بخشی از مقاله
چکیده
اطلاع در مورد مشخصههای امواج دریا یکی از نیازهای اساسی بسیاری از پژوهشگران و ساکنین نواحی ساحلی میباشد. با توجه به تعدد مرزهای آبی ایران، نیاز به مطالعه در این زمینه اجتنابناپذیر است. ازآنجاییکه یکی از علل ایجاد امواج دریا، وزش باد بر سطح آب میباشد، لذا تلاش بر این است که بر اساس اطلاعات هواشناسی و سایر پارامترهای مؤثر در تشکیل امواج، آنها را در محل موردنظر پیشبینی نمود در این تحقیق با استفاده از دادههای ساعتی ارتفاع موج ثبت شده در بویه موجنگار و همچنین دادههای هیدرولوژی و هواشناسی شامل سرعت و جهت باد، سرعت تندباد، فشار و دمای هوا، دمای آب و رطوبت طی دو ماه سال 2007، به پیشبینی ارتفاع موج شاخص با استفاده از روش مونتکارلو در بندر چابهار پرداخته شده است.
این منطقه از نظر استراتژیکی - نزدیکی به اقیانوس - و شرایط خاص اقلیمی - تأثیر طوفانهای استوایی و بادهای موسمی - منطقهای با اهمیت میباشد. نتایج به دست آمده حاکی از عملکرد مناسب روش پیشنهادی میباشد، بهطوریکه ضریب تبیین 0/9142، میزان RMSE برابر 0/0926 و میزان MAE برابر 0/06589 برای دادههایی با تأخیر یکساعته و ضریب تبیین 0/9385، میزان RMSE برابر 0/07806 و میزان MAE برابر 0/0538 برای دادههایی با تأخیر سه ساعته بین دادههای پیشبینیشده و مشاهداتی، نشاندهنده قابلیت بالای این روش در پیشبینی ارتفاع موج شاخص در منطقه موردبررسی میباشد.
مقدمه
موج یکی از مهمترین پدیدههای طبیعی است که در سطح دریاها و اقیانوسها به وقوع میپیوندد. مشخصات امواج برای هرگونه پروژه مهندسی ساحل و دریا کاربرد دارد. از جمله موارد استفاده اطلاعات این امواج در طراحی و اجرای سازههای دریایی، تعیین تراز آب دریا و فشار و نیروی وارده از سوی آنها بر سازههای دریایی، تخمین میزان حملونقل رسوبات دریایی و برآورد فرسایش و رسوبگذاری ایجادشده پای این سازهها میباشد. سبا توجه به این امر که مشخصههای فیزیکی و شیمیایی دریا بهشدت با زمان و مکان در تغییر هستند، شناخت مناسب از مشخصات آب یک منطقه مستلزم اندازهگیریهایی در فواصل زمانی کوتاه در تعداد نقاط متعدد از منطقه مورد بررسی است.
کشور ما ایران با داشتن کیلومترها مرز دریایی متأسفانه سابقه قابلتوجهی در ثبت و مطالعه مشخصههای امواج دریا ندارد. متغیرهای اندازهگیریشده توسط بویه موجنگار و ایستگاه ساحلی سازمان هواشناسی، شامل ارتفاع و تناوب موج مشخصه، سرعت و جهت باد، سرعت تندباد، فشار و دمای هوا، دمای آب و رطوبت بوده که به کمک آنها میتوان مشخصات امواج را به دست آورد. نتایج تجربی نشان میدهند که ارتفاع موج گزارششده بهوسیله دیدهبانی، تقریباً با مفهوم موج شاخص متناظر است، که این ارتفاع در واقع میانگین ارتفاع یکسوم مرتفعترین امواج در یک وضعیت دریایی است. بنابراین انتخاب موج شاخص بهعنوان موج طراحی، استفاده از تجربه را در مهندسی امکانپذیر میسازد
هرچند به علت سخت و گران بودن ثبت سیستماتیک امواج و همچنین نامنظمی بسیار زیاد امواج دریا، تعریف ریاضی آنها مشکل است، لیکن ایجاد امواج توسط باد از قرنها پیش مورد توجه بوده و مطالعات ارزشمندی در قرن نوزدهم در رابطه با تحلیل ریاضی امواج انجام شده است، ولی کار بر روی مسائل کاربردی امواج بسیار ناچیز بود. اولین کوشش قابلملاحظه برای پیشبینی امواج در طی جنگ دوم جهانی از سوی سوردراپ و مانک صورت گرفت که در 1947 منتشر شد. لذا میتوان آنها را از پیشگامان اولیه مسئله پیشبینی امواج دانست. روش پیشبینی امواج سوردراپ و مانک عصر جدیدی را در علم اقیانوسشناسی گشود
مطالعات و روشهای زیادی برای شبیهسازی ارتفاع موج پیشنهاد و به کاربرده شده است. لاری و همکاران - 1384 - ، به بررسی دادههای هواشناسی و موج منطقه بوشهر پرداختند. نتایج نشان داد که میانگین ارتفاع امواج بهدست آمده حدود نیم متر است.
همچنین با استفاده از پارامتر طول موجگاه، مشخصههای امواج ازجمله بسامد و انرژی آن محاسبه شد. چگینی و همکاران - 1386 - ، در مقاله خود به ارزیابی و مقایسه دقت روشهای نیمه تجربی در پیشبینی مشخصات امواج امیرآباد پرداختند نتایج حاصل، نشان داد که روشهای نیمه تجربی به دلیل خطای بالایشان در پیشبینی پارامترهای امواج منطقه امیرآباد مناسب نبوده و استفاده از روشهای عددی که دارای دقت بیشتری هستند در این زمینه مناسبتر است.
پورنعمت رودسری و همکاران - 1390 - ، به پیشبینی ارتفاع امواج دریای خزر با استفاده از رویکرد استقرایی GMDH پرداختند. نتایج بهدستآمده از توسعه مدل GMDH حاکی از عملکرد بالای این روش در پیشبینی و شناسایی روابط پیچیده بین متغیرها در مسائل مختلفی نظیر پیش بینی ارتفاع امواج دریا میباشد. عباسی و همکاران - 1385 - ، در پژوهشی با تعیین اعتبار روشهای پیرسون مسکویچ و جان سواپ و SPM به برآورد ارتفاع موج در منطقه بوشهر پرداختند و ارتفاع امواج اندازهگیری شده توسط پلات فرم نصبشده در منطقه بوشهر را با ارتفاع محاسبهشده از هرکدام از روشهای فوق مقایسه و مورد تجزیهوتحلیل قراردادند.
در این بررسی ضرایب موردنیاز برای تبدیل سرعت باد به مقادیر مورداستفاده در روابط موردنظر، با توجه به آییننامه حفاظت سواحل آمریکا تعیین گردید. طیفهای محاسباتی جانسواپ و پیرسون مسویچ با طیف حاصل از اندازهگیریهای پروفیل سطح آب مقایسه شدند. نتایج نشان داد که روش SPM مناسبتر و همچنین دارای خطای کمتری نسبت به روش جانسواپ میباشد.
شیرین منش و همکاران - 1390 - ، در مقاله خود با عنوان مطالعه و بررسی برآورد انرژی قابل استحصال از موج و جریان جزر و مدی در خلیج چابهار، به بررسی انرژی قابل استحصال در منطقه چابهار پرداختند. بر اساس نتایج حاصلشده جریان جزر و مدی در خلیج چابهار بسیار ضعیف است و از نظری اقتصادی تلاش برای استحصال آن مقرونبهصرفه نیست. همچنین پتانسیل موجود در اقیانوسها بسیاری از دانشمندان و مخترعان را برای ساخت دستگاههایی که بتوانند انرژی موج، جریان و جزر و مد را به انرژیهای دیگر تبدیل نماید، ترغیب نموده است. گرایش جهانی در توجه به بهرهبرداری از انرژیهای تجدید پذیر و پیامدهای زیستمحیطی ایجاب کرده که سازمانها و مراکز متعددی در ایران، علاقهمند به اجرای پروژههایی در این زمینه باشند
در سالهای اخیر پژوهشگران توانستهاند با استفاده از روشهای محاسبات نرم بهعنوان یک ابزار جدید، ارتفاع موج شاخص، پریود موج شاخص و یا پریود قله طیف را بر اساس پارامترهای مهم اثرگذار بر روی موج، محاسبه نمایند. نیتشر و همکارانش - 2014 - ، در مقاله خود با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی به صورت غیرمستقیم به پیشبینی سطح آب دریا، با استفاده از دادههای ساعتی باد و همچنین ناهنجاریهای سطح آب پرداخته و به نتایج رضایتبخشی دست پیدا کردند. گانداگ و جانسون - 2006 - با استفاده از مطالعه عددی و اطلاعات موجهای بلند به شبیهسازی موجهای کوتاه پرداخته است. نتایج استفاده از تابع انتقال هیدرودینامیکی استفادهشده، رضایتبخش گزارش شده است.
در این تحقیق با بهرهگیری از اطلاعات باد و موج اخذ شده از سازمان بنادر و دریانوردی جمهوری اسلامی ایران و همچنین دادههای هیدرولوژی و هواشناسی، معادلههایی تجربی جهت محاسبه ارتفاع موج در منطقه چابهار پیشنهاد شده است.
مواد و روشها منطقه موردمطالعه و دادههای مورد استفاده
خلیج چابهار بزرگترین خلیج ایران در حاشیه سواحل دریای عمان و نزدیکترین آبراه به اقیانوس هند است. این خلیج، بین طولهای 60 6 تا 61 5 و عرضهای 24 38 تا 25 27 در جنوب شرقی ایران واقع شده است - االلهدادی و بدیعی، . - 1379 عرض دهانه آن حدود 20 کیلومتر، فاصله شرق تا غرب آن حدود 17 کیلومتر است. وسعت آن 320 کیلومترمربع، عمق متوسط آن 6 متر و عمق بیشینه در دهانه ورودی 24 متر است. قطر آن نیز 21 کیلومتر و ارتفاع آن از سطح دریا 10 متر است
شکل :1 موقعیت جغرافیایی چابهار بر گستره ایران
در جدول 1 دادههای یک نیمروزه منطقه چابهار برای نمونه آورده شده است.
