یکی از ارکان اصلی در طراحی سرریز سد هواده ها می باشند که به منظور جلوگیری از خسارات ناشی از تخریب بدنه سرریز در اثر پدید? کاویتاسیون در سرریز های شوت تعبیه می شوند. بررسی تاثیر عوامل گوناگون در بهبود طراحی بهینه سرریز و هواده ها باعث صرفه جویی در هزینه های احتمالی ناشی از تخریب سرریز در اثر پدیده های مختلف طبیعی از قبیل سیل و کاویتاسیون و نیز پدیده های مختلف انسانی ناشی از دخل و تصرف در اکوسیستم طبیعت می گردد. یکی از عوامل مهم در طراحی سرریزها سد، انتخاب مناسب شیب می باشد. در این پایان نامه سعی شده است تا تاثیرات شیب تنداب سرریز بر روی میدان جریان در نواحی اطراف هواده ها مورد آزمون و ارزیابی قرار گیرد. در مرحله نخست به منظور بررسی و مقایسه پارامترهای هیدرولیکی و نیز هوارسانی هواده ها، بر روی سه مدل هیدرولیکی سرریز سدهای آزاد، جره و گتوندعلیا که دارای شیب های متنوعی می باشند، در موسسه تحقیقات آب تهران چهارده آزمون برای جریان های مختلف ورودی صورت گرفت و نتایج مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. سپس مدل هیدرولیکی سرریز آزاد در نرم افزار flow-3d شبیه سازی و پس از صحت سنجی به ازای شیب های تنداب متنوع، شرایط میدان جریان در اطراف هواده شبیه سازی و مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. در ادامه، سه مدل هیدرولیکی سرریزهای آزاد، جره و گتوندعلیا که دارای هواده های مشابهی بودند، به ازای چهارده دبی جریان مورد مطالعه قرار گرفتند. میدان جریان ( شامل فشار استاتیک وارد بر کف تنداب ، زیر فشار رمپ، سرعت و عمق جریان)، در طول و عرض تنداب، واقع در بالادست و پایین دست هواده ها و نیز دبی هوای ورودی به هواده ها و نیز طول جت پرتابی برداشت و مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین داده های حاصل با روابط برخی محققین مورد مقایسه قرار گرفتند. سپس رابطه ای برای نسبت دبی هوای ورودی به دبی جریان ارائه گردید که از ضریب رگرسیون قابل قبولی برخوردار می باشد. در مرحله بعد، این رابطه، نسبت به شیب تنداب سرریزها در هر یک از مدل های مذکور حساسیت سنجی شد. در مرحله دوم تحقیقات از آنجایی که قابلیت تغییر شیب در مدل های هیدرولیکی در آزمایشگاه وجود نداشت، برای بررسی میزان تغییرات میدان جریان در اثر تغییر شیب هایی که نتایج ازمایشگاهی موجود نبود از نرم افزار flow-3d استفاده گردید. مزیت این تحقیق نسبت به تحقیقات قبلی صورت گرفته با این نرم افزار مدل سازی ورود هوا به جریان هم از طریق سطح جریان و هم از طریق کف تنداب در منطقه هوادهی میباشد. در این راستا، مدل هیدرولیکی سرریز آزاد در این نرم افزار مدل سازی گردید. پس از انجام صحت سنجی مدل توسط داده های حاصل از آزمایشگاه که از دقت مناسبی برخوردار شدند، مشخص گردید که در ناحیه پس از برخورد جت آب با تنداب به دلیل حضور یک ناحیه چرخشی قبل از نقطه برخورد و اندرکنش آن با دو فاز هوای زیر تیغه جت آب و جریان جاری بر روی سرریز بیشترین نوسان فشار دیده می شود. سرعت و عمق جریان با دقت مناسبی شبیه سازی گردیدند. شیب تنداب مدل در پنج حالت گوناگون دیگر برای جریان­های مختلف شبیه سازی شدند. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها در شرایط هندسی مشابه و فرود کنترل ثابت مورد مقایسه و مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که در حالت کلی، افزایش شیب تنداب، باعث کاهش فشار وارد بر کف، کاهش عمق و افزایش سرعت جریان می گردد.

