چکیده: پرش یا جهش هیدرولیکی، از نوع جریان های متغیر سریع است و عبارت است از پدیده ای که طی آن جریان از حالت فوق بحرانی به حالت زیر بحرانی تبدیل می شود. مهم ترین کاربردهای پرش هیدرولیکی عبارتند از: کاهش انرژی آب در جریان از روی سدها، سرریزها و دیگر سازه های هیدرولیکی و نهایتاً محافظت قسمت های پایین دست.2- ترمیم و افزایش سطح آب در کانال ها به منظور پخش آب و همچنین کاهش فشار بالا برنده(uplift pressure ) در زیر سازه ها با افزایش عمق آب در دامنه سازه.3- مخلوط نمودن مواد شیمیایی جهت تصفیه آب یا فاضلاب و نیز جهت مصارف کشاورزی. هدف از این تحقیق بررسی خصوصیات هیدرولیکی پرش در مقاطع واگرا با شیب معکوس می باشد. در این تحقیق به منظور بررسی پرش هیدرولیکی در مقاطع واگرا با شیب معکوس 4 زاویه واگرایی 56/4 درجه، 8 درجه، 12 درجه و 16 درجه و 4 شیب معکوس 6/1%، 4/3%، 5% و 7/6% برای هر زاویه واگرایی با شیب معکوس 5 دبی و 5 عدد فرود تا حد امکان مورد بررسی قرار گرفت و با برقراری شرایط هیدرولیکی مورد نظر آزمایش های این تحقیق انجام گرفت. محدوده اعداد فرود مورد آزمایش در این تحقیق 6/2 تا 7/3 بود وپس از برداشت داده های آزمایشگاهی اقدام به آنالیز این داده ها گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد با افزایش عدد فرود پارامترهای نسبت عمق ثانویه به اولیه، طول نسبی جهش، طول جهش به عمق ثانویه و افت نسبی جهش افزایش می یابد. همچنین آنالیز داده های آزمایشگاهی نشان می دهد با افزایش زاویه واگرایی و شیب معکوس پارامتر های نسبت عمق ثانویه به اولیه، طول نسبی جهش و نسبت طول جهش به عمق ثانویه کاهش و پارامتر افت نسبی جهش با افزایش زاویه واگرایی و شیب معکوس افزایش می یابد.

یکی از مشکلاتی که همواره در آبگیر ها با آن مواجه هستیم، جدا شدگی جریان، در دهانه بالادست آبگیر می باشد. هنگامی که آب وارد دهانه آبگیر می شود، سرعت در دهانه پایین دست، حداکثر (در جهت جریان در کانال آبگیر) و در دهانه بالادست حداقل می باشد، که این تفاوت سرعت سبب ایجاد جدا شدگی جریان می گردد. در ناحیه جدا شدگی، جریان به دور خود می چرخد و این چرخش مانع عبور جریان از این قسمت می گردد، که این مساله باعث کاهش دبی ورودی و تجمع رسوب در دهانه می شود. جهت کنترل رسوبات روش های بسیاری تا کنون مورد آزمایش قرار گرفته است، اما باید توجه داشت که بهترین روش برای افزایش راندمان آبگیری تعیین شرایط بهینه آبگیر است. هر اقدامی که یکنواختی سرعت بین دهانه بالادست و پایین دست آبگیر را بیشتر کند، باعث کاهش ابعاد جداشدگی جریان، کاهش رسوبگذاری در دهانه آبگیر و افزایش راندمان آبگیری خواهد شد. در این تحقیق، با استفاده از مدل عددی ssiim 2.0 حالت هیدرولیکی بهینه دهانه آبگیر تعیین و سپس مشابه همین مدل، در مدل فیزیکی به اجرا درآمده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل بهینه، قوس ترکیبی 7 در 63 سانتیمتری در دهانه بالادست می باشد.

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 از جمله وسایل ساده ای هستند که برای اندازه گیری دبی در مجاری روباز مانند کانال ها و فلوم ها مورد استفاده قرار می گیرند. سرریزها متناسب با شرایط و دقت مورد نیاز برای سنجش دبی، دارای اشکال مختلفی در سطح مقطع خود می-باشند. سرریز لبه پهن از انواع سرریزها می باشد که در قسمت تاج خود به صورت طولانی و افقی بوده و خطوط جریان بر روی آن مستقیم و موازی می باشد. سرریز لبه پهن در سطح مقطع خود دارای اشکال مختلفی می باشد. سرریز لبه پهن مستطیلی یکی از انواع سرریزهای لبه پهن است که در قسمت بالادست خود به صورت تیزگوشه یا گردشده طراحی می شود. در تحقیق حاضر سرریز مرکب لبه پهن مستطیلی – مستطیلی با گردشدگی در قسمت ورودی در بالادست مورد بررسی قرار گرفته است. بیش از 300 آزمایش بر روی 15 مدل مختلف با پارامترهای متغیر: عرض قسمت مرکزی سرریز، ارتفاع سرریز و طول سرریز در فلوم آزمایشگاهی با دیواره های شیشه ای به طول 10 متر، عرض 25/0 متر و عمق 5/0 متر انجام شده و اثر تغییر این پارامترها بر روی ضریب دبی، ضریب سرعت و آستانه استغراق مورد بررسی قرار گرفته است. هم چنین پروفیل سطح آب و پروفیل گرادیان فشار در مدل های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. آنالیز 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- عمق آب مورد انتظار است. به منظور کاهش این ناپیوستگی، سرریزهای مرکب به صورت تبدیل واگرای شیبدار طراحی می شوند. نتایج حاصل از آزمایشات نشان دهنده حداقل میزان ناپیوستگی در رابطه دبی- عمق آب می باشند. به ازای ارتفاع آب ثابت روی تاج، مقدار دبی با افزایش عرض قسمت مرکزی، کاهش طول و ارتفاع سرریز افزایش می یابد. مقدار ضریب دبی جریان (cd) و ضریب سرعت (cv) با افزایش عرض قسمت مرکزی، کاهش طول و ارتفاع سرریز، افزایش می یابد. مقدار آستانه استغراق (ml) با افزایش کل بار آبی موثر، کاهش طول سرریز، افزایش ارتفاع سرریز و افزایش عرض قسمت مرکزی سرریز کاهش می یابد. برداشت پروفیل سطح آزاد آب نشان دهنده کاهش انرژی مخصوص جریان و در نتیجه افت سطح آب می باشد. روند تغییرات پروفیل سطح آب و گرادیان هیدرولیکی انطباق قابل قبولی دارند.

