سرریز نوک اردکی یکی از سازه های کنترل کننده سطح آب پرکاربرد در شبکه های آبیاری است. چنانچه رسوبات به داخل شبکه منتقل شود، در بالادست سرریز تله اندازی می شود و تراز سطح آب بالادست را تحت تاثیر قرار می دهد. در این تحقیق به صورت آزمایشگاهی از صفحات مستغرق جهت تخلیه رسوبات از طریق دریچه های واقع در دماغه و بال های جانبی سرریز استفاده شده است. همچنین از نرم افزار Flow-3D برای شبیه سازی الگوی جریان و رسوب استفاده گردید. نتایج نشان داد که به کارگیری صفحات مستغرق برای تخلیه رسوبات بخصوص در نسبت های هد آب به ارتفاع سرریز بیش تر از 33/0 بسیار موثر است. نتایج پردازش تصویر نشان داد که حداکثر خطای نسبی در شبیه سازی الگوی رسوب گذاری 4/14 درصد است.

منابع طبیعی از جمله جنگل، مرتع، خاک، آب و روی هم رفته عناصر اکوسیستم ها به عنوان بستر حیات طبیعی و اقتصادی هر کشور به شمار می آیند و به دلیل این که رودخانه ها نیز یکی از اجزا منابع آبی محسوب می شوند، حفاظت و بهره برداری بهینه از آنها و همچنین حراست از بستر و حریم آنها ضروری است. رودخانه در ضمن حرکت خود باعث فرسایش بستر و کناره ها می شود. بدین منظور یکی از سازه های جلوگیری از آبشستگی کناره ها، آب شکن می باشد که وظیفه اصلی این سازه ها حفاظت از کناره های رودخانه است. طول آب شکن از پارامترهای مهم در کنترل آب شستگی و محافظت از کناره است و پایداری آب شکن در اثر آب شستگی هنگام برخورد جریان به ویژه نوک آبشکن دارای اهمیتی فراوان است. با توجه به این که سیلابدشت در شرایط عادی خشک بوده و در مواقع سیلابی مستغرق است، رسوبگذاری و فرسایش آن نیز در اندرکنش با کانال اصلی دارای اهمیت می باشد. بدین منظور برای بررسی رفتار آب شکن و اثر شکل دماغه آن با مدل سازی فیزیکی، از سه شکل آب شکن در سیلابدشت و با طول های 10 و 20 سانتی متر، در یک سمت کانال مرکب، طراحی و آزمایش شد. نتایج نشانگر آن است که در یک دبی ثابت؛ آبشستگی در دماغه مستطیلی نسبت به آبشستگی دماغه دایره ای شکل 26 درصد بیشتر است. همچنین افزایش 8 درصدی دبی در کانال مرکب، میزان بیشینه عمق آبشستگی  17.5تا 23 درصد در دبی ها و طول های گوناگون آبشکن افزایش می یابد.

فرسایش و رسوب گذاری در قوس رودخانه­ها باعث ایجاد مشکلاتی در سازه­های رودخانه­ای می­شود. ازاین رو، الگوی جریان و انتقال رسوبات در کانال­های روباز پیچان رودی نگاه مهندسین رودخانه را به خود جلب کرده است. ازآنجایی که میدان جریان در خم رودخانه­ها به صورت سه بعدی است، لذا در چند دهه اخیر پیش­بینی تغییرات تراز بستر و تغییر مکان سواحل به کمک برنامه­های کامپیوتری بیش ازپیش موردتوجه قرارگرفته است. در این مطالعه با استفاده از نرم افزار SSIIM به مدل سازی تغییرات توپوگرافی بستر کانال های پیچان رودی با مولد سینوسی و بستر متحرک پرداخته شده است و تغییرات تراز بستر در آن تحت شرایط مختلف موردمطالعه قرار گرفته است. جهت حل میدان جریان از مدل ­آشفتگی ، جهت برآورد بار رسوبات از روش فاین­راین و برای محاسبه فشار از روش SIMPLE استفاده شده است. پس از صحت­سنجی و واسنجی مدل، الگوی تنش برشی در حالت بستر صلب، با الگوی فرسایش و رسوب گذاری در حالت بستر متحرک مقایسه شده است. بررسی ها نشان می دهد مدل به خوبی توانسته تغییرات تراز بستر را پیش بینی نماید. درنهایت با تغییر در پارامترهای مؤثر بر فیزیک مسئله مانند انتخاب گام زمانی، شبکه بندی میدان، الگوی انفصال ترم جابه جایی معادلات حاکم، عدد فرود، نسبت عرض به عمق، زاویه پیچان رودی و منحنی دانه بندی تأثیر این عوامل بر نتایج حاصل از شبیه سازی عددی موردبررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد با افزایش عدد فرود و نسبت عرض به عمق، چاله فرسایشی و پشته رسوبی ایجادشده در کانال به تدریج به سمت پایین دست کانال مهاجرت می کند. این در حالی است که با افزایش زاویه پیچان رودی پشته رسوبی و چاله فرسایشی به سمت بالادست کانال انتقال می یابد.

