در محل اتصال کانال های انتقال آب حامل جریان زیربحرانی با سازه های هیدرولیکی نظیر سیفون های معکوس و تندآب ها، می توان از شکاف های کنترل برای ایجاد جریان با شرایط بحرانی و جلوگیری از افت سطح آب یا پس زدن آن در کانال بالادست بهره گرفت. در تحقیق حاضر، عملکرد شکاف کنترل مرکب ذوزنقه ای برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفته و نحوه تعیین بهینه ابعاد آن به ازاء وقوع دبی های مختلف در بازه دبی طراحی کانال ارائه می شود. به این منظور، با استفاده از معادلات انرژی مخصوص و در نظر گرفتن شرایط بحرانی جریان بر روی این سازه، روابط موردنیاز استخراج شده و با حل هم زمان معادلات غیرخطی با استفاده از روش گرادیان کاهش یافته، ابعاد بهینه سازه برای سه حالت هیدرولیکی مختلف (دبی های 10، 25 و 50 درصد دبی طراحی) محاسبه می گردد. سپس، نتایج حاصل با استفاده از مدلسازی در نرم افزار Flow3D نیز صحت سنجی می شود. با استفاده از این نرم افزار، مشخصات جریان از جمله عمق، انرژی مخصوص، توزیع سرعت و مسیر خطوط جریان بر روی شکاف کنترل پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج بررسی ها نشان داد سازه یادشده قادر است شرایط جریان بحرانی را در بازه ی گسترده ای از دبی ها با دقت مناسبی حفظ نماید. مقایسه داده های نظری و نتایج عددی حاکی از تطابق قابل توجه با میانگین خطای کمتر از 5 درصد بود. به طور خاص، در حالت های مختلف هیدرولیکی، خطای محاسبه عمق جریان بین 9/2 تا 5/4 درصد و خطای محاسبه انرژی مخصوص بین 2/3 تا 8/4 درصد مشاهده شد. از پژوهش حاضر می توان دریافت که استفاده از شکاف کنترل مرکب ذوزنقه ای موجب ایجاد شرایط بحرانی در جریان شده و از پایین افتادن سطح آب و یا پس زدن جریان در کانال بالادست به ازاء وقوع حالات هیدرولیکی گوناگون جلوگیری می نماید.

در هر سیستم مهندسی، مانند کانال‌های آبرسانی، مهم‌ترین مسئله در بخش طراحی، حداقل‌رسانی هزینه‌ها و نیز افزایش بازده است. از طرفی، کاهش احتمال سرریز به‌عنوان یک نکته ضروری در طراحی کانال‌ها بسیار حائز اهمیت است. کانال‌های آبی روباز به دو صورت مقاطع عرضی ساده یا مرکب هستند. مقاطع مرکب، دارای شیب‌های جانبی متفاوت در دو طرف یا ضرایب زبری متفاوت در وجوه مختلف هستند. در تحقیق حاضر، هدف کاهش هزینه‌های ساخت شامل هزینه‌های خاکبرداری و پوشش و نیز به حداقل‌رساندن احتمال سرریز با در نظر گرفتن ارتفاع آزاد برای کانال با مقطع مرکب دارای شیب‌های جانبی یکسان و ضرایب زبری متفاوت در وجوه مختلف است. فرمول‌بندی مسئله با توجه به وجود قید معادله مانینگ، منجربه یک بهینه‌سازی غیرخطی می‌شود که با استفاده از نرم‌افزار ولفرام متمتیکا ((Wolfram Mathematica حل شده است. نتایج حاصل نشان داده است که با ضرایب زبری متفاوت در دیواره‌ها و کف کانال، زمانی که هزینه پوشش کانال نیز در دیواره‌ها و کف، متفاوت در نظر گرفته شود، نسبت به هزینه پوشش یکسان، شیب‌های جانبی بهینه تغییر می‌یابند ولی مقادیر بهینه سایر پارامترهای هیدرولیکی مانند حالت مقطع ساده است.          

مدل سازی دقیق جریان های ثانویه در مسیر خم ها و پیچان رودها، اهمیت زیادی دارد. در پژوهش حاضر، با مدل سازی عددی در محیط نرم افزار اپنفوم، به بررسی ویژگی های هیدرولیکی جریان در یک کانال مرکب در مسیر پیچان رود پرداخته شده است. برای این منظور، معادلات حاکم، شامل رابطه های متوسط گیری شده ی رینولدزی (R A N S) حل شده اند. با وجود رفتار دوفازی جریان در کانال های باز، با انتخاب حل گر و شرایط مرزی مناسب برای سطح آب می توان آن ها را به صورت تک فاز مدل کرد. در پژوهش حاضر، از شرط مرزی تقارن برای سطح آزاد آب استفاده و برای مدل سازی جریان آشفته از مدل های آشفتگی $k-v a r e p s i l o n$ و $k-o m e g a$ استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده، با فاصله گرفتن از تاج خم، قدرت جریان عرضی افزایش می یابد؛ به طوری که یک گردابه ی هم جهت با جریان عرضی در محل گوشه ی ساحل بیرونی تشکیل می شود. این جریان عرضی تا ابتدای تاج خم بعدی ادامه می یابد و مجددا در طول موج بعدی به همین شکل تکرار می شود.

