بخشی از مقاله
خلاصه
مشخصات امواج ناشی از باد برای انجام هرگونه پروژه مهندسی ساحل و دریا مورد نیاز می باشد. روش های متعددی از قبیل روش های تجربی، مدل های عددی و محاسبات نرم برای پیش بینی امواج دریا توسعه یافته است. در این تحقیق از مدل عددی SWAN برای مدل سازی پارامتر های امواج در بندر انزلی استفاده شد. مقایسه نتایج به دست آمده با اطلاعات اندازه گیری شده توسط بویه انزلی نشان می دهد که مدل سازی انجام شده از دقت خوبی برخوردار است.
-1 مقدمه
برای طراحی سازه های ساحلی و انجام عملیات دریایی، پیش بینی پارامتر های امواج ضروری است. برای پیش بینی مشخصات امواج، روش های مختلفی از قبیل روش های تجربی، مدل های عددی و محاسبات نرم توسعه یافته اند. روش های تجربی مانند SMB [2], SPM [1] CEM [3] و Donelan [4] و مدل های عددی مانند WAM [7], Wavewatch III [6], Mike 21 [5] و SWAN [8] می باشند. نمونه هایی از ابزار محاسبات نرم عبارتند از: شبکه عصبی مصنوعی، سیستم استنباط فازی، درخت تصمیم گیری و الگوریتم ژنتیک.
تا کنون تحقیقات مختلفی در زمینه استفاده از مدل های عددی برای پیش بینی مشخصات امواج انجام شده است. - مانند [12], [11], [10], [9] [13] و . - [14] بنابراین در این مطالعه، از مدل عددی SWAN برای پیش بینی مشخصات امواج در بندر انزلی واقع در بخش جنوبی دریای خزر استفاده شده است.
-2 داده های موجود
در این مطالعه از میدان باد QuikSCAT با بزرگنمایی مکانی 0/25 درجه و بزرگنمایی زمانی 12 ساعت استفاده شده است. همچنین وقفه های موجود در اطلاعات ثبت شده توسط این ماهواره با درون یابی مکانی پر شده است. از داده های موج ساعتی ثبت شده توسط بویه انزلی واقع در 49/52 درجه شرقی و 37/549 درجه شمالی برای واسنجی و صحت سنجی مدل استفاده شده است. اطلاعات ژرفا سنجی با بزرگنمایی 0/0166 درجه در جهت X و Y استفاده شده است.
-3 مدل عددی SWAN
مدل عددی SWAN یک مدل نسل سوم است که سال 1999 در دانشگاه صنعتی دلفت هلند توسعه یافته است. این مدل برای هر دو هدف پیشیابی و پسیابی قابل استفاده و برای شبیهسازی امواج نزدیک ساحل بسیار مناسب میباشد. رشد چگالی کنش توسط معادله تعادل کنش موج کنترل میشود، که بهصورت زیر است:
N چگالی کنش، cx و cy به ترتیب سرعت انتشار در جهت x و y هستند. c سرعت انتشار در فضای σ و c سرعت انتشار در فضای θ را نشان می دهد. جمله S در سمت راست معادله، جمله چشمه از جملات چگالی انرژی است که نشان دهنده اثرات تولید، استهلاک و اندر کنش غیر خطی موج- موج می باشد.
مشخصات مدل مورد استفاده شامل شبکه مکانی منظم مستطیلی می باشد. بزرگنمایی این شبکه برای مدل کلی 0/1 درجه و برای مدل محلی 0/01 درجه در نظر گرفته شده است. شبکه طیفی شامل دو بخش، شبکه زاویه ای به صورت یک دایره کامل با 18 قطاع و شبکه بسامدی که به 20 قسمت به صورت لگاریتمی تقسیم شده، می باشد. ابتدا مدل سازی کلی در محدوده دریای خزر انجام شده و شرایط مرزی مربوط به مدل محلی استخراج گردید و سپس مدل سازی محلی انجام شد.
-4 انتخاب دوره های واسنجی و درستی سنجی
دوره های واسنجی و درستی سنجی به ترتیب از 23 مه تا 27 مه و از 15 ژوئن تا 21 ژوئن سال 2003 در نظر گرفته شده است. سری زمانی اطلاعات باد و موج مربوط به این دوره ها روند تغییرات مشابهی را برای سرعت باد، ارتفاع موج شاخص و دوره تناوب اوجی در دوره های واسنجی و درستی سنجی نشان می دهند. جدول های 1 و 2 مشخصات آماری باد و موج را به ترتیب در دوره های مذکور نشان می دهند.
جدول-1 مشخصات آماری باد و موج در دوره واسنجی
جدول -2 مشخصات آماری باد و موج در دوره درستی سنجی
-5 واسنجی مدل
به منظور واسنجی مدل از تغییر ضرایب اصطکاک بستر، شکست موج و سفیدک راس موج استفاده می شود. در این مدل سازی از تغییر ضریب سفیدک راس موج، که دارای بیشترین تاثیر بر دقت نتایج می باشد، جهت واسنجی استفاده شد. سری های زمانی مشخصات موج اندازه گیری شده و مدل سازی شده در دوره واسنجی در شکل های 2 و 3 نشان داده شده اند.
شکل -2 سری زمانی ارتفاع موج اندازه گیری شده و مدل سازی شده در دوره واسنجی