یکی از اثرات مهم پس از ساخت سدها، مساله رسوب گذاری در مخازن می باشد. این پدیده بهره برداری بهینه از حجم ذخیره شده در مخزن سد را با مشکلاتی مواجه می سازد. علاوه بر این، رسوب گذاری بر تولید انرژی، کشتیرانی، عملکرد توربین ها، تولید و تامین آب و ایمنی سدها تاثیرگذار است. در تحقیق حاضر، به منظور پیش بینی روند رسوب گذاری مخزن سد شهید رجایی، از مدل GSTARS3.0 به دلیل داشتن خاصیت نیمه دوبعدی و شبه پایدار، قابلیت شبیه سازی انتقال رسوب درحالت عدم تعادل و به کارگیری دامنه وسیعی از معادلات انتقال رسوب، استفاده شد. بعد از واسنجی مدل به کمک داده های هیدروگرافی مخزن سد شهید رجایی برای یک دوره ده ساله ، مقدار و نحوه رسوب گذاری درمقطع طولی و مقاطع عرضی مخزن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از واسنجی مدل نشان داد، با انتخاب تابع یانگ 1979 به عنوان رابطه حمل رسوب ، تعداد سه لوله جریان و ضریب زبری 0.04، نتایج مدل تطابق بهتری با نتایج واقعی دارد. همچنین نتایج شبیه­سازی مدل نشان می دهد که پس از طی 50 سال از زمان بهره برداری سد، حجم رسوبات انباشته شده در مخزن به حدود 21 میلیون متر مکعب می رسد که تقریبا 22% از حجم مفید مخزن را پر خواهد نمود.

حوضچه های پیش ته نشینی از اجزاء مهم و اصلی در فرآیند تصفیه آب به منظور شرب به شیوه متعارف به شمار می روند. تیغه های هدایت کننده جریان می توانند برای مستهلک کردن جت ورودی و کاهش انرژی جنبشی آشفته نیز به کار روند. اولین گام برای بهینه سازی حوضچه های پیش ته نشینی ، محاسبه صحیح میدان سرعت و نیز موقعیت و وسعت نواحی چرخشی می باشد. در این پژوهش، شبیه سازی عددی جریان در حوضچه پیش ته نشینی با استفاده از SSIIM و FLUENT مورد بررسی قرار گرفته و معادلات پیوستگی و مومنتوم با استفاده از روش احجام محدود حل شده اند. شبیه-سازی جریان در حالت سه بعدی انجام شده و نتایج پروفیل های سرعت جریان در مقاطع مختلف حوضچه پیش ته نشینی با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. این مقایسه، مطابقت خوب با دقت خطای میانگین حدود 6 درصد نتایج محاسباتی و مشاهداتی را نشان داد. سپس، معادله پخش و انتقال غلظت رسوب با معادلات حاکم بر هیدرولیک جریان حل شده و نتایج توزیع قائم پروفیل های غلظت رسوب در مقاطع مختلف حوضچه با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. این مقایسه نیز بیانگر انطباق مناسب با دقت خطای میانگین 11 درصد نتایج محاسباتی با داده های آزمایشگاهی بوده و توانایی بالای مدل عددی SSIIM در پیش بینی توزیع پروفیل های غلظت رسوب در حوضچه های پیش ته نشینی نشان داد. در انتهای این تحقیق، با قراردادن تیغه های هدایت کننده جریان، تاثیر این تیغه ها بر الگوی جریان و نرخ رسوبگذاری درون حوضچه های پیش ته-نشینی مورد بررسی قرار گرفت. در حالت بدون تیغه هدایت کننده در نزدیکی سطح آزاد جریان، غلظت رسوب کاهش شدیدی را نشان داد.

