وجود هرگونه تغییر هندسی مانند تبدیل در مسیر کانال­های با جریان فوق بحرانی، موجب تغییر ناگهانی عمق و سرعت جریان و تشکیل امواج ضربه­ ای می­ شود. در این تحقیق، ارتفاع و سرعت امواج ضربه­ای در تبدیل­های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه ­ای و مستطیلی با به­کارگیری مدل­های آزمایشگاهی بررسی شد. زاویۀ شیب جانبی دیواره­ها 45، 60، 70 و 90 درجه و نسبت همگرایی 1 به 2، 1 به 3 و 1 به 4 به­عنوان متغیرهای هندسی و همچنین چهار عدد فرود مختلف در محدوده 23/9-25/3 به ­عنوان متغیر هیدرولیکی آزمایش­ها در نظر گرفته شد. تحلیل پروفیل­های سرعت و سطح آزاد امواج ضربه ­ای نشان می‌دهد که در حالت کلی، افزایش زاویۀ شیب جانبی دیوارۀ تبدیل، کاهش نسبت همگرایی و افزایش عدد فرود جریان رابطه­ ای مستقیم دارد با افزایش ارتفاع و سرعت امواج. نتایج تحقیق همچنین نشان می‌دهد که بیشینۀ ارتفاع امواج ضربه­ای در تبدیل­های همگرا با مقاطع ذوزنقه­ ای، به ­ازای نسبت همگرایی 1 به 2 و زاویه­ های شیب جانبی 45، 60 و 70 درجه، در مقایسه با مقطع مستطیلی، به­ طور میانگین به ­ترتیب به­ میزان 34/59، 27/44 و 04/24 درصد کاهش می‌یابد. همچنین، بیشینۀ سرعت امواج ضربه­ای به­ازای شرایط مذکور به­ترتیب به­میزان 51/37، 23/25 و 67/14 درصد کاهش می‌یابد. نظر به اینکه کانال­های اجرایی عمدتا با مقطع ذوزنقه­ای ساخته می­ شوند، یافته­ های پژوهش حاضر برای مهندسان طراح می­ تواند بسیار سودمند باشد.

مطالعۀ هیدرولیک جریان در تلاقی رودخانه ­ها و کانال­ های روباز از جنبه­ های مختلف شامل فرسایش، رسوب­گذاری و ملاحظات زیست محیطی بااهمیت است. یکی از مهم­ترین خصوصیات مورد توجه در محل تلاقی، ابعاد ناحیة جداشدگی جریان است. این ناحیه بلافاصله بعد از گوشۀ پایینی محل تلاقی در حین ورود جریان از شاخۀ فرعی به شخة اصلی به­ وجود می­ آید. در پژوهش حاضر تأثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی بر ابعاد ناحیۀ جداشدگی جریان بررسی شده است. آزمایش­ ها به­ ازای چهار نسبت دبی، چهار عدد فرود پایاب و زاویه­ های 45، 60، 75 و 90 درجه اجرا شده است. نتایج به‌دست‌ آمده حاکی از افزایش ابعاد ناحیۀ جداشدگی در اثر کاهش زاویۀ شیب جانبی دیوار کانال اصلی است. میانگین افزایش طول ناحیۀ جداشدگی به­ ازای زاویه­ های 45، 60 و 75 درجه نسبت به دیوار قائم به ­ترتیب برابر 55/3، 30/3 و 15/5 درصد به‌دست‌ آمده است. مقادیر گفته شده برای پهنای ناحیۀ جداشدگی به ­ترتیب برابر 33/8، 22/7 و 10/8 درصد است. کاهش عدد فرود پایاب و افزایش نسبت دبی کانال فرعی به کانال اصلی نیز با افزایش ابعاد ناحیۀ جداشدگی همراه است. همچنین، متناسب با افزایش زاویۀ شیب جانبی، شاخص شکل ناحیۀ جداشدگی افزایش می‌یابد به­طوری­که میانگین مقادیر آن به­ ازای زاویه ­های 45، 60، 75 و 90 درجه به­ترتیب برابر 0/144، 0/147، 0/150 و 0/156 به­ دست آمده است. علاوه بر آن، روابطی رگرسیونی برای محاسبۀ طول و پهنای ناحیۀ جداشدگی و بر اساس متغیرهای بی­ بعد تحقیق حاضر استخراج و به­ ازای شیب جانبی 90 درجه با روابطی مقایسه شد که دیگر محققان به­ کار برده‌اند.

