بخشی از مقاله
الگوی 24 ساعته تغییرات تراز نوفه محیطی زیرآب در آبهای بندر نوشهر، دریای مازندران
چکیده
در این پژوهش نوفه محیطی زیر آب بندر نوشهر با استفاده از تجهیزات و تحلیل گرهای استاندارد، در یک بازه زمانی 24 ساعته اندازه گیری شده است. قابلیت پردازش بسیار مناسب تحلیل گرهای استفاده شده (مانند تحلیل FFT سیگنالهای دریافتی و ارائه طیف فرکانسی نوفه محیطی) این امکان را فراهم ساخت، تا ضمن مقایسه ترازهای طیفی بدست آمده با طیف ثابت منابع تولید نوفه در دامنههای فرکانسی مربوطه، به تحلیل اهمیت این منابع در تولید و انتشار نوفه پرداخته شود. از جمله نتایج این تحقیق آن است که هر چند این بندر در زمره بنادر پرتردد به حساب نمی آید، اما بررسی طیف تراز شدت نوفه محیطی زیرآب نشان دهنده محیطی پر تنش با ترافیک بالا میباشد. یکی از عمده ترین دلایل این امر، کم عمق بودن این ناحیه و اثر مرزهای ساحلی در تشدید اصوات منتشره زیر آب است.
واژگان کلیدی
آکوستیک زیرآبی، نوفه محیطی، بندر نوشهر، دریای مازندران
مقدمه
نوفه محیطی عبارت است از صوت ناخواسته ای که در محیط ناهمگن دریا توسـط تراگـذار همـه جهتـه دریافـت میگردد و در دو محیط آب های عمیق و کم عمق مورد بررسی قرار میگیرد. تراز نوفه محیطی در آب هـای سـاحلی، خلیج ها و بندرگاهها دارای تغییرات شدیدتری نسبت به دیگر مناطق دریایی است. در چنین محلهایی، منابع نوفـه از زمانی به زمان دیگر و از مکانی به مکان دیگر بسیار متغیر است. در یک بازه فرکانسی ثابت، نوفه محیطـی ترکیبـی از نوفه کشتیرانی، صنعتی، باد و زیستی است که دامنه فرکانسی از یک تا هزاران کیلو هرتز دارند .(Etter , 2003)
اندازه گیری تراز شدت نوفه محیطی زیرآب در مناطق مختلف دریایی دنیا منجر به ارائه الگوها و مدلهای مختلف انتشار نوفه شده که برخی از آنها را Etter (2003) دسته بندی نمود. این بررسی تاکنون در دریای خزر انجام نشده و هیچ الگویی در این خصوص در دسترس نمی باشد. در حالیکه داشتن این الگو جهت مطالعه اثر نوفه بر روی سیستمهای دفاعی زیرآبی نظیر مینهای صوتی، اژدرها و سونارهای جاسوسی و همچنین بر روی آبزیان و نیز مطالعه وضعیتهای مختلف محیط زیست دریایی در منطقه ضروری است.
در طول جنگ دوم جهانی، به منظور ساخت مینهای صوتی و سونارهای محافظ لنگرگاهها، اندازه گیریهای متعددی از نوفه در خلیجها و لنگرگاهها به عمل آمد که طیف حاصل از آنها در برخی مناطق خاص، در شکل (1) نشان داده شده است. در این نواحی، نوفه حاصل از فعالیتهای صنعتی همراه با نوفه حاصل از جانوران دریایی سبب ایجاد اغتشاش در محیط می گردند .(Urick, 1983) این مطالعات در سطح بسیار وسیع و با پوشش دامنهای پهناور از
مکانها و شرایط مختلف صورت پذیرفت و نتایج آن در گزارشهای بسیار مهم و سپس در مقالههای علمی به چاپ رسید .(Knudsen et al., 1948) این مطالعات ثابت کردند که نوفه حاصل از تردد کشتی ها و دیگر شناورها، نوفه سطح دریا (شکست امواج و تولید حباب) و اصوات جانوران دریایی بخش غالب طیف نوفه محیطی را به خود اختصاص می دهند (1962) Wenz .(Etter, 2003) کشف کرد که کشتیها قادرند یک نوفه زمینه فرکانس پایین ایجاد کنند که میتواند در طیف کلی نوفه، قابل شناسایی نباشد. او این بخش را »نوفه ترافیک « نامید تا آن را از منابع کشتیرانی که به سهولت قابل شناسایی هستند مجزا کند. منحنیهای نوفه وی اساس بسیاری از سیستمهای پیش بینی امروزی قرار گرفته اند.
Kibblewhite و همکاران (1976)، اهمیت وابستگی عرض جغرافیایی و عمق محور کانال صوتی را در نمایش نوفه کشتیرانی در عرضهای بالا در کانال صوتی ثابت کرده و تشریح نمودند. (1978) Shaw و همکاران، ثابت کردند که سرعتهای باد بدست آمده از طریق طیف نوفه اندازه گیری شده، میتوان جهت محاسبه تنش باد در سطح اقیانوسها استفاده نمود. (1987) Scrimger و همکاران، نیز سیستمهای مشاهدات جوی از طریق نوفه محیطی را تحت عنوان سیستم (Wind Observations Through Ambient Noise) WOTAN توسعه داده و عملیاتی کردند. این سیستم در بازه فرکانسی 0.5-30kHz عملیاتی بوده و به طور موفقیت آمیزی جهت استخراج سرعت باد استفاده میشد. (1996) Buckingham و همکاران، خلاصهای از اصوات سطح آب را ارائه نمودند. اقیانوس شناسان با استفاده از آنها توانستند رابطه بین پدیدههای جوی سطح آب و ترازهای نوفه محیطی زیر آب را توسعه دهند.
(1990) Vagle و همکاران نیز اندازه گیریهای وسیعی توسط سیستم WOTAN انجام دادند.
(1999) Zedel و همکاران، یک پروفایلر جریان صوتی دوپلر جهت ثبت اصوات محیطی در بازه فرکانسی 1-75kHz ارائه نمودند که نسخه نهایی آن، (Ocean ambient sound instrument system) OASIS نام گرفت.
در ایران، پژوهشهای مدونی توسط سازمانها و موسسات نظامی انجام شده است، اما امکان دسترسی به آنها وجود ندارد. پژوهش حاضر در زمینه اشاره شده، با توجه به موقعیت بندر نوشهر و اهمیت آن از نظر کشتیرانی در دریای مازندران انجام شده است.
مواد و روشها
جهت بررسی نوفه محیطی زیر آب، در دریای خزر نیاز به اندازه گیریهای فراوان است. در پژوهش حاضر یکی از نواحی مهم دریای مازندران در سواحل ایران، مورد نظر قرار گرفت. بندر نوشهر از نظر وجود و فراوانی طیف وسیعی از اصوات زیر آب، جهت اندازه گیریهای میدانی مناسب تشخیص داده شد. سنجشها در مردادماه سال 1389 شمسی در محوطه ورودی بندر نوشهر، در موقعیت جغرافیایی 36 39.583 شمالی و 51 30.345 شرقی به مدت 24 ساعت صورت پذیرفت. مهم ترین دلیل انتخاب این نقطه این بود که علاوه بر نوفه محیطی داخل بندر، امکان ثبت نوفه کانال ورودی نیز وجود داشت. شکل (2) موقعیت جغرافیایی مکان اندازه گیری را نشان میدهد. در جدول (1) نیز میزان تردد کشتیها به عنوان یکی از اصلیترین منابع تولید نوفه زیرآبی در بندر نوشهر ارایه شده است.
مختصات جغرافیایی محل اندازه گیریها: 36 و 39/583 شمالی و 51 و 30/345 شرقی
شکل2ـ موقعیت جغرافیایی محل انجام اندازهگیری نوفه محیطی زیر آب، بندر نوشهر، مردادماه 1389 در یک دوره 24 ساعته
جهت ثابت نگه داشتن محل قرارگرفتن هیدروفون و جلوگیری از جابجایی آن که موجب به وجود آمدن گرادیـان فشار و ایجاد خطا در اندازه گیری ها میشود، یک بویه شناور جهت تثبیت، در محل مورد نظر نصـب و بـا اسـتفاده از یک لنگر مناسب مهار شد. عملیات داده برداری با استفاده از هیدروفون در عمق 2 متـری انجـام پـذیرفت. تحلیـل و پردازش داده ها توسط تحلیلگر صوتی 2012، در بازه فرکانسی یک هرتـز تـا 40 کیلـو هرتـز و بـا اسـتفاده از حالـت تحلیل FFT (Fast Fourier Transform) صورت گرفت. شکل (3) نحوه اندازه گیری با تجهیزات را نمایش میدهـد. اندازه گیری ها در بازه های زمانی دو ساعته صورت پذیرفت، اما با توجه به تردد شناورهای مختلف و بـه وجـود آمـدن نوفه انتشاری، طیف نوفه محیطی صوت زیرآبی بندر در بازه های زمانی 4 ساعته ارائه شد. حالت FFT، تحلیل تبـدیل فوریه در 1600 خط را امکان پذیر کرده و برای اندازه گیری نوفه بسیار مناسب میباشد. به منظور افـزایش دقـت، در هر بازه زمانی اندازه گیری، 4 بار نمونه برداری انجام و با اعمال تنظیمات مورد نیاز دسـتگاه، کلیـه مقـادیر از طریـق حداقل چهار بار معدل گیری استخراج شده است. از آنجایی که پردازش در پهنای باند یک هرتـز انجـام شـده اسـت، تراز نوفه محیطی بندر نوشهر بر اساس تراز طیف ارائه شده است.
شکل 3ـ نحوه اندازه گیری با تجهیزات
نتایج
به منظور مقایسه نمودار های استخراج شده، متوسط طیف نوفه محیطی به ترتیـب و بـه تفکیـک در سـاعات 00:00، 04:00، 08:00، 12:00، 16:00و 20:00 بدست آمد (شکل .(4
مقدار مربوط به هر زمان، از طریق معدل گیری داده ها در دو ساعت قبـل و دو سـاعت بعـد از آن زمـان انجـام شـده است. هدف از ارائه در قالب بازه های زمانی 4 ساعته، مشاهده چگونگی تغییرات نوفه محیطی در فرکـانسهـای مـورد نظر و نیز بررسی تغییرات میانگین نوفه دریافتی در کل بازه فرکانسی اندازه گیری شده با گذشت زمان است.
با میانگین گیری از کل اندازه گیریها، تراز طیف میانگین نوفه بندر محاسبه و در شکل (5) ارائه و نهایتا معدل تراز شدت صوت در دامنه فرکانسی محاسبه شد. تراز تعیین شده، معدل طی مدت 24 ساعت بوده و میزان آن برابر dB 90/90 re 1ʽPa بدست آمد. در جدول (2)، معدل تراز شدت صوت در دامنه فرکانسی برای بازههای زمانی چهار ساعته ارائه شد.
