ر اثر بادهای شدید (برکشند طوفان)۱۱
– انتشار یا توزیع شوری و حرارت۱۲
– بررسی کیفیت آب۱۳
– بررسی اثرات پدیده تفرق امواج با در نظر گرفتن موج طیفی۱۴
– انتشار امواج از منطقه آب عمیق به منطقه ساحلی۱۵
– تعیین مشخصات امواج در منطقه آب عمیق با استفاده از منحنیهای هم فشار۱۶
– انتقال رسوب در کانالها و رودخانهها و دریاچههای سد. این مدل عددی قابلیت مدلسازی انتقال رسوب غیرچسبنده و چسبنده را دارا میباشد۱۷٫
– برآورد نرخ انتقال رسوبات و میزان رسوبگذاری و فرسایش در منطقه ساحلی۱۸
– ناوبری در بنادر۱۹
– برآورد نرخ انتقال رسوبات و میزان نهشت و فرسایش در منطقه ساحلی۲۰
قابلیتهای Mike3:
این مدل با بهرهگیری از مدولهای مختلف، توانایی بررسی پدیدههایی همچون موارد زیر را دارا (شبکههای محاسباتی منظم و نامنظم) میباشد:
– مدلسازی هیدرودینامیکی جریان بصورت سه بعدی در کانالها و رودخانهها و محیطهای دریایی ۲۱
– مدلسازی انتقال رسوب چسبنده و غیر چسبنده بصورت سه بعدی در کانالها و رودخانهها و محیطهای دریایی ۲۲
قابلیتهای LITPACK:
– بررسی انتقال رسوب موازی ساحل
– مدلسازی تغییرات خط ساحلی ناشی از ساخت و ساز ساحلی
– مدلسازی تغییرات پروفیل ساحلی تحت اثر موج و جریان و وجود سازهی ساحلی
– مدلسازی انتقال رسوب در کانالهای دسترسی بنادر[۱۶].
۳-۳- مراحل اجرای مدل و معادلات بهکار رفته در مدولها
در ادامه بحث هر یک از مدولها معرفی شده و شیوه اجرای آن برای منطقه مورد مطالعه بیان
میگردد. در این تحقیق مدولهای معرفی شده در زیر از بسته نرمافزار مایک اجرا شدهاند.
اجرای مدول موج۲۳ با استفاده از مدل ریاضی از نرمافزار MIKE21
اجرای مدول هیدرودینامیک جریان ناشی از موج۲۴ با استفاده از مدل ریاضی از نرمافزار MIKE21
اجرای مدول انتقال رسوبات غیر چسبنده با استفاده از مدل ریاضیST 25 از نرمافزار MIKE21
۳-۳-۱- مدلسازی انتشار امواج- مدول sw
برای تعیین مشخصات امواج در مناطق کم‌عمق ساحلی از مدول SW از بستهی نرم‌افزاری ۲۱ Mike جهت انتقال موج ناحیه نیمهعمیق به ناحیه ساحلی استفاده شدهاست. نتایج استخراج شده مشخصات موج در محدودهی ساحلی در تعیین جریان ناشی از موج، انتقال رسوب در امتداد سواحل استفاده شده است[۱۶].
مدول SW از بستهی نرم‌افزاری MIKE21 یک مدل نسل سوم شبیه‌سازی فرآیندهای تولید و انتشار امواج ناشی از باد در یک پهنه آبی است. این مدل، پدیده‌های مربوط به تولید امواج ناشی از باد در آب عمیق نظیر شکست آب عمیق۲۶ ، جفت‌شدگی میدان باد و موج۲۷ را از یک‌سو و فرآیندهای مرتبط با انتشار امواج، نظیر انکسار ۲۸، پشته‌شدن۲۹ و تفرق ناشی از تغییرات عمق بستر۳۰ را بررسی میکند. فرآیندهای انتشار موج در آب کم‌عمق نظیر استهلاک انرژی در ناحیه شکست۳۱ و شکست موج۳۲ نیز توسط این مدل محاسبه میگردند.
