سرریزهای پلکانی یکی از انواع سرریزها می باشند که بر پایه بررسی های انجام گرفته نقش موثری در استهلاک کارمایه دارند. در این تحقیق با استفاده از 12 گروه آرایش متفاوت، اثر شیبهای معکوس در پله های این نوع از سرریزها بررسی شدند. این آرایشها با استفاده از یک نمونه آزمایشگاهی از جنس پلکسی گلاس با ارتفاع تاج 72 سانتیمتر از کف نهر پایه دار تحقیقاتی و در بده های متفاوت مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهندکه، با افزایش بده و افزایش شمار پلکانها، و در نظر گرفتن شیب معکوس پلکانها، افت کارمایه افزایش یافته است. با این حال، نمی توان شمار موانع و یا شیب پلکانها را به صورت نامحدود، و بدون توجه به مسائل هیدرولیکی جریان افزایش داد، چه، بالاترین میزان افت کارمایه لزوما در بیشینه شمار پلکانهای شیب دار رخ نداده است.

بهره وری از سرریزهای پلکانی، به علت هزینه ساخت پایین و بازدهی بالای آنها بطور فزاینده ای رو به افزایش است. از این رو، تحقیقات نیز در این زمینه با رشد و توجه زیادی از سوی مهندسین سد همراه بوده، ولی اغلب این مطالعات در زمینه سرریز های پلکانی با ارتفاع پله یکنواخت می باشد، در حالی که ارتفاع پله غیر یکنواخت نیز می تواند در بعضی حالات به عنوان یک گزینه مطرح گردد. در این تحقیق از یک نمونه فیزیکی از سد هرات برای تند آب پلکانی با ارتفاع 1.3 متر و شیب 19.2 درجه برای صحت سنجی شبیه عددی استفاده شد، سپس سه نوع پیکربندی پلکانی با استفاده از پویایی سیال محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS CFX برای محدوده جریان 1.54# dc/h # 16.15 مورد آزمایش قرار گرفتند. شبیه سازی جریان دو حالتی آب و هوا برای هر یک از پیکربندی ها و تمامی محدوده های بده ها صورت پذیرفت و نتایج در زمینه های الگوی جریان، استهلاک کارمایه و نقطه شروع هوادهی جریان مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان از تفاوت حداقلی استهلاک کارمایه را در محدوده نوع جریان ریزشی و تفاوت حداکثری در نوع لغزشی داشتند.

استفاده از سرریزهای پلکانی، به علت هزینه ساخت پایین و بازدهی بالای آن، بطور فزاینده ای رو به افزایش است. از این رو، مطالعات نیز در این زمینه با رشد و توجه زیادی از سوی مهندسین سدساز همراه بوده، ولی اغلب این مطالعات در زمینه سرریزهای پلکانی با ارتفاع پله یکنواخت می باشند، در حالی که ارتفاع پله غیریکنواخت نیز می تواند در بعضی حالات به عنوان یک گزینه مطرح گردد. در این تحقیق یک نمونه فیزیکی از سد هرات برای سرریز پلکانی با ارتفاع 1.3 متر و شیب 19.2 درجه برای صحت سنجی شبیه عددی استفاده شد، سپس سه نوع پیکربندی پلکانی با استفاده از پویایی سیال محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS CFX برای محدوده جریان  1.54£dc/h£16.15مورد آزمایش قرار گرفتند. شبیه سازی جریان دو حالتی آب و هوا برای هر یک از پیکربندیها و تمامی محدوده بده ها صورت پذیرفت و نتایج در زمینه های الگوی جریان، استهلاک کارمایه و نقطه شروع هوادهی جریان مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان از تفاوت حداقلی استهلاک کارمایه در محدوده رژیم جریان ریزشی و تفاوت حداکثری در رژیم لغزشی را داشتند.

