و زلالي چشمه هستند.
با تشکر و سپاس از استاد ارجمندم، جناب آقاي دکتر خسرو حسيني که با تلاشهاي دلسوزانه خود مرا در طي نمودن مسير اين تحقيق ياري رساندند و همواره با نظرات و راهنماييهاي خود روشنگر راهم بودند.
چکيده
سواحل درياها بدون دخالتهاي انساني، پايداري طبيعي خود را حفظ نموده و عليرغم تغييرات کوتاه مدت، نهايتاً با يک محيط زيست سالم ساحلي مواجه هستيم. منطقه اميرآباد مازندران طي سالهاي اخير با تحولات توسعهاي از جمله احداث بندر اميرآباد همراه بوده و لذا تغييرات خط ساحل اين منطقه در سالهاي اخير، هم ناشي از نوسانات دريا و هم حاصل احداث سازه در منطقه ميباشد. سواحل منطقه اميرآباد به دليل احداث تأسيسات بندري از وضعيت تعادل و پايداري خارج شده و در سواحل بالادست(ضلع غربي)و پاييندست(ضلع شرقي) به ترتيب رسوبگذاري و فرسايش ديده ميشود. منطقه ويژه اقتصادي اميرآباد در سه فاز طراحي شده، که در مجموع با داشتن 34 پست اسکله در آينده نزديک به بزرگترين و مهمترين بندر حاشيه درياي مازندران تبديل ميگردد. با توجه به اينکه بندر اميرآباد در حال توسعه بوده، شناختي کاربردي و مناسب از مشخصات اين منطقه امري ضروري است. به دليل هزينه بالاي برداشتهاي دريايي به صورت گسترده، امروزه با بالارفتن سرعت پردازش رايانهها و نيز رشد روشهاي عددي براي حل معادلات حاکم بر فيزيک مسأله، معمولاً جهت پيشبيني خصوصيات پديدههاي هيدروديناميکي از شبيهسازي عددي استفاده ميگردد. در اين تحقيق، با توجه به اطلاعات باد و موج دوره زماني 11 ساله مربوط به سالهاي 1992 تا 2003، به بررسي امواج و جريانهاي ناشي از آنها در محدوده بندر اميرآباد با استفاده از مدولهاي SW و HD نرمافزار MIKE 21 پرداخته شده و بر اساس جريانهاي کرانهاي، نرخ انتقال رسوب کرانه ناشي از موج در اين منطقه تعيين گرديده است. بر اساس نتايج مدل جريان، الگوي غالب جريان از سمت غرب به شرق و بر عكس ميباشد. به تبعيت الگوي جريان، انتقال رسوب در منطقه نيز از سمت غرب به شرق و بر عكس ميباشد. نرخ انتقال رسوب در مدل دو بعدي حدود 1000 مترمكعب از سمت غرب به شرق و حدود 500 مترمكعب از سمت شرق به غرب در يک سال ميباشد. بر اساس شواهد تصاوير ماهوارهاي و بررسي تحقيقات گذشته، پتانسيل نرخ انتقال در سمت غرب تأمين ميگردد و لذا پتانسيل سمت شرق برآورد نميگردد.
با توجه به ميزان نشست رسوب، توقع مي‏رود تا ده سال آينده ظرفيت حجم رسوب در پشت بازوي غربي پر نگردد و از اين حيث نگراني كوتاهمدت وجود ندارد. جهت مرتفع نمودن اين مشكل در بلند مدت ميتوان از لايروبي و يا ساخت رانه رسوبگير استفاده کرد. در اين پروژه، با احداث يك رانه رسوبگير در امتداد بازوي غربي، به رفع مشكل پرداخته شده، كه با توجه به نرخ نشست ساليانه حدود 1500 مترمكعب در سال حدود 200 سال مشكل انتقال در سمت غرب بندر اميرآباد مرتفع ميگردد.
واژههاي کليدي : بندر اميرآباد ، باد و موج ، رسوب و فرسايش ، مايک 21
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه7
1-1- مقدمه8
1-2- بيان مسئله تحقيق9
1-3- اهميت و ضرورت انجام تحقيق10
1-4- نوآوري تحقيق12
1-5- اهداف تحقيق12
1-6- فرضيات تحقيق و محدوديتها13
1-7- روششناسي تحقيق14
1-8- ساختار فصول پاياننامه15
فصل دوم : تعاريف و مروري بر منابع17
2-1- مقدمه18
2-2- تعاريف18
2-2-1- محيط ساحلي18
2-2-2- امواج ثقلي سطح18
2-2-3- انرژي موج18
2-2-4- توان موج19
2-2-5- انعکاس موج19
2-2-6- اثرات باد19
2-2-7- تنش تشعشعي20
2-2-8- امواج ايستا20
2-2-9- شکست موج20
2-2-10- انکسار موج22
2-2-11- تفرق موج22
2-2-12- سرعت گروه موج22
2-2-13- تسونامي23
2-2-14- جريان‌هاي ساحلي23
2-2-15- فرآيندهاي ناحيه ساحلي23
2-2-16- نيمر‌خ ساحلي و تغييرات آن24
2-2-17- نيمرخ تابستاني ونيمرخ زمستاني24
2-2-18- سازه‌هاي عمود بر ساحل24
2-2-19- سازههاي موازي ساحل26
2-2-20- احياء ساحل و تخليه رسوب26
2-2-21- مباني نظري27
2-3- مروري بر ادبيات موضوع27
فصل سوم: روش تحقيق 34
3-1- مقدمه35
3-2- معرفي نرمافزار35
3-2-1- مدولهاي نرمافزار مايک 2136
-2-2-3 قابليتهاي نرمافزار مايک 2137
3-3- مراحل اجراي مدل و معادلات بکار رفته در مدولها39
1-3-3- مدلسازي انتشار امواج- مدول SW40
3-3-1-1- معادلات پايه در مدل sw…………………………………………………………………………………………….43
3-3-1-2- معادلات پايستگي كنش موج………………………………………………………………………………………….43
3-3-1-3- توابع مربوطه به چشمه……………………………………………………………………………………………………44
