پرش هیدرولیکی یکی از مهمترین روش¬های استهلاک انرژی است که برای کنترل آن از سازه‏ای بنام حوضچه آرامش استفاده می¬کنند. برای احداث این سازه هزینه¬های زیادی لازم است. بنابراین جهت کاهش هزینه ها از روش¬های زیادی نظیر زبری کف، بلوک های ابتدایی، میانی و انتهایی وغیره ارائه شده است. در مطالعات اخیر از جت مستغرق انتهای حوضچه آرامش استفاده شده است. در این مطالعه هدف بررسی اثر تعداد جت مستغرق انتهای حوضچه آرامش برمشخصات پرش هیدرولیکی مانند طول پرش، افت نسبی انرژی و عمق مزدوج پرش بوده است. تمامی آزمایش¬ها دریک فلوم به طول 10 متر، عرض 25 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر انجام گرفت. برای ایجاد جریان فوق بحرانی آزمایش از یک سرریز اوجی استاندارد USBR استفاده گردید. همچنین مدل جت افقی به طول 4/2 متر وعرض 24 سانتی متر و با ارتفاع 5 سانتی‏متر در کف فلوم نصب گردید وسرریز اوجی برروی آن نصب شد. برای تغییر تعداد جت ها از ورقه های فلزی و چسب استفاده شد. این تحقیق در مجموع با 60 آزمایش در 3 شیب فلوم صفر درصد، نیم درصد و یک درصد انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش تعداد جت مستغرق میزان استهلاک انرژی کاهش یافت. دلیل آن بیشتر شدن مقاومت دیواره ی جت در برابر جریان خروجی از جت بوده که سبب کاهش استهلاک انرژی وافزاش عمق ثانویه وطول پرش هیدرولیکی شد. بیشترین میزان استهلاک انرژی متعلق به حالت یک جت و در شیب فلوم صفر درصد بود که به میزان 97/6 درصد استهلاک انرژی نسبت به حالت شاهد افزایش پیدا کرد. در تعداد ثابت جت مستغرق، استهلاک انرژی برای دبی‏های بالا در اکثر موارد کمتر بدست آمد. با افزایش تعداد جت مستغرق در اکثر موارد عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی نیز به میزان کمتری کاهش پیدا کردند. بیشترین کاهش عمق ثانویه مربوط به دبی 20 لیتربر ثانیه در شیب فلوم صفر درصد و با تعداد یک جت بود که به میزان 13 درصد کاهش پیدا کرد. بیشترین کاهش طول پرش هیدرولیکی مربوط به دبی 20 لیتر برثانیه وبا تعداد یک جت ودر شیب صفر درصد بوده که طول پرش هیدرولیکی به میزان 83/22درصدکاهش یافت.

  پرش هیدرولیکی یکی از مهمترین روش¬های استهلاک انرژی است که برای کنترل آن از سازه ایی بنام حوضچه آرامش استفاده می¬کنند. برای احداث این سازه هزینه¬های زیادی لازم است بنابراین جهت کاهش هزینه ها از روش¬های زیادی نظیر زبری کف، بلوک های ابتدایی، میانی و انتهایی وغیره ارائه شده است. در مطالعات اخیر از جت مستغرق انتهای حوضچه آرامش استفاده شده است. در این مطالعه هدف بررسی اثردبی جت مستغرق انتهای حوضچه آرامش برمشخصات پرش هیدرولیکی مانند طول پرش، افت نسبی انرژی و عمق پایاب بوده است. تمامی آزمایش¬ها دریک فلوم به طول 10 متر، عرض 25 سانتی متر وارتفاع 50 سانتی متر انجام گرفت. برای ایجاد جریان فوق بحرانی آزمایش از یک سرریز اوجی استاندارد USBR استفاده گردید. همچنین مدل جت افقی به طول 2/40 متر وعرض 24 سانتی متر وبا ارتفاع 5 سانتی متردر کف فلوم نصب گردید وسرریز اوجی برروی آن نصب شد. برای تنظیم دبی جت مستغرق از یک دریچه کشویی استفاده گردید. در این تحقیق در مجموع 90 آزمایش در 3 شیب فلوم صفر درصد،نیم درصد ویک درصد انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش دبی جت مستغرق میزان استهلاک انرژی افزایش یافته ودلیل آنها تقابل جریان جت مستغرق وجریان اصلی بوده که با افزایش دبی جت نیروی درگ در برابرجریان افزایش پیدا کرده که سبب افزایش استهلاک انرژی وکاهش عمق ثانویه پرش وطول پرش هیدرولیکی شده است. بیشترین میزان استهلاک انرژی مربوط به دبی کل 40 لیتر برثانیه در شیب فلوم صفر درصد وبا نسبت دبی جت مستغرق به دبی کل 20/45درصد به میزان 12 درصد استهلاک انرژی افزایش پیدا کرد.