امروزه طراحی و اجرای بناهای بتنی، سنگی و خاکی از جمله راه های مناسب ومفید برای کنترل، انحراف و بهره برداری از آب رودخانه ها می باشد.شوت ها و سرریزها برای عبور دادن دبی های زیاد از روی این سازه های مرتفع به گونه ای طراحی می شوند که هیچ گونه صدمه عمده ای به خود سازه و محیط اطراف آن وارد نشود. علاوه بر این وظیفه، سرریزها می توانند برای مهار انرژی جنبشی زیاد جریان که به دلیل رها شدن از ارتفاع زیاد ایجاد شده، نقش به سزایی داشته باشند. سرریزهای پلکانی به عنوان یک روش کم هزینه و دارای پتانسیل قابل توجه برای حفاظت از سدهای خاکی و سرریزهای شیب‏دار، در برابر فرسایش توسط سیلاب‏های عظیم کاربرد دارند. در این سرریزها با پله پله شدن پروفیل کف سرریز، مقاومت هیدرولیکی در برابر جریان افزایش یافته و بخش قابل توجهی از انرژی آب درضمن عبور از پله ها مستهلک می گردد. از جمله روش های هوشمندانه برای افزایش میزان استهلاک انرژی استفاده از تداخل دو جریان متقاطع با یکدیگر می باشد. در تحقیق حاضر با ایجاد روزنه هایی در کف یا دیواره پله های سرریز پلکانی تلاش شده است که میزان استهلاک انرژی را افزایش داده و علاوه بر آن با کاهش سطح ارتفاع آب مخزن و ایجاد تغییر در منحنی دبی-اشل سرریز، ضریب آب‏گذری مدل افزایش یابد. بررسی زاویه برخورد جریان متداخل و شکل و چیدمان روزنه در ارتفاع سرریز از اهداف این تحقیق می باشد. برای دستیابی به اهداف این تحقیق با ساخت مدل فیزیکی در شیب ثابت 5/1:2، سناریوهای زیرتعریف شده و مورد سنجش قرار گرفتند.
• دو جایگاه مختلف برای محل تخلیه جریان درون گذر(کف و دیواره پله ها)
• دو چیدمان مختلف برای قرارگیری محل روزنه در ارتفاع (چیدمان پشت سر هم و یک در میان)
• دو شکل مختلف برای روزنه (شکاف مستطیلی و منافذ دایره ای)
با انجام 8 آزمایش با دبی های مختلف بین 25 تا 60 لیتر بر ثانیه برای هر مدل، و در مجموع با انجام 80 آزمایش، میزان استهلاک انرژی سازه و تاثیر آن روی مشخصات پرش هیدرولیکی شامل طول پرش هیدرولیکی، اعماق مزدوج پرش و طول غلتابه ها در این نوع سرریز مورد بررسی قرار گرفتند. برای مقایسه مدل‏ها، از یک شوت ساده و سرریز پلکانی صلب به عنوان مدل شاهد استفاده شده و نتایج به دست آمده با هم مقایسه می گردد.
نتایج نشان می دهد که سرریزهای پلکانی دارای جریان درون‏گذر بر روی کف پلکان می‏توانند میزان استهلاک انرژی را نسبت به نوع نفوذناپذیر آن به طور متوسط بین 5/6 تا 1/8 درصد در مدل های مختلف افزایش دهند و علاوه برآن هد آب بالادست را به طور متوسط بین 14 تا 7/17 کاهش دهند. برای آن دسته از مدل ها که روزنه بر روی دیواره پلکان وجود دارد میزان استهلاک انرژی نسبت به مدل صلب تغییر چندانی ندارد و در بعضی مدل ها حتی اثر منفی دارد ولی این مدل ها نیز به طور متوسط بین 9/12 تا 7/15 درصد هد آب در بالادست سرریز را کاهش می دهند. در واقع مدل های دارای روزنه بر روی دیواره سرریز فقط در افزایش ضریب آبگذری سرریز تاثیرگذار هستند و در میزان استهلاک انرژی و مشخصات پرش هیدرولیکی پایین دست تاثیر به‏سزایی ندارند. اما مدل‏های دارای جریان درون‏گذر بر روی کف پلکان با کاهش عدد فرود اولیه جریان در پای سرریز سبب می شوند مشخصات پرش هیدرولیکی مانند طول پرش، طول غلتابه ها و نسبت اعماق مزدوج کاهش یابد. بر اساس نتایج این مدل ها، طول پرش هیدرولیکی را به طور متوسط از 16 تا 21 درصد، طول غلتابه ها را از 23 تا 31 درصد و نسبت اعماق مزدوج را از 22 تا 28 درصد نسبت به سرریز پلکانی نفوذناپذیر کاهش می دهند.

 رسوبگذاری مهمترین عامل کاهش عمر مفید مخازن سدها می باشد. عامل اصلی حرکت رسوبات در مخزن سد با توجه به ساکن بودن آب، جریان غلیظ می باشد. لذا ارائه راهکارهایی در خصوص کنترل جریان غلیظ بسیار ضروری می باشد. در تحقیق حاضر 4 حالت مختلف از کارگذاری 3 مانع متوالی به منظور کنترل جریان غلیظ مورد بررسی قرار گرفت. ارتفاع موانع با 3 نسبت از ارتفاع بدنه جریان غلیظ و به صورت 1، 0.75، 0.5 =hr در نظر گرفته شد (hr=h_m/h که hm ارتفاع مانع و h ارتفاع متوسط بدنه جریان غلیظ است). در 3 حالت از کارگذاری موانع، ارتفاع موانع یکسان و در حالت چهارم سه مانع به صورت صعودی با اندازه¬های مذکور در مقابل جریان قرار داده شد.فاصله مانع ها از هم برابر 0.5 متر در نظر گرفته شد. آزمایش‌ها در 3 شیب صفر،1.5و 2.5 درصد، با دو غلظت 10 و20 گرم بر لیتر به صورت جریان غلیظ نمکی و دبی ثابت 1 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که به کار بردن مانع‌های متوالی بر روی مقادیر سرعت و غلظت پیشانی و بدنه جریان غلیظ تاثیرگذار است. سرعت و غلظت بدنه و پیشانی جریان غلیظ بعد از عبور از موانع با توجه به تاثیر شیب و ارتفاع موانع، نسبت به قبل از موانع کاهش پیدا کرده است. که این امر را می توان ناشی از برگشت مقداری از جریان غلیظ در اثر برخورد با موانع دانست.
بیشترین درصد مهار دبی پیشانی جریان غلیظ در شرایط شیب صفر درصد و 1=hr برای دو غلظت 10 و 20 گرم بر لیتر به ترتیب به میزان 84 و 87 درصد و کمترین آن در شرایط شیب 2.5 درصد و 0.5=hr و به میزان 25 و 31 درصد حاصل شد. بیشترین درصد مهار دبی بدنه جریان غلیظ در شرایط شیب صفر درصد و 1=hr برای دو غلظت 10 و 20 گرم بر لیتر به میزان 49 و 63 درصد و کمترین آن در شرایط شیب 2.5 درصد و 0.5=h_r و به میزان 16 و 22 درصد حاصل شد. که نتایج نشان داد با افزایش ارتفاع موانع درصد کنترل دبی بدنه و پیشانی جریان غلیظ بیشتر و با افزایش شیب در هر کارگذاری این درصد کاهش پیدا کرده است.

