یکی از مستهلک کننده های انرژی رایج، حوضچه آرامش USBR VI است. این حوضچه، سازه ای جعبه ای شکل به همراه یک دیوار میانی و یک آستانه انتهایی است. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار Flow3D هندسه حوضچه به نحوی اصلاح شده است که جریان خروجی دارای توزیع یکنواخت تر سرعت نسبت به حالت استاندارد گردد. صحت سنجی مدل عددی با مقایسه فشار برداشت شده روی دیوار میانی و عمق جریان روی آستانه انتهایی در مدل فیزیکی و نیز مقایسه پروفیل سرعت در لوله ورودی انجام شده است. به منظور اصلاح الگوی جریان خروجی از حوضچه، 4 پارامتر سرعت متوسط طولی در محل آستانه انتهایی، سرعت در نزدیکی سطح آستانه، ضریب کوریولیس روی آستانه و توزیع دبی روی آستانه انتهایی انتخاب گردید. بر اساس این پارامترها بالغ بر یکصد طرح مختلف از تغییرات هندسی حوضچه بدست آمده و شبیه سازی شدند. در انتها با مقایسه نتایج برای طرح های مختلف مشخص گردید حوضچه ای که پس از دیوار میانی عرض حوضچه بتدریج افزایش یابد بهترین نتایج را خواهد داشت.

حوضچه آرامش نوع 6 معمولا در خروجی لوله ها و مجاری تحت فشار، جهت استهلاک انرژی جریان تعبیه می شود. آزمایشاتی بر روی آبشستگی در مدلی از این حوضچه در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس انجام گردید. پارامترهای متغیر در آزمایشات شامل عدد فرود جریان، قطر لوله ورودی و چهار مدل آبپایه انتهایی (دوپله ای، سه پله ای، چهار پله ای و پنج پله ای) بودند، که مجموعا در غالب 32 آزمایش طراحی و انجام شد. نتایج نشان داد افزایش عدد فرود باعث کاهش شاخص آبشستگی و عملکرد موثرتر آبپایه می-شود. درمحدوده عدد فرود 99/1 تا 07/4، آبپایه 4 پله ای عملکرد مناسب تری را نسبت به سایر آبپایه ها دارد. در محدوده عدد فرود 27/9 تا 91/13، آبپایه 4 پله ای عمق آبشستگی کمتری ایجاد می کند. حجم رسوب خارج شده از حفره آبشستگی در آبپایه 4 پله ای نیز کمتر از آبپایه های دیگر است. به منظور بررسی تقارن توپوگرافی بستر، شاخص تقارن تعریف شد. توپوگرافی بستر در پایین دست آبپایه پنج پله ای در محدود عدد فرود 1 تا 4، و در پایین دست آبپایه چهارپله ای در محدوده عدد فرود 4 تا 9/13، شاخص تقارن کمتر دارد. تغییرات زمانی عمق آبشستگی نشان داد حدود 65 تا 70 درصد عمق آبشستگی در یک ساعت اولیه اتفاق می افتد. همچنین معادله ای برای پروفیل های طولی حفره آبشستگی ارایه شد.

در تحقیق حاضر، نوسانات فشار جریان در کف حوضچه آرامش تیپ دو USBR در پایین دست سرریز اوجی با استفاده از ترانسدیوسرهای فشار اندازه گیری گردید. آزمایش ها 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 حوضچه های آرامش مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از پارامترهای بی بعد، تأثیر استغراق بر روی توزیع طولی فشار متوسط و شدت نوسانات فشار ارزیابی گردید. برداشت داده های 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 (Cʹ p ) تابعی از پارامترهای Fr1، S و فاصله نسبی از ابتدای حوضچه (X/Y1) می باشد. نتایج نشان داد که مقادیر حداکثر ضریب Cʹ p در حوضچه تیپ دو نسبت به حوضچه های صاف، حدود 30 درصد کاهش می یابد. در ناحیه پایین دست حوضچه آرامش (X/Y1>10)، متوسط مقادیر Cʹ p در پرش های مستغرق نسبت به پرش آزاد، حدود 25 درصد کاهش می یابد.

