بخشی از مقاله
چکیده
تنگه خوران در بخش شمالی جزیره قشم و بین سرزمین اصلی و جزیره قشم واقع شده است. پل خلیج فارس از بخش سرزمین اصلی به بندر پهل و از بخش جزیره قشم به بندر لافت منتهی می گردد. در این تحقیق بر اساس داده های جزرومدی منطقه مدلسازی جریان های جزرومدی و جریان های گردابی ناشی از ساخت پایه های پل خلیج فارس اجرا شده است. تغییرات تراز سطح آب، سرعت جریان و تغییرات الگوی جریان و تشکیل جریان های گردابه ای اطراف پایه های پل مدلسازی شده است.
مدلسازی جریانات جزرومدی در دو نقطه بندر خمیر و تنگه خوران نتایج مدلها واسنجی گردید. نتایج مدلسازی ها بیانگر کاهش تراز حدود 7 سانتی متر در بیشینه تراز در موقعیت پایه های پل خلیج فارس می باشد. با توجه به پایستگی جرم، با کاهش سطح تراز آب در پروفایل عرضی و کاهش سطح مقطع گذرا از تنگه خوران، سرعت سیال در مقطع افزایش یافته و به تناسب کاهش تراز افزایش سرعت رخ داده است. در بیشینه حالت، سرعت جریان در بین پایه های پنجم و ششم که در مرکز تنگه خوران واقع شده اند تا حدود 20 سانتی متر بر ثانیه افزایش می یابد.
مقدمه
با توجه به احداث سازه پایه های پل در دریا، جریانات گردابه ای در اطراف پایه های پل شکل می گیرد که می تواند مبحث آبشستگی در بستر و اطراف پایه ها را ایجاد نماید و همچنین در یک فاصله ی متعارفی از پایه ها ایجاد اغتشاش نماید و ناوبری شناورها را در این فاصله با مشکل مواجهه نماید. لذا در این تحقیق سعی بر آن است که با شبیه سازی این جریان ها، الگوی جریان بر پایه ها بررسی و راهکاری جهت کاهش این خسارات در نتیجه کاهش هزینه ها ارائه گردد. در ضمن مطالعات شبیه سازی کامپیوتری بسیار کم هزینه بوده و در زمانی بسیار کمتر نسبت به تحقیقات آزمایشگاهی و میدانی انجام می پذیرد.
با انجام این تحقیقات، شناخت بیشتری از جریانهای نزدیک ساحل در مدخل غربی تنگه خوران حاصل شده و با توجه به نقش مستقیم و غیر مستقیم این جریانها در سازه های دریایی، الگوی جریانات در اطراف پایه ها و محدوده تنگه خوران بررسی میگردد.
در این تحقیق در دوحالت مدلسازی ها انجام می شود که یک بار الگوی جریانات جزرومدی مطالعه می گردد و سپس اثر پایه های پل خلیج فارس در الگوی جریانات و ناوبری و ترسیب در کرانه ها مطالعه می گردد.
با انجام این تحقیقات، با شبیه سازی جریانات جزر و مدی در تنگه خوران شناخت بیشتری از جریانهای جزر و مدی در این منطقه حاصل شده و در این تحقیق به تعیین الگوی جریان منطقه پرداخته و با شبیه سازی پایه های پل خلیج فارس و تاثیر آن بر الگوی جریانات منطقه و مقایسه دو الگوی جریان می توان الگوی جریانات گردابه ای در اطراف پایه های پل را تعیین نمود و به تاثیرات پایه های پل خلیج فارس در منطقه پی برد و نیز با توجه به نقش مستقیم و غیر مستقیم این جریانها در سازه های دریایی، فرسایش و انتقال رسوب بنادر اطراف بررسی میگردد. در این زمینه ممکن است مخاطرات ناوبری در اثر جریانات گردابه ای در اطراف پایه های پل یکی از شاخص ترین مسایل مورد بررسی باشد. همچنین تغییرات الگوی جریان در کرانه های ساحلی منجر به سرزمین اصلی و یا جزیره قشم، می تواند الگوی رسوبی منطقه را تغییر دهد.
پیشینه تحقیق
جریان گردابی معمولا به یک جریان چرخشی ناشی از جریان جزرومدی گفته می شود. معمولا جریان گردابی به یک جریان جزرومدی گفته می شود که یک الگوی هارمونیک دارند و فقط در کانالهای خورها و شاخابه ها شکل می گیرند. در این جریانات یک گردابه های به صورت همگرایی و واگرایی در نواحی مختلف شکل می گیرند که معمولا یکی ساعتگرد و دیگری پادساعتگرد است.
در اثر قرار گیری اجسام صلب در درون سیال جریانی تشکیل می گردد که به صورت گردابه ای و حلقهای دور جسم صلب حرکت می کند که به جریان گردابه ای موسوم است. تغییرات مومنتوم ناشی از گردابه های آشفتگی منجر به پخش موج و استهلاک انرژی آن می گردد.
مدلسازی الگوی جریانات جزرومدی در برخورد با پایه های پل در خلیج جیاوژو چین با نرم افزار مایک در سال 2014 توسط پین لی و همکارن انجام شد و در ژورنال تحقیقتای Contintal Shelf ثبت گردید. در این تحقیق پل خلیج جیائوژو در سال 2011 ساخته شده است و طولی معادل 26,75 کیلومتر دارد. مدلسازی عددی بر اساس ابعاد واقعی پایه های پل و هیدروگرافی دقیق منطقه انجام گردیده است. در مدل پایه های پل به صورت جزایر در شرایط جزرومدی شبیه سایز گردیده است.
