ساختارهاي هيدورليك
ساختارهاي هيدروليك نقش بسيار مهم و جامعي در طراحي و تجزيه و تحليل جريان كانال‌ها ( يامجراهاي) باز ايفا مي‌نمايند.
سدها و آب‌بندها بمنظور ذخيره آب در مخازن مورد استفاده قرار مي‌گيرند و از پنجره‌ها( يا دروازه‌ها) براي تنظيم جريان در داخل ساختار استفاده مي‌گردد، مجراهاي سرپوشيده براي تخليه آب زير خاك‌ريزها و جاده مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرند.

در اين بخش ما موارد ذيل را مورد بررسي قرار خواهيم داد:
• سدهاي داراي تاج كم‌عرض
• سدهاي داراي تاج عريض
• مجراها( يا آبگذارهاي) پارشال
در بحث ذيل ما تنها طراحي و عملكرد سدها را مورد بررسي قرار خواهيم داد سدها داراي طراحي ساده‌اي هستند اما در عين مي‌توانند باعت از دست‌دادن( آب) در سطح فوقاني( دهانه) و نيز قادرند باعث ته‌نشيني در مجراهاي صعودي گردند.
در مواردي كه ته‌نشيني يا كف‌ روي داراي اهميت ويژه‌اي است مي‌توان از مجرا( يا آبگذر) پارشال استفاده نمود.
لطفاً جهت بررسي مجراهاي پارشال( به متون) به متون درسي خود مراجعه نمائيد.
ساختارهاي رگلاتور( تنطيم ميزان خروج)
• دروازه‌ها( يا پنجره‌ها)
• ساختارهاي تخليه
• مجراهاي سرپوشيده
بندهاي يا آب‌بند سدها و مجرا( هاي آبگذر)
آب‌بندها(wirs ) براي كنترل سطح (يا شيب) جريان خورجي و يا اندازه‌گيري جريان از مخزن( يا حوضچه) و كانال‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

اصطلاحات و واژه‌هايي كه مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
آب‌بندهاي داراي تاج كم‌عرض( يا ورق صفحه كم ضخامت) ضخامت فلزي يا پلاستيكي كه بصورت عمودي در عرض يك كانال قرار داده مي‌شوند.
آب‌بندهاي چهارگوش يا داراي شكاف-V شكل دو نوع از آب‌بندهاي داراي تاج كم‌عرض كه شاخص شكل هندسي آنها است.
دنباله آب(tail water)- جريان نزولي( خروجي) از آب‌بند
آب‌بند فرورفته(Submerged )- آب‌بندي كه سطح دنباله آب حداقل به بلندي تاج باشد.

جريان خروجي(nappe)- فوران آب از فراز تاج
آب‌بند چهارگوش داراي تاج كم‌عرض: يك آب‌بند چهارگوش كه داراي خروجي مستطيل شكل كه ممكن است داراي حفاظ نگهدارنده (Suppressed ) باشد يا بدون ساپورت باشد.
آب‌بند داراي حفاظ( يامانع): داراي كانال خروجي چهاروجهي بوده و در آن براي حفظ فشار اتمسفر از يك منفذ تخليه استفاده مي‌شود.
آب‌بند بدون حفاظ( يا مانع): داراي خروجي چهار وجهي است كه تنها بخشي از كانال( خروجي) را شامل مي‌گردد.
براي تعيين الگوي( يا شبيه‌سازي) جريان- خروجي از طريق يك آب‌بند چهار وجهي معادله انرژي بين سطح فوقاني جريان خروجي از تاج آب‌بند و ( سطح) تاج آب‌بند به صورت زير تعريف مي‌گردد.
مفروضات:
• هيچگونه تلفات( انرژي) در دهانه وجود نداشته باشد( كه در واقع بمع

ناي عدم وجود هرگونه اختلال مي‌باشد.)
• شيب سطح آب ثابت بماند.
( يادآوري: اين امر از نظر فيزيكي غيرممكن بوده، اما خطاهاي واقعي ناچيز مي‌باشد.)
• فشار در ناحيه تاج( ايستگاه ۲)Pamto= در سراسر عمق آب‌بند داراي تاج كم عرض چهاروجهي( ادامه…)
ميزان جريان تئوريك را با ثابت نگه‌داشتن جرم تخمين بزنيد.
هنگامي كه سرعت با معادله‌هاي انرژي تعيين مي‌گردد.
با جايگزيني( يا جايگذاري در معادله) درمي‌يابيم كه ميزان جريان تنها تابعي از شكل هندسي و شيب سطح آب در بالاي آب‌بند مي‌باشد.
اختلافات بدست آمده در ميزان جريان تخميني ناشي از موارد ذيل مي‌باشد:
۱- توزيع فشار در ناحيه تاج بصورت يكنواخت آتمسفريك نمي‌باشد.
۲- سطح آب بتدريج كه به تاج نزديك مي‌شود داراي ثبات نمي‌باشد( يا ثابت نيست)
۳- تلفات انرژي ناشي از اثرات وسيكوزه( با چگال) بودن قابل چشم‌پوشي نيستند.
بمنظور جبران اين اختلاف‌ها، ضريبي به نام ضريب تخليه تعريف مي‌گردد.
ميزان جريان واقعي
=
ميزان جريان تئوريك
ميزان جريان واقعي با استفاده از:
Q
تخمين زده مي‌شود( يا بدست مي‌آيد) كه در آن:
و We عدد وبر و Hw ارتفاع تاج آب‌بند از پايين‌ترين نقطه مي‌باشد.

تخمين تجربي ضريب تخليه اولين بار توسط (Rouse ) در ۱۹۴۶ انجام گرديد.
براي
تغييرات ضريب تخليه را ضريب آب‌بند (weir coefficent) مي‌نامند كه به منظور سهولت در معادله ميزان جريان و به صورت ذيل تعريف مي‌گردد:
در اين صورت معادله ميزان جريان به صورت ذيل در خواهد آمد:

و در صورت
و توجه داشته باشيد كه معمولاً توصيه مي‌گردد كه H در فاصله ۴~۵H جريان خروجي دروازه ( يا درب تخليه) اندازه‌گيري شود.
آب‌بندهاي چهاروجهي بدون حفاظ
آب‌بندهاي بدون حفاظ دقيقاً مانند آب‌بندهاي داراي حفاظ عمل مي‌نمايند كه البته ۲ فرض ذيل مفروض مي‌باشد:
۱- نيازي به منفذ تخليه(vent) نمي‌باشد.
۲- انقباض‌هاي جانبي عرض جريان را كاهش مي‌دهند.
كه آب‌بندهاي ذوزنقه‌اي شكل بدون حفاظ و داراي تاج كم‌عرض براي اين ساختار انقباض‌هاي جانبي عرض جريان( شارش) را كاهش نمي‌دهد.
مثال: آب‌بندي داراي انتهاي جمع شوند( يا انقباضي) داراي طولft 286 وارتفاع تاج ft 5 براي تخليه آب بصورتي كه ارتفاع دهانه از مخزني با عرض ft 300 بيش از ft 5 نباشد استفاده مي‌گردد. فاصله ستونهاي حاصل آب‌بند ft 10 بوده و عرض آنها ft 2 مي‌باشد.
مقدار تخليه (discharge) را بدست آوريد.
راه‌حل:
آب‌بندهاي داراي فرورفتگي v شكل
اين آب‌بندها معمولاً در فضاهايي كه ميزان جريان پائين باشد استفاده ميگردند زيرا دقيق‌تر مي‌باشند.
معادله انرژي آب‌بند را بخاطر بياوريد.
و ميزان جريان تئوريك كه باتركيب مواد فوق خواهيم داشت:
از آنجا كه آب‌بندهاي V شكل در فضاهاي داراي جريان كم مورد استفاده قرار مي‌گيرند مي‌توان از سرعت برخورد چشم‌پوشي نمود.

بنابراين ميزان واقعي جريان براي آب‌بندهاي V شكل بصورت:

خواهد بود كه
مثال: آب از بالاي يك آب‌بند چهار وجهي داراي ft10 با عمقft 1 عبور مي‌كند اگر آب‌بند با يك آب‌بند ۸۰v شكل تعويض گردد عمق آب برفراز فرورفتگي( v شكل) را محاسبه كنيد.
( جمع‌شدگي يا انقباض انتهايي)
=۰٫۶۳( چهاروجهي) Reclangular =0.59 , Cd( يا فرورفتگي)(notch)
راه‌حل:

آب‌بندهاي داراي تاج عريض
عرض تاج در اين آب‌بندها معمولاً سيار عريض‌تر و بزرگتر از آب‌بندهاي داراي تاج كم‌عرض مي‌باشد و بنابراين قادرند تخليه‌هاي بسيار بزرگتر( يا بيشتر) را انجام دهند.
خط سطح انرژي
( برش مقطع طولي)
اب‌بندهاي چهار وجهي داراي تاج عريض بگونه‌اي طراحي شده‌‌اند كه جريان بالاي آب‌بند داراي شرايط جريان بحراني(Critical )باشد ميزان جريان تئوريك بصورت ذيل داده شده است.
معادله انرژي يك آب بند RBC :
تحت شرايط جريان بحراني:
با تركيب حاصل عبارات فوق براي عمق جريان بحراني
كه در آن H انرژي جريان عبوري مي‌باشد كه نسبت به موقعيت آب‌بند محاسبه گرديده است.
ميزان جريان تئوريك برفراز آب بند RBC بصورت ذيل خواهد بود.
براي اينكه تلفات انرژي غيرقابل چشم‌پوشي نيز در محاسبات درنظر گرفته شود ميزان جريان واقعي Q از رابطه:

بدست خواهد آمد.
كه ضريب تخليه از رابطه ذيل بدست خواهد آمد:
(chow-1959 )
اين معادلات در شرايط صادق خواهند بود.

توجه داشته باشيد كه براي تلفات انرژي از دهانه قابل چشم‌پوشي است و در اين مورد جريان بصورت افقي شارش نخواهد داشت.
آب‌بند داراي تخليه آزاد خواهد بود اگر:
مثال:
ميزان تخليه برفراز يك آب‌بند داراي تاج – عريض بطول ft 100 را محاسبه كنيد.
سطح جريان آب بر فراز تاج ft 92 ارتفاع تاج ft 2.25 مي‌باشد. عرض كانال انتقال آب ۱۵۰ft است.

( گيت‌ها) يا دروازه‌ها( يا رگلاتورهاي جريان خروجي)
از گيت‌ها يا دروازه‌ها براي تنظيم جريان دركانالهاي باز( يا روباز) استفاده مي‌شود.
گيت‌هاي عمودي – صفحات عمودي هستند كه توسط شاخص‌هاي ( يا پايه‌هاي) عمودي كه برروي ديوارهاي كانال تعبيه شده ساپورت مي‌شوند( يا نگه داشته مي‌شوند).