3-3-1-4- ورودي باد………………………………………………………………………………………………………………………..44
3-3-1-5- تشكيل سپيدک رأس موج………………………………………………………………………………………………45
3-3-1-6- اصطكاك بستر………………………………………………………………………………………………………………..46
3-3-1-7- شكست موج……………………………………………………………………………………………………………………49
3-3-1-8- شرايط مرزي…………………………………………………………………………………………………………………50
3-3-2- مدول هيدروديناميک (HD )50
3-3-3- مدول انتقال رسوب ( ST )53
3-4- منطقه مورد پژوهش58
1-4-3- جغرافياي خزر58
3-4-2- موقعيت بندر اميرآباد59
3-5- مشخصات باد و موج منطقه63
3-6- مشخصات توپوگرافي و عمقنگاري منطقه66
فصل چهارم: نحوه برپايي و اجراي مدلها 71
4-1- مدلسازي انتقال موج از آب عميق تا محدودهي مطالعاتي بندر72
4-2- تعيين گام زماني حل معادلات75
-3-4 ضرايب ثابت مدلسازي75
4-4- اجراي مدل و خروجيهاي نرمافزار76
4-5- بحث ونتيجهگيري ازخروجي مدلها77
4-5-1- خروجي مدل موج و جريان77
2-5-4- نتايج خروجي مدل رسوب88
4-5-2-1- پتانسيل انتقال رسوب از غرب به شرق…………………………………………………………………………..88
4-5-2-2- پتانسيل انتقال رسوب از شرق به غرب…………………………………………………………………………..90
4-5-2-3- پتانسيل انتقال رسوب در دهانه بندر……………………………………………………………………………….92
4-6- بررسي شواهد ميداني و تحقيقات گذشته94
-1-6-4 ارزيابي نحوه جابجايي خطوط ساحلي از سال 1345 تا سال 138394
4-6-2- ارزيابي نحوه جابجايي خطوط ساحلي از سال 1383 تا سال 139198
فصل پنجم: نتيجه گيري وپيشنهادها 101
5-1- بحث و نتيجهگيري102
5-2- پيشنهادات و راهکارها104
5-2-1- پيشنهادات104
2-2-5- راهکارها105
منابع107
فهرست شکلها
شکل (‏2-1) طيف نمونه انر‍‍‍ژي موج اقيانوسي19
شکل (‏2-2) نحوه تشکيل امواج ايستا20
شکل (‏2-3) رده بندي شکست موج22
شکل (‏2-4) آبشکنهاي عمود بر ساحل25
شکل (‏2-5) موجشکنهاي موازي ساحل26
شکل (‏2-6) موقعيت بندر اميرآباد در سواحل جنوب شرقي درياي خزر30
شکل(‏3-1) موقعيت بندر اميرآباد در سواحل جنوب شرقي درياي خزر59
شکل( ‏3-2) بندر اميرآباد61
شکل (‏3-3) طرح توسعه بندر اميرآباد62
شکل (‏3-4) نمايش گلموج آب عميق در ناحيه مرزي64
شکل( ‏3-5) نمايش سريزماني موج آب عميق در ناحيه مرزي64
شکل (‏3-6) نمايش گلباد در آب عميق در ناحيه مرزي65
شکل (‏3-7)نمايش سريزماني باد در آب عميق در ناحيه مرزي66
شکل (‏3-8) عمق آب در حوالي بندر و فراساحل67
شکل (‏3-9) نقشه عمقنگاري با مقياس 1:500068
شکل (‏3-10) عمقنگاري در محدوده بندر69
شکل (‏4-1) نحوه ساختار شبکهبندي عمقنگاري جهت انتقال موج74
شکل (‏4-2) نحوه ريزشدن شبکهبندي عمقنگاري در محدوده بندر74
شکل (‏4-3) موقعيت استخراج مشخصات موج از ناحيه آب عميق تا محدوده بندر78
شکل (‏4-4) الف تا ي ،گلموجهاي استخراج شده از ناحيه آب عميق تا محدوده بندر79
شکل (‏4-5) سريزماني مشخصات موج استخراج شده از ناحيه آب عميق تا محدوده بندر84
شکل (‏4-6) لف و ب نمونههايي از الگوي انتشار جريان از شرق به غرب در محدوده بندر در سال199685
شکل (‏4-7) الف و ب ، نمونههايي از الگوي انتشار جريان از غرب به شرق در محدوده بندر در سال 199687
شکل (‏4-8) مقطع عمود بر ساحل غربي محدوده بندر89
شکل (‏4-9) نرخ انتقال رسوبات عبوري از مقطع عمود بر ساحل غربي محدوده بندر89
شکل (‏4-10) مقطع عمود بر ساحل شرقي محدوده بندر91
شکل (‏4-11) نرخ انتقال رسوبات عبوري از مقطع عمود بر ساحل شرقي محدوده بندر91
شکل (‏4-12) مقطع مقابل دهانه ورودي بندر93
شکل (‏4-13) نرخ انتقال رسوبات عبوري از مقطع مقابل دهانه بندر93
شکل (‏4-14) وضعيت تغييرات خط ساحل در منطقه بندر اميرآباد در بازه زماني 1345 تا 138395
شکل (‏4-15) مقايسه تغييرات خط ساحلي در شراط احداث و عدم احداث بندردر بازه زماني 1345 تا 138397
شکل (‏4-16) وضعيت تغييرات خط ساحل در منطقه بندر اميرآباد در بازه زماني 1383تا 1391 در دو ضلع شرقي و غربي99
شکل (‏5-1) نمونه اي از اطاله بازوي اصلي بندر اميرآباد جهت ترفيع مشكل انتقال رسوب از سمت غرب به سمت دهانه بندر103
فهرست جداول
جدول ‏4-1- ارزيابي مختصات نقاط و فاصله آنها از بندر77
جدول ‏4-2- ارزيابي تغييرات در ضلع شرقي بندر در بازه زماني 1345 تا 138396
جدول ‏4-3- ارزيابي تغييرات در ضلع غربي بندر در بازه زماني 1345 تا 138396
فصل اول:
مقدمه
1-1- مقدمه
