شنبه ۳ تیر ۱۳۹۶

مدلسازی موج

 شبیه سازی میدان امواج :

امواج مهمترین نقش را در میان پدیده های حاکم بر محیط دریاها داشته و عامل اصلی تغییرات مورفولوژی سواحل و اعمال نیروهای وارد بر سازه های دریایی می‌باشند.

حصول اطمینان از شرایط طراحی، امنیت ناوبری، برنامه ریزی فعالیت های متفاوت دریایی، پیش‌بینی‌های انتقال رسوب و طرح‌های توسعه دریایی همگی به در دسترس بودن داده‌های قابل اعتماد و با دقت مناسب موج بستگی دارند. تاکنون دو پیش یابی در دریای عمان صورت پذیرفته است. نخست براساس قرارداد با سازمان بنادر و دریانوردی، مرکز ملی اقیانوس شناسی به همراه شرکت DHI دانمارک یک پیش‌یابی 11 ساله (1992-2002) برای دریای عمان به انجام رسانیده است. همچنین شرکت جهاد تحقیقات آب و انرژی به همراه شرکت کانادایی Baird and Associates در فاز نخست مطالعات پایش و شبیه سازی سواحل کشور-خلیج چابهار-، پیش یابی جامعی از وضعیت موج در دریای عمان برای بازه زمانی 23 سال (1985 تا 2007) با استفاده از مدل موج نسل سوم پیشرفته انجام داده است. مقایسه‌های گسترده ای نیز با استفاده از داده‌‌های اندازه‌گیری شده موج توسط ارتفاع‌سنج ماهواره‌ای، بویه و ADCP ها برای صحت سنجی نتایج مدل موج انجام گرفته است. در مطالعه حاضر برنامه بر آن است تا ضمن به روزرسانی پیش یابی های قبلی، پیش‌یابی جدید برای دوره ای در حدود 30 سال انجام گردد. در این راستا پیشنهاد می‌شود که در مرحله اولیه پروژه یک پیش‌یابی بلندمدت جدید (از 1983 تا به حال) برای مناطق مورد مطالعه انجام گیرد و در انتها به دوره اندازه‌گیری میدانی گسترش یابد. پیش‌یابی موج 30 ساله با استفاده از مدل انتشار و تولید موج نسل سوم مانند Wave Watch III، SWAN و یا MIKE21 SW انجام خواهد شد. نتایج مدل با اندازه‌گیری‌های موج ماهواره‌ای و همچنین با اندازه‌گیری‌های ایستگاه موج فرا ساحل و بویه‌های ساحلی در مطالعه حاضر صحت‌سنجی خواهد شد.

محدوده مورد شبیه سازی در مطالعات شبیه سازی موج

              شکل 1- محدوده مورد شبیه سازی در مطالعات شبیه سازی امواج

 

طوفان های حاره ای :

سواحل جنوبی ایران در کرانه دریای عمان بصورت اتفاقی و غیر معمول تحت تأثیر طوفان‌های استوایی قرار دارد. این طوفان‌ها قادرند امواج بزرگ را در این نواحی بوجود آورند. در بسیاری از مناطق در امتداد این خطوط ساحلی، به خصوص در قسمت‌های مرکزی و شرقی، امواج ناشی از طوفان‌های استوایی شرایط غالب موج طراحی ساحلی را تشکیل می‌دهند؛ چرا که ارتفاع این امواج از مقادیر متناظر ناشی از پدیده‌های دیگر جوی مانند بادهای موسمی جنوب غربی یا باد شمالی تجاوز می‌کند.

 در اوایل ماه ژوئن سال 2007، طوفان گونو (Gonu, category 5) به منطقه دریای عمان وارد شده و امواج بلندی در امتداد خطوط ساحلی ایران پدید آورد. طوفان مذکور بر روی مسیر غیر معمولی حرکت می‌کرد و نسبت به پدیده‌های معمول منطقه، مسافت بیشتری را به سمت غرب و شمال پیمود. در طی این واقعه امواجی به بلندای 4 متر در محدوده چابهار ثبت شده است.

مسیر طوفان گنو و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان1مسیر طوفان گنو و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان2   

شکل 2- مسیر طوفان گنو و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان (ژوئن 2007)

 همچنین در سال 2010 میلادی طوفان دیگری با نام فت (Phet, category 4) بر روی دریای عمان تولید و منتشر شد. این طوفان در دهانه دریای عمان به سمت سواحل پاکستان تغییر مسیر داده و منحرف شده است. شکل 3 مسیر حرکت و تصویر ماهواره ای از این طوفان را نشان داده است  

مسیر طوفان فت و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان2 1مسیر طوفان فت و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان 1 .