موضوع اصلی این پژوهش، بررسی میزان آبشستگی در اطراف خطوط لوله دریایی با در نظر گرفتن صفحات افقی مستغرق در زیر لوله است. تاکنون تحقیقات فراوانی در این زمینه صورت گرفته لیکن تفاوت عمده این تحقیق با موارد مشابه قبلی نصب صفحات افقی مستغرق در زیر خطوط لوله است. نصب این صفحات نفوذ ناپذیر سبب می شود تا خطوط جریان زیر زمینی شکل گرفته در زیر بستر، واقع در زیر خطوط لوله، طولانی گشته و فلذا گرادیان فشار در عرض لوله کاهش می یابد. کاهش گرادیان فشار از آن جهت حائز اهمیت است که یکی از عمده ترین و اساسی ترین عوامل شکل گیری و توسعه آبشستگی در زیر خطوط لوله دریایی شکل گیری پدیده piping در بستر زیر خطوط لوله است که این پدیده بعنوان یکی از نتایج حاصل از غلبه گرادیان فشار بر نیروی وزن مستغرق ذرات رسوب بستر مطرح است. در این پژوهش ابتدا به بررسی پدیده آبشستگی در زیر خطوط لوله منفرد برای هر دو حالت استفاده از صفحات مستغرق و بدون استفاده از صفحات پرداخته شده و پدیده piping و آبشستگی شکل گرفته در زیر خطوط لوله مورد بررسی قرارگرفته است. سپس پدیده آبشستگی در اطراف دو خط لوله موازی و تاثیر آرایش قرارگیری خطوط لوله نسبت به هم بر روند آبشستگی مورد ارزیابی قرار گرفته و سرانجام نیز با قرار دادن ورق های مستغرق در زیر خطوط لوله به بررسی اثر ورق های مستغرق نفوذناپذیر بر پدیده آبشستگی در اطراف دو خطوط لوله موازی پرداخته شده است

سرریز جانبی کنگره ای نوعی از سرریزهای جانبی است که از لبه مستقیم و صاف در پلان برخوردار نبوده و از دیواره های متصل به هم تشکیل می یابد. فرضیه اصلی در توسعه طرح زیگزاگی سرریزها افزایش طول موثر سرریز نسبت به باز شدگی دهانه و افزایش ظرفیت انتقال جریان روی سرریز به ازای ارتفاع معین سطح آب در بالادست سرریز بوده است. تعیین ضریب دبی جهت بررسی عملکرد سرریز و تخمین جریان عبوری از روی سرریز ضروری می باشد. در این تحقیق رفتار هیدرولیکی سرریز جانبی کنگره ای ذوزنقه ای با طول بازشدگی، ارتفاع و زوایای جانبی مختلف سرریز به ازای دبی های مختلف در حالت تک سیکل و دو سیکل، مورد بررسی قرار گرفت. پروفیل های طولی سطح آب در امتداد سرریز جانبی برداشت شد و مشاهده گردید که تغییرات آنها متناسب با پروفیل سرریز جانبی در حالت جریان زیر بحرانی می باشد. نتایج آزمایشات برای یافتن اثرات پارامترهای بی بعد تعریف شده روی ضریب دبی در سرریز جانبی بررسی شد و در نهایت رابطه ای برای محاسبه ضریب دبی ارائه شد. مقایسه نتایج این تحقیق با نتایج تحقیقات محققین دیگر نشان داد که ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای ذوزنقه ای نسبت به سرریز جانبی معمولی افزایش قابل ملاحظه ای داشته است.

