مقاله شبیه¬سازی عددی امواج و جریان¬های ساحلی در بندر رمین

بخشی از مقاله

چکیده

امواج و جریانهای دریایی از عوامل تعیین کننده هیدرودینامیکی در جانمایی بهینه بنادر هستند که بسته به موقعیت هندسی ساختگاه پروژه، یکی از آنها یا ترکیبی از آن دو میتواند رژیم غالب هیدرودینامیکی منطقه را تشکیل دهد.

در این مطالعه مشخصات امواج در آب عمیق و نواحی نزدیک بندر و همچنین الگوی جریانهای ساحلی ناشی از امواج در سواحل بندر رمین مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور شبیهسازیها با استفاده از مدل Mike21/3 Coupled Model FM بسته نرمافزاری Mike21 انجام شدهاند. برای محاسبه مشخصات امواج آب عمیق در منطقه مطالعاتی از دادههای شبیهسازی شده امواج دریای عمان، حاصل از مطالعات پایش و مدلسازی بخشهایی از سواحل استان سیستان و بلوچستان که توسط سازمان بنادر و دریانوردی انجام شده، استفاده گردیده است.

به منظور بررسی دقیقتر مشخصات امواج در منطقه شکست و الگوی جریانها در نزدیک ساحل، شبکهبندیها در محدوده خط ساحلی و مجاور بندر ریزتر انتخاب شدهاند. نتایج این پژوهش نشان دادند که سیستم امواج حاکم بر منطقه از نوع امواج دورآی اقیانوسی بوده که در دریای عربی و اقیانوس هند شکل گرفتهاند و عمدتا در زمان تابستان، سواحل منطقه را از سمت جنوب متاثر میسازند. همچنین جهت غالب جریان در منطقه تحت تاثیر این امواج از سمت شرق به غرب میباشد.

-1 مقدمه

تعیین مشخصات امواج و جریان در نواحی ساحلی برای انجام هرگونه پروژه مهندسی ساحل و دریا نظیر طراحی بنادر، سازههای ساحلی و دریایی، تخمین میزان انتقال رسوب و فرسایش ساحل امری ضروری است

با توسعه مدلهای عددی، به دلیل کمبود اندازهگیریها و مشاهدات میدانی در بسیاری از نواحی ساحلی و نیز هزینههای بالای طراحی و اجرای پروژههای دریایی، استفاده از این مدلها بیش از پیش مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است 

انعطاف پذیری در انتخاب شرایط اولیه و مرزی و اعمال نیروهای مختلف و دلخواه در هنگام انجام شبیهسازیها، و نیز قابلیت استفاده از این مدلها و انجام تحلیلهای معتبر و دقیق در شرایط پیچیده میدان محاسباتی، از جمله مزایای استفاده از مدلهای عددی نسبت به مدلهای فیزیکی و تحلیلی است 

از میان مدلهای ریاضی مطرح در جهان در زمینه تحلیل پدیدههای حاکم بر محیط دریا، مدل Mike21 تهیه شده توسط مؤسسه هیدرولیک دانمارک یکی از شناخته شدهترین و پر کاربردترین آنها است. این مدل یک سیستم مدلسازی دو بعدی است که توانایی شبیهسازی هیدرودینامیکی پدیدههای محیطی در دریاچهها، مدخل رودخانهها، نواحی ساحلی و دریا را دارا است.

هدف از این مطالعه، بررسی مشخصات امواج آب عمیق در منطقه مطالعاتی و تعیین شرایط هیدرودینامیکی موجود در منطقه شکست موج، حاصل از انجام شبیهسازی-های عددی دو بعدی جهت درک الگوی امواج و جریانهای حاصل از آن در سواحل مجاور بندر رمین میباشد. رسوبگذاری در دهانه ورودی بندر رمین مشکلی است که با گذشت چند سال از ساخت بندر نمایان شد و منجر به لایروبی دهانه و حوضچه آن گردید. مشکل مذکور، اهمیت شناسایی دقیق مشخصات امواج دور از ساحل منطقه رمین و درک صحیح الگوی جریانهای ناشی از آنها را به لحاظ حمل رسوب ساحلی در این منطقه به روشنی نشان میدهد.

حقیقی و افشار در سال 1384رژیم امواج و جریان را در محدوده بندر رمین با استفاده از اندازهگیریهای میدانی و مدلسازیهای عددی مطالعه نمودند. در این تحقیق از آمار و اطلاعات باد ایستگاه ساحلی چابهار و اطلاعات امواج آب عمیق موجود در مرجع Global Wave Statistics استفاده شده است.

