازار (mike.net و hammer و…) نیز مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به تحقیقاتی که در گذشته و همچنین در این رساله صورت گرفته است، بطور واضح نشان داده شده که این مدل ها، نیروی اصطکاک ایجاد شده در حین وقوع جریان میرا را کمتر از مقدار واقعی محاسبه می نمایند، لذا داده های سرعت و فشار اندازه گیری شده سریعتر از نتایج حاصل از شبیه سازی هایی که توسط مدل های ریاضی رایج در بازار، صورت می پذیرد، میرا می گردند. در این رساله مدل عددی جدیدی با الهام از کارهای انجام شده توسط محققان در گذشته ارائه شده است که با توجه به مقایسه نتایج آن با داده-های آزمایشگاهی، دارای توانایی مناسب در پیش بینی نوسانات فشاری حاصل از جریان میرا می باشد. علاوه بر این مدل عددی، مدل فیزیکی جهت آنالیز هیدرولیک جریان میرا در لوله‏های سری و همچنین کالیبراسیون مدل عددی، طراحی و احداث شده است. لازم به ذکر است در حین وقوع جریان میرا با استفاده از دستگاه dop2000 پروفیل سرعت لحظه ای و متوسط برداشت شده است.

جریان غلیظ، جریانی است که به علت اعمال نیروی ثقل بر روی اختلاف چگالی دو سیال به وجود می آید. در صورتی که این جریان وارد یک سیال دیگر با غلظت پایین تر شود به یک جریان غلیظ زیرگذر تبدیل می شود. یکی از مهمترین پدیده ها در رسوبگذاری مخازن سدها، جریان غلیظ می باشد که در ایران نیز رسوب گذاری در مخازن سدها حائز اهمیت زیادی است. از همین رو باید نقش این جریانها در فرآیند رسوب گذاری مخازن شناسایی شده و با شناخت پارامترهای مختلف این جریان نسبت به مدیریت رسوب مخازن اقدامات موثر را انجام داد. یکی از پارامترهای بسیار موثر در تغییر هیدرولیک جریان غلیظ، تغییرات مقطع رودخانه در مخازن سدها می باشد. بر این اساس در مطالعه حاضر به بررسی آزمایشگاهی خصوصیات جریان غلیظ در مقاطع همگرا پرداخته شده است. آزمایشات با سه دبی (58/0، 98/0 و 28/1 لیتر بر ثانیه) و سه شیب (009/0، 0125/0 و 016/0) و سه غلظت ( 10، 16 و 25 گرم بر لیتر) در فلومی شیب پذیر با سه زاویه همگرایی (8، 16 و 25 درجه) با استفاده از محلول آب و نمک به عنوان ماده غلیظ در آزمایشگاه مدلهای فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام پذیرفت. طول فلوم 6 متر و عرض آن برابر با 5/72 سانتیمتر است که در مقطع تنگ شده به 20 سانتیمتر تبدیل می گردد. برای اندازه گیری سرعت در بدنه جریان از یک دستگاه سرعت سنج اکوستیک پروفایلر (dop 2000) و برای اندازه گیری مشخصه سرعت پیشانی جریان از اندازه گیری مشاهداتی و کنترل با تصاویر ثبت شده توسط دوربین فیلمبرداری استفاده شده است. آزمایشات نشان داد که افزایش شیب کف، دبی جریان و غلظت جریان همگی باعث افزایش سرعت پیشانی و همچنین افزایش سرعت ماکزیمم در پروفیل بدنه جریان غلیظ می شود. همچنین افزایش زاویه همگرایی مقطع باعث کاهش سرعت پیشانی و کاهش سرعت ماکزیمم در بدنه جریان می گردد. رابطه ای جهت پیش بینی مقدار بی بعد سرعت پیشانی با استفاده از دبی بی بعد جریان، شیب کف و زاویه همگرایی ارائه گردید. تأثیر پارامترهای مختلف بر میزان شدت اختلاط نیز بررسی گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که افزایش شیب کف فلوم و دبی جریان باعث افزایش میزان شدت اختلاط می گردد. همچنین با افزایش غلظت جریان از میزان شدت اختلاط کاسته می شود. در نهایت رابطه ای برای تخمین میزان شدت اختلاط در کلیه مقاطع ارائه گردید. پروفیل های سرعت برداشت شده در بدنه جریان با معادلات لگاریتمی و گوسین بیان شده در حالت دیواره و جت مقایسه شد و مشخص گردید که توزیع سرعت از روابط ذکر شده تبعیت می کند. همچنین ضرایب در معادله گوسین جت جریان برای هر کدام از زوایای همگرایی بدست آمد.

