روش متداول برای بررسی جریان از روی سرریزها ساخت مدل فیزیکی آنها با مقیاس کوچک می باشد. استفاده از مدل های کامپیوتری برای تحلیل جریان آب در سازه های هیدرولیکی با پیشرفت روش های عددی و ابداع کامپیوترهای پرقدرت به مرور زمان فراگیر شده است. سرریز کرامپ جزو سرریز های لبه کوتاه است و برای اندازه گیری دبی جریان در کانال ها به کار برده می شود. مزیت عمده سرریز کرامپ امکان عبور رسوب از روی تاج سرریز می باشد. در تحقیق حاضر مدل فیزیکی سرریز کرامپ در کانالی به طول 10 متر، عرض 25 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تبریز مورد بررسی قرار گرفت. سرریزهای مذکور با شیب پائین دست و بالادست (1:2و1:2)، (1:5و1:2) و (2:9و2:3) و ارتفاع 15، 16 و 17 سانتی متر ساخته شد. با استفاده از داده های مدل فیزیکی، اثر ارتفاع و شیب پائین دست سرریز روی ضریب دبی و همچنین اثر شیب پائین دست سرریز روی حد استغراق بررسی شد. همچنین به ازای دبی های مختلف، پروفیل های سطح آب، سرعت و فشارهای هیدرواستاتیک بر روی سرریز کرامپ اندازه گیری شد. سپس جریان در سرریز کرامپ با مدل cfd از طریق حل معادلات پیوستگی و مومنتم و با استفاده از مدل های آشفتگی، روش های جریان دوفازی، روش حل عددی حجم محدود و الگوریتم حل همزمان سرعت – فشار شبیه سازی گردید. نتایج بدست آمده برای مشخصه های جریان در مدل cfd با مقادیر اندازه گیری شده در مدل فیزیکی سرریز کرامپ مقایسه شد. مطابق نتایج بدست آمده با افزایش ارتفاع سرریز ضریب دبی کاهش و با افزایش شیب پائین دست سرریز ضریب دبی افزایش می یابد. همچنین با افزایش دبی و افزایش شیب پائین دست سرریز نسبت استغراق کاهش می یابد. با مقایسه نتایج فیزیکی و عددی، مدل تلاطمی با الگوریتم حل هم زمان فشار – سرعت simple بهترین جواب را در شبیه سازی عمق جریان داشت. همچنین نتایج مدل k-? standard با الگوریتم حل هم زمان فشار – سرعت simple بهترین تطابق را در شبیه سازی مقادیر سرعت و sst k-omega با الگوریتم حل هم زمان فشار – سرعت simplec بهترین تطابق را در شبیه سازی مقادیر فشار هیدرواستاتیک بر روی سرریز کرامپ نشان دادند.

پرش هیدرولیکی برای استهلاک انرژی در پایین دست سازه های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب ها و دریچه ها مورد استفاده قرار می گیرد. بررسی محققین نشان می دهد که بستر موج دار در کاهش عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی موثر می باشد. در این تحقیق بررسی تجربی پرش هیدرولیکی در محدوده وسیع تری نسبت به محققین دیگر بر روی 6 نوع بستر موج دار با شیب موج (t/s) مختلف انجام گرفت. شیب موج در محدوده 286/0 تا 625/0 و عدد فرود در محدوده 8/3 تا 6/8 قرار داشت. تأثیر ارتفاع و طول موج بستر موج دار بر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی در اعداد فرود مختلف با تحلیل موقعیت سطح آب، پروفیل سرعت، تنش برشی بستر و استهلاک انرژی بررسی شد. پارامتر های بی بعد هیدرولیکی نیز به صورت تابعی از عدد فرود تعیین گردید. نتایج تحقیق نشان داد که عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی بر روی بسترهای موج دار نسبت به بستر صاف در شرایط هیدرولیکی یکسان کوچکتر است. بررسی پروفیل های سرعت اندازه گیری شده در مقاطع مختلف پرش هیدرولیکی نشان داد که این پروفیل ها مشابه بوده و با پروفیل جت آب بر روی بستر صاف متفاوت می باشند. همچنین مقدار ضخامت لایه مرزی بی بعد ?/b بر روی بستر موج دار برابر 57/0 به دست آمد که با ضخامت لایه مرزی در بستر صاف برابر 16/0 مقایسه گردید. بررسی و مقایسه نیروی برشی و ضریب تنش برشی ? نشان داد که تنش برشی در بستر موج دار حداقل 10 برابر بستر صاف است. بررسی ها نشان داد که مقدار متوسط ضریب اصطکاک در بسترهای موج دار برابر 06/0 می باشد. در تحقیقات انجام گرفته پرش بر روی بسترهای صاف مقدار ضریب اصطکاک متوسط برابر 004/0 گزارش شده است پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار متلاطم بوده و با اختلاط آب و هوا همراه می باشد. در این تحقیق پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار با استفاده از مدل های آشفتگی k-? استاندارد، rng k-? و rsm بصورت دو بعدی شبیه سازی شد و سطح آزاد جریان با روش عددی جزء حجم سیال vof تعیین گردید. نتایج نشان داد که مدل های آشفتگی k-? و روش جزء حجم سیال vof برای پیش بینی پروفیل سطح آب در پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار مناسب بوده و خطای نسبی متوسط مقادیر سطح آب بدست آمده از مدل های عددی و اندازه گیری شده کمتر از 10 درصد می باشد. بررسی تشابه پروفیل های سرعت در فواصل مختلف پرش هیدرولیکی نشان داد توزیع سرعت در آزمون های مختلف یکسان بوده و نتایج بدست آمده از مدل های عددی و داده های تجربی تطابق خوبی دارند. تأثیر بستر موج دار بر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی در اعداد فرود مختلف با محاسبه موقعیت سطح آب، پروفیل سرعت، بردار سرعت، تنش برشی بستر، شدت های تلاطم، انرژی جنبشی و اتلاف انرژی پرش در این مدل مورد بررسی قرار گرفت.

