دلایل اصلی استفاده از سرریز پلکانی اتلاف انرژی و هوادهی جریان می باشد. اتلاف انرژی سرریز پلکانی باعث کاهش هزینه های ساخت حوضچه آرامش و هوادهی جریان باعث جلوگیری از خسارت های کاویتاسیون می شود. در پله های ابتدائی سرریز، در نزدیکی دیواره ها، آشفتگی تولید می شود و لایه مرزی تا زمانی که لبه بیرونی لایه مرزی به سطح آب برسد، رشد می کند. زمانی که لبه بیرونی لایه مرزی به سطح آب برسد، آشفتگی می تواند به صورت طبیعی شروع به هوادهی سطح آزاد کند. بنابراین جریان بر روی این نوع از سرریزها به شدت آشفته می باشد و در شبیه سازی آن مدل آشفتگی تأثیر بسزایی در نتایج دارد. برای مدل سازی جریان از نرم افزار انسیس فلوئنت استفاده شده است. این نرم افزار با استفاده از روش حجم محدود معادلات حاکم بر جریان را حل می نماید. در این تحقیق شبیه سازی سطح آزاد با استفاده از روش حجم سیال (vof) می باشد. مدل های آشفتگی k-? استاندارد، k-? rng ،k-? تحقق پذیر، k-? استاندارد و k-? sst باهم مقایسه شده اند. برای صحت سنجی شبیه سازی از نتایج مدل آزمایشگاهی سرریز سد سیاه بیشه بالا استفاده شده است. پروفیل فشار سطح افقی پله ها رسم شده و نتایج شبیه سازی با آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که سه مدل k-? rng و k-? استاندارد و k-? sst به داده های آزمایشگاهی نزدیک تر می باشند. مدل k-? rng در نواحی نزدیک دیوار ( برای این مدل باید تابع دیوار مناسب انتخاب شود) و مدل k-? استاندارد در نواحی دور از دیوار و جریان برشی آزاد ضعیف عمل می نمایند. مدل k-? sst در نواحی نزدیک دیوار به صورت مدل k-? استاندارد و در نواحی دور از دیوار به صورت مدل k-? استاندارد عمل می کند، در نتیجه این مدل نقاط ضعف دو مدل k-? استاندارد و k-? rng را پوشش داده و مناسب تر می باشد. در ادامه اتلاف انرژی برای دبی های در واحد عرض 4.5، 7.5، 9 و 10.15 m2/s در شیب ?21.8 بررسی شده است. نتایج نشان می دهند بیشترین میزان اتلاف انرژی85.86و کمترین آن 72.7 درصد می باشند. همچنین با افزایش دبی در واحد عرض از میزان افت انرژی کاسته می شود. بنابراین در سرریز پلکانی انرژی قابل توجهی اتلاف می شود و این امر می تواند باعث کاهش هزینه های ساخت حوضچه آرامش و یا حتی حذف آن شود.

رودخانه ها و آب های سطحی راهی برای انتقال آلاینده ها به محیط زیست و انسان می باشند. رودخانه ها فاضلاب ناشی از فعالیت های انسانی را دریافت کرده و به کمک فرآیند انتقال – انتشار آلودگی را در مسیر رودخانه پخش و غلظت آن را کاهش می دهند. این ویژگی خود پالایی رودخانه ها، جوامع را قادر می سازد که فاضلاب آلوده خود را به درون رودخانه ها رها سازند؛ در حالی که میانگین کیفیت آب رودخانه ها برای اهداف مختلف قابل قبول باقی می ماند. پخش آلودگی به حداقلی از مسافت نیاز دارد تا فرآیند پخش و اختلاط به طور کامل انجام شود. این مسافت وابسته به غلظت آلودگی، شرایط هیدرولیکی رودخانه، شرایط هیدرولیکی ورود فاضلاب مانند سرعت، زاویه ورود به آبراهه اصلی و مواردی مانند آن است. از آنجا که در طول این مسافت غلظت آلودگی فراتر از حد مجاز است، در نتیجه کاهش این مسافت یک مصلحت مهندسی است. یکی از راه های کاهش این طول افزایش اختلاط در آب به کمک افزایش آشفتگی در جریان است. یک روش افزایش آشفتگی، عبور جریان از یک بازشدگی ناگهانی است. در این پژوهش اثر نقاط مختلف ورود آلودگی، نسبت های مختلف بازشدگی و سرعت های مختلف جریان در توزیع آلودگی بوسیله مدل دو بعدی توزیع آلودگی که به زبان های برنامه نویسی fortran و matlab نوشته شده است، بررسی می شود. نتایج نشان داد که بازشدگی های ناگهانی با نسبت بازشدگی 0.1 تا 0.2 کارآمدتر است.