نتایج مدلسازی ها نشان می دهد که الگوی سرعت جریان جزرومدی در اطراف پایه های پل در فاصله حدود 200 متری پایه های تغییر می کند. اگرچه به صورت تک پایه ای اثر کمی بر الگوی جزرومدی می گذارد ولی در تجمیع این اثرات کم بر روی تمام پایه های پل می تواند الگوی جیران ورودی خلیج را ممتاثر سازد. در هنگام ساخت پایه های پل اختلاف تراز جزرومدی بین داخل خلیج و بیرون خلیج افزایش یافت به طوری که جریان جزرومدی منطقه به طور شاخصی در دهانه خلیج تغییر کرد. این مدلسازی ها با نرم افزار مایک صورت گرفته است. در این مدل نحوه المان بندی و تهیه مش ها به گونه ایست که در هر وجه از پایه های پل یک المان شکل بگیرد
شکل :1 مش بندی و تهیه فایل بسی متری جهت اجرای مدل در جیاوژو چین
بررسی هیدرولیک جریان و موج در تنگه خوران توسط مهدی شفیعیفر و همکارانش صورت گرفت که در این تحقیق، برای مدلسازی جریان در ناحیه تنگه خوران ابتدا یک بررسی کلی برای انتخاب شرایط مرزی مناسب صورت گرفت. مناسبترین نوع دادههای مرزی در این مدلسازی تغییرات جزرو مدی بود
خانم اسدی پرتو در یک تحقیقی شبیه سازی عددی الگوی جریان اطراف گروه پایه پل های دوتایی با نرم افزار-D3FLOW را در 1392 انجام داده اند.در این تحقیق میدان جریان اطراف گروه پایه پل دوتایی با نرم افزار D3FLOW- شبیه سازی شده است. گروه پایه پل دوتایی به صورت متوالی در کانال با بستر مسطح قرار گرفته اند. برای بستن معادلات ناویراستوکس مدل آشفتگی RNG k- مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج مدل عددی در خصوص پارامترهای خطوط جریان و سرعت با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد، که تطابقنسبتاً مناسبی را نشان داد.
منطقه مورد مطالعه
پل خلیخ فارس بین جزیره قشم در موقعیت بندر کاوه و سرزمین اصلی در بندر پهل قرار دارد. چند صد متر ابتدایی پل از ناحیه خشکی اجرا می گردد و پایه ها در خشکی اجرا می گردند. سپس بر اساس شرایط عمق و سایر نیروهای وارد بر پایه های پل تعداد 11 عدد پایه در ابعاد و اندازه های مختلف و با فواصل مختلف طراحی شده است. ابعاد پایه های پل دارای طول 45 متر و عرض تقریبی 20 تا 35 متر می باشند. در بعضی نقاط فاصله پایه ها حدود 100 متر است و در بعضی نواحی بیش از 200 متر می باشد. موقعیت و جانمایی پایه های پل و ابعاد و فواصل آنها در شکل2 نمایش داده شده است.مدلسازی ها در چند مرحله با ایجاد پایه های پل و بدون جانمایی پایه های پل انجام شده است و نتایج با هم مقایسه گردیده است.
شکل :2 تصاویر ماهواره ای و نقشه های جانمایی پایه های پل خلیج فارس
روش تحقیق و نتایج مدلها
برای مدلسازی جریانات جزرومدی از مدول HD نرم افزار مدل ریاضی Mike 21 استفاده می گردد . بسته نرمافزاری Mike21 یک مدل نسل سوم شبیهسازی فرآیندهای آبی است. حل معادلات بر مبنای روش حجم محدود بر روی شبکهبندی مثلثی نامنظم صورت میگیرد که با ریزکردن ابعاد شبکه در محدوده موردنظر، میتوان برآورد بهتری را بدست آورد. مزیت این نوع المانها انعطافپذیری بسیار مناسب آن در کاربرد المانهای مثلثی با طول اضلاع متفاوت در بخشهای مختلف محدوده برحسب میزان دقت مورد نیاز و همچنین اهمیت منطقه میباشد.
برای افزایش دقت محاسبات در محدوده پروژه و صرفه جویی در زمان لازم برای شبیه سازی عددی و همچنین استفاده هدفدار از اطلاعات عمقسنجی، در محدوده های دور از محل پروژه ابعاد مش درشتتر و در محدوده نزدیک به سایت پروژه ابعاد المانها ریزتر و با دقت بیشتری انتخاب می شوند.[1] دادههای لازم برای مدلسازی عبارتند از دادههای جزرومدی و هیدروگرافی ناحیه مورد مطالعه میباشد. دادههای هیدروگرافی از نقشههای با مقیاس 100000 و 5000 برگرفته شده است.
جهت مدل سازی جریانات جزرومدی در ناحیه مورد مطالعه و با استفاده از مدل مورد اشاره، ابتدا اطلاعات عمقسنجی - Bathymetry - و هندسه مدل معرفی میشود. اطلاعات هندسه و عمقسنجی مدل از جمله مهمترین اطلاعات مورد استفاده در مدلسازیهای مختلف میباشد. از آنجاییکه همواره بین افزایش دقت مدل و زمان اجرای آن رابطه معکوس برقرار است، در مرحله راهاندازی مدل، انتخاب شبکهبندی بهینه حائز اهمیت است. در شکل 3 نحوه مش بندی در حالتهای مختلف در تنگه خوران و اطراف پایه ها نشان داده شده است. همچنین نوسانات تراز آب در مرز شرقی جهت اعمال به مدل در شکل 4 نشان داه شده است.
شکل :3 مش بندی با افزایش المان ها در موقعیت پایه های پل