سرریزهای کنگره ای، سازه های اقتصادی برای بالا بردن بازده خروجی سرریز در یک عرض محدود هستند که در پلان به شکل ذوزنقه، مثلث و غیره دیده می شوند. این سرریزها در یک بار هیدرولیکی و عرض ثابت در مقایسه با انواع دیگر سرریزها دبی بیشتری را از خود عبور می دهند. در این تحقیق، سرریزهای چندوجهی که در پلان ذوزنقه ای شکل هستند، بررسی شدند. آزمایش ها روی 27 مدل آزمایشگاهی و با 9 دبی مختلف و در مجموع با 243 آزمایش انجام گرفتند. نتایج آزمایش های این پژوهش نشان داد که در مورد کلیه سرریزهای چندوجهی مرکب ذوزنقه ای شکل نسبت پارامتر، ضریب دبی Ht/p به (Ht بار هیدرولیکی کل وP: ارتفاع سرریز) ابتدا افزایش یافته و پس از رسیدن به یک مقدار حداکثر، شروع به کاهش می کند. طبق رابطه کلی ارائه شده بیشترین تأثیرات بر ضریب دبی ناشی از تعداد سیکل و نسبت است. ایجاد کنگره جدید در بال سرریز باعث افزایش طول مؤثر شده و مقدار دبی جریان عبوری افزایش یافته است که در نتیجه، ضریب دبی جریان در یک مقدار مشخص افزایش می یابد. همچنین، دبی عبوری در سرریزهای چندوجهی ذوزنقه ای شکل با پلان مرکب نیم دایره ای بهتر از مربعی و سرریز مرکب مربعی بهتر از سرریزهای ذوزنقه ای ساده است.

سرریزهای لبه تیز مرکب اغلب برای اندازه گیری دامنه ای وسیع از جریان و با دقت مناسب در کانال های روباز به کار گرفته می شوند. اما در مواردی که آب انتقالی حاوی مواد رسوبی و شناور باشد، مشکلاتی در نحوه ی عملکرد آنها ایجاد می شود. با ترکیب دریچه و سرریز مرکب، می توان تا حدی این مشکل را برطرف کرد. هدف از این پژوهش، بررسی خصوصیات هیدرولیکی سرریز و سرریز – دریچه با سه مقطع مرکب دایره ای-ذوزنقه ای-مستطیلی در سه بازشدگی مختلف دریچه برابر 5/1، 3 و 5/4 سانتی متر است. آزمایش ها در یک فلوم مستطیلی به طول 12 متر و عرض نیم متر اجرا شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که بر اساس داده های آزمایشگاهی، ضریب دبی جریان در سرریز های لبه تیز مرکب، در محدوده ی 58/0 تا 85/0 و در سرریز-دریچه مرکب، در محدوده ی 38/0 تا 78/0 است. به ازای بار آبی معین با افزایش بازشدگی دریچه، دبی عبوری افزایش ولی ضریب دبی جریان کاهش می یابد. همچنین، مقادیر محاسباتی و مشاهداتی ضریب دبی جریان بر اساس معیارهای ارزیابی، ضریب تبیین (R2)، و جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE) که به ترتیب برابر 96/0 و 06/0 محاسبه شدند، مقایسه گردیدند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از ترکیب خطی روابط جریان در سرریز و سرریز-دریچه مرکب دایره ای-ذوزنقه ای – مستطیلی می دهد با دقتی قابل قبول ضریب دبی جریان را برآورد کند.