به منظور بررسی تاثیر تغییرات دبی واحد عرض و عمق پایاب بر ابعاد حفره آبشستگی آزمایش هایی در مرکز تحقیقات آب، برای پنج دبی و چهار عمق پایاب مختلف انجام شده است. در این آزمایش ها قطر مصالح برابر با 8 میلیمتر در نظر گرفته شد. بعد از اتمام هر آزمایش ابعاد حفره آبشستگی از قبیل حداکثر عمق آبشستگی، فاصله محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی از محل جام و فاصله انتها و شروع حفره آبشستگی از محل جام و بیشترین عرض حفره اندازه گیری گردید. نتایج این بررسی نشان داد که افزایش عمق پایاب باعث کاهش عمق آبشستگی، کاهش فاصله محل وقوع بیشترین عمق آبشستگی از پرتاب کننده، کاهش فاصله نقطه انتهایی حفره آبشستگی، افزایش فاصله نقطه شروع حفره آبشستگی و کاهش بیشترین عرض حفره می شود. از طرفی مطالعات حاضر نشان داد افزایش دبی واحد عرض باعث افزایش ابعاد حفره آبشستگی می گردد. بطوری که بیشترین عمق و موقعیت آن، بیشترین عرض و نقطه انتهایی حفره افزایش می یابند و فاصله نقطه شروع حفره کاهش می یابد. با استفاده از رگرسیون های چند متغییره خطی و غیر خطی روابط مناسبی برای پارامترهای حفره آبشستگی بدست آمد. برای بررسی توانمندی مدل های بدست آمده در این پژوهش، مجموعه ای از داده های محققان دیگر نیز جمع آوری و نتایج آنها با کار حاضر مقایسه شده است. در مرحله بعد شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی ابعاد حفره آبشستگی استفاده گردید که در آن شبکه mlp با استفاده از پارامترهای بی بعد بدست آمده از آنالیز ابعادی انجام شده در این تحقیق، برای برررسی ابعاد حفره آبشستگی طراحی گردید. نتایج حاصل از مقایسه شبکه عصبی و روابط ارائه شده نشان داد که شبکه عصبی قادر است ابعاد حفره را به خوبی پیش بینی کند.

بدون شک سیلاب به عنوان یک بلای طبیعی شناخته شده است ولی در عمل سیلاب هم از نظر تلفات جانی و هم از نظر خسارات مالی مهیب ترین بلای طبیعی در جهان محسوب می شود. خسارت سیل را می توان اثرات نامطلوب ناشی از افزایش تراز آب رودخانه به بالاتر از کناره و جاری شدن آن به اراضی مجاور سیلاب دشت تعریف نمود. مخروط افکنه ها غالبا اشکال آبرفتی مثلثی شکلی هستند که در اثر رسوبگذاری جریان های سیلابی در محل ورود آبراهه و یا رودخانه ها به داخل سطوح تقریبا هموار دشت ها شکل می گیرند. از ویژگی رودخانه های مستقر در مخروط افکنه ها می توان به عرض بسیار زیاد و نیز شریانی بودن آن ها اشاره کرد. تجاوز به حد بستر و حریم رودخانه و به تبع آن افزایش خطرات ناشی از سیلاب های بسیار شدید و بهره برداری سنتی از منابع آب و زمین، شرایط نسبتا پیچیده ای را به وجود آورده که خود بیانگر اهمیت مطالعه دقیق این رودخانه می باشد. رودخانه جاماش یکی از مهم ترین رودخانه های استان هرمزگان است که بر روی مخروط افکنه واقع شده، حوضه آبریز آن به علت حاصلخیزی و امکان دسترسی به منابع سطحی و زیرزمینی منشأ بسیاری از محصولات مهم و منحصر بفرد کشور ما نظیر مرکبات می باشد. در این تحقیق سیلاب رودخانه جاماش در دوره بازگشت-های مختلف به کمک مدل یک بعدی - دو بعدی mike flood شبیه سازی شده و خسارات وارد بر کاربری های شهری و روستایی در محیط arc gis مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. همچنین سناریوهای مختلف برای استراتژی های سازه ای و غیرسازه ای مدیریت سیلاب در نظر گرفته شده تا میزان ریسک سیلاب و خسارات ناشی از آن در حالات مختلف مورد ارزیابی و مقایسه قرار گیرد. نتایج نشان می دهد ترکیب روش سازه ای و غیرسازه ای راهکار مناسبی برای مقابله با سیلاب و پیشگیری از تلفات جانی و اقتصادی در این گونه مناطق می باشد.