در مدل سازی کیفیت آب، غلظت رسوبات چسبنده از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. غلظت رسوبات چسبنده در آب، عمدتا توسط پدیده های فرسایش و رسوبگذاری کنترل می شود. فرمول ها و مدل های فرسایش و رسوبگذاری موجود فاقد مبانی و مفاهیم فیزیکی بوده و قابل استفاده برای مدل سازی بلند مدت کیفیت آب نمی باشند. لذا نیاز به رویکرد و فرمول و الگوریتم مدل سازی جدیدی می باشد که هم سریع و هم دقیق باشد. مدل پیشنهادی این رساله فقط مختص بستر با رسوبات چسبنده با درصد رس حداقل ده درصد و با ماسه بسیار اندک و غلظت پائین رسوبات معلق می باشد. در مدل، پتانسیل نرخ فرسایش معادل نرخ اختلاط از روی گل روان در نظر گرفته شده است. تنش برشی بستر نیز به صورت یک متغیر احتمالاتی در نظر گرفته شده و فرسایش تحت تاثیر دنباله انتهایی یک توزیع احتمالاتی تک متغیری برای تنش برشی لحظه ای قرار دارد. تنش برشی بحرانی را نیز که در مدل، معادل مقاومت برشی واقعی بستر در نظر گرفته می شود، به چگالی خشک رسوبات بستر و چسبندگی ارتباط داده شده است. در این رساله، برای یافتن تغییرات چگالی خشک در عمق و در دوره های مختلف تحکیم، از آزمایش استوانه تحکیم استفاده شده است. لایه بندی بستر در مدل ضروری است. مدل پیشنهادی نیاز به هشت متغیر فیزیکی دارد که هفت متغیر آن را با کمک آزمایش می توان اندازه گیری کرده و به برآوردهای اولیه ای از آنها دست پیدا کرد. تنها متغیری که قابل اندازه گیری نیست و باید در مراحل واسنجی مورد ارزیابی و تخمین قرار گیرد، ضریب مربوط به توزیع احتمال تنش برشی می باشد. نمونه برداری آب و رسوب از مصب سد سفید رود و آزمایش های فرسایش در یک فلوم مستقیم با امکان گردش آب و رسوب انجام شده است. مدل به خوبی ظرفیت کالیبره شدن دارد و نتایج شبیه سازی توسط آن، مشخصات استهلاکی نمایی نرخ فرسایش را به خوبی شبیه سازی کرده است.

در راستای انجام این تحقیق یک سیستم جریان میرا در آزمایشگاه مدلهای دانشکده علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز احداث و یک سیستم داده برداری بر روی آن نصب شد. این مدل از حدود 50 متر لوله با قطر خارجی حداکثر 63 میلی متر و فشار کارکرد 10 بار تشکیل گردید. هد مورد نیاز مدل توسط یک برج آبگیر 5 متری تأمین شد. با توجه به آنالیز ابعادی انجام شده و تأثیر قطر و طول انشعاب بر مقادیر فشار ناشی از جریان میرا، آزمایشات برای نسبت های مختلف طول و قطر خط اصلی به طول و قطر انشعاب انجام شد. آزمایش های مربوط به هرسیستم، در 4 عدد رینولدز و 7 زمان بسته شدن شیر (از بستن کند شیر تا بستن سریع) انجام گرفت. با توجه به آزمایش های انجام شده در این رساله می توان نتیجه گرفت که هرچه محل اندازه گیری نوسانات فشار به شیر قطع و وصل جریان (عامل وقوع جریانهای میرا) نزدیک تر باشد، مقادیر بیشینه و کمینه فشار بیشتری در این نقاط به وقوع می پیوندد. نظر به اینکه در کلیه آزمایش های مربوط به این تحقیق، شیر قطع و وصل پایین دست به صورت خطی بسته می شد، هرچه زمان بسته شدن کوتاه تر باشد، تفاوت بین مقادیر فشار بیشینه و کمینه بیشتر خواهد شد. پروفیل تغییرات فشاری بیشینه و کمینه به صورت نمودارهایی ارائه گردید و مشاهده شد که فشارهای بیشینه و کمینه مربوط به مبدلهای که بعد از انشعاب قرار گرفته اند کاهش قابل توجهی نسبت به حالت بدون انشعاب داشتند. لازم به ذکر است که با افزایش قطر انشعاب اختلاف فشار نسبت به حالت بدون انشعاب بیشتر می شود. میرا شدن موج در حالت انشعابی در زمان کوتاهتری نسبت به حالت بدون انشعاب صورت می گیرد و هرچه طول و قطر انشعاب بیشتر باشد زمان لازم برای میرا شدن موج کوتاهتر می گردد. نصب انشعاب تأثیری روی ماکزیمم فشار ایجاد شده پشت شیر نداشته اما مقدار مینیمم را کاهش می دهد. رابطه ای جهت تخمین فشار کمینه پشت شیر ارائه گردید. با توجه به اینکه مقدار فشارهای ماکزیمم و مینیمم پشت انشعاب به میزان قابل توجهی نسبت به حالت بدون انشعاب کاهش می یابد لذا روابطی جهت پیش بینی فشارهای کمینه و بیشینه بعد از انشعاب نیز ارائه گردید.

