هیدرولیک و هیدرولوژی

هیدرولیک و هیدرولوژی 
مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود. بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود. به این ویژگی و همچنین دانش مطالعه این ویژگی هیدرولیک گفته می‌شود.
امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
 ● قانون پاسکال: ۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال) ۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است. ۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد. کار سیستم‌های نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستم‌های نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل از هدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود. به دلیل وجود بخار آب در هوای فشرده و پدیده میعان در فرایند خنک سازی باید از یک واحد بهینه سازی برای خشک کردن هوای پر فشار استفاده کرد. اکنون بعد از آشنایی مختصر با طرز کار سیستم‌های هیدرولیکی و نیوماتیکی به معرفی اجزای یک سیستم هیدرولیکی و نیوماتیکی می پردازیم. 
● اجزای تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی: ۱) مخزن : جهت نگهداری سیال ۲) پمپ : جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکترو موتور یا ۳) موتور های احتراق داخلی به کار انداخته می شوند. ۴) شیرها : برای کنترل فشار ، جریان و جهت حرکت سیال ۵) عملگرها : جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار(سیلندرهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت خطی و موتور های هیدرولیک برای ایجاد حرکت دورانی).
 ● اجزای تشکیل دهنده سیستم های نیوماتیکی: ۱) کمپرسور ۲) خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار ۳) مخزن ذخیره هوای تحت فشار ۴) شیرهای کنترل ۵) عملگرها 
● یک مقایسه کلی بین سیستم‌های هیدرولیک و نیوماتیک: ۱) در سیستم‌های نیوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستم‌های هیدرولیک از سیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می کنند. ۲) در سیستم‌های هیدرولیک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز بر عهده دارد ولی در نیوماتیک علاوه بر روغن کاری قطعات، باید رطوبت موجود در هوا را نیز از بین برد ولی در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و نا خالصی باشد ۳) فشار در سیستم‌های هیدرولیکی بمراتب بیشتر از فشار در سیستم‌های نیوماتیکی می باشد ، حتی در مواقع خاص به ۱۰۰۰ مگا پاسکال هم میرسد ، در نتیجه قطعات سیستم‌های هیدرولیکی باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند. ۴) در سرعت های پایین دقت محرک های نیوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایت بخش است . ۵) در سیستم‌های نیوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی و مخزن نگهداری هوا نمی باشد. ۶) سیستم‌های نیوماتیک از بازده کمتری نسبت به سیستم‌های هیدرولیکی برخوردارند.
امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است. 
جهش هیدرولیکی 
جهش هیدرولیکی از جمله پدیده هایی است که تاکنون محققان زیادی را معطوف خود ساخته است.خصوصیات بارز و ممتاز این پدیده موجب گردیده است تا در مهندسی هیدرولیک کاربردهای زیادی برای آن یافت شود.استفاده از جهش هیدرولیکی در سرریز سدها به عنوان مستهلک کننده انرژی و استفاده از جهش هیدرولیکی به منظور افزایش عمق جریان در کانالهای آبیاری و استفاده از تلاطم ایجاد شده در جهش به منظور اختلاط مواد شیمیایی یا هوا با آب در تصفیه خانه های آب و فاضلاب و موارد متعدد دیگر از جمله این کاربردها می باشد.                                            
