آبشکن ها و پایه های پل موجب تنگ شدن مقطع رودخانه ها و تغییر الگوی جریان می شوند. در اثر وجود یک آبشکن در رودخانه، تمرکز زیاد سرعت، افزایش تنش برشی بستر، تشکیل گرداب ها و نهایتاً آبشستگی موضعی اتفاق می افتد که منجر به فرسایش مواد از اطراف سازه و گسترش یک حفره آبشستگی می شود. دو روش اساسی را می توان برای حفاظت سازه ها از آسیب در برابر آبشستگی موضعی مورد استفاده قرار داد. نخست این که فونداسیون سازه در عمقی قرار داده شود که بیشترین عمق آبشستگی نیز پایداری سازه را مورد تهدید قرار ندهد. دوم محافظت سازه در برابر آبشستگی با استفاده از روش های کنترل آبشستگی می باشد. به همین جهت محققین برای کاهش آبشستگی روش های مختلفی را بکار گرفته اند. یکی از این روش ها برای کاهش آبشستگی آبشکن ها، نصب طوق می باشد. طوق با منحرف کردن جریان رو به پایین، موجب کاهش آبشستگی و نیز به تاخیر افتادن پیشرفت آبشستگی می گردد. از این رو در این تحقیق به صورت آزمایشگاهی تاثیر طوق در کاهش آبشستگی آبشکن های نیم دایره ای مورد بررسی قرار گرفته است. کلیه آزمایشات در یک فلوم به طول 6 متر و با عرض 80 سانتی متر، در شرایط آب زلال و با نسبت سرعت v/vc =0.85 انجام شد. نتایج نشان داد که طوق ها به طور قابل توجهی باعث کاهش آبشستگی شده اند به طوری که به ازای طوق های مختلف بین 5/63 تا 100 درصد کاهش آبشستگی وجود داشت و علاوه بر آن باعث تاخیر زمانی آبشستگی نیز شده اند. هم چنین طوق ها موجب انتقال حداکثر عمق آبشستگی از محل آبشکن شدند.

