بررسی آبشستگی ایجاد شده توسط جتها یکی از موضوعات بسیار مهم در طراحی سدها و سازه های تخلیه کننده سدها می باشد. تا به حال تحقیقات بسیاری در مورد آبشستگی ایجاد شده توسط این نوع جریانها (جتها) انجام شده است و بررسی تاثیر بسیاری از پارامترها از جمله عمق پایاب، ارتفاع ریزش، سرعت جت و خصوصیات هندسی جت و خصوصیات رسوب بر ابعاد حفره آبشستگی انجام شده است. در تحقیق حاضر به بررسی اثر غیر یکنواختی مصالح بر ابعاد حفره ایجاد شده توسط جتهای ریزشی می پردازیم. در مورد جتهای دیواره-ای اثر پارامترهای تاثیرگذار بر ابعاد حفره آبشستگی از جمله عمق پایاب، زاویه جت، عدد فرود مصالح زاویه جت دیواره ای بر ابعاد حفره آبشستگی بررسی شد. برای بررسی حفره آبشستگی ایجاد شده توسط جتهای دیواره ای و برخوردی همزمان، تاثیر پارامترهای مختلف مانند: محل قرارگیری جت برخوردی، عدد فرود مصالح جت برخوردی و جت دیواره ای، عمق پایاب بررسی شد. در فصل آخر این رساله بررسی آماری آشفتگی نزدیک کف حفره ایجاد شده توسط جتهای دیواره ای افقی و مایل انجام می شود و تاثیر زاویه جت و عمق پایاب بر آشفتگی نزدیک کف حفره ایجاد شده توسط این نوع جتها انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که در جتهای ریزشی، با استفاده از قطری که 90% مصالح از آن درشت تر باشند در عدد فرود مصالح، همبستگی بهتری بین ابعاد حفره آبشستگی و عدد فرود مصالح ایجاد می شود به بیان دیگر عدد فرود مصالح اثر غیریکنواختی مصالح را نیز درون خود دارد. با حذف پارامترهایی از جمله نسبت ارتفاع ریزش به قطر مصالح و ضریب غیر یکنواختی مصالح از روابط مستخرج برای پیش بینی ابعاد حفره آبشستگی تاثیر چندانی در دقت روابط موجود ایجاد نمی شود که نشان دهنده این واقعیت است که این پارامترها در درجه دوم اهمیت نسبت به سایر پارامترها قرار دارند. برای تخمین ابعاد حفره آبشستگی ایجاد شده توسط جتهای ریزشی روابطی مناسب و ساده ارایه شد که نسبت به روابط پیشین ارایه شده از دقت بیشتری برخودار است همچنین برای تخمین ابعاد حفره آبشستگی ناشی از جتهای ریزشی در طبیعت نیز دقت بیشتری نسبت به روابط پیشین دارد. نتایج آزمایشات انجام شده در مورد اثر زاویه جت دیواره ای بر ابعاد حفره آبشستگی نشان می دهد که در شرایطی که عمق پایاب زیاد می باشد با افزایش زاویه جت دیواره ای، ابعاد حفره آبشستگی کاهش می یابد. در شرایطی عمق پایاب کم می باشد حفره آبشستگی مشاهده شده از دو حفره آبشستگی متصل به هم تشکیل شده که عمق حفره آبشستگی دوم با افزایش زاویه جت روندی کاهشی- افزایشی دارد که مرز آن زاویه ? 10 می باشد. با افزایش عمق پایاب ابعاد حفره آبشستگی نیز روندی کاهشی افزایشی دارد و با افزایش زاویه جت عمق پایاب حدی افزایش می یابد. با افزایش عدد فرود جت دیواره ای افقی و مایل ابعاد حفره آبشستگی افزایش می یابد. نتایج آزمایشات انجام شده توسط جتهای دیواره ای و برخوردی همزمان نشان می دهد که با افزایش عمق پایاب عمق و عرض حفره آبشستگی کاهش می یابد در حالی که طول و محل قرارگیری انتهای برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی افزایش می یابد. با افزایش فاصله جت برخوردی تا دیواره بالادست عمق و عرض حفره آبشستگی کاهش می یابد در حالی که طول حفره آبشستگی و فاصله قرارگیری انتهای برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی تا دیواره بالادست کانال افزایش می یابد. در مطالعات انجام شده در مورد میدان جریان جتهای دیواره ای افقی و مایل پروفیلهای بی بعد شده سرعت جریان و نوسانات آن در طول کانال ارایه شد. نتایج بررسی های آماری آشفتگی نزدیک کف نشان داد که در درون حفره آبشستگی احتمال ایجاد پدیده های جاروبی و بیرون رانی بیشتر از پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل می باشد. برروی برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی احتمال ایجاد پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل نسبت به پدیده های جاروبی و بیرون رانی بیشتر می باشد. در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی تنشهای رینولدز وارد بر کف بیشترین مقدار را دارند در حالی که بر روی تاج برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی بیشترین تنش رینولدز منفی در طول حفره آبشستگی مشاهده می شود. همبستگی های درجه 3 نشان می دهد که در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی پدیده جاروبی حاکم می باشد و بیشترین انتقال مومنتم بسمت کف حفره در این ناحیه مشاهده می شود. بر روی برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی پدیده اندر کنش رو به داخل حاکم می باشد و بر روی تاج برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی انتقال مومنتم به سمت کف و دیواره بالادست می باشد. پایداری پدیده ها نسبت به احتمال تبدیل آنها به یکدیگر بیشتر می-باشد. در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی بیشترین اختلاف بین پایداری پدیده های عامل آبشستگی بیرون رانی و جاروبی) با پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل وجود دارد. کمترین زاویه اعمال پدیده های بیرون رانی و جاروبی در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی مشاهده شد در حالی که بیشترین زاویه اعمال این پدیده ها در محل حداکثر برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی ایجاد می شود.

سیمان و صنایع وابسته یکی از تولیدکنندگان بزرگ گازهای گلخانه ای بوده که 5 تا 8 درصد از کل گازهای گلخانه ای تولید شده توسط بشر را به خود اختصاص می دهند که این عامل یکی از اصلی ترین عوامل انگیزنده مهندسین برای تولید مصالح با کارایی و دوام بالا می باشد. انرژی خورشیدی سالانه حدود5×1024 ژول که 10,000 برابر کل انرژی مصرفی سالانه در جهان می باشد مهندسان و طراحان را ترغیب به ترکیب مصالح با دوام بالا با مواد پیشرفته در جهت کاهش هر چه بیشتر انرژی نموده است. نسل جدید از مصالح ساختمانی که به منظور برآورد این نیاز به وجود آمده اند مواد و مصالح فتوکاتالیست با دوام و عملکرد بالا می باشند که به سبب حضور عناصر با خاصیت فتوکاتالیستی دارای قابلیت خود تمیزشوندگی می باشند. کامپوزیتهای بر پایه سیمان، عمدتا در فرم بتن، موادی با محدوده گسترده ای از دانه بندی ها می باشند اما مهمترین عامل چسبندگی در آنها که همان ژل سیلیکات کلسیم هیدراته شده می باشد یک ماده نانو مقیاس طبیعی می باشد. بنابراین می توان گفت که عملکرد و کارایی این کامپوزیتها به میزان بسیار زیادی به واکنشهای شیمیایی و فیزیکی که در مقیاس نانومتری انجام می پذیرد بستگی دارد. نانو ذرات به دو دلیل عمده مورد توجه برای استفاده در بتن قرار گرفته اند که دلیل اول آن به قابلیت پرشدن منافذ نانومتری در ساختار این کامپوزیتها توسط این نانو ذرات و دلیل دوم به خواص کاملا متفاوت و نو که این مواد می توانند در قیاس با حالت بالک ارائه کنند بر می گردد. در این تحقیق اثر افزودن نانو ذرات اکسید قلع و اکسید منیزیم بر روی خواص مکانیکی و خود تمیزشوندگی در کامپوزیتهای پایه سیمان پرداخته می شود. آنالیزهای sem، edax،xrd و ft-ir بر روی نمونه ها انجام می شود تا اثر افزودن این نانو ذرات بر روی میکرو و نانو ساختار ماتریس زمینه و متعاقب آن تغییرات در مقاومتهای مکانیکی بررسی شود. خاصیت خود تمیزشوندگی در نمونه های حاوی نانو ذارت اکسید قلع با اندازه گیری قابلیت تجزیه یک رنگدانه آلی توسط این نمونه ها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج آزمونهای مقاومت مکانیکی افزایش بسیار چشمگیری را در مقاومتهای مکانیکی نمونه های حاوی نانو ذارت نشان می دهند که این مقاومتها در تمامی موارد به میزان چشمگیری از مقدار ثبت شده متناظر برای نمونه مبنا بیشتر می باشند. به عنوان مثال مقاومتهای فشاری 7 و 28 روزه ثبت شده برای نمونه های حاوی نانو ذارت اکسید منیزیم افزایش 103 و 80 درصدی را برای مقاومتهای در این سنین نشان می دهند. هدف این تحقیق همچنین بررسی اثر افزودن نانو پیگمنتهای سرامیکی بر مقاومت مکانیکی و خوردگی نمونه های در معرض محیطهای سولفات می باشد که نتایج آزمایشات متعدد خوردگی مقاومت بالای نمونه های حاوی نانو پیگمنتهای سرامیکی را نشان داده و همچنین نتایج آزمونهای مقاومت مکانیکی برای این نمونه ها با نشان دادن افزایش چشمگیر به نوعی نتایج مربوط به مقاومتهای خوردگی را نیز تایید می کنند.

