ط جانسون و با ارائه نتایج عددی قبلی در قالب یک منحنی و ارتباط آنها با هم به دست آمد.
این منحنی به نحو بسیار مطلوبی با نتایجی که اسنایدر۴۰ در ۱۹۸۱ به دست آورد قابل مقایسه میباشد[۲۲و۲۳و۲۴و۲۵].
۳-۳-۱-۷- شکست موج
شکست ناشی از ژرفا یا شکست ناشی از سطح زمانی رخ میدهد که امواج به داخل مناطق خیلی کم عمق وارد میشوند و ارتفاع موج دیگر نمیتواند از سوی ژرفا پشتیبانی شود فرمول مربوط به شکست موج برگرفته از باتجس و جانسون۴۱ ۱۹۷۸ میباشد.
رابطه مربوط به چشمه موج به شکل۳-۲۲ نوشته میشود:
۳-۲۲
که در آن مقدار ثابت اندازهگیری میباشد. اصطکاک مربوط به امواج شکست یافته است و فرکانس میانگین و نسبت انرژی کل در قطار موج تصادفی به انرژی در قطار با لحاظ کردن ماکزیمم ارتفاع موج میباشد.
۳-۲۳
که در آنانرژی موج کل میباشد .موج ماکزیمم و است. در آبهای کمعمق با عمق محلی ، بیشترین ارتفاع موج را میتوان از رابطه محاسبه کرد که در آن پارامترشکست موج است و مقدار آن از ۵/۰ تا ۱ متغیر است و وابسته به شیب ساحل و پارامترهای موج میباشد[۲۶و۱۶].
مقدار فرضی برای متغیرهایو به ترتیب عبارتند از ۱ و ۵۵/۰ .
۳-۳-۱-۸- شرایط مرزی
در مرزهای زمینی در یک فضای جغرافیایی از یک شرایط مرزی کاملاً ویژه و جالب استفاده میشود که مولفههای شار ورودی صفر در نظر گرفته میشوند (آن دسته از مؤلفههای شار که در آنها سرعت انتشار نرمال به سطح سلول مثبت باشد).
هیچ شرایط مرزی برای مؤلفههای شار خروجی لازم نیست در صورتیکه ضرورت اعمال این شرایط در یک مرز باز وجود دارد. بنابراین طیف انرژی در یک مرز باید مشخص شود. فرکانس در محدودهی مرزها کاملاً جالب هستند و هیچ شرایط مرزی جهت دار، مورد نیاز نیست.
۳-۳-۲- مدول هیدرودینامیک(HD)
اندازه‌گیریهای میدانی، دقیق‌ترین روش‌ برای دستیابی به الگوی جریان‌های یک منطقه می‌باشند، ولی هنگامیکه تعیین الگوی جریان‌ها در منطقه‌ای وسیع و مدتی طولانی موردنظر باشد روش اندازه‌گیری میدانی بهتنهایی قادر به پاسخگویی نخواهدبود، هزینه بالای اندازه‌گیری، آن هم در محدوده‌ای وسیع و نیز وقت‌گیر بودن چنین اندازه‌گیریهایی، استفاده از مدل ریاضی را ضروری می‌سازد. کاربرد مدل ریاضی این امکان را فراهم می‌نماید تا با دقت بالایی و همچنین صرف کمترین هزینه مسأله مورد بررسی قرار گیرد.
مدول HD در محدودهی وسیعی از هیدرولیک و پدیدههای مربوط به آن قابل کاربرد است. این مدول، مدلسازی هیدرولیک جزر و مد، باد، جریانات ناشی از موج و برکشند طوفان را شامل میشود. با بکارگیری این مدول میتوان تغییرات سطح آب و جریانها را در هر مکان از منطقه مورد مطالعه، بررسی نمود. این مدل جریان را در یک سیال تک لایه (به طور عمودی همگن) شبیهسازی میکند. نتایج خروجی مدول HD به عنوان ورودی برای تعداد دیگری از مدولهای MIKE 21 نظیر مدول انتقال، پخش و مدولهای انتقال رسوب استفاده میشود.
