در طراحی سیستم‌های هیدرولیک سرعت جریان نباید بیش از حد قابل قبولی باشد. زیاد بودن سرعت آب در یک کانال خاکی و یا در رودخانه طبیعی فر سایش بستر و جداره‌ی کانال را به همراه داشته که ممکن است باعث خسارات جبران ناپذیری به تأسیسات مجاوررودخانه گردد معذلک در بسیاری مواقع به دلایل مختلفی از قبیل شیب زیادکف کانال خاکی ویااختلاف زیاد انرژی بین دو مقطع و یا سقوط آزاد آب، با انرژی جنبشی بیش از حد آب مواجه می‌شویم که ناچاراً می‌باید سازه‌هایی را طراحی کنیم تا انرژی جنبشی اضافی مستهلک وسرعت جریان رابه حداقل قابل قبولی کاهش دهد.در پایین دست سر ریز سدهای به دلیل اختلاف ارتفاع زیاد، سرعت جریان و نهایتاٌ انرژی جنبشی، بشدت افزایش می‌یابد که عدم کاهش این انرژی باعث فرسایش کف و ایجاد گودال در پایین دست سد خواهد شد که در دراز مدت باعث واژگونی سد می‌شود پس باید به نوعی این سرعت زیاد (انرژی جنبشی زیاد )را در سیستم‌های هیدرولیکی ازبین ببریم.سازه‌هایی که باعث کاهش انرژی جریان وپائین آوردن سرعت به حداقل قبولی می‌شوند،سازه‌های مستهلک کننده انرژی(Energy Dissipatorstrueture) می‌گویند.بطورخلاصه این سازه‌ها به قرارزیرمیباشندالف- سازه‌های مستهلک کننده انرژی در جهت افقی در این سازه‌ها که اکثراٌدر پایین دست سر ریز سدها (سر ریز اوجی )ودر کانالها و در انتهای شیب شکن‌ها دیده می‌شوند انرژی آب به صورت جهش هیدرولیکی تلف می‌شود که انواع حوضچه‌های آرامش از این نوع می‌باشند.ب-سازه‌های مستهلک کننده انرژی در جهت عمودی:این سازه‌ها اکثراٌدر کانالهای آبیاری مورد استفاده قرار می‌گیرند که از آن جمله می‌توان به حوضچه ای منی فولد (mani fold)،چاه آرامش و انواع فلیپ باکت‌ها اشاره کرد.ج-سازهای مستهلک کننده انرژی در دو جهت عمودی وافقی:این سازه‌ها شامل انواع شیب شکنهای قائم ومایل می‌باشد که اکثراٌ در کانالهای آبیاری استفاده می‌شود.باتوجه به مطالب بالا یکی ازمعمول ترین روش‌های استهلاک انرژی درجهت افقی ایجاد پرش هیدرولیکی است پرش هیدرولیکی یا جهش آبی پدیده است جالب که بدلیل کاربردبسیارآن درعلم هیدرولیک مطالعات بسیاریبرروی آن صورت گرفته است پرش هیدرولیکی پدیدهای است که در اثر تغییر جریان از حالت فوق بحرانی به زیر بحرانی رخ می دهد. همزمان‌بااین کارآشفتگیهای زیادی بصورت گردابهای شدیدوجریان غلتابی معکوس ایجادمی‌شودکه این غلتاب‌هاباعث ورودمقدارقابل ملاحضه ای هواشده وسطح آب دارای ظاهری سفید، کف آلودوآشفته می‌شود.این آشفتگیها،غلتابهاوورودهوابه داخل آب باعث می‌شوندکه ازانرژی آب درحدبالائی کاسته شود.دریک پدیده جهش آبی می‌بایست عمقهای y1 و y2 (عمقهای متناظر)طول پرشLj،میزان افت انرژی، توزیع فشار،پروفیل سرعت اندازه گیری گردد. یکی ازخصوصیات مهم جهش آبی طول جهش می‌باشدکه بدست آوردن آن بسیارمهم بوده زیرابرطول حوضچه آرامش تأثیرمستقیم دارد. مواردکاربردپرش هیدرولیکی به شرح ذیل است.1- کاهش انرژی آب درجریان ازروی سدها،سرریزها،ودیگرسازه‌های هیدرولیکی ونهایتاٌمحافظت ازقسمت‌های پائین دست.2-افزایش سطح آب در کانالها به منظور پخش آب.3-افزایش دبی خروجی از زیر دریچه‌ها با دور نگه داشتن سطح یا یاب.4- کاهش فشار بالابرنده در زیر سازه‌ها با افزایش عمق آب در دامنه سازه.5-مخلوط نمودن مواد شیمیائی جهت تصفیه آب یا فاضلاب و نیز جهت مصارف کشاورزی6- جدا نمودن هوای محبوس ازجریانهای موجود درکانال‌های باز دایروی.