دوشنبه ۱ آبان ۱۳۹۶

مدلسازی جریان و خیزاب

مدلسازی جریان و خیزاب :

شبیه‌سازی جریان‌های سراسری و سطحی اقیانوسی که تحت اثر جزر و مد، باد، شتاب کوریولیس و جریان لایه ای ناشی از تفاوت دما و چگالی بوجود می آیند، در این بخش ارائه خواهند شد. در پروژه حاضر شبیه‌سازی تغییرات تراز و جریان‌های سراسری به پنج دسته اصلی تقسیم می‌شود که در زیر به آنها اشاره شده است:

  •  تغییرات تراز جزر و مدی

در این بخش از شبیه سازی‌ها تغییرات تراز ناشی از جزر و مد در امتداد سواحل بررسی می گردد.

  •  جریانهای سراسری یا اقیانوسی

در این بخش جریان‌های سراسری یا اقیانوسی که ناشی از جزر و مد و باد و نوسانات چگالی و نیروی کریولیس می‌باشند، شبیه‌سازی می گردند. لازم به ذکر است نواحی کم عمق ساحلی در این بخش مورد نظر نمی‌باشد.

  •  خیزاب ناشی از باد و طوفان های حاره ای

در این بخش خیزاب ناشی از بادهای مونسون و طوفان‌های حاره‌ای شبیه‌سازی شده و اثر تغییرات تراز در نواحی کم عمق ساحلی بررسی می گردد.

  •  خیزاب ناشی از موج

 در این بخش خیزاب ناشی از موج شبیه‌سازی شده و اثر تغییرات تراز در نواحی کم عمق مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.

  •  تغییرات درازمدت سطح متوسط آب

 در این بخش تغییرات درازمدت سطح متوسط آب و اثر آن بر حدود نهایی تراز آب پیش بینی شده بررسی می شود.

 تاکنون بررسی پیشینه تحقیق، جمع آوری و مرور داده‌های موجود، انتخاب و برپایی مدل، نتایج اولیه و واسنجی مدل و شبیه‌سازی بخش تغییرات تراز جزرومد انجام شده است و بخشی از شبیه‌سازی جریان سراسری و جریان خیزاب ناشی از طوفانهای حاره‌ای و نیز آنالیز آماری در دست انجام است.

داده‌های مورد نیاز برای شبیه‌سازی شامل داده‌های هیدروگرافی، میدان باد، دما و شوری، گرمای تابشی موج کوتاه و بلند، مغایرت‌های سطح آب، سرعت و جهت جریان در محل ایستگاه‌های اندازه‌گیری نقطه‌ای، جریان‌های اقیانوسی یا سراسری می‌باشد. به عنوان نمونه داده‌های هیدروگرافی ETOPO در شکل 1 نشان داده شده است:

داده های هیدروگرافی ETOPO

شکل 1- داده های هیدروگرافی ETOPO

انتخاب روش و برپا کردن مدل :

  شاخص‌ترین مدل تجاری موجود در زمینه شبیه سازی تغییرات تراز و جریان، نرم‌افزار MIKE از مؤسسه هیدرولیک دانمارک می‌باشد. در این پروژه برای شبیه سازی تغییرات تراز و الگوی جریان، از مدل DHI MIKE 3D استفاده شده است. نمونه‌ای از گستره شبکه‌بندی با استفاده از مدل MIKE در شکل 2 نشان داده شده است:

 نمونه‌ای از گستره شبکه‌بندی با استفاده از مدل

 شکل 2- نمونه‌ای از گستره شبکه‌بندی با استفاده از مدل

اجرای مدل و آنالیز حساسیت:

 آنالیز حساسیت مدل نسبت به پارامترهای مختلفی همچون گام زمانی، ضریب اصطکاک باد، ضریب مقاومت بستر، ثابت لزجت گردابه‌ای اسماگورینسکی، تعداد لایه های محور قائم و... انجام شد.

  در شکل 3 برای بریس نتایج مدل جریان سراسری، بررسی اثر بزرگی گستره و سرعت و جهت جریان و تغییرات تراز آب حاصل از مدل نشان داده شده است.

 مقایسه نتایج مدل جریان سراسری؛ بررسی اثر بزرگی گستره: سرعت و جهت جریان و تغییرات تراز آب در بریس

 شکل 3- مقایسه نتایج مدل جریان سراسری؛ بررسی اثر بزرگی گستره: سرعت و جهت جریان و تغییرات تراز آب در بریس (قرمز: محدوده بزرگتر، آبی: محدوده کوچکتر)

به عنوان نمونه، مقایسه نتایج شبیه سازی خیزاب ناشی از باد در شکل زیر برای 5 نقطه مورد مطالعه شامل پسابندر، شهید بهشتی، کنارک، تنگ و راپچ برای دو گستره نشان داده شده است:

مقایسه نتایج مدل خیزاب باد

شکل 4- مقایسه نتایج مدل خیزاب باد؛ بررسی اثر بزرگی گستره بر تغییرات تراز آب ناشی از باد در پسابندر، شهید بهشتی، کنارک، تنگ و راپچ (قرمز: محدوده بزرگتر، آبی: محدوده کوچکتر)

نتایج مقایسه جزر و مد بدست آمده از IOC و مدل برای دو ایستگاه کراچی و سلاله در شکل 5 نشان داده شده است:

مقایسه نتایج مدل و داده‌های IOC در دو ایستگاه کراچی و سلاله

 شکل 5- مقایسه نتایج مدل و داده‌های IOC در دو ایستگاه کراچی و سلاله

در شکل 6 نتایج مدل شبیه‌سازی جریان سراسری برای حداکثر سرعت جریان در جهت غرب نشان داده شده است:

نتایج مدل شبیه‌سازی جریان های سراسری، حداکثر سرعت جریان به سمت غرب

شکل 6- نتایج مدل شبیه‌سازی جریان های سراسری، حداکثر سرعت جریان به سمت غرب