معادلات بهکار رفته در مدول HD
در مدول HD معادلات زیر برای پایستگی جرم و تکانه با انتگرالگیری در راستای قائم، تغییرات تراز آب و جریان را در منطقه مدل محاسبه میکند:
معادله پیوستگی:
۳-۲۴
معادله تکانه در جهت x :
۳-۲۵
معادله تکانه در جهت y :
۳-۲۶
که در این روابط:
: عمق آب (m)
: تراز سطح آب (m)
: تغییر زمانی عمق آب (m)
: به ترتیب چگالیهای شار در جهتهای (x=vو y= (uhوvh=x) ،(u=y ،
که v)= سرعتهای عمق متوسط در جهتهای x و y)
: مقاومت شزی
: شتاب گرانش
: فاکتور اصطکاک باد
: سرعت باد و مؤلفههای آن در جهتهای x و y
: نیروی کوریولیس وابسته به عرض جغرافیایی
: فشار جو
: چگالی آب
: زمان
: مؤلفههای تنش تشعشعی
این معادلات با منفصل‌سازی به روش تفاضلمحدود۴۲ بر روی یک شبکه پیشنهادی مستطیلی حل میشوند.
امواج پس از رسیدن به منطقه کم‌عمق ساحلی، تحت تأثیر انکسار و شرایط کم‌عمقی قرار میگیرند و سرانجام می‌شکنند. در اثر شکست امواج در این ناحیه و تغییرات تنشهای تشعشعی، دو جریان یکی به موازات ساحل و دیگری عمود بر ساحل پدید می‌آید. علت اصلی تمام جابجایی‌ها و نقل و انتقالات رسوب در سواحل همین مؤلفه در امتداد ساحل جریان، یعنی جریان کرانهای می‌باشد[۱۶].
۳-۳-۳- مدول انتقال رسوب(ST)
اعمال تغییرات بر طبیعت یک منطقه ساحلی بر روند طبیعی تأثیرگذاری متقابل دریا و ساحل، مؤثر خواهد بود که از آن جمله می‌توان به حرکت رسوبات دریایی اشاره کرد. این رفتار طبیعت در حقیقت بر این اصل استوار است که تغییرات اعمال شده بر روی عوامل طبیعی، عمدتاً نوعی تداخل در روند عادی امور طبیعی به حساب آمده و بر هم‌زننده تعادلی هستند که در طی سالیان دراز مابین تمامی عوامل و پدیده‌های جاری و حاکم بر طبیعت منطقه طرح حاکم شدهاست. بر این اساس پروژه‌های ساحلی نیز از این قاعده جدا نبوده و نواحی ساحلی، دستخوش بی‌نظمی و تحولات پیاپی خواهد بود که این روند تا رسیدن به حالتی پایدار و متعادل ادامه خواهد داشت.
مدول ST مدل ریاضی Mike 21، ابزاری است جهت دستیابی به نرخ انتقال رسوبات ماسه‌ای و تغییرات تراز بستر وابسته به آن، در محدوده‌ای که تحت تأثیر جریان‌ها قرار دارد. در این مدول، رسوبات غیرچسبنده، یعنی ماسه فرض شده‌اند ولی اندازه‌ی دانه‌ها و دانه‌بندی آنها در محدوده‌ی شبیه‌سازی می‌تواند متغیر باشد. علاوه بر آن هر دو حالت اندازه‌ی دانه‌های یکنواخت یا دانه‌بندی شده می‌تواند انتخاب گردد. ظرفیت انتقال رسوب در هر گره از شبکه‌ی متعامد پوششی منطقه‌ی مدل نیز با استفاده از اطلاعات عمقیابی، عمق آب و اندازه دانه‌بندی، دانه‌هایرسوبی و مشخصات جریان بعنوان داده‌های ورودی، تعیین می‌گردد. نرخ فرسایش یا ترسیب نیز در محدوده‌ی مدل با استفاده از مقادیر محاسبه شده‌ی نرخ انتقال رسوبات ماسه‌ای، تخمین زده می‌شود.