آبشکن ها سازه ها ی هیدرولیکی هستند که به طور وسیعی در رودخانه های آبرفتی سرتاسر جهان ساخته شده اند و با انحراف مسیر جریان، سبب محافظت از کناره رودخانه ها در مقابل فرسایش می شوند. در تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن t شکل منفرد مستقر در قوس 90 درجه پرداخته شده است. پارامترهای مورد بررسی شامل راستای قرارگیری آبشکن در دو حالت جاذب و دافع، درصد استغراق آبشکن با مقادیر 0%، 5%، 15%، 30% و 50%، قطر متوسط مصالح یکنواخت بستر در دو مقدار 00/1 و 28/1 میلیمتر و تغییرات زمانی آبشستگی بوده است. بررسی آزمایشات الگوی جریان نشان داد که مکانیزم شروع و توسعه آبشستگی تحت تاثیر تشکیل متناوب مجموعه ای از گردابه های ناشی از جدایی جریان پیرامون آبشکن است. روگذری جریان نیز تاثیر مهمی بر توان آبشستگی گردابه ها می گذارد. همچنین می توان با محاسبه قدرت جریان ثانویه، بخوبی الگوی آبشستگی را پیش بینی نمود. پیشرفت زمانی آبشستگی نشان دهنده آبشستگی شدید بالادست آبشکن جاذب در لحظات ابتدایی است که منجر به عمیق تر شدن چاله آبشستگی جاذب به آبشکن دافع در تمامی آزمایشات می شود. تاثیر افزایش استغراق بر عمق آبشستگی با توجه به راستای قرارگیری آبشکن و قطر مصالح بستر متفاوت می باشد. افزایش استغراق در آبشکن دافع سبب افزایش عمق آبشستگی می شود. این درحالی است که در آبشکن جاذب، در مصالح به قطر 00/1 میلیمتر افزایش استغراق تاثیری بر عمق آبشستگی ندارد. در صورتی که در مصالح به قطر 28/1 میلیمتر، افزایش استغراق تا مقدار 30% سبب کاهش آبشستگی شده و در استغراق 50% بیشترین عمق آبشستگی مشاهده شده است. همچنین راستای مناسب آبشکن در محافظت از ساحل خارجی با تغییر قطر مصالح، متفاوت می باشد.

هر گاه جریان دارای ضخامت نسبتاً کم و سرعت زیاد وارد سیالی با سرعت کمتر از خود شود، میدان حاصل از تداخل این دو جریان جت نامیده می شود. در مسائل مهندسی، اکثر جت ها را در محدوده جت های آشفته مورد بحث قرار می دهند. جت های آرام در سرعت های پایین سیالات با ویسکوزیته بالا و در مقیاس های کوچک رخ می دهند. برای جریان عبوری از یک شکاف، عدد رینولدز معمولاً به صورت re=?vd/µ بیان می شود که در آن v سرعت متوسط در محور شکاف، d بازشدگی شکاف و ? وµ به ترتیب چگالی و ویسکوزیته دینامیکی سیال است. جت های محصور در ارتباط با مرزهایی در نزدیکی جریان هستند که آنها را نیز می توان از لحاظ ارتباط با مرزها به دو دسته جت آفست وجت دیواره ای تقسیم بندی کرد که در جت دیواره ای، یک دیواره موازی محور جت، منطبق بر محل انتشار قرار دارد. جریان عبوری از زیر دریچه در گروه این نوع جت ها قرار می گیرد. در جت های دیواره ای، میدان جریان را بر اساس استهلاک سرعت ماکزیمم می توان به سه منطقه هسته پتانسیل، منطقه استهلاک مشخصات و منطقه استهلاک شعاعی تقسیم بندی کرد. تحقیقات زیادی از گذشته درباره جت های دیواره ای انجام شده است که نشان از کاربرد عمده آنها و همچنین اهمیت آنها می باشد. با وجود تحقیقات فراوانی که بر روی این جت ها انجام شده است ولی تعداد کمی از کارهای انجام شده به بررسی پارامتر های آشفتگی در این گونه جت ها پرداخته اند. همچنین بیشتر آزمایش های انجام شده بر روی سطوح صاف انجام شده و آزمایشاتی که در آنها پارامتر های آشفتگی مورد بحث قرار گرفته و بر روی سطوح مختلف زبر و صاف انجام شده اند غالباً به صورت دو بعدی بوده اند. در این نوشتار به بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان پیرامون جت دیواره ای به منظور بررسی تاثیر تغییرات زبری بستر بر الگوی جریان شکل گرفته، میدان سرعت و تنش های رینولدز پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا با انجام آزمایشات با استفاده از سرعت سنج سه بعدی برای برداشت هر سه مولفه سرعت جریان، داده های برداشت شده را مورد پردازش قرار داده و بعد از آن به ترسیم الگوهای جریان و مشخصه های آشفتگی با در نظر گرفتن تغییرات مورد نظر پرداخته شد. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش زبری بستر نرخ رشد مقیاس طولی کاهش و نرخ استهلاک سرعت جت افزایش می یابد. مولفه u شدت آشفتگی نیز با افزایش زبری بستر، افزایش یافته است. همچنین با فاصله گرفتن از جت، تنش برشی بستر کاهش یافته و با افزایش زبری بستر، تنش برشی هم روند افزایش داشته است.

استفاده از آبشکنها به عنوان یکی از روشهای حفاظت و تثبیت دیواره های رودخانه مرسوم می باشد. آبشکنها از طریق دورساختن جریان اصلی از دیواره، موجب حفاظت غیر مستقیم دیواره رودخانه می گردند. در قوس رودخانه، به دلیل به وجود آمدن جریان های ثانویه و حلزونی، فرسایش بیشتری را در ساحل خارجی قوس نسبت به مسیر مستقیم شاهد هستیم. استفاده از آبشکنهای رودخانه ای سبب انحراف مسیر آب از کناره ها گردیده و جریان را به سمت دماغه آبشکن هدایت می نماید. این امر سبب آبشستگی در دماغه آبشکن گردیده و ممکن است خطراتی را برای سازه آبشکن به همراه داشته باشد. گسترش عمق آبشستگی تا پی سازه می تواند موجب تخریب آبشکن گردیده و خسارات فراوانی را به وجود آورد. در این تحقیق با انجام مطالعات آزمایشگاهی بر روی کانال مستطیلی قوسی با زاویه مرکزی 90 درجه به بررسی پارامترهای گوناگون موثر بر آبشستگی در اطراف آبشکن منفرد t شکل با تمرکز بر اثر قطر مصالح بر آبشستگی پرداخته شده است. به همین منظور از سه مصالح با قطرهای متوسط 28/1، 05/1 و 65/0 میلیمتر استفاد گردیده است. به منظور بررسی اثر طول آبشکن بر آبشستگی از چهار آبشکن با طول های 6، 9، 12 و15 سانتیمتر مستقر در موقعیت 45 درجه در قوس (r/b=3) تحت شرایط آستانه حرکت استفاده گردید که r شعاع انحنای مرکزی قوس و b عرض کانال می باشد. در قوس (r/b=4) نیز به بررسی اثر موقعیت نصب آبشکن (30، 45، 60 و 75 درجه) و اعداد فرود متفاوت پرداخته شده است. نتایج آزمایشات بیانگر این است که با افزایش طول آبشکن به علت تنگ شدگی مقطع و در نتیجه افزایش سرعت، عمق ماکزیمم آبشستگی افزایش می یابد. همچنین با افزایش عدد فرود جریان به علت افزایش سرعت جریان، میزان آبشستگی افزایش می یابد. با تغییر موقعیت استقرار آبشکن به سمت پایین دست قوس نیز به علت توسعه جریان ثانویه و همچنین انتقال محل حداکثر سرعت به سمت کناره خارجی قوس، میزان آبشستگی افزایش می یابد. استفاده از مصالح با قطر های مختلف نیز بیانگر این است که با افزایش قطر متوسط مصالح، به علت افزایش زبری و افزایش مقاومت در مقابل جریان، ابعاد چاله آبشستگی کاهش می یابد.

در این تحقیق تأثیر طول، موقعیت استقرار و نسبت استغراق آبشکن های t شکل (نسبت ارتفاع آب بالای آبشکن به عمق جریان در محل آبشکن) مستقر در قوس 90 درجه بر میزان آبشستگی اطراف آنها و تغییرات توپوگرافی بستر در حالت مستغرق بررسی شده است. برای این منظور از یک فلوم مستطیلی به عمق 70 سانتیمتر و عرض 60 سانتیمتر و با شعاع مرکزی 4/2 متر استفاده گردیده است. کانال اصلی شامل دو مسیر مستقیم است که یکی به طول 1/7 متر در بالادست و دیگری به طول 2/5 متر در پایین دست قرار دارند و توسط یک قوس 90 درجه توسعه یافته (r/b=4) به هم متصل شده اند. کف کانال از رسوبات به قطر 28/1 میلیمتر و به عمق 35 سانتیمتر پوشیده شده است. آزمایشات تحت جریان با دبی ثابت 25 لیتر بر ثانیه انجام شده است. به منظور بررسی اثر طول آبشکن، از سه آبشکن با طول های 6، 9 و 12 سانتیمتری در موقعیت 45 درجه و در نسبت استغراق 15 درصد، تحت شرایط آستانه حرکت استفاده شد. جهت بررسی اثر موقعیت استقرار آبشکن، یک آبشکن 6 سانتیمتری در موقعیت های 30، 45، 60 و 75 درجه نصب شد و تحت نسبت استغراق 15 درصد آزمایشاتی انجام شد. همچنین به منظور تعیین اثر نسبت استغراق آبشکن، یک آبشکن 12 سانتیمتری در موقعیت 45 درجه نصب و تحت سه نسبت استغراق 5، 15 و 25 درصد آزمایشاتی انجام گرفته است. نتایج بیانگر این است که با افزایش طول آبشکن به علت تنگ شدگی مقطع و در نتیجه افزایش سرعت، عمق ماکزیمم آبشستگی افزایش می یابد. با تغییر موقعیت استقرار آبشکن به سمت انتهای قوس، به دلیل افزایش مولفه عرضی سرعت و همچنین قدرت جریان ثانویه، ابعاد چاله آبشستگی گسترش می یابد. همچنین به نظر می رسد با افزایش نسبت استغراق آبشکن، آشفتگی جریان در اطراف آبشکن به علت افزایش ارتفاع جریان رو به پایین در پشت جان آبشکن افزایش یافته و باعث افزایش عمق آبشستگی بیشینه می شود.