 رسوبات ته نشین شده در مخازن سد ها علاوه بر اینکه موجب از بین بردن اهداف مورد نظر از ساخت یک سد می شوند، موجب تحت تاثیر قرار دادن سیستم رودخانه پایین دست از جنبه های متعدد می گردد. رسوب¬شویی تحت فشار یکی از روش¬های اقتصادی جهت تخلیه رسوبات می¬باشد. در این تحقیق با استفاده از مدل فیزیکی در دانشگاه شهید چمران اهواز، تاثیر اندازه رسوبات نهشته شده و ارتفاع آب مخزن و ارتفاع رسوبات از کف فلوم بر روی ابعاد مخروط آبشستگی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش¬ها برای 3 دانه¬بندی مختلف از رسوبات با اندازه قطر متوسط 0/25 و 0/5 و 0/75 میلیمتر و برای روزنه دایره¬ای شکل با سطح مقطع 18 سانتی متر مربع و تحت 4 بار آبی متفاوت 15، 30، 45، 56 سانتی متر نسبت به مرکز روزنه که منجر به تولید 4 دبی 2، 2/8، 3/38 و 3/78 لیتر بر ثانیه می شد، قرار گرفت. در مجموع 36 آزمایش انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش قطر متوسط رسوبات، متوسط حجم مخروط آبشستگی حدود 50 درصد کاهش می¬یابد. همچنین با افزایش ارتفاع آب بالای روزنه¬ی تخلیه¬کننده، حجم مخروط آبشستگی افزایش می¬یابد. بیشترین راندمان در آزمایش-ها¬ی رسوبات با قطر متوسط 25/0 میلیمتر در حالتی که ارتفاع رسوبات از کف مخزن تا وسط روزنه تخلیه کننده می¬باشد، اتفاق می¬افتد.

حوضچه‌ی آرامش با دیواره سرتاسری پیوسته حوضچه‌ای است که در آن به جای بلوک‌های میانی از یک یا چند دیواره‌ی پیوسته برای کاهش انرژی بیشتر استفاده می‌شود. هدف از انجام این تحقیق، بررسی عملکرد دیواره‌ی سرتاسری روزنه‌دار در حوضچه‌ی آرامش بر افت نسبی انرژی و مشخصات پرش هیدرولیکی از قبیل طول و عمق مزدوج و همچنین طول غلتاب پرش می‌باشد. همچنین در این تحقیق ارتفاع بهینه برای یک و دو دیواره‌ی روزنه‌دار در شرایط افت انرژی و مشخصات پرش هیدرولیکی مشخص شده است. تعدادی از آزمایشات بدون دیواره و با یک و دو دیواره روزنه‌دار سرتاسری طراحی شده و در یک فلوم مستطیلی با 1000 سانتیمتر طول، 80 سانتیمتر عرض و 65 سانتیمتر عمق در آزمایشگاه مدل‌های فیزیکی دانشگاه شهید چمران انجام شده است. 8 عدد فرود در محدوده‌ی 6.3 تا 11.2 (متناظر با دبی 47.3 تا 145.5 لیتر بر ثانیه) برای آزمایش‌ها در نظر گرفته شد، برای ایجاد جریان فوق بحرانی یک دریچه کشویی با هد قابل کنترل در بالادست جریان نصب شده است. عمق پایاب به وسیله یک دریچه کشویی که در انتهای فلوم نصب شده، کنترل می‌شد. دیواره‌های روزنه‌دار با استفاده از پلکسی گلاس با نسبت بازشدگی ثابت برابر با 50 درصد ساخته شده بودند. 24 آزمایش با یک دیواره روزنه‌دار (8*3، تعداد اعداد فرود * ارتفاع دیواره)، 72 آزمایش با زوج دیواره روزنه‌دار (8*9، تعداد اعداد فرود * ترکیبی از ارتفاع دیواره‌ها) و در مجموع 104 آزمایش انجام شده است (8 آزمایش بدون دیواره). فاصله‌ی دیواره‌ها از پنجه‌ی پرش هیدرولیکی ثابت نگه داشته شده بود ( .(LS1=60cm, LS2=90cmارتفاع دیواره‌ها از 5 تا 15 سانتیمتر متغیر می‌باشد. در این تحقیق، ویژگیهای پرش هیدرولیکی اجباری با یک یا دو دیواره‌ی روزنه‌دار با اندازه‌گیری‌های متناظر بدست آمده از پرش هیدرولیکی آزاد مقایسه شدند. براساس این ویژگیها شامل شرایط عمق پایاب مورد نیاز، افت انرژی، طول پرش هیدرولیکی و غلتاب‌ها، ارتفاع بهینه‌ی یک یا دو دیواره‌ی روزنه‌دار مشخص شدند. نتایج نشان داد که ساختن دیواره در مقابل جریان فوق بحرانی باعث کنترل بهتر و تثبیت پرش هیدرولیکی شده، در إزای دو دیواره‌ی روزنه‌دار در شرایط افت انرژی بیشتر، عمق ثانویه کمتر و طول پرش هیدرولیکی موثرتر می‌باشد. بعلاوه نتایج نشان داد که إلزاماً بیشترین ارتفاع دیواره‌، بهترین عملکرد را در کنترل پرش هیدرولیکی ندارد. برای یک دیواره روزنه‌دار نسبت طول پرش هیدرولیکی به عمق ثانویه به 2.3 کاهش یافته است (L_j/〖y_2〗^* =2.3)، مقدار متناظر برای دو دیواره روزنه‌دار 2.1 بدست آمد. عمق ثانویه برای یک دیواره روزنه‌دار 21.5 درصد کمتر از مقدار متناظر برای پرش هیدرولیکی آزاد بدست آمد. این مقدار برای آزمایش‌های با دو دیواره‌ی روزنه‌دار در حدود 30 درصد بود. طول غلتاب‌ها در پرش هیدرولیکی برای یک و دو دیواره‌ی روزنه‌دار به ترتیب 65 درصد و 72 درصد کمتر از مقادیر متناظر برای پرش هیدرولیکی آزاد بدست آمد.

 توسعه و پیشرفت کامپیوتر ها در سه دهه ی اخیر سبب گرایش محققین و دانشمندان به استفاده از این تکنولوژِی در حل معادلات مربوط به علوم سیالات شده است. به دلیل هزینه ی زیاد و زمانبر بودن مطالعات تجربی در زمینه ی آب و طراحی سازه های آبی، روش های تجربی به مرور زمان جای خود را به مطالعات عددی خواهند داد.از جمله تحقیقاتی که توجه محققین را به خود جلب کرده، بررسی الگوی جریان اطراف آبشکن ها هستند. آبشکن ها با هدایت جریان به سمت محور رودخانه، باعث تغییر در الگوی جریان و رسوب شده ونقش بسزایی را در حفاظت از کناره ها ایفا می کنند. این موضوع در قوس رودخانه اهمیت بیشتری پیدا می کند؛چرا که با توجه به اثر جریان های ثانویه در قوس، میزان فرسایش و محدوده آن افزایش می یابد. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار FLOW-3D به بررسی الگوی جریان اطراف سری های آبشکن در قوس 90 درجه پرداخته شده است و نتایج توزیع سرعت متوسط و تنش برشی مورد بررسی و صحت سنجی قرار گرفته است. 9 آزمایش توسط شاکر(1392) در یک فلوم قوسی 90 درجه، با 4= R/B وعرض 70 سانتی متر، دبی جریان 30 لیتر بر ثانیه وسطح آب ورودی 14 سانتی متر انجام شد و طول سری آبشکن های مورد استفاده، 10/5، 14 و 17/5 سانتی متر که به ترتیب 15، 20 و25 درصد عرض کانال را پوشش می دهند و در سه زاویه قرار گیری 60، 90 و120 درجه نسبت به راستای جریان بودند. یک آزمایش نیز به عنوان آزمایش شاهد در حالت بدون آبشکن در همین شرایط انجام شد.ابتدا با کالیبراسیون مدل از میان مدل های آشفتگی LES ،RNG و k -ε ، مدل آشفتگی LES با بیشترین دقت انتخاب شد. برای صحت سنجی مدل FLOW-3D، حالت بدون آبشکن و با آبشکن به طول 17/5 سانتی متر که معادل 25 درصد عرض کانال است و زاویه قرار گیری 90 درجه نسبت به راستای جریان مورد شبیه سازی قرار گرفتند. سپس برای تعریف سناریو با حفظ تمامی شرایط به جای آبشکن مستقیم، آبشکن T شکل و آبشکن L شکل قرار داده شد. نتایج بدست آمده حاکی از عملکرد قابل قبول مدل FLOW-3D در شبیه سازی جریان در قوس 90 درجه با حضور سری های آبشکن بوده ومش بندی مناسب می باشد. این نرم افزار گردابه های تشکیل شده در اطراف آبشکن ها را به خوبی مدل سازی کرده است. بردارهای جریان نیز نشان می دهند که آبشکن ها باعث انحراف جریان به سمت دیواره داخلی و میانه کانال می شوند. الگوی توزیع تنش برشی نشان می دهد که تنش برشی بیشینه فرسایش نیز از نزدیکی دیواره خارجی قوس دور می شود. آبشکن L شکل دارای بیشترین سرعت و تنش برشی نسبت به آبشکن های Tشکل و مستقیم می باشد.

