خط ساحلی، به عنوان مرزی که جریان آب در آن نسبتاً نفوذناپذیر است، می تواند موجب تغییر الگوی جریان شود و لذا بررسی نقش هیدرودینامیکی آن با وجود سادگی، در مطالعات مهندسی سواحل و حتی اکوسیستم های مرطوب، غیر قابل انکار است. در این پژوهش با استفاده از شبیه سازی سه بعدی در محیط مدل عددی MIKE 3، موسسه هیدرودینامیکی دانمارک، دو نوع شبیه سازی سه بعدی بر اساس معادلات ناویر استوکس جهت بررسی نقش خط ساحلی به صورت حوضه ای مستطیل شکل و انحنادار مطرح شده است. در هر دو شبیه سازی، فرض شده که ویژگی های کانال جزرومدی قشم به صورت علمی برقرار باشد. این پژوهش به خوبی نشان می دهد که الگوی سرعت یکنواخت در حوضه مستطیل شکل با پیچش سرعت در انحنای موجود در حوضه منحنی شکل، تغییر می کند. تنگ شدگی موجود در انحنای حوضه موجب افزایش سرعت (حدود m/s 05/0) با توجه به اصل پایستگی جرم می گردد. بازشدگی پس از پیچش حوضه موجب کاهش سرعت به اندازه ی m/s 1/0 (m/s 4/0 در حوضه مستطیلی به m/s 3/0 در حوضه منحنی شکل و معادل با 25% سرعت) می شود. نکته قابل تأمل دیگر نقش تغییر تراز آب است. در کهکشند، بین مد بالاتر (HHW) و جزر پایین تر (LLW) اختلاف زیادی در الگوی سرعت وجود ندارد، اما در مهکشند که سطح آب بالاتر است، اختلاف m/s 1/0 در حوضه مستطیلی و m/s 2/0 در حوضه منحنی-شکل وجود دارد.

یکی از مسائل مهم در طراحی پل ها، آگاهی از اندرکنش جریان و بستر فرسایش پذیر رودخانه با پایه های آن و برآورد مناسب عمق آبشستگی پیرامون پایه ها می باشد. از این رو شناخت الگوی جریان اطراف پایه های پل می تواند نقش مهمی در پیش بینی مقدار عمق آبشستگی داشته باشد. در تحقیق حاضر رفتار هیدرودینامیکی جریان اطراف گروه پایه کج مستقر بر روی پی، با استفاده از مدل عددی Flow-3D مورد بررسی قرار گرفت. گروه پایه کج مورد بررسی در این تحقیق شامل دو پایه مستطیلی شکل به طول و عرض 2.5 و 3.5 سانتی متر بود که با زاویه 28 درجه بر روی پی مستطیلی به طول و عرض 16 و 10 سانتی متر و در ترازهای کارگذاری مختلف بالاتر از بستر، هم تراز بستر و زیر بستر کار گذاشته شده بود، نصب گردید. به منظور صحت سنجی مدل عددی از داده های سرعت برداشت شده به روش پردازش تصویر استفاده شد. بررسی نتایج نشان داد که رقوم کارگذاری پی تاثیر معنی داری بر مشخصات هیدرودینامیکی و الگوی جریان در اطراف پایه های پل دارد. با افزایش ارتفاع کارگذاری پی از 1- به 0.5 گردابه های تشکیل شده در پایین دست گروه پایه شدت بیشتری یافت که مطابقت مناسبی با نتایج الگوی آبشستگی آزمایشگاهی در اطراف گروه پایه در هر سه تراز قرارگیری دارد. بیشترین تنش برشی در حالت کارگذاری پی در تراز بستر رخ داده و با کاهش ارتفاع کارگذاری به شرایط پایین تر از بستر بیشینه تنش برشی وارد بر بستر 17 درصد کاهش و در شرایط کارگذاری بالاتر از بستر، 53 درصد کاهش یافته است.

بررسی الگوی جریان در رودخانه، ابزاری کاربردی را می طلبد. بدین منظور تلاشی صورت گرفت تا نرم افزار MOBED2 برای جریان دوبعدی غیرماندگار گسترش یابد. از آنجا که جریان در رودخانه ها با توجه به مرزهای طبیعی، یک جریان انحنادار است حل معادلات ناویر - استوکس در مختصات انحنادار متعامد صورت گرفته است تا تطابق بین جریان و مرزها وجود داشته باشد. معادلات اصلی شامل معادلات دوبعدی بقا جرم و معادله جریان می باشند که به روش غیر صریح حل شده اند. جهت اعتبار مدل، مطالعات موردی روی بازه ای از رودخانه کرخه صورت گرفت. نتایج حاصل از اندازه گیری سرعت و تراز سطح آب با مقادیر محاسبه شده در مدل ریاضی مذکور برای دو نقطه شاهد از تطابق مطلوبی برخوردار است.

