فهرست مطالبچکیده1مقدمه31-1 بیان مسئله41-2 ضرورت انجام تحقیق61-3 ساختار تحقیق71-4 مروری براصطلاحات کاربردی7مقدمه فصل دوم112-1 تحقیقات گروه مهندسی هیدرولیک ارتش آمریکا (UPDATED 2011)-حوضچه آرامش112-3 تحقیقات گروه مهندسی هیدرولیک ارتش آمریکا (UPDATED 2011)-پرش هیدرولیکی212-4 تحقیقات سیلوستر (1964)- پرش هیدرولیکی در کانالهای افقی222-5 برادلی (1961) - پرش هیدرولیکی در کانال های شیب دار252-6 تحقیقات ادوارد - بررسی نیروی حرکت آنی و پرش هیدرولیکی در کانالهای باز272-7 تحقیقات هندرسون (1966) - اتلاف انرژی در پرش های هیدرولیکی322-8 تحقیقات نم و همکاران(2002) – تاثیر لبه سرریزبر آبشستگی پائین دست332-9 تحقیقات برمن و هاگر (1994) – تاثیر لبه سرریز بر آبشستگی342-10 تحقیقات صالح و همکاران(2003) -تاثیر دندانه های پایانی بر ویژگی های آب شکستگی پايين دست حوضچه های آرامش342-11 تحقیقات اولیوتو و کومونیلو(2009)- پيشرفت آبشستگي محلي پايين دست حوضچه هاي آرامش كم ارتفاع392-12 تحقیقات حمید تائبی و منوچهر فتحی مقدم (1388)-کنترل آبشستگی در پایاب فرسایش یافته حوضچه آرامش بوسیله سنگچین (مطالعه موردی سد نمرود)462-13 تحقیقات فریبا اشتیاق حسن نژاد و همکاران(1390) -بررسی آزمایشگاهی آبشستگی در پایین دست سازه آرام کننده جامی مستغرق دندانه دار 472-14 تحقیقات وحید فریدنی و همکاران(1390)-برآورد گسترش آبشستگی در پایان پرتابه ها48مقدمه فصل سوم503-1 تئوری تحقیق503-1-1 پرش هيدروليكي بعنوان مستهلك كننده انرژي523-1-2 حوضچه هاي آرامش(stilling basins)543-1-3 آبشستگی633-1-3-1 انواع آبشستگی از نظر پیدایش633-1-3-2 انواع آبشستگی از نظر حمل رسوب643-1-3-3 آبشستگی کلی653-2 مواد و روشها663-2-1 معرفی منطقه مورد مطالعه673-2-2 کنترل حوضچه آرامش سد تنظیمی دز با استفاده از طراحي دستي713-2-3 شناخت پارامترهای موثر به كمك آناليز ابعادي783-2-4 جزئیات مدلسازی و معرفی مدل نرم افزاری823-2-5 دلایل انتخاب نرم افزار FLOW-3D843-2-5-1 مدل FLOW-3D853-2-5-2 روش حجم سیال(VOF)853-2-5-3 روش کسر سطح – حجم مانع (FAVOR)873-2-6 معادلات حاکم بر جریان883-2-7 گام به گام انجام آزمایشات :903-2-7-1 توصیف رسوبات903-2-7-2 مدل آشفتگی913-2-7-3 مش بندی مدل923-2-7-4 شرایط مرزی مدل943-2-7-5 نحوۀ استخراج اطلاعات95مقدمه فصل چهارم974-1 تحلیل و ارزیابی عوامل موثر974-2 نتایج حاصل از شبیه سازی توسط نرم افزار FLOW-3D1034-2-1 روش بررسی و ارزیابی نتایج حاصله1034-2-2 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 121044-2-3 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 151074-2-4 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 171084-2-5 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 181094-2-6 بررسی پروفیل های عرضی گروه مدل های 12-15-17-181114-2-7 بررسی پروفیل طولی گروه مدل های 12-15-17-181134-2-8 بررسی سرعت