 حوضچه های آرامش انواع مختلفی دارند که از جمله آن ها می توان به حوضچه های آرامش استاندارد USBR، حوضچه آرامش SAF، حوضچه آرامش با دیواره پیوسته و حوضچه آرامش با دیواره روزنه دار اشاره کرد. هدف از انجام این تحقیق، بررسی عملکرد یک و دو دیواره روزنه دار در حوضچه آرامش و چگونگی تاثیر آن بر مشخصات پرش هیدرولیکی از قبیل طول پرش هیدرولیکی، طول غلتاب، کاهش عمق ثانویه پرش هیدرولیکی، افت نسبی انرژی و عمق مورد نیاز پایاب می باشد. همچنین فاصله مناسب قرارگیری یک و دو دیواره روزنه دار از ابتدای حوضچه آرامش به ازای یک ارتفاع ثابت برای دیواره روزنه دار اول و دوم با سطح بازشدگی 50 درصد مشخص گردد. آزمایش ها در دبی های 47 تا 145 لیتر بر ثانیه و برای اعداد فرود در بازه 3.6 تا 11.2 در قالب 72 آزمایش انجام شده است. بر اساس نتایج آزمایشگاهی یک رابطه ریاضی برای پیش بینی طول حوضچه آرامش در حالت وجود دو دیواره روزنه دار ارائه شده است. نتایج داده های آزمایشگاهی بر روی دو دیواره روزنه دار نشان داد که زوج دیواره روزنه دار در صورتی می توانند طول پرش را تا حد قابل قبولی کاهش دهند که فاصله بین آنها شرایط را برای ایجاد یک پرش پایدار فراهم کند و با کاهش فاصله بین دیواره ها، طول پرش الزاما کاهش نمی یابد. هم چنین زوج دیواره روزنه دار طول پرش را تا 1.89 برابر عمق ثانویه پرش هیدرولیکی آزاد کاهش می دهد، عمق ثانویه پرش هیدرولیکی اجباری را تا 27.75 درصد کمتر از عمق ثانویه پرش هیدرولیکی آزاد ، طول غلتاب را تا 76.9 درصد کمتر از طول غلتاب پرش هیدرولیکی آزاد و مقدار افت نسبی انرژی را به 81.7 درصد در عدد فرود 11.2 رسانده است.

 هنگامی که آب از بالای هر نوع سرریزی از ارتفاع بالا به پایین سرازیر شود، مقدار زیادی از انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود. هرچه ارتفاع سرریز بیشتر و پایاب پایین تر باشد، این تبدیل انرژی شدیدتر و در نتیجه سرعت جریان بالاتر خواهد بود. چنین جریانی دارای قدرت تخریبی قابل توجهی می باشد که ممکن است به کل سازه هیدرولیکی مورد نظر و به ساختارهای پایین دست آسیب جدی وارد نماید. بنابراین به طریقی باید انرژی جریان مذکور مستهلک گردد. حوضچه های آرامش یکی از سازه های متداول در استهلاک انرژی جریان می باشند که هزینه ی زیادی در هنگام ساخت سدها صرف آن می شود، بدیهی است هرچه افت انرژی آب در طول سرریز بیشتر باشد آب ورودی به حوضچه آرامش دارای انرژی کمتری بوده و بنابراین طول پرش هیدرولیکی کاهش می یابد که در پی آن می توان در طراحی حوضچه آرامش طول آن را نیز کمتر در نظر گرفت. در این تحقیق با هدف اقتصادی تر کردن حوضچه های آرامش از مدل هایی با تیغه هایی در مسیر جریان سرریز اوجی قبل و بعد از شکاف خروجی تخلیه تحتانی تحت زوایای خروجی تخلیه تحتانی متفاوت (30 ، 45 و 60 درجه) نسبت به افق، در جریان ترکیبی روگذر و زیرگذر از سرریز جهت افزایش تلاطم و آشفتگی و افزایش استهلاک انرژی جریان استفاده شده است. در مجموع تعداد 60 آزمایش در 9 مدل مختلف تحت سه زاویه تخلیه تحتانی ذکر شده با حضور و عدم حضور تیغه ها و نیز یک مدل سرریز اوجی استاندارد و هر آزمایش در شش دبی انجام گردید. در مدل های تیغه دار، محل نصب تیغه ها در دو محل، یکبار قبل از مجرای تخلیه تحتانی و یکبار بعد از مجرای تخلیه تحتانی واقع شده است. استهلاک انرژی ناشی از تداخل جریان در پای سرریز برای مدل تخلیه دار 30 درجه با تیغه های بالادست بیش از سایر مدل های استفاده شده در این تحقیق می باشد که میزان این استهلاک بطور متوسط تا دبی طرح برابر 50/45 درصد می باشد و درصد کاهش طول و عمق ثانویه پرش ناشی از تداخل جریان در پای سرریز بطور متوسط به ترتیب برابر 11/36 و 23/21 درصد تا دبی طرح می باشد.

 امروزه طراحی و اجرای بناهای بتنی، سنگی و خاکی یکی از راه¬های مناسب برای کنترل و انحراف آب رودخانه¬ها می¬باشد. ﺳﺮرﯾﺰ ﭘﻠﮑﺎﻧﯽ ﻣﺘﺸﮑﻞ از ﭘﻠﻪﻫﺎﯾﯽ اﺳﺖ ﮐﻪ از ﻧﺰدﯾﮏ ﺗﺎج ﺳﺮرﯾﺰ ﺷﺮوع و ﺗﺎ پنجه سرریز اداﻣﻪ دارﻧﺪ. پیشرفت¬های اخیر در تکنولوژی مثل سیم گابیون با پوشش پلیمری و استفاده از بتن غلتکی، نوسازی در طراحی سرریزهای پلکانی را آغاز کرده است. سرریزهای توری¬سنگی پلکانی متشکل از مصالح توری فولادی نرم گالوانیزه و سنگ، یکی از انواع سرریزهای پلکانی با کارایی مناسب می¬باشد. سرریزهای پلکانی گابیونی در مسیر جریان آب، جهت از بین بردن انرژی آب و کاهش قدرت فرسایشی آن به کار می-روند تا ضمن کاهش انرژی جریان، مقداری از رسوبات معلق در بالادست را تله اندازی نمایند. استهلاک انرژی جریان به علت وجود جریان درون¬گذر از داخل جسم متخلخل سرریز زیاد بوده، بنابراین ابعاد وهزینه های ساخت حوضچه آرامش کاهش مـی¬یابـد. همچنین به علت هوادهی جریان عبوری و کاهش سرعت بر روی سرریز، سرریز پلکانی گابیونی می¬تواند به مقدار زیادی از پدیده خلاءزایی که یکی از مشکلات طراحی سازه¬های هیدرولیکی نظیر سرریزهاست، جلوگیری کند. این نوع سرریزها از انعطاف پذیری بیشتری نسبت به نوع نفوذناپذیر آن برخوردار بوده و در مقابل بارهای ناشی از فشار آب مقاوم و پایدار هستند. در این تحقیق با هدف بررسی تاثیر تخلخل و آستانه انتهایی در سرریزهای پلکانی نفوذناپذیر و گابیونی بر میزان استهلاک انرژی جریان و خصوصیات پرش هیدرولیکی پایین¬دست، با توجه به امکانات و محدودیت¬های آزمایشگاهی موجود، محدوده متغیرها مشخص گردید. بنابراین با ساخت مدل¬های فیزیکی شامل یک تندآب ساده، سرریز پلکانی گابیونی در سه تخلخل متفاوت (35، 40 و 45 درصد)، سرریز پلکانی نفوذناپذیر و قرار دادن 6 نوع آستانه انتهایی با ارتفاع و شیب بالادست متفاوت بر روی لبه خارجی پله¬ها، جمعاً 203 آزمایش (برای مدل¬های شاهد و مدل¬های پلکانی) برای هفت دبی مختلف در محدوده 20 تا 50 لیتر بر ثانیه انجام شد، و میزان استهلاک انرژی سازه و مشخصات پرش هیدرولیکی پایین¬دست مورد بررسی قرار گرفت. شیب و ارتفاع تمامی مدل¬ها ثابت و به ترتیب معادل 1:2 (افقی:عمودی) و 60 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که به طور کلی نسبت افزایش استهلاک انرژی در مدل¬های پلکانی نفوذناپذیر (با پله ساده و همراه با آستانه انتهایی) و پلکانی گابیونی با تخلخل 35، 40 و 45 درصد (با پله ساده و همراه با آستانه انتهایی)، نسبت به مدل تندآب ساده، به طور متوسط به ترتیب 97/2، 26/3، 39/3 و 54/3 می¬باشد. بنابراین سرریز پلکانی گابیونی با تخلخل 45 درصد بیشترین نسبت افزایش افت انرژی و سرریز پلکانی نفوذناپذیر کمترین نسبت افزایش افت انرژی را نسبت به تندآب ساده ایجاد می¬کند. به طور کلی تغییر ارتفاع و شیب بالادست آستانه انتهایی تاثیر قابل ملاحظه¬ای بر افت انرژی سازه و مشخصات پرش هیدرولیکی پایین¬دست نمی¬گذارد.