کنترل مقادیر انرژی نسبی باقی مانده، عمق نسبی و عدد فرود پایین دست، جزو مسائل مهمی هستند که طراحان سازه های شیب شکن مایل با آن مواجه هستند. در این تحقیق 60 آزمایش متفاوت شامل سه زاویه و دو ارتفاع شیب شکن با جریان زیر بحرانی در بالادست با هدف بررسی تاثیر بکارگیری سازه گابیونی در سازه شیب شکن مایل در مقایسه با استفاده از حوضچه آرامش در پایین دست این سازه انجام شد. نتایج نشان داد برای تمامی مدل های تحقیق حاضر، افزایش عمق بحرانی نسبی سبب افزایش مقادیر انرژی نسبی باقی مانده و عمق نسبی پایین دست می گردد. مقادیر انرژی نسبی باقی مانده و عمق نسبی پایین دست، هنگام بکارگیری سازه گابیونی در ساختمان شیب شکن مایل و ایجاد شیب شکن مایل گابیونی با کاهشی چشمگیر همراه بود. شیب شکن مایل گابیونی به ترتیب باعث کاهش 30، 33، 30 و 36 درصدی انرژی نسبی باقی مانده پایین دست در مقایسه با حوضچه آرامش نوع یک، دو، سه و چهار گردید. استفاده از شیب شکن مایل گابیونی در مقایسه با حوضچه های آرامش استاندارد نوع یک، دو، سه و چهار به ترتیب باعث کاهش 37، 40، 37 و 43 درصدی مقادیر متوسط عمق نسبی پایین دست شد و عدد فرود از بازه 49/4 الی 35/8 به بازه 28/1 الی 64/2 کاهش یافت. همچنین روابطی جهت تخمین انرژی نسبی باقی مانده و عمق نسبی پایین دست شیب شکن مایل گابیونی ارائه شد.

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 پایین دست سرریز اوجی در کف حوضچه آرامش نوع دو USBR با حوضچه های نوع یک USBR مقایسه شده است. ابعاد سرریز اوجی شکل و حوضچه آرامش، بر اساس معیارهای USBR طراحی شده اند. داده های فشار نقاط واقع در کف حوضچه با استفاده از مبدل های فشار با بسامد 20 هرتز ثبت شده اند. پارامترهای آزمایشگاهی شامل عمق و سرعت جریان در موقعیت های ابتدا و انتهای پرش آزاد (Y1، Y2، V1، و V2)، و پرش مستغرق (Y3، Yt، V3، و Vt) اندازه گیری شدند. در تحقیق حاضر، پارامترهای بی بعد راندمان استهلاک انرژی (εt)، 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 εt کاهش می یابد. پارامتر Φ*Xmax در حوضچه نوع دو USBR در مقایسه با حوضچه های نوع یک در پرش آزاد، در حدود 30 درصد کاهش می یابد. کاهش مقادیر Φ*Xmax در پرش مستغرق با  S=1/4  در مقایسه با پرش آزاد، در حدود 29 درصد است. مقادیر ضرایب CP+max و  |CP‒|maxدر پرش مستغرق با   S=1/4در مقایسه با پرش آزاد، به طور متوسط به ترتیب برابر با 15 و 17 درصد کاهش می یابند.

حوضچه های آرامش از مهمترین سازه های مستهلک کننده انرژی می باشند بطوریکه تغییر شکل حوضچه آرامش می-تواند باعث عملکرد هیدرولیکی بهتر آنها شود. در این مطالعه، با پلکانی کردن انتهای حوضچه آرامشUSBR II مدل سد نازلوچای و همگرا نمودن دیواره های حوضچه، پارامترهای فشار، پروفیل سطح آب، راندمان پرش هیدرولیکی و استهلاک انرژی جنبشی بررسی شد. برای این منظور در نرم افزارFlow-3D با استفاده از روشVOF و مدل آشفتگیRNG ، جریان در حوضچه آرامش همگرا با زوایای همگرایی5، 5/7، 10 و5/12 درجه برای دبی 830 متر مکعب بر ثانیه شبیه سازی گردید. جهت صحت سنجی مدل عددی، از مقادیر آزمایشگاهی فشار استفاده شد. نتایج مدل سازی نشان داد که پلکانی کردن انتهای حوضچه و همگرایی دیواره ها باعث افزایش عمق پایاب و مانع خروج پرش از حوضچه آرامش می گردد. همچنین، همگرا کردن دیواره های حوضچه تاثیر مثبتی بر راندمان دارد. همگرا کردن دیواره ها باعث مستغرق شدن پرش هیدرولیکی می شود، درحالیکه پرش در حوضچه آرامش با دیواره های موازی بصورت آزاد می باشد. بهترین زاویه همگرایی از نظر عملکرد، حوضچه با زاویه همگرایی 5 درجه می باشد که راندمان به میزان 136 درصد نسبت به حوضچه با دیواره های موازی افزایش می یابد. مقایسه نتایج استهلاک انرژی برای مقاطع مختلف حوضچه در اعماق متفاوت نشان داد که حداکثر استهلاک انرژی در اعماقی بین30-20 درصد عمق جریان رخ می دهد که در نظر گرفتن این نکته، باعث طراحی سازه ای بهتر حوضچه آرامش می شود.