احداث سدهای لاستیکی به جای سدها و بندهای انحرافی بتنی یکی از راه حل های نوین محیط زیستی است که در سال های اخیر مورد توجه فراوان قرار گرفته است. سد لاستیکی یک لوله قطور لاستیکی است که معمولا در امتداد مقطع عرضی رودخانه نصب می گردد، و با پر و خالی کردن آن (از هوا یا آب) به صورت مانعی با ارتفاع دلخواه بر سر راه آب قرار می گیرد. سدهای لاستیکی می توانند همراه با پرتاب کننده (deflector) یا بدون آن باشند. از طرف دیگر، ممکن است سطح شالوده سد یا بالشتک نسبت به کف رودخانه در رقوم گوناگون نصب گردد؛ از جمله حالتی است که شالوده از کف رودخانه پایین تر بوده و همانند حوضچه آرامش عمل می کند، یا حالتی است که کف شالوده با سطح رودخانه همتراز باشد. به منظور بررسی استهلاک کارمایه فراسنج های هیدرولیکی نظیر بده جریان، عمق آب بالادست و پایین دست، اعماق قبل و بعد از جهش آبی اندازه گیری، و افت کارمایه جریان از روی سد محاسبه شد. از نتایج این پژوهش روند کاهشی استهلاک نسبی کارمایه در برابر افزایش عدد شیب شکن می باشد که در قسمت نتیجه گیری به تفصیل آورده شده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

درحوضچه های آرامش با شیب معکوس در پایین دست سطوح شیبدار، معمولا قسمتی از پرش بر روی سطح شیبدار منتقل می شود، و در عمل بیشتر پرش نوع B-F اتفاق می افتد. خصوصیات پرشB – F در سطوح شیبدار، از جمله نسبت عمق ها و طول غلتابی، می تواند کمک شایانی به طراحی مناسبت تر و ارزان تر حوضچه ی آرامش پایین دست باشد. دراین تحقیق ابتدا با استفاده از تحلیل ابعادی و انگاره خود-تشابهی ناقص معادله ی کلی جهت محاسبه ی نسبت عمق های مزدوج استخراج شد. آزمایش ها در مدلی با سه شیب مختلف برای نهر بالادست (5/13، 5/21 و 5/29 درجه) با حوضچه-های آرامش در سه شیب (05/0-، 1/0-و 15/0-درصد) انجام شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش شیب حوضچه ی آرامش نسبت عمق های مزدوج کاهش می یابد بطوری که در شیب 15/0-درصد، و برای یک موقعیت پرش ثابت (5/0E0=)، نسبت عمق های مزدوج حدود شصت درصد نسبت به شیب 05/0-کاهش پیدا کرد. طول غلتاب پرش نیز بررسی گردید و برای محاسبه ی آن رابطه ای کلی برحسب افت نسبی کارمایه درداخل پرش استخراج شد. نتایج نشان دادند که معادله طول غلتابی مستقل از شیب نهر بالادست وحوضچه ی آرامش است. در نهایت، با استفاده از داده های آزمایشگاهی این تحقیق، ضرایب روابط کلی به دست آمد و درصد متوسط خطای معادله های کلی جهت محاسبه ی نسبت عمق ها و طول غلتابی به ترتیب 72/8 و 31/13 درصد محاسبه گردیدند.

سازه های توری سنگی کاربردهای زیادی در طرح های آبی، بخصوص انواع سرریزها، دارند. اتلاف کارمایه جریان از روی این سازه ها زیاد بوده، و لذا هزینه های ساختن حوضچه آرامش کاهش می یابد. از نقطه نظر کیفیت آب و تاثیر بر محیط زیست، سرریزهای توری سنگی نفوذپذیر تاثیر منفی کمتری نسبت به سرریزهای صلب نفوذناپذیر دارند. در این تحقیق، توانایی شبیه درختی M5 جهت برآورد اتلاف کارمایه از روی سرریزهای توری سنگی پله ای بررسی شده است. شبیه درختی M5 دارای دو گزینه M5P و M5Rule می باشد، که تفاوت آنها در نوع خروجی شبیه است. برای این منظور، از داده های اندازه گیری شده بر روی 8 نمونه فیزیکی در خصوص استهلاک کارمایه بر روی سرریزهای توری سنگی پله ای استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که شبیه M5Rule به عنوان یکی از روش های داده کاوی در پیش بینی اتلاف کارمایه از روی سرریز توری سنگی عملکرد خوبی داشته (R=0.946)، و بده و ارتفاع سرریز جزء مهمترین فراسنج های دخیل در محاسبه اتلاف کارمایه می باشند. مقایسه نتایج به دست آمده از روشM5  با وایازی خطی لجستیک، نشان از قدرت پیش بینی بالای این روش داشت.