سرریزهای پلکانی از لحاظ اقتصادی در پایین دست سدهای وزنی بتن غلطکی قابل توجیه می باشند و مزیت آن ها بر سرریزهای شوت، نرخ بالای استهلاک انرژی در طول سرریز و کاهش ابعاد حوضچه آرامش است. جریان های عبوری از این سرریزها به 3 دسته جریان ریزشی، انتقالی و رویه ای تقسیم می شوند. در این پژوهش 4 مدل آزمایشگاهی ساخته شده از سرریز سدهای بالا و پایین سیاه بیشه با مقیاس به ترتیب 1: 15 و 1: 20 با شیب های 44/18، 56/26، 74/29 و 81/38 درجه مورد آزمایش قرار گرفته است. هدف پژوهش بررسی تشکیل رژیم های مختلف جریان و مقایسه پروفیل جریان عبوری و فشار وارد بر کف پله ها می باشد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که تبدیل رژیم های جریان به یکدیگر با افزایش شیب، سریع تر بوقوع می پیوندد. روابطی جهت تخمین شروع تشکیل رژیم های جریان ارائه شد. تمرکز بر پروفیل جریان و فشار در کف پله ها، نشان داد که رژیم های مختلف جریان با پروفیل جریان متفاوت، نوسانات فشار متفاوتی را بر کف پله ها وارد می کنند. بنابراین تفاوت در فشارهای وارده بر کف پله ها بیانگر تفاوت در نیروهای اعمالی به سازه کف پله ها در رژیم های مختلف جریان است. نمودارهای ضریب نوسانات فشار در رژیم های مختلف نیز بیانگر این موضوع است که تغییر رژیم جریان عبوری تأثیر بسزایی در نوسانات فشار ندارد.

در این مقاله نتایج آزمایش­های انجام شده روی آبگذری سرریز کلیدپیانویی مستطیلی شکل ارایه شده است. آزمایش­ها با استفاده از دو مدل سرریز کلیدپیانویی با تاج دیوارهای جانبی افقی و شیب­دار و دبی بین50 تا 180 لیتر بر ثانیه انجام شد. سرریزهای کلیدپیانویی با نسبت طول به عرض 1: 3 استفاده شد. نتایج نشان داد که تراز سطح آب در بالادست سرریز با تاج دیوارهای جانبی شیب­دار، نسبت به سرریز با تاج دیوارهای جانبی افق، 11. 02 درصد افزایش یافت. درحالی که ضریب آبگذری سرریز با تاج دیوارهای جانبی شیب­دار، در مقایسه با سرریز با تاج افقی، بطور متوسط 4. 8 درصد افزایش نشان داد. همچنین کارایی سرریز با تاج دیوارهای جانبی شیب­دار به طور متوسط 7. 3 درصد بیش از سرریز با تاج افقی می­باشد. رابطه­ای جدید نیز برای محاسبه ضریب آبگذری برای سرریز با تاج افقی و تاج شیب­دار ارایه شد.

سرریز کلید پیانویی نوعی سرریز غیرخطی است که جهت بهبود ظرفیت آبگذری سدها طراحی شده است. ازآنجاکه طول تاج سرریز کلیدپیانویی پارامتر مهم و تأثیرگذار بر ظرفیت تخلیه ی سرریز می باشد، پژوهش حاضر با اصلاح شیب دیواره ها و افزایش طول تاج سرریز، به دنبال راهکاری جهت افزایش بهره وری سرریز کلید پیانویی می باشد؛ بطوریکه به واسطه ی اصلاح شیب دیوارهی سرریز کلیدپیانویی بتوان در کانال ها و رودخانه ها جهت آبگیری از آن در مواقع کم آبی نیز بهره برد. به همین منظور آزمایشات، در فلومی بر روی دو سرریز کلید پیانویی با نسبت هندسی (B/W=2/3) و شیب دیواره های جانبی صفر (مدل (Rec-Base و 10 درجه (مدل Rec-B1) در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس تهران طراحی و صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که تراز سطح آب بالادست مدل (Rec-B1) نسبت به مدل (Rec-Base)، حدود 8 درصد افزایش یافته است، درحالیکه ضریب آبگذری مدل (Rec-B1)، بطور متوسط حدود 7 درصد نسبت به مدل(Rec-Base) افزایش یافته است. همچنین کارایی مدل Rec-B1 به طور متوسط در حدود 7 درصد بیش از مدل Rec-Base می باشد.