برای جلوگیری از ورود رسوبات و تخلیه آنها از مخازن سدها روش های رسوب زدایی مختلفی وجود دارد، اما بدلیل هزینه نسبتا زیاد، در غالب موارد سعی می شود با استفاده از نیروی هیدرودینامیکی آب، رسوبات ریزدانه خارج شوند. یکی از این روش ها، خارج کردن رسوبات حاصل از جریانهای سیلابی، با استفاده از دینامیک جریان غلیظ است. جریانهای غلیظ یکی از مهمترین پدیده ها در ایجاد فرآیندهای رسوبی (انتقال، توزیع و رسوبگذاری ذرات) در مخازن سدها است که شناسایی و بررسی پارامترهای موثر بر این نوع جریان ها بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق به بررسی اثر زبری کف بر روی مشخصه های حرکتی جریان های غلیظ پرداخته شده است. در جریان های غلیظ زبری بستر از ترکیب دو مکانیزم باعث کاهش در سرعت و پخش جریان غلیظ می شود. سیال محیطی بین عناصر زبری نوعی مکانیسم ورود جریان غلیظ ایجاد می کند که باعث کاهش دانسیته و درنتیجه شار شناوری می شود. این کاهش در شار شناوری باعث کاهش سرعت پیشروی جریان غلیظ در مقایسه با سطوح صاف می شود. همچنین وجود زبری در مرز بین بستر و جریان غلیظ باعث افزایش تنش برشی و به طور محسوس کاهش سرعت جریان می شود. در این تحقیق با انجام یک سری آزمایشات جریان غلیظ نمکی در آزمایشگاه مدلهای فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، دینامیک جریان غلیظ بر روی سطوح زبر مورد مطالعه قرار گرفت و اثر توام آن با دیگر خصوصیات جریان بررسی شد. به منظور بررسی اثر زبری کف به عنوان عاملی موثر در برابر سرعت پیشروی جریان و شکل گیری توزیع سرعت در دو بخش جت و دیواره یک سری آزمایشات جریان غلیظ بر روی سطوحی با اندازه زبری 0، 4، 5/7، 12 و 15 میلیمتر انجام شد. جریان غلیظ نمکی با 3 دبی ورودی 7/0، 1 و 3/1 لیتر بر ثانیه و سه غلظت اسمی 10، 16 و 20 گرم بر لیتر ایجاد گردید. همچنین به منظور بررسی تاثیر توام شیب و زبری آزمایشات در محدوده شیب های 0 تا 2/2 درصد صورت پذیرفت. بر اساس نتایج بدست آمده در محدوده شیب کمتر از 2/2 درصد سرعت پیشروی جریان بر روی سطوح زبر به شکل قابل ملاحظه ای کاهش یافته و به طور متوسط حدود 20? کمتر از مقدار آن بر روی سطوح صاف است. در این تحقیق رابطه ای برای تخمین سرعت پیشروی جریان غلیظ براساس پارامترهای بی بعد مورد بررسی ارائه شد. در بررسی توزیع سرعت در بدنه جریان غلیظ نتایج نشان می دهد که ارتفاع محل سرعت حداکثر در پروفیل سرعت در بدنه جریان غلیظ، با افزایش زبری کف افزایش یافته و ضرایب معادلات توزیع سرعت بدنه جریان غلیظ در دو بخش دیواره و جت تغییر می کند. نتایج حاصل از بررسی شدت اختلاط سیال محیطی به بدنه جریان نشان می دهد که، در محدوده اعداد ریچاردسون بالاتر از یک (رژیم جریان زیربحرانی) تاثیر افزایش زبری بر روی شدت اختلاط سیال محیطی به بدنه جریان غلیظ غیرقابل ملاحظه بوده و از روند مشخصی پیروی نمی کند.