برشی1154-2-9 بررسی سرعت آستانه حرکت ذرات رسوب118مقدمه فصل پنجم1215-1 نتایج1215-2 راهکارهای علاج بخشی1235-3 پیشنهادات:125منابع فارسی :126منابع غیر فارسی:129Abstract131 شکل1-1 تخریب حوضچه آرامش سد تنظیمی دز ناشی از آبشستگي بستر رودخانه (سیلاب زمستان 1381).6شكل 2-1 تعريف طرح براي حوضچه آرامش13شكل 2-2 طول پرش هيدروليكي در كف افقي15شكل 2-3 رابطه بين عمق پاياب(yt) و عمق ثانويه (y2 )17شكل 2-4 طبقه بندي شرايط عمق پاياب براي طراحي حفاظت از آبشستگي18شكل 2-5 ملحقات (موج گيرها يا موج شكن ها يا بلوك هاي كف)در حوضچه آرام19شكل2-6 اجزاي معمول حوضچه هاي آرامش20شكل 2-7 ابعاد معمول موج گيرهاي اوليه20شكل 2-8 پرش هيدروليكي21شكل2-9 شكل هاي پرش مرتبط با عدد فرود22شكل 2-10 پرش هيدروليكي در كانالهاي افقي23شكل2-11 پرش هيدروليكي – كانال افقي مستطيلي24شكل 2-12 طول پرش براي كانالهاي مستطيلي25شکل 2-13 اتلاف انرژی نسبی برای شکل های متعدد کانال25شکل 2-14 انواع پرش های هیدرولیکی در کانالهای شیب دار26شكل 2-15 پرش هاي هيدروليكي در كانال رو باز27شكل 2-16 دياگرام معادله اندازه حركت29شكل 2-17 رفتارهاي جريان در پرش هيدروليكي31شكل 2-18 تاثير نسبت گسترش براي حوضچه بدون دندانه انتهايي38شكل 2-19 تاثير نسبت گسترش براي حوضچه با دندانه انتهايي38شكل 2-20 تاثير ارتفاع دندانه انتهايي براي حوضچه39شكل 2-21 آبشستگي محلي و كلي پايين دست سرريزهاي انحرافي در رودخانه سيني (عكس بالا) و گريك سورو ( عكس پايين ) ،جنوب ايتاليا40شکل 3-1 انواع پرش هیدرولیکی53شکل 3-2 محل تشکیل پرش هیدرولیکی58شکل 3-3 تعیین ضریب تصحیح C60شکل 3-4 تعیین ضریب کاهش با توجه به نوع جریان61شکل 3-5 انواع شکل دماغه پل و ضرایب مربوطه62شکل3-6 آبشستگی کلی در محل66شكل3-7 شبكه آبياري دز68شكل 3-8 سد دز70شكل 3-9 سد تنظيمي دز71شكل 3-10 شماي تعريفي آبشستگي پايين دست حوضچه هاي آرامش یکنواخت با دندانه انتهايي79شکل 3-11 ترسیم نقشه و جزئیات سد تنظیمی دز در نرم افزار اتوکد83شکل 3-12 نمای سه بعدی صلب سازه های هیدرولیکی طراحی شده در نرم افزار اتوکد84شكل 3-13نمونه ای از مقادیر VOFدرنزدیکی سطح آزاد86شكل 3-14سایز و خصوصیات دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 12 و 1790شكل 3-15درصد ترکیب دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 12 و 1791شکل 3-16 تصویر نهایی مش بندی مدل در نرم افزار94شکل 3-17 عکس شرایط مرزی مدل در نرم افزار94شکل 4-1 محل تشکیل پرش هیدرولیکی98شکل 4-2 طول حوضچه آرامش USBR IVبرای اعداد فرود 5/4< Fr1≥5/298شکل 4-3 ابعاد حوضچه آرامش USBR IV99شکل 4-4 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 12)105شکل 4-5 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 12)105شکل 4-6 سه بعدی اجرای مدل و پیدایش آبشستگی در نرم افزارFlow-3D106شکل 4-7 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 