حوضچه های بازدید، سازه هایی هستند که در محل اتصال لوله های یک زهکش به زهکش درجه بالاتر احداث می شوند . هدف از احداث این سازه ها برای از بین بردن شیب اضافی و همچنین مشاهده و کنترل کارکرد صحیح زهکش ها و در صورت لزوم رفع گرفتگی می باشد . برای طراحی دقیق زهکش ها لازم است هیدرولیک جریان دراین بخش از سیستم بطور دقیق شناخته شود. داشتن دیدگاهی صحیح از چگونگی رفتار و اجزا مختلف سیستم زهکشی امکان طراحی دقیق را فراهم می سازد. لذا شناخت صحیح از هیدرولیک جریان در محل اتصال لوله های جانبی به جمع کننده در محل حوضچه های بازدید، منجر به طراحی دقیق ابعاد ساختمان مناسب در محل اتصال لوله های جمع کننده با توجه به مشخصات جریان و به حداقل رساندن افت بار هیدرلیکی در محل حوضچه های بازدید برای کاهش تجمع رسوبات می گردد. در این تحقیق ، جریان دو فاز آشفته در محل اتصال دو لوله جانبی به حوضچه بازدید با ابزار دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است . برای شبیه سازی حالت دو فازی جریان از مدل حجم سیال (vof ) و برای مدل سازی آشفتگی ، مدل های دو معادله ای و مورد استفاده قرار گرفت . برای این منظور ، ابتدا نتایج عددی مربوط به اتصال یک لوله با زاویه 90 درجه به حوضچه بازدید با نتایج آزمایشگاهی ژائو و همکاران مقایسه شد . مقایسه نتایج نشان از همخوانی خوب بین شبیه سازی عددی و مدل فیزیکی می دهد. سپس ساختار جریان در حوضچه بازدید و اتلاف انرژی اتصال در زوایای مختلف اتصال لوله های جانبی به حوضچه بازدید مورد بررسی قرار گرفت که نتایج نشان داد که در اتصال دو لوله جانبی به حوضچه بازدید ، زاویه 60 درجه از دیدگاه اتلاف انرژی ، کمترین میزان افت انرژی و جریان های گردابه ای را دارد .

جریان غیر ماندگار جریانی است که خصوصیات سیال در هر نقطه ی آن با زمان تغییر کند. معروف ترین و مخرب ترین حالت جریان غیر ماندگار در لوله ها چکش آبی یا ضربه قوچ است. این پدیده در لوله های تحت فشار و در اثر تغییر ناگهانی شرایط مرزی مانند باز و بسته شدن سریع دریچه ها یا شیرفلکه، قطع و وصل ناگهانی پمپ یا توربین، ترکیدن یک لوله و نظایر آن ایجاد می‎گردد. ایجاد جریان غیر ماندگار در خطوط لوله یا شبکه های توزیع آب، می‎تواند به افزایش یا کاهش قابل توجه فشار منجر شود. این تولید فشار در سیستم ممکن است به پمپ ها، شیرها و دیگر ضمائم آسیب برساند. در این تحقیق مشخصات قسمتی از خط لوله انتقال آب از زرینه رود به شهرستان تبریز به طول 3/11 کیلومتر اخذ و تحلیل جریان غیر ماندگار توسط hammer انجام شده است. این نرم افزار با استفاده از تکنیک خطوط مشخصه، معادلات مومنتم و پیوستگی را حل کرده و این امکان را فراهم می‎سازد تا کاربر بتواند مراحل مختلف شکل گیری ضربه قوچ، چگونگی وقوع آن هم به صورت انیمیشن و هم به صورت گراف مشاهده نموده و خروجی مورد نظر خود را دریافت و چاپ نماید. نتایج نشان می دهد که بدون استفاده از تجهیزات ایمنی در خط لوله، بر اثر از کار افتادن پمپ ها، فشار مثبت تا حد 8/420 متر در خط لوله به وجود خواهد آمد که موجب ترکیدن لوله خواهد شد. همچنین در سراسر خط لوله خط گرادیان هیدرولیکی زیر پروفیل لوله قرار می گیرد که این امر موجب کاویتاسیون و جدایی ستون مایع می گردد. با نصب تجهیزاتی مانند مخزن هوای تحت فشار و چرخ لنگر مشکلات فوق الذکر رفع شده و سیستم با ایمنی بیشتری کار خواهد نمود. استفاده از مخزن هوای تحت فشار با حجم 75 متر مکعب و چرخ لنگر با اینرسی 165 نیوتن بر متر مربع می تواند گزینه مناسبی برای مهار فشارهای مثبت و منفی ناشی از ضربه قوچ باشد.

پرش هیدرولیکی معمولا به منظور استهلاک انرژی جنبشی زیاد جریان در پایین دست سازه های هیدرولیکی نظیر سرریزها، شوت ها و دریچه ها و جلوگیری از فرسایش پایین دست سازه ها به کار می رود. در تحقیق حاضر، خصوصیات پرش هیدرولیکی بر روی شکل جدیدی از بستر زبر با زبری های نیم استوانه ای شکل و آبپایه در کانال مستطیلی با شیب افقی و معکوس مورد بررسی قرار گرفته است. در مجموع 352 آزمایش در محدوده اعداد فرود 6/4 تا 4/7 انجام شد. سه ارتفاع (r) به همراه چهار فاصله طولی (s) مختلف برای زبری ها و سه ارتفاع (s) برای آبپایه در نظر گرفته شد. شیب معکوس بستر شامل دو شیب 1 و 5/1 درصد بود. نتایج نشان داد که می توان برای پروفیل بی بعد سطح آب پرش هیدرولیکی بر روی بستر زبر با شیب افقی و معکوس رابطه ارائه نمود. همچنین مشخص شد که عمق مزدوج نسبی و طول پرش هیدرولیکی بر روی بستر های موج دار نیم استوانه ای شکل و با شیب معکوس کمتر از پرش کلاسیک بوده و میزان افت انرژی در پرش بر روی بستر زبر با شیب معکوس بیشتر از پرش کلاسیک می باشد. بررسی مقادیر ضریب تنش برشی نشان داد که این ضریب در بستر زبر با شیب معکوس حداکثر در حدود 16 برابر بستر صاف است. این روند با افزایش عدد فرود، ارتفاع و فاصله بین زبری ها شدت می یابد. همچنین با افزایش عدد فرود، ارتفاع آبپایه و شیب معکوس عمق مزدوج نسبی و طول پرش هیدرولیکی کاهش یافته و افت انرژی افزایش می یابد. در مجموع بکارگیری آبپایه و بستر زبر در حوضچه آرامش باعث تثبیت پرش بر روی شیب معکوس شده و خصوصیات پرش هیدرولیکی را بهبود می بخشد. برخی روابط تجربی ارائه و نتایج بدست آمده با نتایج تحقیقات دیگر مقایسه گردید.