چکیده در سازه های اندازه گیری جریان با مقطع کنترل، بین عمق و دبی رابطه ای ایجاد می شود که این رابطه مبنای محاسبه دبی است. به دلیل انحنای خطوط جریان در سازه های اندازه گیری، و ایجاد ناحیه جدایی در برخی از این سازه ها، در این سازه ها افت انرژی وجود دارد. بنابراین افت انرژی سازه های اندازه گیری جریان آب یکی از محدودیت های طراحی آنها به شمار می رود. یکی از سازه های ساده ای که برای اندازه گیری جریان پیشنهاد گردیده است سرریز های لبه پهن مستطیلی می باشند. ساختار ساده، نصب آسان و هزینه ساخت اندک از مزایای این مدل ها محسوب می شود. همانطور که گفته شد یکی از مسائل عمده ای که باعث ایجاد افت در اینگونه سرریز ها می شود ایجاد منطقه جداشده گی در ثر آستانه ورودی قائم در روی تاج سرریز است. بررسی تحقیقات انجام شده نشان می دهد که تا کنون کمتر به بررسی اثر پارامترهای موثر در از بین بردن این ناحیه صورت گرفته است. یکی از راه هایی که می تواند جهت مقابله با این مشکل بکار رود ایجاد قوس در آستانه ورودی این سازه است. لذا به منظور بررسی اثر ایجاد قوس در آستانه ورودی سرریز بر ضریب دبی عبوری آزمایشات متعددی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز صورت پذیرفت. در این مطالعه 5 مدل با ارتفاع و طول ثابت به ترتیب 10 و 36 سانتی متر با 5 شعاع مختلف آستانه ورودی از 0 تا 28 میلیمتر ساخته شد. و از هر مدل 6 دبی از 12 تا 27 لیتر بر ثانیه عبور داده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که ابعاد هندسه آستانه ورودی تاًثیر بسزایی بر ضریب دبی عبوری جریان دارد. به طوری که بیشترین ضریب دبی جریان با میزان 11 درصد افزایش نسبت به حالت آستانه قائم r=0 می باشد.

در بسیاری از موارد احداث سازه درون کانال برای اندازه گیری دبی جریان لازم می باشد. در میان این سازه ها سرریز و انواع فلوم ها که وظیفه اصلی آنها تخمین دبی جریان است از اهمیت بیشتری برخوردارند. براساس تعریف یک سرریز، شکاف منظمی است که آب از بین آن عبور می کند. سرریزها بر اساس شکل شکافشان به طبقات مختلفی تقسیم می شوند که این تقسیم بندی شامل سرریز v شکل، مستطیلی، ذوذنقه ای، سهمی می باشند. معادلات دبی عبوری از روی سرریزها به دلیل آنکه الگوی جریان عبوری از روی سرریز با اشکال و دبی های مختلف متفاوت است به طور دقیق قابل استخراج نمی باشند. از نقطه نظر سازه ای سرریز لبه پهن مستطیلی یکی از ساده ترین ابزارهای اندازه گیری جریان می باشد. در این سازه دیواره بالادست و پایین دست سرریز کاملاً صاف و به شکل عمودی می باشد. سرریز های لبه پهن معمولا در جاهائیکه دقت اندازه گیری از اهمیت بالایی برخوردار نباشد و یا در درجه دوم اهمیت قرار دارد مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از تحقیق حاضر به بررسی اثر زبری بر خصوصیات ناحیه جداشدگی و مشخصات هیدرولیکی جریان شامل، پروفیل سطح آب و فشار روی تاج سرریز و پروفیل سرعت در مقاطع مختلف پرداخته است. نتایج نشان می دهد که افزایش ارتفاع زبری باعث کوچکتر شدن ابعاد ناحیه جداشدگی و صاف تر شدن خطوط جریان شده است. همچنین باعث نزدیک تر شدن فشار به فشار هیدرو استاتیک روی سرریز از 59/0 در حالت صاف به 68/0 برای زبری با ارتفاع 5 میلیمتر رسیده است. همچنین نسبت طول جداشدگی به عمق آب روی سریز از 13/0 برای حالت صاف به 08/0 برای حالت زبری با ارتفاع 5 میلیمتر کاهش یافته است.