حوضچه ­های آرامش جهت استهلاک انرژی جریان خروجی از کانال­ها، شوت­ها و کالورت­ها در انتهای این سازه­ ها تعبیه می­شوند. یکی از انواع حوضچه­ های آرامشی که در آن استهلاک انرژی جریان خروجی توسط ضربه صورت می­گیرد، حوضچه آرامش استاندارد نوع VI USBR است. برخلاف دیگر حوضچه­ های آرامش، مطالعات صورت گرفته اطراف این نوع حوضچه محدود بوده و هنوز ویژگی­های بسیاری از این نوع حوضچه باقی است که در مطالعات پیشین مورد توجه قرار نگرفته است. در این مقاله تأثیر شکل آبپایه انتهایی بر عمق حفره آبشستگی پایین دست این حوضچه آرامش مورد مطالعه قرار گرفت. در طراحی آزمایش­ها پارامترهای عدد فرود جریان ورودی به حوضچه، قطر لوله ورودی (سه قطر 5، 8 و 12 سانتی­متری) و سه شکل آبپایه انتهایی (مثلثی، پله­ای و ربع دایره­ای) در قالب 27 آزمایش جهت مطالعه عمق آبشستگی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در محدوده عدد فرود 2 تا 6، آبپایه ربع دایره­ای کمترین عمق آبشستگی و کمترین مقدار شاخص آبشستگی را دارا است. در محدوده عدد فرود 9 تا 14، آبپایه مثلثی کمترین شاخص آبشستگی را ایجاد می­کند. در نسبت عرض حوضچه به قطر معادل جت ورودی به حوضچه برابر 10/16 و برای اعداد فرود 9/27 و 13/91، کمترین شاخص آبشستگی متعلق به آبپایه مثلثی شکل است. همچنین در هر سه آبپایه انتهایی، کاهش قطر جت منجر به کاهش عمق حداکثر آبشستگی می­گردد. نکته مهم دیگر آن بود که پشته رسوبی تنها در آزمایش­ها با لوله 5 سانتی­متری و برای عدد فرود روی منحنی ایجاد گردید. ارتفاع پشته رسوبی و عمق حداکثر آبشستگی در آبپایه پله­ای از همه بیشتر و در آبپایه ربع دایره­ای از همه کمتر بدست آمد. در نهایت روابط بدون بعدی برای تخمین عمق حفره آبشستگی بر حسب پارامترهای عدد فرود جریان ورودی به حوضچه و نسبت عرض حوضچه به قطر معادل جت ورودی به حوضچه برای هر سه شکل آبپایه ارائه شد.

برآورد حجم رسوب ورودی به مخازن سدها از ضرورت های طراحی و مدیریت تاسیسات آبی می باشد. روش های تجربی و ریاضی مختلفی جهت برآورد حجم رسوب موجود است اما همواره این روش ها دارای قطعیت نبوده و باعث شکست پروژه یا استفاده از ضرایب اطمینان بالا می شود، در این راستا تحلیل عدم قطعیت می تواند راهگشا باشد. در این تحقیق، جهت برآورد دبی رسوب ورودی به سد، روش های USBR متوسط دسته ها و تعدیل ضریب FAO استفاده شده است. نتایج به دست آمده، در مقایسه با رسوب سنجی مخزن سد اکباتان نشان داد که تعدیل ضریب FAO روی روش متوسط دسته ها در برآورد دبی رسوب نتایج مطلوبتری را به همراه داشته است. در بحث عدم قطعیت، دو روش شبیه سازی مونت کارلو و نقطه ای هار مورد بررسی قرار گرفت. بدین طریق که در روش مونت کارلو به دلیل حجم بالای محاسبات، از برنامه کامپیوتری نوشته شده توسط نگارنده به زبان FORTRAN برای بررسی سهم هر پارامتر در عدم قطعیت کلی حجم رسوب و محاسبه عدم قطعیت کلی استفاده گردیده است. طبق نتایج به دست امده دبی رسوب و پس از آن دبی جریان بیشترین تاثیر و راندمان تله اندازی کمترین تاثیر را در عدم قطعیت حجم رسوب دارا هستند. همچنین روش مونت کارلو عدم قطعیت کلی را برابر با 0.208 و روش هار 0.179 برآورد کرده است.