نتایج این تحقیق نشان دادند که با توجه به شرایط هیدرودینامیکی منطقه، امواج جهت جنوب غربی با فرکانس وقوع 20/7% و ارتفاع موج حداکثر 6/5 متر امواج غالب منطقه محسوب میشوند. پس از آن امواج جهت جنوبی با فرکانس وقوع 12/8% و ارتفاع موج حداکثر 5/5 متر و امواج جهت جنوب شرقی با فرکانس وقوع 7/8% و ارتفاع موج حداکثر 3/5 متر در درجههای بعدی اهمیت قرار دارند. با توجه به شرایط فوق-الذکر جهت غالب جریانهای دریایی از غرب به شرق بندرگاه رمین نتیجهگیری شد. همچنین با توجه به اندازهگیریهای انجام شده چنین استنباط میگردد که سرعت جریانهای ناشی از جزرومد کم میباشد به طوری که در غالب موارد این سرعتها کمتر از 10 سانتیمتر بر ثانیه اندازهگیری شدهاند
 
کاظمی و حکیم زاده فرآیندهای هیدرودینامیکی مؤثر در محدوده بندر امیرآباد را با استفاده از مدولهای SW و HD نرمافزار Mike21 بررسی و نتایج بدست آمده از مدل عددی را با دادههای اندازهگیری شده میدانی برای دورهای یک ماهه مقایسه نمودند. معادلات مورد استفاده در این شبیه سازی شامل معادله بقای موج و معادلههای مربوط به جریان آبهای کم عمق میباشند. به طور کلی جریانهای موجود در منطقه بسیار متغیر و فصلی بوده و امواج غالب در پیش بینیهای بلند مدت در جهت شمال غربی میباشد. همچنین به نظر میرسد با توجه به مقادیر جریانها و امواج در منطقه ساحلی و تغییرات آنها، نوار شکست ناحیه زوال موج در محدوده عمق 6 متری باشد

االله دادی و همکاران به بررسی عوامل ایجاد جریان در خلیج چابهار با استفاده از اندازهگیریهای میدانی پرداختند. پراکندگی مناسب ایستگاهها در محدوده خلیج و تنوع دادههای برداشت شده، امکان بررسی و تحلیل اطلاعات و نتیجهگیری در مورد مشخصات پدیدههای هیدرودینامیکی موجود را به نحو مناسبی فراهم کرده است. بررسی جریانات اندازهگیری شده در بخشهای مختلف، به مشخص شدن روند و رژیم این جریانات و عوامل ایجاد کننده آنها منجر گردید. در این تحقیق مشخصات جریان در دهانه و داخل خلیج چابهار اندازهگیری شدند و با توجه به نتایج بدست آمده از آنها مشخص گردید که تغییرات سرعت جریان در دهانه خلیج دارای روند منظمی بوده و بیشتر تحت تاثیر جزرومد قرار دارد، در حالیکه برای ایستگاههای داخل خلیج، جریانات دارای روند منظم نبوده و علاوه بر جزرومد تا حد زیادی تحت اثر باد و موج نیز قرار دارند

-2 منطقه مورد مطالعه

بندر صیادی رمین در استان سیستان و بلوچستان و در سواحل شمالی دریای عمان واقع شده است و تا خلیج چابهار حدود 12 کیلومتر فاصله داشته و در سمت شرقی این خلیج قرار گرفته است. رمین از بنادر ماهیگیری قدیمی این استان است که در اوایل دهه 1370 توسط معاونت عمران بنادر صیادی سازمان شیلات ایران طراحی و اجرا شده و نقش مهمی در ساماندهی فعالیتهای صیادی منطقه داشته است. موقعیت جغرافیایی این بندر عبارت است از: طول جغرافیایی 60/745 شرقی و عرض جغرافیایی 25/268 شمالی. شکل 1 موقعیت و پلان این بندر را در قالب تصاویر ماهوارهای نشان میدهد.

شکل :1 موقعیت بندر رمین

-3 دادهها و متودولوژی

-1-3 اطلاعات پایهای مهمترین نکته برای دستیابی به مطالعات درست در زمینه هیدرودینامیک مناطق ساحلی، داشتن اطلاعات پایهای و اساسی صحیح منطقه است.