معادلات به کار رفته در مدول ST
نرخ انتقال کلی رسوبات غیرچسبنده مطابق با ایده Engelund ,Fredsoe در سال ۱۹۷۶ محاسبه شدهاست و سپس بسط داده شده تا موقعیتهای ترکیب جریان- موج و نیز شرایط ناحیه شکست موج را پوشش دهد. بارکلی به عنوان مجموع بار بستر و بار معلق میباشد که هر کدام بطور جداگانه محاسبه میشود.
نرخ انتقال رسوب بار کل qt به صورت جمع نرخ انتقال بار بستر qb و نرخ انتقال بار معلق qs محاسبه می‌شود:
۳-۲۷
فرض می‌شود که انتقال بار بستر در یک لایه تنها با ضخامتی برابر با قطر یک دانه d اتفاق می‌افتد. انتقال رسوب بار بستر به صورت ۳- ۲۸ محاسبه می‌شود:
۳-۲۸
که p احتمال در حرکت بودن تمام ذرات در یک لایه تنها می‌باشد، تنش برشی بدون بعد بستر وابسته به اصطکاک بستر و ?c تنش برشی بحرانی بستر برای ابتدای حرکت است. s چگالی نسبی بار کف و ? ضریب اصطکاک دینامیکی است.
۳-۲۹
۳-۳۰
طبق پیشنهاد Einstein(1950) بار معلق به صورت رابطه ۳-۳۱ معین می‌شود:
۳-۳۱
کهو انتگرال انیشتن هستند. ثابت وانکارمن ۴۳برابر با ۴/۰ است. از فرمول تجربی انگلند و فرادسو۴۴ بدست میآید.
۳-۳۲
۳-۳۳
۳-۳۴
حال معادلات به کار رفته در تئوری Engelund & Hansen را بررسی میکنیم. نرخ بدون بعد انتقال بار کل به صورت ۳-۳۵ محاسبه می‌شود:
۳-۳۵
که در آن c عدد شزی و qt انتقال رسوب بار کل و g شتاب جاذبه است. تنش برشی بدون بعد بستر نیز عبارت است از:
۳-۳۶
۳-۳۷
که Uf سرعت برش وابسته به اصطکاک کل، d قطر دانه و s چگالی نسبی بار کف میباشد.
داده‌های مشخصات جریان، توسط مدول هیدرودینامیک مدل ریاضی Mike 21 که چگونگی عملکرد آن در بخش های قبل تشریح گردید؛ جهت استفاده در این مدول آماده میگردد.
همچنین تعیین نرخ انتقال رسوبات در هر گره از شبکه‌ی محاسباتی با استفاده و انتخاب یکی از تئوریهای متفاوت ارائه شده در مدول امکان‌پذیر است.
در مدول ST تئوریهای متفاوت جهت محاسبه‌ی نرخ انتقال رسوبات در شرایط هیدرودینامیکی وجود جریان بکارگرفته شده است.
در این پروژه از روش انتقال بار کلی بایکر۴۵ و تئوری مبتنی بر کاربرد و مدل STP انتقال رسوب DHI استفاده شده است. دادههای موج و جریان با مدلهای دیگر سیستم مایک ۲۱ تهیه میشود و میدان جریان با مدل HD محاسبه میشود و برای استفاده در این مدل آماده میشود[۱۶و۲۷و۲۸].