جریانی که از روی سرریز سد با سرعت زیاد به پایین دست آن جریان می یابدممکن است باعث تخریب و فرسایش کف  رودخانه شده و خطراتی را متوجه سازه کند.بدین منظور برای کاهش انرژی جنبشی جریان در پایین دست سدها از حوضچه های جهش هیدرولیکی استفاده می شود.جهش هیدرولیکی در واقع تبدیل و تغیر ناگهانی و سریع حالت جریان از فوق بحرانی با سرعت زیاد به زیر بحرانی با سرعت کم می باشد.بنابراین بیشتر انرژی جنبشی جریان در خلال این فرایند به انرژی پتانسیل تبدیل می شود.بخش دیگری از انرژی جنبشی نیز بر اثر تنشهای برشی حاصل از برخورد موجها و تلاطم های بوجود آمده بر اثر جهش به صورت گرما جذب محیط اطراف خود می شود.                                                                                                             
خصوصیات بارز یک جهش هیدرولیکی را می توان به صورت زیر خلاصه کرد                   
● آشفتگی شدید جریان 
● ارتعاش و مشاهده حالت ضربانی در جریان 
● ایجاد موج در سطح آب پایین دست 
● ورود هوا به داخل جریان 
● استهلاک انرژی به واسط آشفتگی و تلاطم شدید جریان 
● ایجاد حالت پاشیدگی در آب و تولید سر و صدا 
دریک تقسیم بندی کلی می توان انواع جهش هیدرولیکی را به صورت زیر دسته بندی کرد :   
١- جهش هیدرولیکی ازاد 
٢- جهش هیدرولیکی اجباری 
٣- جهش هیدرولیکی مستغرق
هیدرولوژی چیست ؟ 
بر اساس آخرین مطالعات تا کنون 5 میلیارد سال از عمر زمین می گذرد و شواهد مشان می دهد که آب از همان ابتدای تشکیل کره زمین نقش مهمی در تحول و قابل سکونت کردن آن به عنوان تنها سیاره قابل زیست داشته است . با تشکیل اقیانوسها و در یاها و تشگیل بخار از روی آنها و ایجاد ابر و بارندگی و به طور کلی گردش آب در طبیعت و جاری شدن آب در رودخانه ها و بازگشت مجدد آن به طروق مختلف به اقیانوسها ، ابتدا زندگی اولیه با گیاهان و جانداران پست آغاز شد و سپس گیاهان و حیوانات عالی به وجود آمدند. 
پوسته زمین که از سنگهای آذرین سرد شده تشکیل شده بود در اثر تماس با هوا و جو تحت تأ ثیر پدیده هوازدگی قرار گرفت و تغییرات همزمان آب ، دما و یخبندان باعث تکه تکه شدن سنگها شده وجاری شدن آبها آنها را جابه جا کرده و دشتهای وسیعی را که دارای پوشش خاک بودند به وجود آوردند . این پوشش خاکی همراه با آب قابل دسترس در طبیعت محیط مناسبی را برای رشد گیاهان فراهم شد و محیط مناسب برای زندگی بشر آماده و مهیا گردید . انسانهای نخستین از آب تنها برای شرب استفاده می کردند بتدریج با پیشرفت تمدن و گذشت زمان از آن برای گردش آسیابها ، کشاورزی و حمل و نقل نیز استفاده کرد. 
همزمان با پیشرفت تمدنها استفاده از آب نیز شکل تازه ای به خود گرفت به طوری که در بسیاری از زمینه ها ، از کشاورزی گرفته تا صنعت و از همه مهمتر تولید انرژی از آب استفاده می شود و امروزه دسترسی به آب کافی و با کیفیت مناسب در زمان و مکان مناسب مد نظر می باشد و هرگونه کمبود آب را مانعی در جهت توسعه پایدار می داند به همین دلیل هرساله سرمایه های زیادی برای توسعه منابع آب و طرحهای مرتبط با آن مثل سدسازی و احداث شبکه های آبیاری و زهکشی ، آبخیز داری ، مهار سیل و تغذیه آبهای زیر زمینی انجام می دهند . 
بارندگی: PRECIPITATION 
بارندگی مقدار آبی است که از سطح خشکی ها ودریاها تبخیر می شود ودرداخل جو بطور موقت بصورت بخار ذخیره میگردد. این بخار آب موجود درجو طی فرآیندهای فیزیکی مختلف متراکم (CONDENSATION) می شود وبه شکل ابر در می آیدکه پس از اشباع شدن ، قطرات آب با ذرات یخ تشکیل شده بصورت برف ، باران، تگرگ وغیره که جمعاً نزولات جوی یا بارندگی گفته می شوند دوباره به زمین برمی گردند. بارندگی پدیده ای است که انسان کمتر در آن می تواند دخل وتصرف کند. 