در سال¬های اخیر سازه های توری¬سنگی (گابیونی) به دلیل سهولت اجرا، دسترسی آسان، دوام و اقتصادی بودن به صورت گسترده جهت حفاظت از سازه¬های آبی مورد استفاده قرار گرفته¬اند. سرریزهای پلکانی گابیونی، بیشتر در مسیر رودخانه¬ها جهت حفاظت از بستر رودخانه¬ها و حوضه¬های آبخیز مورد استفاده قرار می¬گیرند. این سرریزها به لحاظ کارایی مناسب در استهلاک انرژی جریان، با عبور دو جریان روگذر و درونگذر بیشتر مورد توجه طراحان قرار گرفته¬اند. بررسی شیب سرریز و تعداد پلکان روی مشخصات هیدرولیکی جریان در این نوع سرریزها از اهداف این مطالعه می باشد. برای دستیابی به اهداف این تحقیق، از یک شوت ساده و همچنین سرریز پلکانی صلب به عنوان شاهد و از هر کدام از متغیر ها در این تحقیق هم سه مدل ساخته می شود و نتایج آنها با مدل شاهد مقایسه می گردد. ذکر این نکته ضروری است که با ساختن مدل فیزیکی سرریز پلکانی گابیونی در سه شیب مختلف( 8/21، 6/26 و 35 درجه و یا به ترتیب 5/1:2z=، 1:2z= و 5/1:1z=) و با 3 تعداد پلکان 8، 6 و 4( با ارتفاع هر پله 5/7، 10 و 15 سانتی متر) و سپس انجام 105 آزمایش مختلف با دبی های بین 30 تا 50 لیتر بر ثانیه، میزان استهلاک انرژی سازه و تاثیر آن روی مشخصات پرش هیدرولیکی شامل طول پرش هیدرولیکی، اعماق مزدوج پرش و طول غلتابه ها در این نوع سرریز مورد بررسی قرار می¬گیرند.
نتایج آزمایش¬ها نشان می¬دهد که در همه شیب ها و تعداد پلکان افت نسبی انرژی سرریز پلکانی گابیونی بیشتر از مدل های شاهد (سرریز پلکانی و شوت ساده) است. همچنین بطور کلی شیب 8/21 درجه و پلکان 4 حداکثر و شیب 35 درجه و پلکان 8 حداقل میزان افت را در محدوده آزمایش¬های این تحقیق نشان می¬دهند. استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی گابیونی نسبت به انرژی بالادست 5/81 درصد افزایش می یابد. همچنین در این سرریزها میزان استهلاک انرژی از 9 تا 20 درصد نسبت به سرریز پلکانی و از 55 تا 3/74 درصد نسبت به شوت ساده افزایش داشته است. نسبت اعماق مزدوج پرش نیز در سرریزهای پلکانی گابیونی از 2/26 تا 8/35 و در سرریزهای پلکانی از 1/20 تا 3/23 درصد نسبت به شوت ساده کاهش یافت. مقدار درصد کاهش طول پرش هیدرولیکی بطور متوسط در همه مدل¬های گابیونی 1/44 و در مدل¬های پلکانی 8/28 درصد می¬باشد. همچنین درصد کاهش طول غلتابی نیز بطور متوسط در همه مدل¬های گابیونی 5/45 و در مدل¬های پلکانی 30 درصد می¬باشد.
 

تجزیه و تحلیل و پیش¬بینی میزان بار رسوبی رودخانه‌ها از مهم‌ترین مباحث هیدرولیک رسوب و مهندسی رودخانه است. اهمیت طرح‌های عمرانی در بخش مهندسی رودخانه و بهره‌برداری مناسب از سازه‌های قرار گرفته در مسیر جریان آب منجر به تشدید طرح کنترل رسوب رودخانه‌ها و مخازن گردیده است. امروزه مدل‌های عددی به‌عنوان یک ابزار مناسب برای شبیه سازی جریان، کیفیت آب و انتقال رسوب رودخانه¬ها استفاده می¬شوند. در این تحقیق مدل‌سازی دینامیکی جریان و شبیه سازی های فرایند انتقال رسوب با استفاده از مدل عددی FASTERدر بازه ی سد تنطیمی تا پل کله از رودخانه زاینده رودانجام شد. ابتدا بخش هیدرو دینامیک مدل FASTERبا استفاده از ضریب زبری مانینگ به منظور برآورد دقیقی از سطح آب و دبی در هر فاصله مکانی و زمانی در طول فرایند شبیه سازی کالیبره شد. دو دوره سه‌ماهه در سال آبی 1390- 1389 جهت واسنجی و صحت سنجی انتخاب گردید. معادلات تجربی مختلفی برای سرعت سقوط ذره و بار رسوبی معلق در پییشینه ی تحقیق موجود است که این معادلات به مدل FASTERاضافه شده و این مدل قادر است شبیه سازی های مختلفی از بار معلق را انجام دهد. هم‌چنین معادلات تجربی مختلفی برای تخمین ضریب پخشیدگی طولی در پیشینه ی تحقیق آورده شده است که به عنوان یک بخش اصلی شبیه سازی رسوب در مدل به کار می رود. بنابراین کاربر قادر خواهد بود هر معادله¬ی مختلفی از سرعت سقوط ذره، بار رسوبی معلق و ضریب پخشیدگی طولی را جهت اجرای مدل انتخاب نماید. مشاهده شد که ضریب زبری متغیر با تغییرات دبی رودخانه نتایج مناسب تری از سطح آب و دبی را در هر دو دوره صحت سنجی و واسنجی نشان می دهند. در مدل سازی غلظت رسوب معلق در رودخانه زاینده رود ، مشاهده شد که ترکیب معادله رسوب معلق کاشفی پور و سرعت سقوط چنگ، بدون در نظر گرفتن ضریب پخشیدگی طولی، بهترین حالت خواهد بود.

یکی از مهم‌ترین عوامل موثر رسوب‌گذاری در مخازن سدها، جریان غلیظ می‌باشد. به طور ساده، پدیده جریان غلیظ زمانی شکل ‏میگیرد که سیالی با چگالی (‏ ‏) درون سیالی با چگالی (‏ ‏) جریان یابد. جریام غلیظ باعث انتقال رسوبات به نزدیکی ‏بدنه سد و ایجاد خطر برای برای تاسیسات جانبی میگردد. لذا تحقیق در زمینه کنترل جریان غلیظ در مخازن سدها بسیار مهم می‏ باشد. در این تحقیق به بررسی تاثیر شیب، دبی و ارتفاع زبری بر روی خصوصیات جریان غلیظ نمکی از جمله پروفیلهای سرعت و ‏غلظت بدنه، میزان اختلاط و سرعت پیشانی جریان پرداخته شده است. آزمایشها در آزمایشگاه مدل‌های فیزیکی و هیدرولیکی ‏دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد. آزمایش‌ها با سه دبی (0.6 تا 1.2 لیتر بر ثانیه)، سه شیب (%0 تا ‏‏%3.4) و یک غلظت (20 گرم در لیتر) در چهار بستر با ارتفاع زبری (0 تا 15 میلی‌متر) در فلومی به طول 7.8 متر و عرض ‏cm‏35 با ‏ارتفاع ‏cm‏70 با استفاده از محلول آب ونمک و ماده رنگی که در مجموع 36 آزمایش می باشند، انجام گرفت. آرایش زبریها زیگزاگی ‏بوده و از فاصله 1.5 تا 4.5 متری از بستر، پوشانیده شده است. موارد اندازه گیری شده شامل غلظت بدنه، سرعت و ارتفاع پیشانی و ‏پروفیل های سرعت در بدنه جریان غلیظ می باشند. وسایل اندازه گیری مورد استفاده شامل سرعت سنج آکوستیک (‏DOP2000‎‏) جهت ‏اندازه گیری پروفیل های سرعت در بدنه جریان غلیظ، دوربین دیجیتالی و اشل برای اندازه گیری سرعت و ارتفاع پیشانی جریان غلیظ، ‏EC‏ سنج به منظور تعیین میزان غلظت نمونه ها و دبی‌سنج برای اندازه‌گیری دبی جریان غلیظ می‌باشند. با بررسی نتایج پروفیل غلظت ‏بدنه جریان مشاهده گردید که با افزایش ارتفاع زبری، ضخامت بدنه جریان غلیظ افزایش یافته و غلظت جریان غلیظ در عمق اندکی ‏کاهش می‌یابد، همچنین با افزایش شیب، ضخامت بدنه و همچنین غلظت جریان غلیظ کاهش می‌یابد. در بررسی سرعت پیشانی ‏مشاهده گردید که با افزایش شیب و دبی و کاهش ارتفاع زبری، سرعت پیشانی افزایش می‌یابد. در بررسی حساسیت سرعت پیشانی ‏مشاهده شد که با افزایش دبی و ارتفاع زبری ، میزان حساسیت سرعت پیشانی به تغییر شیب کم‌تر شده و همچنین با افزایش شیب و ‏کاهش ارتفاع زبری، میزان حساسیت سرعت پیشانی به تغییر دبی کاهش می‌یابد. همچنین نتایج نشان میدهد که با حرکت جریان در ‏طول بستر، سرعت پیشانی کاهش می‌یابد. در بررسی پروفیل سرعت بدنه جریان مشاهده گردید که با افزایش شیب سرعت ماکزیمم ‏افزایش یافته و ارتفاع نقطه صفر ‏ ‎ ‎‏(ارتفاعی که در آن سرعت صفر است) و ارتفاع سرعت ماکزیمم کاهش یافته و پروفیل سرعت ‏کشیده‌تر می‌شود در حالی‌که با افزایش دبی، سرعت ماکزیمم، ارتفاع نقطه صفر و ارتفاع سرعت ماکزیمم افزایش می‌یابد. از طرفی با ‏افزایش ارتفاع زبری، ضخامت پروفیل سرعت و ارتفاع نقطه صفر سرعت افزایش یافته و از سرعت جریان غلیظ کاسته می‌گردد، به عنوان ‏مثال میزان سرعت در بستر صاف نسبت به بستر با ارتفاع زبری 15 میلی متر، به طور میانگین 35.3 درصد افزایش می یابد. همچنین ‏با حرکت جریان در طول بستر از مقدار سرعت ماکزیمم کاسته شده و فاصله آن از کف افزایش می‌یابد. از طرفی ضریب کولگان برای ‏این تحقیق، به طور میانگین برابر 0.34 حاصل شد. در بررسی ضریب شدت اختلاط مشاهده گردید با افزایش شیب ، دبی و ارتفاع ‏زبری، ضریب شدت اختلاط افزایش مییابد. به طور میانگین ضریب شدت اختلاط به ازای افزایش شیب از صفر به 3.4 درصد، حدودا ‏‏36 درصد، به ازای افزایش دبی از 0.6 به 1.2 لیتر در ثانیه، به مقدار 51 درصد و به ازای افزایش ارتفاع زبری از صفر به 15 میلیمتر، ‏تقریبا 42 درصد افزایش می یابد.‏

 رودخانه‎‎‎‎‎‌‌‌‏‏‏‎‏‏‏‏‏‏‏‏‎‌ها تحت تاثیر پدیده فرسایش و رسوب‌گذاری دست‌خوش تغییرات گوناگونی می‌شوند که از آن جمله می‌توان تغییر راستا، جابه‌جایی‌های عرضی و طولی، وقوع میانبرها، تغییر تراز بستر و دگرگونی ویژگی‌های هندسی مسیر را اشاره کرد.‏‎‎‎‎‎‎‏‏‎‎‎‎‎ تغییرات مقطع، به‌ویژه در قوس‏‏‏‎‎‎‎‌ها، امر بسیار مهمی بوده و تحقیقات زیادی را در سال‌های اخیر به‌خود اختصاص داده است. با توجه به‌ شرایط خاص الگوی جریان در قوس رودخانه، فرسایش سواحل خارجی قوس و رسوب‌گذاری در محل قوس داخلی باعث تغییر تدریجی فرم رودخانه می‌شود که معضلات زیادی از نظر اجتماعی و اقتصادی فراهم می‌کند. از این رو و از دیرباز، محققین زیادی مطالعاتی را برای کنترل فرسایش در قوس خارجی شروع کرده‌اند که منجر به ایجاد روش‌های مختلف برای تثبیت ساحل رودخانه در محل قوس شده است. استفاده از آبشکن‌ها، از جمله روش‌های غیر مستقیم حفاظت از سواحل می‌باشد. آبشکن‌ها، سازه‌های هیدرولیکی هستند که به‌ صورت دیوارهای عرضی در کناره ساحل رودخانه ساخته شده و با دورکردن جریان از ساحل و متمرکز کردن آن در وسط، به حفاظت دیواره‌ها کمک می‌کنند. آبشکن‌ها به دو صورت نفوذپذیر و نفوذناپذیر ساخته می‌شوند. از آن جا که آبشکن‌ها مانعی در برابر جریان می‌باشند، خود در معرض آبشستگی قرار خواهند گرفت. آگاهی از میزان آبشستگی در اطراف آبشکن‌ها به طراحی دقیق تر آن‌ها کمک کرده و از تخریب و واژگونی آبشکن‌ها در اثر فرسایش جلوگیری خواهد کرد. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر نفوذ‌پذیری و فاصله قرار‌گیری آبشکن‌ها بر تغییرات ابعاد چاله آبشستگی و توپوگرافی بستر در قوس ملایم 90 درجه در شرایط غیر مستغرق می‌باشد. با در نظر گرفتن 3 نفوذ‌پذیری (0%، 33% و 64%)، 3 فاصله قرار‌گیری (Le3، Le4 و Le5) و 4 عدد فرود جریان (21/0، 23/0، 26/0 و 28/0) بر روی آبشکن با زاویه قائم، مجموعا 36 آزمایش انجام شد و در هر آزمایش چگونگی تغییرات ابعاد چاله آبشستگی در اطراف آن مورد بررسی قرار گرفت. کلیه آزمایش‌ها در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس ملایم 90 درجه، نسبت R/B برابر 4 و عرض ثابت 70 سانتی‌متر انجام شد. نتایج نشان داد که افزایش نفوذ‌پذیری میزان آبشستگی را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد. به طوری که ماکزیمم مقدار عمق، عرض و طول چاله آبشستگی مربوط به آبشکن با نفوذ‌پذیری 0 درصد و مینیمم مقدار آن‌ها مربوط به آبشکن با نفوذ‌پذیری 64 درصد می‌باشد. با بررسی اثر فاصله قرار‌گیری آبشکن‌ها مشاهده شد که بیشترین عمق چاله آبشستگی در 3 نفوذپذیری(0%، 33% و 64%) مربوط به فاصلهLe 5 و کمترین مقدار آن مربوط به فاصلهLe 3 می‌باشد. به عنوان نمونه، در نفوذپذیری 0%، ماکزیمم عمق آبشستگی در عدد فرود 28/0 و در فاصله Le3 و Le4، به‌ترتیب 20 و 14/5 درصد نسبت به فاصله Le5 کاهش یافته است. همچنین، بررسی نتایج بدست آمده نشان داد که حداکثر طول و عرض چاله آبشستگی در هر 3 درصد نفوذ‌پذیری ذکر شده، مربوط فاصله Le5 و کمترین مقدار آن‌ها مربوط به فاصله Le3 می‌باشد.

 مکانیزم رودخانه¬ها به گونه¬ای است که مقطع یک رودخانه به مرور زمان دچار تغییرات شدید می¬گردد. این تغییرات بویژه در قوس رودخانه‌ها به دلیل تاثیر جریان‌های ثانویه مشهودتر است و سبب تخریب سواحل در قوس خارجی می‌گردد و مشکلات زیادی را به لحاظ اقتصادی و اجتماعی ایجاد می‌کند. آبشکن‌ها از جمله روش‌های غیر مستقیم حفاظت از سواحل می‌باشند که با انحراف خطوط جریان از ساحل خارجی به سمت میانه رودخانه و کاهش قدرت جریان ثانویه، سبب کاهش فرسایش در خم رودخانه‌ها می‌گردند. همچنین، ایجاد یک جریان آرام در محدوده بین آبشکن‌ها امکان رسوب‌گذاری را فراهم کرده و به تدریج سبب تثبیت راستای جدید رودخانه خواهند شد. از آن جا که آبشکن‌ها مانعی در برابر جریان می‌باشند، خود در معرض آبشستگی قرار خواهند گرفت. آگاهی از میزان آبشستگی در اطراف آبشکن‌ها به طراحی دقیق تر آن‌ها کمک کرده و از تخریب و واژگونی آبشکن‌ها در اثر فرسایش جلوگیری خواهد کرد. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر نفوذ‌پذیری و زاویه قرار‌گیری آبشکن‌ها بر تغییرات ابعاد چاله آبشستگی و توپوگرافی بستر در قوس ملایم 90 درجه در شرایط غیر مستغرق می‌باشد. با در نظر گرفتن 3 نفوذ‌پذیری (0%، 33% و 64%)، 3 زاویه قرار‌گیری (60، 90 و 120 درجه نسبت به دیواره بالا‌دست فلوم) و 4 عدد فرود جریان (21/0، 23/0، 26/0 و 28/0)، مجموعا 36 آزمایش انجام شد و در هر آزمایش بعد از انتخاب آبشکن بحرانی، چگونگی تغییرات ابعاد چاله آبشستگی در اطراف آن مورد بررسی قرار گرفت. کلیه آزمایش‌ها در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس ملایم 90 درجه، نسبت R/B برابر 4 و عرض ثابت 70 سانتی‌متر انجام شد. نتایج نشان داد که افزایش نفوذ‌پذیری میزان آبشستگی را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد. به طوری که ماکزیمم مقدار عمق، عرض و طول چاله آبشستگی مربوط به آبشکن با نفوذ‌پذیری 0 درصد و مینیمم مقدار آن‌ها مربوط به آبشکن با نفوذ‌پذیری 64 درصد می‌باشد. با بررسی اثر زاویه قرار‌گیری آبشکن‌ها مشاهده شد که بیشترین عمق چاله آبشستگی در آبشکن بسته مربوط به زاویه 60 درجه (حالت دافع) و کمترین مقدار آن مربوط به زاویه 120 درجه (حالت جاذب) می‌باشد. در حالی که در آبشکن‌های با نفوذ‌پذیری 33 درصد و 64 درصد، حداکثر عمق چاله آبشستگی در زاویه 120 درجه (حالت جاذب) و حداقل مقدار آن در زاویه 60 درجه (حالت دافع) رخ داده است. همچنین بررسی نتایج بدست آمده نشان داد که حداکثر طول و عرض چاله آبشستگی در هر 3 نفوذ‌پذیری مربوط به زاویه 60 درجه (حالت دافع) و کمترین مقدار آن‌ها در آبشکن بسته مربوط به زاویه 90 درجه و در آبشکن‌های نفوذ‌پذیر مربوط به زاویه 120 درجه (حالت جاذب) می‌باشد.

 

با توجه به شرایط خاص الگوی جریان در قوس رودخانه، فرسایش سواحل خارجی قوس و رسوب‌گذاری در محل قوس داخلی باعث تغییر تدریجی فرم رودخانه می‌شود. ساماندهی رودخانه‌ها در محل قوس با اهدافی نظیر جلوگیری از تغییر انحناء قوس، جلوگیری از تغییرات مورفولوژی و تراز بستر، حفاظت از دیواره‌ی خارجی در برابر فرسایش، کنترل رسوبگذاری در مجاور دیواره‌ی داخلی انجام می‌گیرد. یکی از روش‌های متداول ساماندهی و کنترل فرسایش کناری در قوس رودخانه‌ها استفاده از آبشکن است. آبشکن با منحرف کردن جریان به سمت محور رودخانه مانع از فرسایش ساحل رودخانه می‌گردد و از سوی دیگر الگوی جدید جریان باعث آبشستگی در اطراف آبشکن می‌شود. در این تحقیق هدف اصلی بررسی اثر نفوذپذیری و طول موثر آبشکن‌های غیرمستغرق بر روی ابعاد چاله آبشستگی در قوس 90 درجه ملایم می‌باشد. بدین جهت، آزمایش‌هایی با سه طول موثر 10/5، 14و 17/5 سانتی‌متر معادل 15، 20 و 25 درصد عرض فلوم، سه نفوذپذیری 0%، 33% و 64% و چهار دبی 25، 27، 30 و 33 لیتر بر ثانیه به ترتیب متناظر با اعداد فرود 0/21، 0/23، 0/26و 0/28 در شرایط آب زلال صورت پذیرفت. زاویه قرارگیری آبشکن‌ها نسبت به دیواره خارجی قوس 90 درجه و فاصله بین آن‌ها (4=a/Le) و عمق 14 سانتی‌متر ثابت در نظر گرفته شد. آزمایش‌ها در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 90 درجه ملایم با نسبت R/B برابر 4 و مقطع عرضی مستطیلی به عرض 0/7 متر انجام پذیرفت. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش نفوذپذیری آبشکن‌ها در هر سه طول موثر آبشکن، ابعاد چاله آبشستگی در عدد فرود ثابت جریان کاهش می‌یابد. بطوریکه با افزایش نفوذپذیری به میزان 64% نسبت به حالت نفوذناپذیر، در عدد فرود 0/28 و با آبشکن به طول موثر 10/5 سانتی‌متر، عمق، طول و عرض آبشستگی نسبی به ترتیب 86/35، 73/33 و 48/88 درصد کاهش یافت. همچنین برای آبشکن به طول موثر 14 سانتی‌متر، عمق، طول و عرض آبشستگی نسبی به ترتیب 82/88، 65/95 و 47/52 درصد کاهش یافت. به طور مشابه در آبشکن به طول موثر 17/5 سانتی‌متر، نسبت مزبور به ترتیب 78/125، 63/94 و 40/01 درصد کاهش یافت. با افزایش طول موثر آبشکن در حالت نفوذپذیر و نفوذناپذیر، میزان ابعاد چاله آبشستگی در اطراف آبشکن‌ها در عدد فرود ثابت جریان افزایش می‌یابد. بطوریکه با افزایش طول موثر آبشکن با نفوذپذیری 33%، در عدد فرود 0/28، از 10/5 به 17/5 سانتی متر، عمق، طول و عرض آبشستگی نسبی به ترتیب 42/37، 46/66 و 38/83 درصد افزایش یافته است. به طور مشابه با افزایش طول موثر از 14 به 17/5 سانتی‌متر، نسبت مزبور به ترتیب 9/69، 18/34 و 27/07 درصد افزایش یافته است. همچنین با افزایش عدد فرود در هر سه مقدار طول موثر و نفوذپذیری آبشکن، ابعاد چاله‌ آبشستگی افزایش می‌یابد. با توجه به توپوگرافی بستر میتوان نتیجه گرفت که بیشترین مقدار آبشستگی، در ناحیه انتهایی قوس خارجی به وقوع پیوسته است.

 

از میان بلایای طبیعی، سیل و طوفان بالاترین میزان خسارات را به جوامع بشری وارد کرده است‌. این موضوع در مورد ایران هم مصداق پیدا می‌کند و در اغلب سالیان گذشته درصد بالایی از اعتبارات سالانه طرح کاهش اثرات بلایای طبیعی صرف جبران خسارات ناشی از سیل شده است. مدیریت سیلاب‌دشت‌ها با هدف کاهش خسارات جانی و مالی ناشی از سیلاب از مهم‌ترین مسائل در علم مهندسی رودخانه می‌باشد. هدف از پیش‌بینی سیلاب اطلاع از حجم سیلاب، شدت، مدت، مکان و مساحت آبگرفتگی، تعیین ظرفیت بستر اصلی رود و دشت سیلابی پیرامون آن، تغییرات احتمالی در ظرفیت ذخیره و بالاخره زمان وقوع سیلاب‌ها است. روش‌های مدیریت سیلاب ضرورت وجود یک روش مناسب برای تعیین پهنه سیل‌گیر با استفاده از یک مدل ریاضی مناسب را ایجاب می‌کنند که می‌تواند به مدیریت حریم رودخانه‌ها و کاهش خسارات وارده کمک کند. مدل‌های هیدرودینامیکی متعدد یک، دو، سه بعدی و کوپل در زمینه پیشبینی سیل در دنیا توسعه یافتهاند. از مزیای مدل‌های یک‌بعدی نسبت به مدلهای دو و سه بعدی، ساده‌تر بودن معادلات حاکم، حجم محاسبات پایینتر، کوتاه‌تربودن زمان اجرای مدل و امکان تجزیه و تحلیل آسان خروجی آن‌ها است. در مقابل مدل‌های یک‌بعدی پارامترهای هیدرولیکی مانند سرعت، عمق جریان، عرض سطح آب و ... را به صورت متوسط محاسبه می‌کنند و اطلاعاتی از جزئیات جریان در سیلاب‌دشت‌ها ارائه نمی‌دهند. در حالی‌که مدل‌های دو‌بعدی، سه‌بعدی یا کوپل جزئیات جریان در سیلاب‌دشت‌ها (عمق ، سرعت و ...) را بدون نیاز به تعریف مسیرهای جریان ارائه می‌دهند؛ ولی به دلیل شبکه محاسباتی سنگین به زمان اجرای بیشتری نیاز دارند. دشت‌های حاشیه رودخانه دز در استان خوزستان (محدوده مطالعاتی) وسیع و کم ارتفاع هستند. بهدلیل پست بودن سیلاب‌دشت‌ها نسبت به کانال رودخانه، هنگام خروج سیلاب از مقطع رودخانه، دو جریان با عمق و سرعت متفاوت، در کانال رودخانه و سیلاب‌دشت‌ها ایجاد می‌گردد. همچنین به دلیل شیب کم سیلاب‌دشت‌ها، امکان برگشت سریع سیلاب به مقطع اصلی رودخانه وجود ندارد. در این تحقیق چهار سناریو شبیهسازی سیلاب شامل: 1- مدلسازی یک‌بعدی هیدرولیک سیلاب با استفاده از نرم افزارMIKE 11 و با بهره‌گیری از مقاطع گسترش نیافته. 2- مدلسازی یک‌بعدی هیدرولیک سیلاب با استفاده از نرم افزارMIKE 11 و با استفاده از مقاطع عریض شده. 3- مدلسازی شبهدو بعدی هیدرولیک سیلاب به وسیله مدل ریاضی MIKE 11 و با استفاده از قابلیت کانال‌های ارتباطی (LINK CHANNELS) و 4- مدلسازی COUPLE (یکبعدی-دوبعدی) هیدرولیک سیلاب با استفاده از مدل ریاضیMIKE- FLOOD، مورد بررسی قرار گرفتهاند. به منظور کالیبراسیون مدل ریاضی از داده‌های ثبت شده از سیلاب ماه‌های بهمن و اسفند سال1384 استفاده شده و با استفاده از آن مقادیر ضریب زبری اختصاص داده شده به هر بازه از مدل کالیبره شد. نتایج نشان می‌دهد که مدل شبه دوبعدی با وجود زمان اجرای بسیار کوتاه‌تر نسبت به مدل کوپل، دقت قابل قبولی در ارزیابی دبی، عمق جریان، شبیه‌سازی روند پخش و کاهش حجم سیلاب دارد، که با واقعیت ذخیره شدن بخشی از سیلاب در سیلاب‌دشت‌ها انطباق دارد و قادر است مشخصات جریان را در کانال اصلی رودخانه و سیلاب‌دشت‌ها به تفکیک ارائه دهد؛ ولی در مدل‌های با مقاطع اصلی و گسترش یافته، به دلیل عدم مدلسازی پخش سیلاب، امکان ارائه پاسخ‌های مناسب در مورد تاثیرات پخش سیلاب وجود ندارد. پیاده کردن و اجرای مدل کوپل و اجرا و رفع خطاهای اجرایی آن زمانبر است. ساخت مدل شبه‌دوبعدی نیز نسبتاً زمان‌بر بوده، ولی اجرای آن مشابه سایر مدل‌های یک‌بعدی آسان‌تر است. مدلسازی با مقاطع گسترش یافته نیز اگرچه تا حدی ایرادهای شبیه‌سازی با مقاطع برداشت شده را مرتفع می‌سازد، ولی تعریض مقاطع نیاز به صرف زمان و دقت و تسلط کاربر بر نرم‌افزار GIS دارد. زمان اجرای کوتاه سه سناریو نخست در مقایسه با زمان بسیار طولانی اجرای مدل کوپل از دیگر نتایج بدست آمده است که امکان دست‌یابی به پاسخ‌های مناسب با استفاده از مدل شبه‌دوبعدی‌ را در زمان کوتاه‌تر فراهم می‌سازد. همچنین دقت مناسب نقشه‌های توپوگرافی برای انجام کالیبراسیونی دقیق و نیز انجام یک مدلسازی که بتوان به صحت نتایج آن اعتماد کرد، لازم است. در نهایت با توجه به نتایج این مطالعه استفاده از مدل شبه‌دوبعدی LINK CHANNELS و یا مدل یک‌بعدی-دوبعدی MIKE FLOOD در نواحی دشتی به منظور لحاظ نمودن پخش و بازگشت جریان به کانال رودخانه و نشان دادن تغییرات حجم سیلاب، توصیه می‌شود.