در این مقاله ظرفیت باربری نهایی سازه های فولادی- خاکی با در نظر گرفتن ترتیب تشکیل گره های پلاستیک محل آنها و ظرفیت لنگر پلاستیک، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.تحلیل غیرخطی بوسیله یک برنامه کامپیوتری برای مدلی از سازه که در آن مقاومت فشاری و برشی خاک با فنرهای عمودی ومماسی درنقاط گرهی روی چند ضلعی نمایانگر دیواره لوله فلزی نمایش داده شده، بعمل آمده است.مطالعه روی پارامترهایی که در مقاومت سازه موثرند به نتایج زیر منجر گردیده است:1- ظرفیت باربری سازه مرکب بنحو بارزی متاثر از سختی برش (یا اصطکاک) خاک اطراف سازه است.2- در محاسبه کمانش لازمست دهانه کلی پل منظور شود و نه شعاع موضعی دیواره.3- قوسهای با زاویه مرکزی کمتر از 180 درجه در مقایسه با قوس های بیش از 180 درجه ظرفیت باربری بیشتری دارند.4- سختی خاک قسمت زیرین پل تاثیر ناچیزی بر بار کمانش سازه دارد.5- خارج از مرکزیت بار وارده عملا تاثیر کمی بر کمانش سازه دارد.

هدف از تحقیق حاضر، بررسی آزمایشگاهی تأثیر استفاده از شکاف در پایه پل با مقطع مستطیلی به منظور کنترل آبشستگی بوده است. برای این منظور چهار شکاف ذوزنقه ای شکل، ذوزنقه بر عکس، مثلثی و مثلثی برعکس با سطح مقطع یکسان، در سه تراز قرارگیری هم تراز بستر، 5/1 سانتی متر و 3 سانتی متر بالای بستر در چهار عدد فرود 3/0 و 27/ 0 و 24/0 و 19/0 مورد آزمایش قرار گرفت. آزمایش های تحقیق حاضر در یک فلوم آزمایشگاهی در پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری تهران انجام پذیرفت. نتایج می دهد با افزایش تراز قرارگیری شکاف از بستر، عمق آب شستگی بالادست پایه ها افزایش می یابد. همچنین تغییرات توپوگرافی بستر در طول کانال و ابعاد حفره آب شستگی نیز افزایش می یابد، به طوریکه در تمامی اعداد فرود شکاف های قرار گرفته درتراز روی بستر با کاهشی درحدود 5/15تا 81/51 درصد برای شکاف مثلث برعکس، 16/21 تا 18/62 درصد برای شکاف ذوزنقه برعکس، 67/26 تا 28/65 درصد برای شکاف مثلثی و 83/38 تا 58/73 درصد برای شکاف ذوزنقه، بهترین عملکرد را نسبت به دو تراز دیگر در شرایط مشابه، دارا می باشند.

یکی از روش های مهارکردن آبشستگی اطراف پایه ی پل استفاده از شکاف در آنهاست. در تحقیق حاضر اثر شکل شکاف بر آبشستگی موضعی اطراف پایه با مقطع مستطیلی، بررسی شده است. برای این منظور دو شکاف لوزی و مربع شکل با مساحت سطح برابر، در سه تراز قرارگیری نزدیک سطح آب، هم تراز بستر و زیر بستر و در چهار عدد فرود 3/0 و 27/ 0 و 24/0 و 19/0 آزمایش شدند. در ادامه دانه بندی بستر تغییر داده شد و پایه های شکافدار در دو تراز نزدیک سطح آب و هم تراز بستر در جریان با عدد فرود 24/0 آزمایش گردید. نتایج نشان دادند که در تمام حالت ها حضور شکاف موجب کاهش عمق آبشستگی حداکثر و حجم چاله ی آبشستگی گشته و عمق آبشستگی حداکثر و حجم چاله ی آبشستگی با تراز قرارگیری شکاف نسبت به بستر و عدد فرود جریان، رابطه ی مستقیم، و با اندازه ی متوسط دانه های بستر، رابطه ای عکس دارد. با مقایسه ی داده های به دست آمده مشخص شد که با افزایش لنگر دوم سطح شکاف، عمق آبشستگی و حجم و ابعاد چاله ی آبشستگی افزایش می یابد.

یکی از مسائل مهم در کنترل جهش تعیین حداقل ارتفاع آبپایه انتهایی است. اگرچه پژوهش های زیادی در مورد تاثیر آبپایه انتهایی روی مشخصات جهش هیدرولیکی در حوضچه های آرامش با مقاطع مستطیلی انجام شده است، ولی در مورد حوضچه های آرامش با مقطع ذوزنقه ای پژوهش های زیادی گزارش نشده است. در این پژوهش علاوه بر مقایسه نتایج آزمایشگاهی با روش های انرژی و اندازه حرکت که با روش های عددی حل شده اند، یک معادله صریح برای برآورد ارتفاع آبپایه انتهایی با روش انرژی ارائه شده است. ارزیابی نتایج بیانگر هماهنگی مناسب بین داده های آزمایشگاهی و محاسباتی است و فرمول صریح ارائه شده با تقریب مناسب ارتفاع آبپایه انتهایی را برآورد می کند.