سازه ترکیبی سرریز- دریچه یکی از انواع سازه های اندازه گیری جریان در کانالهای باز بوده که با عبور همزمان مواد شناور از روی سرریز و مواد رسوبی از زیر دریچه قادر است دبی را با دقت مناسبی تخمین بزند. اغلب، سازه های اندازه گیری جریان به دلیل سازگاری با شکل مقطع کانال و یا هزینه های بالا با طولی کمتر از عرض کانال ساخته میشوند. هیدرولیک جریان در چنین سازه ای متفاوت از سازه هم عرض کانال میباشد. در تحقیق آزمایشگاهی حاضر خصوصیات جریان از جمله ضریب دبی سازه ترکیبی استوانه ای با فشردگی جانبی بررسی و نتایج با خصوصیات جریان در دو سازه سرریز و دریچه استوانه ای فشرده شده، مقایسه شده است. آزمایش ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه اوستفالیا در کشور آلمان، روی فلومی با طول 7.5 متر، عرض 30 سانتیمتر و ارتفاع 46 سانتیمتر، با استفاده از مدلهایی از هر سه نوع سازه با قطرهای 75، 110، 125 و 160 میلیمتر، بازشدگی ثابت 3 سانتیمتری دریچه، نسبتهای انقباض برابر سرریز و دریچه (b/b=0.2-1)، دو نوع دیواره تنگ کننده با لبه های گردشده و راست گوشه، و دبیهای مختلف در شرایط جریان آزاد انجام شد. نتایج نشان داد که برای هر سه نوع سازه، باافزایش عمق بالادست سازه(h)،در شرایط ثابت بودن سایر پارامترها، ضریب دبی افزایش مییابد؛ در حالی که با کاهش نسبت (b/b)نرخ تغییرات ضریب دبی در برابر(h/p) کاهش یافته و وابستگی ضریب دبی به عمق آب بالادست کم میشود. از سوی دیگر برای هر سازه، در یک (h/p) ثابت، با افزایش نسبت (b/b) ضریب دبی افزایش می یابد. همچنین مقایسه تأثیر شکل لبه های دیواره های تنگ کننده بر ضریب دبی هر سازه نشان میدهد، در شرایط مشابه، ضریب دبی سازه فشرده شده با دیواره های لبه گرد بیشتر از ضریب دبی سازه فشرده شده با دیواره راست گوشه میباشد. ضریب فشردگی جانبی جریان (cc) به عنوان پارامتری که تاثیر عوامل موثر در فشرده شدن خطوط جریان در تاج سازه را در بر دارد، در دو سازه سرریز و دریچه محاسبه شد که در محدوده (h/p=1.2-2.4 و b/b=0.2-1) در سرریزهایی با دیواره های فشردگی لبه گرد حدود 2 تا 15 درصد بزرگتر از ضریب فوق در سرریزهایی با دیواره های راست گوشه می باشد. همچنین ضریب فشردگی در محدوده (h/p=0.4-4.5 و b/b=0.6-1) به طور متوسط برای دریچه هایی با دیواره های لبه گرد حدود 1 تا 6 درصد بزرگ تر از دریچه هایی با دیواره های فشردگی راست گوشه می باشد. نتایج نشان می دهد برای هر سرریز و یا دریچه با یک (b/b) مشخص، با افزایش (h/p)، ضریب فشردگی جانبی جریان کاهش یافته و در یک عمق ثابت، کاهش نسبت (b/b) در هر سرریز یا دریچه، سبب کاهش cc میشود. مقایسه نتایج سه سازه استوانه ای نشان می دهد، ضریب دبی سرریز فشرده شده با همه ی نسبت های فشردگی در محدوده آزمایش همواره بیشتر از سازه ترکیبی سرریز- دریچه فشرده شده مشابه با همان نسبت فشردگی می باشد. این اختلاف در عمق های کم آب در کانال بیشتر بوده و با افزایش عمق آب، کمتر میشود. همچنین ضریب دبی سرریز- دریچه فشرده شده نسبت به ضریب دبی دریچه فشرده شده مشابه دارای دو روند متفاوت است. در عمقهای کم، ضریب دبی دریچه بدون سرریز بیشتر از سازه ترکیبی بوده در حالی که با افزایش عمق آب به تدریج ضریب دبی سازه ترکیبی از ضریب دبی دریچه بیشتر میشود.

در این تحقیق یک سازه با عملکرد همزمان تنظیم سطح آب و آبگیری، به عنوان آبگیر استوانه ای متحرک روزنه دار توسعه داده شده و به بررسی آزمایشگاهی عملکرد هیدرولیکی آن پرداخته شده است. در آبگیر های فعلی دو سازه جداگانه شامل سازه های تنظیم سطح آب و آبگیر برای کاهش نوسانات سطح آب بالادست سازه و داشتن دبی آبگیری کنترل شده با تغییرات دبی در کانال اصلی مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر آن در آبگیرهای مذکور مشکلاتی مانند میزان افت زیاد جریان و رسوب گذاری وجود داشته که در آبگیر معرفی شده، این مشکلات تاحدودی کاهش یافته است. در تحقیق فوق، پارامترهای موثر بر هیدرولیک این سازه (مستخرج از تئوری باکینگهام)، شامل قطر بدنه استوانه ای، میزان بازشدگی دریچه، دبی کانال اصلی، دبی انحراف یافته، عمق آب بالادست و شکل روزنه، مورد آزمایش قرارگرفته است. به طورکلی این تحقیق به سه بخش اصلی تقسیم گشته که شامل: (1) آنالیز هندسی، ابعادی و تحلیلی به منظور استخراج یک تئوری بنیادی قوی برای مطالعه و بررسی سازه (2) بررسی آزمایشگاهی که در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی ومنابع طبیعی ساری روی فلومی به طول 10 و عرض 3/0 متر در محدوده دبی4/0 تا 44 لیتر بر ثانیه برای آبگیر استوانه ای با روزنه های مستطیلی و دایره ای شکل با قطر بدنه استوانه¬ای درمحدوده 90- 150 میلی متر و قطر لوله انتقال ثابت 30 میلی متر برای تمام آزمایش ها به منظور بررسی تأثیر پارامترهای دبی کانال اصلی، قطر بدنه استوانه ای، عمق آب بالادست سازه، میزان بازشدگی دریچه و شکل روزنه روی دبی آبگیری انجام شده که محدوده عدد رینولدز و فرود در این آزمایش ها به ترتیب 1600-200000 و 1/0-45/0 به دست آمد. (3) آزمایش هایی که در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی عمران دانشگاه دانشگاه اوستفالیای آلمان روی فلومی به طول 7.5 و عرض 3/0 متر در محدوده 3/0-20 لیتر بر ثانیه با استفاده از سرریز استوانه ای با قطر ثابت 75 میلی متر به عنوان سازه آبگیر و سه حالت بدون لوله انتقال، با لوله انتقال با قطرهای 2 و 3 سانتی متر به منظور بررسی نسبت مساحت ورودی به مساحت لوله انتقال روی دبی آبگیری و ضریب دبی روزنه انجام گردید. بر اساس نتایج به دست آمده از بخش تئوری، بهترین محل محور دوران سازه، در فاصله d/2 (شعاع لوله آبگیر) از محیط استوانه بوده که می تواند حداکثر نوسان ارتفاعی سازه در راستای قائم را محقق سازد. با توجه به لزوم آبگیری در تمام حالات عملکرد هیدرولیکی استوانه (سرریز، سریز- دریچه و دریچه) و ایجاد ارتفاع آب مناسب روی روزنه ها، بر اساس تحلیل ریاضی، مناسب¬ترین موقعیت آنها در نزدیکترین محل به محور لوله آبگیر تعیین گردیده است. همچنین، نتایج بخش اول آزمایش ها نشان می دهد که در حالت آبگیری از عملکرد هیدرولیکی سرریز برای تمامی نمونه های آزمایش شده با افزایش دبی کل، دبی آبگیری ابتدا افزایش، سپس روندی کاهشی به خود میگیرد. به طوری که درمقدار دبی های زیاد کانال اصلی مقدار دبی آبگیری بسیار کمتر از دبی آبگیری در دبی های کم می گردد، در حالت آبگیری از عملکرد هیدرولیکی سرریز- دریچه با بازشدگی زیاد، دبی آبگیری آبگیر استوانه ای با روزنه¬های مستطیل شکل بیشتر از دبی آبگیری آبگیر با روزنه های دایره ای شکل و در حالت آبگیری از عملکرد سرریز و سرریز-دریچه با بازشدگی کم، عکس آن صادق می باشد. به علاوه، با استفاده از این سازه در محدوده وسیعی از تغییرات دبی در کانال اصلی می توان دبی آبگیری را با چرخش سازه و تغییر عملکرد هیدرولیکی آن ثابت نگه داشت. در نهایت، براساس نتایج بخش دوم آزمایشات که به منظور تأثیر نسبت مساحت روزنه های ورودی به مساحت لوله انتقال انجام شد، در یک مقدار هد ثابت آب روی روزنه با کاهش نسبت مساحت ورودی به مساحت لوله انتقال ضریب دبی روزنه افزایش یافته و حداکثر ضریب دبی زمانی رخ می دهد که قطر لوله انتقال برابر با قطر بدنه استوانه ای می باشد.