سرریزها سازه های هیدرولیکی ساده ای هستند که به منظور کنترل سطح آب و اندازه گیری شدت جریان در کانال های انتقال آب مورد استفاده قرار می گیرند. سرریزها را بر حسب طول تاج آن ها در جهت جریان، به سه گروه سرریزهای لبه تیز، لبه کوتاه و لبه پهن تقسیم بندی می کنند. در سرریزهای لبه پهن، لبه ی سرریز به اندازه ی کافی پهن بوده و در مقایسه با سایر ابعاد دارای اندازه ی قابل ملاحظه ای می باشد که این ویژگی سبب می شود که توزیع فشار بر روی تاج سرریز تقریبا هیدرواستاتیک بوده و خطوط جریان دارای انحنای کمی باشند. در این حالت سرریز به گونه ای عمل خواهد کرد که جریان در بالادست آن زیربحرانی و در روی آن فوق بحرانی شده و در نتیجه یک مقطع کنترل جریان بحرانی بر روی سرریز ایجاد می شود. سرریز لبه پهن مستطیلی دوشیبه سرریز نسبتا جدیدی است که از ترکیب سرریز لبه پهن مستطیلی استاندارد و سرریز کرامپ حاصل می شود. ایده ی استفاده از چنین سرریزی بر این اساس بوده است که استحکام بالای سرریز لبه پهن مستطیلی استاندارد و ضریب دبی نسبتا بالای سرریز کرامپ را در هم ادغام کرده تا سرریزی با مشخصات مطلوب تر حاصل شود. مطالعاتی که پیش از این در مورد سرریزهای لبه پهن صورت گرفته است نشان می دهد که ضریب دبی در این سرریزها تابعی از طول سرریز، عرض سرریز، شکل تاج، ارتفاع سرریز، ارتفاع آب روی سرریز و شیب وجه بالادست می باشد. در این تحقیق با استفاده از مدل آزمایشگاهی تاثیر خصوصیات هندسی سرریز لبه پهن مستطیلی دوشیبه شامل طول تاج سرریز در جهت جریان، شیب وجوه بالادست و پایین دست سرریز و ارتفاع سرریز بر ضریب دبی، پروفیل سرعت و فشار و نیز پروفیل سطح آب مورد بررسی قرار گرفت. ضمن اینکه بررسی تاثیر انحنای پیشانی بالادست و پایین دست این نوع سرریز بر ضریب دبی مد نظر می باشد. تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که وقتی که هد آب از مقدار مشخصی کمتر شد، در ناحیه ای بر روی تاج سرریز افزایش ناگهانی در سطح آب به شکل یک موج کوچک مشاهده شد. هرچه شیب وجه بالادست ملایم تر شد، ارتفاع موج کاهش یافت و موقعیت تشکیل آن نیز به سمت پایین دست جابجا شد. زبر کردن تاج سرریز سبب شد که موج ضعیف تر شود. انحنای پیشانی بالادست سرریز نیز علاوه بر این که تا حد زیادی از جدایی خطوط جریان در این ناحیه جلوگیری کرد، سبب منظم تر شدن جریان عبوری شده و مقدار افت سطح آب را در ورودی کاهش داد. با افزایش طول تاج سرریز پروفیل سطح آب عبوری از روی آن به شکل کاملا منظم و موازی در آمد. در ابتدای لبه بالادست تاج سرریز کاهش فشار مشاهده شد که تحت تاثیر افت سطح جریان(کاهش عمق جریان زیربحرانی در اثر برخورد با مانع) و جداشدگی جریان در این ناحیه بود. هرچه شیب وجه بالادست بیشتر گردید، این کاهش فشار شدیدتر گشت. با ایجاد انحنا در پیشانی بالادست سرریز از میزان جداشدگی جریان کاسته شده و به تبع آن افت فشار کمتری در این حالت رخ داد. در ابتدای لبه پایین دست سرریز(انتهای تاج سرریز) به علت پدیده جداشدگی جریان میزان فشار کاهشیافت و این کاهش فشار در دبی های بالا شدیدتر بود. وقتی از شیب 63.4درجه در پایین دست سرریز استفاده شد، فشار در آن قسمت منفی شده و پدیده مکش هوا رخ داد. هنگامی که پیشانی پایین-دست سرریزها دارای انحنا شد توزیع فشار یکنواخت تر شده و احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون کاهش یافت. در ابتدای تاج سرریز سرعت جریان در نزدیکی تاج ماکزیمم است و با دور شدن از تاج مقدار آن کاهش یافت. در مقطع وسط تاج سرریز با فاصله گرفتن از تاج ابتدا بر مقدار سرعت جریان افزوده شد و بعد از این که به مقدار ماکزیمم خود رسید، سرعت به تدریج کاهش یافته و در نزدیکی های سطح آب به کمترین مقدار خود رسید. در مقطع انتهایی تاج سرریز به دلیل انحنای سطح جریان، سرعت جریان در سطح کمترین مقدار را دارا بوده و با فاصله گرفتن از کف سرعت کاهش یافت. کم شدن شیب وجه بالادست سبب افزایش مقدار ضریب دبی شده است. با افزایش شعاع انحنای پیشانی بالادست، مقدار ضریب دبی نیز افزایش یافت.

دریچه ها سازه هایی هستند که برای قطع و وصل جریان، تنظیم دبی و یا تنظیم سطح آب بکار می روند. دریچه های زیر- گذر یکی از انواع دریچه ها می باشد. در این دریچه ها حرکت آب از زیر دریچه صورت پذیرفته، تنظیم وکنترل براساس میزان بازشدگی از پایین انجام می گیرد. هیدرولیک این گونه دریچه ها تحت دو عنوان «جریان خروجی آزاد» و «جریان خروجی مستغرق» می تواند مورد بررسی قرار گیرد. از پرکاربردترین این نوع دریچه ها، دریچه قطاعی می باشد. دریچه قطاعی به شکل قوسی از دایره و دارای یک شعاع مشخص است و محور(مرکز) آن نسبت به کف کانال دارای فاصله است. تحقیقات نشان می دهد که ضریب دبی تابعی از عوامل بی بعد مانند نسبت ارتفاع آب بالادست به ارتفاع بازشدگی دریچه، نسبت شعاع دریچه به فاصله محور دریچه تا کف کانال و غیره می باشد. در تحقیق حاضر مدل فیزیکی دریچه قطاعی و آستانه در کانالی به طول 6 متر، عرض 80 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر در آزمایشگاه هیدرولیک، گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز مورد بررسی قرار گرفت. مدل فیزیکی آستانه ها شامل آستانه های دایره ای، نیم دایره ای، مثلثی، مستطیلی و ذوزنقه ای بود. با استفاده از داده های آزمایشگاهی تاثیرآستانه بر روی ضریب دبی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که آستانه های دایره ای، نیم دایره ای و مثلثی در صورتی که همواره در زیر بازشدگی دریچه قطاعی قرار گیرد باعث افزایش ضریب دبی دریچه قطاعی می گردند و در بین آستانه های مذکور آستانه نیم دایره ای بیشترین تاثیر را بر ضریب دبی دریچه قطاعی دارد. این آستانه باعث افزایش30 درصدی ضریب دبی دریچه با آستانه نسبت به دریچه بدون آستانه می شود. همچنین در این آستانه ها بیشترین تاثیر آستانه زمانی است که نسبت بازشدگی به ارتفاع آستانه (g/z) برابر7/0 باشد. آستانه های مستطیلی و ذوزنقه ای همواره و برای هر بازشدگی دریچه باعث افزایش ضریب دبی می گردند. در این آستانه ها میزان افزایش ضریب دبی بستگی به نسبت طول آستانه به ارتفاع آستانه(l/z) دارد به طوری که در l/z های کمتر میزان ضریب دبی تا 25درصد بیشتر از ضریب دبی دریچه بدون آستانه است.

اگرچه یک سد انحرافی سازه ساده ای به نظر می رسد که بر روی یک مقطع عرضی رودخانه ساخته می-شود، اما این کار بخشی از یک کار مهندسی است که نیاز به طراحی دقیق و تحلیل های هیدرولیکی، هیدرولوژیکی و سازه ای دارد. سدهای انحرافی به طوریکه از اسم آنها معلوم است برای انحراف آب از رودخانه ها و هدایت آب به کانال های اصلی یا آب آور ساخته می شوند. به لحاظ اقتصادی، سدهای انحرافی سازه های گرانی هستند و برای احداث آن ها نیاز به صرف هزینه زیادی می باشد. هر رویکردی به منظور کاهش هزینه های احداث سد انحرافی و توجه به برآورده شدن معیارهای طراحی، به عنوان یک گام ابتکاری و نوآورانه قابل تقدیر می باشد. در تحقیق حاضر، یک مدل بهینه سازی برای تعیین پارامترهای اساسی سد انحرافی از جمله عمق دیوار های سپری، طول و ضخامت کف ، به شیوه ای که به لحاظ اقتصادی هزینه ها حداقل گردد، ارائه شده است. ارائه ی این مدل بهینه سازی بر اساس تئوری خوسلا برای جریان زیر سطحی می باشد و پارامترهای اساسی سدانحرافی به گونه ای بهینه سازی می شوند که هزینه احداث سد انحرافی شامل هزینه های مربوط به خاکریزی، خاکبرداری، بتن ریزی کف و احداث دیوارهای سپری حداقل گردند، مشروط بر اینکه گرادیان هیدرولیکی خروجی از گرادیان هیدرولیکی مجاز تجاوز ننماید. با توجه به غیرخطی و چند متغیره بودن تابع هدف و غیر خطی بودن قید مسئله، بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت گرفته است. همچنین با توجه به اینکه نرم افزار matlab دارای یک جعبه ابزار کامل در زمینه الگوریتم های ژنتیک است، کلیه مراحل مربوط به الگوریتم ژنتیک در نرم افزار matlab انجام شده است. نتایج بهینه سازی نشان می دهند که استفاده از الگوریتم ژنتیک باعث کاهش 76/19 درصدی هزینه احداث بخش سرریز سد انحرافی نسبت به روش سنتی و باعث کاهش 87/61 درصدی هزینه احداث بخش مقطع رسوبشویی سد انحرافی نسبت به روش سنتی شده است.