در تحقیق حاضر، آبشستگی در پایین دست آرام کننده جامی مستغرق دندانه دار در 6 مدل آزمایشگاهی جام دندانه دار با 2 شعاع 12 و 16 سانتی متر و 3 زاویه پرتاب 45، 50 و 55 درجه و2 متغیر دبی جریان و عمق پایاب در 72 آزمایش بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان داد که با افزایش دبی جریان، زاویه پرتاب و شعاع جام و با کاهش عمق پایاب حداکثر عمق حفره آبشستگی افزایش می یابد. همچنین محل وقوع حداکثر عمق حفره آبشستگی از لبه جام دورتر شده و گسترش طولی حفره آبشستگی و به تبع آن حجم مصالح شسته شده افزایش می یابد. با افزایش زاویه و شعاع جام ارتفاع پشته پایین دست و فاصله پشته پایین دست از لبه جام روند افزایشی دارد، اما در یک زاویه مشخص جام، در یک دبی ثابت با کاهش عمق پایاب و در یک عمق پایاب ثابت با افزایش دبی جریان روندی افزایشی- کاهشی دارد. نرخ تغییرات عمق حفره آبشستگی نسبت به افزایش دبی در پایاب های کمتر محسوس-تر است که این مسئله لزوم تأمین پایاب های مناسب در دبی های زیاد را نشان می دهد. با کار برد آنالیز ابعادی و استفاده از نرم افزار spss روابط بدون بعدی با ضریب همبستگی خوبی برای برآورد ابعاد آبشستگی ارائه شده این روابط با استفاده از داده های شاهد مورد ارزیابی و صحت سنجی قرار گرفت. نتایج ارزیابی نشان داد که با استفاده از این روابط می توان ابعاد آبشستگی را با دقت قابل قبولی برآورد نمود.

در این تحقیق زبری بستر و واگرایی حوضچه به طور همزمان بکار برده شد. زبری ها در حوضچه هایی با دیواره های واگرا با زوایای 0، 2، 4، 6 و 8 درجه و هر کدام از این حالت ها با 6 عدد فرود (دبی) مختلف آزمایش شد. در مجموع 390 آزمایش در محدوده اعداد فرود 5 تا 8 انجام شده است. مقدار کاهش عمق نسبی پرش به طور متوسط برای زوایای 0، 2، 4، 6 و 8 درجه به ترتیب برابر 5/10%، 7/17%، 22%، 26% و 2/26% بدست آمد. میانگین کاهش طول پرش هیدرولیکی در زوایای 0، 2، 4، 6 و 8 درجه با بستر زبر به ترتیب برابر 9/47%، 4/57%، 9/59%، 9/65% و 2/68% بدست آمده است و در بهترین حالت (c2.2d) تا 75% نیز رسیده است. واگرایی حوضچه به تنهایی و بدون اعمال زبری نیز تاثیر بسیار زیادی بر کاهش طول نسبی پرش هیدرولیکی بین 37 تا 47 درصد دارد و این کاهش با افزایش زاویه واگرایی حوضچه نسبت مستقیم دارد. نتایج نشان می دهد که هر دو عامل واگرایی دیواره حوضچه آرامش و زبری بستر باعث کاهش طول و عمق مزدوج پرش هیدرولیکی می شوند. این مساله موجب می شود که ساخت حوضچه اقتصادی تر شود و کنترل پرش به طور موثرتری صورت گیرد. نتایج بدست آمده با نتایج برخی محققین مقایسه شد.

چکیده بررسی جریان غیرماندگار که جریان سیلاب نیز از آن جمله است دارای اهمیت بسیاری در مهندسی رودخانه می باشد. از آنجا که این نوع جریان پیچیدگی های خاص خود را دارد، بنابراین شبیه سازی جریان با مدل های ریاضی یکی از دقیق ترین و ارزان ترین روش هاست. در این تحقیق جریان غیرماندگار در بازه ای از رودخانه آجی چای به طول تقریبی 35 کیلومتر واقع در استان آذربایجان شرقی بررسی گردید. بدین منظور از دو مدل ریاضی به نام های hec-ras و cche2d استفاده شده است. داده های هندسی با مقیاس 1:2000، ضریب زبری مانینگ و داده های دبی- اشل این رودخانه از سازمان آب منطقه ای استان آذربایجان شرقی اخذ شد. پس از صحت سنجی مدل ها، شبیه سازی جریان با هر دو مدل برای 9 هیدروگراف با دوره های بازگشت 2، 5، 10، 20، 25، 50، 100، 200 و 500 سال انجام شد. نتایج حاصل از شبیه سازی جریان توسط مدل ها با یکدیگر و همچنین با داده های مشاهداتی مقایسه شد. نتایج نشان داد که در هر دو مدل، هیدروگراف جریان با روند یکسانی به مقدار پیک خود رسیده و کاهش می یابد. هم‏چنین دبی جریان در هیدروگراف حاصل از این مدل مقدار کمتری نسبت به مدل hec-ras دارد. مقدار سرعت و عدد فرود در مدل cche نسبت به مدل hec-ras بیشتر است. با مقایسه پروفیل طولی سرعت و عدد فرود حاصل از دو مدل فوق مشاهده می شود که نتایج دو مدل در شیب های کمتر تطابق بیشتری با یکدیگر دارند. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی مدل hec-ras نسبت به مدل cche همخوانی بیشتری با مقادیر مشاهداتی دارد. در نهایت پیشنهاد می شود برای روندیابی جریان از مدل hec-ras و برای بررسی تأثیر جریان بر روی بستر و دیواره های رودخانه و برآورد تنش وارده بر آن از مدل cche استفاده گردد.