سابقه و هدف: تبدیل‌های همگرا در جریان‌های فوق بحرانی کاربردهای گسترده‌ای دارند. از جمله آن می‌توان به انتقال جریان از کانال‌های آبگیر سدها به سرریزهای تونلی، کاهش عرض کانال در تندآب‌ها و کاهش زمان انتقال جریان در کانال‌های انتقال سیلاب اشاره کرد. در مطالعه جریان‌های فوق بحرانی تشکیل امواج ضربه‌ای از اهمیت بالایی برخوردار است. تولید و توسعه این امواج به دلیل افزایش ارتفاع آب به اندازه چندین برابر عمق جریان ورودی و گسترش آن در محدوده وسیعی از کانال پایین دست و ناهموار ساختن سطح آب به لحاظ مهندسی نامطلوب بوده و هر گونه طراحی ضعیف کانال می‌تواند منجر به آبشستگی دیواره‌ها و کف کانال، آسیب رساندن به تجهیزات در مسیر جریان و بالا بردن هزینه‌های مربوط به نگهداری و کاهش راندمان انتقال آب گردد. در تحقیق حاضر تشکیل امواج ضربه‌ای در تبدیل‌های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه‌ای و مستطیلی با به‌کارگیری مدل-های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت.مواد و روش‌ها: به منظور بررسی پارامترهای هیدرولیکی امواج ضربه‌ای در تبدیل‌های همگرا، دوازده مدل با هندسه‌های متفاوت به‌کار گرفته شد. طول مورب دیواره‌های تبدیل (5/0، 75/0 و 1 متر) و زاویه شیب جانبی دیواره-ها (69/33، 45، 60 و 90 درجه) متغیرهای هندسی مورد مطالعه در تحقیق حاضر بود. مقدار نسبت همگرایی در کلیه مدل‌ها برابر 5/0 در نظر گرفته شد. مقادیر ارتفاع و سرعت لحظه‌ای در نقاط مختلف امواج ضربه‌ای تشکیل شده در مدل‌های مذکور به ازای چهار عدد فرود مختلف در محدوده 23/9-25/3 اندازه‌گیری شد. یافته‌ها: مقادیر اندازه‌گیری شده در تبدیل‌های همگرا حاکی از توزیع غیریکنواخت سرعت در راستای قائم امواج ضربه‌ای بود. همچنین حرکت جبهه موج به سمت پایین‌دست با کاهش سرعت و افزایش ارتفاع موج همراه بود که به ازای هندسه‌های مختلف تبدیل، روند تغییرات مذکور نیز متفاوت بود. نتایج نشان داد حداکثر ارتفاع امواج ضربه-ای در تبدیل‌های همگرا با مقاطع ذوزنقه‌ای به ازای زوایای شیب جانبی 69/33، 45 و 60 درجه نسبت به مقاطع مستطیلی به‌طور میانگین، به ترتیب به میزان 8/64، 3/54 و 6/39 درصد کاهش یافت. همچنین حداکثر سرعت امواج ضربه‌ای در تبدیل‌های همگرا با مقاطع ذوزنقه‌ای به ازای زوایای شیب جانبی مذکور نسبت به مقاطع مستطیلی به‌طور میانگین، به ترتیب به میزان 1/39، 6/31 و 5/16 درصد کاهش یافت. به‌ازای عدد فرود ثابت و طول یکسان دیواره تبدیل، افزایش زاویه شیب جانبی با افزایش استهلاک انرژی امواج ضربه‌ای همراه بود. همچنین بیشترین نرخ استهلاک انرژی در طول دیواره 5/0 متر مشاهده شد. به‌طوری‌که مقادیر افت انرژی امواج ضربه‌ای به‌ازای طول دیواره مذکور، عدد فرود 26/7 و زوایای شیب جانبی 69/33، 45، 60 و 90 درجه به‌ترتیب برابر 69/14، 43/15، 34/16 و 72/18 درصد به‌دست آمد.