یکی از انواع سرریزها که به منظور آبگیری به صورت گسترده از آن استفاده می شود، سریز جانبی است. این سازه هم چنین به عنوان سازه حفاظتی در بالادست سیفون های معکوس، سیل بندها، زیرگذر جاده و سرریز انتهایی برای تخلیه آب مازاد آبگیرهای بالادست، در انتهای کانال های اصلی قرار می گیرد. محل نصب سرریز جانبی در دیواره آبراهه یا کانال انتقال آب می باشد. اما با وجود کاربرد وسیع سرریزهای جانبی، حل کامل تحلیلی معادلات حاکم بر جریان سرریزهای جانبی وجود ندارد. از سوی دیگر، تاثیر روش های عددی در حل مسائلی که حل تحلیلی آنها بدون استفاده از فرضیات ساده کننده مشکل می-باشد، روشن و اثبات شده است. بر این اساس در این تحقیق یک مدل کامپیوتری تهیه شده است که پس از کالیبره شدن توسط مدل آزمایشگاهی، به کمک روش های عددی قادر به محاسبه و شبیه سازی پروفیل یک بعدی جریان در شرایط بدون پرش هیدرولیکی و وجود پرش هیدرولیکی در محدوده سرریز می-باشد. در این تحقیق برای نخستین بار معادله حاکم بر پرش هیدرولیکی در جریان متغیر مکانی اثبات و ارائه شده و به وسیله داده های آزمایشگاهی نیز مورد صحت سنجی قرار گرفته که نتایج این صحت سنجی نیز بسیار رضایت بخش بوده است. نتایج به دست آمده از مدل کامپیوتری شبیه ساز پروفیل سطح جریان در پرش هیدرولیکی متغیر مکانی که بر اساس فرمول جدید ارائه شده، معادلات دینامیکی جریان متغیر مکانی و حل عددی آنها به روش رانگ کوتای مرتبه 4 طراحی شده است، نشان می دهد این مدل به خوبی توانایی شبیه سازی پروفیل سطح آب در سرریز جانبی برای تمامی حالات را دارد. از توانایی های این نرم افزار آن است که می تواند دبی، عمق و عدد فرود را در هر مقطع دلخواه از کانال یا سرریز جانبی محاسبه نماید و در صورت وجود پرش هیدرولیکی متغیر مکانی، عمق اولیه و ثانویه، اعداد فرود ابتدایی و انتهایی پرش، محل وقوع پرش، طول پرش و میزان دبی خروجی در طول پرش را تعیین کند و نهایتا دبی خروجی از سرریز جانبی و پروفیل سطح آب را حساب نماید. در این تحقیق مشخص شد مقدار همگرایی معادله پرش هیدرولیکی متغیر مکانی که توسط کاربر تعیین می گردد، تاثیر بسیار چشم گیری در تخمین محل وقوع پرش هیدرولیکی متغیر مکانی و دیگر خصوصیات آن دارد که این موضوع نتایج تحقیقات قبادیان (1390) را کاملا تایید می نماید. هم چنین مطالعات آزمایشگاهی نشان داد پرش هیدرولیکی در جریان متغیر مکانی شکلی تقریباً ثابتی دارد که دارای نوساناتی در سطح خود می باشد و برای ارتفاع تاج ثابت، با افزایش دبی پروفیل سطح آب به سمت بالاتر نقل مکان می نماید. نهایتا در این تحقیق برای نخستین بار روشی به منظور تعیین پروفیل سطح آب برای پرش هیدرولیکی در جریان متغیر مکانی ارائه شد که روش سابرامانیای کالیبره شده نام دارد. مقایسه اعماق محاسبه شده به وسیله روش ارائه شده در این تحقیق با داده های آزمایشگاهی بسیار رضایت بخش است.

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.

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.

پرتاب کننده های جامی یکی از کم هزینه ترین سازه های استهلاک انرژی در انتهای سرریز سد ها می باشند. چنانچه بستر رودخانه در پایین دست این سازه آبرفتی باشد، آبشستگی در پایین دست آن موجب افزایش جریان زیر سازه ای شده و پیشرفت حفره آبشستگی به سمت سازه می تواند پایداری سد، سرریز و سازه های مرتبط را تهدید کرده و حتی منجر به شکست آنها گردد. روش های مهار و جلوگیری از آبشستگی بر اساس تخمین ابعاد حفره آبشستگی قبل از احداث سازه می باشد. در این تحقیق پدیده آبشستگی در پایین دست پرتاب کننده جامی مستغرق توسط 4 مدل فیزیکی با زوایای °30،°35،°40،°45 در شرایط هیدرولیکی مختلف با 4 دبی و 4 عمق پایاب بررسی شد و روابط رگرسیونی غیر خطی برای برآورد ابعاد آبشستگی ارائه شد. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه جام از °30 به °45 حداکثر عمق حفره آبشستگی، گسترش طولی حفره، ارتفاع پشته بالادست و پایین دست و ارتفاع نسبی موج به ترتیب به مقدار متوسط 150 درصد، 27 درصد، 110 درصد، 24درصد و 213 درصد افزایش می یابند. بر اساس نتایج این تحقیق زاویه °30 گزینه خوبی جهت کاهش حداکثر عمق حفره آبشستگی، حجم آبشستگی، ارتفاع پشته ها و ناهمواری سطح پایاب تا مینیمم حد ممکن و زاویه °40 نیز گزینه مناسبی جهت افزایش فاصله ابتدای حفره، عمیق ترین نقطه حفره و موج تا ماکزیمم حد ممکن می باشد که هر دو زاویه دارای فواید کاهش آبشستگی بستر، کاهش خوردگی جام (در اثر گیر افتادن ذرات در عملکرد نامتقارن سرریز) و کاهش اثرات منفی ناهمواری سطح پایاب بر عملکرد تخلیه کننده ها و حاشیه رودخانه می باشند.

سد خاکی همگن سازه ای است که با هدف استفاده بهینه از مصالح محلی برای کنترل و ذخیره رواناب سطحی احداث می شود. یکی از مهمترین عوامل تخریب این سازه، نشت از داخل بدنه و زیر پی می باشد. در این تحقیق، برای تعیین ابعاد مناسب زهکش افقی جهت کنترل نشت در شرایط ماندگار و غیرماندگار، آزمایش هایی بر روی مدل فیزیکی سد خاکی همگن انجام شد و نتایج با روابط تحلیلی موجود مقایسه گردید. سپس تحلیل عددی نشت با روش عددی بدون شبکه با استفاده از توابع شعاعی rbf انجام شد تا تأثیر تغییر طول و ضخامت زهکش بر کنترل نشت مورد بررسی و مقایسه با نتایج مدل فیزیکی قرار گیرد. نتایج این تحقیق نشان داد که در آزمایش های نشت ماندگار به ازای حداقل طول زهکش بدست آمده از رابطه چاهر(2004) و حداقل ضخامت، عملکرد زهکش قابل قبول نمی باشد. با افزایش ضخامت کارایی زهکش بهبود یافت اما مقدار پارامتر بدون بعد پوشش شیب پائین دست (d*) کمتر از مقدار قابل قبول بدست آمد. به ازای بقیه طول ها و ضخامت ها زهکش-ها در کاهش تراز سطح فریاتیک نشت عملکرد مناسب نشان دادند. محدوده تغییرات d* برای عمق آب 30 سانتی متر در مخزن سد 6/0- 1/0 بدست آمد در صورتی که به ازای گرادیان هیدرولیکی اول (عمق آب 35 سانتی متر در مخزن) محدوده تغییرات این پارامتر 4/0- 05/0 بدست آمد. در مجموع با بررسی سه گرادیان هیدرولیکی ناشی از عمق آب 35، 30 و 25 سانتی متر در مخزن مشخص گردید که طول حداکثر زهکش به ازای همه ضخامت ها و گرادیان های هیدرولیکی مختلف قابلیت کنترل نشت و ظرفیت تخلیه جریان نشتی را داشته است و پوشش شیب پائین دست ایجاد شده بیش از مقدار حاصل از رابطه چاهر (2004) می باشد. با اعمال گرادیان های هیدرولیکی چهارم و پنجم برای طول حداقل زهکش پوشش شیب پائین دست با افزایش ضخامت بترتیب برابر با 5/5، 2/6 و 2/6 سانتی متر برای گرادیان هیدرولیکی چهارم به ازای هر سه ضخامت زهکش برای گرادیان هیدرولیکی پنجم برابر با 4/6 سانتی متر بدست آمد. میزان پوشش شیب پائین دست در نزدیکی زهکش به طول متوسط با افزایش ضخامت بترتیب 6/11، 12 و 8/12 سانتی متر بدست آمد. این مقدار به ازای گرادیان هیدرولیکی پنجم به ازای ضخامت های زهکش مختلف بترتیب 9/13، 9/13 و 5/14 سانتی متر بدست آمد. به ازای طول حداکثر زهکش، حداکثر پوشش شیب پائین دست در این تحقیق برای گرادیان های هیدرولیکی چهارم و پنجم و برابر با 8/20 سانتی متر بدست آمد. در شرایط نشت غیرماندگار ناشی از تخلیه سریع با بررسی دو قطعه لغزشی ab و cd برای قطعه ab تغییرات ضریب اطمینان در محدوده 6/2-5/1 واقع شد که این محدوده برای قطعه cd، 2/2-3/1 بدست آمد. نتایج نشان داد که اگر 3/0l/h< باشد، زهکش دارای حداقل نسبت طول موثر(43/0l/h= ) می تواند پایداری در مقابل لغزش سطحی و عمیق را تأمین نماید. به ازای 3/0l/h> زهکش های با نسبت طول موثر متوسط (71/0l/h=) به ازای ضخامت متوسط به خوبی پایداری در مقابل لغزش را تأمین نمودند. زهکش های با نسبت طول موثر حداکثر (1/1l/h=) به ازای همه ضخامت ها و نسبت های افت سطح آب پایداری در مقابل لغزش سطحی و عمیق را میسر نمودند. همچنین به ازای حداقل ضخامت زهکش تغییرات زمانی ضرایب اطمینان در مقابل لغزش سطحی و عمیق بترتیب در محدوده 8/2-8/1 و 5/2-88/1 بدست آمد. برای حداکثر ضخامت موثر زهکش تغییرات زمانی ضرایب اطمینان در مقابل لغزش سطحی و عمیق بترتیب 3-2 و 3-2/2 حاصل شد. بنابراین نتایج نشان داد که به ازای حداکثر ضخامت موثر، ضریب اطمینان نهایی در مقابل لغزش سطحی و عمیق تقریباً با یکدیگر برابر می باشند. در انتها در تحلیل نشت با استفاده از روش عددی بدون شبکه با استفاده از توابع پایه شعاعی(rbf) سه تابع rbf بی نهایت هموار (گوسیان، کوادریک معکوس و مولتی کوادریک) مورد استفاده قرار گرفت و به ازای مقادیر مختلف فاصله هالتون و پارامتر شکل سطح فریاتیک حاصل از مدل عددی با نتایج مدل فیزیکی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که برای تابع گوسیان با کاربرد کوچکترین ابعاد زهکش موثر، با افزایش فاصله هالتون ارتفاع سطح فریاتیک در نزدیک زهکش بیش از مقدار واقعی تخمین زده می شود و برخورد آن با شیب پائین دست احتمال فرسایش درونی را بیش از واقعیت نشان می دهد. با افزایش طول زهکش و قرارگیری فصل مشترک مرز دیریکله و نیومن در فضای میانی سد خاکی فواصل هالتون بزرگ نتایج دقیق تری نسبت به حالت کاربرد فاصله هالتون بزرگ و حداقل طول زهکش ارائه نمود. برای حداقل طول زهکش بکار رفته در تحقیق با حداقل فاصله هالتون 4 سانتی متر نتایج قابل قبولی بدست آمد. همچنین برای تابع گوسیان مقدار حداقل خطا در ابعاد کوچک زهکش به ازای مقادیر بالاتر پارامتر شکل (5-4<ep) بدست آمد. در حالی که برای توابع مولتی کوادریک و کوادریک معکوس بهترین نتایج برای ابعاد کوچک زهکش در محدوده پارامتر شکل2 تا 3 حاصل شد. با افزایش ابعاد زهکش و فواصل هالتون تقریباً بهترین جواب ها برای همه توابعrbf بکار رفته، در محدوده پارامتر شکل 2 تا 4 بدست آمد. تابع کوادریک معکوس برای مقادیر بالای پارامتر شکل (6<ep) جواب های پایدار اما با دقت کم نسبت به توابع گوسیان و مولتی کوادریک بدست آورد و در مقادیر کم پارامتر شکل (4ep<) از دقت قابل قبولی برخوردار بود. اما تابع مولتی کوادریک در همه محدوده پارامتر شکل بکار رفته پایداری و دقت قابل قبول نشان داد و سطوح فریاتیک و منحنی های هم پتانسیل را با دقت مناسب محاسبه نمود. همچنین نتایج تحلیل عددی برای زهکش با طول و ضخامت متوسط ناحیه cm20x< را ناحیه جریان مرده و ناحیه cm90x> را ناحیه دارای فشار منفی تحت تأثیر زهکش براورد نمود. کاهش طول ناحیه جریان مرده و افزایش منطقه دارای فشار منفی تحت تأثیر زهکش متوسط نشان دهنده پایداری و کاهش احتمال جریان های موئینه در مجاورت و روی شیب پائین دست می باشد. در نتیجه با استفاده از نتایج تحلیل عددی وقوع فرسایش درونی به ازای کاربرد زهکش های با طول و ضخامت بزرگتر یا مساوی با طول و ضخامت زهکش متوسط غیرمحتمل می باشد.