با توجه به اهمیت حوضچه های آرامش در استهلاک انرژی جریان و عملکرد مناسب حوضچه های مستطیلی واگرا از نظر ابعاد و هزینه ساخت کمتر، امکان سنجی آن با استفاده از روش های عددی بسیار ارزشمند خواهد بود. در این تحقیق قابلیت مدل سازی عددی پرش هیدرولیکی در حوضچه مستطیلی واگرا به صورت سه بعدی و با بکارگیری مدل های آشفتگی k-? استاندارد و rng، با استفاده از نرم افزار fluent مورد بررسی قرار گرفت. سطح آزاد جریان با مدل حجم سیال (vof) تعیین شد. صحت سنجی با مقایسه نتایج شبیه سازی و مدل فیزیکی پرش هیدرولیکی در مقاطع مستطیلی واگرا با زاویه های واگرایی 5 و 10 درجه انجام گرفت. نتایج صحت سنجی نشان داد که مدل k-? استاندارد پروفیل سطح آب، طول پرش و مقادیر حداکثر سرعت در مقاطع مورد نظر را بهتر از مدل آشفتگی k-? rng شبیه سازی نموده است. خطای نسبی متوسط مقادیر سطح آب بدست آمده از مدل عددی و مقادیر اندازه گیری شده حدوداً 7 درصد می باشد. طول پرش در مدل ها نیز با دقت 5 درصد برآورد شده است. پروفیل های سرعت نیز تطابق خوبی با داده های اندازه گیری شده داشتند. مدل عددی گرداب های ایجاد شده در نتیجه واگرایی دیواره ها را به خوبی بررسی های تجربی نشان داده است. این گرداب ها در اعداد فرود بالا در یک سمت دیواره تشکیل شده و به سمت دیگر کشیده می شوند ولی در اعداد فرود پایین تر در دو طرف دیواره های واگرا ایجاد می شوند. شدت تشکیل این گرداب ها با افزایش زاویه واگرایی دیواره ها بیشتر می شود. مطالعه پارامترهای تلاطم نشان داد که با فاصله گرفتن از پرش به سمت پایین دست مقدار این پارامترها کاهش یافته و تغییرات آن یکنواخت تر می شود و در انتهای پرش به مقدار ثابتی میل می کند. در مدل های با اعداد فرود بالا، مقادیر پارامترهای تلاطم در دیواره سمت راست بیشتر از سمت دیگر است. در اعداد فرود کمتر، تغییرات متقارن تر بوده و حداکثر مقادیر پارامترها در قسمت میانی کانال رخ می دهد. بررسی تأثیر واگرایی دیواره ها در توزیع پارامترهای تلاطم نشان داد که مقدار ماکزیمم این پارامترها در اعداد فرود بالا به سمت دیواره راست که گرداب ها شکل گرفته اند کشیده شده است. تغییرات پارامترهای تلاطم در امتداد محور مرکزی متقارن نیست و این باعث می شود تا اختلاف مقادیر حداکثر در امتداد محور مرکزی کانال نسبت به مقدار واقعی در کل محدوده بیشتر گردد. با کاهش عدد فرود، به دلیل تشکیل گرداب ها در قسمت میانی کانال، تمرکز این مقادیر در مرکز کانال افزایش یافته و تقارن بیشتری نسبت به پرش در اعداد فرود بالاتر می یابند. در این حالت، اختلاف بین مقادیر ماکزیمم در طول محور مرکزی کانال و کل محدوده کمتر می شود.

سرریزها از جمله وسایلی هستند که برای اندازه گیری دبی جریان در کانال های روباز مورد استفاده قرار می گیرند. سرریزها متناسب با شرایط و دقت مورد نیاز برای اندازه گیری دبی جریان دارای مقاطع مختلفی می باشند. سرریزهای مرکب لبه تیز مستطیلی و یا ذوزنقه ای قوس دار در سطح مقطع خود به صورت ترکیبی از یک دهانه قوس دایره ای در قسمت پایین و یک دهانه مستطیلی و یا ذوزنقه ای در قسمت بالا می باشند. در جریان های کم، قسمت قوسی این نوع سرریزها بصورت منفرد عمل نموده و در جریان های زیاد، دهانه بالایی مانع افزایش زیاد سطح آب در بالادست سرریز شده و اندازه گیری دبی جریان را با دقت قابل قبولی امکان پذیر می سازد. هدف از این تحقیق بررسی آزمایشگاهی روش های افزایش ضریب دبی جریان در سرریزهای مستطیلی و ذوزنقه ای می باشد. با افزایش ضریب دبی جریان، افت انرژی و نوسانات سطح آب در بالادست کاهش و در نتیجه میزان آبگیری از کانال افزایش می یابد. در تحقیق حاضر سرریزهای مستطیلی و ذوزنقه ای قوس دار در فلوم آزمایشگاهی با دیواره های شیشه ای به طول 10 متر، عرض 25 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر در آزمایشگاه مدل های هیدرولیکی دانشگاه تبریز مورد بررسی قرار گرفت. بیش از 500 آزمایش بر روی 45 مدل مختلف سرریز با پارامترهای هندسی شامل عرض تاج سرریز (b)، ارتفاع سرریز(p)، ارتفاع دهانه قوس دایره ای (h0)، شعاع قوس دایره ای (r) و نیز پارامترهای هیدرولیکی نظیر بار آبی روی سرریز (h) و دبی جریان (q) انجام شده و رابطه ای برای ضریب دبی جریان ارائه گردید. همچنین اثر تغییر این پارامترها بر روی ضریب دبی جریان بررسی شد. سرریزهای مستطیلی قوس دار با عرض تاج سرریز 25، 20 و 15 سانتی متر، ارتفاع سرریز 25، 20 و 15 سانتی متر و ارتفاع دهانه قوس دایره ای 12.5، 10، 7.5 و 5 سانتی متر با شعاع قوس های مختلف ساخته شد. سرریزهای ذوزنقه ای قوس دار با عرض تاج سرریز 15 سانتی متر، ارتفاع سرریز 25، 20 و 15 سانتی متر و ارتفاع دهانه قوس دایره ای 7.5 و 5 سانتی متر با شعاع قوس های مختلف و شیب دیواره های جانبی (0.5h:1v) ساخته شد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که در سرریزهای مرکب در ناحیه ای که مقطع ساده به مقطع مرکب تبدیل می شود وجود یک ناپیوستگی در رابطه دبی جریان – بار آبی مورد انتظار است. به ازای بار آبی معین روی تاج سرریز، با افزایش عرض تاج سرریز، کاهش ارتفاع سرریز، کاهش ارتفاع دهانه قوس دایره ای و به موازات آن افزایش شعاع قوس دایره ای، مقدار دبی جریان افزایش می یابد. در بارهای آبی کم، با افزایش عرض تاج سرریز، کاهش ارتفاع سرریز، کاهش ارتفاع دهانه قوس دایره ای و به موازات آن افزایش شعاع قوس دایره ای، مقدار ضریب دبی جریان افزایش می یابد. روند تغییرات نشان می دهد در بارهای آبی زیاد، با افزایش ارتفاع دهانه قوس دایره ای و به موازات آن کاهش شعاع قوس دایره ای، مقدار ضریب دبی جریان افزایش می یابد. مقادیر ضریب دبی جریان در سرریزهای مستطیلی و ذوزنقه ای قوس دار با سرریزهای مشابه بدون قوس مقایسه گردید. مطابق نمودارهای ارائه شده، مقادیر ضریب دبی جریان اندازه گیری شده نسبت به مقادیر محاسبه شده سرریزها در اکثر موارد انطباق قابل قبولی نشان داد.