حل معادلات انرژی امواج برمبنای روش حجم کنترلی۳۳ بر روی شبکه‌بندی مثلثی نامنظم صورت میگیرد که با ریزکردن ابعاد شبکه در محدوده مورد نظر، می‌توان برآورد بهتری از مشخصات موج بدست آورد. مبنای این مدل برای انتقال موج، حل معادله انتقال انرژی همراه با ترم‌های چشمه و چاه می‌باشد. به‌منظور لحاظ کردن طبیعت تصادفی امواج دریا، معادله انتقال انرژی در شکل طیفی آن منظور شده است[۱۶].
۳-۳-۱-۱- معادلات پایه در مدول SW
دینامیک امواج گرانشی، توسط معادله انتقال موج برای تراکم کنش موج بیان میشود. برای کاربردهایی با مقیاس کوچک، معادله انتقال در مختصات دکارتی نوشته میشود، در صورتیکه برای مقیاسهای بزرگتر از مختصات قطبی استفاده میشود.
طیف تراکم کنش موج با زمان و مکان تغییر میکند و تابعی از دو پارامتر مربوط به فاز موج است. این دو پارامتر هم میتواند عدد بردار موج () با بزرگی و راستای باشد و هم میتواند راستای موج با زاویه () و فرکانس زاویهای نسبی و یا فرکانس زاویهای مطلق باشد. در مدل اخیر، فرمول با راستای موج () و فرکانس زاویهای نسبی انتخاب شده است.
تراکم کنش موج مطابق رابطه ۳-۱ با تراکم انرژی رابطه مستقیم دارد.
۳-۱
انتشار موج برای محدودهای که جریان و ژرفای آن به آرامی تغییر میکند عبارت است از رابطه میان فرکانس زاویهای نسبی با فرکانس زاویهای مطلق(همانطور که مشاهدهکردید فرکانس نسبی با سرعت جریان تغییر میکند در حالیکه فرکانس زاویهای مطلق ثابت است ) که به صورت ۳-۲ با رابطه پراکندگی خطی بیان میشود .
۳-۲
که در آن: g شتاب جاذبه، d عمق آب و بردار سرعت جریان است. بزرگی سرعت گروه انرژی موج (Cg) مربوط به جریان به صورت زیر است.
۳-۳
سرعت فاز موج ناشی از جریان توسط رابطه ۳-۴ بیان میشود.
۳-۴
طیف فرکانس بین دو مقدار حداکثر و حداقل فرکانس واقع است. طیف فرکانس برای فرکانسهای پایینتر از فرکانس توقف شامل یک بخش با ” پیش یابی جبری ” و برای فرکانسهای بالاتر از فرکانس توقف شامل یک بخش با ” تشخیص تحلیلی” میباشد.دینامیک فرکانس توقف که وابسته به سرعت باد محلی و فرکانس میانگین است در مدل سیکل چهارم (WAM)34 مورد استفاده قرار میگیرد[۲۳].
بخش قطعی طیف با حل معادله انتقال برای تراکم کنش موج و با استفاده از روشهای عددی معین میشود. برای محدوده پیشبینی که بالاتر از فرکانس توقف واقع است از یک دنباله پارامتری به شکل ۳-۵ استفاده میشود.
۳-۵
که در این مدل می باشد. همچنین ماکزیمم فرکانس پیشیابی عبارت است از:
۳-۶
در اینجافرکانس گسستهای است که در مدل موج قطعی مورد استفاده قرار میگیرد. میانگین فرکانس نسبی و بسامد اوجی پیرسون – موسکویچ است که برای امواج کاملاً نمو یافته استفاده می شود وسرعت باد در ۱۰ متر بالاتر از سطح میانگین دریاست [۱۶و۱۷].
۳-۳-۱-۲- معادلات پایستگی کنش موج
این معادله در واقع معادله توازن کنش موج است که هم در مختصات کروی و مختصات دکارتی قابل طرح و فرمولبندی است. معادله پایستگی کنش موج در مختصات دکارتی به صورت ۳-۷ نوشته میشود :
۳-۷
تراکم کنش موج است. زمان و مختصات دکارتی است. سرعت انتشار گروه موج در فضای ۴ بعدی است.
که نیز ترمها و خصوصیات چشمه موج هستند که در معادله توازن انرژی مورد استفاده قرار میگیرند.
۴ مشخصه مربوط به سرعت انتشار هم در فرمولهای ۳-۸ تا ۳-۱۰ نشان داده میشوند.
۳-۸
۳-۹
۳-۱۰
که عامل دیفرانسیل دوبعدی در فضای است[۴و۱۸].
۳-۳-۱-۳- توابع مربوطه به چشمه
واژه چشمه انرژیبیانگر مجموعهای از توابع مربوط به چشمه است که پدیدههای فیزیکی متعدد را شامل میشوند.
۳-۱۱
که به ترتیب بیانگر تولید انرژی توسط باد ، انتقال انرژی موج در اثر برهم کنش غیرخطی موج، اتلاف انرژی موج ناشی از تشکیل سپیدک رأس موج ، اتلاف و افت انرژی موج در اثر اصطکاک، اتلاف انرژی موج به واسطه شکست ناشی از ژرفا میباشد[۴].
۳-۳-۱-۴- ورودی باد
طی یک سری بررسیها توسط جانسون۳۵ ۱۹۸۹ و ۱۹۹۱ معلوم شد که نرخ رشد امواج تولید شده توسط باد، به سن موج نیز بستگی دارد و علت این مسئله ناشی از تأثیر کشش ایرودینامیکی بر وضعیت دریا میباشد. اصطلاح چشمه ورودی با رابطه ۳-۱۲ بیان میشود :
۳-۱۲
که S چشمه ورودی است[۱۹].
۳-۳-۱-۵- تشکیل سپیدک رأس موج
هاسل مان۳۶ در ۱۹۷۴ توانست نمو ریاضی مدل سپیدک رأس موج را به دست آورد. او تصور میکرد مکانیزم افت در موج سپیدرأس به واسطه از بین رفتن و نبود فشار است بر همین اساس تابع افتی به دست آورد که هم فرکانس و هم تراکم طیفی آن غیر خطی بود.
۳-۱۳
بعدها مشخص شد مکانیزمهای دیگر نیز در این زمینه موثرند . این مکانیزمها عبارتنداز:
افت و تضعیف امواج کوتاه در اثر عبور تعداد زیادی موج سپیدرأس و گسترش و پهنشدگی آنها که بستگی به شیب میدان موج دارد.
کامن۳۷ (۱۹۸۴) از مجموع این فرآیندها به این نتیجه رسید که تابع افت (اتلاف) در قالب روابط مربوط به فرکانس میانگین فرمولبندی میشود. رابطه۳-۱۴ توسط گروه WAMDI (1988) در قالب اعداد موج صورت گرفت طوری که در آب با ژرفای محدود قابل استفاده باشد.
۳-۱۴
که و m و n پارامترهای مربوطه، میانگین فرکانس زاویه ای نسبی، : عدد موج میانگین، an تیزی دامنه موج و ، اندازه برای طیف پیرسون – موسکویچ تیزی کل (شیب کلی) توسط رابطه ۳-۱۵ تعریف می شود[۲۳].
۳-۱۵
که در آن Etot: انرژی کل طیف انرژی میباشد. در سیکل سوم (WAM) و و (کامن ۱۹۸۴ و گروه WAMDI 1988) [23].
با مقدمه توصیفی که توسط جانسون در مورد ورودی باد ارائه شد، مشخص میشود که افت تابع چشمه به منظور ایجاد توازن میان ورودی باد و اتلاف (افت) در فرکانسهای بالا باید تنظیم شود. با این توصیف معادله به صورت ۳-۱۶ تغییر میکند:
۳-۱۶
که ,, , ثابت هستند. در سیکل چهارم WAM مقادیر و و به ترتیب عبارتند از :
۵-۱۰ × ۱/۴ و ۵/۰ و ۴ و همچنین مقادیر ثابت قابل تنظیم در این جا عبارتند از:
و در حالیکه ۴= m است . مقادیر پیش فرض برای و، ۵/۴ و ۵/۰ میباشد[۲۰و۲۱و۲۲و۲۳].