در دهه¬های اخیر تغییر آب و هوا، تغییر شرایط جریان و رسوب، گسترش زمینهای کشاورزی و مناطق شهری و تصرف در حریم رودخانه¬ها باعث تغییر در مرفولوژی رودخانه¬ها شده است. تغییر شکل رودخانه¬ها با فرسایش و رسوبگذاری همراه است که سبب آسیب رساندن به سازه¬های حاشیه¬ی رودخانه¬ها و تخریب زمینهای با ارزش کشاورزی می¬شود. این فرآیند در طول گسترده¬ای از ساحل رودخانه رخ می¬دهد که حفاظت سازه¬ای آن به دلیل بالا بودن هزینه¬ها عملا امکان پذیر نیست. امروزه استفاده از روش¬های زیست مهندسی (غیر سازه¬ای) به دلیل اقتصادی بودن و سازگاری با شرایط زیست محیطی، به طور فزآینده¬ای رو به گسترش است. نداشتن آگاهی از ویژگی¬های زیست فنی گونه¬های گیاهی از محدودیت¬های استفاده از روش¬های زیست مهندسی در ساماندهی سواحل رودخانه¬ها است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر ریشه درختان در افزایش مقاومت برشی خاک و پایداری شیب سواحل رودخانه¬ها می¬باشد. در این مطالعه تعداد 12 پایه¬ی درختی از دو گونه ساحلی گز و پده در بازه¬ی نسبتا مستقیمی از رودخانه سیمره به صورت کاملا تصادفی انتخاب شدند. سامانه ریشه با روش مقطع پروفیل دایره¬ای در جهت شیب ساحل و جریان آبراهه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می¬دهد که با افزایش عمق، تعداد و نسبت سطح ریشه، ابتدا افزایش و سپس کاهش می¬یابد. بیشینه این روند برای گونه گز و پده به ترتیب در عمق 60-50 و 100-90 سانتی¬متری رخ می¬دهد. عمق نفوذ ریشه درختان پده بیشتر از درختان گز است. متوسط تعداد ریشه در افق¬های 10 سانتی¬متری برای گونه گز و پده به ترتیب 5/2 و1/4 و متوسط نسبت سطح ریشه 10/0 و 26/0 درصد می¬باشد. تعداد ریشه¬ها در ناحیه بالایی شیب و جریان برای هر دو گونه بیشتر از ناحیه پایینی است. متوسط نسبت سطح ریشه به جز برای گونه پده، آن هم در جهت شیب، در سایر موارد در ناحیه بالایی بیشتر از ناحیه پایینی است. رابطه مقاومت کششی با قطر ریشه به صورت تابع توانی منفی است. متوسط مقاومت کششی ریشه گونه گز و پده برابر 4/19 و 9/25 مگاپاسکال می¬باشد. مقدار افزایش مقاومت برشی خاک برای ریشه¬های 20-1 میلی¬متر درختان گز و پده به ترتیب؛ 3/12 و 12/24 کیلو پاسکال می¬باشد. ریشه درختان سبب افزایش ضریب پایداری شیب ساحل رودخانه می¬شود. برای سواحل با خاک¬ ماسه¬ای و شیب 1:4 تا 1:1 پایداری شیب برای گونه گز و پده به ترتیب؛ 5/19-3/7 و5/44-6/13 درصد افزایش می¬یابد. تاثیر ریشه درختان پده در پایداری شیب بیشتر از درختان گز می¬باشد. تاثیر ریشه در افزایش ضریب پایداری با افزایش شیب، افزایش و با افزایش ارتفاع ساحل، کاهش می¬یابد. در شرایط این تحقیق ریشه درختان در حالت افت سریع سطح آب در رودخانه¬، سبب افزایش 8/2 تا 3/18 درصدی ضریب پایداری شیب ساحل می¬شوند. هر اندازه مقدار افت بیشتر شود تاثیر ریشه¬ها کمتر می¬شود. نتیجه این پژوهش سبب افزایش آگاهی در مورد کاربرد روشهای زیست مهندسی خاک در ساماندهی سواحل رودخانه¬ها گردید.

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی، امکانات گسترده ای را برای ساخت سدهای بزرگ،مخازن وکانال ها بوجود آورده است.این پیشرفت ها لزوم توسعه طراحی و روش های ساخت را بخصوص برای سیستم هایی که بتوانند سیلاب کافی را تخلیه کنند ایجاب می نماید.شوت ها وسرریز ها برای عبور دادن دبی های زیاد از روی یک سازه هیدرولیکی (مثلا سد، لبریز انحرافی) بگونه ای طراحی میشوند که هیچگونه صدمه عمده ای به خود سازه و همچنین به محیط اطراف آن وارد نشود.در جریان آب از روی سرریز لازم است مقداری از انرژی بخاطر جلوگیری از صدمه زدن به پنجه سد و اطراف آن و نهایتا خود سد مستهلک شود.انرژی حاصل از جریان سرریز معمولا با روش های زیر مستهلک می گردد: 1-با کم کردن سرعت جریان آب از طریق جام پرتابی (یا از تاج سد) وپرتاب درون یک استخر پر از آب در پایین دست که شبیه به بالشتک آب عمل می کند. 2- احداث یک حوضچه آرامش استاندارد در پایین دست سرریز بطریقی که پرش هیدرولیکی بوجود آمده در آن بتواند مقدار قابل توجهی از انرژی را مستهلک نماید. 3- تعبیه تعدادی پله بر روی سرریز برای کمک به استهلاک انرژی کند. در این پایان نامه تعداد 54 مدل از سرریزهای پلکانی با ورق پلگسی گلاس 6 میلی متری ساخته و آزمایشات با 5 دبی (10-20-30-40-50 لیتر بر ثانیه در واحد عرض) و نیز 3 شیب(h/l) (30، 56/26 ،8/21 درجه) انجام گردید(جمعاً 275 آزمایش صورت گرفت). در مدل های فیزیکی با شیب یکسان، پارامتر متغییر تعداد پله ها(یا ارتفاع پله ها) بوده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهند که: 1-استفاده از عمق آب قبل از پرش هیدروایکی در پایین دست سرریز جهت تعیین افت انرژی، باعث برآورد بیشتر(غیرواقعی) افت انرژی نسبی می گردد. در واقع با ورود حباب های هوا به داخل جریان، از میزان تنش برشی کاسته شده و باعث افزایش حجم جریان می شود که اندازه گیری عمق جریان را با خطا روبرو می سازد. 2- با مشاهدات مدل سازی انجام شده مشخص گردید که با افزایش دبی جریان در تمام تعداد پلکانها از میزان افت انرژی نسبی در طول سرریز کاسته می شود. 3- در این تحقیق مشخص شد که اگر چنانچه پارامتر های موثر در افت نسبی انرژی را درمطالعات در نظر بگیریم می توان از تأثیر رژیم جریان ریزشی و غیر ریزشی صرف نظر نمود.این مسئله با توجه به نتایج سایر محققان و همچنین سلماسی (1383) نیز تأیید می شود ، و لذا می توان یک منحنی پیوسته را برای هر دو نوع رژیم جریان برازش داد . 4 - با افزایش تعداد پله ها تا حد معینی شاهد افزایش افت انرژی نسبی در سرریزها بودیم ، اما اگر چنانچه این تعداد از حد معینی تجاوز کند ، که این حدود در تحقیقات چانسون و راجاراتنام نیز آمده است ، اثر مثبت آن از بین می رود زیرا با افزایش تعداد پله ها و کاهش ارتفاع پله ها در واقع اندازه زبری کاهش یافته و پله ها زودتر در زیر آب مستغرق می شوند ، و در نتیجه اثر زبری آنها کاهش می یابد ، در ضمن جریان های چرخشی کوچکتری نیز در زیر بستر کاذب ایجاد می شود که در نتیجه اثر آنها را کاهش می دهد . 5- با توجه به نمودارهای ارائه شده در فصل ششم این پایان نامه، تعداد بهینه پلکان به ازاء مقادیر مختلف پارامتر بدون بعد yc/h و عدد فرود به گونه ای مشخص گردید که حداکثر مقدار افت انرژی نسبی، صورت گرفته باشد. همچنین مشخص گردید که با افزایش مقدار پارامتر yc/h و عدد فرود حداکثر افت انرژی صورت گرفته در تعداد پلکان بالاتری اتفاق افتاده است . همچنین با بررسی تاثیر شیب بر تعداد بهینه پلکان مشخص گردید که با افزایش شیب سرریز، حداکثر افت انرژی صورت گرفته در تعداد پلکان کمتری صورت خواهد گرفت.