در شرایط جریان با جداره زبر مقایس های طولی حاکم بر دینامیک جریان در ناحیه داخلی لایه مرزی علاوه بر خصویات جریان (مانند لزجت سیال) از ابعاد عناصر زبر نیز تاثیر می پذیرد. حضور اجزای زبر در بستر کانال موجب ابهام در موقعیت سطح مبنای کانال می شود. علاوه بر آن یافتن کمیتی مناسب به منظور اعمال اثر زبری در معادلات حاکم از دیگر مشکلات موجود در شرایط بستر زبر می باشد. و لذا تعیین ویژگی های جریان، مانند تنش برشی، سرعت موضعی، تنش های رینولدز و مواردی از این دست در این شرایط با عدم قطعیت فراوانی همراه خواهد بود. در رساله حاضر به بررسی اثر زبری روی الگوی جریان و تنش برشی بستر پرداخته شده است. بدین منظور براساس روشی مشهور در حیطه مهندسی هوافضا جهت اندازه گیری تنش برشی، به اندازه گیری تنش برشی پرداخته شده است. به جهت این اندازه گیری دستگاهی تحت عنوان «دستگاه سه لوله ای اندازه گیری تنش برشی» به همراه سیستم پشتیبانی و مانیتورینگ آن ساخته شد. دقت این دستگاه در تونل باد و کانال روباز آب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می-دهد که دستگاه فوق الذکر قادر است با دقت مقبولی تنش برشی را چه در بسترهای زبر و چه در بسترهای صاف برآورد نماید. دیگر دستاورد این رساله، بررسی توزیع تنش برشی در عرض کانال بود. بررسی ها نشان داد که حداکثر تنش برشی در نقطه ای در نزدیکی مرکز کانال و نه در مرکز کانال روی خواهد داد. توزیع تنش برشی در عرض به شدت تحت تاثیر حضور سلول های جریان ثانویه بوده و نوسان آن در تطابق با موقعیت این سلول ها قرار دارد. همچنین جهت بررسی الگوی جریان در دورن کانال آب دستگاه سرعت سنج صوتی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده با سرعت سنج صوتی نشان داد که رابطه لگاریتمی در بستر زبر با ضریب ثابت 5/8 قادر به تعیین سرعت با دقت معقولی می باشد. همچنین تغییرات خصوصیات جریان در عرض کانال کاملاً تحت تاثیر حضور سلول-های جریان ثانویه می باشد. علاوه بر آن برخی از پارامترهای آشفتگی جریان مانند تنش های رینولدز، شدت آشفتگی و تغییرات آنها گزارش گردیدند.

یکی از مهمترین مسائل در مهندسی رودخانه حفاظت سواحل کناری رودخانه است. بدین منظور روشهای گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از متداول ترین و کم هزینه ترین راههای حفاظت از فرسایش استفاده از انواع آبشکن است. در این تحقیق به بررسی توپوگرافی بستر و الگوی جریان اطراف آبشکن سر سپری مستغرق واقع در مسیر مستقیم پرداخته شد. شرایط مختلف مورد بررسی عبارتند از : بررسی سه عدد فرود 24/0 ، 28/0 و 32/0 که نتایج نشان داد با افزایش عدد فرود (fr) میزان عمق و ابعاد چاله آبشستگی افزایش می یابد. همچنین درصدهای 15 و 20 و 25 برای تنگ شدگی عرض کانال (l/w) مورد بررسی قرار گرفت که با افزایش تنگ شدگی موضعی ابعاد و عمق چاله گسترش یافت همچنین اثر طول بال به طول آبشکن (l/l) در سه نسبت 1 و 75/0 و 50/0 بررسی شد که نتایج بیانگر کاهش و سپس افزایش عمق آبشستگی با افزایش طول بال بودند. یکی از مهمترین موارد مورد بررسی در این آزمایش عمق استغراق بود که با افزایش عمق استغراق میزان آبشستگی کاهش و گسترش پشته ها رخ داد.

در این تحقیق به بررسی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن های سری سرسپری مستغرق و غیرمستغرق در مسیر مستقیم و همچنین ارتباط بین الگوی جریان و آبشستگی پرداخته شده است. مکانیزم جریان در بالادست آبشکن اول وجود یک صفحه جدایی جریان که در آن بخشی از جریان به صورت پایین رونده و بخش دیگر جریان به صورت بالارونده عمل می کند را نشان می دهد. جریان پایین رونده در لایه های نزدیک بستر و نزدیک لبه ی بال آبشکن به دلیل برخورد با مرز ناحیه جدایی جریان به صورت گردابه نعل اسبی درمی آید که این گردابه نعل اسبی عامل اصلی شروع آبشستگی شناخته شده است. همچنین بخشی از این جریان پایین رونده در ناحیه نزدیک ساحل مجاور به صورت گردابه ساعتگرد درمی آید که به عنوان عامل توسعه چاله آبشستگی شناخته شده است. مکانیزم جریان برای آبشکن های دوم و سوم در فواصل مختلف قرارگیری آبشکن ها تقریبا متفاوت است به طوری که در حالت 5/2 برابر طول قائم جان آبشکن ها بین آبشکن اول و دوم گردابه عمقی و بین آبشکن دوم و سوم علاوه بر گردابه عمقی، در بالادست آبشکن سوم جریانی بسیار ضعیف شبیه بالادست آبشکن اول مشاهده می شود. حالت 5/3 برابر طول قائم جان آبشکن ها نیز مشابه حالت اول است با این تفاوت که ابعاد گردابه ها بزرگتر هستند. در حالت 5 برابر طول قائم جان آبشکن ها در بالادست آبشکن دوم و سوم مکانیزم جریان مشابه بالادست آبشکن اول است. از دیگر مکانیزم های جریان در پایین دست و بین آبشکن ها جریان های بازگشتی است که ترکیب این مکانیزم ها عاملی در جهت کاهش آبشستگی در آبشکن های سرسپری می باشد. با تحلیل الگوی جریان در مقاطع مختلف و محاسبه ی پارامترهای آشفتگی(نوسانات سرعت های سه بعدی و تنش های رینولدز) نحوه حمل رسوبات به سمت پایین دست کانال و ابعاد چاله آبشستگی و محل حداکثر و شروع آبشستگی به خوبی پیش بینی شده است. در حالی که پارامتر انرژی جنبشی آشفتگی ارتباط مناسبی با الگوی آبشستگی ندارد. توزیع تنش برشی بستر محاسبه شده از طریق نوسانات سرعت های سه بعدی نشان می دهد که شروع و حداکثر عمق آبشستگی در محل حداکثر تنش برشی اتفاق افتاده است. نتایج الگوی آبشستگی با بستر متحرک بیانگر صحت پیش بینی های انجام شده با الگوی جریان در حالت بستر تخت می باشد. مقایسه بین آبشستگی پیرامون آبشکن های سری سرسپری مستغرق و غیرمستغرق بیانگر کاهش ابعاد و حجم چاله آبشستگی در حالت مستغرق می باشد. با افزایش درصد استغراق و کاهش فاصله آبشکن ها حجم و ابعاد چاله آبشستگی کاهش یافته است. در حالت غیر مستغرق برای آبشکن های جاذب ابعاد و حجم چاله ی آبشستگی در تمام فواصل قرارگیری آبشکن ها کمتر از آبشکن های دافع است. در حالت مستغرق در درصدهای استغراق 15%، 25% و50% حداکثر عمق آبشستگی آبشکن اول و دوم برای آبشکن های دافع کمتر از آبشکن های جاذب است در حالی که در حداکثر عمق آبشستگی آبشکن سوم، ابعاد و حجم چاله ی آبشستگی و میزان رسوب گذاری در پایین دست در تمام فواصل قرار گیری آبشکن ها مانند حالت غیر مستغرق عمل می کنند. در نهایت روابطی مناسب جهت تعیین حداکثر عمق، ابعاد و حجم چاله آبشستگی نیز ارائه گردید.

در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت، به شبیه سازی عددی الگوی جریان در اطراف پایه کج استوانه ای پل و صحت سنجی نتایج مدل عددی با داده های آزمایشگاهی موجود پرداخته شده است. در این تحقیق به منظور بررسی الگوی جریان اطراف پایه به قطر 4 سانتیمتر در حالت های قائم، کج شدگی در صفحه عمود برجریان به سمت راست و چپ با زاویه 21 درجه، کج شدگی به موازات جریان به سمت بالادست با زاویه 21 درجه و به سمت پائین دست با زوایای 7، 14 و 21 درجه، مقادیر سرعت در ترازها و مقاطع مختلف مورد تحلیل قرار گرفته اند. بررسی نتایج تحقیق نشان داد در کلیه حالت ها گردابه برخاستگی در پائین دست پایه تشکیل می شود. همچنین برگشت جریان به سمت پایه در خلاف جهت جریان در داخل گردابه ها کاملاً مشهود است، که از نکات جالب توجه در گردابه برخاستگی می باشد. در ضمن تراکم خطوط جریان در اطراف پایه و در اطراف محل قرارگیری گردابه ها نشانگر سرعت گرفتن جریان در این نواحی به علت تنگ شدگی سطح مقطع ناشی از وجود پایه و گردابه ها می باشد. تمرکز و تجمع کانتورهای تنش برشی در مجاورت پایه در حالت کج شدگی به سمت پائین دست با زاویه 21 درجه کمترین و در حالت کج شدگی به سمت بالادست با زاویه 21 درجه بیشترین می باشد، لذا انتظار می رود که پایه (در صورت فرسایش پذیر بودن بستر) در حالت کج شدگی به سمت پائین دست با زاویه 21 درجه فرسایش کمتری را نسبت به بقیه حالات قرارگیری پایه داشته باشد.