آبشستگی در سازه های هیدرولیکی از جمله مسائلی است که توجه محققین را به خود جلب کرده است. آبشستگی موضعی در نزدیکی دریچه باعث نشست پی و در نهایت تخریب سازه می گردد. جت آب خروجی از زیر دریچه در اثر برخورد مستقیم با بستر رسوبی سبب فرسایش آن می گردد .روش های مختلفی برای کاهش آبشستگی پیشنهاد شده است. از جمله این روش ها می توان به قرار دادن کف بند بعد از دریچه اشاره کرد. از آنجا که در اثر برخورد جت مستغرق با کف بند، مقدار زیادی از انرژی آن کاسته می شود، در نتیجه از گرداب های شدید و آبشستگی به مقدار قابل توجه ای کاسته می شود. در این تحقیق آبشستگی موضعی و انتقال رسوب در اثر جت افقی که از زیر دریچه بر روی کف بند صلب جاری می شود مورد بررسی قرار گرفت. جریان جت به صورت دو بعدی و بستر غیر چسبنده در نظر گرفته شد. تأثیر طول کف بند، باز شدگی دریچه، دبی جریان و عمق پایاب بر روی آبشستگی پایین دست کف بند در آزمایش های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد به ازای ارتفاع ثابت باز شدگی دریچه، با افزایش عمق پایاب و دبی جریان، حداکثر عمق آبشستگی بیشتر می شود. همچنین به ازای یک مقدار ثابت از باز شدگی دریچه، هر چه طول کف بند بیشتر باشد، ارتفاع دون بیشتر است. به ازای یک طول کف بند ثابت، هر چه ارتفاع باز شدگی دریچه بیشتر شود، فاصله قله دون تا کف بند بیشتر می شود.

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.

یکی از روش های تامین نیاز آبی بخش کشاورزی، آب شهری، نیروگاه ها و بخش صنعت، برداشت آب از مخازن و یا کانال های انتقال آب توسط آبگیرهای قائم می باشد. اما این روش اغلب با پدیده تشکیل جریان های گردابی در دهانه آبگیر مواجه می باشد. این امر باعث ورود هوا و ایجاد جریان های پیچشی در داخل مجرای انتقال می گردد که به دنبال آن مشکلات دیگری نظیر افت بار در ورودی، کاهش ظرفیت آبگیری، افزایش احتمال وقوع پدیده خلازایی، ایجاد لرزش و سر و صدا و ... بوقوع می پیوندد. از جمله ابزارهای مقابله با تشکیل گرداب می توان به نصب پره های قائم در جلوی دهانه آبگیر، سرپوش یا صفحات مستغرق افقی که بر روی پیشانی آبگیر به صورت ثابت قرار دارند، صفحات مشبک و یکپارچه افقی که به صورت شناور بر روی سطح مستقر می شوند و دیواره های برآمده در دهانه آبگیر و ... اشاره کرد. در این تحقیق به بررسی تاثیر ابعاد، موقعیت و نوع صفحات مستغرق افقی (شامل صفحات مشبک و صفحات پر) در کاهش عمق استغراق مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل گرداب با هسته هوا پرداخته شد. ابتدا آزمایشاتی برای تعیین منحنی دبی-استغراق بحرانی آبگیر، بدون نصب هیچگونه صفحه ضد گردابی انجام گردید و یک رابطه بی بعد شده بر حسب استغراق نسبی و عدد فرود آبگیر ارائه شد. سپس نتایج حاصل با نتایج محققین پیشین مقایسه گردید. سپس تاثیر هر صفحه با ابعاد، موقعیت نصب و نوع سوراخ مشخص به ازای پنج دبی مختلف و با استفاده از مدل آزمایشگاهی بررسی شد. عملکرد صفحات در کاهش استغراق بحرانی مورد نیاز نسبت به حالت بدون صفحه یا شاهد، برای هر صفحه در ابعاد و موقعیت های مختلف محاسبه شد و بر این اساس بهترین صفحه تعیین گردید. حداقل ابعاد صفحه برای کنترل پایدار گرداب d2 × d2 می باشد. طبق نتایج بدست آمده، برای صفحه مشبک cmp ابعاد d3 × d3 در موقعیت نصب d1 و برای صفحه مشبک fmp ابعاد d2 × d2 در موقعیت نصب d1 بترتیب با عملکرد 92/28% و 85/29% بیشترین عملکرد را در کاهش استغراق بحرانی برای حداکثر دبی، دارا می باشند. صفحات غیر مشبک یا پر (sp) نیز با توجه به محدوده دبی مورد نظر عملکرد متفاوتی از خود نشان می دهند و در حالت کلی عملکرد این صفحات بسیار بیشتر از صفحات مشبک می باشد. صفحه sp با ابعاد d2 × d2 در سه موقعیت نصب d25/0، d5/0 و d1 بترتیب عملکرد 46/80%، 63/70% و 4/45% را از خود نشان داد که موقعیت اول برای دبی های کم، موقعیت دوم برای دبی های متوسط و موقعیت سوم برای محدوده دبی های زیاد مناسب می باشد. درنهایت یک رابطه رگرسیونی برای تخمین استغراق نسبی آبگیر دارای صفحات ضد گرداب از روی پارامترهای بی بعد عدد فرود، ابعاد نسبی صفحه، موقعیت نسبی صفحه و نسبت سطح مسدود صفحه به کل مساحت آن ارائه گردید.

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.

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.