در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی تشکیل و توسعه دلتا و تاثیر متقابل الگوی جریان و رسوب در مخزن تحت جریان دائمی و غیردائمی آب و رسوب پرداخته می شود. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که علی رغم وجود تقارن کامل در هندسه و شرایط هیدرولیکی مدل، جریان در ورودی مخزن به صورت تصادفی به یکی از طرفین منحرف شده و یک جریان نامتقارن، اما پایدار در ورودی مخزن ایجاد می شود. ورود رسوبات و آغاز رسوب گذاری در مخزن، منجر به ناپایدار شدن جریان و تغییر جهت جریان خواهد شد. ناپایداری جریان در حالت غیردائمی بیشتر از جریان دائمی است. نتایج نشان داد که با توسعه دلتا، انحراف دلتا کاهش می یابد و به سمت تقارن پیش می رود. پیشروی دلتا به صورت تناوب توسعه طولی-عرضی بوده و حداکثر میزان کشیدگی دلتا در مراحل ابتدایی آن برابر 0.8 است که با توسعه دلتا از میزان آن کاسته می شود. رابطه ا برای محاسبه زمان تغییر جهت جریان بر حسب پارامتر مشخصه هیدروگراف استخراج شد. برای بررسی الگوی ته نشینی رسوبات پارمترهای بدون بعدی به نام طول پیشروی (X*t)، نسبت انحراف (y) و کشیدگی دلتا (h) معرفی شدند و رابطه ا برای تخمین طول پیشروی دلتا با استفاده از پارامترهای بدون بعد موثر به دست آمد.

الگوی جریان در دهانه ورودی و مجرای اصلی راه ماهی، نقش به سزایی بر چگونگی شکل و اندازه معبر امن جهت جذب و صعود ماهی ها به بالادست رودخانه بازی می نماید. هم چنین شناخت کافی از چگونگی توزیع سرعت عرضی و عمقی جهت تشخیص یک دالان امن در راه ماهی ضروری است. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی به بررسی اثر زاویه قاب راه ماهی دنیل بر چگونگی الگوی جریان و نحوه توزیع سرعت عرضی و عمقی جریان پرداخته شده است. برای این منظور از یک فلوم با شیب طولی 20 درصد، عرض یک متر و طول 35/7 متر استفاده گردید. نحوه ی توزیع سرعت در سه راستای طولی، عرضی و عمقی تحت دو سناریو مختلف زاویه قرارگیری قاب با زاویای 45 و 60 درجه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که به واسطه وجود جریان های چرخشی در اعماق نسبی y/ymax کوچک تر از 5/0، یک نیروی پیش ران بر کالبد ماهی القا می شود و شرایط صعود را برای آن ها تسهیل می نماید. بررسی ها نشان داد که به واسطه عدم تقارن توزیع عرضی سرعت، ممکن است شرایطی در مسیر عبوری ماهی به-وجود آید که منجر به برخورد ماهی به دیواره های آرام کننده شده و آن ها را زخمی نماید. هم چنین اعمال یک نیروی القایی بالابرنده بر کالبد ماهی ممکن است شرایط خروج ماهی را از دالان پیش ران و ورود آن به نواحی پر سرعت فراهم آورد. بررسی ها گویای آن است که شرایط تشکیل دالان امن در سناریوی با قاب 45 درجه حدودا 45 درصد بیشتر از زاویه ی قاب 60 درجه می باشد.

منطقه هایپریک ناحیه ای بلافاصله زیر بستر رودخانه است که اختلاط آب های سطحی پایین رونده با آب زیرسطحی در آن اتفاق می افتد. این منطقه نقش بسیار حیاتی در اکولوژی رودخانه دارد و سبب خودپالایی جریان رودخانه می شود. موانع تخته سنگی موجود در بستر رودخانه ها معمولا مانند موانع نفوذناپذیر عمل می کنند و در بالادست و پایین دست این سازه ها اختلاف هد هیدرولیکی ایجاد می شود و پرش هیدرولیکی در پایین دست آنها اتفاق می افتد. از آنجا که معمولا در پایین دست این موانع حفره آب شستگی نیز شکل می گیرد، هدف از این تحقیق تعیین الگوی حرکتی تبادلات هایپریک با وجود موانع صلب رودخانه ای در سه حالت جریان ریزشی، جریان متغیر سریع و جریان متغیر سریع آب شستگی است. برای بررسی نتایج، از یک فلوم آزمایشگاهی با شیب کف 1 درصد، طول 5 متر، عرض 3/0 متر و ارتفاع 5/0 متر برای مشخص کردن مسیرهای خطوط جریان هایپریک استفاده شد. مصالح بستر استفاده شده در این فلوم دارای قطر میانه 8/6 میلی متر بودند. ضخامت رسوبات بالادست مانع برابر 30 سانتی متر و ضخامت رسوبات پایین دست مانع برابر با 16 سانتی متر در نظر گرفته شد. در این آزمایش ها از یک مانع صلب 30 سانتی متری که به صورت نفوذ کامل درون بستر رسوبات نصب شده بود، استفاده شد. همچنین، از مدل آب زیرزمینی برای شبیه سازی عددی الگوی جریان زیرسطحی استفاده شد. نتایج نشان داد تطابق مناسبی بین الگوی جریان مشاهداتی و محاسباتی در منطقه هایپریک برای دو حالت ایجاد پرش و ریزشی وجود دارد و در حالت ایجاد پرش آب شستگی فقط در محدوده بین دیواره عمودی مانع تا جایی که بیشترین آب شستگی شکل گرفته بود، در مدل آزمایشگاهی جریان بالادست رو به بالا و در مدل عددی جریان پایین دست رو به بالا مشاهده شد. همچنین، با بررسی دبی تبادلی کل (Qex)، زمان ماندگاری (Rt) و درصد دبی تبادلی (Qp) و مقایسه هریک با عدد رینولدز به ترتیب رابطه توانی با ضریب همبستگی 94 و 84 و 77 درصد به دست آمد که از این روابط می توان تخمین مناسبی از پارامترهای جریان هایپریک داشت.

