ابعاد بلوک های پای تنداب در حوضچه های آرامش نقش مهمی در نوع و اندازه این گونه سازه ها ایفا می کند. یکی از شاخص های مهم در طراحی این بلوک ها نوسانات فشار است که می تواند سبب بروز پدیده خستگی در بلوک ها شود. علی رغم تحقیقات صورت گرفته توسط بسیاری از محققین، اطلاعات کافی در خصوص نوسانات فشار در اطراف بلوک های پای تنداب در حوضچه های آرامش فشرده از قبیل حوضچه های SAF وجود ندارد. در این مقاله، نتایج تحقیقات آزمایشگاهی جدیدی در رابطه با نوسانات فشار در اطراف بلوک های پای تنداب حوضچه های SAF ارایه شده است. نتایج نشان می دهد که در طراحی بلوک های پای تنداب اینگونه سازه ها نمی توان نوسانات فشار را نادیده گرفت. مشاهدات بیانگر آنست که روند تغییرات نوسانات فشار با عدد فرود فوق بحرانی جریان بالادست جهش در وجوه مختلف بلوک پای تنداب، افزایشی است. همچنین مشاهده شد که درجه استعراق جهش آبی اثر کاهشی در نوسانات فشار داشته و روند تغییرات آن، در وجوه مختلف بلوک، از الگوهای متفاوتی پیروی می کند.

یکی از راه های جلوگیری از ایجاد فشار منفی و کاویتاسیون در سرریزها، هوادهی به جریان عبوری از سرریزها می باشد. شناخت نحوه توزیع تغییرات غلظت هوا در طول سرریز جهت تخمین میزان هوادهی از اهمیت زیادی برخوردار است. در پژوهش حاضر کاربرد روش های فرامدل رگرسیونی فرآیند گاوسی (GPR) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) در پیش بینی غلظت هوا مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور مجموعه داده های آزمایشگاهی (2268) به دست آمده از مدل های هیدرولیکی سرریز شوت در فرآیند مدل سازی به کار گرفته شد. مدل های ورودی متنوعی بر اساس ترکیب مختلفی از پارامترهای اندازه گیری شده تعریف گردید. نتایج به دست آمده نشان دهنده توانایی بالای هر دو روش در برآورد غلظت هوای مورد نیاز بر روی سرریز است. در برآورد میزان غلظت هوا در سرریز شوت برای حالتی که هوادهی مصنوعی توسط هواده انجام می گیرد پارامترهای دبی جریان (QW)، نسبت فاصله طولی از انتهای دفلکتور به عرض کانال (L/W) و نسبت عمق (عمود بر سرریز) بر عرض کانال (Y/W) تأثیر زیادی داشتند. نتایج شاخص های آماری ضریب همبستگی (R)، ضریب تبیین (DC) و خطای جذر میانگین مربعات برای این حالت در روش GPR به ترتیب 9214/0، 8451/0 و 1008/0 و مقادیر 9333/0، 8662/0 و 0937/0 در روش SVM است. برای حالتی که هوادهی مصنوعی توسط هواده انجام نمی گیرد، مدل با پارامترهای ورودی Qw، L/W، Y/W و ΔP (اختلاف فشار ما بین فشار اتمسفر و فشار زیر جت) با دارا بودن مقادیر 9222/0=R، 8644/0=DC و 0914/0=RMSE در روش GPR و به ترتیب با مقادیر 87/0، 7543/0 و 123/0 به عنوان برترین مدل انتخاب گردیدند.

در این تحقیق تأثیر اندازه زبری بستر تنداب بر میزان استهلاک انرژی بررسی گردید. ابتدا پس از شناسایی پارامترهای مؤثر، رابطه عمومی بدون بعد توسعه داده شد. آزمایش ها بر روی مدل های فیزیکی درشیب های 25 و 35 درجه با قرار دادن 4 نوع زبری با اندازه های متفاوت (38/3، 7، 7/12 و 1/38 میلی متر) و دانه بندی تقریباً یکنواخت بر روی بستر آن ها انجام شدند. میزان استهلاک انرژی سازه در این نوع تنداب با انجام 80 آزمایش مختلف با 10 دبی بین 4 تا 40 لیتر بر ثانیه و عدد فرود 5/4 تا 9 مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رابطه کلی جهت پیش بینی میزان استهلاک انرژی در این نوع تنداب ارائه و با نتایج کارهای قبلی مقایسه گردید. استهلاک انرژی در واحد طول تنداب زبر شده حدود 7 تا 38 درصد نسبت به تنداب صاف (بدون زبری) افزایش نشان داد.

طول پرش هیدرولیکی و موقعیت آن فراسنجهای مهمی هستند که طول حوضچه آرامش را، تحت تاثیر قرار می دهند. همچنین به دلیل هزینه ی فراوانی که صرف ساخت این سازه می گردد می بایست برای کاهش طول پرش هیدرولیکی و در نتیجه کاهش طول حوضچه آرامش از تمامی امکانات و روش ها استفاده کرد. در این تحقیق پرش هیدرولیکی در سرریز سرسره ای با استفاده ازنرم افزار فلوئنت، مورد شبیه سازی قرار گرفته-است. همچنین، برای حل معادلات حاکمه از روش حجم محدود و برای ارزیابی آشفتگی جریان از الگوی معیار استفاده شده است. علاوه بر این از شبکه بندی منظم در یک شرایط مرزی مشخص استفاده گردیده و روش حجم سیال(VOF) برای حل سطح آزاد جریان به کار گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان دادند که در سرریزهای سرسره ای با افزایش بده در محدوده معین مورد آزمایش، به ازای شیب ثابت سرریز، طول پرش هیدرولیکی تا حدود 120% افزایش یافته و همچنین با افزایش شیب سرریز در محدوده ی معین مورد آزمایش، به ازای بده ثابت و طول ثابت سرریز، طول پرش هیدرولیکی تا حدود 43% کاهش می یابد. همچنین نتایج حاصل حاکی از آنند که افزایش بده وشیب هر کدام باعث به تاخیر افتادن مکانی پرش هیدرولیکی می شود تا جایی که در الگو های در نظر گرفته محل شروع پرش با توجه به شرایط، در محدوده ای به اندازه ی روی شیب تا خارج از حوضچه اتفاق می افتد.

احداث حوضچه های آرامش در پایاب سازه های آبی یکی از راه های ممکن و معمولی است که برای کاهش و اتلاف انرژی جریان فوق بحرانی خروجی از آنها طراحی و اجرا می گردد. طول حوضچه ها و هزینه ساخت آنها عوامل مهمی است که در طراحی این سازه ها مورد توجه قرار می گیرند. بدون شک حوضچه های کوتاهتر از نظر معیارهای فوق مناسب تر می باشند که به علت کوتاهی طول آنها و تلاطم شدید جریان در حوضچه از راندمان اتلاف انرژی بسیار بالا برخوردار خواهند بود. عموما معیارهای طراحی برای تامین پایداری این سازه ها مبتنی بر مشخصه های میانگین جریان نظیر سرعت متوسط و فشار هیدروستاتیک می باشند. علیرغم تحقیقات انجام شده توسط محققین گذشته بنظر می رسد که فرض فشار هیدروستاتیک در طراحی حوضچه های متراکم نظیر حوضچه آرامش ساف )اس – آ - اف( بویژه طراحی ضمایم آن، نمی تواند از سطح اعتماد بالایی برخوردار باشد. در این تحقیق با احداث یک حوضچه آرامش از نوع ساف در یک فلوم آزمایشگاهی و استفاده از ابزار دقیق، فشار متوسط موثر در اطراف بلوک های پای تنداب اندازه گیری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج تحقیق نشان میدهد که فشار متوسط در وجوه بلوک از توزیع هیدروستاتیک تبعیت ننموده و با عدد فرود جریان فوق بحرانی ورودی به حوضچه رابطه کاهشی و با درجه استغراق )مطابق پیش بینی( رابطه مستقیم دارد. لازم به توضیح است که تغییرات فشار متوسط در وجوه مختلف بلوک ها از روند یکسان برخوردار نبوده و لازم است بطور مجزا مورد بررسی و در طراحی ها مورد توجه قرار گیرد.

در پژوهش حاضر مشخصه های هیدرولیکی جریان از جمله سرعت، فشار جریان و اندیس کاویتاسیون در دبی های مختلف ورودی با استفاده از نرم افزار FLOW-3D بررسی شده است. نتایج نشان داد که با عبور جریان از روی سرریز اوجی سرعت در مسیر جریان افزایش یافته و در قسمت شوت این افزایش با شیب ملایمی به روند خود ادامه می دهد. به دلیل شیب تند قسمت تندآب، حداکثر مقدار سرعت جریان در این قسمت رخ داده و نهایتاً با ورود به قسمت حوضچه آرامش انرژی دینامیکی جریان مستهلک و به انرژی پتانسیل تبدیل می‏شود. مقادیر فشار جریان در راستای طولی سرریز نشان داد که مقدار این پارامتر با حرکت از بالادست به پائین دست به‏دلیل افزایش سرعت جریان، کاهش می یابد و بیشترین کاهش در قسمت انتهایی تندآب رخ می دهد. بیشترین مقدار سرعت جریان به ازای دبی های ورودی 300 (دبی مینیمم طراحی)، 830 (دبی سیلاب 10000) و 2270 (حداکثر دبی محتمل) مترمکعب بر ثانیه برابر با 25/34، 80/41 و 90/44 متر بر ثانیه بوده که در قسمت انتهایی تندآب به دست آمد. همچنین کمترین مقدار فشار جریان به ازای دبی های مذکور به ترتیب برابر 23/1، 52/1 و 9/5-کیلو پاسکال به دست آمد. بررسی اندیس کاویتاسیون بر روی کف مجرا نشان داد که کف مجرای سرریز به ازای تمامی دبی های ورودی در قسمت تندآب با وقوع پدیده کاویتاسیون مواجه می گردد. بررسی اندیس کاویتاسیون بر روی دیواره های جانبی نشان داد که دیواره های قسمت های سرریز اوجی، سرریز شوت و بخش های ابتدایی تندآب از وقوع پدیده کاویتاسیون در امان هستند. این درحالی است که اندیس کاویتاسیون در قسمت های انتهایی تندآب به کم تر از مقدار بحرانی 2/0 کاهش می یابد. بنابراین، برای اجتناب از وقوع پدیده مخرب کاویتاسیون در این ناحیه، روش هوادهی از کف و دیواره‏های مجرا توصیه می‏شود.

سرریزهای پله ای در مقایسه با انواع دیگر سرریزها با داشتن قابلیت هایی همچون استهلاک قابل ملاحظه انرژی، تطبیق سازه ای آن ها با تکنولوژی (RCC Dam) و هوادهی خود به خودی جریان، گزینه مناسب و اقتصادی برای سدهای بلند محسوب می شوند. در دهه های اخیر تحقیقات زیادی بر روی رژیم های مختلف جریان عبوری، نحوه استهلاک انرژی و تأثیر شکل هندسی پله ها بر روی آن به انجام رسیده است. در این تحقیق به بررسی عددی مشخصه های هیدرولیکی جریان در رژیم غیر ریزشی سرریز پله ای موردمطالعه و مقایسه کمی و کیفی آن ها با جریان در شوت نظیر بدون پله پرداخته شده است. با تهیه مدل های عددی از سرریز به کمک نرم افزار FLUENT و به کارگیری مدل توربولانسی k-e RNG و روش چندفازی MIXTURE به تحلیل هیدرولیکی مقایسه ای جریان اقدام نموده و به منظور صحت سنجی عملکرد مدل عددی از داده های آزمایشگاهی مدل فیزیکی سرریز سد ژاوه استفاده شده است. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد که به دلیل وجود پله ها در طول شوت سرریز، با کاهش قابل ملاحظه طول لایه مرزی و امکان ورود هرچه زودتر هوا از سطح آزاد جریان سرریز و بالا بودن اندیس کاویتاسیون در کل طول سرریز از حد بحرانی، ریسک وقوع کاویتاسیون و در نتیجه تخریب ناشی از آن در سرریز پله ای مورد مطالعه مطرح نمی باشد در مقابل در سرریز شوت نظیر بدون پله احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون و خوردگی سطح سرریز ناشی از آن در محدوده 56 متری از تاج سرریز به طرف پایین دست بسیار بالاست. به ازای دبی طراحی سرریز،اختلاف استهلاک انرژی بر روی سرریز پله ای و شوت نظیر بدون پله 46% می باشد.