15)107شکل 4-8 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 15)107شکل 4-9 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 17)108شکل 4-10 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 17)109شکل 4-11 پروفیل عرضی آبشستگی(گروه مدل شماره 18)110شکل 4-12 مقطع عرضی آبشستگی در نرم افزارFlow-3D (گروه مدل شماره 18)110شکل 4-13 مقاطع عرضی آبشستگی در گروه مدلهای مختلف112شکل 4-14 پروفیل طولی آبشستگی در گروه مدلهای مختلف114شکل 4-15 سرعت برشی در طول بستر رسوبی117شکل 4-16 مقایسه سرعت آستانه حرکت ذرات رسوبی118شكل 5-1سایز و خصوصیات دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 15 و 18124شكل 5-2درصد ترکیب دانه بندی رسوبات بستر در مدل های 15 و 18124 جدول 2-1 دامنه کاربردی عدد فرود برای حوضچه های آرامش11جدول2-2 بررسی مقایسه ای ابعاد حوضچه های آرامش(سیستم متریک )12جدول 2-3 شرایط آزمایش ومشخصات حفره آبشستگی برای runهای با s=043جدول 3-1جزئیات مش بندی مدل در نرم افزار93جدول4-1 موقعیت دقیق مقاطع عرضی جهت اندازه گیری و ثبت اطلاعات هیدرولیکی104جدول 4-2 اطلاعات خروجی نرم افزار جهت دستیابی به مقاطع عرضی گروه مدل های 12-15-17-18111جدول4-3 اطلاعات خروجی نرم افزار جهت دستیابی به پروفیل طولی گروه مدل های 12-15-17-18113جدول4-4 سرعت برشی گروه مدل های 12-15-17-18115جدول4-5 مقادیر سرعت آستانه حرکت ذرات رسوبی118مهار رودخانه ها با هر انگیزه ای عموماً توسط سدها و سازه های مشابه انجام مي شود. جريان عبوری از اين سازه ها داراي پتانسيل قابل توجهي براي فرسایش و آبشستگي بسترهای مستعد مي باشد. حوضچه هاي آرامش عمدتا به منظور استهلاک انرژي جريان و حفظ امنیت سازه های هیدرولیکی در مقابل نیروهای احتمالی، طراحی و ساخته مي شوند. شدت و الگوی جريان درون این سازه ها مي تواند آبشستگي پائين دست را بطور جدی گسترش دهد. تحقیق حاضر، حاصل یک مطالعه عددی و شبیه سازی سه بعدی بر روند ایجاد آبشستگی بستر در پایین دست حوضچه آرامش سد تنظیمی دزمی باشد؛ از این رو در ابتدا با استفاده از تحلیل ابعادی، پارامترهای بدون بعد موثر بر آبشستگی، شناسایی شدند؛ سپس آزمایشاتی تحت زمان های مختلف، بر روی نمایه صلب فلوم سد تنظیمی دز، با شرایط دبی ماکزیمم (دبی طرح)، مصالح غیر یکنواخت بستر (ترکیبی از ماسه و شن ریز و درشت) و با بهره گیری از مدل FLOW-3D صورت گرفت؛ پس از آن اثرات هر یک از پارامترهای موثر نظیر، پارامترهای جریان، مشخصه ذرات بستر، سرعت آستانه حرکت ذرات، هندسه نمایه صلب حوضچه آرامش و نقش توسعه زمان بر تداوم آبشستگی و پروفیل تغییرات بستر استخراج گردید. اهم نتایج به دست آمده نشان میدهد؛ که پیدایش بیشترین آبشستگی زمانی رخ می دهدکه الگوهاي جريان نامتقارن بر مدل غالب گردیده و مصالح بستر مطابق با شرایط پایاب و سرعت آستانه حرکت ذرات، تعیین نشده باشند. كلمات كليدي: آبشستگی، نمایه صلب، سرعت آستانه