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

یکی از مهمترین عوامل خرابی و ناپایداری لوله های دریایی، کمانش در این لوله ها می باشد که تحت فشار بسیار زیاد (فشار هیدرواستاتیک آب) بوقوع پیوسته و باعث تغییر شکل سطح مقطع لوله می شود.افزایش میزان تغییرشکل ها وبه دنبال آن تنش های ایجاد شده در این سازه های مدفون سبب می گردد میزان آسیب پذیری آنها در اثر جریانات و شرایط محیطی متغییر بیشتر شده و احتمال نشست مواد حامل و خطرات زیست محیطی افزایش یابد. از این رو در این پژوهش با استفاده از روش های عددی و بهره گیری از نرم افزارهای اجزاء محدود مدلهای سازه ای خطوط لوله دریایی تحت شرایط مختلف هندسی و محیطی شامل اثرات ضخامت لوله، جنس لوله،عمق دفن، فشار داخلی و شرایط فیزیکی سیال بصورت سه بعدی ایجاد ومورد ارزیابی قرار خواهند گرفت.

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. سرریز مستطیلی لبه پهن دوشیبه، سرریز نسبتا جدیدی است که از ترکیب سرریز لبه پهن مستطیلی استاندرد و سرریز کرامپ حاصل می شود. در تحقیق حاضر برای بررسی آیشستگی در پایین دست سرریز لبه پهن دوشیبه 60 آزمایش آنجام شد. این آزمایش ها برای 3 طول از تاج سرریز، 4 طول کف بند، 4 شیب پایین دست متفاوت از سرریز و 4 عمق پایاب هر کدام برای دبی های 6/9، 11، 3/13 و 15 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که با افزایش دبی جریان و شیب پایین دست سرریز و با کاهش عمق پایاب حداکثر عمق آبشستگی افزایش می یابد. همچنین محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی از انتهای کف بند دورتر شده و گسترش طولی حفره افزایش می یابد. با افزایش طول کف بند در یک دبی و عمق پایاب ثابت ابعاد حفره آبشستگی از قبیل حداکثر عمق آبشستگی، محل وقوع آن، طول حفره آبشستگی، ارتفاع پشته پایین دست و فاصله آن از انتهای کف بند کاهش می یابد. با افزایش طول تاج سرریز در یک عمق پایاب ثابت در دبی های کم، حداکثر عمق حفره آبشستگی، محل وقوع آن و طول حفره آبشستگی روندی افزایشی-کاهشی دارد، اما دردبی های زیاد روندی کاهشی-افزایشی دارد. با کاربرد تحلیل ابعادی و استفاده از نرم افزار spss روابط بدون بعدی با ضریب تعیین خوبی برای برآورد ابعاد آبشستگی ارائه شده این روابط با استفاده از داده های محاسباتی و واقعی مورد ارزیابی و صحت سنجی قرار گرفت. نتایج ارزیابی نشان داد که با استفاده از این روابط می توان آبشستگی را با دقت قابل قبولی برآورد نمود.

آبگیر ها به منظور آبگیری مستقیم از رودخانه یا مخازن ساخته می شوند. آبگیرهای قائم معمولا نسبت به دیگر گزینه ها اقتصادی تر بوده و به دلیل قرار گرفتن در نزدیکی سطح آب، از ورود رسوبات درشت دانه به داخل سیستم جلوگیری می نمایند. یکی از مشکلات اساسی آبگیرهای قائم ایجاد گرداب قوی در دهانه آنهاست. استفاده از ابزار ضد گرداب یکی از روش های مقابله با گرداب می باشد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر سرپوش مخروطی و صفحه های دایره ای برای جلوگیری از تشکیل گرداب پرداخته شد. ابتدا آزمایش هایی برای تعیین عمق استغراق بحرانی دهانه آبگیر، برای دبی های مختلف، بدون نصب سرپوش انجام گردید و نمودار بی بعد عمق استغراق بحرانی نسبی به ازای اعداد فرود ترسیم شد. سرپوش های مخروطی بصورت جداگانه در هفت موقعیت روی دهانه آبگیر نصب شدند و عمق استغراق بحرانی در هر موقعیت برای 8 دبی جریان اندازه گیری گردید. سرپوش های دایره ای نیز در پنج موقعیت مشابه نصب شده و اندازه گیری پارامترها در دبی های یکسان به عمل آمد. منحنی بی بعد استغراق بحرانی در مقابل عدد فرود، برای سرپوش ها نیز ترسیم شد. بررسی نتایج نشان داد که سرپوش مخروطی d5/1 × d5/1 در موقعیت نصب صفر ( فاصله قائم راس مخروط در امتداد محور لوله تا دهانه آبگیر برابر صفر) با کاهش 07/72 درصد عمق استغراق بحرانی، بهترین عملکرد را نسبت به حالت بدون استفاده از سرپوش دارا می باشد. طبق نتایج بدست آمده سرپوش دایره ای d5/1 در موقعیت نصب d5/0 + با کاهش 1/58 درصدی عمق استغراق بحرانی در بین سایر سرپوش های دایره ای عملکرد بهتری دارد. در حالت کلی با توجه به درصد های ذکر شده می توان نتیجه گرفت که بهترین سرپوش مخروطی در مقایسه با بهترین سرپوش دایره ای، عملکرد بیشتری دارد.

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.