در این تحقیق به مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن سرسپری سری مستغرق و غیرمستغرق در مسیر مستقیم پرداخته شد. بررسی الگوی آبشستگی در سه زاویه مختلف قرارگیری آبشکن نسبت به ساحل مجاور، در درصد استغراق های مختلف و سه عدد فرود جریان انجام شد. نتیجه آزمایشات نشان دهنده افزایش عمق ماکزیمم آبشستگی در لبه بالا دست آبشکن ها با افزایش عدد فرود و کاهش درصد استغراق بود. همچنین به دلیل تاثیر آبشکن های سری عمق ماکزیمم آبشستگی در آبشکن سوم کمتر از آبشکن دوم، و آبشکن دوم کمتر از آبشکن اول بود. با کاهش عدد فرود و افزایش درصد استغراق آبشکن ها، تاثیر آبشکن های سری کمتر شده و آبشکن ها تقریبا به صورت مجزا عمل می نمایند. محل شروع رسوب گذاری و مقدار آن با تغییر عدد فرود جریان، درصد استغراق آّشکن و زاویه قرارگیری آبشکن نسبت به ساحل مجاور تغییر می کرد که در این تحقیق به بررسی و مقایسه این تغییرات پرداخته شد. یکی از نکات جالبی که در این تحقیق مشاهده شد عمق ماکزیمم کمتر آبشکن دافع نسبت به دافه در شرایط استغراق زیاد بود که با کاهش استغراق این روند برعکس می شد. آزمایش الگوی جریان یک آزمایش در حالت جاذب، در شرایط آستانه حرکت و در درصد استغراق 50 درصد بود که با بررسی جهت و مقدار سرعت جریان سه بعدی و همچنین پارامترهای آشفتگی از قبیل تنش های رینولدز، انرژی جنبشی آشفتگی و تنش برشی بستر، در جلوی بال آبشکن ها و محدوده ی بین آبشکن ها به پیش بینی قابل قبولی از آبشستگی در پیرامون آبشکن های سرسپری دست یافته شد.

پرش هیدرولیکی جریان متغیر سریعی است که طی آن جریان فوق بحرانی به جریان زیر بحرانی تبدیل می شود. حوضچه های آرامش معمولاً در پایین دست شوتها، دریچه ها و ... برای کنترل پرش هیدرولیکی استفاده می شود. بلوکهای میانی، پله های مثبت و منفی و آستانه انتهایی تجهیزاتی هستند که معمولاً برای استقرار پرش هیدرولیکی درون حوضچه آرامش استفاده می شوند. در تحقیق حاضر تشکیل پرش هیدرولیکی درون نوع جدیدی از حوضچه آرامش با آستانه انتهایی پلکانی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات گسترده درون فلومی با عرض 60 سانتی متر، ارتفاع 1 متر و طول 12 متر انجام شده است. در این آزمایشات تاثیر آستانه انتهایی بر خصوصیات پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته است. اثر پارمترهای مهمی چون عدد فرود اولیه عمق پایاب، هندسه آستانه و موقعیت قرار گیری آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. در آزمایشات سری اول به بررسی اثر پارامترهای موثر (شرایط جریان در بالادست وپایین دست حوضچه و همچنین هندسه حوضچه شامل ارتفاع، تعداد پله و محل قرارگیری آستانه) بر خصوصیات پرش هیدرولیکی پرداخته شد. نتایج آزمایشات سری اول نشان داد، می توان پرش های تشکیل شده در این نوع حوضچه را به 5 نوع اصلی پرش نوع a، b، b مینیمم، c و c مینیمم تقسیم بندی کرد. پرش ها در تبدیل از نوع a به b و.... c مینیمم به تدریج درصد خروجشان از حوضچه افزایش می یابد طوری که در نوع min c پرش هیدرولیکی در آستانه خروج کامل از حوضچه قرار دارد و در پرش نوع a پرش به صورت کامل در حوضچه تشکیل می شود. افزایش عمق پایاب باعث افزایش ماندگاری پرش می گردد. افزایش ارتفاع آستانه اثر مثبت بر ماندگاری پرش، افزایش طول پرش، کاهش عمق پایاب و نتیجتاً افزایش نرخ استهلاک انرژی را به همراه دارد. افزایش تعداد پله آستانه اثر منفی بر ماندگاری پرش دارد. محل قرار گیری آستانه نسبت به دریچه ورودی اثر مثبت بر ماندگاری پرش در حوضچه دارد ولی در فواصل دورتر از طول پرش نوع a اثر بسیار کمی بر پرش هیدرولیکی دارد. آزمایشات سری دوم نیز به منظور تخمین اولیه برای طراحی حوضچه با آستانه پلکانی انجام شد. با توجه به نتایج آزمایشات سری دوم می توان گفت؛ به رغم هندسه ساده این نوع حوضچه (تجهیزات کمتر در مقایسه با دیگر حوضچه ها)، طول پرش این نوع حوضچه تقریباً برابر با حوضچه نوع 2 usbr می باشد. عمق پایاب نسبی برای این نوع حوضچه کمتر از عمق پایاب نسبی حوضچه نوع 2 usbr می باشد همچنین نرخ استهلاک انرژی این نوع حوضچه نیز بیشتر از نرخ استهلاک انرژی حوضچه 2 usbr می باشد.

جریان های گل آلود عامل اصلی انتقال رسوب در مخازن سدها هستند. اگر پیشروی جریان های گل آلود به سمت بدنه سد و سازه های حساس مانند آبگیرها و تخلیه کننده های تحتانی محدود شود، میزان کارایی و عمر مفید سد به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. در تحقیق حاضر با احداث موانع در کانال، پیشروی جریان گل آلود در طول کانال بررسی و میزان تغییرات رسوبگذاری به دلیل حضور مانع/موانع محاسبه شده است. آزمایش ها در سه دسته کلی بدون مانع، یک مانع و دو مانع انجام شده اند. نتایج بدست آمده در حالت بدون مانع نشان می دهد که تغییرات عدد رینولدز ورودی بر سرعت بی بعد پیشانی جریان گل آلود موثرتر از تغییرات عدد فرود چگالی ورودی است. مقادیر سرعت و غلظت بی بعد در بدنه جریان با کاهش عدد فرود چگالی ورودی افزایش می یابد. در آزمایش ها با حضور یک مانع، تاثیر تغییرات عدد فرود چگالی ورودی، ارتفاع مانع و هندسه مانع بر ساختار حرکت جریان گل آلود مطالعه شده اند. نتایج بدست آمده در حالت یک مانع نشان می دهد که سرعت بی بعد جریان گل آلود پس از برخورد به مانع در مقایسه با حالت بدون مانع بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد که این امر می تواند ناشی از رسوبگذاری و یا بدام افتادن ذرات در حوضچه تشکیل شده قبل از مانع باشد. تغییرات عدد فرود چگالی محلی نشان می دهد که رژیم جریان ضمن عبور از روی مانع از زیربحرانی به فوق بحرانی تغییر حالت داده و در پایین دست مانع پرش هیدرولیکی رخ می دهد. نرخ انتقال بار معلق بطور میانگین در پایین دست مانع نسبت به حالت بدون مانع 90 درصد کاهش یافته است. تاثیر ارتفاع مانع بر ساختار حرکت جریان گل آلود بسیار موثرتر از شکل هندسی مانع است. در آزمایش های با حضور دو مانع، تاثیر تغییرات عدد فرود چگالی ورودی، و وجود مانع دوم بر ساختار حرکت جریان گل آلود مطالعه شده اند. مقایسه پروفیل های سرعت بی بعد در حالت دو مانع و یک مانع نشان می دهد احداث مانع دوم سبب شده مقادیر سرعت در فضای بین دو مانع و پایین دست مانع دوم نسبت به حالت یک مانع کاهش یابد. کاهش مقادیر غلظت بی بعد در طول کانال در حالت دو مانع به مقدار قابل ملاحظه ای بیشتر از کاهش مقادیر غلظت بی بعد در حالت بدون مانع است. در این حالت پیشروی جریان گل آلود در طول کانال نیز در مقایسه با حالت بدون مانع به مقدار قابل ملاحظه ای محدود شده و راندمان تله اندازی رسوبات افزایش یافته است. مقایسه تاثیرات یک مانع بلند و دو مانع کوتاه نشان می دهد که در حالت یک مانع با ارتفاع بلند اگر جریان توسط مانع بلوکه شده و احتمال ناپدید شدن جریان افزایش یابد احداث یک مانع بلند در کنترل پیشروی جریان گل آلود موثرتر از احداث دو مانع کوتاه است. اما اگر جریان در پایین دست مانع ناپدید نشود اختلاف سرعت در پایین دست مانع دوم در حالت یک مانع بلند و دو مانع کوتاه ناچیز است و می توان بر اساس هزینه های مربوط به ساخت موانع، لایروبی و توپوگرافی مخزن سد گزینه مورد نظر را جهت افزایش عمر سد انتخاب کرد.

سرریزها نقش تعیین کننده ای در ایمنی سدها دارند و بخش قابل توجهی از هزینه های مربوط به ساخت سد را به خود اختصاص می دهند. کارشناسان برای اطمینان از ایمنی سدها مجبور به انتخاب سیلابهای با دوره بازگشت بالا، بعنوان سیلاب طراحی سرریزها هستند. افزایش ظرفیت سرریز از طریق افزایش عرض آن، همواره میسر نمی باشد، چراکه شرایط توپوگرافی محل احداث سرریز می تواند عاملی محدودکننده در انتخاب طول تاج آن باشد. در این میان یکی از راههای افزایش ظرفیت آبگذری سرریزها، استفاده از سرریزهای کنگره-ای است که از طریق افزایش طول موثر تاج در یک عرض مشخص، دبی بیشتری را به ازای یک بار هیدرولیکی یکسان از خود عبور می دهند. این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی عملکرد هیدرولیکی سرریزهای قوسی خطی و کنگره ای قرار گرفته در داخل مخزن می پردازد. مشاهدات آزمایشگاهی از قبیل هواگیری تیغه جریان، شکل گیری پشته جریان در پایین دست سرریزهای قوسی خطی، استغراق موضعی و عملکرد غیر یکسان سیکل ها در سرریزهای کنگره ای ارائه و مورد بحث قرار گرفته است. بر اساس نتایج اندازه گیری شده، مشاهدات آزمایشگاهی و نتایج تحقیقات صورت گرفته توسط محققین سابق، تجزیه و تحلیل داده ها صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که علی رغم تأثیر منفی عواملی همچون استغراق موضعی و پشته جریان، قوسی کردن سرریز می تواند ظرفیت آبگذری آن را تا حدود 47% افزایش دهد؛ ضمناً با کنگره ای کردن سرریز قوسی، این افزایش راندمان می تواند تا حدود 350% نیز برسد. بر اساس محدودیت های تحقیق حاضر و بمنظور سهولت استفاده از نتایج آن، روابطی برای تعیین ضریب آبگذری و نیز روش هایی برای طراحی سرریزهای مورد مطالعه پیشنهاد شده است.