جریان گل آلود یا ثقلی را می توان ورود یک سیال با جرم مخصوص معلوم در یک توده سیال با جرم مخصوص متفاوت، توصیف کرد. هنگامی که جریان گل آلود رودخانه وارد مخزن پشت سد می شود، به علت سنگینتر بودن از آب محیط اطراف خود به داخل آن فرو رفته و در روی کف و در جهت شیب بستر، جریان می یابد. به این پدیده که در اثر اختلاف چگالی بین لایه های مختلف سیال بوجود می آید. جریان چگال گفته می شود. جریان چگالی حاوی ذرات جامد معلق، اصطلاحاً جریان گل آلود نامیده می شود. اگر جرم مخصوص سیال ورودی از جرم مخصوص توده سیال ساکن محیط بیشتر باشد، بصورت یک جریان غلیظ زیرگذر حرکت خواهد کرد. با پیدایش رایانه ها و راهکارهای جدید برای حل معادلات دیفرانسیل جزیی حرکت آب و رسوبات، مدلهای ریاضی متعدد با فرضیات ساده کننده و درجه های مختلف دقت به منظور شبیه سازی روند رسوبگذاری در مخزن سدها بوجود آمده اند. به دلیل دشواری عملیات اندازه گیری مستقیم رسوبات نهشته شده در مخازن و بالا بودن هزینه های آن، و همچنین عدم کارایی روشهای تجربی برای کلیه سدها، مدل های ریاضی و رایانه ای به عنوان ابزارهایی بسیار مفید و کارآمد مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند. در این پایان نامه سعی شده است تا کاربرد و ارزیابی مدل flow-3d در شبیه سازی انتشار جریان گل آلود در مخازن سدها مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. در این پژوهش به بررسی اثرات غلظت، اندازه دانهها و شیب بستر بر روی مشخصات جریان شامل سرعت و ارتفاع رسوبات انباشته شده پرداخته می شود. در ادامه با تغییر مورفولوژی در محل رسوبات تغییرات الگوی ر سوب گذاری مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج این پژوهش در شناخت وضعیت جهش در جریان گل آلود و حاوی ذرات ریز رسوب و پیش بینی مشخصات آن در طراحی مفید خواهد بود. مطالعه حاضر در 5 فصل گردآوری شده است که پس از مقدمه حاضر، در فصل دوم به تئوری جریان غلیظ و گل آلود و چگونگی پیدایش آن پرداخته شده است. در ادامه اشاره ای بر تحقیقات گذشته در زمینه جریان غلیظ و گل آلود شده است. فصل سوم به بیان معادلات حاکم بر جریان از جمله معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و مدل های آشفتگی چون rng و k-? می پردازد. سپس روش های عددی مختلف که برای حل معادلات جریان مورد استفاده قرار می گیرند به اختصار معرفی شده است. سپس خصوصیات و روش های موجود در نرم افزار مورد استفاده در این پایان نامه (flow- 3d) به تفصیل بیان گردیده اند. در فصل چهارم، نرم افزار flow-3d با کمک نتایج حاصل از مقاله آزمایشگاهی baas صحت سنجی شد و پس از بررسی آزمونهای مختلف جهت صحت سنجی مدل، اثر تغییرات مورفولوژی بر الگوی رسوبگذاری مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت بهترین و کالیبره ترین مدل عددی برای شبیه سازی انتشار جریان گلآلود ارائه می گردد که می توان در تحقیقات آتی از آن استفاده نمود. در فصل آخر، نتایج حاصل از شبیه سازی ها ارائه گردید و ضمن جمع بندی، نقاط قوت و ضعف مدل به همراه پیشنهادات لازم بیان شد.

در این پایان نامه به بررسی تاثیرات نفوذپذیری بستر بر تغییرات مشخصات موج سیلاب مانند عمق، دبی و سرعت جریان پرداخته شده است