چکیده نشت از کانال های خاکی بخش عمده اتلاف آب در طرح های آبیاری را شامل می شود. روابط تجربی متعددی توسط محققین برای برآورد تلفات نشت در کانال ها پیشنهاد شده است. بعضی از این روابط تقریبی بوده و برخی دیگر از دقت بیشتری برخوردار هستند. در این تحقیق، تأثیر شیب جانبی در دبی نشت از کانال های خاکی با سطح مقطع ذوزنقه توسط برنامه ریزی بیان ژن (gep) مورد بررسی قرار گرفت. شیب جانبی کانال (z)، عمق آب (y) و ضریب هدایت هیدرولیکی خاک (k) بعنوان پارامترهای متغیر در نظر گرفته شد. برای این منظور آزمایشاتی بر روی مدل آزمایشگاهی کانال خاکی انجام شد. همچنین از نرم افزار seep/w برای بررسی دبی نشت و خطوط جریان استفاده شد. نتایج بدست آمده از نرم افزار seep/wبا مقادیر اندازه گیری شده در مدل آزمایشگاهی مقایسه شد که نشان می-دهد این نرم افزار از عملکرد مناسبی در مدلسازی نشت از کانال های خاکی برخوردار می باشد. دبی نشت محاسبه شده توسط این نرم افزار اختلاف ناچیزی با دبی نشت اندازه گیری شده دارد. نتایج حاصل از اندازه گیری دبی نشت در آزمایشگاه نشان داد که دبی نشت با افزایش عمق آب و ضریب هدایت هیدرولیکی خاک افزایش می یابد، اما دبی نشت رابطه مستقیمی با شیب جانبی کانال ندارد. در کانال های خاکی کوچک و کم عرض با افزایش شیب جانبی ابتدا دبی نشت کاهش و سپس افزایش می یابد. با توجه به اینکه نشت دارای ویژگی های محلی منحصر به فرد می باشد، مقطع ذوزنقه با شیب 2=z در محدوده 5/2 > z > 5/1 حداقل دبی نشت را دارد. همچنین با توجه به نتایج آنالیز حساسیت متغیرها مشخص شد که پارامتر k بیشترین تأثیر را روی دبی نشت دارد. مدل gep عملکرد خوبی در شبیه سازی دبی نشت براساس همه پارامترها و برای هر کدام از شیب های جانبی کانال داشته است. معادلاتی که توسط gep حاصل شد توابعی صریح و دقیق می باشند که با کاربرد آنها می توان تلفات نشت از کانال های خاکی را در شرایط مشابه محاسبه کرد.

بطوری که آزمایش ها با چهار مقدار صورت گرفت. تحلیل داده ها نشان می دهد که پروفیل سطح جریان در پرش هیدرولیکی را می توان با یک منحنی متوسط نشان داد. همچنین مقایسه نتایج به دست آمده با داده های حاصل از پرش هیدرولیکی بر روی بستر صاف نشان داد که مقادیر عمق ثانویه، طول پرش هیدرولیکی و طول غلطاب در بستر زبر نسبت به بستر صاف بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابند درحالی که افت انرژی افزایش می یابد و با افزایش عدد فرود، این روند شدت می یابد. همچنین افزایش ارتفاع و فاصله بین زبری ها باعث کاهش عمق ثانویه، طول پرش هیدرولیکی و طول غلطاب می گردد. مقادیر تنش برشی نیز بر روی بستر زبر 13 برابر بستر صاف است. درنهایت روابطی برای بدست آوردن عمق مزدوج نسبی، افت نسبی انرژی و ضریب نیروی برشی کف بر حسب عدد فرود برای پرش های تشکیل شده بر روی بسترهای زبر ارائه گردید. بررسی پروفیل سرعت در بستر زبر نیز انجام شد که مهم ترین نتیجه آن وجود سرعت منفی(جریان برگشتی) مابین زبری ها می باشد.