سرریزهای کنگره ای از سازه های هیدرولیکی مهم در جهت تنظیم سطح آب و کنترل جریان در کانال ها، رودخانه ها و مخازن سدها به شمار می آید. نظر به اینکه در بعضی از سدها فضای کافی برای تعریض آنها به منظور افزایش دبی عبوری وجود ندارد لذا استفاده از سرریز کنگره ای یکی از بهترین راه حل های ممکن است. درصورتی که سیکل های سرریز کنگره ای خطی در مخازن سدها روی یک انحنا قرار بگیرد طول تاج آن افزایش می یابد و شرایط جریان ورودی بهبود می یابد و منجر به افزایش ضریب آبگذری می شود. پژوهش آزمایشگاهی حاضر، روند تغییرات ضریب آبگذری برای شیب های مختلف دیواره پایین دست سرریز را مورد بررسی قرار داده است. بدین منظور دو سرریز کنگره ای با زاویه دیواره جانبی 6 و 11.25 درجه و برای هر کدام چهار شیب دیواره پایین دست مورد آزمایش قرار گرفته است. بر اساس آزمایش ها و نتایج به دست آمده مشاهده شد شیب دیواره پایین دست سرریز باعث کاهش ضریب آبگذری می شود که دلایل آن در این مقاله به تفصیل آورده شده است. نتایج حاصل به صورت روند تغییرات ضریب آبگذری برحسب نسبت ارتفاع جریان به ارتفاع سرریز ارائه شده است، همچنین روند تغییرات ضریب آبگذری به شیب های مورد بررسی ارائه شده است. به منظور استفاده طراحان این نوع سرریزها، رابطه ای برای تخمین ضریب آبگذری برای هر یک از شیب های مورد بررسی، ارائه شده است.

سرریز کلید پیانویی، به عنوان یک نوع جدید از سرریزهای غیرخطی، با افزایش طول تاج نسبت به سرریزهای خطی لبه تیز، ضریب ایمنی سد، ظرفیت عبور آب و حجم ذخیره سیلاب را به طور اقتصادی و مطمئن افزایش می دهد. بااین حال، عملکرد این سرریزها با افزایش بار آبی به دلیل استغراق در کلیدهای خروجی کاهش می یابد. این پژوهش تأثیر شیب تاج دیواره های جانبی بر ضریب تخلیه سرریز کلید پیانویی مستطیلی را بررسی می کند. آزمایش ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه بوعلی سینا، در کانالی به طول 15 متر و عرض و ارتفاع 60 سانتی متر انجام گرفت. مدل های آزمایشگاهی شامل سرریز کلید پیانویی مستطیلی نوع A با شیب های 0، 5، 5/7 و 10 درجه هستند که در جهت و خلاف جهت جریان شیب دار شدند و در 9 دبی مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد سرریزهای کلید پیانویی مستطیلی شیب دار در خلاف جهت جریان با مشارکت بیش از 80 درصد طول تاج سرریز، ضریب تخلیه بیشتری نسبت به مدل های دیگر دارند. ضریب تخلیه در سرریز با شیب 5 درجه خلاف جهت جریان به طور متوسط 4 درصد بیشتر از سرریز بدون شیب است. این یافته ها نشان می دهد اصلاح شیب دیواره های جانبی می تواند عملکرد سرریزها را در شرایط سیلاب و غیر بحرانی بهبود بخشد.