تقابل سازه آبشکن و جریان آب باعث ایجاد گردابه های قوی در دو راستای افقی و عمودی در اطراف آبشکن شده، که عامل اصلی پدیده آبشستگی اطراف سازه و در نتیجه شکست آن می باشد. در این مطالعه آزمایشگاهی، به بررسی اثر نفوذپذیری و زاویه تک آبشکن غیرمستغرق بر روی ابعاد چاله آبشستگی پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش نفوذپذیری به میزان 50 درصد، آبشستگی به میزان زیادی کاهش می یابد. برای عدد فرود 0.24 و آبشکن قائم(90 درجه) با 50 درصد نفوذپذیری، عمق، طول و عرض آبشستگی نسبی در مقایسه با حالت نفوذناپذیر به ترتیب 67، 75.3، و45.5 درصد کاهش یافت. همچنین، برای آبشکن دافع(120درجه)، عمق، طول و عرض آبشستگی نسبی به ترتیب 64.1، 72.1، و 35.4 درصد کاهش یافت. به طور مشابه برای آبشکن جاذب(60درجه) نیز در عمق، طول و عرض نسبی چاله آبشستگی کاهش مشاهده شد که مقادیر مربوط به آن ها به ترتیب 60.2، 68.74، و 38.8 درصد اندازه گیری شد. همچنین در حالت 50 درصد نفوذپذیری، بیشترین آبشستگی مربوط به آبشکن جاذب می باشد که متوسط عمق، طول و عرض آبشستگی نسبی برای این حالت به ترتیب برابر با 0.19، 0.7 و 1.2 گردید. بررسی موقعیت حداکثر عمق آبشستگی و عملکرد الگوی جریان نشان داد که برای آبشکن جاذب، در هر دو نوع بسته و باز، حداکثر عمق آبشستگی عموما در دماغه آبشکن تشکیل می شود؛ در حالیکه عمق مزبور برای آبشکن های قائم و دافع می تواند در تمام طول سازه رخ دهد. در نهایت روابطی تجربی جهت تخمین ابعاد چاله آبشستگی با استفاده از عدد فرود، زاویه قرارگیری و درصد نفوذپذیری ارائه شد.

معضل رسوب‌گذاری همواره به عنوان مهم‌ترین عامل در کوتاه کردن عمر مفید سدها مطرح بوده است و سدهای مخزنی زیادی بدلیل پرشدن از رسوب متروکه شده‌اند. رسوبشویی هیدرولیکی تحت‌فشار یکی از تکنیک‌های موثر برای رفع مشکل رسوب‌گذاری در مخازن سد می‌باشد، که تاثیر بسیار موضعی داشته و برای خارج‌کردن رسوبات نهشته شده اطراف ورودی آبگیر نیروگاه نیز بکار می‌رود. برای طراحی مناسب دریچه‌های تخلیه‌کننده‌ی تحتانی و سایر سازه‌های مرتبط با رسوبشویی هیدرولیکی مخازن، بررسی مشخصات حفره ایجاد شده در رسوبشویی تحت‌فشار امری ضروری به نظر می‌رسد. جهت انجام این پژوهش یک مدل فیزیکی در دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز ساخته شد و با اجرای آزمایش‌های مختلف تاثیر شکل دریچه تحتانی بر روی حجم و ابعاد حفره رسوبشویی بررسی گردید. برای دستیابی به این هدف، آزمایش‌ها بر روی 4 دریچه با شکل‌های دایره‌‌ای، نیم‌دایره‌ای، مستطیلی و مربعی با سطح مقطع‌های یکسان 18 سانتی متر مربع، 5 ارتفاع آب 30، 45، 55، 65 و 78 سانتی متر و در نتیجه 5 دبی تخلیه متفاوت روی هر دریچه انجام گردید. نتایج این تحقیق نشان داد، شکل دریچه تحتانی پارامتر مهمی در پدیده رسوبشویی هیدرولیکی می‌باشد و با تغییر آن، ابعاد حفره آبشستگی نیز تغییر می‌‎کند. نتایج همچنین نشان داد که به ازای یک ارتفاع آب ثابت در مخزن و در یک زمان مشخص، ابعاد آبشستگی برای دریچه‌های مربعی و نیم‌دایره‌ای بیشتر از دریچه‌ی مستطیلی و دریچه‌ی مستطیلی نیز بیشتر از دریچه‌ی دایره‌ای است و در ارتفاع‌های کمتر (دبی‌های کمتر) این تفاوت محسوس‌تر است. همچنین طول آبشستگی و حجم مخروط رسوبشویی با ارتفاع آب درون مخزن افزایش و برای دریچه دایره‌ای از همه کمتر است. علاوه بر آن با استفاده از آنالیز ابعادی و تجزیه و تحلیل آماری بر روی داده‌های آزمایشگاهی، رابطه بدون بعدی برای تخمین ابعاد حفره رسوب‌شویی ارائه گردیده است.

در مرحله طراحی پروژه¬های عمرانی، تخمین ضریب زبری مانینگ برای محاسبه دقیق و واقعی دبی، سرعت و عمق جریان، ظرفیت انتقال و نگهداری سیلاب ضروری است. توزیع سرعت جریان به عنوان یک پارامتر کلیدی برای تعیین مشخصات جریان مانند دبی، توزیع تنش برشی، رسوبگذاری، فرسایش، تلفات انرژی و ضرایب تصحیح انرژی و مومنتم مورد نیاز است. در این تحقیق به بررسی اثر تراکم، ارتفاع و آرایش زبری¬های مصنوعی بر مقاومت جریان، مشخصات و اشکال پروفیل¬های سرعت پرداخته شده است. برای انجام تحقیق حاضر، آزمایش¬ها در آزمایشگاه مدل¬های فیزیکی دانشگاه شهید چمران اهواز و در فلومی به طول 15 متر، عرض 3/0 متر و عمق 5/0 متر در شیب کف افقی انجام شد. برای دستیابی به اهداف تحقیق، مجموعاً 48 آزمایش با 3 ارتفاع متغیر زبری(15،10،5میلیمتر)، 2درصد تراکم زبری(50%،25%)،2 نوع آرایش زبری (منظم و شطرنجی) و 4 مقدار متغیر دبی جریان در طول زبر 7/3 متری از کف فلوم و 4 آزمایش با کف صاف انجام پذیرفت. در هر آزمایش پس از قرار گیری زبری در بستر فلوم، جریان به داخل فلوم هدایت شده و پس از تثبیت کامل جریان، پروفیل سطح آب، عمق جریان و پروفیل سرعت در 3 مقطع (ابتدا، وسط و انتهای طول زبر) اندازه¬گیری می¬شد. نتایج نشان داد که شکل پروفیل سرعت به ارتفاع، تراکم و آرایش زبری بسیار حساس می¬باشد. با افزایش ارتفاع و تراکم زبری، همچنین تغییر آرایش منظم به شطرنجی زبری¬ها، مقدار حداکثر سرعت پروفیل کاهش و سرعت برشی جریان افزایش پیدا می¬کند. نتایج بی بعد شده پروفیل¬های سرعت نشان می¬دهد که سرعت نسبی جریان با افزایش ارتفاع و تراکم زبری و تغییر آرایش منظم به شطرنجی زبری¬ها، با اختلافی قابل ملاحظه کاهش می¬یابد. اثر آرایش زبری بر تغییر سرعت نسبی بسیار بیشتر از دو متغیر زبری دیگر می¬باشد. به علاوه استغراق نسبی جریان با افزایش ارتفاع زبری در یک درصد تراکم ثابت در هر دو آرایش منظم و شطرنجی زبری¬ها از ابتدا تا انتهای طول زبر کاهش پیدا می¬کند. با استفاده از آنالیز ابعادی و بررسی تاثیر هریک از پارامترهای بی بعد موثر، روابطی برای تعیین سرعت نسبی بر اساس توزیع لگاریتمی سرعت در سطوح صاف و زبر ارائه شد. نتایج نشان داد که متوسط ضریب زبری مانینگ (n) در آرایش های منظم و شطرنجی به ترتیب حدود 63/46 و 67/94 درصد بیشتر از مقدار آن برای سطح صاف برآورد شد. رابطه ارائه شده برای ضریب زبری مانینگ، این ضریب را تابعی خطی از زبری نسبی¬، درصد تراکم زبری، عدد فرود جریان و فاکتور مربوط به آرایش زبری نشان می¬دهد.