شکل 3- مسیر طوفان فت و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان (ژوئن 2010) 

 در ماه اکتوبر سال 2014 میلادی طوفان نیلوفر (Niloufar, category 4) و در ماه ژوئن 2015 میلادی طوفان ضعیف تر آشوبا (Ashobaa) نیز رخ دادند. 

مسیر طوفان نیلوفر و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمانمسیر طوفان نیلوفر و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان  2

شکل 4- مسیر طوفان نیلوفر و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان (اکتوبر 2014) 

مسیر طوفان آشوبا و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان 1مسیر طوفان آشوبا و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان

شکل 5- مسیر طوفان آشوبا و تصویر ماهواره ای از این طوفان بر روی دریای عمان (ژوئن 2015) 

 بطور کلی شکل 6 مسیر طوفان های رخ داده در منطقه دریای عرب و بخش های شمالی اقیانوس هند را برای دوره سال های 1890 تا 2013 نشان داده است :

مسیر طوفان های رخ داده در بخش شمالی اقیانوس هند و دریای عرب  

شکل 6- مسیر طوفان های رخ داده در بخش شمالی اقیانوس هند و دریای عرب 

در این بخش از مطالعات، به بررسی امواج حدی ناشی از چرخند های استوایی در منطقه سواحل مکران پرداخته خواهد شد. برای این منظور مراحل ذیل دنبال خواهد شد:

  •  تحلیل آماری داده‌های چرخندهای تاریخی برگرفته از منابع متنوع
  • مرور و بررسی مطالعات پیشین بر روی چرخندهای استوایی در منطقه
  • تهیه بانک اطلاعات استخراج و بررسی چرخندهای استوایی در 60 سال گذشته
  • شبیه‌سازی عددی امواج تولید شده توسط وقایع مهم طوفان‌های تاریخی؛ شامل پدیده طوفان های گونو (سال 2007) و فت (سال 2010)
  • شبیه سازی طوفان های منتخب برای دوره 60 ساله
  • استخراج امواج حدی برای دوره مورد بررسی

 حداکثر ارتفاع موج رخ داده ناشی از طوفان گونو در منطقه طرح

  شکل 7- حداکثر ارتفاع موج رخ داده ناشی از طوفان گونو در منطقه طرح

مقایسه نتایج مدل و اندازه گیری های موج بویه چابهار1

مقایسه نتایج مدل و اندازه گیری های موج بویه چابهار  2

مقایسه نتایج مدل و اندازه گیری های موج بویه چابهار 3

شکل 8- مقایسه نتایج مدل و اندازه گیری های موج بویه چابهار در سال 2007

 

در بخش مدلسازی امواج و توفان‌های حاره‌ای تاکنون گام‌های زیر انجام شده اند:

  • بررسی مطالعات گذشته و نتایج ارائه شده در آن‌ها
  • جمع آوری اطلاعات و داده‌های مورد نیاز : این بخش شامل جمع آوری داده های باد (داده های بخش مدلسازی باد)، داده های هیدروگرافی و داده های مربوط به موج است. از جمله داده های موج داده های اطلاعات اندازه گیری شده موج در طی فاز اول و چهارم پروژه پایش و شبیه سازی، اطلاعات موج بویه چابهار، اطلاعات شبکه بویه گذاری هندی، اطلاعات موج غیر جهتی ماهواره‌ای Topex و‌ اطلاعات موج مدل‌های UK MetOffice، ERA-40،  ERA-Interim، ISWM و ISWM II می باشند.
  • انتخاب مدل پیش بینی امواج
  • برپایی مدل پیش بینی امواج
  • تحلیل حساسیت پارامترهای مدل
  • واسنجی و اجرای مدل پیشیابی امواج
  • مقایسه نتایج بدست آمده از مدل سازی امواج با مطالعات پیشین مانند ISWM و پیش یابی فاز های گذشته.
  • واسنجی و اجرای مدل توفان های استوایی
  • شبیه سازی کل دوره آماری موجود برای توفان‌های حاره‌ای منطقه

مراحل زیر از بخش مدلسازی امواج و توفانهای حاره ای در دست انجام است:

  •  تهیه میدان باد برای بازه زمانی اندازه گیری های موجود در همین پروژه با مدل WRF
  • اجرای مدل پیش یابی انتشار امواج در بازه سال های 2015 و 2016 میلادی
  • بررسی و مقایسه نتایج بدست آمده از شبیه سازی های امواج با توجه به اندازه گیری های میدانی پروژه حاضر
  • بررسی مدل برای داده های میدانی موجود در این فاز از مطالعات
  • تهیه میدان باد WRF برای یک دوره سی ساله و شبیه سازی امواج
  • تهیه میدان باد برای بازه زمانی اندازه گیری های موجود در همین پروژه با مدل WRF
  • آنالیزحدی امواج خروجی از مدل موج بلندمدت برای نقاط شبکه