: سازه های گابیونی به دلیل سهولت اجرا، نفوذپذیر بودن، دسترسی آسان و اقتصادی بودن به صورت گسترده در طرح های آبی مورد استفاده قرار می گیرند. سازه های متخلخل گابیونی از حیث مصالح و عملکرد با طبیعت اطراف سازگاری دارند و بنابراین از دیدگاه اکولوژیک نیز ارزشمند می باشند. در اینتحقیق برای بررسی ضریب دبی جریان در سرریز های لبه پهن مستطیلی، اقدام به ساخت هشت مدل فیزیکی از سرریز گابیونی و دو مدل سرریز صلب گردید. نتایج حاصل از سرریز گابیونی با نتایج بدست آمده از سرریز صلب با همان ابعاد مورد مقایسه قرار گرفت و مشخص شد که ضریب دبی جریان در سرریز گابیونی بزرگتر از سرریز صلب است.همچنین معادلات رگرسیون چند متغیره بر اساس تئوری آنالیز ابعادی برای محاسبه دبی عبوری برروی سرریزگابیونی برای دو حالت آزاد و مستغرق بدست آمد. مشاهده شد که ضریب دبی جریان سرریز گابیونی در َشرایط جریان آزاد حدود 7/16 درصد نسبت به شرایط مستغرق بیشتر است

پرتاب کننده جامی یکی از سازه های استهلاک کننده انرژی در سرریز سدها می باشد. اگر بستر رودخانه در پایین دست این سازه آبرفتی باشد آبشستگی در پایین دست آن پایداری سازه را تهدید می کند. بنابراین کنترل آبشستگی و جلوگیری از شکست سازه بسیار حائز اهمیت می باشد. از روش هاس کنترل آبشستگی می توان به روش استفاده از صفحات مدفون و سنگچین اشاره کرد که با مقاوم سازی بستر آبشستگی را کاهش می دهند. در این تحقیق ابتدا پدیده آبشستگی در پایین دست پرتاب کننده جامی مستغرق توسط سه مدل فیزیکی با زوایای 30، 35 و 40 درجه در شرایط هیدرولیکی مختلف با 5 دبی 4، 5، 6، 7 و 8 لیتر بر ثانیه بررسی شد. سپس برای کنترل آبشستگی تأثیر سه صفحه مدفون با زوایای 60، 75 و 90 درجه که در فاصله 6h) h: ارتفاع آب روی سرریز) از لبه جام قرار گرفتند، با دبی های 4، 6 و 8 لیتر بر ثانیه بررسی شد. تأثیر سنگچین با قطرهای متوسط 5/53، 7/9 و 11 میلیمتر که در فواصل طولی مختلف نسبت به لبه جام قرار گرفتند بررسی گردید. نتایج نشان داد در پرتاب کننده جامی 30 درجه حداکثر عمق آبشستگی بین 1/15 تا 18/16 درصد کاهش می یابد و تأثیر صفحات به گونه ای است که با افزایش زاویه صفحات مدفون عمق آبشستگی کاهش بیشتری می یابد. درپرتاب کننده های جامی 30 و 45 درجه حداکثر عمق آبشستگی به ترتیب 3/3 تا 25/67 درصد و 9/08 تا 37/21 درصد کاهش می یابد. در پرتاب کننده های جامی 35 و 40 درجه در دبی های 4 و 6 لیتر بر ثانیه، با افزایش زاویه صفحات مدفون حداکثر عمق آبشستگی کاهش بیشتری می یابد. اما در دبی 8 لیتر بر ثانیه صفحات با زاویه کمتر موثرتر واقع می شوند و با افزایش زاویه صفحات عمق آبشستگی بیشتر می شود. در استفاده از سنگچین، دبی لازم برای حرکت غلتشی ذرات سنگچین (qw) با افزایش طول محدوده سنگچین افزایش می یابد. دبی لازم برای آبشستگی زیرسطحی سنگچین با افزایش طول محدوده سنگچین ابتدا افزایش می یابد و پس از رسیدن به مقدار خاصی ثابت می¬ماند. qw و qs با اندازه سنگچین رابطه مستقیم دارند و با افزایش اندازه سنگچین افزایش می یابند.

تمامی سازه های نگهداری و ذخیره ی آب در معرض عبور آب از پی و کناره ها و بعضا بدنه خود هستند. در بسیاری از این موارد، این نشت موجب افزایش فشار هیدرواستاتیکی در پی و اصطلاحا افزایش نیروی بالابرنده می شود. از جمله روش های کنترل و جمع آوری این آب ها باهدف خشک سازی قسمت های پایین دست سد و کاهش فشار منفذی و فشار بالابرنده و افزایش پایداری سد می توان به احداث چاه های فشار شکن اشاره نمود. چاه های فـشار شکن چاه هائی هستند که بعد از زهکش پنجه و در سرتاسر طول سد و در امتداد پنجه، در پایین دست سد های خاکی حفاری می شوند و با خروج آب از آنها چه به صورت طبیعی و چه بوسیله عملیات پمپاژ، موجب کاهش فشار آب در پی شده و از پدیده ی رگاب جلوگیری می نماید. در این پایان نامه چاه های فشار شکن در پایین دست یک سد خاکی همگن در پنج شعاع مختلف که در فواصل 5، 10، 25 و 50 متری از هم قرار گرفته اند، توسط نرم افزار seep/w و به روش اجزا محدود مدلسازی شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. این مدلسازی در سه حالت مختلف انجام گرفت که در هریک از حالت ها سطح آب بالادست مخزن سد تغییر پیدا می کند. یک مدل فیلتر دور چاه ها نیز شبیه سازی شد و تاثیر فیلتر دور چاه در میزان کاهش زیرفشار و گرادیان هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفت. دانستن میزان کاهش نیروی بالابرنده و میزان نشت و مشاهده ی اثر چاهک ها در گرادیان هیدرولیکی، کمک مهمی به طراحان در پروژه های سد سازی نموده و موجب ارائه طرح بهینه تر خواهد گشت. نتایج نشان داد که با کاهش فاصله چاه های فشار شکن و افزایش قطر آنها، نیروی زیرفشار وارده بر زیر سد کاهش پیدا می کند و با توجه به بازه های شبیه سازی شده در این تحقیق، مناسب ترین فاصله قرار گیری چاه ها، فاصله 5 متری از یکدیگر است. در بررسی گرادیان هیدرولیکی نیز مشاهده شد که با افزایش فاصله چاه ها، گرادیان هیدرولیکی بیشینه افزایش می یابد که این مساله نشان می دهد که استفاده از فیلتر دور چاه ها ضروری می باشد.