رودخانه ها همواره در حال تغییر و دگرگونی هستند ؛ و عوامل زیادی در این تغییرات نقش دارند. از جمله این عوامل متغیرهای هیدرولیکی هستند. شناخت و بررسی این عوامل می تواند ما را به سوی پیش بینی رفتار رودخانه رهنمون کند. تغییراتی که در ابعاد هندسی و راستای رودخانه به وجود می آید ، می تواند نتیجه عکس العمل سیستم رودخانه نسبت به ساخت و سازهای ایجاد شده در رودخانه و حاشیه آن باشد. از این رو برخورد با رودخانه باید کاملاً حساب شده و با توجه به ضوابط خاص انجام شود و عکس العمل رودخانه نسبت به آن تغییر پیش بینی شود. به عبارت دیگر اثر تغییر موضعی بر کل سیستم رودخانه بررسی شود ؛ چرا که کوچکترین تغییر در سیستم رودخانه ممکن است خسارات جبران ناپذیری به دنبال داشته باشد . یکی از این تغییرات احداث آبشکن است که باعث تنگ شدگی عرض رودخانه می شود . این تنگ شدگی باعث ایجاد تغییراتی در متغیرهای هیدرولیکی ، متغیرهای هندسی مجرا ، متغیرهای هیدرولوژیکی ، راستای جریان و انتقال رسوب خواهد شد. دراین پژوهش سعی شده است نقش این تنگ شدگی در تغییر پارامترهای هیدرولیکی بررسی و تفسیر شود. در راستای این هدف تعداد 10 آبشکن بر روی رودخانه زهره در نزدیکی سردشت زیدون از توابع شهرستان بهبهان که در سال 1375 احداث شده اند برای بررسی انتخاب شدند. آبشکن های موجود حدوداً از کیلومتر 5/12 از ابتدای رودخانه زهره (در محل حیدر کرار) شروع و تا کیلومتر 1/18 همین رودخانه امتداد می یابند. آبشکن ها از نوع مستقیم با دماغه گرد هستند، طول آبشکن ها 120 متر می باشد. از این رو رودخانه زهره در مدل ریاضی mike11 یک بار بدون در نظر گرفتن آبشکن ها و یک بار با در نظر گرفتن آبشکن ها مدل شد و نتایج خروجی با هم مقایسه و ارائه شد. احداث آبشکن ها در بازه رودخانه منجر به کاهش عرض ، افزایش عمق ، افزایش سرعت و تنش برشی می گردد. بیشترین افزایش تراز آب پس از احداث آبشکن در محل آبشکن شماره 3 ، بیشترین افزایش سرعت پس از احداث آبشکن در محل آبشکن شماره 10 و بیشترین افزایش تنش برشی پس از احداث آبشکن در محل آبشکن شماره 10 رخ داده است.

چکیده: سرزمین پهناور ایران در منطقه ای خشک و نیمه خشک قرار گرفته و توزیع ناموزون جریان سطحی محدودیت های عمده ای را در امر استفاده بهینه از آب، این عنصر حیاتی به وجود آورده است؛ به علاوه قسمت اعظم این جریان ها قبل از اینکه مورد استفاده قرار گیرند از دسترس خارج شده و به سوی دریا سرازیر می گردند. امروزه در بسیاری از طرح های آبی و محیط زیستی و به منظور انحراف آب رودخانه، بهبود سواحل و کنترل جزر و مد از تکنولوژی نسبتاً جدید ساخت سدهای لاستیکی استفاده می شود. این سدها بشکل یک لوله قطور لاستیکی و با قدرت کششی مناسب بوده که با دمیدن هوا یا فرستادن آب به داخل آن متورم شده و همانند یک سرریز عمل می نمایند. هنگام تخلیه سیال، رقوم تاج می تواند متغیر بوده و آب را به دلخواه هدایت کند؛ از طرفی چون امکان تعمیر تیوپ لاستیک وجود دارد و این عملیات به سهولت انجام م یشود لذا مدت بهره برداری از سدهای لاستیکی به مراتب بیش از 30 سال خواهد بود و این طول دوام یا عمر بر اساس تجربه ساخت بیش از 4000 سد در سراسر دنیا به دست آمده است. هدف از پژوهش حاضر محاسبه افت انرژی جریان از روی سد لاستیکی با تغییر در ارتفاع فنداسیون کف میباشد. در این 1 استفاده گردید. پرتاب / ثابت 4 ? 20 و 25 سانتی متر با ، تحقیق از مدل های ساخته شده سد با سه ارتفاع 15 0 انتخاب و با زاویه 45 درجه / کننده های مثلثی هم از جنس چوب با نسبت ارتفاع پرتاب کننده به ارتفاع سد برابر 08 نسبت به محور سد نصب شدند. از نتایج بدست آمده از این تحقیق چنین استنتاج می گردد: در کلیه مدل ها در شرایط پرش آزاد در پایین دست با افزایش عدد شیب شکن، عدد فرود و عمق ثانویه پرش در بالادست، افت نسبی انرژی کاهش می یابد. در کلیه مدل ها در شرایط پرش مستغرق در پایین دست با افزایش عدد شیب شکن، عدد فرود و عمق ثانویه پرش در بالادست، افت نسبی انرژی افزایش می یابد.