انتقال رسوب به شرایط هیدرودینامیکی وابسته است. در کل دو نوع انتقال رسوب وجود دارد: چسبنده و غیر چسبنده. رسوب چسبنده توسط سرعت تهنشینی پایین و زمان واکنش طولانی برای تغییرات هیدرودینامیکی تعیین میشود. بنابراین انتقال غالب در ستون آب است. برای رسوبات غیرچسبنده سرعت تهنشینی در کل بزرگتر است و بنابراین پروفیل غلظت به سرعت با تغییرات هیدرودینامیکی تنظیم خواهدشد. در نتیجه یک قسمت اصلی از این انتقال روی بستر یا خیلی نزدیک به آن(بار بستر) رخ میدهد. مدول انتقال گلمایک۲۱ میتواند انتقال معلق رسوب ریزدانهی غیرچسبنده را محاسبه کند. این کار با محاسبه یک پروفیل غلظت تعادلی بر اساس خصوصیات رسوب و هیدرودینامیک انجام میشود. فرض میشود که بستر ورقه ورقه فرسایش مییابد بدین معنی که توزیع بخشهای درون بستر همان توزیعی است که فرسایش مییابد. به بیان دیگر فرمول فرسایش مورد استفاده در بخش انتقال گل ماکزیمم فرسایش همهی بخشها را کنترل میکند. بعد از اینکه ورقهها فرسایش مییابند فرض میشود که آنها کانی تخریب شدهای هستند که توسط تلاطم جمع میشوند. از آنجایی که بخشهای ماسهای هیچ خصوصیت چسبندگی ندارند، آزاد خواهند بود و به طور مستقل عمل خواهندکرد. مدل با محاسبهی ماکزیمم غلظت تعادلی ممکن برای ماسه تحت خصوصیات هیدرودینامیکی داده شده این کار را انجام میدهد. اگر غلظت بخش ماسهای بالا باشد، ماسه اضافی تهنشین خواهد شد تا زمانی که غلظت برابر غلظت تعادلی گردد.
برای انجام این پژوهش متغیرهایی که مورد استفاده قرار میگیرند: سرعت باد، جهت باد، ارتفاع موج، پریود موج، توپوگرافی بستر و دانهبندی ذرات رسوبی منطقه هستند که پس از تعریف هر کدام در معادلات مربوطه استفاده میشوند.
سپس با استفاده از مدولهای مختلف موج و جریان از بستهی نرمافزاری مدل عددی MIKE21 ، دادهها تحلیل حدی شده و برای دوره بازگشتهای مختلف و راستاهای مختلف انتشار امواج، الگوی جریان ناشی از موج و پتانسیل انتقال رسوب در منطقه، مورد بررسی قرار میگیرند.
۳-۴- منطقه مورد پژوهش
۳-۴-۱- جغرافیای خزر
خزر بعنوان بزرگترین دریاچه جهان با دارا بودن نزدیک به ۴۰% از مجموع مساحت دریاچههای دنیا، در شمال ایران به صورت مشترک بین ۵ کشور ساحلی، ایران، آذربایجان، روسیه، قزاقستان و ترکمنستان میباشد. مساحت این دریاچه با توجه به نوسانات آب و بر حسب ارتفاع آب به صورت تخمینی حدود ۳۸۵۰۰۰ کیلومترمربع محاسبه شدهاست. دریاچه خزر به سه ناحیه خزر شمالی ۲۹% ، خزر میانی ۳۶% و خزر جنوبی ۳۵% تقسیم میشود که عمیقترین قسمت آن در منطقه خزر جنوبی در شمالشرقی آستارا با عمقی حدود ۱۰۲۵ متر از سطح دریا میباشد. دریای خزر حدود ۲۶/۵ متر از سطح دریای آزاد پایینتر بوده و به دلیل شرایط جوی و وجود جریانهای ناپایدار مدیترانهای بیش از نیمی از سال را ناآرام میباشد. بیشترین ارتفاع موج در طوفانهای به وقوع پیوسته حدود ۱۴ متر تخمین زده شده است[۳۱].
شکل(۳-۱) موقعیت بندر امیرآباد در سواحل جنوب شرقی دریای خزر
۳-۴-۲

  منبع تحقیق با موضوعتهیه، دی، فنیل
دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید