بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مطالعه مکانیسم تجمع و آبشستگی رسوبات در اطراف موج شکن بندر جاسک به کمک مدل عددی
چکیده
در این مقاله برای مطالعه نحوه رسوبگذاری و فرسایش در اطراف موج نشکن بندر جاسک از روش عددی حجم محدود با استفاده از مدل نرم افزاری MIKE21/3 COUPLED MODEL FM استفاده گردیده است، دیتای مورد استفاده دیتای ارائه شده توسط سازمان بنادر و کشتیرانی استد. این دیتا به دلیل ارائه اطلسی بومی از ابهای ایران به عنوان مبنای مطالعات انتخاب گردید. الگوی انتشار امواج در مدول SW و جریانهای کرانه ای و جزرومد در مدل هیدرودینامیک HD و مدولی ST جهت دستیابی به نرخ انتقال رسوبات ماسه ای و تغییرات تراز بستر در محدوده ای که تحت تاثیر جریانها قرار دارد، به کمک داده های جمع آوری شده از منطقه مورد مطالعه شبیه سازی شده است. در نهایت تاثیر احداث موج شکن بر الگوی جریان و نرخ انتقال رسوب در منطقه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: انتقال ربوب ، موج شکن، بندر جاسک ، تحلیل طیفی، مدلسازی عددی
مقدمه : امواج و جریان های دریایی عوامل مهمی در تعیین هندسه سواحل و فرسایش و ترسیب در اطراف سازه های دریایی محسوب می گردند. این مسئله باعث شده که امروزه مهندسین سواحل و بنادر در پی بهترین روش مطالعه یعنی اجرای مدلهای عددی بر روی حوزه های کوچک و وسیع آبی برای پیش بینی شرایط آینده باشند. شهرستان جاسک در جنوب ایران و در شرق استان هرمزگان و تنگه هرمز واقع شده و از سمت جنوب و غرب به دریای عمان ، از شرق به شهرستان چاه بهار و از شمال به کهنوج و شهرستان میناب محدود می گردد.
و در مختصات جغرافیایی ۴۶"۵۷ طول شرقی و 3825 عرض شمالی قرار داردد. در این تحقیق برای مطالعه نحوه رسوبگذاری و فرسایش در اطراف این بندر از روش عددی حجیم محدود با استفاده از مدل نرم افزاری MIKE 21/3 COUPLED MODEL FM استفاده گردیده است.
الگوی انتشار امواج به کمک تکنیک کاملا طیفی" در مدول SW و جریانهای کرانه ای و جزرومد در مدل هیدرودینامیک HD به کمک داده های جمع آوری شده از منطقه مورد مطالعه شبیه سازی شده است. در نهایت تاثیر احداث موج شکن بر الگوی جریان و نرخ انتقال رسوب در منطقه قبل و بعد از احداث موج شکن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
دیتای موج و باد ورودی
گرچه چند مؤسسه معتبر در سالهای مختلف، اطلاعاتی را از شرایط امواج دور از ساحل در منطقه مورد نظر، ارائه کرده اند اما بعضا مغایرتهایی در این اطلاعات به چشم می خورد[1] پس از بررسی چهار دیتای مختلف متعلق به سازمان بنادر و کشتیرانی، موسسه هواشناسی انگلستان ، آمار باد ایستگاه سینوپتیک جاسک ، اطلاعات ماهوارهای QuickScat، نهایتاً آمار ارائه شده توسط سازمان بنادر و کشتیرانی به دلیل ارائه اطلس بومی از ابهای ایران به عنوان مبنای مطالعات انتخاب گردید.
این اطلس که شامل اطلاعات امواج (ارتفاع، پریود و جهت) و دیتای باد ناحیه در یک بازه ۱۱ ساله در فواصل زمانی ۶ ساعت می باشد توسط نرم افزار مایک و با استفاده از اطلاعات ایستگاههای سینوپتیک و داده های ماهواره ای TopeX و QuikSCAT اصلاح گردیده است.
آمار ارائه شده توسط سازمان بنادر و کشتیرانی از نظر جدید بودن و اعتبار، بر آمار دیگر برتری قابل توجهی دارد، با توجه به تحقیقات صورت گرفته بر روی طیفهای استاندارد و طیف بدست آمده از اندازه گیری های دستگاه موج نگار در خلیج فارسی، حداکثر چگالی طیفی حاصل از طیف پیرسون مسکویچ کوچکتر از طیف مشاهداتی می باشد.
در حالیکه طیف جان سواپ دارای پیک بسیار بزرگتری نسبت به طیف مشاهداتی است. همچنین بیش از ۹۵٪ اوقات شرایط دریا در خلیج فارسی کاملا توسعه یافته نمی باشد لذا استفاده از مدل طیفی پیرسون مسکویچ همراه با خطاهای بسیاری همراه بوده و استفاده آن توصیه نمی گردد [2]. بدینسان با استفاده از اطلاعات ۱۱ مساله پارامترهای موج سازمان بنادر و کشتیرانی و انتخاب طیف جان سواپ به عنوان طیف مبنای طرح، آنالیز انجام گردید. امواج نامنظم طیفی در مرز دور از ساحل در مدول SW تولید گردید و دو مرز شرقی و غربی مدل بصورت مرز جانبی لحاظ شدند. همزمان دیتای باد هم به عنوان ورودی مدولهای SW و HD استفاده گردید. در شکل ۱ گلباد ساخته شده توسط نرم افزار مایک در منطقه جاسک دیده می شود.