در یک دبی جت مستغرق ثابت استهلاک انرژی برای دبی ها بالا بیشتر بوده. با افزایش دبی جت مستغرق عمق ثانویه پرش و طول پرش هیدرولیکی نیز به میزان بیشتری کاهش پیدا کردند. بیشترین کاهش عمق ثانویه پرش مربوط به دبی 40 لیتربر ثانیه در شیب فلوم صفر درصدوبا نسبت دبی جت به دبی کل 20/45درصد وبه میزان 23 درصد کاهش پیدا کرد. بیشترین کاهش طول پرش هیدرولیکی مربوط به دبی 40 لیتر برثانیه وبا نسبت دبی جت به دبی کل 20/45درصد ودر شیب صفر درصد بوده که طول پرش هیدرولیکی به میزان 28 درصدکاهش یافت.

حوضچه های آرامش از پرکاربرد ترین سازه های کنترل پرش هیدرولیکی می باشند که به منظور کاهش اثرات مخرب تبدیل جریان فوق بحرانی به زیر بحرانی بکار می روند. برای اقتصادی نمودن ابعاد این سازه، راهکارهای مختلفی مانند زبری کف، بلوک های ابتدایی، میانی و انتهایی و ... ارائه شده است. در مطالعات اخیر کاربرد آستانه پلکانی در حوضچه آرامش اثرات مطلوبی بر خصوصیات پرش هیدرولیکی داشته است. هدف از این مطالعه، بررسی تاثیر روزنه دار کردن آستانه پلکانی بر خصوصیات پرش هیدرولیکی مانند طول پرش، افت نسبی انرژی و عمق پایاب مورد نیاز می باشد. آزمایشات در یک فلوم آزمایشگاهی با عرض 25 سانتی متر، ارتفاع 50 سانتی متر و طول 10 متر انجام گردید. برای ایجاد جریان فوق بحرانی از یک سرریز اوجی استاندارد USBR با دبی طرح 30 لیتر بر ثانیه استفاده شد. جهت دستیابی به ارتفاع مناسب، از سه آستانه با ارتفاع نسبی (h_s/y_1 ) 33/1 ، 1 و 67/0 در دو فاصله نسبی (L_s/y_1 ) 75/18 و 6/14 استفاده گردید. در ضمن به منظور بررسی تاثیر شکل آستانه بر خصوصویات پرش هیدرولیکی از یک آستانه پلکانی با ارتفاع نسبی ثابت (h_s/y_1 ) برابر 33/1 با سه شکل مختلف آستانه پلکانی مثبت، منفی و مزدوج در دو فاصله نسبی (L_s/y_1 ) 75/18و 6/14 استفاده گردید. پس از دستیابی به ارتفاع مناسب و موثرترین شکل آستانه، آزمایش ها برای یک آستانه پلکانی منفی با ارتفاع نسبی ثابت (h_s/y_1 ) برابر 33/1 با چهار درصد بازشدگی مختلف 12% ، 25% ، 50% و70% در فواصل نسبی (L_s/y_1 ) 8 /10، 6/14و 75/18 انجام شد. در مجموع 125 آزمایش صورت پذیرفت. نتایج تحقیقات نشان داد که آستانه پلکانی منفی (صلب) با ارتفاع نسبی ثابت (h_s/y_1 ) برابر 33/1، اثر بیشتری در کاهش طول پرش هیدرولیکی و افزایش افت نسبی انرژی نسبت به گزینه های دیگر مورد آزمایش داشته است. آستانه پلکانی روزنه دار در مقایسه با آستانه پیوسته (صلب)، عملکرد مناسب تری در کنترل و تثبیت پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش داشته است. به طوریکه این نوع آستانه موجب کاهش طول پرش هیدرولیکی و افزایش افت نسبی انرژی و کاهش عمق مورد نیاز پایاب می شود. همچنین نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که آستانه با سطح بازشدگی 25 درصد نسبت به سایر آستانه های روزنه دار عملکرد مناسب تری در کاهش طول پرش هیدرولیکی دارد و بطور متوسط 8/40 درصد نسبت به پرش هیدرولیکی کلاسیک کاهش می دهد. ضمنا مناسب ترین موقعیت قرارگیری آستانه با 12درصد بازشدگی در فاصله نسبی 6/14L_s/y_1 ≥ یا به عبارتی دیگر (y2-y1)design8/3 Ls ≥می باشد. زیرا در این آستانه میزان بازشدگی خیلی کم و قسمت اندکی از جریان از داخل روزنه های ایجاد شده عبور می کند و با نزدیک شدن آستانه به محل شروع پرش، جریان با حالت فرو ریزش شدیدی به کف حوضچه آرامش (پایین دست آستانه) برخورد می کند که این امر سبب افزایش تلاطم و اغتشاش درون حوضچه آرامش و افزایش طول آن می شود. همچنین با کاهش فاصله نسبی، انحنای خطوط جریان عبوری از آستانه شدیدتر خواهد شد به طوری که گردابه هایی در پایین دست آستانه بصورت گردابه های کف ایجاد می شود که باعث افزایش اغتشاش و تلاطم در حوضچه آرامش شده و این امر با وجود آستانه با 12 درصد بازشدگی در فاصله نسبی 4/10L_s/y_1des = بسیار محسوس می باشد. در پایان نیز نتایج بدست آمده از انجام این تحقیق با روابط ارائه شده توسط USBRو سایر تحقیقات محققین مقایسه شد.

به منظور جلوگیری از خسارات ناشی از انرژی آب در سرعت¬های فوق¬بحرانی و نیز به منظور از بین بردن انرژی جنبشی اضافی موجود در چنین جریانی، عموماً لازم است از سازه¬های خاصی به نام مستهلک کننده¬های انرژی که در پایین¬دست جریان ساخته می¬شوند استفاده نمود. از جمله این سازه¬ها می¬توان حوضچه¬های آرامش از نوع پرش هیدرولیکی را نام برد که سازه¬هایی هیدرولیکی هستند، با کف غیر قابل فرسایش و طول معین که در پایین دست سازه¬های کنترل احداث می¬شوند.در مستهلک کننده¬های انرژی از نوع پرش هیدرولیکی، پرش معمولاً با کمک مانع و در داخل حوضچۀ¬ آرامش ایجاد می¬شود.پارامترهایی چون طول حوضچه، ضخامت دال کف، عمق پایاب مورد نیاز از جمله پارامترهای مهمی هستند که بر اقتصادی کردن سازه حوضچۀ آرامش تاثیر فراوانی دارند. سازه¬های استهلاک انرژی به منظور تبدیل جریان از فوق¬¬بحرانی به زیر¬¬¬بحرانی طراحی و اجرا می¬گردند. از جمله سازه¬های نوین در این مورد جت¬های افقی مستغرق می¬باشند که با ایجاد نواحی تنش برشی سعی در افزایش راندمان استهلاک انرژی دارند. استهلاک انرژی در این نوع سازه هنگام ورود جت¬های مستغرق به‌صورت افقی به پایاب و ایجاد پرش هیدرولیکی مستغرق اتفاق می¬افتد.تاکنون در مورد تاثیر زاویۀ کف جت بر خصوصیات پرش هیدرولیکی مطالعات زیادی صورت نگرفته و تحقیقات صورت گرفته محدود می¬باشد. معمولاً به نظر می¬رسد افزایش زاویۀ کف جت باعث افزایش استهلاک انرژی و کاهش طول حوضچه آرامش می¬شود و
باعث تغییراتی در طول پرش و عمق پایاب می¬شود و در نتیجه می¬توان سازه¬ی مستهلک کننده انرژی اقتصادی¬تری را طراحی نمود. در این تحقیق به صورت آزمایشگاهی تاثیر زاویه کف در جت¬های افقی مستغرق بر خصوصیات پرش هیدرولیکی بررسی گردیده است. آزمایش¬ها در فلومی به عرض 80 سانتی¬متر، طول 12متر و ارتفاع 65 سانتی¬متر با پنج دبی در دامنۀ تغییرات عدد فرود بین 2 تا 4 و با تغییرات زاویه کف در جت¬های افقی مستغرق در سه حالت 0، 5 و 8 درجه انجام شد. نتایج نشان داد که زاویه¬دار کردن کف جت¬های افقی مستغرق باعث افزایش میزان استهلاک انرژی می¬گردد و این افزایش خصوصاً در زاویه¬دار کردن فقط لایه پایین مشهودتر بوده و در پرش آزاد به صورت میانگین 59% انرژی را مستهلک می¬کند. در این شرایط طول پرش و طول غلطان کمترین میزان را داشته و بطور متوسط نسبت به حالتی که هر دو لایه زاویه¬دار باشند به ترتیب15% و 5% کاهش داشته¬اند.

کنترل انرژی در جریان¬های با سرعت زیاد، یکی از مسائل مهم طراحی سازه¬های هیدرولیکی می¬باشد. انرژی اضافی جریان در سازه¬هایی مانند سرریز سدها و رودخانه¬های کوهستانی می¬تواند باعث خسارات جدی به سازه¬ها و همچنین آبشستگی بستر پایین¬دست شود. استهلاک انرژی در سرریز سدها بوسیله¬ی پرش هیدرولیکی و یا کاربرد مانع در خروجی سازه انجام می¬شود. استفاده از موانع با ابعاد بزرگ، باعث جدایی جریان از روی سطح شده و انرژی جریان را کاهش می¬دهد. می¬توان گفت در سازه¬هایی با وجود موانع بزرگ، آب از بین و روی موانع جریان یافته و بنابراین انرژی جنبشی جریان را کاهش می¬دهد. با توجه به این ویژگی بررسی استهلاک انرژی جریان روی سرریزهای کلیدپیانویی هدف اصلی مطالعه¬ی حاضر می-باشد. در این تحقیق برای بررسی تاثیر آرایش، ارتفاع و فاصله¬ی اولین ردیف نصب موانع از ابتدای کلید خروجی سرریز کلیدپیانویی، بر ضریب دبی سرریز و همچنین میزان استهلاک انرژی سازه، پس از شناخت پارامترهای موثر، با ساخت مدل فیزیکی موانع در ٢ ارتفاع (١٢ و ٨ سانتی¬متر)، ٢ آرایش ((٢-٣) و (٢-٢)) و ٢ فاصله¬ی نصب اولین ردیف موانع (٤/١ و ٣/١ طول کلید خروجی) از ابتدای کلید خروجی و سپس انجام ٨١ آزمایش مختلف در 9 دبی متفاوت (5، 20، 35، 50، 65، 80، 95، 120 و 135 لیتر بر ثانیه)، میزان ضریب دبی و استهلاک انرژی جریان در این نوع سرریز مورد بررسی قرار گرفت. کلیه¬ی آزمایش¬ها در آزمایشگاه مدل¬های هیدرولیکی موسسه تحقیقات آب تهران انجام گرفت. نتایج آزمایش¬ها نشان داد که ضریب تخلیه¬ی جریان در تمامی مدل¬های مانع¬دار و مدل شاهد ثابت است. همچنین میزان استهلاک انرژی جریان در مدل¬های مانع¬دار بیشتر از مدل بدون مانع است. علاوه بر این، با افزایش ارتفاع و فاصله¬ی نصب اولین ردیف، میزان استهلاک انرژی افزایش می¬یابد. پارامتر ارتفاع موانع بیشترین تاثیر را در استهلاک انرژی جریان نسبت به دو پارامتر دیگر دارد و تفاوتی بین پارامتر فاصله¬ی نصب اولین ردیف موانع از ابتدای کلید خروجی و همچنین آرایش موانع مشاهده نشد. همچنین در میان مدل¬های آزمایشگاهی مانع¬دار، مدل S8 (مدل با آرایش (2-2)، ارتفاع مانع 8 سانتی¬متر و فاصله اولین ردیف موانع 3/1 طول کلید خروجی) بیشترین مقدار استهلاک متوسط انرژی (٧٥ درصد) را دارد. به طور میانگین میزان استهلاک انرژی در این مدل، 94/12 درصد نسبت به مدل بدون مانع افزایش می¬یابد. همچنین میزان استهلاک انرژی در مدل با آرایش (٢-2) به مقدار 17/1 درصد بیشتر از مدل با آرایش (٢-3) و به اندازه¬ی 28/0 درصد بیشتر از مدل شاهد می¬باشد. میزان استهلاک انرژی در مدل با ارتفاع 12 سانتی¬متر به میزان 45/1 درصد بیشتر از مدل با ارتفاع 8 سانتی¬متر و به اندازه¬ی 45/1 درصد بیشتر از مدل شاهد می¬باشد. علاوه بر این، میزان استهلاک انرژی در مدل با فاصله¬ی ٤/١ به اندازه¬ی 17/1 درصد بیشتر از مدل با فاصله¬ی ٣/١ و به اندازه¬ی 28/0 درصد بیشتر از شاهد می¬باشد.

از بین بردن انرژی مازاد جریان در جریان¬های فوق بحرانی یکی از مسائل مهم علم هیدرولیک می¬باشد. این نوع از جریان معمولاً درجاهایی مثل سرریز سدها، سیستم¬های زهکشی مناطق شهری و رودخانه¬های کوهستانی با شیب تند اتفاق می¬افتد. عدم کنترل انرژی اضافی در این جریان¬ها می¬تواند خسارات جدی به خود سازه و آبشستگی پایین¬دست آن را به دنبال داشته باشد. ازجمله سازه¬های استهلاک انرژی می¬توان به انواع حوضچه¬های آرامش با پرش هیدرولیکی کلاسیک، سرریزهای پلکانی و پرش اسکی اشاره کرد. از مشکلات سازه استهلاک انرژی با پرش اسکی می¬توان به میزان بالای پراکندگی آب در هوا و سرعت نزدیک بستر بالا اشاره کرد. ازاین‌رو محققین نمونه¬ی دیگری از سازه¬های مستهلک کننده انرژی تحت عنوان حوضچه آرامش با جت-های افقی مستغرق ارائه کردند که ازجمله روش¬های نوین در اتلاف انرژی مازاد می¬باشد. استهلاک انرژی در این نوع سازه هنگام ورود جت¬های مستغرق به‌صورت افقی به پایاب پایین¬دست و ایجاد پرش هیدرولیکی مستغرق اتفاق می¬افتد. این سازه بر اساس مکانیزم اتلاف انرژی در پرتاب‌کننده جامی شکل که استهلاک انرژی در ناحیه برشی اتفاق می¬افتد طراحی شده است، با این تفاوت که در این سازه با افزایش تعداد جت¬ها از یک جت به چند جت و همین‌طور افقی کردن جت¬ها، ناحیه برشی و درنتیجه میزان استهلاک انرژی بیشتر شده است. علاوه بر این، در این سازه به دلیل افقی و مستغرق بودن جت‌ها اثرات سرعت بستر زیاد و فشار منفی در کف حوضچه آرامش حذف شده است. همین‌طور، تلاطم سطحی جریان آب کم¬تر بوده و کنترل آن در پایین¬دست راحت¬تر است. در این تحقیق تاثیر تعداد جت¬ها و نوع پرش هیدرولیکی تشکیل‌شده بعد از سازه بر خصوصیات پرش هیدرولیکی و استهلاک انرژی موردبررسی قرار گرفت. بدین منظور آزمایش¬ها با سه مدل آزمایشگاهی با تعداد پنج، هفت و نه جت به ازای اعداد فرود مختلف در بازه 2 تا 5 انجام شد. همچنین به‌منظور بررسی تاثیر میزان استغراق جت¬ها دو حالت پرش هیدرولیکی آزاد و مستغرق موردبررسی قرار گرفتند و درنهایت با انجام 60 آزمایش برای دبی¬های 70 تا 250 لیتر بر ثانیه روابط تجربی برای خصوصیات پرش هیدرولیکی ارائه شد. نتایج آزمایش¬های انجام‌شده نشان داد که افزایش تعداد جت¬ها تاثیر زیادی در میزان استهلاک انرژی ندارد ولی باعث کاهش طول پرش هیدرولیکی و طول غلتان می‌شود. بررسی میزان استغراق جت¬ها نشان داد که برای هر مدل مشخص طول پرش برای حالت پرش آزاد بیشتر از حالت پرش مستغرق است ولی طول غلتان برای حالت پرش مستغرق بیشتر از حالت آزاد است. همچنین برای دو حالت پرش هیدرولیکی آزاد و مستغرق نرخ اتلاف انرژی در حالت پرش هیدرولیکی آزاد بیشتر می¬باشد ولی این مقدار اختلاف در اعداد فرود پایین بیشتر و در اعداد فرود بالا کمتر می¬باشد.