آبشکن ها سازه هایی هستند که با هدف انحراف جریان از ساحل فرسایش پذیر رودخانه، ایجاد مسیر مناسب برای هدایت جریان، کنترل سیلاب، برقراری عمق لازم برای اهداف کشتیرانی، حفاظت دیواره خارجی قوس ها و طرح های اصلاح مسیر رودخانه، مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله مسائل مهم در طراحی آبشکن ها، پدیده آبشستگی موضعی دماغه آن ها می باشد، که به علت تنگ شدگی مقطع جریان و وجود جریان های گردابی های قوی به وجود می آید. در صورتی که این عمق به درستی برآورد نشود، می تواند منجر به تخریب سازه آبشکن گردد. با کنترل و محافظت از این سازه در برابر آبشستگی و ارائه ی روش های مناسب کاهش آبشستگی، میتوان از این خسارات پیشگیری کرد. در این تحقیق، مدل آزمایشگاهی تاثیر شکاف و اصلاح شکل آبشکن بر کاهش آبشستگی سری آبشکن با دیواره عمودی در قوس رودخانه، مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش سری آبشکن های بدون تغییر شکل دماغه و بدون شکاف (حالت مبنا) در قوس رودخانه مشاهده گردید که در دماغه آبشکن ها، گردابه ها تشکیل و پروسه آبشستگی با سرعت بسیار بالا آغاز گردید. به طوری که در یک ساعت اول آزمایش، بیش از 72 درصد آبشستگی انجام گرفت. در آبشکن اول روش شکاف برای کاهش آبشستگی توجیه ناپذیرمی باشد. دلیل آن می تواند این باشد که با ایجاد شکاف در آبشکن اول قدرت گرداب های اطراف آبشکن قوی تر شده و در نهایت موجب افزایش عمق آبشستگی می شود. در آزمایشات اصلاح شکل آبشکن در تمامی آبشکن ها تقریبا در حالت (l=5.5,?=85,?=30, e) کمترین مقدار عمق آبشستگی مشاهده شد که بهترین حالت بریدگی جهت کاهش عمق آبشستگی می باشد.

آبشکن ها سازه هایی هستند که با هدف انحراف جریان از ساحل فرسایش پذیر رودخانه، ایجاد مسیر مناسب برای هدایت جریان، کنترل سیلاب، برقراری عمق لازم برای اهداف کشتیرانی، حفاظت دیواره خارجی قوس ها و طرح های اصلاح مسیر رودخانه، مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله مسائل مهم در طراحی آبشکن ها، پدیده آبشستگی موضعی دماغه آن ها می باشد، که به علت تنگ شدگی مقطع جریان و وجود جریان های گردابی های قوی به وجود می آید. در صورتی که این عمق به درستی برآورد نشود، می تواند منجر به تخریب سازه آبشکن گردد. با کنترل و محافظت از این سازه در برابر آبشستگی و ارائه ی روش های مناسب کاهش آبشستگی، میتوان از این خسارات پیشگیری کرد. در این تحقیق، مدل آزمایشگاهی تاثیر شکاف و اصلاح شکل آبشکن بر کاهش آبشستگی سری آبشکن با دیواره عمودی در قوس رودخانه، مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش سری آبشکن های بدون تغییر شکل دماغه و بدون شکاف (حالت مبنا) در قوس رودخانه مشاهده گردید که در دماغه آبشکن ها، گردابه ها تشکیل و پروسه آبشستگی با سرعت بسیار بالا آغاز گردید. به طوری که در یک ساعت اول آزمایش، بیش از 72 درصد آبشستگی انجام گرفت. در آبشکن اول روش شکاف برای کاهش آبشستگی توجیه ناپذیرمی باشد. دلیل آن می تواند این باشد که با ایجاد شکاف در آبشکن اول قدرت گرداب های اطراف آبشکن قوی تر شده و در نهایت موجب افزایش عمق آبشستگی می شود. در آزمایشات اصلاح شکل آبشکن در تمامی آبشکن ها تقریبا در حالت (l=5.5,?=85,?=30, e) کمترین مقدار عمق آبشستگی مشاهده شد که بهترین حالت بریدگی جهت کاهش عمق آبشستگی 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.

هر ساله وقوع باران¬ های شدید باعث ایجاد شکست در تعداد زیادی از شیب های خاکی می¬شود .در طول این باران ها، سطح آب زیرزمینی بالا آمده و باعث افزایش فشار آب منفذی و کاهش پایداری شیب می¬گردد. استفاده از زهکش های افقی روشی موثر و کم هزینه جهت کنترل پایداری شیب در این حالت می باشد. با استفاده از این زهکش ها، آب پیوسته از محیط خاک جمع آوری شده و به تبع آن فشار آب منفذی کاهش و پایداری شیب افزایش می¬یابد. در این تحقیق از دو نرم افزار seep/w و slope/w استفاده می¬شود. نرم افزار seep/w قادر است با استفاده از روش المان های محدود، جریان درون محیط های خاکی را شبیه¬سازی کند. نرم افزار slope/w نیز شامل مجموعه ای از روش های ترسیمی برای آنالیز پایداری شیب های خاکی است که این فرآیند از طریق روش های تعادل حدی انجام میشود. در این تحقیق از نرم افزار seep/w برای تعیین تغییرات فشار آب منفذی خاک در طول بارندگی استفاده می¬شود و با نصب زهکش های افقی در شیب فرضی، تأثیر بکارگیری زهکش ها در کاهش فشار آب منفذی در طول بارندگی مورد بررسی قرار می¬گیرد. همچنین طول، قطر، تعداد و محل قرارگیری زهکش های افقی به عنوان پارامترهای موثر در کارایی این زهکش ها مورد بررسی قرار می¬گیرد و با استفاده از نرم افزار slope/w مشخص می¬گردد کدام شکل به کارگیری زهکش ها بیشترین تأثیر را در افزایش ضریب اطمینان پایداری دارد. با توجه به نتایج حاصله در این تحقیق افزایش طول، قطر و تعداد زهکش های افقی موجب افزایش ضریب اطمینان پایداری شیب در زمان وقوع بارندگی های شدید و حفظ پایداری شیب می گردد. همچنین بکارگیری زهکش های افقی در قسمت پایین شیب تأثیر بسیار بیشتری نسبت به بکارگیری زهکش های افقی در قسمت های وسط و بالای شیب در پایدارسازی شیب خاکی دارد.

