مقاله بررسی الگوی رسوب گذاری در مجاورت آبشکن ها به کمک مدل ریاضی Mike 21 ( مطالعه موردی دهنه سر سفیدرود )

بخشی از مقاله

بررسی الگوی رسوب گذاری در مجاورت آبشکن ها به کمک مدل ریاضی Mike 21 (مطالعه موردی دهنه سر سفیدرود)

خلاصه

آبشکنها از سازه های متداول در تثبیت سواحل ماسه ای می باشند، که در بسیاری از نقاط ساحلی جهان عملکرد وکارایی خود را به خوبی نشان داده اند. در سواحل شمالی ایران نیز در منطقه دهنه سر سفید رود از تعدادی از این آبشکنها جهت تثبیت ساحل در مجاورت جاده ساحلی موجود استفاده به عمل آمده، که هدف از این تحقیق مدل نمودن الگوی رژیم جریان ورسوب گذاری در مجاورت آبشکنها به کمک مدل ریاضی MIKE 21 می باشد. از نتایج این تحقیق می توان جهت بهینه سازی طراحی آبشکنها و مقابله با آبشستگی اطراف آن استفاده نمود.

کلمات کلیدی: آبشکنها- -MIKE 21 تثبیت سواحل- رسوب گذاری- دهنه سر سفید رود

. 1 مقدمه

با افزایش ساخت وساز در سواحل کشور و پیشروی آب دریا استفاده از سازه های حفاظتی برای حفظ و نیز احیای سواحل دریا مورد توجه می باشد. از جمله سازه های حفاظت ساحلی، آبشکنها هستند که اغلب در مهندسی رودخانه برای فراهم آوردن ناوبری ویا در مهندسی سواحل برای حفاظت و تثبیت سواحل استفاده می شوند.[1] این سازه ها ازلحاظ سازه ای ساده بوده و قابلیت سازگاری با انواع شرایط متنوع راداشته و دارای کاربرد وسیعی در تثبیت و پایدار سازی سواحل می باشند، از این رو بررسی و شناخت فرایند فرسایش و رسوب گذاری در محدوده آبشکنها از لحاظ طراحی، حفاظت ونگهداری بسیاربااهمیت می باشند.[2]

دردهه های اخیرمطالعات قابل توجهی درزمینه تغییرات مورفولوژی سواحل صورت پذیرفته است. درسال 2002 میلادی، مورفولوژی ساحل خلیج تیگنموث انگلستان به وسیله نرم افزار Ekit 12 بررسی شد.[3] گروه مهندسین ارتش آمریکا [4] درسپتامبر 2002، فرآیند فرسایش داخلی مصبها رامورد بررسی قراردادند، تحقیقات آنها نشان می دهد که عامل اصلی فرسایش، امواج با پریود کوتاه و جریان جزرومدی بوده و میزان فرسایش درحالت موج تنها نسبت به اثر توام جزرومد و موج، کم ترمی باشد. فیچر و همکاران [5] درسال 2006 به بررسی انتقال رسوب درجنوب شرقی مصب جزرومدی فلوریدا پرداختند. نتایج حاصل ازمطالعات میدانی وآزمایشگاهی این محققین نشان می دهدکه اندازه رسوبات ته نشین شده درمحل مصب با فاصله ازمصب نسبت عکس دارد؛ بطوریکه درشت ترین دانه، درورودی مصب قرارمی گیرد و هرچه ازدوطرف ورودی مصب دورمی شویم، اندازه رسوبات کاهش می یابد. شرکت های مهندسین مشاور "دریا بندر" و"فرادریا عرشه" [6,7] در مطالعاتی که به ترتیب درسال های1386 و 1389 انجام دادندبه بررسی نرخ رسوب و تغییرات مورفولوژیک سواحل منطقه با استفاده از نرم افزار Mikezero-Litpack پرداختند.

ازآنجایی که مسئله تثبیت واحیای سواحل ازاهمیت بالایی برخوردارمی باشد، ضرورت مطالعات بیشتردراین زمینه احساس می شود؛ بدین منظور دراین پژوهش با استفاده از روش مدل سازی عددی که توسط نرم افزار [8] Mike 21 صورت پذیرفت، به بررسی الگوی جریان و انتقال رسوب تحت امواج عمود برساحل درمنطقه دهنه سر سفید رود پرداخته شد.

. 2 منطقه مورد مطالعه

سفیدرود دومین رود بلند ایران است که از ترکیب دو رود شاهرود و قزل اوزن در شهر منجیل شکل میگیرد و تا ریختن به دریای خزر عرض استان گیلان را میپیماید(شکل .(1 این رودخانه از محل سد سفید رود تا دریاچه خزر بین طولهای جغرافیایی30/ تا 51°15/ شرقی و عرض 34°15/ تا 37°57/ شمالی گسترده شده است.

شکل -1 موقعیت رودخانه سفیدرود

اثر متقابل ته نشینی رسوبات کرانه ای (ناشی از فعالیت امواج در منطقه)و رسوبات رودخانه ای (که همراه با جریان رودخانه حمل می شوند) در ناحیه اتصال رودخانه به دریا، موجب کم عمق شدگی ناحیه مصب، آب گرفتگی اراضی اطراف و نهایتا تغییر محل دهانه رودخانه می شود. به طوری که رودخانه سفیدرود تاکنون به طور متمادی تغییر مسیر داده و بیشترین تغییر ان در ناحیه مصب اتفاق افتاده است.[9]

.3 مدل عددی Mike21

مدل عددی مورداستفاده، نرم افزار کامپیوتری موسوم به Mike 21 که توسط انستیتوهیدرولیک و کیفیت آب دانمارک پایه ریزی و به مرور زمان توسعه وتکمیل یافت. این مدل دارای قابلیت های محاسباتی وگرافیکی بالا در زمینه ی مدل کردن پدیده های مربوط به خورها، خلیج ها، دریاچه ها و نواحی کم عمق ساحلی است. این بسته نرم افزاری جامع برای مدلسازی جریانات و امواج و رسوب در رودخانه ها، دریاچه ها و دریاها و نواحی اقیانوسی به صورت دو بعدی به کارمی رود. مدلسازی رسوب آن شامل سه نوع مدول انتقال رسوب شن((ST مدول انتقال لای و لجن((MT و مدول انتقال ذره می باشد(.[8] (PA

برای بررسی جریان و رسوب در محل دهانه از اطلاعات یک مصب استفاده شده است و تحلیل جریان ورسوبات غیر چسبنده توسط

MIKE21 FLOW MODEL FM انجام شده است، که مولفه های این مدل شامل مولفه HD، Transport، Eco Lab ، Mud Transport و Sand Transport می باشندکه در این پژوهش از مدلهای هیدرودینامیک و رسوبات غیرچسبنده استفاده شده است.

.4 هیدروگرافی و مش بندی حوزه محاسباتی

هیدرو گرافی منطقه از اولین واساسی ترین اطلاعات ورودی به مدول هیدرودینامیک و رسوبات غیر چسبنده است که در این مطالعه، از نقشه هیدروگرافی (1991) با مقیاس 1:10000 (به علت تعداد نقاط برداشت بیشتر نسبت به نقشه های دیگر) استفاده شده است.[10]

شکل -2 مش بندی نامنظم محدوده دهنه سر سفید رود

ایجاد فایل مش نامنظم یک کار بسیار سخت در پروسه مدل سازی است. یک فایل مش، اعماق را به موقعیت های مختلف وصل می کند و حاوی اطلاعات زیر است:

(1 شبکه های محاسباتی (2 اعماق آب (3 شرایط مرزی

مش بندی ناحیه موردنظر در سه اندازه ریز، متوسط و درشت انجام شده ، به طوری که با دور شدن از ساحل مساحت مش ها افزایش می یابد. شکل((2 نقشه مش بندی منطقه مصب سفید رود را نشان می دهد.

.5 مواد وروشها

در این پژوهش به صورت موردی، مدل جریان و رسوب منطقه دهنه سر سفیدرود در کناره دریای خزر توسط نرم افزار Mike 21 مورد مطالعه قرار گرفته است. به این ترتیب که ابتدا الگوی موج( پریود موج، ارتفاع موج و زاویه موج ) در منطقه تعیین شده وپس ازآن تنش شعاعی از مدل موج حاصله، بدست آمد. درمرحله بعد مدل جریان به صورت تلفیقی از جریان رودخانه وجریان ساحلی مدل شد و نتایج مربوطه ارائه گردیدودرانتها مدل رسوب که با استفاده از اطلاعات موجود منطقه به دست آمد، به صورت ترکیبی از موج و جریان موردبررسی قرارگرفت.

شکل ( 3) طیف تنش تشعشعی حاصل از مدول هیدرودینامیکی را نشان می دهد و الگوریتم مورد استفاده برای شبیه سازی رسوب نیز در شکل (4) نشان داده شده است.

طیف تنش تشعشعیSYY طیف تنش تشعشعیSXY طیف تنش تشعشعیSXX

شکل - 3 طیف تنش های تشعشعی

شکل- 4 الگوریتم محاسبه رسوب

.6 مشخصات رسوب

آزمایش های انجام شده برروی نمونه هایی از رسوبات رودخانه سفیدرود در ایستگاه حراست شیلات نشان می دهند که عمده رسوبات این ناحیه از جنس رسوبات ماسه ای سیلتی با متوسط غلظت(0/265(gr/lit می باشند.[11] به منظور مدل سازی انتقال رسوب در ناحیه دهنه سر سفید رود، دبی رسوبات منطقه به صورت سری زمانی به مدول ST معرفی شده است.