بنابراین برای اینکه پرش درست در پائین دست سازه ایجاد شود و از منتقل شدن آن به پائین دست جلوگیری شود می‌بایست از حوضچه‌های آرامش استفاده کرد. این حوضچه‌ها مقاطع مستطیلی بوده و دیواره‌های آن ازبتن می‌باشد.پس می‌بایست در پائین دست سازه یک کف افقی بتنی درست کرد و عمق پایاب لازم (عمق در پائین دست جهش در کانال ونه عمق ثانویه ) جهش را در آن ایجاد کرد تاعمق ثانویه جهش برابر آن عمق گردید در آن صورت پرش هیدرولیکی اتفاق خواهد افتاد چنانچه عمق پایاب موجود کم باشد در آن صورت برای اینکه جهش قطعاٌ ایجادشود می‌بایست کمی کف حوضچه را پائینتر آورد یا در انتهای کف افقی یک دیواره کوتاه قائم (پله) ایجاد کرد و سپس بوسیله این عمل اطمینان می‌یابیم که پرش قطعاٌ تشکیل می‌شود ولی این نکته مهم است که طول پرش بعضاٌ 1/6 برابر عمق ثانویه است و این طول زیادی را در بر می‌گیرد که چون سازه‌ها بتنی است باعث بالا رفتن هزینه می‌شود. بنابراین در طرح حوضچه‌های آرامش از بلوکهای ابتدائی، انتهائی و یا میانی نیز استفاده می‌کنند که به کوچکتر شدن طول حوضچه کمک می‌کند. پس اهداف اصلی ساخت حوضچه‌های آرامش یکی تثبیت پرش هیدرولیکی است و دیگری کمک به ایجاد پرش هیدرولیکی است. کوتاهتر شدن طول پرش فقط به کم شدن هزینه‌ها کمک خواهد کرد. بدین جهت حوضچه‌های آرامش مختلفی مورد آزمایش قرار گرقتند که هر کدام برای یک نوع پرش شرح داده شده مفید می‌باشد این حوضچه‌ها پس از آزمایش بسیار و قطعی شدن آنها بصورت تیپ در آمده اند و در حال حاضر برای طراحی هر کدام از آنها می‌توان به تیپ اصلی آنها مراجعه کرد. بطور کلی دو نوع کلی حوضچه‌های آرامش وجود دارد یکی حوضچه‌های آرامش استاندارد USBR که خود به چندین نوع تقسیم می‌شود و یکی حوضچه آرامش استاندارد SAF که شرح آنها ذیلاٌ آورده میشوددر هفتاد سال گذشته،به دلیل اهمیت و کاربرد بسیارزیاد پرش هیدرولیکی مطالعات گسترده ای در این مورد انجام گردیده است.پرش هیدرولیکی که در بستر‌های صاف، افقی و با شکل حوضچه منشوری اتفاق می‌افتد بنام پرش هیدرولیکی کلاسیک نامگذاری شده است که دارای الگوی جریان دو بعدی می‌باشد این نوع پرش،پیش از این توسط محققین بزرگ، مورد مطالعه قرار گرفته است.