طراحی سرریزهای مخازن باید به گونه ای باشد که توانایی لازم برای تخلیه دبی مورد نیاز را داشته باشند. برای دستیابی به این هدف سرریزها یا باید دارای عرض خیلی زیاد باشند و یا اینکه در مخازن از سرریز کنگره ای استفاده شود. پژوهش ها نشان می دهند که سرریزهای کنگره ای در مخازن سدها بهتر است به صورت انحنادار اصلاح شوند. زیرا علاوه بر افزایش طول، شرایط جریان ورودی به سرریز را نیز بهبود بخشیده و در نتیجه با عث افزایش ضریب آبگذری سرریز می شود.

در سال های اخیر، سرریزهای پلکانی به جهت توانائی در مستهلک کردن انرژی و همچنین دستیابی به تکنیک های جدید ساخت مورد توجه قرار گرفته اند. این موضوع باعث شده مطالعات زیادی برای شناخت جریان بر روی این نوع سرریز انجام شود. از جمله این مطالعات می توان به مطالعات رژیم جریان و استهلاک انرژی اشاره کرد. رژیم جریان در سرریزهای پلکانی تابعی از پارامترهای بی بعد y_c/h و h/l است که در آن y_c عمق بحرانی، h ارتفاع پله و l طول پله است. این دو پارامتر بی بعد سه رژیم مختلف ریزشی، انتقالی و پیوسته را مشخص می کنند که خصوصیات مختلفی را به همراه دارند. همچنین مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر استهلاک انرژی، ارتفاع سرریز h_d، شیب سرریز ?، تعداد پله n، دبی جریان در واحد عرض q و رژیم جریان عنوان شده است. آزمایشات رژیم جریان و استهلاک انرژی بر روی 5 شیب متفاوت سرریز پلکانی (?=18.43,21.8,26.56,29.74,?39.8?^°) در آزمایشگاه هیدرولیک موسسه تحقیقات آب انجام شد. استهلاک انرژی صرفا در رژیم جریان پیوسته بررسی شده و معادلات استهلاک انرژی با وارد کردن کلیه پارامترها مورد توجه قرار گرفته است. با در نظر داشتن نتایج پایان نامه حاضر و جمع آوری داده های محققین پیشین، روابط جدیدی برای پیش-بینی رژیم جریان و تخمین استهلاک انرژی ارائه شده است. همچنین روابط محققین پیشین مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بررسی ها نشان داد معادلات رژیم جریان ارائه شده دقتی در حد بالاترین دقت روابط معرفی شده پیشین دارند. رابطه ارائه شده برای محاسبه استهلاک انرژی نیز دقت بهتری را نسبت به روابط معرفی شده توسط سایر محققین نشان داد.

در این تحقیق، بصورت آزمایشگاهی حالتهایی از ترکیب سازه هایی شامل آبشکن، صفحات مستغرق و آستانه جهت کنترل رسوب بستر در آبگیری از کانال مستقیم، مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق بستر ماسه ای و فرم انتقال بار بستر بصورت دیون می باشد و رسوب از طریق سیستم چرخشی رسوب در بالادست تزریق می شد. در ابتدا، آزمایشهای شاهد، در حالت بدون هر گونه سازه کنترل رسوب و زاویه آبگیری 90 درجه و در تمام نسبتهای آبگیری (qr) و نسبتهای رسوب به جریان (qsr) مورد تحقیق انجام شد. سپس آزمایشها در دو مرحله انجام شد. مرحله اول شامل دو سری آزمایش بود. در سری اول سه حالت بررسی شد: 1- حالت آستانه (نصب در ورودی دهانه آبگیر) 2- حالت آستانه و آبشکن (نصب تک آبشکن در ساحل مقابل آبگیر) 3- حالت آستانه، آبشکن و صفحات مستغرق (نصب صفحات در نوار جلوی دهانه آبگیر) که در آنها تاثیر qr و هر یک از سازه های مذکور بررسی شد. در سری دوم در حالت وجود آستانه و آبشکن و حالت آستانه، آبشکن و صفحات مستغرق تاثیر qr ، qsr و زاویه آبگیری (?) بر کنترل رسوب بررسی شد. موقعیت، آرایش و ابعاد سازه ها در هر یک از سریها ثابت و بر اساس نتایج تحقیق دیگران طراحی شده است. علاوه بر پارامترهای کنترل رسوب که شامل نسبت رسوب انحرافی به آبگیر (gr) و حجم رسوب مانده در آبگیر (vr) می باشد، توپوگرافی بستر و عرض جدایی جریان نیز در این مرحله آزمایش برداشت شده است که نقش موثری در تجزیه و تحلیل نتایج داشته است. در مرحله دوم آزمایشها، در سه آزمایش در اطراف آبگیر در کانال اصلی الگوی جریان با بستر فریز شده، مورد بررسی قرار گرفت.

در این تحقیق به بررسی اثر موقعیت قرارگیری آبشکن در قوس 90 درجه تند بر میدان جریان متوسط و آشفته پرداخته شده است. آزمایش ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس و در کانالی به عرض 60 سانتی متر شامل قوس °90 تند و دو کانال مستقیم در بالادست و پایین دست قوس 90 درجه و در دبی ثابت 25 لیتر بر ثانیه انجام شد. رسوبات کف از جنس ماسه با قطر متوسط 1.28 میلیمتر بود. آبشکن از نوع مستقیم به طول 9 سانتی متر و ضخامت 1 سانتی متر بود. آزمایش ها الگوی جریان شامل سه آزمایش اندازه گیری سرعت های سه بعدی با سرعت سنج نقطه ای vectrino+ در حالت بستر تخت و صلب در موقعیت های 30، 45 و 60 درجه از شروع قوس می باشد. نتایج حاصل از تحلیل الگوی جریان متوسط نشان می دهد که در اطراف آبشکن مستقیم یک جریان کاملاً پیچیده و سه بعدی با گردابه های قائم ، افقی و جریان بازگشتی حاکم است. تحلیل الگوی جریان آشفته شامل بررسی پارامترهای مختلف آشفتگی نظیر تنش های رینولدز در هر سه راستا، احتمال وقوع، زوایای تاثیر، پایداری و تبدیل پدیده های انفجار آشفتگی، انرژی جنبشی آشفتگی، هم بستگی های مرتبه 3 در نزدیکی کف و مقاطع مختلف عرضی صورت پذیرفته است. تخمین تنش برشی نزدیک بستر نیز در موقعیت های مختلف استقرار آبشکن انجام شده است. نتایج حاکی از این است که در موقعیت های مختلف قرارگیری آبشکن در قوس، مقادیر پارامترهای مختلف آشفتگی در نقاط مشابه متفاوت است. بیشترین مقادیر این پارامترها بر روی لایه برشی تشکیل شده در پایین دست جریان و نیز محل تشکیل گردابه های نعل اسبی در رو به روی وجه بالادست آبشکن اتفاق می افتد. به جز ناحیه جریان برگشتی، پدیده بیرون رانی بیشترین احتمال وقوع را در بین پدیده های انفجار آشفتگی داراست. احتمال تغییر علامت همزمان نوسانات بسته های سیال بسیار کم بوده و در هر چهار پدیده بیشترین احتمال پایداری یک پدیده در نزدیکی ساحل خارجی است. انرژی جنبشی آشفتگی با توسعه لایه برشی و بزرگ شدن ابعاد گردابه ها مقادیر بزرگتری را اختیار می کند. پخش آشفتگی در جهت طولی کمتر از پخش آشفتگی در جهت عمقی است. در انتها نیز در مورد ارتباط میدان جریان آشفته و الگوی آبشستگی در زوایای مختلف استقرار آبشکن بحث کوتاهی صورت گرفته است و نتیجه این بوده است که به جز تنش های نرمال رینولدز و زوایای تاثیر، سایر پارامترها می توانند در پیش بینی حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن مفید باشند.

در تحقیق حاضر فرآیند تخریب آبشکن توده¬¬سنگی دافع در شرایط مستغرق بررسی شد. این تحقیق شامل دو قسمت می¬باشد؛ در قسمت اول، اثر دانه¬بندی مصالح بدنه آبشکن، درصد استغراق و زاویه قرارگیری آبشکن نسبت به راستای عمومی جریان بر فرآیند تخریب و حجم آن، در کانال مستقیم و با بستر صلب بررسی شده و در قسمت دوم نقش الگوی جریان در محل آستانه تخریب توسط سرعت سنج نقطه ای سه بعدی adv و با استفاده از نرم افزار flow 3d مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات در کانالی به طول 6 متر، عرض و ارتفاع 45/0 متر انجام شد. به منظور بررسی اثر دانه بندی، استغراق و زاویه قرارگیری در فرآیند تخریب آبشکن، سه مقدار مختلف برای آنها در نظر گرفته شده و اثر این پارامتر ها در دو محدوده سرعت بیشتر از آستانه حرکت مصالح بررسی شده است. نتایج نشان می¬دهد با افزایش درصد استغراق، محل شروع خرابی از ترازهای نزدیک تاج به ترازهای نزدیک بستر جابه جا می شود. همچنین با افزایش درصد استغراق، حجم خرابی در هر سه زاویه قرارگیری آبشکن نسبت به راستای عمومی جریان، کمتر می شود. با افزایش زاویه قرارگیری آبشکن، محل شروع خرابی از محل اتصال دماغه به شیب بالادست به سمت محل اتصال دماغه به شیب پایین دست جابه جا می شود. دانه¬بندی تاثیری در محل آستانه تخریب نداشته و در هر سه دانه¬بندی، محل شروع خرابی با توجه به زاویه قرارگیری آبشکن نسبت به راستای عمومی جریان، متفاوت می‎باشد. در آبشکن هایی با زوایای قرارگیری 10 و 20 درجه، بیشترین تخریب معمولا در محل اتصال دماغه به تاج قرار دارد و با افزایش زاویه قرارگیری آبشکن، بیشترین خرابی معمولا به سمت محل اتصال دماغه به شیب پایین دست جابه جا می شود. براساس نتایج برداشت میدان جریان و نتایج حاصل از مدل عددی، در آبشکن با زاویه قرارگیری 10 درجه بیشترین سرعت در محل اتصال دماغه به شیب بالادست و در آبشکن هایی با زوایای قرارگیری 20 و 30 درجه، بیشترین سرعت در محل اتصال دماغه به شیب پایین دست رخ داده که دلیلی بر آغاز تخریب آبشکن از این ناحیه ها می¬باشد. محل اتصال دماغه به تاج، محل اتصال شیب بالادست به دماغه و همچنین در آبشکن هایی با زاویه قرارگیری بزرگتر نسبت به راستای عمومی جریان، محل اتصال شیب پایین دست به دماغه، حساس¬ترین ناحیه¬های آبشکن در تخریب می¬باشد.

