نوقشت رسالة الماجستير للباحث مهند رحمن بعير في كلية الهندسة جامعة البصرة قسم الهندسة المدنية وتحت اشراف الاستاذ الدكتور صالح عيسى خصاف بعنوان دراسة مختبرية للإداء الهيدروليكي لهدار مفتاح البيانو مع أشكال
قمم مختلفة
تُعد هدارات مفاتيح البيانو (Piano Key Weirs - PKWs) من المنشآت الهيدروليكية الحديثة التي حظيت باهتمام متزايد لما تتميز به من قدرة عالية على زيادة التصريف المائي مقارنة بالهدارات التقليدية دون الحاجة إلى زيادة عرض المنشأ. إلا أن الأداء الهيدروليكي لهذه الهدارات يتأثر بصورة كبيرة بشكل الهندسة الهندسية للتاج وظروف الجريان المختلفة. لذلك هدفت هذه الدراسة إلى تقييم تأثير أشكال مختلفة لمداخل ومخارج تاج هدارات مفاتيح البيانو على كفاءتها الهيدروليكية تحت ظروف الجريان الحر والجريان المغمور، وذلك من خلال برنامج متكامل يجمع بين الدراسة المختبرية والنمذجة العددية.
تم تصميم وتصنيع تسعة نماذج مختلفة من هدارات مفاتيح البيانو (S1–S9)، تضمنت أشكالاً هندسية متنوعة للمداخل والمخارج شملت الأشكال المستوية، ونصف الدائرية، والربعية، والمثلثة، والمتعرجة (Zigzag). أُجريت التجارب المختبرية داخل قناة مائية بطول 15 م وعرض 0.30 م وعمق 0.45 م، وبمعدلات تصريف تراوحت بين 12.91 و30.58 لتر/ثانية. وقد تم تقييم الأداء الهيدروليكي باستخدام معامل التصريف (Cd) في حالة الجريان الحر ومعامل انخفاض التصريف (Cs) في حالة الجريان المغمور. كما تم إجراء دراسة عددية شاملة باستخدام برنامج FLOW-3D لمحاكاة السلوك الهيدروليكي ثلاثي الأبعاد والتحقق من النتائج المختبرية.
أظهرت النتائج التجريبية أن معامل التصريف (CdW) ينخفض تدريجياً مع زيادة نسبة الرأس المائي النسبي(H0/P)  لجميع النماذج المختبرة. وقد حقق النموذج S8 ، ذو الشكل المتعرج نصف الدائري للمداخل والمخارج، أفضل أداء هيدروليكي تحت ظروف الجريان الحر بمتوسط معامل تصريف بلغ 2.252، محققاً تحسناً مقداره 9.80% مقارنة بالنموذج المرجعي ذي المدخل والمخرج المستويين (S1). كما أظهر النموذج S3  أداءً متميزاً بفضل المدخل الربعي، محققاً نسبة تحسن بلغت 7.02%.
أما تحت ظروف الجريان المغمور، فقد بينت النتائج أن معامل انخفاض التصريف (Cs) يتناقص مع زيادة عامل الغمر (S = Hd/Hu)، مما يعكس التأثير المتزايد لمنسوب المياه الخلفية على كفاءة التصريف. وقد سجل النموذج S6، ذو المدخل والمخرج المثلثين، أفضل أداء بمتوسط معامل انخفاض تصريف بلغ 0.657، أي بزيادة مقدارها 3.79% مقارنة بالنموذج المرجعي. في المقابل، أظهر النموذج S8 أقل كفاءة تحت ظروف الغمر بمتوسط قيمة بلغ 0.594.
اعتماداً على نتائج التحليل البعدي وتقنيات الانحدار الإحصائي، تم تطوير معادلة تجريبية للتنبؤ بمعامل التصريف في حالة الجريان الحر، وأظهرت المعادلة توافقاً ممتازاً مع النتائج المختبرية، حيث بلغ معامل التحديد ((R^2)) نحو 0.964، في حين بلغت قيم RMSE وMAE  وMAPE  حوالي 0.071 و0.054 و3.82% على التوالي. كما تم تطوير علاقة تجريبية أخرى للتنبؤ بمعامل انخفاض التصريف تحت ظروف الجريان المغمور، وأثبتت كفاءة عالية في تمثيل البيانات المختبرية ضمن المجال المدروس.
أكدت نتائج النمذجة العددية قدرة برنامج FLOW-3D على تمثيل السلوك الهيدروليكي المعقد لهدارات مفاتيح البيانو بدقة عالية تحت حالتي الجريان الحر والمغمور. وقد أظهرت نتائج التحقق العددي توافقاً ممتازاً مع القياسات المختبرية، حيث بلغ معامل التحديد 0.986 للجريان الحر و0.989 للجريان المغمور، مع بقاء نسب الخطأ أقل من 5% في معظم الحالات.
خلصت الدراسة إلى أن هندسة التاج تُعد عاملاً أساسياً في تحديد كفاءة هدارات مفاتيح البيانو، وأن استخدام الأشكال المنحنية والمتعرجة المحسنة يساهم بصورة فعالة في زيادة قدرة التصريف تحت ظروف الجريان الحر، في حين توفر التكوينات المثلثة أداءً أفضل تحت ظروف الجريان المغمور. كما توفر المعادلات التجريبية المطورة والنموذج العددي المعتمد أدوات تصميم عملية يمكن الاستفادة منها في تحسين أداء وتصميم هدارات مفاتيح البيانو مستقبلاً