در این تحقیق تاثیر اندازه زبری بستر تندآب بر میزان استهلاک انرژی جنبشی آب، بررسی گردید. بدین منظور در ابتدا پس از شناسائی پارامترهای موثر، رابطه عمومی بدون بعد توسعه داده شد. آزمایش ها بر روی مدل های فیزیکی در 3 شیب مختلف (15، 22.5 و 30 درجه) با قرار دادن 3 نوع زبری با اندازه های متفاوت (1.1، 1.43 و 2.1 سانتی متر) و دانه بندی تقریبا یکنواخت بر روی بستر آن ها انجام یافت. میزان استهلاک انرژی سازه در این نوع تندآب با انجام 48 آزمایش مختلف با دبی های بین 15 تا 45 لیتر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش های انجام شده نشان داد که با وجود زبری بستر تندآب، میزان استهلاک انرژی از 12 تا 48 درصد نسبت به مدل با بستر صاف افزایش یافت. نتایج حاوی این مطلب است که به طور کلی شیب 22.5 درجه حداکثر و شیب 30 درجه حداقل میزان افت را در محدوده آزمایشات این تحقیق نشان دادند. همچنین رابطه ای کلی جهت پیش بینی میزان افت انرژی در این نوع تندآب ارائه و با نتایج سایر محققین مقایسه گردید.

از جمله روش های کاهش ابعاد و یا حذف سازه مستهلک کننده انرژی پایین دست تند آب ها، استفاده از موانعی است که بر روی تندآب ها قرار می گیرند. در این تحقیق، با استفاده از مدل آزمایشگاهی به قابلیت استهلاک انرژی تندآب با استفاده از موانع مستغرق مکعب مستطیلی پرداخته شد. برای این منظور، آزمایش های مختلفی در تندآب با چهار شیب مختلف با و بدون وجود موانع در یک فلوم آزمایشگاهی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد. نتایج حاصل از مدل های بدون مانع نشان داد که میزان استهلاک انرژی نسبت به انرژی بالادست در محدوده دبی های این تحقیق بین 10 درصد برای مدل با شیب یک به چهار تا 63 درصد برای مدل با شیب یک به پنج متغیر است. با مقایسه افت انرژی در شیب-های مختلف، می توان به نتیجه رسید که با کاهش شیب بستر تندآب، افت انرژی نسبی افزایش می یابد. همچنین، این نتیجه را نیز می توان عنوان کرد که با کاهش شیب بستر تندآب، روند کاهش افت انرژی با شیب کمتری اتفاق می افتد. با بررسی نتایج مدل های با مانع و مقایسه آن ها نسبت به مدل های بدون مانع، میزان استهلاک انرژی، افزایش 17 تا 44 درصدی را نشان داد. در مدل های با مانع نیز با مقایسه افت انرژی در شیب های مختلف، می توان به این نتیجه رسید که با کاهش شیب بستر تندآب، میزان افت انرژی نسبی افزایش و روند کاهش افت انرژی با شیب کمتری اتفاق می افتد. در بخش نهایی با استفاده از رگرسیون چند متغیره روابطی برای پیش بینی استهلاک انرژی در این نوع تندآب در حالت بستر بدون مانع و با وجود موانع استخراج شد.