سواحل تحت تأثير عوامل مختلفي مانند موج، جريان و باد قرار دارند. اين عوامل موجب فرسايش و رسوبگذاري در سواحل ميشوند. يکي از مهم‌ترين و مؤثرترين فرآيندهاي انتقال رسوب در مناطق ساحلي، انتقال رسوب كرانه‌اي1 مي‌باشد و بررسي كيفي و كمي اين پديده سبب درك بهتري از رژيم فرسايش و رسوبگذاري در اطراف بندر و سازه‌هاي ساحلي ميگردد. سرعت و جهت جريان‌هاي دريايي يکي از اصلي‌ترين پارامترهاي هيدروديناميکي موثر در انتقال رسوب مي‌باشند. جريان‌هاي كرانه‌اي به سبب تأثيرات متقابل موج و بستر دريا، در ناحية شكست امواج2 ايجاد ميگردند. در اين ناحيه گراديان ايجاد شده در تنش‌هاي برشي سبب تشكيل جريان‌هاي كرانه‌اي ميگردد، كه اين جريان‌ها در انتقال بار رسوبي محدودهي ساحلي نقش عمده‌اي به عهده دارند. منطقه شکست از لحاظ پديدههاي هيدروديناميکي، فعالترين ناحيه ساحلي است که در آن انتقال رسوب و تغييرات بستر دريا در اثر امواج شکنا و جريانهاي نزديک ساحل به وقوع ميپيوندد. در نزديکي ساحل، عمق متغير آب ميتواند تغييرات عمدهاي در شرايط موج در فاصله کم ايجاد کند. در واقع پارامتر مهم فيزيکي، عمق آبي است که امواج سطحي روي آن حرکت ميکنند. در طبيعت، عمق آب ثابت نيست و در اثر گردباد، خيزش طوفان يا ديگر دلايل، تغيير ميکند. اين تغييرات سطح آب، بر الگوي شکست موج تأثير ميگذارد. در ناحيه شکست ميبايست تغييرات موج، تراز سطح آب و مشخصات جريانهاي ساحلي محاسبه شود تا بر اساس آنها امکان برآورد تخريب ناشي از طوفان( ناشي از سيلاب يا امواج )، محاسبه تغييرشکل تدريجي خط ساحلي و تغيير شکل پروفيل عمود بر ساحل و طراحي ايمن سازههاي ساحلي ( همچون آبشکنها و ديوارههاي حفاظت ساحلي) فراهم گردد[1].
امواج که به ساحل نزديک ميشوند تحت تأثير پديدههايي نظير تفرق و شکست، انرژي آنها افزايش يافته و ميتوانند پديدههاي فرسايش را تسريع بخشند. از عوامل مؤثر بر فرسايش سواحل، دخالتهاي انساني و ساخت سازههاي ساحلي است، چنانچه اين سازهها به درستي جانمايي نگردند، ميتوانند اثرات تخريبي قابل توجهي به ساحل و فرسايش آن داشته باشند.
امروزه بههمخوردگي شرايط طبيعي سواحل و فرايندهاي ساحلي، تحت تاثير ساخت و سازهاي بندري و نيروگاههاي مولد انرژي بطور فزاينده درناحيه ساحلي درياها و اقيانوسها جريان دارد. بهويژه در سواحل جنوبي درياي خزر در طي 30 سال اخير، توأم با پيشروي آب دريا، ساختوساز و دخلو تصرف در اين عرصه طبيعي به شدت صورت گرفته است .ضرورت مطالعه اين تغييرات که ناشي از عوامل طبيعي و انساني و تأثير متقابل آنها ميباشد، در زمينه مديريت نواحي ساحلي بسيار حائز اهميت است.
يکي از نرمافزارهاي موجود براي تحليل جريان و پتانسيل نرخ انتقال رسوب، نرمافزار Mike 21 مي‏باشد. اين نرمافزار توسط موسسه تحقيقات دلفت دانمارک تهيه و گسترش يافتهاست که ميتواند الگوي جريان در بخشهاي مختلف ناشي از تغيير عمق جريان در ناحيه ساحلي و همچنين پديده حمل رسوب را به خوبي مدل نمايد. با استفاده از اين نرمافزار ميتوان تغييراتي که در خط ساحل در اثر احداث سازهها و هرگونه دخل و تصرف انساني تعيين نمود.
1-2- بيان مسئله تحقيق
منطقه ساحلي جاييست که موج، بستر را حس ميکند و انتهاي اين ناحيه ساحلي بالاروي موج روي ساحل است. موج در بيرون از ناحيه ساحلي به دليل عدم تماس با بستر متقارن است و با ورود به ناحيه ساحلي دچار آشفتگي شده و بعد از شکست، آشفتگي موج زياد ميشود و بسته به ارتفاع موج، دورهتناوب موج و نوع ساحل به شکلهاي مختلف مي‏شکنند. بطورکلي چهار نوع اصلي براي شکست امواج در نظر گرفته ميشود که عبارتند از آشفته، چرخان، ريزشي و لغزان. در اثر شكست امواج در ناحيه كم عمق ساحلي، جريان كرانهاي ايجاد ميشود كه علت اصلي جابجاييها و نقل و انتقال رسوب در سواحل ميباشد. مطالعه هيدروديناميکي مناطق ساحلي اولين قدم در طراحي سازههاي ساحلي است و ريخت شناسي سواحل، انتقال رسوب، فرسايش، انتشار و پخش آلودگي، از ديگر پديدههاي مرتبط با ساحل ميباشد. بخش مهمي از مطالعه هيدروديناميک معطوف به مطالعه جريانهاي ساحلي و بررسي علل ايجاد و الگوي آنها ميگردد. جريان‌هاي موازي با ساحل مسئول انتقال رسوب و آلاينده‌ها به موازات ساحل هستند و زماني كه انرژي خود را از دست بدهند يا به مانعي همچون موج‌شكن بندرها برخوردكنند، رسوب را برجاي ميگذارند و مشكلات جدي براي سازه‌هاي ساحلي ايجاد مي‌كنند[2و3].
در اين تحقيق با استفاده از نرمافزار MIKE 21 ، الگوي انتشار موج، جريانهاي موازي ساحل ناشي از موج و نرخ انتقال رسوب کرانهاي مدلسازي شده و در نهايت بر اساس برآورد نرخ انتقال رسوب کرانهاي، تغييرات ايجاد شده در خط ساحل درياي خزر در محدوده بندر اميرآباد مورد بررسي قرار ميگيرد.
1-3- اهميت و ضرورت انجام تحقيق
با توجه به اينكه مناطق ساحلي به ‌طور مستمر در تعامل با محيط آبي دريا و اقيانوس پيرامون قرار دارند، لذا شناخت رفتار محيط آبي دريا و اقيانوس پيرامون در شناخت رفتار سواحل ضروري است. سواحل هر كشور از نظر سياسي، نظامي، اجتماعي و اقتصادي از اهميت بسيار بالايي برخوردار است.
مناطق ساحلي علاوه بر اينكه داراي توان اقتصادي هستند، به عنوان پلي براي بهرهبرداري از منابع عظيم موجود در درياها و اقيانوسها عمل ميكنند. از اين رو حفاظت و عمران مناطق ساحلي داراي اهميت زيادي است. متأسفانه در كشور ما با وجود داشتن سواحل بسيار طولاني به عمران و حفاظت آنها اهميت زيادي داده نشده است و از اين نعمت خدادادي بهرهبرداري بهينه صورت نميگيرد. سواحل طبيعي درياها اگرچه ممکن است در فرآيندهاي طوفاني زمستانه دچار فرسايش شوند ولي با فرآوريهاي مناسب رسوبي تابستانه شکل هندسي اوليه خود را باز مييابند، اينگونه سواحل اصطلاحاً سواحل پايدار ناميده ميشوند و سواحلي که به دلايل مختلف و از جمله مهمترين آنها دخالتهاي انساني، مقاطع عرضي وخطوط ساحلي آنها دچار دگرگوني و تغييرات غير قابل بازگشت ميشود، را سواحل غيرپايدار مينامند. در اين ميان درياي خزر به دليل ماهيت نوسانات تراز آب در مقياسهاي فصلي، سالانه و بلندمدت، داراي ويژگيهاي خاصي در تعادل سواحل است که در واقع ارضاء پارامترهاي مرتبط با ايجاد سواحل پايدار را در طرحهاي توسعهاي با چالشهاي بيشتري در مقايسه با درياهاي آزاد مواجه مينمايد. بنابراين شناسايي وضعيت سواحل جنوبي درياي خزر از لحاظ ويژگيهاي فرسايشپذيري و رسوبگذاري براي تعيين مناطق حساس و ناپايدار در مقابل نواحي رسوبي فعال و پايدار به منزله مسئله اصلي است.
افزايش سطح تراز آب درياي خزر طي 30 سال اخير به ميزان 1.5 متر (طي سال 1357 تا 1387)
مشكلات بسيار عمدهاي را براي كاربريها و جوامع انساني حاشيه درياي خزر به وجود آورد[2]. درحقيقت توسعه نيروهاي هيدروديناميكي دريا به صورت امواج فرساينده و جريانهاي ساحلي ناشي از آن با پيشروي آب دريا در محدوده اراضي خشك ساحلي، شرايط شدت آسيبپذيري فرسايشي مناطق ساحلي را افزايش داد. بنابراين نوسانهاي سطح تراز آب، امواج و جريانهاي ساحلي به منزله عوامل موثر بر فرسايشپذيري مناطق ساحلي درياي خزر محسوب ميشوند و عكسالعمل ساختاري سواحل با توجه به ماهيت رسوبشناختي و ساختار فيزيكي متفاوت، عامل بسيار مهمي در ميزان شدت ناپايداري است.
با انجام اين تحقيقات، شناخت بيشتري از جريانهاي نزديک ساحل ناشي از شکست موج حاصل شده و با توجه به نقش مستقيم و غيرمستقيم اين جريانها در سازههاي دريايي، فرسايش ساحل و انتقال رسوب، مسائل زيستمحيطي و مطالعه صيد و شيلات و از جمله نقش مهم آن در تأثير اين جريانها بر فعاليتهاي نفتي وگازي در منطقه مورد بررسي، ضرورت انجام اين تحقيق کاملأ محسوس به نظر ميرسد.
1-4- نوآوري تحقيق
در سالهاي اخير در بنادري مانند بندرانزلي، بندرنوشهر و بندرکياشهر در درياي خزر مطالعاتي در زمينه جريانهاي ناشي از موج انجام گرفته است. براساس اين تحقيق مي‌توان ميزان نشست رسوب در طرفين موج‌شکن‌هاي بندر را ارزيابي نمود و عمر مفيد بندر را تقريب زد. در صورت وجود شرايط بحراني که در انتهاي مدلسازي‌ها منتج ميگردد، دستک رسوب‌گير براي تثبيت شرايط ساحلي و ساير مباحث کنترل رسوب پيشنهاد ميگردد. همچنين بر اساس ميزان نشست رسوب در دوره‌هاي مختلف ساليانه و چندساله که از نتايج مدلسازي استخراج ميگردد، مي‌توان دوره‌هاي لايروبي و احجام لايروبي را برآورد نمود.
بررسي الگوي رسوب به صورت گرافيکي و نمايش دوبعدي جهت تجسم کردن الگوي واقعيت فرسايش و نشست رسوب در محدوده بندر از نوآوري‌هاي اين تحقيق مي‌باشد.
1-5- اهداف تحقيق
اهداف مورد نظر در اين تحقيق شامل تعيين وضعيت خط ساحل در منطقه بندري اميرآباد شرايط کنوني و گذشته و ارزيابي ميزان و روند تأثير سازههاي بندري و نوسانات درياي خزر در بازه زماني مورد مطالعه ميباشد. هدف اصلي اين پروژه ارائه يک مدل جهت بررسي الگوي موج، جريان ناشي از موج و بررسي پتانسيل نرخ انتقال رسوب در اطراف بندر اميرآباد مي‌باشد.
در اين تحقيق، تغييرات و تبعات ايجاد شده در خط ساحل درياي خزر در اثر احداث بندر اميرآباد مورد بررسي قرار ميگيرد. مکانهايي از ساحل که در اثر تغييرات دچار فرسايش و رسوبگذاري ميگردند، شناسايي ميشوند و در ادامه راهکارهاي مقابله با پديدهها بررسي و راهکارهاي علاج بخشي ارائه خواهد گرديد.
1-6- فرضيات تحقيق و محدوديتها
در اين تحقيق به اطلاعات عمقسنجي مکان منطقه(نقشه منطقه)، اطلاعات باد و موج منطقه بندر نياز داريم که كليه اطلاعات لازم مربوط به مکان بندر، از سازمان نقشه برداري کشور واقع در تهران و اطلاعات مربوط به باد و موج از سازمان بنادر وکشتيراني و اطلاعات مربوط به عمقسنجي از دفتر مطالعات درياي خزر در ساري تهيه شده است.
– فرضيات تحقيق عبارتند از :
در اين مدلسازي نرمافزار مناسب چه نرمافزاري است؟
مدل مش در اين پروژه به صورت يکنواخت ميباشد يا غيريکنواخت؟
آيا ميتوان رسوبگذاري و فرسايش را توسط نرمافزار مدلسازي کرد؟
پيشبيني نرخ فرسايش و رسوب آيا به کمک مدلهاي رياضي امکانپذير است؟
امکان اصلاح در سازه توسط مدلهاي رياضي قابل انجام هست يا خير؟
در مدلسازي، از رسوبات چسبنده استفاده شدهاست يا غيرچسبنده؟
در مدلسازي، اندازه دانهها ثابت است يا متغير؟
– محدوديتهاي تحقيقق عبارتند از :
عدم شناخت مشخصات واقعي جريان
عدم شناخت خصوصيات بستر
عدم مدلسازي کلي پديدههاي جريان توسط مدل رياضي
مدلسازي دو بعدي جريان نميتواند پديدههاي سه بعدي را به خوبي مدلسازي کند.
1-7- روششناسي تحقيق 3
در اين تحقيق از مدلسازي عددي با نرمافزار MIKE 21 استفاده شده است (مطالعهي بندر اميرآباد واقع در بهشهر استان مازندران). با استفاده از اطلاعات موجود، نمونه برداريهاي متعدد، عکسهاي هوايي، سيستم از راه دور و… شرايط اوليه برپايي مدل بدست آمدهاست. سپس با اجراي مدل و استخراج پارامترهاي موج، جريان و رسوب، الگوي موج، جريان و نرخ انتقال رسوب منطقه تعيين گرديده، که با توجه به نتايج به دست آمده راهکارهاي علاج بخشي پيشنهاد ميگردد.
در اين تحقيق بر اساس شواهد تصاوير ماهوارهاي و بررسي الگوي کلي موج و رسوب منطقه، الگوي غالب امواج شمال و شمالغربي است و بيشتر رسوبات در سمت بازوي اصلي يعني بازوي غربي موجشکن قرار دارند. لذا توقع ميرود که در نهايت الگوي موج و جريان ناحيه ساحلي نيز از اين روند تبعيت کند و انتقال خالص رسوب منطقه بدون در نظر گرفتن سازه از غرب به شرق پيشبيني ميگردد که با در نظر گرفتن سازه يقيناً پشت بازوي غربي تجمع رسوبي بيشتري داريم.
مدل عددي MIKE 21 يكي از شناختهترين مدلهاي رياضي مطرح در جهان در تحليل پديدههاي حاكم بر محيط درياست. اين برنامه كامپيوتري كه توسط انستيتو هيدروليك دانمارك و با همكاري انستيتو كيفيت آب پايهريزي و به مرور زمان تكميل و توسعه يافته است، داراي قابليتهاي محاسباتي و گرافيكي بالايي در زمينه مدلكردن پديدههاي مربوط به خورها، درياچهها، نواحي كمعمق ساحلي،
خليجها و درياها ميباشد. اين نرم‌افزار سيستم جامعي براي مدلكردن جريان‌هاي آزاد دو بعدي است كه در آنها لايه‌بندي جريان سيال قابل صرفنظر باشد.
براي مدلسازي جريان لازم است اطلاعات مربوط به باد و موج منطقه جمعآوري گردد و همچنين مشخصات رسوب ساحل جهت مدلسازي به نرمافزار اعمال گردد. لازم به ذکر است که اطلاعات مورد نياز ديگر همچون سفيدک رأس موج، زبري بستر، اندازه دانهبندي و… از آرشيو دفتر مطالعات درياي خزر تهيه شده است.
1-8- ساختار فصول پاياننامه
مطالب اين تحقيق در 5 فصل تهيه شدهاست.
> فصل اول: در اين فصل ضمن بيان مقدمهاي، هدف از انجام اين تحقيق، فرضيات و اهميت تحقيق مشخص شدهاست.
> فصل دوم: در اين فصل تعاريفي از محيط ساحلي، امواج ، باد و تاثير آن در بوجود آوردن موج، تفرق، انکسار و انواع شکست موج و همچنين خلاصهاي از پيشينهي تحقيقات انجام شده در مورد بررسي تغييرات خط ساحل درياها ارائه ميگردد.
> فصل سوم: اين فصل به شرح كامل روش تحقيق و معرفي و تشريح مدل MIKE 21 اختصاص داده شده است.
> فصل چهارم: در اين فصل اطلاعات مورد نياز بندر اميرآباد كه ازسازمانهاي نامبرده، تهيه شده، جهت اجراي مدل بررسي شده و نتايج حاصل از تحقيق بيان شده است.
> فصل پنجم: در اين فصل نيز پس از بررسي نتايج، پيشنهادات و راهکارهايي براي به حداقل رساندن و مرتفع کردن تغييرات بوجود آمده ارائه ميشود.
> مراجع

2-
فصل دوم :
تعاريف و
مروري بر منابع
2-1- مقدمه
همواره براي تسريع در رسيدن به هدف و کوتاه شدن مسير، استفاده از تجربيات ديگران روش مفيدي است. در اين فصل به بيان تحقيقات و مطالعات انجام شده در زمينههايي مشابه با تغييرات خط ساحل در درياي خزر ميپردازيم، تا با اين کاربتوانيم به نتايج بهتر و مطمئنتري در اين تحقيق برسيم.
2-2- تعاريف
2-2-1- محيط ساحلي
خط ساحلي به عنوان مرز بين سطح خشکي و سطح توده آب نظير اقيانوس، دريا يا درياچه در نظر گرفته مي‌شود. مناطق ساحلي، نواحي از خشکي و دريا هستند که شامل خطوط ساحلي بوده و به اندازه کافي به طرف داخل خشکي و طرف دريا گستردهشده، جائي که فرآيندهاي مهم دريايي در آنجا فعال مي‌باشند[3].

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2-2-2- امواج ثقلي سطحي
وقتي که سطح توده‌اي از آب در جهت قائم دچار اغتشاش مي‌شود، نيروي ثقل در راستاي برگرداندن سطح آن به وضعيت تعادل عمل مي‌نمايد. برگشت سطح آب به حالت اوليه همراه با اينرسي بوده که باعث عبور آن از وضعيت تعادل شده و نوسان سطح را به همراه خواهدداشت. اين نوسان، سطح آب در مجاورت خود را مغشوش کرده و باعث انتشار موج به طرف جلو خواهد شد[4].
2-2-3- انرژي موج
انرژي مکانيکي در يک موج ثقلي سطحي عبارت از ترکيب انرژي‌هاي جنبشي و پتانسيل مي‌باشد[4].
2-2-4- توان موج
توان موج، عبارت از انرژي موج در واحد زمان است که در جهت انتشار موج، منتقل مي‌شود[4].
2-2-5- انعکاس موج
اگر بستر دريا افقي(هموار) نباشد، بخشي از انرژي موج برخوردکننده به طرف دريا منعکس خواهد شد[3].
2-2-6- اثرات باد
اگر مؤلفه سرعت باد در جهت انتشار امواج از سرعت موج بيشتر شود، باد باعث افزايش انرژي موج خواهد شد. چنانچه مؤلفه سرعت، کمتر از سرعت موج باشد يا باد در جهت مخالف انتشار امواج بوزد، باد مقداري از انژري موج راخواهد کاست. آشکارترين و معمولاً مهم‌ترين امواج موجود در ميان طيفهاي موج در دريا (به شکل2- 1توجه شود) عبارت از امواج ناشي از باد مي‌باشند[5].
شکل (2-1) طيف نمونه انر‍‍‍ژي موج اقيانوسي [5]
2-2-7- تنش تشعشعي
جريان افقي مقدار حرکت در يک محل مشخص متشکل از نيروي فشاري مؤثر بر صفحه قائم عمود بر جريان، بعلاوهي انتقال مقدار حرکت از صفحه قائم مورد نظر مي‌باشد، يا بعبارتي ديگر افزايش شدت اندازه حرکت با توجه به وجود يک موج را تنش تششعشعي گويند[4،3].
2-2-8- امواج ايستا
دو موج داراي ارتفاع و پريود يکسان ولي در حال انتشار در دو جهت مخالف (+/-) در طول محور x در نظر گرفته مي‌شوند. وقتي که اين دو موج ترکيب مي‌شوند، حرکت حاصل از اين دو موج، موج ايستا خواهد بود[5].
شکل (2-2) نحوه تشکيل امواج ايستا [5]
2-2-9- شکست موج
اگر يک موج در هر عمق آبي داراي ارتفاع کافي باشد، خواهد شکست. در آب‌هاي عميق براي يک موج با پريود مشخص، سرعت ذرات تاج متناسب با ارتفاع موج مي‌باشدو همچنين، سرعت موج مستقل از ارتفاع موج مي‌باشد. بنابراين وقتي ارتفاع موج افزايش يابد، سرعت ذرات تاج احتمالاً مساوي سرعت موج شده و موج خواهد شکست. در آب‌هاي کم‌عمق، با کاهش عمق آب، سرعت ذرات تاج افزايش يافته و از سرعت موج کاسته شده و ناپايداري و شکست موج حاصل مي‌شود.
شکست امواج در سواحل در سه رده، طبقه‌بندي مي‌شوند. اين سه حالت شکست به شرح زير است:
* ريزشي: وقتي که شکست شروع مي‌شود، اغتشاش و حباب هوا (کف) در تاج موج ظاهر شده و سپس در پايين جلوي وجه موج که به طرف ساحل منتشر مي‌شود، پخش مي‌شود. اغتشاش، در نتيجه کاهش يکنواخت نسبي در ارتفاع موج که از ناحيه خردشدگي امواج به طرف جلو منتشر مي‌شود، باعث استهلاک پيوسته انرژي خواهد شد.
* شيرجه‌اي: در اين حالت تاج موج به صورت يک زبانه در آمده که به طرف جلو مي‌پيچد و به پاي وجه موج شيرجه مي‌رود. عمل شکست و استهلاک انرژي در مقايسه با حالت ريزشي موج، بيشتر در نقطه شکست متمرکز است. زبانه شيرجه‌اي آب ممکن است دوباره امواج نامنظم‌تر کوچک‌تري را توليد نمايد که به طرف جلو منتشر مي‌شوند و به طور کامل در ساحل شکسته مي‌شوند.
* غلتشي: تاج و وجه جلويي موج تقريباً شکل غيرمتقارن خود را در حاليکه روي شيب ساحل مي‌غلتند، حفظ مي‌کنند. اين حالت شکست متمايل به شکل ايستايا منعکس شدهي موج مي‌باشد.
برخي از محققان يک رده انتقالي بين حالت‌هاي شکست ريزشي و غلتشي تحت عنوان فروريختگي در نظر مي‌گيرند[5،3].
شکل (2-3) ردهبندي شکست موج [5]
2-2-10- انکسار موج
هرگاه بخشي از تاج موج که در آب کمعمق وجود دارد، با سرعت آهستهتري نسبت به بخشي که در آب عميقتر است، به جلو منتشر شود. نتيجه اين پديده، خمش تاجهاي موج ميباشد، که به اين پديده انکسار گويند[5].
2-2-11- تفرق موج
وقتي که ارتفاع يک موج در يک نقطه در طول تاج موج، نسبت به نقطه مجاور، بز رگتر باشد، انرژي بطور جانبي در امتداد تاج موج منتقل ميشود که به اين پديده تفرق گويند[5].