روش های مهار و جلوگیری از آبشستگی بر روی مکانیزم آبشستگی پایه ریزی شده است. یکی از این روش ها بررسی شکل هندسی پایه های پل و نصب طوق در اطراف آن می باشد. در این تحقیق با بکارگیری 9 هندسه مختلف از پایه های پل و نصب طوق در سطح بستر، سرعت آبشستگی و عمق حفره آبشستگی اطراف آنها با پایه ی استوانه ای شکل مقایسه شده است. همچنین اثر طول در روی پایه های ایرفویل نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که پایه ایرفویل با طول نسبی 85/3 به علت کاهش قدرت گرداب های نعل اسبی و حذف گرداب برخاستگی بیشترین کاهش آبشستگی را از خود نشان داده و در مقایسه با هندسه های مختلف پایه، در کاهش حداکثر عمق آبشستگی اثر بهتری داشته است. همچنین استفاده از طوقی با قطر 2 برابر قطر پایه، در پایه ایرفویل نسبت به پایه استوانه ای حدود 70 درصد حداکثر عمق آبشستگی را کاهش داده و زمان تعادل را نیز افزایش می دهد.

یکی از دلایل تخریب پل ها، وقوع آبشستگی موضعی در اطراف پایه هاست. روش های مختلفی برای کاهش آبشستگی وجود دارد، یکی از این روش ها، استفاده از طوق می باشد. طوق مانع از برخورد جریان پایین رونده با بستر شده و عمق آبشستگی را کاهش می دهد. در این تحقیق شکل هندسی طوق در کاهش آبشستگی در پایه ی استوانه ای بررسی گردید. آزمایشات مورد نظر در شرایط آبشستگی آب زلال انجام شد. آزمایشات در 4 سری انجام شد، که سری اول طوق مربع، سری دوم شامل طوق های نیم دایره با دنباله مستطیلی متغیر بودند. سری سوم شامل طوق های هم مساحت مربع، لوزی، شش ضلعی، نیم دایره با دنباله مستطیلی و تخم مرغی بودند. سری چهارم شامل طوق های کاسه ای و نیم دایره با دنباله مثلثی بودند. بهترین عملکرد مربوط به طوق شش ضلعی و نصب شده روی بستر بود که آبشستگی را 9/44 درصد کاهش داد.

رسوب شویی هیدرولیکی تحت فشار یکی از روش های تخلیه رسوبات نهشته شده در مخازن سدها است. در این روش با باز کردن دریچه تخلیه تحتانی رسوبات ته نشین شده در داخل مخزن سد به همراه جریان خروجی از دریچه تخلیه تحتانی خارج می شود. این روش تاثیر موضعی داشته و برای تخلیه رسوبات در سدهای کوچک و یا رسوبات اطراف آبگیر نیروگاه های برق- آبی و شبکه های آبیاری استفاده می شود. در این تحقیق با انجام آزمایش هایی بر روی مدل فیزیکی تاثیر استفاده از سازه نیمه استوانه بر افزایش ظرفیت رسوب شویی تحت فشار هیدرولیکی در مخازن سدها مورد مطالعه قرار گرفت. سازه های نیمه استوانه مورد آزمایش سرپوشیده بوده و دارای شکافی به عرض برابر با قطر دریچه تخلیه تحتانی در قسمت بالادست دیواره و مقابل دریچه تخلیه تحتانی بودند. آزمایش ها با 4 دبی متفاوت، 3 حالت ارتفاع آب، 6 طول سازه و با 4 قطر سازه انجام شد و از سیلیس به عنوان رسوب غیر چسبنده و دارای قطر میانه 1/1 میلی متر و انحراف معیار هندسی 15/1 استفاده شد. بررسی نتایج حاصل از انجام آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش دبی عمق مخروط رسوب شویی افزایش می یابد و بیشترین عمق مخروط رسوب شویی به ازای دبی 3 لیتر بر ثانیه با ارتفاع آب 30 سانتی متر و طول سازه d6 و با قطر سازه 7/12 سانتی متر ایجاد شد و نسبت به حالت بدون سازه 821 درصد افزایش داشت. به ازای دبی خروجی، طول و قطر سازه ثابت تغییرات عمق مخروط رسوب شویی در برابر تغییرات ارتفاع آب ناچیز بوده و تقریبا تاثیری نداشت. این موضوع را می توان به علت سر پوشیده بودن سازه دانست. همچنین نتایج نشان می دهد برای دبی خروجی، ارتفاع آب و طول ثابت یک قطر بهینه وجود دارد. در ارتفاع آب و طول سازه ثابت در دبی 65/0 لیتر بر ثانیه قطرسازه 62/7 سانتی متر و برای دبی 1 لیتر بر ثانیه قطر سازه 16/10 سانتی متر و برای دبی های 2و 3 لیتر بر ثانیه قطر سازه 7/12 سانتی متر بهینه بوده و بیشترین عمق مخروط رسوب شویی را ایجاد می کنند. به ازای ارتفاع آب و قطر سازه ثابت با فرض طول نامحدود برای سازه به ازای هر دبی خروجی یک عمق مخروط رسوب شویی بیشینه ایجاد می شود و برای سازه با طول موثر کمتر از این مقدار عمق مخروط رسوب شویی به ازای آن دبی از مقدار عمق بیشینه کمتر می شود.. همچنین مطالعه نتایج حاصل از انجام آزمایش ها نشان می دهد به ازای طول سازه کمتر از عمق مخروط رسوب شویی بیشینه برای یک دبی معین، برای دبی های بیشتر از آن میزان افزایش عمق مخروط رسوب شویی کاهش می یابد