حرکت، بستر غیر یکنواخت، سد تنظیمی دز. مقدمهفرسایش[1] در علم مکانیک سیالات عبارتست از ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ و ﺟﺎﺑﺠﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺳﻴﺎل ﻧﺎﺷﻲ از ﺣﺮﻛﺖ ﺧـﻮد ﺑﺮ روي ﺳﻄﻮﺣﻲ ﻛﻪ در ﻣﺠﺎورت آﻧﻬﺎ ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲﻛﻨﺪ، اﻳﺠﺎد ﻣﻲﻧﻤﺎﻳﺪ. ﺑﻌﻨﻮان ﻣﺜﺎل ﺣﺮﻛﺖ ﺳـﻴﺎل ﻫـﻮا در ﻗﺎﻟﺐ ﺑﺎد در ﺻﺤﺮا ﻛﻪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﻓﺮﺳﺎﻳﺶ ﺷﻦﻫﺎي روان و ایجاد تغییر شکل و جا به جایی در آنها می‌گردد. به طور اخص در علم هیدرولیک که سیال مورد بحث آب می‌باشد، فرسایش از اهمیت خاصی برخوردار بوده و ﺑﻪ آن ﭘﺪﻳﺪه آﺑﺸﺴﺘﮕﻲ[2]ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲﺷﻮد. اﻳﻦ اﻫﻤﻴﺖ از آﻧﺠﺎ ﻧﺸﺄت ﻣﻲﮔﻴﺮد ﻛﻪ زﻧﺪﮔﻲ ﺑﺸﺮ در ﻃﻮل ﺗﺎرﻳﺦ در ﻛﻨﺎر رودﺧﺎﻧﻪﻫﺎ و ﺳﻮاﺣﻞ ﺷﻜﻞ ﮔﺮﻓﺘﻪ و اﻳﻦ ﺧﻮد ﺑـﻪ ﻣﻌﻨـﻲ روﻳـﺎروﻳﻲ داﺋـﻢ اﻧـﺴﺎن ﺑـﺎ ﻋﻮارض اﻳﻦ ﭘﺪﻳﺪه ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.سازه‌هایی که انسان برای ارتقا و رفاه حال جامعه بشری در کنار سواحل و رودخانه‌ها یا در مجاورت آنها احداث کرده است همواره در معرض آسیب و انهدام قرار دارند. همین امر سبب انگیزه برای شناخت قوانین حاکم برعلم سیالات و شناخت هیدرولیک جریان گردیده است. به خصوص این نگاه در 100 سال اخیر علمی‌تر گشته و محققین را بر آن داشته تا با شناخت پارمترهای موثر و میزان تاثیر هر کدام از آنها، در پی ایجاد راهکارهایی مناسب جهت کاهش این پدیده برآیند (پارس‌مهر، 1390).يکيازمهمترينعواملتخريب سازه های هیدرولیکی،آبشستگياطرافآنهاميباشد . لذابهمنظورجلوگيريو کاهشاثراتآن،شناختمکانيزمآنلازموضروريميباشد. موادبستررودخانه هافرسايشپذيرهستند،اماشدتاينفرسايشبهزمانبستگيدارد . بطوريکهبستررودخانههايپوشيدهازگرانيت سالهايزياديطولميکشدتافرسايشيابد،درحاليکهرودخانههاييبابسترماسهايدرفاصله زمانيبسيارکوتاهحداکثرعمقآبشستگيراداراميباشد . علاوهبرساختارزمينورودخانههاکه يکيازعواملمهمدرفرسايشاست،عواملهيدروليکينيزنقشبسزاييدروقوعاينپديدهايفا ميکنند .حوضچه های آرامش به عنوان عضو سازه ایی مورد نیاز در پائین دست سدها و در جهت استهلاک نیروهای جنبشی مخرب طراحی و اجرا می شوند. این سازه بالاخص در شرایط سیلابی می تواند نقش موثری در کنترل و مهار جریانهای سیلابی پس از خروج از سد و پیش از ورود به رودخانه ایفا نماید . لذا طراحی و اجرای دقیق این سازه ها به خصوص در بالادست شبکه های آبیاری و زهکشی می تواند مدیریت بهره برداری و نگهداری از این شریانهای حیاتی هیدرولیکی آبیاری را ارتقا بخشد . این امر در پائین دست سد تنظیمی دز و بالادست سد انحرافی دز از اهمیت به سزایی برخوردار است زیرا کنترل و مهار جریانهای مخرب در تنظیم جریانهای مهار شده کانالهای انتقال و توزیع و آبرسانی به موقع به مزارع پائین دست برای کلیه بهره برداران و مدیران این شبکه ها اهمیت دارد .