اهداف اصلی مطالعات ایشان، ایجاد روابط برای پیش بینی خصوصیات پرش نظیر طول پرش،عمق پایاب مورد نیاز. میزان استهلاک انرژی،توزیع سرعت جریان، نوسانات فشار، پروفیل سطح آب در طول پرش بوده است نتایج تحقیقات نشانگر آن است که زبری بستر در جهت کاهش طول پرش هیدرولیکی و عمق پایاب مؤثر است با توجه به اهمیت دو پارامتر طول پرش هیدرولیکی و عمق پایاب در کم کردن هزینه‌های طراحی وساخت مستهلک کننده انرژی، همچنان نیاز به مطالعات در این مورد احساس می‌گردد. طی آخرین مطالعات انجام گرفته توسط ایدو راجاراتنام (2002)که از بستر مواج استفاده شده است نتایج آزمایشگاهی نشان داد که در صورت مواج بودن بستر، مقدار طول پرش و عمق پایاب بطور چشمگیری کاهش خواهد بافت همچنین به تحقیقات شفاعی و ایزدجو (2003) می‌توان اشاره کرد. آنها در تحقیقات خود با قرار دادن زبری‌های موجی شکل دربستر حوضچه آرامش نشان دادند که طول پرش هیدرولیکی تا 50% نسبت اعماق مزدوج نیز تا 30%کاهش یافته است مطالعات کارولو و همکاران (2007) نیز که روی بستر زبر شده توسط مصالح رودخانه‌ای نشان داد که طول پرش هیدرولیکی و عمق ثانویه کاهش چشمگیری داشته است.پرش هیدرولیکی متداولترین روش جهت استهلاک انرژی در پایین دست سازه‌هایی هیدرولیکی می‌باشد در مستهلک کننده‌هایی انرژی از نوع پرش معمولا ٌبا کمک بافل و در داخل حوضچه آرامش ایجاد می‌شود تاکنون مطالعات گسترده ای در زمینه انواع حوضچه‌های آرامش صورت گرفته استهدف همه این مطالعات بوجود آوردن حوضچه‌های اقتصادی بوده است.پارامترهایی چون طول حوضچه، ضخامت دال کف، عمق پایاب مورد نیاز از جمله پارامترهای مهمی‌هستند که بر اقتصاد کردن سازه حوضچه آرامش تأثیر فراوانی دارند اخیراٌمطالعه مقدماتی نشان داده که زبر بودن کف حوضچه‌های آرامش باعث کاهش طول حوضچه و کاهش عمق پایاب مورد نیاز می‌گردد.{اید وراجااتنام 2002}. این مطالعه امید زیادی برای ایجاد حوضچه‌های اقتصادی تررا فراهم کرده است.این تحقیق بر این فرضیه استوار است که ارتفاع و عرض‌هایی مختلف زبری در کف بستر از طریق افزایش تنش برشی و در نتیجه تلاطم بیشتر جریان می‌تواند باعث تغییراتی در خصوصیات پرش هیدرولیکی و کاهش طول پرش و عمق پایاب شود که نهایتاٌمی‌توان سازه‌های مستهلک کننده انرژی اقتصادی تری طراحی کرد.بطور کلی با توجه به مطالعات ارائه شده اهداف این مطالعات را می‌توان به شرح ذیل بیان کرد :1- بررسی و ضعیت هیدرولیکی پرش در بستر زبر و اندازهگیری مشخصات پرش نظیر طول پرش و عمق پایاب در پرش هیدرولیکی با ابعاد‌های متفاوت زبری بستر برای اعداد فرود متفاوت2- برآورد میزان تأثیر ابعاد متفاوت زبری بستر بر مشخصات پرش هیدرولیکی و مقایسه آن با پرش کلاسیک3- افت انرژی پرش در بستر و مقایسه آن با پرش کلاسیک4- برآورد تنش برش کف در پرش هیدرولیکی با ابعاد‌های مختلف زبری بستر و مقایسه آن با حالت کلاسیک5- ارتباطات ایجاد شده بین عوامل هیدرولیکی پرش در بستر زبر به صورت بدون بعد.برای رسیدن به اهداف این تحقیق نیاز به انجام آزمایش‌های مختلف می‌باشد. ابتدا منابع مهم در زمینه پرش هیدرولیکی کلاسیک و پرش بر روی بستر‌های زبر جمع آوری و مورد بررسی قرار گرفته است سپس اقدام به ساخت یک دستگاه فلوم آزمایشگاهی شد . فلوم آزمایشگاهی به طول 8 متر عرض 35/0 متر و ارتفاع 4/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی عمران دانشگاه آزاد واحد یاسوج مورد استفاده قرار گرفت.