مطالعه و شبیه سازی هیدرولیک جریان و رسوب در قوس ها به روش های مختلف همواره مورد توجه مهندسین علم هیدرولیک و مهندسی رودخانه بوده است. نیروهای تأثیرگذار بر جریان در قوس شامل نیروی گریز از مرکز ناشی از انحنای جریان ترکیب شده با پروفیل قائم سرعت غیریکنواخت، تنش های برشی و گرادیان فشار می باشد که باعث شیب جانبی سطح آب می شود. در این تحقیق، نحوه اصلاح الگوی جریان درون قوس تونل سد سیازاخ و کاهش آشفتگی و ارتفاع خیزآب درون تونل با تغییر هندسه تونل مورد توجه بوده است. به دلیل مشکلات ناشی از زمین-شناسی، در این تحقیق اصلاح و یکنواخت کردن ارتفاع سطح آب در مقطع عرضی بدون تغییر در شعاع و مسیر قوس مورد توجه بوده است. بنابراین برای اندازه گیری فشار و پروفیل جریان در طول قوس آزمایش هایی بر روی مدل فیزیکی تونل برای دبی های مختلف صورت گرفت. سپس از نتایج آزمایشگاهی برای کالیبره کردن مدل عددی هندسه ساخته شده در flow-3d استفاده شد. این مدل برای اصلاحات مختلف مقطع عرضی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج برای رسیدن به بهترین الگوی جریان مقایسه شد. نتایج نشان داد که یک دیواره طولی با ویژگی های مشخص در وسط تونل باعث تقسیم جریان شده و بهترین نتایج اصلاح پروفیل جریان حاصل می شود. با اضافه شدن این سازه ارتفاع خیزآب تقریباً به نصف کاهش یافته و همچنین شکل پروفیل عرضی جریان نیز به طور اساسی اصلاح شده است.

سرریز نیلوفری یکی از محدود سازه های جدای از بدنه سد می باشد که جهت تخلیه سیلابها از مخزن سد مورد استفاده قرار می گیرد و متشکل از یک دهانه قیف مانند و یک شفت عمودی و افقی می باشد و از آن در محل هایی که امکان ساخت دیگر سرریز موجود نباشد، استفاده می شود. طراحی این نوع سرریز به شکل خاصی صورت می گیرد، چرا که رفتار هیدرولیکی این سازه مرتبط با توپوگرافی اطراف، قطر تاج، انحنا یا قوس پایین دست، پروفیل سرریز و ابعاد تونل تخلیه کننده تحتانی می باشد. در این پایان نامه سعی شده است ، تأثیرات قطر تاج سرریز و عمق تقرب آن بر روی میدان جریان مورد آزمون و ارزیابی قرار گیرد. ابتدا به منظور بررسی و مقایسه پارامترهای هیدرولیکی بر روی مدل هیدرولیکی سرریز نیلوفری سد البرز در موسسه تحقیقات آب ایران 26 آزمون برای جریان های مختلف ورودی که هر سه رژیم جریان حاکم بر سرریزهای نیلوفری را پوشش می دهند، صورت گرفت و نتایج مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. سپس مدل هیدرولیکی سرریز نیلوفری سد البرز در نرم افزار flow-3d شبیه سازی و پس از صحت سنجی بهترین مدل شبیه سازی به منظور بررسی نهایی نتایج عددی جریان بر روی سرریزهای نیلوفری و مقایسه آنها با مقادیر حاصل از مدل آزمایشگاهی معرفی گردید. سپس به ازای قطرهای مختلف تاج سرریز ، شرایط میدان جریان در اطراف هواده شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق اطلاعات مفید و جدیدی را به منظور طراحی سرریزهای نیلوفری در اختیار طراحان قرار می دهد. لازم به ذکر است در تحقیقات آزمایشگاهی مقادیر فشار استاتیک، سرعت، عمق جریان و فشار دینامیکی و نوسانات آن برداشت شد. سپس با تحلیل نتایج آزمایشگاهی حاصل از برداشت نوسانات فشار پارامترهای ضرایب نوسانات فشار cpو نمودار تغییرات این پارامتر در راستای کف زانویی بر اساس شرایط هیدرولیکی جریان ورودی استخراج گردید. در این مطالعه همچنین ضریب نوسانات فشار cpشامل مقادیر حداکثر مثبت و منفی ضریب نوسانات فشار نحوه تغییرات این پارامتر در راستای کف زانویی استخراج گردید.