سرریز پلکانی و حوضچة آرامش از مهم ترین سازه های مستهلک کنندة انرژی محسوب می شوند. با این که بخش قابل توجهی از انرژی جریان با این دو سازه مستهلک می شود انرژی باقی مانده در جریانورودی به پاشنة سرریز، قادر به تخریب احتمالی آن خواهد بود. در این پژوهش تأثیر شیب حوضچة آرامش بر آبشستگی پایین دست در حضور سرریز پلکانی به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش ها در آزمایشگاه سازه های هیدرولیکی دانشگاه شهید باهنر کرمان با شش دبی مختلف و پنج شیب کف حوضچة آرامش اجرا شد. پارامترهای مختلف از جمله حداکثر عمق آبشستگی (ds)، سرعت جریان، عمق آب در سراب و پایاب، عمق آب در انتهای حوضچة آرامش، فاصلة وقوع حداکثر عمق آبشستگی و منطقة توسعة حفرة آبشستگی تا حوضچة آرامش به ترتیب (Lsو Lt). اندازه گیری شد. با مقایسة نتایج به دست آمده با آزمایش شاهد در حالت حوضچه آرامش با شیب کف 02/ و 02/0-، متوسط عمق آبشستگی نسبی به ترتیب 47 درصد افزایش و 2/52 درصد کاهش یافته است. فاصلة حداکثر عمق آبشستگی نسبی و فاصله انتهای منطقه توسعه حفره آبشستگی با افزایش عدد فرود ذره افزایش و با افزایش شیب کف حوضچه آرامش این مقدارها افزایش و با کاهش شیب کف حوضچه آرامش کاهش یافتند.

سرریزهای کلید پیانویی شیب دار با تنظیم شیب دیواره های جانبی خود، امکان بهبود عملکرد هیدرولیکی را در شرایط مختلف فراهم می کنند. این سرریزها با بهره گیری از شیب مناسب، در زمان کم آبی با ذخیره آب بیشتر و در زمان سیلاب با تخلیه مؤثرتر، عملکرد بهتری نسبت به سرریزهای بدون شیب نشان می دهند. تخلیه جریان در سرریزهای کلید پیانویی شیب دار متناسب با هد بالادست انجام می شود که این امر به افزایش کارایی و ایمنی سدها کمک می کند. سرریزهای کلید پیانویی ذوزنقه ای با توجه به کارایی بالایی که دارند برای شرایط هیدرولیکی پیچیده (مثل سیلاب ها و جریان های متغیر) مناسب هستند. این پژوهش به بررسی عملکرد سرریز کلید پیانویی ذوزنقه ای در حالت شیب دار و بدون شیب پرداخته است. آزمایش ها در کانالی به طول 15 متر و عرض و ارتفاع 60 سانتی متر انجام گرفت. مدل های آزمایشگاهی شامل سرریز کلید پیانویی ذوزنقه ای نوع A با شیب های 0، 5، 5/7 و 10 درجه هستند و برای بررسی تأثیر جهت شیب، سرریز کلید پیانویی هم در جهت جریان و هم در خلاف جهت جریان شیب دار شدند و در 9 دبی مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد سرریزهای کلید پیانویی ذوزنقه ای شیب دار در خلاف جهت جریان با مشارکت بیش از 75 درصد طول تاج سرریز، ضریب دبی بیشتری نسبت به مدل های دیگر دارند. ضریب دبی در سرریز با شیب 5 درجه خلاف جهت جریان به طور متوسط 7 درصد بیشتر از سرریز بدون شیب است. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که سرریز کلید پیانویی ذوزنقه ای با شیب 5 درجه خلاف جهت جریان در مقایسه با سرریز کلید پیانویی ذوزنقه ای بدون شیب، عملکرد بهتری در شرایط سیلاب و کم آبی دارد.