سرریزهای مستغرق در پیچ آبراهه ابزارهایی مهم در اهداف چند منظوره از جمله کنترل فرسایش، احیای آبراهه ها و پروژه های مربوط به بهبود زیستگاه ها هستند. این سازه ها مجموعه ای از موانع با ارتفاع کوتاه هستند که با زاویه بالادست (دافع جریان) برای کنترل و تغییر جهت جریان و سرعت در طول تمام قوس رودخانه یا آبراهه طراحی می شوند. هدف این تحقیق ارزیابی الگوی فرسایش و رسوبگذاری در یک قوس 90 درجه (با شعاع انحنای نسبی 3.3) با حضور سرریزهای مستغرق و بدون وجود سرریزهاست. برای رسیدن به هدف مطالعه، مجموعه ای از سرریزها (7 سرریز) با ارتفاع 30، 50 و 70 درصد عمق جریان ورودی در قسمت ساحل خارجی قوس احداث و در شرایط مختلف هیدرولیکی بررسی شد. زاویه سرریزها 60 درجه و طول سرریزها 30 درصد عرض کانال در نظر گرفته شد، این شرایط در تمامی آزمایش ها ثابت نگه داشته شد. نتایج تحقیق نشان می دهد که در نتیجه احداث سرریزهای مستغرق، خط القعر به اندازه طول موثر سرریزها از سمت قوس خارجی به سمت مرکز کانال و در امتداد دماغه سرریزها انتقال می یابد. حجم آبشستگی در اثر احداث سرریزهای مستغرق با ارتفاع 50 و 70 درصد عمق آب به ترتیب 53 و 120 درصد بیشتر از حجم آبشستگی در حالت بدون سازه است در حالی که مقدار آن در سرریزهای با ارتفاع 30 درصد عمق آب، برابر با حالت بدون سازه است. همچنین، ماکزیمم عمق نسبی آبشستگی در دماغه سرریزهای با ارتفاع 50 و 70 درصد عمق آب در حدود 2 برابر سرریزهای با ارتفاع 30 درصد است.

آب جاری رودخانه ها یکی از منابع اصلی تامین، آب مورد نیاز کشاورزی و شرب می باشد. یکی از قدیمی ترین روش های برداشت آب از رودخانه ها که هنوز هم بیشترین کاربرد را دارد، استفاده از آبگیرهای جانبی قائم می باشد. در این نوع از آبگیرها، به علت عدم تناسب سرعت جریان در دهانه بالادست و پایین دست آبگیر، شاهد جداشدگی جریان و در پی آن رسوب گذاری در دهانه بالادست خواهیم بود. در این تحقیق، با استفاده از مدل عددی SSIIM 2.0 حالت هیدرولیکی بهینه آبگیر، به طوری که کمترین جداشدگی جریان در دهانه بالادست رخ دهد، تعیین و سپس مشابه همین مدل در مدل فیزیکی به اجرا درآمد. نتایج حاکی از آن بود که مدل هیدرولیکی بهینه در مدل عددی و مدل فیزیکی که بر اساس داده های رسوبی به دست آمده است، یکسان می باشند. این مدل بهینه، قوس ترکیبی 7 در 63 سانتی متری در دهانه بالادست آبگیر می باشد.

محل تلاقی رودخانه ها از اجزا مهم مورفولوژیکی سیستم های رودخانه ای می باشد. جریان ورودی از شاخه فرعی باعث تغییرات شدید الگوی جریان، به وجود آمدن پدیده فرسایش و رسوب گذاری که در نهایت باعث تشدید فرسایش سواحل شده و مشکلاتی را برای کشتیرانی، پل ها و ابنیه مجاور ایجاد می نماید. علی رغم این، به خاطر وجود جریان های سه بعدی و حرکت رسوب، مطالعات سیستماتیکی برای شناخت کامل مکانیزم این پدیده ها به ندرت انجام شده است. در پژوهش حاضر ابتدا با استفاده از آنالیز ابعادی روابط بی بعد کلی استخراج و سپس با ساخت مدل فیزیکی، تاثیر یکی از مهم ترین پارامترها یعنی زاویه تلاقی (q) که تاکنون خیلی کم مورد مطالعه قرار گرفته است، بررسی گردید. در این پژوهش تعداد سه زاویه تلاقی 60، 75 و 90 درجه تحت شرایط هیدرولیکی مختلفی مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج آزمایش های انجام شده نشان داد که با افزایش زاویه اتصال حداکثر عمق چاله فرسایش و ارتفاع تپه رسوب گذاری افزایش می یابد. با به کار بردن داده های حاصل از این پژوهش، تاثیر هر یک از پارامترهای بی بعد بر مقدار فرسایش و رسوب گذاری بررسی و نهایتا روابطی برای تخمین این پدیده ها استخراج و ارایه گردیده است.