در این تحقیق با استفاده از مدل فیزیکی، مؤلفه­های مختلفی که بر روی افت انرژی جریان عبوری از روی سرریزهای پله­ای توری­سنگی مؤثر هستند، مطالعه و با نتایج دیگر محققان نیز مقایسه صورت گرفته است. جریان عبوری از سرریز توری­سنگی هم به صورت درون­گذر و هم به صورت روگذر انجام گرفت. دامنه دبی بکار رفته در این تحقیق در محدوده 5 الی 65 لیتر بر ثانیه است. از ذرات یکنواخت با سه قطر متوسط 10، 25 و 40 میلی­متر استفاده شد. ارتفاع و عرض مدل­های فیزیکی ساخته شده از سرریز پلکانی توری­سنگی به ترتیب 60 و 40 سانتی­متر، با پله­های 3 تایی و شیب­نمای پایین­دست سرریزها (افقی: عمودی) 1:1، 1:2 و 1:3 هستند. آستانه­های انتهایی به کار گرفته شده مستطیلی و شیب­دار هستند. نتایج نشان داد که تأثیر آستانه­ها در سرریزهای پله­ای توری­سنگی با شیب­نمای پایین­دست کمتر، بیشتر از حالتی است که سرریز دارای شیب­نمای پایین­دست تندتر است. تأثیر آستانه­ها بر افت انرژی جریان در سرریز با مصالح 40 میلی­متر و شیب­نمای پایین­دست 1:2 حدود 10 درصد بیشتر از همان سرریز با شیب­نمای پایین­دست 1:1 بوده و در سرریز با مصالح 10 میلی­متر و شیب­نمای پایین­دست 1:2 حدود 30 الی 35 درصد بیشتر از همان سرریز با شیب­نمای پایین­دست 1:1 است. لذا وجود آستانه­ها در سرریز پله­ای با بدنه مصالح 10 و 40 میلی­متر به ترتیب بیشترین و کمترین تأثیر را بر افت انرژی جریان دارند. از طرفی تأثیر آستانه مستطیلی بر افت انرژی جریان حدود 3 الی 4 درصد بیشتر از تأثیر آستانه مثلثی است.

در رودخانه­ها سازه­های هیدرولیکی به صورت مانعی در برابر جریان آب قرار دارند و الگوی جریان در نزدیکی خود را تغییر داده و به صورت موضعی باعث آبشستگی در اطراف سازه می­شوند. آبشستگی پایه پل از پدیده­های مهم در هیدرولیک رسوب بوده که در اثر آن حفره­ای در اطراف پایه به­وجود می­آید و پایداری آن را تضعیف می­کند. روش­های مختلفی برای جلوگیری یا کاهش آبشستگی موضعی ارائه شده است که در این تحقیق تأثیر طوق، مواد نانورس و زاویه پایه پل در گروه پایه­ها مورد مطالعه واقع شده است. نتایج نشان می­دهد پایه پل با زاویه 15 درجه بیشترین کاهش عمق حفره آبشستگی را دارا می­باشد. بررسی­ها بیانگر آن است که در گروه پایه­ها با زاویه کج­شدگی 15 درجه کاهش 14 درصدی حفره آبشستگی و در حالت طوق دار کاهش 86 درصدی وجود دارد. هم­چنین با استفاده از مواد نانورس عمق حفره آبشستگی در حالت بدون طوق 5/18 درصد کاهش یافته است.