این اطلاعات به ترتیب اهمیت شامل هیدروگرافی بستر دریا، مشخصات امواج منطقه، جزرومد و آمار باد منطقه است. اولین قدم در شبیهسازی عددی پدیدههای دریایی و طراحی مدلهای ریاضی مربوطه، تهیه اطلاعات مربوط به مختصات تراز نقاط مختلف کف دریا یا به عبارت بهتر ژرفاسنجی در محدوده مورد مطالعه است.

در همین رابطه جهت آمادهسازی اطلاعات عمقسنجی بکار رفته در مدل ریاضی مورد استفاده، از دو دسته نقشه هیدروگرافی با مقیاسهای بزرگ و کوچک برای ایجاد مدلهای منطقهای و محلی، تهیه شده از سازمان نقشه برداری کشور استفاده گردید. برای محاسبه مشخصات امواج آب عمیق در منطقه مطالعاتی از دادههای شبیهسازی شده امواج دریای عمان، حاصل شده از مطالعات پایش و مدلسازی بخشهایی از سواحل استان سیستان و بلوچستان که توسط سازمان بنادر و دریانوردی انجام شده، استفاده گردیده است. به دلیل اهمیت زیاد امواج در شکلدهی رژیم جریانات در منطقه مطالعاتی، این پارامتر بصورت مفصل در ادامه بررسی شده است. اطلاعات باد سینوپتیک موجود برای این پروژه شامل ایستگاههای اندازهگیری در چابهار و کنارک میباشد که به دلیل نزدیکتر بودن ایستگاه چابهار، دادههای مربوط به آن از سازمان هواشناسی کشور اخذ گردید.

دادههای این ایستگاه بصورت برداشتهای سه ساعته شامل سرعت و جهت باد از سال 1987 تا 2010 در دسترس است. گلباد سالیانه این ایستگاه در شکل a-2 نشان داده شده است. همچنین با توجه به اینکه خلیج چابهار به بندر رمین بسیار نزدیک است و اندازهگیریهای جزرومد در مدت زمان بیشتری نسبت به منطقه رمین در آن ثبت شدهاند، لذا به منظور تعیین نوع رفتار جزرومد از مشخصات پارامترهای اصلی هارمونیکی منطقه چابهار که در کتاب جداول جزرومد سازمان نقشه برداری ایران موجود میباشد، بهره گرفته شده است 

این مشخصات در جدول 1 ذکر گردیدهاند. با احتساب ضرایب جدول ذیل و رابطه ذکر شده در پیوست، رفتار جزرومد در منطقه رمین از نوع مختلط با تاثیر غالب پارامترهای نیم روزانه است. همچنین بررسیها و اندازهگیریهای انجام شده در منطقه رمین نشان میدهند که سرعت جریانهای ناشی از جزرومد در این منطقه کم است، به طوری که این جریانها سهم اندکی از رژیم غالب هیدرودینامیکی منطقه را نسبت به امواج تشکیل میدهند.

-2-3 امواج آب عمیق یکی از خصوصیات مهم اقلیمی مناطق ساحلی الگوی امواج منطقه است. تعیین مناسب و صحیح مشخصات امواج و گلموج محدوده مورد مطالعه، اهمیت قابل توجهی در موفقیت مطالعات پروژههای دریایی دارد. امواجی که در دریای عمان ظاهر میگردند، تحت تاثیر فرآیندهای متفاوتی از جمله: جبهههای هوایی موسمی 1، بادهای محلی و طوفانهای استوایی قرار دارند.

مهمترین امواجی که سواحل دریای عمان را تحت تاثیر قرار می-دهند، امواج دورآیی هستند که عمدتا در زمان موسمی تابستانی از اقیانوس هند و دریای عربی، از سمت جنوب به این سواحل نزدیک میشوند. منبع این امواج طوفانهایی هستند که در اقیانوس هند و دریای عربی شکل میگیرند اما به دلایل مختلف از جمله وجود شبه جزیره عربستان به عنوان یک مانع فیزیکی، اغلب سواحل غیر ایرانی منطقه را متاثر نموده و اثرشان بصورت امواج دورآ به سواحل جنوبی کشور منتقل میشود. همچنین از سمت غرب و جنوب غربی نیز امواجی با فراوانی وقوع بسیار کمتر وجود دارند که تحت تاثیر بادهای محلی دریای عمان شکل می-گیرند. گلموج سالیانه منطقه مطالعاتی در ناحیه آب عمیق در شکل b-2 نمایش داده شده است.

جدول :1 مشخصات پارامترهای اصلی هارمونیکی جزرومد در نزدیکترین ایستگاه به بندر رمین