سرریزهای جانبی یکی از سازههای هیدرولیکی کاربردی و مهم در سیستمهای کنترل و هدایت آب هستند. این سازه در دیواره کانال اصلی احداث شده و هنگامی که سطح آب در کانال بالاتر از تاج سرریز قرار میگیرد، قسمتی از جریان توسط آن به خارج از کانال هدایت میگردد. سرریزهای جانبی در انحراف آب اضافی در سیستم های جمع آوری فاضلاب شهری، همچنین در کنترل و پخش سیلاب و به عنوان سازه اضطراری در تأسیسات هیدرولیکی بزرگ چون سدها و شبکههای آبیاری و زهکشی به کار برده می شود. در نتیجه باید خصوصیات جریان عبوری از سرریز جانبی به طور موشکافانه و دقیقی مورد بررسی قرار گیرد که این سازه در عمل بیشترین کارایی را از خود نشان دهد. در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان عبوری از و مدل آشفتگی vof نسخه 10.0.1.3 ، روش flow3d سرریز جانبی لبه تیز با استفاده از نرم افزار میدان جریان در مسیر مستقیم همراه با سرریز جانبی شبیه سازی عددی شده و با استفاده از ،rng مطالعات آزمایشگاهی موجود مورد صحت سنجی قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی عددی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیهسازی الگوی سه بعدی جریان روی سرریزهای جانبی میباشد. در ادامه، خصوصیات جریان مانند خطوط جریان در ترازهای مختلف، توزیع تنش برشی، توزیع بردارهای سرعت و تغییرات تراز سطح آب مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در بخش آخر این تحقیق تاثیر پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مانند طول افقی سرریز جانبی ذوزنقه ای شکل، ارتفاع تاج سرریز، زاویه ی ضلع مایل سرریز ذوزنقه ای و عدد فرود بالا دست بر الگوی جریان سرریز جانبی ذوزنقه ای بررسی شده است. بررسی نتایج حاصله از این مطالعه پارامتریک حاکی از آن است که با انتخاب مناسب ارتفاع تاج و طول افقی سرریز و پارامتر بدون بعد میتوان آبگذری را به طور قابل توجهی افزایش داد. همچنین در جاهایی که با محدودیت مصالح ساخت و محدودیت مکانی مواجه هستیم، میتوان با تبدیل کردن سرریز مستطیلی به ذوزنقه ای با زوایای مختلف آبگذری مطلوبی را بدست آورد.

راه ها شریانهای حیاتی یک کشور هستند و پل ها یکی از مهمترین سازه های راه ها به حساب می آیند طبق آمارهای ارائه شده توسط کشورهای مختلف می توان گفت اکثر تخریب پل ها نه در اثر ضعف های سازه ای بلکه در زمان های وقوع سیل و در اثر وقوع پدیده آبشستگی در اطراف پایه ها رخ می دهند. بنابراین شناخت فرایند آبشستگی و الگوی جریان دراطراف پایه های پل و نیز تخمین ماکزیمم عمق آبشستگی در اطراف پایه ها از اهمیت بالایی برخوردار است. استفاده از شکاف در پایه پل ها یکی از روش های نوین در کنترل و کاهش آبشستگی موضعی است. در این تحقیق به بررسی تاثیر ابعاد شکاف در کاهش آبشستگی با استفاده از مدل آزمایشگاهی پرداخته شد. بدین منظور با به کارگیری 7 مدل آزمایشگاهی، کنترل آبشستگی موضعی در اطراف یک پایه پل در شرایط آب زلال بررسی شد. مدل ها شامل یک پایه استوانه ای بدون شکاف و شش پایه استوانه ای شکاف دار هستند که شکاف ها به صورت سه شاخه با یک ورودی و دو خروجی با زاویه یکسان نسبت به یکدیگر (به شکل y) ایجاد گردیده اند. طول (ارتفاع) شکاف ها برابر نیم، یک و دو برابر قطر پایه و عرض شکاف ها برابر یک چهارم و نصف قطر پایه انتخاب شده و آزمایشات در سه دبی با مقادیر 6/8، 7/15 و 7/19 لیتر بر ثانیه و در دو موقعیت نزدیک و داخل بستر انجام شد. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد ایجاد شکاف روی پایه، موجب کاهش حجم و عمق آبشستگی می گردد و هر چه شکاف عریض تر باشد عملکرد بهتری در کاهش آبشستگی دارد. استفاده از شکاف داخل بستر (نصف ارتفاع شکاف) نسبت به شکاف مجاور بستر توانست آبشستگی را به میزان 9% تقلیل دهد و حداکثر کاهش حجم حفره و عمق آبشستگی، به وسیله شکاف هایی با طول و عرض معادل دو برابر و نصف قطر پایه (5/0w/d = و 2= z/d ) و در موقعیت داخل بستر اتفاق افتاد که توانست آبشستگی را تا 50% کاهش دهد.

در این پایان نامه، با استفاده از یک نرم افزار مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی با نام flow-3d، روند تغییرات ضریب آبگذری برای اشکال تاج نیم دایره، ربع دایره، مسطح و لبه تیز با توجه به طول های مختلف سرریز کنگره ای، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که عواملی همچون استغراق موضعی و پشته جریان، تأثیر منفی روی عملکرد سرریزهای کنگره ای قوسی دارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

در این تحقیق استفاده همزمان از دو سازه آبشکن و صفحات مستغرق برای کاهش حجم رسوبات وارد شده به آبگیر جانبی مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه الگوی جریان نیز به دو صورت عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته است. در شبیه سازی ریاضی ابتدا با استفاده از نرم افزار گمبیت (gambit) ابعاد مدل و گره های مورد نیاز تولید و با اعمال شرایط مرزی در مدل هیدرودینامیک فلوئنت (fluent) حل شده است. پردازش اطلاعات خروجی از فلوئنت با استفاده از نرم افزار تک پلات (tecplot) انجام شده است. اثر پارامترهای نسبت دبی آبگیری (qr)، طول آبشکن(ld)، فاصله آن از مقابل آبگیر(li) و زاویه آن با جریان در کانال اصلی (?) بر روی کنترل رسوب ورودی به آبگیر مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها برای سه نسبت آبگیری 13/0، 18/0 و 24/0 انجام شده است. طول آبشکن های بکار رفته 15، 20 و 25 سانتیمتر با زوایای قرارگیری 45، 90 و 135 درجه با جهت جریان اصلی بوده است. همچنین مکان قرار گیری آبشکن ها در سه موقعیت0، b و b2 (b عرض کانال آبگیر) از خط مرکزی کانال اّبگیر بوده است. ابعاد، تعداد و آرایش صفحات مستغرق ثابت، و بر اساس مقادیر توصیه شده طراحی مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از صفحات مستغرق باعث ایجاد جریان چرخشی و دور کردن رسوبات از دهانه آبگیر و نتیجتا باعث کاهش حجم ورود رسوبات به آبگیر می شود. به منظور هدایت جریان به سمت آبگیر و افزایش کارآیی صفحات، از تک آبشکن در دیواره مقابل آبگیر در کانال اصلی استفاده شده است. همچنین برای مطالعه الگوی جریان بستر کانال اصلی و آبگیر پس از رسیدن به تعادل دینامیکی با روش های مناسب صلب شده است به طوری که امکان حرکت رسوبات پس از برقراری جریان وجود نداشته باشد. ارتفاع رسوبات کف بوسیله بستر نگار خودکار در محدوده 4 متری و در فواصل طولی5 سانتیمتر و فواصل عرضی به 10 سانتیمتر اندازه گیری شده است. مولفه های سرعت جریان آشفته در سه بعد (u,v,w) بوسیله دستگاه سرعت سنج وکترینو در 5 نقطه از عمق و در فواصل طولی و عرضی 10 سانتیمتر اندازه گیری شده است. تعداد کل آزمایش های انجام شده در کنترل رسوب و الگوی جریان 99 مورد بوده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نصب آبشکن و صفحات مستغرق نشان می دهد که مقدار سرعت جریان در نزدیک کف کانال آبگیر افزایش می یابد و هدایت جریان به سمت آبگیر بیشتر شده است. همچنین مقدار عرض صفحه جدایی جریان در کانال اصلی کاهش می یابد که می تواند منجر به کاهش ورود رسوبات به آبگیر گردد. با نصب آبشکن و صفحات، ناحیه پر سرعت جریان در نواحی نزدیک بستر افزایش پیدا می کند. افزایش سرعت جریان در نزدیک بستر صلب می تواند منجر به انتقال رسوبات وارد شده به آبگیر به سمت پایین دست گردد که این امر به عدم انسداد آبگیر در اثر انباشت رسوبات کمک می کند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که کارآیی صفحات با احداث آبشکن در ضلع مقابل آبگیر افزایش پیدا کرده و مقدار ورود رسوبات به آبگیر کاهش پیدا می کند. میزان رسوبات ورودی به آبگیردر نسبت آبگیری 13/0 نقریباً به صفر نیز رسیده است. در بررسی تغییرات مقدار حجم رسوبات انباشته شده در آبگیر با طول آبشکن بدون در نظر گرفتن اثر سایر پارامترها و با طول آبشکن b 2/0 (b عرض کانال اصلی)، نسبت به آبشکن با طول b 15/0، مقدار ورود رسوبات به آبگیر 53 درصد کاهش یافته است. ضمنا با طول آبشکن b 25/0، مقدار ورود رسوبات به آبگیر تا 81 درصد کاهش می یابد. بررسی ها نشان می دهد که طول ناحیه جدایی جریان در داخل آبگیر با افزایش مقدار دبی انحرافی به آبگیر کاهش پیدا می کند. بررسی های آزمایشگاهی نشان می دهد با نصب آبشکن در مقابل آبگیر، عرض خط جدایی جریان در کف کاهش، و در سطح افزایش می یابد که با این عمل ناحیه تحت تاثیر آبگیر در کف کاهش یافته و مقدار ورود رسوبات به آبگیر کاهش می یابد. با احداث آبشکن در مقابل آبگیر مقدار اندازه سرعت جریان در مقابل آبگیر و بعد از آن افزایش می یابد و مقدار سرعت عرضی جریان به سمت آبگیر بیشتر شده که می تواند باعث هدایت بیشتر جریان در کانال اصلی به سمت آبگیر گردد.