از جمله مباحث بسیار پیچیده و مهم در مهندسی رودخانه مسئله فرسایش است. این موضوع از گذشته تا بحال نظر بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. فرسایش در رودخانه¬ها باعث حمل مواد جامد و ذرات معلق و انتقال آن به پایین¬دست می شود که نتیجه¬ آن رسوبگذاری در پایین دست و تغییر مورفولوژی رودخانه می¬باشد. چنانچه مقدار رسوب وارد شده به یک منطقه کمتر از رسوب خارج شده باشد، عمل فرسایش کف یا دیواره¬ها وجود دارد که باعث گود شدن کف بستر و حتی تغییر مسیر جریان می¬شود. از این رو با دخل و تصرف انسانها حفاظت رودخانه¬ها به صورت امری اجتناب ناپذیر جهت پایداری دراز مدت مطرح می¬گردد (رادکیوی، 1998). هنگامی¬که یک سازه در مسیر جریانات ساحلی و رودخانه¬ای قرار می¬گیرد، حضور این سازه باعث بروز تغییراتی در الگوی جریان می¬شود که این تغییرات معمولا باعث افزایش ظرفیت انتقال موضعی رسوب در رودخانه شده و نهایتا منجر به بروز پدیده آبشستگی می¬شود. در اثر بروز پدیده آبشستگی حفره¬ای در اطراف سازه ایجاد می¬شود، که اگر این حفره تا پی سازه توسعه پیدا کند ممکن است منجر به تخریب سازه گردد. به همین دلیل آبشستگی به عنوان تهدیدی بالقوه برای پایداری سازه شناخته می¬شود. اگرچه در برخی موارد آبشستگی به علت انباشت اجسام شناور سطحی در مسیر جریان و تنگ شدن موضعی جریان یا حضور یخ در رودخانه به¬ وجود می¬آید، اما در بیشتر موارد عدم پیش بینی مناسب برای عمق حفره آبشستگی در هنگام سیل علت اصلی خرابی سازه¬های هیدرولیکی می¬باشد (رادکیوی، 1998). مقدار آبشستگی در اطراف سازه¬های واقع در مسیر جریان و سرعت توسعه آبشستگی به موقعیت و هندسه سازه، شرایط هیدرولیکی جریان در محدوده سازه و مشخصات مصالح بستر در نزدیکی سازه و بازه¬ بالادست آن بستگی دارد (زراتی، 1381). به طور کلی دو نوع آبشستگی در مجاری فرسایش پذیر مطرح می¬گردد، آبشستگی عمومی و موضعی. برای مقابله با آبشستگی موضعی بایستی ابتدا پدیده آبشستگی موضعی و مکانیزم حاکم برآن شناخته شود تا بتوان نحوه بوجود آمدن حداکثر عمق آبشستگی را در نظر گرفته و در جهت حذف و یا کاهش آن در طراحی¬ها پیش¬بینی¬های لازم را انجام داد. لذا لازم است تا هیدرولیک رسوب و تاثیر نیروهای هیدرودینامیک بر روی ذره رسوبی مورد بحث قرار گیرد.

سرریزها از جمله سازه¬های هیدرولیکی مهم جهت کنترل جریان و تنظیم سطح آب می¬باشند که باعث افزایش ارتفاع سطح آب و در نتیجه تأمین ارتفاع آب مورد نیاز برای منحرف کردن دبی مورد نظر به کانال¬های جانبی می¬شوند. دیگر وظیفه اصلی این سازه¬ها اندازه¬گیری دبی عبوری از روی آن¬هاست. سرریزهای زاویه دار طراحی ساده¬ای دارند و طول موثر بیشتری نسبت به سرریزهای لبه تیز معمول دارند، به این ترتیب می¬توانند دبی بیشتری در مقایسه با سرریزهای معمول برای کانال با عرض و ارتفاع آب مشابه را از خود عبور دهند. دراین تحقیق با استفاده از نرم¬افزار فلوئنت و به صورت عددی مطالعاتی به منظور بررسی تأثیر هندسه سرریز زاویه دار بر ضریب دبی صورت گرفته است. متغیرها شامل ارتفاع سرریز، زاویه سرریز نسبت به جریان و دبی بوده¬اند. ضریب دبی به دست آمده از این شبیه سازی با مقادیر به دست آمده از آزمایشات سرریز مستطیلی لبه تیز مقایسه شده است. نتایج این مقایسه نشان داد نرم¬افزار فلوئنت قادر است جریان بر روی این نوع سرریز را با دقت مناسبی شبیه سازی کند. هم چنین این نتایج نشان می¬دهند که با افزایش زاویه سرریز در دبی ثابت، بار آبی روی تاج سرریز کاهش می¬یابد و متناسب با آن به ازای بار آبی ثابت روی تاج سرریز، با افزایش زاویه سرریز دبی جریان عبوری نیز افزایش می¬یابد. درصد این افزایش دبی نسبت به سرریز ساده در سرریز با زاویه?38.65?^0 به 23% می¬رسد. طبق نتایج ضریب دبی با افزایش زاویه سرریز کاهش می¬یابد که نشان می¬دهد، عامل طول تاج سرریز در افزایش مقدار دبی عبوری از روی سرریز به ازای افزایش زاویه در مقایسه با سایر پارامترها، عامل غالب است. در کل نتیجه شد زاویه¬دار کردن سرریز در کنترل بهتر عمق آب در بالادست سرریز، موثر است.