به منظور ارائه بهتر کارهای‌انجام شده در این مطالعه سعی گردیده است، که موضوعات مورد ومطالعه در فصول جداگانه ارائه شود و در فصل ابتدا، مروری بر منابع و تحقیقات انجام شده قبلی، انجام گردد و سپس روش انجام آزمایشات و نتایج ارائه شود. 2-1-مقدمهبا توجه بهاينکه بررسي خصوصيات مربوط به پرش هيدروليکي مستلزم آشنايي با مفاهيم هيدروليکي بسياري ميباشد که با دانستن آنها شناخت اين پديده عميقتر صورت خواهد گرفت، از اين رو در بخشهاي مختلف اين فصل برخي از مفاهيم کلي مربوط به هيدروليک مجاري باز بيان شده و در ادامه مباني مربوط به جهشهاي هيدروليکي کلاسيک تشريح ميگردد. همچنين در انتها به روش هاي موجود براي کنترل پرش هيدروليکي اشاره خواهد شد.پرش هيدروليکي ميتواند روي کفهاي نسبتاً افقي و يا کفهاي شيبدار با مانع و يا بدون مانع به وجود آيد و بديهي است بسته به اين که در کداميک از موقعيتهاي مذکور پرش حاصل گردد داراي خصوصيات کاملاً متفاوتي خواهد بود.با توجه به سادگي هندسه آبراهه پرش هاي کلاسيک و اهميتي که اين سادگي در طراحي حوضچههاي آرامش دارد، پرش هيدروليکي کلاسيک طي هفتاد سال اخير داراي اهميت ويژهاي بوده است. اين پديده در قرن 16 توسط لئوناردو داوينچي توصيف گرديده است اما از سال 1820 که بيدونه ايتاليايي نتايج اولين آزمايش را چاپ کرد، مورد توجه خاص قرار گرفت. (ماکاگنو 1967 بخشهاي مهم آزمايشات بيدونه را ارائه داده است). بخشهاي مهم و جالب آن شامل موارد(به نقل از هاگر 1992).- نسبت عمقهاي متناظر بالادست و پائين دست پرش.-طول پرش که از پنجه پرش تا ناحيه عمق پايان اندازهگيري گرديده بود.نسبت عمقهاي متناظر با استفاده از معادله مومنتم به خوبي توسط بلانگر (1838) پيش بيني گرديد. مطالعات تئوري و آزمايشات بيشتري توسط برسي فرانسوي (1860) انجام شد. بزين و دارسي (1865) و بوزينسک (1877). فورشهايمر (1914 و 1925) به خوبي خلاصه اي از مطالعات پرش هيدروليکي را ارائه نمودند. اطلاعات آزمايشگاهي زيادي توسط گيبسون (1914) براي اعداد فرود تا 6/8 ارائه گرديد. مطالعات مولر (1894) را مي توان به عنوان يک نمونه از يک روش متفاوت در قياس با مطالعات فرانسويها در زمينه هيدروليک در نظر گرفت. مطابق بررسي بعمل آمده توسط هاگر، اطلاعات ساير کشورها در اين خصوص بدست نيامده است.اولين مطالعه آزمايشگاهي سيستماتيک بر روي پرش هيدروليکي کلاسيک توسط سفرانز (1927و 1929) انجام شده اگرچه هينز (1920)، استيونس (1925)، لوي و المز (1927) و منتقدين آنها در مورد اينکه پرش به چه چيزي اتلاق مي شود بحثهايي داشته اند اما مقاله سفرانز (1927) خلاصهاي از مطالعات پيشين از جمله اطلاعات بيدونه، دارسي بزن، فريدي مريمان (1895) را دارا است. همچنين اطلاعات سازمان محيط زيست ميامي (ريگل و بيبه 1917)، هورتون (1916) و کنيسون (1916) در آن گنجانده شده است. براساس مطالعات انجام شده توسط کنسيون و سفرانز و فلش بارت (1929) محاسبه عمقهاي متناظر با استفاده از معادله مومنتم در سطح عمومي پذيرفته شد.