در این تحقیق ابتدا با استفاده از تکنیک تصویربرداری از ذرات ( piv) به اندازه گیری سرعت جریان آشفته بر روی بستر زبر در یک کانال باز پرداخته شده و سپس با شبیه سازی این شرایط در نرم افزار فلوئنت و مقایسه آن با نتایج سرعت بدست آمده از سیستم piv، مشخصه های جریان شامل شدت آشفتگی و تنش های رینولدز برای چهار شرایط هیدرولیکی مختلف جریان اندازه گیری و با معادلات تجربی ارائه شده توسط نزو و دیگر محققین مقایسه شده است. در ادامه برای بررسی خصوصیات جهش ذره رسوبی در یک جریان آشفته با مشخص بودن مقدار تنش برشی بستر، از سیستم تصویربرداری با سرعت بالا استفاده شده و مشخصه های جهش شامل طول، ارتفاع، سرعت، چرخش و زوایای برخورد به بستر و بلندشدگی برای شرایط هیدرولیکی مختلف با سرعت 250 فریم بر ثانیه اندازه گیری شده و درباره ارتباط آنها با خصوصیات جریان به طور کیفی بحث شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با افزایش آشفتگی بر طول، ارتفاع و سرعت ذره افزوده و برعکس از زوایای برخورد به بستر و بلندشدگی مجدد آن کاسته می گردد. چرخش تک ذره نیز در طول یک گام جهش روند نزولی را طی خواهد نمود. نتایج آزمایشات همچنین حاکی از این امر است که با افزایش قطر متوسط ذرات بستر، تمامی خصوصیات جهش تمایل به افزایش دارند. برای حل عددی معادلات حاکم بر ذره و بدست آوردن مسیر حرکت آن در یک گام جهش، سرعت های اولیه جهش در هر دو جهت افقی و قائم محاسبه شده است که از آنها می توان به عنوان شرایط اولیه در حل عددی استفاده نمود. مولفه افقی سرعت ذره رسوبی در دامنه 3 تا 8 برابر سرعت برشی و مولفه قائم آن در دامنه 1/5 تا 3/5 برابر سرعت برشی قرار داشته است که این مقادیر با مقادیر فرض شده توسط فن راین (2u* ) متفاوت می باشد. در خاتمه، بحث احتمالاتی بودن خصوصیات جهش بیان شده و با انجام چندین آزمایش نشان داده شده است که برای قطر و چگالی یکسان ذره رسوبی، طول و ارتفاع جهش از توزیع پیرسون نوع سه و سرعت ذره از توزیع نرمال پیروی خواهند نمود.

حفاظت از سواحل به دلیل وقوع فرسایش بر اثر جریان در رودخانه و امکان وجود سازه های مهم نظیر منازل، کارخانجات و غیره در این نواحی ساحلی رودخانه می تواند حائز اهمیت باشد. این امر وقتی بیشتر مهم جلوه می نماید که جریان در قوس رخ دهد. در این حالت به دلیل به وجود آمدن جریانهای ثانویه در مقطع با فرسایش بیشتری در ساحل خارجی قوس مواجه خوهیم بود. جدای از نیاز به حفاظت از سواحل نیاز به اصلاح مسیر به منظور عبور و مرور کشتیها و قایقها خود نیز ضرورت استفاده از سازه هایی را در این امر آشکار می سازد. آبشکنها از جمله سازه هایی هستند که با داشتن اشکال مختلف در موارد گفته شده فوق به کار برده می شوند. طبیعی است که به کارگیری هر سازه ای بدون داشتن دانش مهندسی از آن امکان پذیر نبوده و چه بسا که خطراتی نیز به دنبال خواهد داشت. لذا در این پایان نامه سعی شده است تا بر افزودن به دانش در مورد رفتار جریان در مواجه با آبشکنی تی شکل که در قوس قائم قرار گرفته، کمک شود. چرا که آگاهی از این که الگوی جریان در مجاورت آبشکن تی شکل از بعد تشکیل گردابه های پیرامون آن و بررسی رفتار گردابه و محل تشکیل آنها و هم چنین کمی سازی شکل گیری این الگوی جریان در قوسی که این آبشکن در آن قرار گفته است حائز اهمیت می باشد. در این نوشتار به بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان پیرامون آبشکن تی شکل منفرد و مستقر در قوس 90 درجه به منظور بررسی تاثیر تغییر موقعیت آبشکن در طول قوس، تغییر شعاع انحناء نسبی قوس و نوع بستر از جهت صلب بودن و یا تغییر شکل یافته بر الگوی جریان شکل گرفته، پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا با انجام آزمایشات با استفاده از سرعت سنج سه بعدی برای برداشت هر سه مولفه سرعت جریان، داده های برداشت شده را مورد پردازش قرار داده و بعد از آن به ترسیم الگوهای جریان با در نظر گرفتن تغییرات مورد نظر پرداخته شد. نتایج حاصل نشان داد که برای حالت بستر صلب، با افزایش شعاع انحناء نسبی شاهد افزایش طول ناحیه جدایی، گردابه بالادست و ماکزیمم قدرت ورتیسیتی، کاهش عرض ناحیه جدایی، طول ناحیه بازگشتی و گردابه پایین دست خواهیم بود و از طرف دیگر با افزایش زاویه استقرار آبشکن در قوس، شاهد افزایش طول ناحیه جدایی و گردابه بالادست تا موقعیت 45 درجه و سپس کاهش آن، افزایش عرض ناحیه جدایی، ماکزیمم قدرت ورتیسیتی و کاهش طول ناحیه بازگشتی وگردابه پایین دست خواهیم بود. هم چنین برای حالت بستر تغییر شکل یافته طول ناحیه جدایی، اتصال مجدد، گردابه بالادست و گردابه پایین دست بزرگتر از مقادیر متناظر در حالت بستر صلب می باشند. در ادامه به منظور بررسی مقایسه ای، نتایج حاصل با مطالعه انجام شده در زمینه آبشکن تیغه ای مقایسه شد.

در این پایان نامه نشان داده شده است که مقدار متوسط درصد افت انرژی در طول سرریز برای حالت جریان فوق بحرانی قابل ملاحظه می باشد، لذا بکارگیری معادله انرژی در تحلیل و طراحی سرریز های جانبی با فرض ثابت بودن مقدار انرژی در طول سرریز، در حالت کلی صحیح نمی باشد . در مطالعه حاضر ضمن در نظر گرفتن تغییرات پروفیل سطح آب در طول سرریز، با مطالعات ابعادی و آزمایشگاهی و حل عددی معادلات حاکم بر جریان روی سرریزهای جانبی و معرفی ضریب شدت جریان المانی، روشی مناسب برای محاسبه پروفیل سطح آب و میزان شدت جریان سرریزهای جانبی مستطیل شکل ارائه می گردد.

هنگامیکه در یک رودخانه پلی ایجاد می شود پایه های پل سبب می شوند که عمق آب در بالادست پایه بیشتر از عمق نرمال و در پائین دست پایه کمتر از عمق نرمال شود. به میزان اختلاف عمق در بالادست پایه پل با عمق نرمال فرآب گفته می شود که اهمیت بسزائی در طراحی پلها برای جلوگیری از سرریز آب از دیواره های رودخانه دارد. مطالعات انجام شده در این زمینه گویای این واقعیت است که اطلاعات کامل و جامعی در زمینه فرآب و پارامتر موثر بر روی آن وجود ندارد. مطالعات آزمایشگاهی حاضر به منظور بررسی پارامترهای موثر بر روی فرآب انجام شده است . آزمایشهای انجام شده نشان داده است که پارامترهایی نظیر عدد فرود، ضریب تنگ شدگی، زاویه استقرار پایه با محور جهت جریان و شکل پایه در میزان فرآب موثرند. تجزیه و تحلیل داده های آزمایشگاهی به دست آمده منجر به ارائه روابط جدیدی برای محاسبه فرآب شده است .

توجه به عملکرد موثر پرش هیدرولیکی در جهت استهلاک انرژی در حوضچه های آرامش ، زمینه را برای بررسی بیشتر خصوصیات این پدیده، فراهم می کند. وجود تجهیزاتی از جمله بلوکهای میانی در چنین حوضچه هایی، استهلاک بیشتر انرژی و کاهش عمق ثانویه پرش هیدرولیکی را به همراه خواهد داشت . میزان این تاثیر به عواملی چون موقعیت بلوکها، ارتفاع بلوکها و میزان بازشدگی بین بلوکها بستگی دارد. در این پروژه به کمک روابط تئوری و تجربی، تاثیر موقعیت بلوکها بر میزان استهلاک انرژی و بر میزان عمق ثانویه پرش هیدرولیکی را به همراه خواهد داشت . میزان این تاثیر به عواملی چون موقعیت بلوکها، ارتفاع بلوکها و میزان بازشدگی بین بلوکها بستگی دارد. در این پروژه به کمک روابط تئوری و تجربی، تاثیر موقعیت بلوکها بر میزان استهلاک انرژی و بر میزان عمق ثانویه پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته است و در ادامه به کمک منحنی های به دست آمده (عمق ثانویه پرش هیدرولیکی بر حسب موقعیت بلوکها) یک روش طراحی برای حوضچه های مجهز به بلوکهای میانی پیشنهاد شده است . همچنین در طراحی حوضچه های آرامش توجه به بعد اقتصادی مسئله نیز مهم است و طرحی مطلوب خواهد بود که ضمن ارضا کلیه روابط هیدرولیکی، کمترین هزینه ساخت را در بر داشته باشد. بر این اساس مدل ریاضی بهینه ای تهیه شده است تا با تعیین بهترین عرض و تراز برای حوضچه، هزینه ساخت حوضچه کمینه گردد.