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.

چکیده آبشستگی در اطراف پی پایه های پل یکی از علل عمده آسیب های جدی به پل می باشد. در این تحقیق، با استفاده از مدل آزمایشگاهی به بررسی این پدیده و تأثیر عمق پی، شکل پی و زاویه قرارگیری پی نسبت به جریان بر آبشستگی پرداخته شد. آزمایش ها برای 4 شکل پی شامل پی مربعی، استوانه ای، چهارگوش با دماغه نیمدایره ای در جهت جریان، چهارگوش با دماغه نیمدایره ای عمود بر جریان و 5 تراز قرارگیری پی و 7 زاویه قرارگیری آن انجام شد. نتایج نشان می دهد که عمق آبشستگی به تراز قرارگیری، شکل پی و زاویه قرارگیری پی بستگی دارد. بهترین شکل پی که کمترین آبشستگی در اطراف آن رخ می دهد، به ترتیب پی چهارگوش با دماغه نیمدایره ای درجهت جریان، پی مربعی، پی چهارگوش با دماغه نیمدایره ای عمود بر جریان و پی استوانه ای می باشد. زمانی که پی زیر سطح اولیه بستر کانال قرار دارد، علاوه بر اینکه آبشستگی را به تأخیر می اندازد، مقدار آن را نیز کمتر می کند. همچنین عمق آبشستگی با افزایش تراز پی در بالای بستر افزایش می یابد و بهترین زاویه قرارگیری پی زاویه صفر نسبت به جریان می باشد. با تحلیل آزمایش ها، محدوده مناسب برای تراز قرارگیری پی، 25 الی 50 درصد قطر پایه پل پیشنهاد گردیده است.

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.

سرریز و دریچه به صورت عمده به علت داشتن روابط نسبتاً ساده و دقیق در اندازه گیری جریان و کنترل سطح آب کاربرد بیشتری دارند. همواره آب جاری در مسیر رودخانه و کانال دارای ذرات معلق رسوب و مواد شناور می باشد. در این شرایط می توان سرریز و دریچه را با هم ترکیب نمود و سیستم متمرکزی به نام سرریز- دریچه تشکیل داد که امکان انتقال مواد رسوبی از زیر دریچه و مواد شناور از روی سرریز فراهم شود. در تحقیق حاضر به منظور افزایش ضریب دبی سازه سرریز- دریچه، نوع جدید این سازه یعنی شکل منشوری آن معرفی شد و با استفاده از شبیه سازی عددی توسط نرم افزار flow 3d، اثرات هیدرولیکی جریان و هندسه سازه (بازشدگی دریچه، ارتفاع سازه و زاویه قرارگیری یا میل سازه نسبت به امتداد افق) بر ضریب دبی جریان، توزیع سرعت، پروفیل های فشار و سطح آب و محل تشکیل عمق بحرانی در اطراف سازه بررسی شد. به منظور ارزیابی قابلیت نرم افزار flow 3d در شبیه سازی جریان، از داده های آزمایشگاهی پروفیل سطح آّب سرریز نیم استوانه ای استفاده گردید. نتایج نشان داد ضریب دبی جریان در سرریز- دریچه منشوری نسبت به انواع دیگر سرریز- دریچه ها افزایش داشته و به ازای افزایش پارامترهای بی بعد h_3/p و h_3/a در ابتدا روند ثابت و سپس روند افزایشی دارد. این ضریب برای مدل با 105 =? درجه نسبت به مدل های با 75 و 90 =? درجه بیشتر می باشد. بررسی پروفیل و بردارهای سرعت در اطراف مدل ترکیبی سرریز- دریچه نیز نشان داد که سرعت جریان بعد از سرریز به علت ریزش جریان و همچنین در قسمت زیر دریچه به دلیل ارتفاع آب در بالای آن، افزایش یافته و در بازه ی "3.35<" "x" /"p" "<5.6" در پایین دست سازه به حداکثر مقدار خود می رسد. همچنین در محل سرریز به علت ریزش جریان و جدایشی که در جریان رخ می دهد، فشار منفی گشته است. بررسی تغیییرات عدد فرود در محدوده سازه ترکیبی نشان دهنده این است که محل تشکیل عمق بحرانی و تبدیل نوع جریان در محدوده "1.51<" "x" /"p" "<2.35" در قسمت پایین دست سازه می باشد.