۳-۳-۱-۶- اصطکاک بستر
نرخ اتلاف ناشی از اصطکاک بستر طبق رابطه ۳-۱۷ به دست میآید.
۳-۱۷
که در آن Cf ضریب اصطکاک است.k عدد موج می باشد و d هم ژرفای آب است.
وfc ضریب اصطکاک برای جریان و u سرعت جریان است.
ضریب Cf که مقدار آن غالباً از ۰۰۱/۰ تا ۰۱/۰ متربرثانیه متغیر میباشد، بستگی به بستر و خصوصیات جریان دارد (کامن ۱۹۹۴).
مقدار پیش فرض برای fc معادل صفر است و این جدا از تأثیر جریان روی اصطکاک بستر میباشد.
۴ مدل برای تعیین ضریب اتلاف در زیر توضیح داده میشود:
ضریب اصطکاک Cf ثابت است. در چنین حالتی آزمایش ورژنهای محلی مدل WAM نشان میدهد که مقدار میانگین JONSWAP برای ۰۰۷۷/۰=Cf متر برثانیه میباشد و این میزان برای طوفانهای آرام کفایت میکند. عامل اصطکاک ثابت است (fw) که در آن ضریب اصطکاک به صورت۳-۱۸ محاسبه میشود:
۳-۱۸
که Ubدر اینجا سرعت چرخشی موج rms در ته بستر میباشد که با رابطه ۳-۱۹ به دست میآید.
۳-۱۹
مقدار پیش فرض برای fw عبارت است از ۰۲۱/=۲/۱ ۲ × ۰۱۵/۰
اندازه زبری هندسی ثابت است .(kn) این مسئله را (وبر ۳۸۱۹۹۱) پیشنهاد کرد که در آن ضریب
اصطکاک از طریق معادله (۲-۱۸) محاسبه میشود و عامل اصطکاک از رابطه (جانسون و کاول سن) به دست میآید (۱۹۶۶).
۳-۲۰
که ab در اینجا انتقال مداری در بستر میباشد که توسط رابطه ۳-۲۱ به دست می آید.
۳-۲۱
مقدار فرضی kn برابر است با m 04/0 میباشد که این مقدار توسط وبر در سال ۱۹۹۱ به دست آمد که با شرایط جریان برای گسترهای از برجستگی موج دورا و طیف دریا- باد سازگاری دارد.
که (D50)اندازه ثابت برای رسوبهای حد واسط است که در آن، بسترمتحرک در نظر گرفته میشود. این تقریب اولین بار در نسل سوم مدل موج ناشی از باد توسط تولمان۳۹ ارائه شد (۱۹۶۶).
به هر حال این شیوه کاملاً از فرمول تولمان متمایز میباشد چرا که در آن به جای استفاده از مدل گرانت و مادسن برای به دست آوردن دیمانسیون “شکن” از فرمول تجربی نیلسون استفاده میکنیم که بر پایه ا ندازه گیریهای میدانی استوار است.
از آن به بعد زبری بستر توسط فرمولی که اسوارت ارائه داد محاسبه میشد. در حال حاضر ضریب اصطکاک با استفاده از حاصلضرب عامل اصطکاک موج در سرعت چرخشی بستر به دست میآید. مقدار فرضی D50 برابر است با m 00025/0
می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با فرمولاسیون اصطکاک بستر به جانسون ۱۹۹۷ مراجعه کنید.
در اینجاعبارت است نرخ رشد موج یک نمونه ساده پارامتری از نرخ رشد موج در سال ۱۹۹۱ توسط

  پایان نامه درمورداصل استقلال، اشخاص ثالث، بهره بردار
دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید