در این تحقیق تلاش شده است که میدان جریان شامل توزیع سرعت و تنش برشی مرزی در کانال های مرکب با سیلاب دشت های مورب برای دو زاویه اریب 1/5 و 2/9 درجه و عمق های نسبی 15/0، 24/0، 41/0 و 50/0 به صورت عددی شبیه سازی شود. به این منظور از مدل آشفتگی k-e و نرم افزار ANSYS-CFX استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی توزیع سرعت و تنش برشی در دو مقطع انتخاب و با داده های به دست آمده در آزمایشگاه هیدرولیک مستقر در والینگفورد Flood Channel Facility)) کشور انگلستان مقایسه شده است. بررسی ها نشان دهنده انطباق قابل قبول بین داده های آزمایشگاهی با نتایج حاصل از شبیه سازی عددی می باشد. با کمک معادلات اندازه حرکت توسعه داده شده برای حجم کنترل هایی در سیلاب دشت ها، اندرکنش بین جریان در کانال اصلی و سیلاب دشت ها برای زوایای اریب و عمق های نسبی مختلف، مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها نشان دهنده آن است که عموما به دلیل تبادل جرم بین کانال اصلی و سیلاب دشت ها با افزایش زاویه اریب و عمق آب، نیروی برشی ظاهری در فصل مشترک قائم بین جریان در کانال اصلی و سیلاب دشت ها افزایش می یابد.

در طبیعت به ­علت تأثیر شرایط توپوگرافی محلی، رودخانه ها اغلب دارای شکل نامنظم و غیر منشوری هستند. در کانال های مرکب غیرمنشوری به­ دلیل تأثیر تغییر شکل مقطع در طول کانال، ساختار جریان پیچیده تر از کانال های مرکب منشوری است. به­ همین دلیل بررسی ویژگی های جریان در چنین کانال هایی امری مهم بوده و می تواند به محققان در درک بهتر رفتار جریان در رودخانه ها به ویژه در مواقع سیلابی کمک کند. در پژوهش حاضر رفتار جریان در کانال مرکب با سیلاب دشت های موربِ مایل به صورت تجربی بررسی شده است. آزمایش ها در سه عمق نسبی 2/0، 3/0 و 4/0 و برای دو زاویه اریب 31/11 و 81/3 درجه انجام شده است. نیمرخ طولی سطح آب، توزیع عرضی سرعت جریان و تنش برشی مرزی در طول ناحیه اریب اندازه گیری و گزارش شده است. نتایج حاصله بیانگر آن است که توزیع عرضی سرعت و تنش برشی مرزی در کانال های مرکب مورب با سیلاب دشت های مایل به صورت نامتقارن و غیریکنواخت است. همچنین سرعت جریان و تنش برشی مرزی در سیلاب دشت واگرا همواره بیشتر از مقدار نظیر آن در سیلاب دشت همگرا است. با افزایش زاویه اریب سیلاب دشت ها از81/3 به 31/11 درجه، تنش برشی مرزی و سرعت جریان در  سیلاب دشت ها و کانال اصلی افزایش می یابند لیکن نوسانات سطح آب کمتر می شود.

ماهیت سه بعدی جریان در کانال های مرکب با سیلاب دشت های منشوری، پیش بینی توزیع سرعت و تنش برشی را برای مهندسین هیدرولیک به امری دشوار تبدیل کرده است. این پیچیدگی ها درمواقعی که سیلاب دشت ها از حالت منشوری به غیرمنشوری تغییر شکل دهند، افزایش قابل ملاحظه ای می یابد. در کانال های مرکب غیرمنشوری با سیلاب دشت های همگرا، به دلیل تغییرات هندسی کانال، تبادل جرم و به دنبال آن اندرکنش بین جریان سیلاب دشت ها و کانال اصلی افزایش می یابد. در این تحقیق براساس معادله دیفرانسیل ناویه-استوکس (Navier-Stokes) متوسط گیری شده در عمق، یک روش تحلیلی ارایه و با استفاده از آن، توزیع سرعت متوسط در عمق و تنش برشی جداره در کانال مرکب غیرمنشوری با سیلاب دشت های همگرا مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور و جهت در نظر گرفتن تاثیر جریان ثانویه در معادله دیفرانسیل ناویه-استوکس متوسط گیری شده در عمق، متوسط زمانی حاصل ضرب مولفه های سرعت، متناست با حاصل ضرب مولفه های سرعت متوسط در عمق، در نظر گرفته شده است. همچنین به دلیل غیر یکنواختی جریان شیب خط انرژی در معادله حاکم جایگزین شیب طولی کانال شده است. سپس نتایج سرعت متوسط در عمق و تنش برشی پیش بینی شده در کانال مرکب با سیلاب دشت های همگرا برای دو زاویه همگرایی 31/11 و 81/3 درجه، با نتایج حاصل از روش شیونو و نایت (Shiono and Knight Method)، روش شیونو و نایت اصلاح شده به وسیله Rezaei و Knight (2009)، (MSKM) و نیز داده های آزمایشگاهی مربوطه مقایسه شده است. بررسی ها حکایت از انطباق بهتر داده های آزمایشگاهی و نتایج حاصل از روش تحلیلی ارایه شده، دارد.

کانال های مرکب، مقطع عرضی بسیاری از رودخانه ها به ویژه در بازه های مجاور مناطق مسکونی و زراعی را تشکیل می دهند. بررسی رفتار هیدرولیکی کانال های مرکب، در طرح های کنترل سیلاب و ساماندهی رودخانه ها اهمیت فراوانی دارد. در این پژوهش، با مدل سازی کانال مرکب بتنی با نرم افزار انسیس فلوینت با کمک مدل آشفتگی k-ε, و روش مدل حجم سیال، تنش برشی و سرعت میانگین جریان در کانال مرکب با سیلاب دشت های واگرا به ازای زوایای بازشدگی متفاوت تعیین گردید. همچنین، شرایط مرزی برای جریان در کانال مورد بررسی به صورت مرز ورودی نرخ جرمی جریان، مرز خروجی به صورت خروجی فشار، مرزهای جامد به صورت دیوار بدون لغزش و بدون زبری و مرز بالایی کانال به صورت دیوار بدون لغزش و بدون زبری تعریف شده اند. مدل سازی صورت گرفته و مقایسه بین داده های آزمایشگاهی و نتایج پژوهش حاضر، نشان داد که بیش ترین سرعت در کانال با زاویه بازشدگی سه درجه رخ داده و با افزایش زاویه بازشدگی، سرعت جریان نیز کم تر شده است. علاوه بر آن، ماکزیمم تنش برشی ایجاد شده در کانال مرکب با زاویه بازشدگی کمتر اتفاق افتاده؛ به عبارت دیگر، هرچه زاویه بازشدگی سیلابدشت بیشتر شده مقدار تنش برشی سیال نیز سیر نزولی پیدا کرده است.

در مقاطع مرکب، به دلیل تفاوت سرعت جریان در کانال اصلی و کرانه سیلابی، تنش برشی ظاهری در داخل لایه های سیال به وجود می آید که باعث انتقال جرم و مومنتوم می شود. در مقاطع مرکب با سیلاب دشت های واگرا، تغییرات هندسه سیلاب دشت ها منجر به تبادل مومنتوم اضافی و تبادل آشفتگی بین کانال اصلی و سیلاب دشت می شود و بر هیدرولیک جریان اثر محسوس می گذارد. در تحقیق حاضر سعی شده است با مدلسازی فیزیکی و عددی، هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب با سیلاب دشت های واگرا و زبر بررسی شود. در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تهران، مدلسازی عددی با استفاده از مدل سه بعدی Flow3D صورت گرفته است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که زبری سیلاب دشت ها بر مشخصه های جریان (مانند توزیع سرعت و گرادیان تنش بررشی) تاثیری چشمگیر دارد. مقایسه نتایج عددی با مدل آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل Flow3D با به کارگیری مدل آشفتگی گروه های نرمال شده رینولدز (RNG) دارای دقت مناسبی در شبیه سازی جریان در این گونه مقاطع است.

بررسی انتقال بار رسوبی در رودخانه ها و کانال های روباز از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق رفتار تک ذره رسوبی بستر با حرکت لغزشی و غلتشی در سیلاب دشت یک کانال مرکب مستطیلی (دارای دیواره میانی قایم) به صورت آزمایشگاهی و براساس دیدگاه لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور روش ردیابی ذرات منفرد در یک کانال مستطیلی مرکب مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان می دهد که توزیع سرعت طولی و عرضی و شتاب عرضی ذرات رسوبی در نواحی دور از ناحیه اندرکنش از توزیع نرمال پیروی می کند. این در حالی است که با افزایش فاصله از مرکز سیلاب دشت و نزدیکی به ناحیه اندرکنش، تبعیت پارامترهای مذکور از توزیع نرمال تضعیف می گردد. بررسی های مطالعه حاضر نشان داد که هیستوگرام شتاب طولی ذره را نمی توان با استفاده از توزیع نرمال برآورد نمود. همچنین مشاهده شد که مقدار کشیدگی هیستوگرام سرعت و شتاب با نزدیک شدن به ناحیه اندرکنش افزایش می یابد.

پیش بینی رفتار جریان در رودخانه ها به ویژه در مواقع سیلابی و در هنگام ایجاد مقاطع مرکب بسیار مهم است. در پژوهش حاضر تلاش شده است با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) میدان جریان شامل توزیع عرضی سرعت متوسط درعمق، تنش برشی مرزی، نمودار های منحنی های هم سرعت، جریان های ثانویه و نیمرخ سطح آب در یک کانال مرکب مورب با زاویه اریب 81/3 درجه به صورت عددی شبیه سازی شود. برای این منظور از نرم افزار محاسباتی FLOW-3D و مدل های آشفتگی گروه های دوباره نرمال شده (RNG) و شبیه سازی گردابه بزرگ (LES) استفاده شده است. نتایج شبیه سازی عددی در شش مقطع در طول کانال مرکب مورب با نتایج مطالعات آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج حاصله بیانگر آن است که مدل آشفتگی RNG عملکرد بهتری نسبت به مدل آشفتگی LES در تخمین ویژگی های مختلف جریان در کانال مرکب مورب داشته است. به نحوی که میانگین قدرمطلق درصد خطا (MAPE) بین نتایج مدل آشفتگی RNG و داده های آزمایشگاهی مورد بررسی در این پژوهش، برای پیش بینی توزیع عرضی سرعت متوسط در عمق برابر 53/6 درصد، تنش برشی مرزی برابر 07/12 درصد، توزیع دبی برابر 59/4 درصد و نیمرخ سطح آب برابر 97/1 درصد بوده است.

در کانال های مرکب غیرمنشوری به دلیل تبادل جرم و اندازه حرکت بین کانال اصلی و سیلاب دشت ها، اندرکنش جریان بین زیربخش های کانال نسبت به کانال های مرکب منشوری بیشتر است. درنتیجه در این کانال ها مطالعة تنش برشی ظاهری ایجاد شده در فصل مشترک قائم بین کانال اصلی و سیلاب دشت ها پیچیده تر است. در پژوهش حاضر توزیع سرعت و تنش برشی در مقاطع مختلف و در طول ناحیۀ اریب کانال مرکب به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده است. سپس با استفاده از داده های آزمایشگاهی و معادلات اندازه حرکت، اندرکنش جریان بین زیربخش های کانال مرکب مورد بررسی قرار گرفته است. اندازه گیری ها برای دو زاویة اریب 31/11 و 81/3 درجه و در سه عمق نسبی 2/0، 3/0 و 4/0 انجام شده است. بررسی ها نشان دهندة آن است که اندرکنش جریان بین کانال اصلی و سیلاب دشت همگرا عموماً بیشتر از اندرکنش جریان بین کانال اصلی و سیلاب دشت واگرا است. هم چنین شیب عرضی سیلاب دشت ها سبب افزایش مقدار نیروی برشی ظاهری در فصل مشترک بین کانال اصلی و سیلاب دشت ها شده است.

پیش بینی مشخصات جریان در کانال های مرکب به علت ماهیت سه بعدی جریان برای مهندسین هیدرولیک امری دشوار تلقی می شود. مشخصه اصلی جریان در کانال های مرکب منشوری شامل اثر اندرکنش بین جریان سریع در کانال اصلی و جریان کندتر در سیلاب دشت ها می شود. این اختلاف سرعت سبب ایجاد یک لایه برشی در فصل مشترک بین کانال اصلی و سیلاب دشت شده که در نتیجه این امر بین کانال اصلی و سیلاب دشت ها تبادل اندازه حرکت صورت می پذیرد. نتیجه این امر کاهش ظرفیت انتقال جریان در کانال اصلی و افزایش آن در سیلاب دشت ها می باشد. در این تحقیق تلاش گردیده است که میدان جریان در کانال های مرکب منشوری شامل توزیع عرضی سرعت متوسط در عمق و تنش برشی به صورت عددی با استفاده از نرم افزار ANSYS-CFX شبیه سازی گردد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی عددی که از حل معادلات ناویر- استوکس متوسط گیری شده رینولدزی با استفاده از مدل آشفتگی k-e به دست آمده، با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که کم و بیش انطباق خوبی بین آن ها وجود دارد. همچنین با استفاده از شبیه سازی عددی به مطالعه تاثیر دبی و هندسه کانال مرکب بر روی اندرکنش جریان بین کانال اصلی و سیلاب دشت ها پرداخته شده است.

مطالعه سیلاب به علت خسارت جانی و مالی فراوان، همواره مورد اهمیت پژوهشگران است. بررسی بستر سیلابی می تواند راهکارهای مناسبی برای کاهش این پدیده در اختیار مدیران و پژوهشگران قرار دهد. در این تحقیق به بررسی مقطع سیلابی مرکب (با دشت سیلابی یک طرف کانال اصلی) پرداخته شده است. از این رو، دو مدل آزمایشگاهی مقطع مرکب در فلوم آزمایشگاهی با درنظر گرفتن آنالیز ابعادی مورد بررسی قرار داده شد. با هدف بررسی شیب جانبی، دیوار سیلاب دشت در مدل آزمایشگاهی در مدل اول شیب دیواره جانبی صفر و در مدل دوم مقدار برابر با 50 درصد درنظر گرفته شد. همچنین با هدف بررسی تأثیر شیب طولی بر شستن رسوبات بستر رودخانه، شیب طولی در سه گام 0/002، 0/004 و 0/006 تغییر داده شد. با بررسی دادههای سرعتسنجی ADV، نتایج نشان داد با افزایش شیب طولی و عرضی (شیب دیواره سیلاب دشت) کانال، ماکزیمم سرعت طولی به سمت کف کانال تغییرموقعیت میدهد. با هدف بررسی تأثیر قطر متوسط رسوبات بر روند آبشستگی، در طول آزمایش هایی از رسوبات ماسه ای با قطر 0/9 و 3 میلی متر استفاده شد. نتایج نشان داد، افزایش شیب طولی و عرضی تأثیر زیادی بر افزایش حجم رسوبات شسته شده در طول کانال دارند و با افزایش این شیب های طولی و عرضی در کانال، میزان حجم انتقال رسوبات بیشتری اتفاق می افتد. در ادامه، با استفاده از بررسی اعداد بی بعد به دست آمده از آنالیز ابعادی، عدد بی بعد فرود وزنی برای بررسی این مقدار به ازای دیگر پارامترهای هیدرولیکی معرفی شد و رابطه ای بر پایه رگرسیون غیرخطی با ضریب همبستگی قابل قبولی در حدود 88/0 معرفی شد.