شکل ۱: گلباد ۱۱ ساله بر اساس آمار ارائه شده توسط سازمان بنادر و کشتیرانی
مدلسازی
در این مطالعه از مدولهای HD ،SW و ST جهت مدلسازی منطقه مورد مطالعه استفاده گردیده است.
MIKE 21 SW شامل یک مدل تولید کننده موج - باد طیفی مبتنی بر مشهای بدون سازمان می باشد. این مدل رشد، زوال و انتقال امواج محلی و دور آی ناشی از باد را در مناطق ساحلی و فراساحلی شبیه سازی می کند [3]. معادلات ریاضی به کار رفته در مختصات سیستم کارتزین مدول SW معادلات بقای چگالی طیف موج می باشند و با استفاده از روش حجم محدود بوسیله تکنیک سلولی مرکزی حجم محدود حل گردیده اند4.
N چگالی کنش موج، فرکانس زاویه ای نسبی ، T زمان ، (y وx) = در سیستم کارتزین و سرعت انتشار یک موج گروهی در فضای چهار بعدی است. دیفرانسیل چهار بعدی در فضای ترم منبع است. انتخاب محدوده اجرای مدل SW و یا به عبارت دیگر طراحی مدل منطقه ای، گام نخست در انجام مطالعات این بخش می باشد. ابعاد و محدوده مدل منطقه ای به محل قرار گیری مرز و وجود اطلاعات مرزی مدل بستگی خواهد داشت. منطقه مدل شده به ابعاد ۱۸۱۲۴ متر در ۲۵۶۰۳ متر می باشد و مشهای محاسباتی منطقه در سه سایز متفاوت انتخاب گردید. در جدول ۱ ابعاد در نظر گرفته شده برای هر قسمت ذکر گردیده است. در شکل ۲ نمایی کلی از محدوده مدل شده منطقه مورد مطالعه دیده می شود. شکل ۳ مش بندی ریز" انتخابی برای نواحی حساس تر در اطراف بندر را نشان می دهند.
جدول ۱: ابعاد مشی هابرای نواحی مختلف منطقه مورد مطالعه
در این تحقیقی شرایط مرز دور از ساحل به صورت وارد کردن طیف انرژی امواج ۱۱ ساله سازمان بنادر به مدل، متغیر در زمان و ثابت در مکان، لحاظ گردیده است. همچنین شرایط امواج در مرزهای جانبی به صورت متقارن در نظر گرفته شده است. مدولHD می تواند تغییرات سطح آب و جریانها را در هر مکان از منطقه مورد مطالعه بررسی نماید. وضعیت ارتفاع سطح آب و جریانها دردریاچه ها، خورها، خلیج ها و مناطق ساحلی در اثر وزش باد و اثرات جزر و مد بوسیله این مدول قابل بررسی می باشد.
ابعاد و محدوده مدل منطقه ای به محل قرار گیری مرز و وجود اطلاعات مرزی مدل بستگی خواهد داشت. با توجه به تمام این نکات و شرایط لازم برای محدوده مدل SW، مدلسازی محدوده مورد نظر انجام گرفته است.
سه مرز باز مدل بوسیله تراز آب بصورت متغیر در زمان و ثابت در مکان مشخص گردیده اند. اطلاعات مربوط به جزر و مد در محدوده مورد مطالعه برای سالهای ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷ از سازمان نقشه برداری تهیه گردید. مدول ST ابزاری است جهت دستیابی به نرخ انتقال رسوبات ماسه ای و تغییرات تراز بستر در محدوده ای که تحت تأثیر جریانها قرار دارد. در مدول ST دو فرمول بندی متفاوت جهت محاسبه نرخ انتقال رسوبات ماسه ای حاصل از جریانهای کرانه ای در شرایط هیدرودینامیکی وجود جریان و موج بکار گرفته شده است که عبارتند از (5،6)
• فرمول بندی STP جهت محاسبه نرخ انتقال بار کل
• فرمول بندی Bijker جهت محاسبه نرخ انتقال بار کل
بر اساس مطالب مندرج در طرح مطالعات اولیه منطقه مورد نظر توسط مشاورین، دانسیته رسوبات ۲٫۷۵، دمای آب ۲۵ درجه، اندازه متوسط دانه رسوبات میلیمتر، ضریب دانه بندی رسوبات ۱۸۵ و ضریب تخلخل ۰.۴ در نظر گرفته شد [1].
همچنین مقدار تغییرات ترسیب و فرسایش در ۸ مکان مشخص در اطراف بازوهای موج شکن و ورودی آن اندازه گیری شده است. در این مدلسازی اثر همزمان امواج و جریان ها نیز لحاظ گردیده است. خروجیهای ۲۴ ساعت اولیه مدول های SW و HD بدلیل از بین بردن خطای زمان گرم شدن مدل حذف گردیده و اجرای مدول ST، ۲۴ ساعت پس از آغاز اجرای دو مدول دیگر آغاز می گردد.
شکل ۲: نمایش کل محدوده مدل شده بندر جاسک
شکل ۳: نمایی بزرگتر از بندر و نمایش مش بندی اطراف آن
