بخشی از مقاله
چکیده
هندسه سواحل و شکستگی خطوط ساحلی از مهم ترین عوامل در تغییر الگوی جریانهای دریایی در مناطق ساحلی هستند. بدون شک با پیمایش در نوار ساحلی دریای خزر با شکستی و یا فرورفتگیهای زیادی در مقیاسهای مختلف روبهرو میشویم که میتوانند الگوی جریان را تغییر دهند. یکی از مهم ترین تغییر شکل ها که در نوار ساحلی دریای خزر وجود دارد، دلتای سفیدرود است.
این دلتا با توجه به رسوب دهی رودخانه سفیدرود همواره دچار تغییرات دینامیکی و پویا است. از این رو تغییرات طول و عرض آن میتواند منجر به تغییرات الگوی جریان در مناطق ساحلی هم جوار با آن شود. در این مقاله تلاش شده تا تاثیرات این برآمدگی ساحلی بر تغییرات الگوی جریان منطقه، مورد بررسی قرار گیرد. با توجه به وجود جریان های قوی کرانه ای ناشی از امواج و یا جریانهای دریایی ناشی از باد، دلتای سفید رود به مانند یک مانع در مسیر جریان قرار می گیرد که قابلیت ایجاد تغییرات در جریان پایین دست را داراست.
برای بررسی این گونه تاثیرات موانع در ساختار جریان پایین دست معمولا در کارهای آزمایشگاهی از عدد رینولدز و در مطالعات میدانی از پارامتر بیبعد P - Wake Island Parameter - استفاده میشود. در این مطالعه نیز با بررسی عدد بیبعد P برای دلتای سفیدرود به بررسی جریان پاییندست آن پرداخته خواهد شد و نشان داده خواهد شد که گردابهای در پایین دست مانع دلتای سفید رود ایجاد خواهد شد.
-1 مقدمه
بررسی ساختار جریان در اطراف موانعی همچون دماغه ها، جزایر و دلتاها همواره از اهمیت فراوانی برخوردار بوده است. این اهمیت می تواند به دلیل شناخت وضعیت رسوبی، درک بهتر فرایندهای زیست محیطی و تعیین مسیر حرکت آلاینده ها باشد. زمانی که جریان به یک مانع برخورد میکند رژیم جریان بعد از مانع ممکن است دستخوش تغییراتی شود که به اصطلاح آن را ویک "Wake" مینامند. Batchelor - 1967 - این اصطلاح را برای زمانی که گردابه هایی در پشت مانع تشکیل شود به کار گرفته است. در شرایطی که جریان عبوری از یک مانع، شتاب میگیرد فشار آن بر اساس قانون برنولی، کاهش مییابد. این تغییرات فشار ممکن است منجر به جداشدگی جریان از بدنه مانع و تشکیل گردابههایی در پاییندست جریان شود.
به طور کلی تغییر ساختار جریان در اطراف یک مانع تحت تاثیر تنشهای ایجاد شده میباشد. این تنشها در آب های عمیق به دلیل تنش ایجاد شده ناشی از جداره مانع خواهد بود و تنش بستر سهمی در تغییر ساختار جریان نخواهد داشت. از طرفی در آب های کم عمق تنش بستر نقش بسزایی در تغییر ساختار جریان دارد. به همین دلیل مطالعات انجام شده در این زمینه به دو منطقه آب عمیق و کم عمق تفکیک می شود.
مطالعات زیادی به بررسی ساختار جریان در پایین دست موانع ایده آل در آزمایشگاه، نظیر مواجهه جریان یکنواخت با مانع استوانه ای شکل پرداخته اند. بر پایه این مطالعات، برای شناسایی و طبقه بندی الگوی جریان بعد از مانع از اعداد بدون بعدی استفاده میشود
برای آب عمیق و برای شناسایی ساختار جریان در اطراف مانع معمولاً از عدد بدون بعد رینولدز استفاده می شود. این عدد به صورت Re UL / تعریف میشود که در این رابطه U سرعت جریان یکنواخت قبل از برخورد به مانع، L طول قطری از مانع که عمود بر مسیر جریان میباشد و لزجت سینیماتیکی تعریف می شود. در آزمایش های انجام شده اثر عمق لحاظ نشده است و فرض شده است که h L باشد و بنابراین نتایج حاصل برای مطالعات دو بعدی و مستقل از عمق می باشد.
بعد از مشاهده نتایج مشخص شده است که در پشت مانع، رژیم های مختلف جریان اتفاق خواهد افتاد. اگر عدد رینولدز کوچک تر از 1 باشد، هیچ گونه جداشدگی جریان اتفاق نخواهد افتاد و خطوط جریان پایین دست نیز پس از فشردگی ناشی از حضور مانع مجددا به حالت موازی شبیه بالادست باز خواهد گشت. برای اعداد رینولدز کوچک تر از 30 دو گردابه پایدار در پایین دست جریان تشکیل خواهد شد و برای اعداد رینولدز متوسط بین 30 تا 200 گردابه ها جاری شده و به حالتی که به خیابان گردابه فن کارمن نیز مشهور است، ظاهر میشود. برای اعداد رینولدز بالاتر نیز جریان ناپایدار منجر به تشکیل گردابه های نامنظم خواهد شد.
تشخیص جریان پایین دست برای اعداد رینولدز بسیار بالا، اخیراً در مطالعات Boyer and Davies - 2000 - آورده شده است. با مرور مطالعات آزمایشگاهی صورت گرفته در این زمینه، وضعیت جریان پاییندست را برای زمانی که جریان بالادست چرخشی باشد بررسی کردند. Boyer and Davies - 1987 - با انجام مطالعات آزمایشگاهی، اندرکنش یک جریان چرخشی که مقدار جرم مخصوص آن در عمق متفاوت است1 را با مانعی که شیب ثابت دارد، بررسی کردند. آنها عدد بدون بعد برگر2 را برای همین منظور پیشنهاد کردند.
مطالعات انجام شده در بخش قبل در مورد شناسایی ساختار جریان در آب عمیق بوده است، اما بیشتر موانع همچون دماغهها، جزایر و یا دلتاها عموماً در مناطق کم عمق که در آن تنش بستر سهم قابل توجهی در تغییر ساختار جریان دارد، حضور دارند. از این رو، مطالعات زیادی در زمینه شناخت الگوی جریان در پشت جزایر و یا دماغهها صورت گرفته است. در ابتدا Uda and Ishino - 1958 - مطالعات آزمایشگاهی در مورد ساختار جریان در اطراف یک مدل کوچک مقیاسی از یک جزیره انجام داده اند.
آنها پیشنهاد کردند که به منظور شناخت اثر جزیره در توزیع مواد مغذی و محصولات زیستی فهم ساختار جریان در اطراف جزیره و تشکیل گردابهها در اطراف آن ضروری است. Pingree and Maddock - 1980,1987 - با شبیه سازی دو بعدی جریان - میانگین گیری شده در عمق - در اطراف یک مانع در مدل ایدهال اثر پارامترهای مختلف مانند زبری بستر و چرخش زمین را در ساختار جریان پایین دست دماغه بررسی کردند. آنها معتقد بودند که ترمهای غیرخطی و اصطکاک بستر نقش بسزایی در کنترل ساختار جریان در پشت دماغهها دارند.
Wolanski et al. 1984 با برپایی یک مدل فیزیکی، نشان داده است که عدد رینولدز پارامتر مناسبی برای پیش بینی ساختار جریان در پشت جزیره نیست. آنها اثر عمق را در نظر نگرفتند و به همین منظور نتایج حاصل با آنچه که آنان در واقعیت مشاهده کردند تفاوت داشته است. آنها با تحلیلهایی که در مطالعات خود انجام دادند نشان دادند که عدد بدون بعد مناسب برای شبیه سازی مدل واقعی در آزمایشگاه، عدد بدون بعد ":DNH ,VODQG 3DUDPHWHU" میباشد. این عدد در واقع نسبت گردابههای تولید شده و مستهلک شده - نسبت نیروی اینرسی به اصطکاک بستر - در پشت جزیره میباشد و به صورت زیر تعریف میشود:
در این رابطه W پهنای جزیره و z ضریب گردابه در راستای قائم میباشد و از رابطه زیر بدست خواهد
آمد:
در رابطه بالا C ضریب شزی، ضریب ثابت فن کارمن، g شتاب گرانشی، Uسرعت جریان قبل از برخورد مانع و z / h عمق نسبی خواهد بود.