پرتاب کنندهی جامی به عنوان یکی از انواع اصلی و یا بخش متمم سیستمهای استهلاک انرژی در پایانه مجاری تخلیه سیلاب سدهای بلند، در نظر گرفته شده است. ایدهی اصلی از نصب جام پرتاب کننده در پایانه سریزها و مجاری تخلیه کننده این است که جریان بسیار سریع (جت)خروجی را از راستای اولیه منحرف نموده تا پس از پرتاب شدن به هوا، ضمن استهلاک انرژی فرساینده جت، در موضعی تعیین شده و در فاصلهی مطمئنی دور از سد، نیروگاه، سرریز و یا ضمایم آن در آبراههی رودخانهی پایین دست رها گردد. دراین تحقیق مدل سرریز سد مخزنی بالارود که از نوع اوجی دریچهدار با تنداب و پرتاب کنندهی جامی است، با استفاده از مصالح پلکسیگلاس در مقیاس 1:40 ساخته و در فلوم آزمایشگاه مدلهای هیدرولیکی دانشکده مهندسی آب، دانشگاه شهید چمران اهواز نصب گردید. معمولاً هنگامی که سرعت جریان در قسمی از سازه هیدرولیکی از یک حد مجاز فراتر رود، آن سازه در معرضخسارت ناشی از خلاءزائی قرار میگیرد. روشهای عددی و تحلیلی و روابط تجربی موجود به دلیل پیچیدگی رفتار دینامیکی سیالات و خصوصاً وجود جریانهای دوفازی در تنداب سرریزها محدودیتهای زیادی دارند. تاکنون بر اساس روابط تحلیلی و عددی ، مطالعات گستردهای جهت بررسی توزیع فشار هیدرودینامیکی و نیز حداکثر و حداقل فشار هیدرودینامیکی در سطوح منحنی انجام و روابط متعددی ارائه شده است . این روابط عمدتا بر مبنای فرضهایی از قبیل غیر چرخشی بودن جریان ، پیروی خطوط جریان روی منحنیها از مسیر دایروی و ناچیز شمردن اثر شتتاب ثقل ، استوار هستند . چنین فرضهایی در طرحهای واقعی صادق نخواهند بود و نتایج حاصل از این روابط قابل استناد نمیباشد . به کمک مدلهای فیزیکی میتوان شرایط هندسی پیچیده را با دقت قابل قبولی شبیهسازی کرد . در این تحقیق با برقراری 6 دبی با دوره بازگشت مختلف در طول پرتاب کننده جامی شکل سد بالارود اقدام به اندازهگیری فشارهای استاتیکی و نوسانات فشارهای دینامیکی شد. نتایج حاکی از قابل قبول بودن دامنه تغییرات فشارهای دینامیکی بود. نتایج نشان داد که دبی آستانه جارو کردن جریان به بیرون از جام ( 655 متر مکعب برثانیه ) بیشتر از دبی آستانه جارو شدن جریان به داخل جام ( 574 متر مکعب بر ثانیه) می باشد. در بررسی هندسه جت پرتابی و تغییرات فشار هیدرودینامیکی منحنیهای تغییرات هر یک در مقابل تغییر دبی جریان 56 متر در دبی 2583 / ترسیم گردید. ضمناً با توجه به منحنی تغییرات هندسه جت پرتابی حداکثر طول پرتابه به 79 مترمکعب برثانیه رسیده و آبشستگی پایین دست تاثیری بر سازه استهلاک انرژی سیلاب سد بالارود نخواهد گذاشت. همچنین با افزایش سرعت به ازاء هر دبی از جریان، ضریب خوردگی کاهش یافته و در ابتدای پرتاب کنندهی جامی در محور 25 متر بر ثانیه / وسط به کمترین مقدار خود می رسد. همچنین به ازاء دبی 3831 مترمکعب بر ثانیه در سرعتی معادل 9 می باشد، وخوردگی (σcr = 0 / شده، که بیشتر از ضریب خوردگی بحرانی ( 52 (σ = 0/ حداقل ضریب خوردگی برابر ( 52 رخ نمی دهد