2-2-12- سرعت گروه موج
يک مخزن با عمق ثابت و زياد که در آن يک گروه کوچک امواج آبهاي عميق توليد ميشوند، در نظر گرفته ميشود. همچنان که امواج در طول مخزن حرکت ميکنند، امواج جلويي گروه به تدريج کاهش ارتفاع پيدا کرده و اگر مخزن به اندازه کافي طويل باشد، اين امواج بطور متوالي محو ميشوند. در حاليکه امواج جلويي ارتفاع خود را از دست ميدهند، امواج جديد در عقب گروه شروع به رشد ميکنند. يک موج جديد در هر پريود موج ظاهر ميشود، به نحويکه تعداد کل امواج در گروه بطور پيوسته افزايش مييابد[4].
2-2-13- تسونامي
اصطلاح تسونامي که در زبان ژاپني به معني “موج بندر” است، براي امواج با پريود نسبتاً بلند ناشي از يک مجموعه اغتشاشات زير آبي، شامل زلزله، لغزش و فوران آتشفشان، بکار مي‌رود[3].
2-2-14- جريان‌هاي ساحلي
جريان‌هاي ساحلي توسط مکانيسم‌هاي مختلف ايجاد مي‌شوند:
1- امواج ناشي از باد، جريان‌هايي در طول ساحل در منطقه شکست ايجاد مي‌کنند.
2- جريان معکوس ناشي از جزر و مد در ورودي بندر و طول ساحل، رودخانه و دهانه خليج‌ها که ايجاد مي‌شوند.
3- باد بطور مستقيم توسط تنش‌هاي ناشي از باد روي سطح آب جريان‌هايي را ايجاد ميکند[5].
2-2-15- فرآيندهاي ناحيه ساحلي
رسوبات ساحل و کنار دريا بطور مستمر در واکنش به عملکرد مستقيم موج، جريان‌هاي کرانه‌اي ناشي از موج، جريان‌هاي ناشي از باد و جزر و مد و خود باد مي‌باشند. پايداري بخش رسوبي خط ساحلي به تعادل بين حجم رسوب موجود در آن قسمت و ظرفيت حمل رسوب خالص در نزديک ساحل، دور از ساحل و در طول ساحل توسط امواج، باد و جريان‌ها در آن قسمت بستگي دارد.
بادهاي شدتيافته در سواحل، جريان ساحلي موازي ساحل ايجاد ميکنند. جزر و مد در طول سواحل، جريان ساحلي معکوس را ايجاد ميکنند.
جريانهاي غالب در امتداد ساحل در ناحيه شکست امواج، توسط شکست امواج مورب ايجاد ميشوند. اين جريانهاي در امتداد ساحل ناشي از موج و آشفتگي ناشي از موج در ناحيه شکست امواج، عامل اصلي براي اکثر انتقالهاي رسوب در امتداد ساحل در ناحيه نزديک ساحل ميباشند[5،3].
2-2-16- نيمر‌خ ساحلي و تغييرات آن
امواجي که به يک ساحل ماسه‌اي مي‌رسند، شکسته شده و به سمت ساحل بالا مي‌روند و دائماً ساحل را تغيير شکل مي‌دهند. اين تغيير شکل‌هاي مداوم به اين دليل اتفاق مي‌افتد که مشخصات موج (ارتفاع، پريود و يا زاوية نزديک شدن) براي محدودهي زماني مشخص بندرت ثابت مي‌باشد[5].
2-2-17- نيمرخ تابستاني و نيمرخ زمستاني
در اکثر نقاط ساحلي، امواج طوفاني غالباً در ماه‌هاي زمستان روي داده و امواج آرام‌تر در تابستان اتفاق مي‌افتد. بنابراين عناوين نيمر‌خ‌هاي تابستاني و زمستاني اغلب جهت تعريف دو نوع نيمرخ بستر بکار مي‌رود[4].
2-2-18- سازه‌هاي عمود بر ساحل
اين گروه از سازه‌ها شامل آبشکن‌هايي هستند که در برابر رسوب انتقال يافته تله ايجاد ميکند. اين رسوبات شامل رسوب در طول ساحل در ناحيه شکست امواج يا رسوبي که به طور مکانيکي در ساحل و در جايي که پتانسيل انتقال رسوب امتداد ساحل وجود دارد، مي‌شود[5].
شکل (2-4) آبشکنهاي عمود بر ساحل

2-2-19- سازههاي موازي ساحل
موج‌شکن‌ها از جمله سازههاي موازي ساحل و دور از ساحل هستند که براي تثبيت سواحل احياء شده و احياء نشده ساخته شده‌اند. اين کار را معمولاً مي‌توان با ساخت مجموعه‌اي موجشکن با فاصله‌هاي ميان خود که طولي تقريباً برابر با طول موج‌شکن‌ها دارند، انجام داد[5].
شکل (2-5) موجشکنهاي موازي ساحل
2-2-20- احياء ساحل و تخليه رسوب
احياي ساحل، عبارتست از، انتقال ماسه از بعضي منابع به ساحلي که بايد احياء شود. اگر منبع ماسه، نهشته‌اي رسوبي در امتداد ساحل بوده و انتقال به صورت استقرار اين ماسه در بعضي از نقاط پاييندست سازه‌اي که موجب رسوبگذاري شده، باشد، اين شکل از احياي ساحل معمولاً کنارگذر رسوب ناميده مي‌شود. انواع سازه‌هايي که معمولاً بيشتر در احياي پروژه‌هاي ساحل به کار گرفته مي‌شوند، آبشکن‌ها يا قطعات موجشکن‌هاي دور از ساحل براي طول‌هاي کوچک‌تر مي‌باشند[5].
2-2-21- مباني نظري
نقش بسيار مهم حمل و نقل دريايي و وجود منابع سرشار نفت و گاز و و مواد پروتئيني در آب‌هاي اطراف کشور از يک طرف و وجود صدها کيلومتر مرز آبي در شمال و جنوب، از طرف ديگر، لزوم احداث بنادر و ساخت سازه‌هاي مختلف دريايي را ضروري مي‌سازد.