در این تحقیق، خصوصیات جریان و پارامترهای فشار در پرش هیدرولیکی در یک فلوم آزمایشگاهی بررسی شده است. نتایج حاصل برای اعداد فرود اولیه مختلف (Fr1) در پاییندست سرریز اوجی در کف حوضچه آرامش نوع دو USBR با حوضچههای نوع یک USBR مقایسه شده است. ابعاد سرریز اوجی شکل و حوضچه آرامش، بر اساس معیارهای USBR طراحی شدهاند. دادههای فشار نقاط در کف حوضچه با استفاده از مبدل‌های فشار با بسامد 20 هرتز ثبت شده‌اند. پارامترهای آزمایشگاهی شامل عمق و سرعت جریان در موقعیت‌های ابتدا و انتهای پرش آزاد (Y1، Y2، V1، و V2)، و پرش مستغرق (Y3، Yt، V3، و Vt) اندازه‌گیری شدند. در تحقیق حاضر، پارامترهای بی‌بعد راندمان استهلاک انرژی (et)، ارتفاع نظیر فشار متوسط (Ψ*X)، انحراف معیار نوسانات فشار (Φ*X)، ضریب حداکثر نوسان فشارهای مثبت (CP+)، ضریب حداکثر نوسان فشارهای منفی (CP‒)، ضریب کل نوسانات فشار (CP) و ضریب چولگی (Ad) بررسی شدند. مقادیر پارامترهای فشار تابع Fr1، موقعیت نقطه (Γ*X) و درجه استغراق (S) هستند. نتایج نشان داد که با کاهش مقادیر Fr1، پارامتر et کاهش می‌یابد. پارامتر Φ*X max در حوضچه نوع دو USBR در مقایسه با حوضچه‌های نوع یک در پرش آزاد، در حدود 30 درصد کاهش می‌یابد. کاهش مقادیر Φ*X max در پرش مستغرق با S=1.4در مقایسه با پرش آزاد، در حدود 29 درصد است. مقادیر ضرایب CP+max و |CP‒|maxدر پرش مستغرق با S=1.4 در مقایسه با پرش آزاد، به طور متوسط به ترتیب برابر با 15 و 17 درصد کاهش می‌یابند.

در تحقیق حاضر، نوسانات فشار جریان در کف حوضچه آرامش تیپ دو USBR در پایین­دست سرریز اوجی با استفاده از ترانسدیوسرهای فشار اندازه­گیری گردید. آزمایش­ها در یک فلوم آزمایشگاهی در شرایط مختلف جریان انجام گرفت. بعلاوه، میدان فشار در پرش هیدرولیکی مستغرق، به منظور کمک به درک بهتر فرآیند استهلاک انرژی و طراحی بهینه حوضچه­های آرامش مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از پارامترهای بی‌بعد، تأثیر استغراق بر روی توزیع طولی فشار متوسط و شدت نوسانات فشار ارزیابی گردید. برداشت داده­های فشار برای اعداد فرود اولیه مختلف (Fr1) در محدوده 4/6 تا 3/8، و فاکتور استغراق (S) در محدوده 1 تا 4/1 انجام گردید. بر اساس تحلیل ابعادی، مقادیر ضریب شدت نوسانات فشار (Cʹp ) تابعی از پارامترهای Fr1، S و فاصله نسبی از ابتدای حوضچه (X/Y1) می­باشد. نتایج نشان داد که مقادیر حداکثر ضریب Cʹp در حوضچه تیپ دو نسبت به حوضچه­های صاف، حدود 30 درصد کاهش می­یابد. در ناحیه پایین­دست حوضچه آرامش (X/Y1>10)، متوسط مقادیر Cʹp در پرش­های مستغرق نسبت به پرش آزاد، حدود 25 درصد کاهش می­یابد.

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.

سرریزهای جانبی سازه­هایی هیدرولیکی هستند که در دیوارۀ جانبیکانالنصب می­شوند و جریان مازاد بر دبی طراحی را از کانال خارج می­کنند. سرریزهای کنگره­ای در پلان دارای شکستگی­اند و در نتیجه طول موثر و در برخی موارد ضریب دبی بیشتری نسبت به سرریزهای ساده دارند. در تحقیق حاضر، تأثیر استفاده از شمع­ها با آرایش­های مختلف بر ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم­دایره­ای تک­سیکل بررسی شده است. آزمایش­ها در کانال مستطیلی و شرایط زیر بحرانی و محدودۀعدد فرود 37/0-1/0 اجرا شده­اند. سه قطر مختلف برای سرریزهای جانبی کنگره­ای نیم­دایره­ای با ارتفاع ثابت در نظر گرفته شد. شمع­های مورد استفاده استوانه­ای و هم­ارتفاع با سرریز جانبی هستند. تعداد شمع­ها از 1 تا 3 و در کل 14 آرایش برای آنها در نظر گرفته شد. ابتدا تأثیر پارامترهای بی­بعد استخراج شده از روش باکینگهام بر ضریب دبی سرریز جانبی بررسیو پس از آن رابطه­ای برای محاسبۀ ضریب دبی سرریز جانبی کنگره­ای نیم­دایره­ای همراه با شمع­ها با دقت قابل قبولاستخراج شد. نتایج بررسی­ها نشان می­دهد که ضریب دبی سرریز جانبی کنگره­ای نیم­دایره­ای در حالتی­که شمع وجود دارد بیشتر از حالت بدون شمع است. در واقع وجود شمع­ باعث بهبود عملکرد هیدرولیکی سرریزهای جانبی نیم­دایره­ای می­شود به­طوری­که در محدوده عدد فرود مورد مطالعه، ضریب دبی سرریزها تا 15 درصد افزایش و تغییرات انرژی مخصوص در طول سرریزها تا 34 درصد کاهش می­یابد. بیشترین افزایش در ضریب دبی و بیشترین کاهش در تغییرات انرژی مخصوص مربوط به آرایشی است که سه شمع در لبۀ پایین­دست سرریز قرارگیرند.

یکی از مهم­ترین مسائلی که در علم مهندسی رودخانه مورد توجه ویژه قرار دارد، ساماندهی رودخانه در محل قوس می‌باشد. عملیات ساماندهی رودخانه­ها جهت جلوگیری از تغییر انحناء قوس، حفاظت از دیواره خارجی در برابر فرسایش و هم­چنین کنترل رسوبگذاری در مجاورت دیواره داخلی رودخانه­ها انجام می­شود. یکی از روش­های کاربردی جهت ساماندهی رودخانه­ها، تثبیت سواحل و محافظت آن در برابر فرسایش، استفاده از صفحات مستغرق می­باشد. صفحات مستغرق سازه‌های هدایت کننده جریان می­باشند که در کف رودخانه با زاویه­ای نسبت به جریان اصلی نصب شده و برای اصلاح الگوی جریان مجاور بستر، طراحی می‌گردند. در این تحقیق پس از انجام تحلیل ابعادی و تعیین پارامترهای بدون بعد مؤثر، صفحات مستغرق در سه طول و سه زاویه مختلف در کانالی با قوس ملایم سینوسی قرار داده شد و عملکرد آن­ها با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش طول و فاصله بین صفحات مستغرق در یک عدد فرود ثابت، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می­یابد، به­طوری­که بیش­ترین مقدار حداکثر عمق آبشستگی صفحه اول در زاویه 110 درجه و طول 66/2 مشاهده شد. مناسب­ترین زاویه برای استقرار صفحات مستغرق، زاویه 140 درجه و مخرب­ترین زاویه استقرار، زاویه 110 درجه است.

تقاطع کانال ها در شبکه های انتقال آب اهمیت ویژه ای دارند. به همین علت مطالعه ویژگی های جریان در این محل ها مورد توجه محققین قرار دارد. شبیه سازی عددی مسایل مهندسی این امکان را می دهد که با کمترین هزینه و پرهیز از مشکلات روش های آزمایشگاهی به پاسخ مورد نظر دست یافت. لذا هدف از این تحقیق ارائه یک مدل تحلیلی برای هیدرولیک جریان در تلاقی کانال های روباز بر اساس معادلات پیوستگی، انرژی و مومنتوم و تعدادی فرضیات ساده کننده و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی به منظور صحت سنجی مدل تحلیلی می باشد. آزمایشات در دو شیب جانبی 90 و 45 درجه ی کانال اصلی انجام گرفت. متغیرهای مورد بررسی شامل نسبت اعماق در محل تلاقی می باشد. نتایج تحقیق نشان داد که افزایش عدد فرود و افزایش نسبت دبی ورودی سبب افزایش تلاطم شده که نتیجه آن کاهش دقت نتایج مدل تحلیلی بود. همچنین افزایش زاویه شیب جانبی کانال اصلی با راستای افق سبب افزایش سطح مقطع کانال اصلی و کاهش سرعت شده که نتیجه آن میزان تلاطم کمتر جریان و دقت بیشتر مدل تحلیلی بود. در مدل تحلیلی بیشترین خطا مربوط به زاویه 90 درجه، نسبت دبی های بالا و عمق جریان در کانال ورودی اصلی بود که در حدود 15% گزارش شد و کمترین میزان خطا مربوط به زاویه 45 درجه، نسبت دبی پایین و عمق جریان در کانال خروجی اصلی بود که در حدود 5% گزارش شد.

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.

هر ساله وقو ع باران های شدید باعث ایجاد شکست در تعداد زیادی از شیب های خا کی می شود .در طول این بارانها، سطح آب زیرزمینی باال آمده و باعث افزایش فشار آب منفذی و کاهش پایداری شیب میگردد. استفاده از زهکش های افقی روشی مؤثر و کم هزینه جهت کنترل پایداری شیب در این حالت می باشد. هدف از این تحقیق، بررسی عددی عملکرد زهکش های افقی در افزایش پایداری شیب های خا کی در شرایط بارندگی شدید می باشد. برای نیل به این هدف از نرم افزارSEEP/W و SLOPE/W که متعلق به بسته نرم افزاری Geo-Studi می باشند، استفاده شده است. نتایج نشان داد که افزایش طول، ضخامت و تعداد زهکشهای افقی موجب افزایش ضریب اطمینان پایداری شیب در زمان وقو ع بارندگی های شدید و حفظ پایداری شیب می گردد. همچنین بکارگیری زهکش های افقی در قسمت پایین شیب تأثیر بیشتری نسبت به بکارگیری زهکش های افقی در قسمت های وسط و بالای شیب در پایدارسازی شیب خا کی دارد. طول نسبی زهکش برابر 0/4 برای افزایش پایداری شیب مناسب تشخیص داده شد. افزایش ضخامت زهکش افقی تأثیر مثبت بیشتری بر پایداری شیب نسبت به افزایش طول زهکش دارد.

پرش هیدرولیکی تغییر ناگهانی جریان از حالت فوق بحرانی به زیربحرانی است که این پدیده هیدرولیکی به­صورت متلاطم و همراه با محدوده وسیعی از گرداب­های با مقیاس بزرگ و کوچک می­باشد.اتلاف انرژی در پرش هیدرولیکی همواره همراه با نوسانات بزرگ فشار با فرکانس کم است کهمی­تواندباعثایجاد خسارت و فرسایش شده وامنیت سازهرابهخطراندازد. در تحقیق حاضر تأثیر اجزای زبر غیرممتد لوزی شکل با زبری نسبی ( ) 67/0 و 33/1 بر نوسانات فشار در پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده با افزایش عدد فرود نوسانات فشار افزایش می­یابد که ناشی از افزایش شدت تلاطم در پرش هیدرولیکی می­باشد. در بستر زبر در فاصله طولی نوسانات فشار بیشتر و به سمت پایین­دست پرش نوسانات فشار در مقایسه با پرش هیدرولیکی بر روی بستر صاف به‌طور متوسط در حدود 80 درصد کاهش می­یابد. تغییرات فشار متوسط در پرش هیدرولیکی بر روی بستر زبر در طول نسبی تقریبا ثابت می­گردد. در تحقیق حاضر، مقادیر حداکثر و 178/0 و 134/0 به‌دست‌ آمد.

زبری سیلاب­دشت­ درکانال مرکب و تاثیر آن بر پارامترهای هیدرولیکی نظیر تنش برشی مرزی و برآورد آن یکی از مسائلی است که توجه مهندسین را به خود جلب کرده است. هدف از تحقیق حاضر تعیین نحوه و نسبت توزیع تنش برشی در جداره‌ها وکف مقطع نیمه ­مرکب و تغییرات پروفیل سرعت در شرایط بستر صاف و زبر است. جهت بررسی اثر زبری بر این پارامترها، از چهار نوع زبری صلب از جنس چوب استفاده شد. این زبری‌ها با آرایش زیگزاگی با دو فاصلهk 4 و k8 درسیلاب‌دشت قرار داده شد. در مجموع 90 آزمایش انجام شد که دبی جریان در محدوده 4/54 -66/21 لیتر بر ثانیه بود. جهت محاسبه تنش برشی از پرستون تیوب با قطر خارجی 3 میلی­متر و مجهز به حسگرهای فشار دینامیکی استفاده گردید. جهت تبدیل تفاضل فشار استاتیکی و دینامیکی قرائت شده توسط لوله پرستون به تنش برشی از منحنی کالیبراسیون پاتل استفاده شد. نتایج نشان داد که برای آرایش زیگزاگی با تراکم k4 به دلیل اینکه تراکم زبری­ها زیاد بود و مساحت بیش­تری از سیلاب­دشت پوشیده از زبری است­ تنش برشی کاهش یافته است. در بستر زبر تنش برشی درسیلاب­دشت افزایش قابل ملاحظه­ای نسبت به بستر صاف داشت و توزیع تنش طوری بود که روند نزولی آن از کانال اصلی تا دیواره سیلاب­دشت بود. میزان افزایش تنش برشی با زبری به فاصله k8، 27% تا 38% بیش‌تر از شرایط هیدرولیکی مشابه در بستر صاف بود. با افزایش سرعت جریان روی زبری با آرایش2b و2d، به ازای دبی­های 3Q تا 5Q تنش برشی بستر در مقایسه با فاصله k8 تقریبا %5 تا %12 کاهش یافت.

در تحقیق حاضر به مطالعۀ تجربی و عددی تأثیر مقاطع هندسی مختلف پایۀ پل بر کاهش فرسایش بستر و تنش برشی بستر پرداخته شده است. در مطالعۀ تجربی فرسایش بستر پیرامون مدل­های پایۀ پل بررسی و میزان درصد کاهش در هر مدل برآورد شده است. در مطالعۀ عددی، میدان جریان اطراف مدل پایه­ها به­صورت سه­بعدی با نرم­افزار فلوئنت شبیه‌سازی و اثر هر یک از مقاطع بر کاهش تنش بر شیب ستر بررسی شده است. برای تعیین درصد کارایی هر یک از مقاطع، پایه استوانه­ای به­عنوان مدل مبنا انتخاب و میزان کاهش تنش برشی بستر در مدل عددی برای هر یک از مقاطع با کاهش عمق آبشستگی در مدل­های فیزیکی مقایسه شده است. با توجه به حساسیت مدل‌های عددی به مدل­های آشفتگی، مدل­های آشفتگی با مقایسۀ نیمرخ­های سرعت و سطح آزاد آب صحت­سنجی شدند. نتایج بررسی­ها نشان داد مدل RNG از زیرمجموعۀ این مدل آشفتگی به حصول نتایج عددی با دقت قابل قبولی منجر شده است.از میان مقاطع هندسی مختلف که برای پایۀ پل در نظر گرفته شده است، مقطع دوکی شکل با ابتدای تیز، با کاهش 72 درصد عمق آبشستگی، نسبت به مدل مبنا، بهترین مدل تعیین شده است. مدل ترکیبی مقطع مستطیلی با مثلث انتهایی با کاهش 8 درصد در فرسایش بستر، کمترین تأثیر را بر بهبود نتایج داشته است. مقطع مستطیلی نیز موجب افزایش عمق آبشستگی به­میزان 7 درصد شده است. نظر به محدودیت­های که در انجام مطالعات آزمایشگاهی وجود دارد، مقایسۀ نتایج عددی با نتایج تجربی یکی دیگر از اهداف پژوهش حاضر بوده است. نتایج به­دست آمده همسو بودن کاهش تنش برشی را در مدل­های عددی و کاهش عمق آبشستگی را در مدل­های تجربی نشان می‌دهد.

در آبراهه‌های آبرفتی، ضریب زبری یکی از پارامترهای مهم در مطالعه ویژگی‌های جریان‌های رسوبی در رودخانه‌ها می‌باشد. این ضریب بستگی مستقیم به ارتفاع فرم بستر ناشی از شرایط هیدرولیکی جریان دارد. در تحقیق حاضر به‌منظور بررسی اثر تبدیل‌های تنگ‌شونده بر روی زبری بستر، از سه نوع تبدیل با زاویه‌های جریان ورودی نسبت به دیواره کانال به‌اندازه 5، 10 و 15 درجه استفاده شد. در هر نوع تبدیل پس از انجام آزمایش و با پایین رفتن تدریجی سطح آب پروفیل بستر رسوبی برداشت شد و ارتفاع فرم بستر به‌دست آمد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که کاهش عرض کانال به‌کمک تبدیل‌ها اثر قابل ملاحظه‌ای اولا بر روی ارتفاع فرم بستر ریپل و ثانیا بر روی ضریب زبری جریان داشت. همچنین عدد فرود در تمامی آزمایش‌ها در محدوده 2/0-05/1 قرارداشت. نتایج نشان داد با افزایش زاویه قسمت ورودی تبدیل از 5 درجه تا 15 درجه و اساسا با قرارگیری تبدیل در فلوم نسبت به حالت بدون تبدیل، در دبی L s-1‌ 10 ضریب زبری در حدود 5/17 % کاهش و در دبی L s-1‌ 14 ضریب زبری در حدود 11 % افزایش نشان داد.

پرش هیدرولیکی یک جریان متغیر سریع در مجاری روباز است که نقش مؤثری در استهلاک انرژی جنبشی جریان در پایین­دست سازه­های آبی ایفا می­کند. در تحقیق حاضر خصوصیات پرش هیدرولیکی شامل عمق ثانویه پرش، اتلاف انرژی، ضریب تنش برشی بستر و پروفیل­های سرعت در مقاطع مختلف پرش بر روی بستر زبر با اجزای زبر غیرممتد لوزی شکل مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش­ها در محدوده اعداد فرود 3/4 تا 4/12 در سه تراکم و چهار آرایش زبری ترکیبی انجام شد. نتایج به­دست آمده نشان می­دهد پروفیل­های سرعت بر روی بسترهای زبر مشابه و با پروفیل سرعت جت آب بر روی بستر صاف متفاوت می­باشند. مقدار ضخامت لایه مرزی بی­بعد در بستر زبر برابر 53/0 محاسبه شد که از مقدار ضخامت لایه مرزی در بستر صاف، 16/0، بیشتر است. با افزایش تراکم زبری تنش برشی بستر ناشی از تأثیر متقابل جریان فوق بحرانی بالادست با بستر زبر افزایش یافته در نتیجه باعث افزایش استهلاک انرژی و در نتیجه کاهش عمق ثانویه می­شود. در آرایش ترکیب زبری سه­تایی با تراکم 67/10 درصد، بیشترین مقدار کاهش عمق ثانویه برابر با 39/29 درصد می­باشد که میزان افزایش استهلاک انرژی نسبت به پرش هیدرولیکی بر روی بستر صاف به­طور متوسط 94/10 درصد و ضریب تنش برشی در بستر زبر به­طور متوسط 45/13 برابر بستر صاف به­دست آمد.

در آبراهه‌های آبرفتی، جریان آب دائما بر روی رسوبات در حال حرکت اثر گذاشته و سعی دارد آنها را به پایین دست منتقل نماید. در این حین برروی بستر جریان فرم بسترهایی با ابعاد مختلف و تحت شرایط هیدرولیکی مختلف تولید می‌شوند. در تحقیق حاضر، آزمایش‌ها به منظور بررسی اثر تبدیل‌های کاهش دهنده عرض برروی ارتفاع فرم بستر ریپل تشکیل شده با زوایای مختلف 5، 10 و 15 درجه انجام شد. در این آزمایش‌ها دبی 10، 12 و 14 لیتربرثانیه بوده و شیب فلوم قابل تنظیم بود. نتایج نشان داد که کاهش عرض کانال به کمک تبدیل‌ها نقش مؤثری بر ارتفاع ریپل‌ها داشته و می‌توان تا حد زیادی به کمک تغییر در زوایای تبدیل‌ها، حرکات رسوبات به پایین دست را کنترل نمود. به کمک این نوع تبدیل‌هاانتقال رسوبات حدود 15 الی 20 درصد کم شد زیرا این تبدیل‌هامانند یک مانع در حرکت رسوبات عمل می‌‌کنند. در دبی‌های کم دهانه ورودی تبدیل بخشی از انرژی جریان را گرفته و باعث افت انرژی می‌شود. اما با افزایش بیشتر دبی فرم‌های بستری با ارتفاع بیشتری ایجاد می‌کند. اگر چنانچه دبی بیش از 14 لیتربرثانیه در کانال اعمال شود و یا زوایای تندتری در تبدیل ایجاد شود، تبدیل نقش مانع بودن خود را از دست داده و رسوبات بیشتری به پایین دست منتقل می‌شود.

خطوط لوله عبوری از دریاها و رودخانه­ها به­عنوان وسیله­ای برای انتقال سیال (نفت، گاز، آب، فاضلاب) دارای اهمیت ویژه­ای است زیرا پیامد­هایی 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 آبشستگی در زیر لوله می­شود. وقوع حفره آبشستگی در زیر لوله­ها منجر به ناپایداری و حتی شکست لوله ودر نهایت موجب خسارات اقتصادی و زیست محیطی شدیدی می­شود. در این مقاله نتایج تحقیق آزمایشگاهی تأثیر زاویه­های مختلف برخورد آب بر روی بیشینه عمق آبشستگی در زیر لوله­های مستغرق تحت جریان یک­سویه ارائه شده است. آزمایش­ها در دو حالت 1) آبشستگی زیر لوله با زاویه برخورد 90 درجه 2) آبشستگی زیر لوله با زاویه برخورد کمتر از 90 درجه لوله در 2 موقعیت روی بستر و در فاصله­ D/4 از بستر قرار داده شد. در انجام آزمایش­ها از سه زاویه برخورد 45، 60 و90 درجه استفاده شده است. نتایج نشان داد که زاویه برخورد جریان بر روی مکان­ قرارگیری بیشینه عمق آبشستگی و نحوه عملکرد گردابه­ها مؤثر می­باشد برای زاویه­های کوچکتر از 90 درجه بیشینه عمق آبشستگی در سمت راست فلوم اتفاق می­افتاد.

چکیده مقدمه: یکی از مشکلات موجود در محل تقاطع کانال‌ها توسعه‌ی ناحیه‌ی جداشدگی در کانال‌های پایین دست محل تقاطع می-باشد. ایجاد ناحیه جداشدگی نقش مهمی در تعیین محل سازه‌های هیدرولیکی پایین دست داشته و افزایش ابعاد آن، کاهش سطح مقطع جریان را به دنبال دارد. با توجه به اثرات توسعه ناحیه جداشدگی، مطالعه در این زمینه همواره مورد توجه محققین قرار داشته است. در این تحقیق تاثیر عواملی نظیر نسبت دبی ورودی، ارتفاع سرریزهای خروجی و ارتفاع کف کانال های ورودی بر روی ابعاد ناحیه جداشدگی در تقاطع چهار شاخه 90 درجه با جریان زیربحرانی مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش ها: آزمایش‌ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تبریز انجام شد. مدل آزمایشگاهی از یک کانال اصلی به طول 8.4 متر و کانال فرعی به طول 4.4 متر تشکیل شده که ارتفاع و عرض کانال‌ها به ترتیب 50 و 40 سانتیمتر بود. زاویه بین دو کانال 90 درجه و شیب کف آن‌ها صفر در نظر گرفته شد. در این تحقیق تاثیر پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مختلف نظیر ارتفاع سرریزهای کانال های خروجی، تراز کف کانال فرعی و نسبت دبی ورودی بر روی مشخصات ناحیه جداشدگی در کانال های خروجی در تقاطع 90 درجه با دو کانال ورودی و دو کانال خروجی به صورت آزمایشگاهی بررسی شد. در آزمایش‌ها به منظور بررسی الگوی جریان و همچنین اندازه‌گیری ابعاد ناحیه جداشدگی از تزریق ماده رنگی، خاک اره، خط کش و متر استفاده شد. نتایج و بحث: نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش نسبت دبی ورودی ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال‌های خروجی افزایش می یابد به‌طوری‌که حداقل تغییرات (نسبت طول ناحیه جداشدگی در کانال اصلی به عرض کانال) در حدود 45 درصد بود. کاهش ارتفاع سرریزهای خروجی نیز سبب افزایش ابعاد ناحیه جداشدگی در دو کانال خروجی شد. با افزایش ارتفاع کف کانال‌های فرعی، ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال خروجی اصلی افزایش یافته که محدوده تغییرات بین 0.8 تا 2.75 بود در صورتی‌که ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال خروجی فرعی کاهش یافته و محدوده تغییرات (نسبت طول ناحیه جداشدگی در کانال فرعی به عرض کانال) بین 0.2- 2 بود . همچنین نتایج نشان داد که با افزایش نسبت ارتفاع سرریز انتهای کانال فرعی به ارتفاع سرریز انتهای کانال اصلی ابعاد ناحیه جداشدگی در هر دو کانال اصلی و فرعی خروجی افزایش می‌یابد به طوری که محدوده تغییرات (طول ناحیه جداشدگی به عرض کانال) به ترتیب بین 0.2-1.4 و 0.2 -2 بود. با وجود تغییر ابعاد ناحیه جداشدگی به ازای شرایط جریان متفاوت نسبت عرض به طول ناحیه جداشدگی در دو کانال خروجی اصلی و فرعی ثابت و مقدار آن به ترتیب برابر با 0.16و 0.25 بود. در نهایت معادلات رگرسیونی برای محاسبه ابعاد ناحیه جداشدگی ارائه شدند به طوری که نتایج آن‌ها مطابقت خوبی را با یکدیگر نشان داد. نتیجه‌گیری: در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی، ارتفاع سرریزهای انتهای کانال‌ها و ارتفاع کف کانال‌های فرعی بر روی ابعاد ناحیه جداشدگی در تقاطع 90 درجه کانال های روباز بررسی شد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش نسبت دبی ورودی و ارتفاع سرریزهای انتهایی، ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال خروجی اصلی و فرعی افزایش می‌یابد. با افزایش ارتفاع کف کانال فرعی ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال اصلی افزایش یافت اما این ابعاد در کانال خروجی فرعی با کاهش همراه بود. همچنین با افزایش نسبت (نسبت ارتفاع سرریزخروجی فرعی به اصلی) ابعاد ناحیه جداشدگی در دو کانال خروجی افزایش یافت.

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. جریان فوق بحرانی در تبدیل­های همگرا همراه با ایجاد امواج ضربه­ای می­باشد. در این تحقیق ارتفاع امواج ضربه­ای در تبدیل­های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه­ای و مستطیلی با به­کارگیری مدل­های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. طول دیواره تبدیل 1، 75/0 و 5/0 متر، نسبت همگرایی 1 به 2، 1 به 3 و 1 به 4 و زاویه شیب جانبی دیواره­ها 35، 45، 60، 70 و 90 درجه به­عنوان متغیرهای هندسی و همچنین هفت عدد فرود مختلف در محدوده 23/9-25/3 به­عنوان متغیر هیدرولیکی آزمایش­ها در نظر گرفته شد. مقادیر ارتفاع امواج ضربه­ای در نقاط مختلف جبهه موج اندازه­گیری گردید. سپس اثر پارامترهای بی­بعد به­دست آمده از تحلیل ابعادی بر روی ارتفاع امواج ضربه­ای در طول تبدیل بررسی شد. نتایج حاکی از آن بود که در حالت کلی افزایش زاویه شیب جانبی دیواره تبدیل، کاهش نسبت همگرایی، کاهش طول دیواره تبدیل و همچنین افزایش عدد فرود جریان رابطه مستقیم با افزایش ارتفاع موج دارد. در نهایت رابطه­ای برای محاسبه ارتفاع امواج ضربه­ای در هر نقطه از تبدیل­های همگرا براساس پارامترهای بی­بعد با ضریب تبیین 89% ارائه شد. همچنین نتایج نشان داد که طول دیواره تبدیل مؤثرترین پارامتر هندسی بر روی ارتفاع امواج ضربه­ای می­باشد.

یکی از انواع سرریزهای غیرخطی در جانمایی پلان سرریز نعل اسبی است که تعیین پارامترهای هیدرولیکی ایننوع سرریزها در طراحی آنها ضروری میباشد. گاهی به دلیل محدودیت ساختگاه سد و جهت کاهش حجم حفاری، تونلو محل آبگیری نیروگاه برق- آبی در مجاورت بدنه سد و سرریز ساخته میشود. در چنین مواردی میتوان به کمکسرریزهای نعل اسبی، سازه مرکبی از آن دو (آبگیر و سرریز) را ایجاد نمود و صرفه اقتصادی مناسبی در ساختتأسیسات جانبی سد به وجود آورد. در این تحقیق با ساخت مدل فیزیکی سرریز نعل اسبی در ابعاد آزمایشگاهی بهبررسی مشخصات هیدرولیکی سرریزهای نعل اسبی از جمله ضریب دبی، سرعت و پروفیل جریان در قسمتهای مختلفآن پرداخته شده است. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که در سرریزهای نعل اسبی، با افزایش نسبت بار آبی به طول0 کاهش پیدا میکند. این کاهش ضریب دبی برای سرریز با طول / 0 الی 7 / سرریز، مقدار ضریب دبی در محدوده 6کوچکتر از 112 سانتیمتر و بزرگتر از آن روند متفاوتی دارد. مقایسه نتایج به دست آمده از آزمایش ها برای سرریزمستطیلی هم عرض سرریز نعل اسبی مؤید آن است که سرریز نعل اسبی قادر است بار آبی روی سرریز را به مقدار 54درصد کاهش دهد. بررسی پروفیل سطح آب نشان میدهد که در اثر برخورد جریانهای سرریز شونده به داخل سرریزنعل اسبی، پرش هیدرولیکی از نوع پرش دم خروسی بهوجود میآید.