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.

همه ساله با وقوع بارش های جوی و بالا آمدن سطح آب های زیرزمینی فشار منفذی در شیب های خاکی افزایش می یابد و خطر بالقوه ای را برای شیب های خاکی علی الخصوص برای خاک های ریزدانه به وجود می آورد. از این رو در شیب هایی که خطرات ریزش آن می تواند هزینه های بالا یا تلفات جانی را به بار آورد، نیاز به ساخت دیوار های حائل بیشتر احساس می شود. دیوارهای حائل معمولاً جهت نگهداری خاک در اختلاف سطح به کار می روند. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار slope/w پایداری شیب ها نسبت به شرایط هیدرولوژیکی بحرانی و با استفاده از نرم افزار seep/w فشار حفره ای مازادی که باعث ناپایداری دیوار حائل به ارتفاع 10 متر می گردد، مورد بررسی قرار گرفت. هر دو نرم افزار از بسته نرم افزاری geostudio 2007 می باشند.

پرش هیدرولیکی بر ای استهلاک انرژی در پایین دست سازه های هیدرولیکی نظیر سرریزها، تندآب ها و دریچه ها مورد استفاده قرار می گیرد. حوضچه های آرامش، محل مناسبی برای ایجاد پرش و کنترل و مهار آن می باشد و بلوک های داخل این حوضچه ها باعث استقرار پرش در درون این حوضچه و استهلاک بخشی از انرژی جنبشی پرش هیدرولیکی می گردد. جهت افزایش کارایی حوضچه های آرامش و کاهش طول پرش هیدرولیکی، معمولا از ضمائم زبر با اشکال مختلف در کف حوضچه ها استفاده می شود. در این تحقیق، شبیه سازی پرش هیدرولیکی قوی بر روی بسترهای زبر مستطیلی، مثلثی و ذوزنقه ای شکل با استفاده از نرم افزار فلوئنت با مدل آشفتگی( k-?) rng برای تخمین اثرات زبری بستر بر روی پارامترهای پرش هیدرولیکی انجام گرفت. در مجموع، 54 مورد شبیه سازی (18 مورد برای هر کدام از زبری های بستر) در دو سری a و b با بازشدگی دریچه به ترتیب 25 و 50 میلی متر، در بازه اعداد فرود 2 تا 12 اجرا شد. در همه آزمایش ها، پروفیل های سطح آب، پروفیل های سرعت و پارامترهای هیدرولیکی شامل طول پرش هیدرولیکی، عمق ثانویه، افت انرژی و ضریب تنش برشی بررسی گردید. مقایسه این پارامترها با پارامترهای مشابه در بستر صاف پرش هیدرولیکی نشان داد که عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی کاهش یافته در حالی که افت انرژی و ضریب تنش برشی در بسترهای زبر افزایش یافته است و در حالت کلی زبری بستر خصوصیات پرش هیدرولیکی قوی را بهبود می بخشد. مطالعه این پارامترها نشان داد که تطابق بین نتایج آزمایشگاهی و عددی رضایت بخش است.