با گسترش روزافزون سدسازی طی سالیان اخیر همواره پایداری بدنه سد در مقابل افت سریع آب مخزن موردتوجه پژوهشگران بوده است. افت سریع آب یکی از شدیدترین شرایط بارگذاری است که یک شیب خاکی می تواند تجربه کند. این پدیده در سد های خاکی بسیار رایج است. اگر مصالح سد نفوذپذیری کمتری داشته باشد، در این حالت افت سریع آب در مخزن باعث افزایش تدریجی فشار آب حفره ای و درنتیجه کاهش مقاومت برشی در بدنه سد می گردد. این پدیده به عنوان یکی از عوامل ناپایدار کننده سد محسوب می شود؛ بنابراین روش استفاده از زهکش های افقی یک روش بسیار موثر و کم هزینه برای کاهش فشار آب منفذی و افزایش پایداری شیب است.

یکی از عوامل موثر در کاهش نیروی بالابرنده در سدهای بتنی وزنی، ایجاد زهکش های پی است. هدف از احداث زهکش های پی جمع آوری آب های نشتی از پرده آب بند و کاهش نیروی بالابرنده می باشد. در این تحقیق رفتار زهکش های پی در سدهای بتنی وزنی در حالت پایدار به کمک روش اجزا محدود و با استفاده از نرم افزار seep/w مورد بررسی قرار گرفت. از جمله عوامل موثر در بررسی اثرات زهکش ها قطر، فاصله مرکز تا مرکز از یکدیگر و فاصله از پاشنه بالادست سد میباشد که نقش بسزایی در مقدار نیروی بالابرنده و هم چنین پایداری سد دارد. در این تحقیق ضمن بررسی پارامترهای موثر در نیروی بالابرنده، به بهینه سازی این فاکتور ها در کاهش نیروی بالابرنده پرداخته شده است تا به ازای حداقل نیروی وارده به سازه سد بهنرین مکان قرارگیری گالری زهکش بدست آید.

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

سرریزهای مرکب، سازه های هیدرولیکی ساده ای هستند که شکل تاج آنها عموما ترکیبی از یک دهانه مثلثی در قسمت پایین) و یک دهانه مستطیل (در قسمت بالا) می باشد. امتیازات هیدرولیکی این نوع سرریز عبارتند از: (1) کنترل سطح آب بالا دست بخصوص در دبی های کم؛ و (2) دقت اندازه گیری در دبی های کم و ظرفیت انتقال بالا در دبی های زیاد.بررسی جامع در خصوص جریان بر روی سرریزهای مرکب ‏‎"‎‏مثلثی - مستطیلی‏‎"‎‏ انجام نگرفته است. مکانیزم پیچیده تداخل جریان در ناحیه انتقالی تغییرات سطح آب در محدوده هندسی مثلثی - مستطیلی، سبب نامطمئنی در تحلیل جریان و محدودیت کاربرد وسیع این نوع سرریزها در اندازه گیری دبی جریان در کانال ها بوده است.هدف از این بررسی، بعنوان اولین قدم، ارزیابی ظرفیت جریان بر روی سرریزهای مرکب لبه تیز با زاویه راس 90 درجه به روش تحلیلی و تجربی بوده است. تاثیر متغیرهایی نظیر (1) ارتفاع سرریز؛ (2) فشردگی جانبی؛ (3) ارتفاع سطح آب بالادست؛ (4) هوادهی و (5) عمق پایاب یا کنترل پایین دست، در توسعه معادله جریان به روش تحلیلی و تجربی مورد نظر قرار گرفته است.معادله عمومی جریان آزاد بر روی سرریز مرکب با روش حل ریاضی و ابعادی ارائه گردیده است. تاثیر برخی عوامل موثر (نظیر ارتفاع سطح آب و موقعیت سطح آب در هندسه مرکب تاج سرریز) بطور مستقیم در معادله تئوری جریان وارد گردیده است. عوامل موثر معین (نظیر: نسبت فشردگی جانبی و قائم؛ هوادهی و سطح پایاب یا درجه استغراق جریان) بصورت پارامترهای بدون بعد در ضریب جریان گنجانیده شده است. ضریب دبی جریان ‏‎(cd)‎‏ بصورت پارامتری برای عوامل موثر معین و نیز بصورت تجربی برای عوامل نامعین مورد ارزیابی قرار گرفته است.آزمایشات تجربی برای دو نوع سرریز مرکب: (1) بدون فشردگی جانبی؛ و (2) با فشردگی جانبی، به تفکیک در دو فلوم آزمایشگاهی (در آزمایشگاه هیدرولیک کاربردی گروه آبیاری - دانشگاه ارومیه) برای محدوده مناسبی از هندسه سرریز و محدوده وسیعی از شرایط جریان ممکن در فلوم های آزمایشگاهی انجام یافته است.نتایج بررسی نشان می دهد که: (1) سرریزهای مرکبی که با در نظر گرفتن محدودیت های فیزیکی و هیدرولیکی در مطالعه حاضرطراحی و احداث گردیده، بعنوان سازه های کنترل جریان با دقت کافی میتوانند مورد استفاده قرار گیرند؛ (2) هوادهی مصنوعی تاثیر قابل ملاحظه ای در ظرفیت جریان عبوری از روی سرریز ندارد؛ (3) استغراق جریان سبب ناپایداری در روند تغییرات ضریب دبی ‏‎cb‎‏ گردیده و ارزیابی ضریب دبی ‏‎cd‎‏ را بطور مستقیم نامطمئن می سازد؛ (4) تشخیص حد آستانه استغراق در دقت کاربرد معادله جریان ضروری است. آستانه استغراق بر حسب فشردگی جانبی سرریز، سطح آب بالادست و سطح پایاب سرریز مورد ارزیابی قرار گرفته است؛ (5) در شرایط جریان مستغرق، ضریب تصحیح استغراق جریان تعیین و ارائه گردیده است.ارزیابی جریان بر روی سرریزهای مرکب با زاویه راس متفاوت و نسبت های متفاوت فشردگی جهت بسط نتایج حاضر و نیز بررسی توزیع سرعت و فشار در نزدیک تاج سرریز جهت بررسی هیدرولیک تداخل جریان در محدوده هندسه مرکب سرریز برای تکمیل مطالعات در آینده پیشنهاد می شود.