در جامعه‌ امروز چگونگی‌ بهره‌برداری‌ بهینه‌ از منابع‌ آب‌ برای‌ تامین‌ نیاز بخشهای‌ کشاورزی‌، صنعت‌ و شرب‌ بیش‌ از گذشته‌ اهمیت‌ دارد. ط‌راحی‌ و اجرای‌ سازه‌های‌ (ساختمانهای‌) بتنی‌، سنگی‌، خاکی‌ و... یکی‌ از راههای‌ مناسب‌ برای‌ بهره‌برداری‌، انحراف‌ و استحصال‌ آب‌ رودخانه‌ها (مجاری‌ روباز) 
می‌باشد رفتارهای‌ مختلف‌ این‌ سازه‌ها در مقابل‌ جریان‌ آب‌، اجزا خود و محیط‌ پیرامون‌ از  ساسی‌ترین‌ نکاتی‌ است‌ که‌ در ط‌راحی‌ بناهای‌ آبی‌ بایستی‌ مد نظ‌ر قرار گیرد این‌ رفتارها  عمولا با ساختن‌ مدل‌ فیزیکی‌ در آزمایشگاههای‌ هیدرولیک‌ مورد بررسی‌ قرار می‌گیرد تا با بررسی‌ رفتار سازه‌ در قالب‌ مدل‌ آزمایشگاهی‌، پیش‌بینی‌ رعایت‌ نکات‌ لازم‌ ط‌راحی‌ برای‌  جلوگیری‌ از هزینه‌های‌ جبران‌ناپذیر بعدی‌ صورت‌ پذیرد. مدل‌ فیزیکی‌ سرریزهای‌  وریسنگی‌ پلکانی‌ با شیب‌ عمومی‌ نمای‌ پایین‌ دست‌ 1:1، 1:2، 1:3 (عمودی‌، افقی‌) در دو حالت‌ کلی‌ نفوذپذیر و نفوذناپذیر ساخته‌ شد و در داخل‌ فلوم‌ آزمایشگاهی‌ قرار گرفت‌. با کمک‌ تحلیل‌ ابعادی‌ و استفاده‌ از قانون‌ فرود (Froud) با عبور دبی‌های‌ مختلف‌ انرژی‌ مخصوص‌ جریان‌ آب‌ در بالادست‌ و پایین‌ دست‌ مدلها محاسبه‌ گردید. وضعیتهای‌ مختلفی‌ از پارامترهای‌ جریان‌ نسبت‌ به‌ هم‌ مورد بررسی‌ قرار گرفت‌. نتایج‌ حاصله‌ نشان‌ داد که‌ حداقل‌ سرعت‌ جریان‌ پایاب‌ در حداقل‌ دبی‌ مربوط‌ به‌ سرریز با شیب‌ نمای‌ پایین‌ دست‌ 1:1 و بدنه‌ نفوذناپذیر است‌ و در حداکثر دبی‌ نیز مربوط‌ به‌ سرریزی‌ با همین‌ شیب‌ ولی‌ بدنه‌ نفوذپذیر می‌باشد تفاوت‌ زیاد انرژی‌ مخصوص‌ جریان‌ آب‌ در بالادست‌ و پایین‌ دست‌ حاکی‌ از عملکرد موفق‌ این‌ نوع‌ سرریز و استهلاک‌ انرژی‌ جریان‌ و کاهش‌ هزینه‌های‌ اجرایی‌ می‌باشد. 
نتایج‌ بررسی‌ دارسی‌ و ایسباخ‌ در محیط‌ متخلخل‌ ریزدانه‌ رابط‌ه‌ای‌ بین‌ سرعت‌ جریان‌ آرام‌ و گرادیان‌ افت‌ انرژی‌ جریان‌ به‌ صورت‌ V=KLi ارائه‌ داد. در جریان‌ آشفته‌ گرادیان‌ افت‌ انرژی‌ جریان‌ با توان‌ دوم‌ سرعت‌ متناسب‌ است‌ i=V2Kt و در جریان‌ بینابینی‌ رابط‌ه‌ به‌صورت‌ ترکیبی‌ از جریان‌ آرام‌ و آشفته‌ ارائه‌ شده‌ است‌(1). 
i=VKL+V2Kt، از ط‌رف‌ دیگر جی‌ ناوس‌ (1979) رابط‌ه‌ای‌ تحت‌ عنوان‌ عدد فروید به‌صورت‌ زیر برای‌ تعیین‌ حداکثر دبی‌ عبوری‌ از روی‌ سدهای‌ سنگریزه‌ای‌ پیشنهاد 
در سال‌ Peyras 1990 و همکاران‌ با استفاده‌ از مدل‌ هیدرولیکی‌ سرریزهای‌ توریسنگی‌ پلکانی‌ را مورد ارزیابی‌ قرار دادند نتایج‌ تحقیقات‌ آنها نشان‌ داد که‌ به‌ ط‌ور کلی‌ در دبی‌های‌ کم‌ تا زیاد سه‌ نوع‌ جریان‌ ورقه‌ای‌، جزئی‌ ورقه‌ای‌ و شبه‌ صاف‌ در ا ین‌ سرریزها وجود دارد و با ساخت‌ این‌ سرریزها ط‌ول‌ حوضچه‌ آرامش‌ در مقایسه‌ با روشهای‌ جاری‌ 10 تا 30 درصد کاهش‌ می‌یابد. هزینه‌ اجرای‌ این‌ سرریزها به‌ نسبت‌ سایر سرریزها به‌ شدت‌ کاهش‌ می‌یابد و در صورتیکه‌ به‌ نحو صحیح‌ کنار هم‌ پیچیده‌ و به‌ یکدیگر دوخته‌ شوند مقاومت‌ خوبی‌ در مقابل‌ جریانهای‌ سیلابی‌ از خود نشان‌ می‌دهند (1، 5). نگارنده‌ در سال‌ 1367 نیز با ط‌راحی‌ و اجرای‌ دو سرریز توریسنگی‌ پلکانی‌ (در رودخانه‌ قره‌چای‌ استان‌ مرکزی‌ و در بالادست‌ سد الغدیر ساوه‌) حالات‌ مختلف‌ جریانهای‌ سیلابی‌، پایداری‌ سازه‌ و... را در سیلابهای‌ مختلف‌ بررسی‌ نمود که‌ عملکرد بسیار مناسب‌ این‌ سازه‌ها را در ط‌ول‌ حدود 14 سال‌ بهره‌برداری‌ برای‌ انحراف‌ آب‌ و تامین‌ آب‌ کشاورزی‌ به‌ اثبات‌ رسانده‌ است‌. اجرای‌ بندها و سرریزهای‌ توریسنگی‌ که‌ در وسعت‌ و تعداد زیاد در آبراهه‌های‌ فصلی‌ حوزه‌های‌ آبخیز و رودخانه‌ها با هدف‌ کنترل‌ فرسایش‌، کاهش‌ انرژی‌ آب‌ در مسیر و 
نیز انحراف‌ آب‌ رودخانه‌ها برای‌ تامین‌ آب‌ کشاورزی‌ مورد استفاده‌ قرار می‌گیرد (3). سوالی‌ را در خصوص‌ بهینه‌ کردن‌ ابعاد سرریز از نظ‌ر اقتصادی‌ و فنی‌ مط‌رح‌ می‌نماید. 
برای‌ جوابگویی‌ به‌ این‌ سوال‌ و سوالات‌ متعدد دیگری‌ همچون‌: 
-1 بهترین‌ شیب‌ عمومی‌ نمای‌ پایین‌ دست‌ سرریز توریسنگی‌ پلکانی‌ برای‌ ایجاد حداکثر استهلاک‌ انرژی‌ کدام‌ است‌؟ 
-2 در چه‌ دبی‌ جریانی‌ حداکثر و حداقل‌ استهلاک‌ انرژی‌ اتفاق‌ می‌افتد؟ 
-3 آیا میزان‌ نفوذپذیری‌ سرریز تاثیری‌ در میزان‌ استهلاک‌ انرژی‌ جریان‌ دارد؟ و... 
که‌ هدف‌ تحقیق‌ پاسخ‌گوئی‌ به‌ سوالات‌ فوق‌ است‌ این‌ سوالات‌ با انجام‌ آزمایشات‌ بر روی‌ مدلهای‌ فیزیکی‌ سازه‌ در آزمایشگاه‌ هیدرولیک‌ و با بررسی‌ تغییرات‌ سرعت‌ 
جریان‌ آب‌ و تجزیه‌ و تحلیل‌ میزان‌ انرژی‌ جریان‌ در سرآب‌ و پایآب‌ مدل‌ سرریز پاسخ‌ داده‌ شده‌اند. 
روش‌ کار 
در انواع‌ سرریزهای‌ توریسنگی‌ (پلکانی‌، شیب‌دار و قائم‌) شکل‌ شماره‌ -1 انواع‌ پلکانی‌ آن‌ استهلاک‌ انرژی‌ خوبی‌ از خود نشان‌ می‌دهد (1، 2، 3). 
از انواع‌ سرریزهای‌ تاج‌ خط‌ی‌ (که‌ تاج‌ آن‌ در پلان‌ بصورت‌ خط‌ است‌) سرریز توریسنگی‌ پلکانی‌ است‌ این‌ نوع‌ سرریز، مشابه‌ تعدادی‌ سرریز اوجی‌ شکل‌ است‌ با این‌ تفاوت‌ که‌ به‌ جای‌ منحنی‌ پیوند در سط‌ح‌ آستانه‌ سرریز از تعدادی‌ پله‌ با مصالح‌ سنگی‌ که‌ در جعبه‌های‌ توری‌ فولادی‌ نرم‌ گالوانیزه‌ (توریسنگ‌) قرار گرفته‌اند (4). 
آزمایشهای‌ انجام‌ شده‌ بر روی‌ این‌ مدل‌ توسط‌ Peyras و همکاران‌ (5) نشان‌ می‌دهد که‌ اتلاف‌ انرژی‌ تابعی‌ است‌ از عدد پله‌ (آبشاره‌) شیب‌ وجه‌ پایین‌ دست‌ پله‌ها و تعداد پله‌ها که‌ برای‌ سه‌ نوع‌ جریان‌ ورقه‌ای‌ جزئی‌ ورقه‌ای‌ و شبه‌ صاف‌ از دبی‌های‌ کم‌ تا زیاد بر روی‌ پله‌ها ایجاد می‌گردد. 
در مدلسازی‌ سرریز با توجه‌ به‌ اینکه‌ نیروی‌ موثر در حرکت‌ جریان‌ نیروی‌ ثقل‌ می‌باشد از قانون‌ تشابه‌ فرود (یعنی‌ نسبت‌ نیروی‌ اینرسی‌ به‌ نیروی‌ ثقل‌) بر اساس‌ روابط‌ زیر استفاده‌ گردید: 
=نیروی‌ ثقل‌نیروی‌ اینرسی‌(1) 
g.Lخm.am.a=pL3.L/T2p."L3.g=V2L.g====> Fr=V 
 :Vسرعت‌ جریان‌ آب‌ 
 :gنیروی‌ ثقل‌ 
 :Lعمق‌ جریان‌ آب‌ می‌باشد. 
و با تعریف‌ بعضی‌ متغیرها از جمله‌ ارتفاع‌ سرریز(H) ، شیب‌ عمومی‌ نمای‌ پایین‌ دست‌ پله‌ها(i) ، تخلخل‌ توده‌ سنگ‌ بکار برده‌ شده‌(n) ، که‌ نمایانگر وضع‌ هندسی‌ 
سیستم‌ هیدرولیکی‌ و میزان‌ جریان‌ عبوری‌ از روی‌ سرریز در واحد عرض‌(q) ، ارتفاع‌ آب‌ روی‌ سرریز (h) و سرعت‌ آب‌ عبوری‌ از روی‌ سرریز (V) که‌ وضع‌ جریان‌ سیاله‌ را و 
نهایتا وزن‌ مخصوص‌ سیال‌ (pw) لزجت‌ سینماتیکی‌ (v) و نیروی‌ ثقل‌ (g) که‌ نشانگر خواص‌ سیاله‌ می‌باشند می‌توان‌ پارامترهای‌ بدون‌ بعد مستقل‌ زیر را به‌ دست‌ آورد و با استفاده‌ از تجارب‌ تحقیقاتی‌ مشابه‌ و امکانات‌ آزمایشگاهی‌، مقیاس‌ ساخت‌ مدل‌ فیزیکی‌ 1/10 و نیز مدل‌ از نوع‌ غیر معوج‌ انتخاب‌ شده‌ است‌. ابعاد هر جعبه‌ توریسنگ‌ در مدل‌ به‌ ترتیب‌ درازا 30 سانتی‌متر، پهنا 10 سانتی‌متر و بلندا 10 سانتی‌متر و تعداد پله‌ها نیز سه‌ پله‌ یعنی‌ ارتفاع‌ مدل‌ 30 سانتی‌متر انتخاب‌ شده‌ است‌. 
شیب‌ عمومی‌ نمای‌ پایین‌ دست‌ مدل‌ 1:1، 1:2 و 1:3 (عمودی‌، افقی‌) تعیین‌ و مدل‌ در دو حالت‌ عمده‌ یعنی‌ در حالت‌ اول‌ نفوذ آب‌ از داخل‌ و روی‌ سرریز (بالا دست‌ مدل‌ نفوذپذیر و قائم‌ است‌) و در حالت‌ دوم‌ فقط‌ آب‌ از روی‌ سرریز عبور می‌کند (بالادست‌ مدل‌ نفوذناپذیر قائم‌ است‌) آزمایش‌ شد. بده‌های‌ جریان‌ 20، 40، 60، 80 و 100 لیتر در ثانیه‌ انتخاب‌ و با سه‌ شیب‌ مختلف‌ در نمای‌ پایین‌ دست‌ در دو حالت‌ کلی‌ آزمایشات‌ صورت‌ گرفت‌. ابعاد چشمه‌های‌ توری‌ جعبه‌های‌ گابیون‌ 20*30 میلی‌ متر و قط‌ر سیم‌ توریها 0/7 میلی‌متر و سنگ‌ مورد استفاده‌ در جعبه‌ها از جنس‌ ماسه‌ سنگ‌، سنگ‌ آذرین‌ و سنگ‌ آهک‌ شکسته‌ تعیین‌ و ابعاد سنگ‌ها با توجه‌ به‌ انجام‌ آزمایش‌ دانه‌بندی‌ بوسیله‌ الک‌ حداقل‌ 1/5 برابر قط‌ر چشمه‌های‌ توری‌ و D50 =4/75mm انتخاب‌ شد D50) .مصالح‌ مورد استفاده‌ در ط‌رحهای‌ اجرایی‌ معمولا 20 تا 30 سانتی‌متر است‌). نظ‌ربه‌ اینکه‌ معمولا برای‌ حفاظ‌ت‌ توریها در تاج‌ پلکان‌ سرریزهای‌ توریسنگی‌ از یک‌ لایه‌ بتن‌ استفاده‌ می‌شود لذا با رعایت‌ شرایط‌ تشابه‌ مدل‌ و اصل‌ (از لحاظ‌ زبری‌ و ضخامت‌) در بعضی‌ مدلها، تخته‌ ضد آب‌ به‌ ضخامت‌ 19 میلی‌ متر بدین‌ منظ‌ور به‌کار رفته‌ است‌ شکل‌ شماره‌ -3 آزمایشها در آزمایشگاه‌ هیدرولیک‌ مرکز تحقیقات‌ آب‌ (سابق‌) جهادسازندگی‌ و در یک‌ فلوم‌ نیم‌ شیشه‌ای‌ با کف‌ ثابت‌ و عرض‌ و ارتفاع‌ 60 سانتی‌متر انجام‌ شد با توجه‌ به‌ شکل‌ -2 و اندازه‌گیری‌ تراز سط‌ح‌ آب‌ در هر مقط‌ع‌ در یک‌ دبی‌ معلوم‌، سرعت‌ و انرژی‌ جریان‌ آب‌ در بالادست‌ و پایین‌ دست‌ سرریز محاسبه‌ و میزان‌ افت‌ انرژی‌ در بالا دست‌ و پایین‌ دست‌ از روابط‌ زیر تعیین‌ گردید: 
  E1=y1+V122g(6) 
  E2=y2+V222g(7) 
 %EL= E1-E2E1*100(8) 
در این‌ روابط‌ (y) عمق‌ جریان‌ آب‌، (V) سرعت‌ جریان‌ آب‌ و E انرژی‌ آب‌ و (%EL) درصد افت‌ انرژی‌ جریان‌ می‌باشد (اندیس‌ 1 و 2 نشانگر بالادست‌ و پایین‌ دست‌ مدل‌ است‌). 
با توجه‌ به‌ موضوع‌ مورد بررسی‌ و برای‌ تعیین‌ دقیق‌ عملکرد گزینه‌ها، ابتدا همبستگی‌ بین‌ سرعت‌ جریان‌ آب‌ در پایاب‌ با درصد افت‌ انرژی‌ با استفاده‌ از مدل‌ خط‌ی‌ آزمایش‌ شد. و سپس‌ با رسم‌ نمودارهای‌ متعدد با استفاده‌ از برنامه‌ کامپیوتری‌ وضعیتهای‌ مختلفی‌ از پارامترهای‌ جریان‌ (سرعت‌ آب‌ در بالادست‌ و پایین‌ دست‌ در برابر بده‌ جریان‌ و سرعت‌ آب‌ در پایین‌ دست‌ در برابر درصد افت‌ انرژی‌) بررسی‌ شده‌اند جداول‌ 1 و 2 معادلات‌ مربوط‌ و قسمتی‌ از نتایج‌ را نشان‌ می‌دهد. 
بحث‌ و نتیجه‌ گیری‌ 
با توجه‌ به‌ هدف‌ تحقیق‌ که‌ بررسی‌ آزمایشگاهی‌ استهلاک‌ انرژی‌ جریان‌ بر روی‌ سرریزهای‌ توریسنگی‌ پلکانی‌ است‌ روش‌ نظ‌ری‌ و تجربی‌ و نیز نتایج‌ تحقیقات‌ قبلی‌ با تکیه‌ بر تحلیل‌های‌ ابعادی‌ و به‌ کارگیری‌ تحلیل‌های‌ آماری‌ برای‌ تجزیه‌ و تحلیل‌ مورد استفاده‌ قرار گرفته‌ است‌. با توجه‌ به‌ بیش‌ از 180 داده‌ آزمایشگاهی‌ قرائت‌ شده‌ که‌ حاصل‌ از بررسی‌ بر روی‌ 9 گزینه‌ سرریز که‌ بر روی‌ هر گزینه‌ 5 دبی‌ جریان‌ مختلف‌ عبور داده‌ شده‌ است‌ (مجموعا 45 آزمایش‌) لذا همبستگی‌ بین‌ دبی‌ جریان‌ با درصد افت‌ انرژی‌ برای‌ دستیابی‌ به‌ بالاترین‌ درصد افت‌ انرژی‌ با چهار مدل‌ خط‌ی‌ لگاریتمی‌، توانی‌ و نمایی‌ با 36 معادله‌ بررسی‌ شد و سپس‌ با رسم‌ نمودارهای‌ متعدد با استفاده‌ از برنامه‌ Harvard Graphics ver.5 وضعیتهای‌ مختلفی‌ از پارامترهای‌ جریان‌ بررسی‌ شده‌اند. این‌ نمودارها نشان‌ دهنده‌ تغییرات‌ بده‌ جریان‌ در مقابل‌ درصد افت‌ انرژی‌، عدد پله‌ در مقابل‌ درصد افت‌، سرعت‌ آب‌ در بالادست‌ و پایین‌ دست‌ سرریز در برابر بده‌ جریان‌ و... می‌باشند. که‌ نتایج‌ به‌ شرح‌ زیر است‌. 
 -پارامترهای‌ موثر در ایجاد استهلاک‌ انرژی‌ جریان‌ در این‌ نوع‌ سرریزها شامل‌ شیب‌ عمومی‌ پایین‌ دست‌ پله‌ها، میزان‌ تخلخل‌ توده‌ سنگ‌ بکار رفته‌ در توریسنگ‌، دبی‌ عبوری‌ جریان‌، ارتفاع‌ کل‌ سرریز است‌. 
-لزوم‌ توجه‌ و استفاده‌ بیشتر از سازه‌های‌ توریسنگی‌ به‌ عنوان‌ گزینه‌ای‌ کارآ و مط‌مئن‌ در کارهای‌ رودخانه‌ای‌ مخصوصا بعنوان‌ سرریز در بندهای‌ انحرافی‌ که‌ استهلاک‌ انرژی‌ خوبی‌ از خود نشان‌ می‌دهند و نیز بعنوان‌ سدهای‌ تاخیری‌ (متوالی‌) در مسیر رودخانه‌های‌ پرشیب‌ مناط‌ق‌ کوهستانی‌ که‌ شدت‌ فرسایش‌ را کاهش‌ می‌دهند. 
 -تغییر در شیب‌ وجه‌ پایین‌ دست‌ سرریز در یک‌ دبی‌ ثابت‌، تغییرات‌ کم‌ سرعت‌ جریان‌ آب‌ در سرآب‌ سرریز را باعث‌ می‌شود. ولی‌ تغییرات‌ سرعت‌ آب‌ در پایین‌ دست‌ نسبت‌ به‌ تغییر این‌ شیب‌ در حالات‌ مختلف‌ متفاوت‌ است‌. 
 -سرعت‌ جریان‌ آب‌ در بالادست‌ و پایین‌ دست‌ همه‌ گزینه‌ها نسبت‌ به‌ افزایش‌ دبی‌ جریان‌ افزایش‌ می‌یابند و حداقل‌ سرعت‌ آب‌ در سرآب‌ و پایاب‌ مربوط‌ به‌  مدلهایی‌ است‌ که‌ بالادست‌ آنها نفوذناپذیر و تخته‌ روی‌ پله‌های‌ آنها قرار داده‌ شده‌ است‌. سرعت‌ آب‌ سرآب‌ در کلیه‌ مدلها و در دبی‌ 100 لیتر بر ثانیه‌ در شیب‌ پایین‌ دست‌ 1:2 کمتر از شیبهای‌ دیگر بوده‌ است‌. 
لذا در حالتی‌ که‌ حداقل‌ سرعت‌ جریان‌ آب‌ در پایاب‌ وجود دارد یعنی‌ حداکثر افت‌ انرژی‌ بر روی‌ سرریز، لزوم‌ ایجاد سازه‌ استهلاک‌ انرژی‌ (حوضچه‌ آرامش‌) با ط‌ول‌ زیاد در پایاب‌ منتفی‌ می‌گردد بط‌وریکه‌ بر اساس‌ نتایج‌ تحقیقات‌ انجام‌ شده‌ توسط‌ Peyras) و همکاران‌ 5) 10 تا 30% از ط‌ول‌ حوضچه‌ آرامش‌ کاسته‌ می‌شود که‌ این‌ میزان‌ معادل‌ 5 تا 10% هزینه‌ کل‌ پروژه‌ می‌باشد.
تبخیر:EVAPORATION 
تبخیر پدیده ای است که از هرگونه سطح مرطوب مانند سطوح آزاد آب یا سطح مرطوب خاک وگیاه صورت می گیرد. طی این فرآیند آب مایع به بخار تبدیل می شود ومجدداً آب به جو زمین برمی. از عوامل مؤثر براین فرآیند می توان به دمای هوا، سرعت باد، تابش خورشید اشاره کرد که هرچه میزان آن بیشتر باشد سرعت تبخیر نیز بیشتر است. 
منابع: 
1- ابراهیمی‌، نادرقلی‌ و .1372 ((بررسی‌ استهلاک‌ انرژی‌ جریان‌ بر روی‌ سرریزهای‌ گابیونی‌ پلکانی‌، پایان‌نامه‌ کارشناسی‌ ارشد رشته‌ تاسیسات‌ آبیاری‌ دانشگاه‌ تربیت‌ مدرس‌. 
2-جوان‌، محمود. فرشاد، مهدی‌ - ط‌الب‌ بیدختی‌، ناصر - جواهری‌، پرهام‌. .1369 ط‌رح‌ آنالیز و اجرای‌ سازه‌های‌ توریسنگی‌ (گابیون‌). معاونت‌ امور آب‌ جهادسازندگی‌ 1369

3-زند پارسا، شاهرخ‌ - شفاعی‌ بجستان‌، محمود. عملکرد سرریزها برای‌ کنترل‌ کف‌ و سط‌ح‌ آب‌ رودخانه‌ها. مجله‌ آب‌ شماره‌ .12

4-شفاعی‌ بجستان‌، محمود. .1371 جزوه‌ درسی‌ هیدرولیک‌ رسوب‌، دانشکده‌ کشاورزی‌ دانشگاه‌ تربیت‌ مدرس‌.