در این رساله در مورد روشهای کنترل رسوب ورودی به آبگیرهای جانبی در مسیرهای مستقیم در حالت به کارگیری آستانه و صفحات مستغرق ، به صورت آزمایشگاهی تحقیق شده است. میزان رسوب بار بستر ورودی به کانال آبگیر، الگوی رسوبگذاری و تعیین ناحیه گردابی و سکون در ورودی آبگیر از جمله مواردی بوده که مورد بررسی قرار گرفته اند.پس از تعیین پارامترهای مهم، آنالیز ابعادی انجام و آزمایشات طرحریزی شد. سپس فلوم آزمایشگاهی و تجهیزات مورد نیاز آماده شدند و کنترلهای لازم بر روی آنها انجام گردید.آنگاه آزمایشات مقدماتی و کنترلی صورت گرفت و شرایط لازم برای انجام آزمایشات اصلی فراهم شد. در این تحقیق مشخص شد که رسوب ورودی به آبگیر در هر یک از حالتهای وجود آستانه ، وجود صفحه و عدم وجود آنها ، بستگی به پارامترهای بدون بعد عدد فرود جریان ، نسبت دبی آبگیری و زاویه کانال آبگیر دارد. در این میان نقش نسبت دبی آبگیری بیشتر بوده و با افزایش نسبت دبی آبگیری ، رسوب ورودی به آبگیر افزایش می یابد.

با توجه به ضرورت و اهمیت ساماندهی رودخانه ها همواره استفاده از سازه هایی جهت تثبیت جداره های رودخانه لازم و تعیین شکل و نوع سازه حائز اهمیت فراوان می باشد. یکی از روشهای تثبیت در راستا که دارای عملکرد مناسبی در رودخانه هاست، استفاده از دیواره های آبشکن یا اپی می باشد.آبشکن ها سازه هایی هستند که در عرض رودخانه و از طرف ساحل به سمت محور آن احداث می گردند. آبشکن ها به دو نوع عمده آبشکن های بسته یا نفوذناپذیر و آبشکن های باز یا نفوذ پذیر تقسیم می شوند. آبشکن های بسته معمولا بصورت خاکریزی ، سنگی و یا گابیونی اجرا شده و با انحراف جریان از ساحل بطرف مسیر اصلی رودخانه باعث جلوگیری از تخریب و فرسایش ساحل می گردند. البته تحقیقات نشان داده است که آبشکن های باز نسبت به نوع بسته آن مناسبتر است .دراین بررسی نسبت به آبشکن های باز با استفاده از مدل هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته است.

با احداث یک پل در مسیر رودخانه معمولا عرض طبیعی جریان کاهش می یابد و لذا مانعی در برابر جریان به وجود می آید. برای اینکه عبور جریان از میان پایه های پل با حداقل انرژی مخصوص ممکن گردد، عمق آب در بالا دست پل افزایش پیدا خواهد کرد. این افزایش عمق را فراآب می نامند و تغییرات آن با فاصله از بالادست پل را پروفیل برگشت آب می نامند. تحقیقات نشان می دهد که هر چقدر پهنای دهانه پل نسبت به عرض مجرا کمتر باشد، میزان فراآب و برگشت آب بیشتر خواهد بود. به عبارت دقیق تر آب بیشتر بالا خواهد آمد و همچنین این اثر تا فاصله دورتری از بالادست پل ادامه پیدا خواهد کرد. اهمیت موضوع هنگامی مشخص می گردد که بخواهیم مناطق خاص و مهمی در بالادست پل را از سیلاب محافظت نماییم. قبل از احداث پل باید برآورد مناسبی از میزان فراآب بدست آید و براساس این میزان فراآب پیش بینی شده، هزینه عملیات ساماندهی در بالادست پل بررسی گردد. یکی از پارامترهای بسیار مهم در طراحی پل ها، همین میزان فراآب می باشد. بررسی مطالعات انجام گرفته در زمینه فراآب گویای این واقعیت است که اطلاعات جامع و کاملی در این زمینه وجود ندارد و در اکثر تحقیقات انجام شده، پارامترهای موثر بر روی فراآب بطور کامل و دقیق در نظر گرفته نشده اند. با توجه به این موضوع مطالعات آزمایشگاهی حاضر به منظور بررسی دقیقتر پارامترهای موثر بر روی فراآب و نحوه ارتباط آنها با فراآب انجام گرفته است. باتوجه به مطالعات گذشته در مورد فراآب، می توان نشان داد که پارامترهایی نظیر عدد فروید، ضریب تنگ شدگی، زاویه محور پایه پل با جهت جریان و شکل پایه پل در میزان فراآب موثر می باشند. در این تحقیق آزمایشگاهی، پایه پل مستطیلی شکل انتخاب گردید. با انجام آزمایشات مربوطه، هدف اصلی تحقیق پیرامون نحوه ارتباط نسبت طول به عرض پایه پل و مقدار فراآب می باشد. در کنار این هدف، نحوه ارتباط دیگر متغیرها با میزان فراآب نیز مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتایج حاصله نشان می دهند که با افزایش عدد فروید، مقدار فراآب زیاد می شود و با افزایش زاویه محور پایه پل با جهت جریان، فراآب بیشتری خواهیم داشت. علاوه بر این در شرایط برابر هر چه ضریب تنگ شدگی کمتر باشد، یا به عبارت دیگر تعداد پایه های پل واقع در مسیر جریان بیشتر باشد، فراآب بیشتری ایجاد می گردد و نیز پایه مستطیلی با نسبت طول به عرض بزرگتر، فراآب بیشتری تولید می کند. علاوه بر موارد فوق با استفاده از داده های آزمایشگاهی، بررسی لازم بر روی میزان افت انرژی ناشی از احداث پل، منجر به ارائه رابطه تجربی مناسب جهت برآورد میزان افت انرژی گردیده است. در قسمت دیگری از مطالعه، بررسی ها بر روی ضریب دراگ ‏‎cd‎‏‏ در حالات خاصی انجام گرفت و رابطه مناسبی ارائه گردید. علاوه بر این مطالب، تجزیه و تحلیل داده های آزمایشگاهی منجر به ارائه رابطه جدیدی جهت برآورد مقدار فراآب شد. نتایج حاصل از این معادله با مقدار فراآب برآورد شده توسط روابط محققین دیگر نیز مقایسه گردید.

استفاده از سرریزه های کنگره ای یکی از راههای موثر و اقتصادی جهت افزایش راندمان سرریز از طریق افزایش طول موثر تاج آن است، بدینصورت که در یک عرض معین و ارتفاع هیدرولیکی مشخص در مقایسه با سیار سرریزه ها دبی بیشتری را عبور می دهد. سرریزه های کنگره ای معمولا در پلان به شکل ذوزنقه، مثلثی و نیمدایره می باشند.ظرفیت آبگذری سرریزهای کنگره ای تابعی از ارتفاع کل جریان، طول موثر تابع، ارتفاع سرریز و شکل تاج می باشد. ضریب آبگذری نیز تابعی از ارتفاع کل جریان، ارتفاع سرریز، ضخامت سرریز و شکل پروفیل تاج می باشد.اکثر تحقیقات بعمل آمده در گذشته بر روی سرریزهای با شکل تاج لبه تیز انجام شده است، در حالی که اجرای سرریزهای به شکل لبه تیز مقدور نیست.در این تحقیق آزمایشگاهی، روند تغییرات ضریب آبگذری برای اشکال تاج نیمدایره، ربعدایره، مسطح و لبه تیز برای طولهای مختلف سرریز مورد بررسی قرار گرفت.نتایج حاصله بصورت تغییرات ضریب آبگذری بر حسب نسبت ارتفاع جریان به ارتفاع سرریز و طول تاج به عرض سرریز ارائه شده است که قابل استفاده طراحان این نوع سرریزها می باشد.

یکی از موثرترین روشهای تثبیت جداره های رودخانه ها استفاده از آبشکن ها می باشد. آبشکن ها سازه هایی هستند که بصورت عرضی از ساحل به سمت محور رودخانه ساخته می شوند. این سازه ها به دو نوع عمده آبشکن های بسته یا نفوذپذیر و آبشکن های باز یا نفوذپذیر تقسیم می شوند. آبشکن های بسته که معمولا از جنس سنگ، قلوه سنگی، گابیونی، ... هستند با منحرف کردن جریان به سمت محور رودخانه باعث تثبیت جداره ها می شوند. در حالیکه آبشکن های باز که اغلب بصورت شمع کوبی ساخته می شوند با کاهش سرعت جریان موجب رسوبگذاری در بین آبشکن ها شده و همچنین از تخریب سواحل جلوگیری می کنند. تجربه نشان داده است که عملکرد آبشکن های باز نسبت به آبشکن های بسته مناسب تر است. اما بدلیل فقدان مبانی طراحی، کمتر از آنها استفاده می شود. یکی از مهمترین پارامترهای طراحی آبشکن ها، میزان عمق حداکثر آبشستگی است که در این پروژه تاثیر پارامترهای موثر بر روی عمق حداکثر آبشستگی اطراف آبشکن های باز مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات این پروژه در فلومی به طول 14 متر و عرض 2 متر انجام شده است. متغیرهای در نظر گرفته شده شامل 3 قطر متوسط مصالح، 4 درصد بازشدگی، 3 عمق جریان و طول آبشکن می باشد. همچنین این آزمایشات در آستانه حرکت ذرات و کمتر از آن و برای یک آبشکن منفرد انجام شده است. نتایج حاصل از انجام آزمایشات نشان داد که:- محل عمق حداکثر آبشستگی اطراف آبشکن بسته تابع طول آبشکن و عمق جریان می باشد.- پروفیل سطح جریان تابع زمان بوده و با گذشته زمان تغییرات آن کاهش می یابد و احتمالا به یک حالت تعادل برسد.- روند آبشستگی مستقل از درصد بازشدگی می باشد.- الگوی آبشستگی و رسوبگذاری در قطر متوسط 26/0 میلیمتر کاملا متفاوت با الگوی آبشستگی در قطر متوسط 3/1 و 9/0 میلیمتر می باشد. - با کاهش درصد بازشدگی جبهه آبشستگی به سمت دماغه آبشکن متمایل می شود.- عمق حداکثر آبشستگی با کاهش درصد بازشدگی، افزایش می یابد.