نتیجه‌گیری: تحلیل پروفیل‌های سرعت و سطح آزاد امواج ضربه‌ای حاکی از آن بود که در حالت کلی کاهش زاویه شیب جانبی (افزایش شیب جانبی) دیواره تبدیل، افزایش طول مورب دیواره تبدیل و همچنین کاهش عدد فرود جریان رابطه مستقیم با کاهش ارتفاع و سرعت امواج دارد. نظر به اینکه کانال‌های اجرایی عمدتاً با مقطع ذوزنقه‌ای ساخته و بهره‌برداری می‌شوند، یافته‌های تحقیق حاضر برای مهندسین طراح می‌تواند بسیار سودمند باشد.

ارائه راهکاری مناسب جهت برآورد دقیق بار معلق رودخانهها در پروژههای آبی، مهندسی رودخانه و آبیاریکاربردهای فراوانی دارد. به دلیل تأثیر پارامترهای مختلف بر انتقال رسوبات در رودخانهها، تعیین معادلات حاکم برآن مشکل بوده و مدلهای ریاضی نیز در این راستا از دقت کافی برخوردار نیستند. امروزه استفاده از سیستمهایهوش مصنوعی به عنوان راهکاری جدید در تحلیل مسائل آبی، گسترش یافته است. در تحقیق حاضر منطق فازی-عصبی و شبکه های عصبی، برای تعیین میزان رسوبات معلق رودخانه آجیچای به کار برده شد و با استفاده ازدادههای دبی ،رسوب و اشل، مدلهای مذکور و منحنی سنجه رسوب تهیه گردید. همچنین دورههای آماری به سهفصل تر، خشک و ذوب برف تقسیم شده و کلیه مدلها برای این سه دوره مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج حاصل ازاین تحقیق نشان داد که منطق فازی-عصبی در مقایسه با شبکه های عصبی و منحنی سنجه از دقت بیشتری دربرآورد رسوبات معلق رودخانه برخوردار است.

امواج ضربه ای عمدتا در هنگام عبور جریان فوق بحرانی در کانال های غیر منشوری به وجود می آیند. در تحقیق حاضر مقادیر ارتفاع و سرعت لحظه ای در نقاط مختلف امواج ضربه ای به ازای چهار عدد فرود مختلف در دو تبدیل با نسبت همگرایی ثابت و با زوایای همگرایی 7/6 و 21/3 درجه (مدل های یک و دو)، اندازه گیری شد. همچنین به منظور شبیه سازی سه بعدی از مدل های آشفتگی RNG k-e و RSM استفاده گردید. میانگین خطای نسبی محاسبه پروفیل سطح موج توسط مدل های آشفتگی مذکور به ازای عدد فرود 7 در مدل یک به ترتیب 1/82درصد و 1/06درصد و در مدل دو به ترتیب 3/46درصد و 2/67درصد بدست آمد. همچنین میانگین خطای نسبی محاسبه سرعت موج به ازای شرایط فوق در مدل یک به ترتیب 2/35درصد و 1/44درصد و در مدل دو به ترتیب 5/75درصد و 3/23درصد حاصل شد. نتایج حاکی از آن بود که مدل آشفتگی RSM در شبیه سازی امواج ضربه ای عملکرد بهتری به همراه دارد.