روش توسعه کم اثر (lid)، یکی از روش های نوین مدیریت رواناب شهری جهت حفظ و یا برگرداندن شرایط هیدرولوژیکی طبیعی یک حوضه آبریز و بهبود محیط زیست در آن است که اغلب در مناطق با اقلیم های معتدل و مرطوب بکار برده می شود و معمولا دانش محدودی در رابطه با عملکرد آن در اقلیم های خشک و نیمه خشک وجود دارد. این در حالیست که بخش وسیعی از کشور در چنین اقلیم هایی قرار گرفته است و در این گونه از مناطق، تکنیک های lid نه تنها برای مدیریت رواناب شهری، بلکه به عنوان روشی مفید جهت حفظ منابع آب مطرح می باشند. علاوه بر آن شیب منطقه یکی دیگر از فاکتورهایی است که باید در انتخاب روش های lid در نظر گرفته شود. شیبی که به مقدار کافی تند نباشد ممکن است باعث ذخیره و اثرات برگشت آب گردد. بنابراین در این تحقیق با بررسی تاثیر پارامترهای اقلیم و شیب در پانزده روش مطرح تکنیک های lid، نه روش از آنها، به صورت اولیه جهت استفاده در مناطق گرم و خشک با شیب کم انتخاب شده و از این بین با وزن دهی به پارامترهای کیفی تعیین کننده و بررسی روشهای انتخابی، سه تکنیک مخازن آب باران، زیست ماندهای بیولوژیکی و روسازی نفوذپذیر که بیشترین امتیاز را جهت استفاده در حوضه مطالعاتی بدست می آورند، مدلسازی می گردند. مخازن آب باران در سه فاز و بر اساس طول ماه های خشک و نیاز آبی باغچه های خانگی طراحی می شوند و با استفاده از مدل swmm تاثیر اجرای آن برای بارش با دوره بازگشت 2و 5 سال، بر روی شبکه جمع آوری آبهای سطحی بررسی می گردد. در سناریو دوم با تغییر 27 درصد از فضای سبز شهری به زیست ماند بیولوژیکی، نتایج مربوطه بررسی می شود. همچنین در سناریو سوم از روسازی نفوذپذیر، جهت افزایش قابلیت نفوذ حوضه استفاده می گردد. بکارگیری مخازن آب باران در سرتاسر حوضه (فاز سوم)، بیشترین تاثیر را روی بار هیدرولیکی جریان خروجی می گذارد و علاوه بر آن آب مورد نیاز جهت آبیاری باغچه های خانگی در طول 5 ماه خشک سال و مصرف شست و شوی داخلی در 7 ماه دیگر را تامین می کند. تغییر کاربری فضاهای سبز شهری به زیست ماند بیولوژیکی هر چند نسبت به روسازی نفوذپذیر، نتایج مطلوب تری حاصل می کند، با این وجود در قیاس با مخازن آب باران، درصد کمتری کاهش در بار هیدرولیکی جریان خروجی از تخلیه گاههای حوضه مطالعاتی نشان می دهد.

شرایط هیدرولیکی جریان در سرریز تونلی در حالت های با و بدون هوادهی بروش آزمایشگاهی و عددی بررسی گردید و با انجام آزمایشهای لازم مدل عددی ساخته شده صحت سنجی گردید و با انتخاب بهترین مدل عددی تاثیر هندسی هواده ها بر میدان جریان و میزان هواده هی بررسی شد و مشاهده گردید که هوادهی بر میدان جریان در حالت جریان با رژیم خفگی کامل تاثیر مثبت دارد.