احداث سازههاي ساحلي عموماً بر روند طبيعي تأثيرگذاري متقابل دريا و ساحل تأثير گذاشته و منجر به رژيم هيدروديناميک و مورفولوژي منطقه ميگردد. اين تغييرات به دليل برهم خوردن تعادل موجود ما بين تمامي عوامل و پديدههاي جاري بر طبيعت منطقه طرح که طي ساليان متمادي شکل گرفته است، رخ ميدهد.
از اينرو ساخت سازههاي ساحلي امري ضروري به نظر ميرسد، از طرفي ديگر تغييرات ساحل پس از ساخت سازه ساحلي اجتناب ناپذير ميباشد، پس بايد طوري برنامه ريزي کرد که بهترين بهره را با کمترين مشکل داشته باشيم.
2-3- مروري بر ادبيات موضوع
تاکنون تعداد زيادي از روشهاي تجربي و همچنين مدلسازي عددي براي جريانهاي ناشي از موج و انتقال رسوب ناشي از جريان به موازات ساحل توسط محققين مختلف صورت گرفته است. در ادامه شرح مختصري از کارهاي انجام شده در ايران و جهان در زمينه مطالعات رسوب و مدلسازي انتقال رسوب و جريان ارائه ميگردد.
1- Vargasو همکاران، 2001 ، به بررسي راه علاجبخشي براي جلوگيري از صدمات بيشتر به سازههاي ساحلي واقع در ساحل بوتافوگو برزيل با روش مدل امواج بوسينسگ از بسته نرمافزار مايک 21 پرداختند، بطوريکه آنها موجشکني به طول 600 متر را براي محافظت ساحل ارائه کردند[6].
2- J?rgensenو همکاران، 2001 ، انتقال رسوب در بندر هانسولم در کشور دانمارک را پس از ساخت بندر ارزيابي کردند، که پس از مدلسازي با نرمافزار مايک 21 شاهد رسوبگذاري در دهانه ورودي بندر بعلت جهت وزش باد غالب بودند، که براي مرتفع کردن اين مشکل از يک موجشکن استفاده کردند[7].
3- Ciprianiو همکاران، 2003 ، به بررسي تغييرات ساحل درسواحل فرينز در کشور ايتاليا پرداختند. بطوريکه ساخت بندر در ساحل باعث بوجود آمدن فرسايش در ساحل شد و امکانات تفريحي ساحل را تحت تأثير قرار داد. آنها براي جلوگيري از فرسايش در ساحل و بازگرداندن گردشگر به ساحل به ازاي هر کيلومتر از ساحل4/1 کيلومتر سازه ساحلي سخت همچون موجشکن وديوارساحلي پيشنهاد کردند و براي از بين بردن فرسايش منطقه از انتقال 4125 مترمربع ماسه از بالادست موجشکن مستغرق استفاده کردند[8].
4- Camenen و همکاران، 2004 ، فرمولهاي محاسبه نرخ انتقال رسوب را براي محيطهاي ساحلي مقايسه کردند. روابط زيادي براي محاسبه نرخ انتقال رسوب ساحلي وجود دارد. هدف از اين تحقيق بررسي محدوده پنج رابطهي Bijker, Bailard, Van Rijn, Watanabe, Ribberink است. در اين تحقيق ميزان حساسيت اين روابط به سرعت موج، پريود موج، عدم تقارن موج، اندازه دانه ذرات، جريان پايدار بررسي شده است و براي دادههاي در محدوده سرعت بالا که خطاهاي مشخصي رخ ميدهد، بررسي شدهاند. اگر يک پارامتر اصلي در اين روابط تغيير يابد، رفتار فرمولها داراي تغييرات متفاوتي است[9و10].
5- Houser و همکاران، 2005 ، مباحث هيدروديناميک و رسوب در داخل ناحيه شکست موج را بررسي کردند. در اين تحقيق به طور سيستماتيک انتقال رسوب معلق و شرايط مورفوديناميک را مورد بررسي قرار دادند. به منظور شناسايي و بررسي محدوديت مکانيسم بازخورد که ميتواند پاسخ غالب در ناحيه نزديک ساحل باشد، محدودهاي از ارتفاع موج شاخص(Hs) و ارتفاع موج رسيده به محل(Hs/h-1 که h عمق آب است) در نظر گرفته شده است. براساس دادههاي جمعآوري شده، حسگرهاي غلظت رسوب و سرعت نشان ميدهند که مقدار و جهت انتقال رسوبات معلق با ميزان استهلاک انرژي موج در محل تغيير ميکند و تغييرات انتقال رسوب در راستاي عمود بر ساحل به شيب بستر وابسته است[11].
6- اسماعيلي و همکاران، 1385 ، به کمک نرمافزار MIKE21 ، جريانهاي ناشي از موج در منطقه کياشهر را مورد ارزيابي قرار دادند. مدول استفاده شده در اين مطالعه مدول هيدروديناميکي MIKE21 HD ميباشد که حرکات آب در مناطق ساحلي را محاسبه ميکند. براي اين منظور تغييرات تراز آب و جريانات به کمک مدول هيدروديناميکي شبيهسازي شدهاست. شبيهسازيها براي حالات قبل و بعد از احداث جتيها در دهانه مرداب کياشهر انجام ميشود. نتايج نشان ميدهد که جريانات ناشي از امواج شرقي و شمالشرقي تأثير بيشتري بر ورودي دهانه مرداب ميگذارند[12].
7- کاظمي و همکاران، 1389، به بررسي موج و جريانهاي ناشي از آن در محدوده بندر اميرآباد با استفاده از مدولهاي HD و SW نرمافزار MIKE 21 پرداختهاند و نتايج مدل عددي با مشاهدات منطقهاي را مقايسه کردهاند. در اين تحقيق آمده است که اگرچه امواج غالب در منطقه اميرآباد در پيشبينيهاي بلندمدت درجهت شمالغربي ميباشد، با اين حال در ماه اکتبر سال 2001 جهت غالب درجهت شمال بوده که جهت جريانهاي ايجاد شده نيز از همين امر تأثير ميگيرد. به نظر ميرسد با توجه به مقادير جريانها و امواج در منطقه ساحلي و تغييرات آنها، نوار شکست ناحيه زوال موج در محدوده عمق 6 متري باشد [13].


پاسخ دهید