خلیج­های میانی یا حفره­های جانبی بعنوان یکی از عوارض طبیعی یا مصنوعی ایجاد شده، به نوبه خود بر شرایط هیدرولیکی جریان اثر می­گذارند. این عوارض با ایجاد ساختار­های ثانویه و لایه­های برشی، فرآیندهای مهم هیدرودینامیکی که در اغلب مسائل مهندسی هیدرولیک نقش مهمی در شکل­گیری رفتار عمومی جریان دارند را کاملاً تحت تأثیر قرار می­دهند. در تحقیق حاضر به بررسی الگوی جریان در محدوده خلیج میانی پرداخته شده است. آزمایش­ها برای خلیجی به ابعاد 3/0×3/0 متر و در مجاورت کانالی به عرض 5/0 متر و با اندازه گیری سرعت­ها در شبکه تعریف شده با استفاده از سرعت­سنج سه­بعدی Vectrino انجام گرفت. نتایج مشاهداتی وجود یک سیکل گردشی بزرگ­مقیاس در محدوده داخلی خلیج را تایید نمود. در ادامه بررسی داده­ها نشان داد میزان سرعت در راستای مختلف از جریان کانال اصلی متاثر بوده و با افزایش جریان کانال اصلی، سرعت در خلیج نیز افزایش می­یابد. همچنین بررسی نتایج نشان داد در دبی ثابت عبوری از کانال اصلی، با افزایش عمق جریان، سرعت در نیمه خارجی خلیج همانند کانال اصلی کاهش می­یابد ولی در نیمه داخلی، سرعت جریان با افزایش عمق، افزایش می­یابد که این امر نشان­دهنده نفوذ بیشتر جریان به داخل خلیج می­باشد.

در این پژوهش به وسیله یک مدل عددی سه بعدی، فرآیند آبگیری از کانال مستقیم شبیه سازی شد. این مدل معادلات ناویر استوکس را در سه بعد به طور کامل و با روش حجم محدود حل نموده و از مدل استاندارد برای حل معادلات آشفتگی استفاده می نماید. جهت شبیه سازی کانال اصلی و انحرافی تنها از یک بلوک محاسباتی به تغییر دادن تعداد سلول ها در جهت عرضی استفاده شده است. معادلات در شبکه منحنی الخط غیرمتعامد و جابجا نشده، منفصل شده اند. طرح انفصال توانی برای گسسته سازی پارامترهای مختلف معادلات و الگوریتم نیمه ضمنی جهت حل هم زمان میدان جریان و فشار به کار گرفته شده است. مدل حاضر با شبیه سازی الگوی پیچیده جریان در فرآیند آبگیری از کانال مستقیم مورد ارزیابی و صحت سنجی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که مدل حاضر الگوی جریان را از منظر کیفی و نواحی جداشدگی و برگشتی به طور مناسبی شبیه سازی نموده است. همچنین خطای مدل سازی پروفیل های سرعت طولی در قیاس با داده های آزمایشگاهی در کانال اصلی به ترتیب در نواحی مجاور آبگیر و پایین دست آن در حدود 3/6 و 9/10 درصد و در کانال آبگیر و در خارج از محدوده افتادگی جریان در ابتدای آن به میزان 5/14درصد بوده است. این نتایج در مقایسه با نتایج مدل عددی مشابه توسط سایر محققین، بیانگر همخوانی قابل قبول بین نتایج به دست آمده از مدل حاضر با نتایج آزمایشگاهی بوده و نشان می دهد مدل حاضر قادر است بدون نیاز به برخی الزامات مربوط به روش های چندبلوکی، الگوی جریان در چنین جریان های پیچیده ای را با دقت قابل قبولی شبیه سازی نماید.