فرسایش کناری رودخانه پدیده ای است که اراضی کشاورزی، جاده ها، تأسیسات کنار رودخانه و روستاهای اطراف آن را تهدید می کند. آبشکن ها برای محافظت و کنترل کناره ها و اطراف رودخانه احداث می گردند. این سازه ها اگرچه با هدف رسوب-گذاری و جلوگیری از فرسایش کناره و اطراف رودخانه ایجاد می شوند، اما به دلیل کاهش عرض مقطع جریان و در نتیجه افزایش سرعت و تنش برشی در دماغه آبشکن ها، باعث ایجاد حفره آبشستگی در اطراف آن می شوند. از آن جایی که در اجرای آبشکن ها ممکن است از مصالح مختلف با زبری متفاوت استفاده شود و هم چنین شیب دار بودن بدنه از لحاظ اجرایی راحت تر می باشد، بنابراین در این تحقیق تأثیر اندازه زبری و زاویه بدنه بر ابعاد عمق آبشستگی در طول های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق آزمایش هایی با سه طول آبشکن و سه نوع زبری طبیعی با چهار شیب بدنه انجام شد. نتایج نشان داد در حالت سطح زبر حداکثر عمق آبشستگی در آبشکن اول بین 10 تا 5/58 درصد کاهش می یابد و تأثیر زبری سطح به گونه ای است که با افزایش اندازه متوسط زبری ها عمق آبشستگی کاهش بیشتری می یابد. با کاهش شیب بدنه عمق آبشستگی در آبشکن اول ابتدا کاهش و سپس افزایش یافت. برای هر دو طول مورد بررسی کم ترین عمق آبشستگی در آبشکن اول با زاویه بدنه 85 درجه و بیش ترین عمق آبشستگی در زاویه بدنه 75 درجه به دست آمد. در زوایای 75 و 80 درجه با افزایش اندازه زبری در مقابل آبشکن دوم پشته تشکیل می شود. هم چنین با افزایش طول آبشکن عمق آبشستگی به میزان 5/62 درصد در آبشکن اول و 9/17 درصد در آبشکن دوم افزایش می یابد. در تمامی آزمایشات آبشکن اول سبب کاهش آبشستگی در آبشکن دوم شده است و به عنوان یک محافظ برای آبشکن دوم عمل می کند

آبشستگی در اطراف و زیر خطوط لوله می تواند در انتقال سیالات مشکل آفرین باشد زیرا پیامد هایی از قبیل تغییر دادن الگوی جریان و افزایش آشفتگی و تشدید تنش برشی بستر در اطراف خود را در پی دارند و این تغییرات سبب ایجاد حفره ی آبشستگی در زیر لوله می شود. وقوع حفره آبشستگی در زیر لوله-ها منجر به ناپایداری و شکستگی لوله می شود، شکسته شدن لوله سبب می شود که سیال درون آن وارد آب دریا و رودخانه شود و علاوه بر آلودگی آب دریا باعث خسارات جبران ناپذیری بر روی زندگی انسان ها و آبزیان می شود در نهایت موجب خسارات اقتصادی و زیست محیطی شدیدی می شود.

سرریزهای جانبی سازه های هیدرولیکی مهم و کاربردی در شبکه های آبیاری و زهکشی می باشند که در دیواره کانال نصب شده و دبی مازاد بر دبی طراحی را از کانال اصلی خارج می کنند. جریان در کانال مجاور سرریز جانبی از نوع جریان متغیر مکانی با کاهش دبی است. سرریزهای جانبی کنگره ای نوع خاصی از سرریزها هستند که در پلان دارای شکستگی بوده و در نتیجه طول موثر و ضریب دبی بیشتری نسبت به سرریزهای ساده دارند. در تحقیق حاضر سرریز جانبی کنگره ای با پلان نیم دایره ای تک سیکل مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف اصلی این مطالعه افزایش ضریب دبی و ارتقای عملکرد هیدرولیکی این سرریز است که برای این منظور از شمع استفاده شده است. آزمایش ها در کانال آزمایشگاهی به طول 4/8 متر، عرض 4/0 متر و ارتفاع 5/0 متر انجام شد. سرریزهای جانبی مورد استفاده روی دیواره این کانال نصب شدند. سه قطر مختلف برای سرریزهای جانبی کنگره ای نیم دایره ای درنظر گرفته شده است ولی ارتفاع آن ها ثابت و برابر 15/0 متر بود. آزمایش ها با 11 دبی جریان ورودی بین 60-10 لیتر بر ثانیه، عدد فرود 37/0-1/0 در شرایط جریان زیربحرانی انجام گرفت. شمع های مورد استفاده به شکل استوانه ای و به ارتفاع سرریز جانبی بود. تعداد شمع های بین 1 تا 3 تغییر کرده و در کل 14 حالت برای نحوه آرایش و قرارگیری آنها در نظر گرفته شد که در کل 528 آزمایش انجام شده است. ابتدا تاثیر پارامترهای بی بعد استخراج شده از روش باکینگهام روی ضریب دبی سرریز جانبی بررسی و در انتها رابطه ای برای محاسبه ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم دایره ای با وجود شمع ها استخراج شده است که دقت قابل قبولی دارد. نتایج نشان می دهد که ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم دایره ای با وجود شمع بیشتر از حالت بدون شمع می-باشد. در واقع وجود شمع ها باعث بهبودعملکرد هیدرولیکی و افزایش راندمان سرریزهای جانبی نیم دایره ای شده است به طوری که در محدوده عدد فرود مورد مطالعه بین 1/0 تا 37/0، ضریب دبی سرریزها تا 15 درصد افزایش و تغییرات انرژی تا 34 درصد کاهش یافته است. بررسی پروفیل ها و خطوط تراز سطح آب نشان می دهد که سطح آب در لبه پایین دست سرریز جانبی پایین تر از سطح آب در لبه بالادست آن است و نیز نشان می دهد که وجود شمع باعث هدایت جریان به طرف سرریز جانبی و در نتیجه افزایش ضریب دبی آن می شود. با مقایسه نتایج مطالعه حاضر با نتایج سایر محققین نیز مشخص شد که ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم دایره ای بیشتر از سرریز جانبی مستطیلی و سرریز جانبی کنگره ای ذوزنقه ای است. این مقایسه همچنین نشان می دهد که ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم دایره ای به مقادیر این ضریب در سرریز جانبی نیمه بیضوی نزدیک تر از سایر سرریزها است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.