دوشنبه ۱ آبان ۱۳۹۶

مدلسازی انتقال رسوب و مورفولوژی

 مدلسازی انتقال رسوب و مورفولوژی :

به طور کلی بخش مدلسازی انتقال رسوب و مورفولوژی فاز ششم طرح پایش و مطالعات شبیه‌سازی سواحل کشور (سواحل مکران) شامل موارد زیر می‌باشد:

  • برپایی مدل‌های رسوب و برآورد نرخ حمل رسوب ساحلی ناشی از جریان‌های ساحلی و محاسبه تغییر شکل پروفیل بستر، برآورد تغییر شکل خط ساحلی و تعیین الگوی دراز مدت آن
  • تعیین خصوصیات ژئومورفولوژیک سواحل و تعیین سلولها و زیرسلولهای رسوبی ساحلی (محاسبه بودجه رسوبی در هر زیر سلول رسوبی، مدلسازی تغییر شکل سواحل و تعیین الگوی دراز مدت آن و مدلسازی و محاسبه تغییر شکل پروفیل بستر)
  • مدلسازی انتقال رسوب خورهای مهم ( ۴خور)
  • مطالعه رسوب مناطق خاص (بررسی این مناطق شامل تدقیق اطلاعات اولیه از جمله تاریخچه تغییرات خط ساحلی، توپوگرافی و عمق سنجی، اطلاعات رسوب و سپس مدل سازی نرخ واقعی و پتانسیل انتقال رسوب، تغییرات خط ساحل می باشد)

  مطالعات برآورد نرخ حمل رسوبات ناشی از جریان‌های ساحلی:

جریان‌های ساحلی غالباً متاثر از عواملی چون امواج، وزش باد و جزرومد می‌باشند. همچنین جریان‌های ساحلی به طور عمده تحت تاثیر شکست امواج نیز می‌باشند. امواج با نزدیک شدن به سواحل، شکسته شده و سبب تغییر شکل دائمی سواحل می‌گردند. تغییر شکل ساحل توسط جریانات ناشی از موج برخوردی که در ناحیه شکست امواج گسترش می‌یابند- توسط عمل مستقیم امواج از طریق آشفتگی ایجاد شده از امواج شکسته و بالا و پایین رفتن آب روی بدنه ساحل- به‌وجود می‌آید. این تغییر شکل به دلیل انتقال رسوب ناشی از موج به طور همزمان هم در جهت‌های به طرف ساحل و دور از ساحل و هم در جهت امتداد ساحل اتفاق می‌افتد. اگرچه این اثرات با هم به وجود می‌آیند، ولیکن با توجه به اثرات متمایز، مناسب است که آن‌ها را جدا فرض نماییم.

جریان‌های در امتداد ساحل ناشی از موج و آشفتگی ناشی از موج در ناحیه شکست امواج عامل اصلی برای اکثر انتقال‌های رسوب در امتداد ساحل در ناحیه نزدیک ساحل می‌باشند.

مکانیزم اصلی مربوط به جریان‌های امتداد ساحل ناشی از موج عبارت از مولفه در امتداد ساحل تنش تشعشی -در امواج مورب در حال شکست- می‌باشد. همچنین تغییرات توزیع ارتفاع موج در حال شکست در امتداد ساحل، موجب تغییراتی در بالا آمدگی ناشی از موج در ناحیه شکست در امتداد عمود بر ساحل می‌شود و جریانی از ناحیه امواج با ارتفاع بلند به سمت ناحیه امواج با ارتفاع کوتاه ایجاد می‌نماید. این دو مکانیزم در ایجاد جریان در امتداد ساحل می‌توانند همدیگر را تقویت کرده و یا تضعیف نمایند. در اکثر مقاطع ساحلی، مکانیزم اول یعنی شکست امواج زاویه‌دار غالب خواهد بود.

به طور کلی ترکیب جریان ناشی از موج در ناحیه شکست امواج و آشفتگی ناشی از شکست موج، عوامل اصلی انتقال رسوب در امتداد سواحل هستند. در مدل‌سازی اثر امواج بر روی تغییرات خط ساحل، نکته قابل توجه اثر همزمان رسوبات عمود و موازی ساحل می‌باشد که سبب دوبعدی شدن مسأله می‌شود. نیاز به بررسی دوبعدی مساله با استفاده از مدل‌های دوبعدی زمانی احساس می‌شود که تغییرات پروفیل عمود بر ساحل در طی مدت اثر فرایندهای موازی ساحل قابل توجه است. با توجه به مشکلات کاربردی و پیچیدگی مدلسازی تغییرات مورفولوژیک دو بعدی، استفاده از این مدل‌ها با عدم قطعیت‌های زیادی مواجه می‌گردد. همچنین بایستی توجه نمود که کالیبراسیون مدل‌های دو بعدی مستلزم به کارگیری هیدروگرافی‌های دوره‌ای با دقت بالا از محدوده مورد مطالعه می‌باشد. با توجه به وجود اطلاعات حاصل از اندازه‌گیری‌های فاز ششم طرح پایش و مطالعات شبیه سازی سواحل کشور در خورها و مناطق خاص و عدم دسترسی به اطلاعات هیدروگرافی با دقت کافی در کل سواحل مکران، مطالعات دو بعدی رسوب تنها به مطالعات مناطق خاص و خورها محدود گردیده است.

از این رو در مطالعات حاضر مدل‌سازی‌ها با استفاده از مدل‌های یک بعدی انتقال رسوب صورت می‌پذیرد. با توجه به سواحل طولانی مکران و تغییرات شرایط هیدرودینامیکی و مورفولوژیک ابتدا این سواحل به تعدادی سلول و زیر سلول رسوبی تقسیم شده و سپس مدل‌سازی انتقال رسوب موازی ساحل در هر زیر سلول انجام خواهد گرفت.

رویه مطالعات برآورد نرخ حمل رسوبات ناشی از جریان‌های ساحلی:

برای دستیابی به هدف مطالعات مدل‌سازی انتقال رسوب، روند کلی انجام این بخش به صورت زیر دسته‌بندی شده است:

  • مروری بر تحقیقات گذشته
  • جمع‌آ‌وری و تحلیل داده‌های موجود
  • انتخاب مدل عددی
  • واسنجی و تحلیل حساسیت
  • تحلیل نتایج

  مدلسازی تغییر شکل پروفیل بستر:

  امواجی که به ساحل می‌رسند شکسته شده و به سمت ساحل بالا می‌روند و دائماً ساحل را تغییر شکل می دهند. تغییر شکل ساحل به دلیل انتقال رسوب ناشی از موج هم در جهت های به طرف ساحل و دور از ساحل و هم در راستای موازی ساحل اتفاق می‌افتد که این تغییرات به صورت همزمان بوجود می‌آیند.

اندازه‌گیری پروفیل عمود بر خط ساحلی در طول منطقه فعال فرایندهای ساحلی در مطالعات مهندسی سواحل از اهمیت زیادی برخوردار است. در طول این منطقه فعال، بخشی از نیمرخ بستر در عرض چند ساعت به علت افزایش ناگهانی فعالیت موج می تواند شدیدا تغییر یابد. در اکثر نقاط ساحلی، امواج طوفانی غالباً در ماه‌های زمستان روی داده و امواج آرامتر در تابستان اتفاق می‌افتد. بنابراین نیمرخ‌های تابستانی و زمستانی اغلب جهت تعریف دو نوع نیمرخ بستر بکار می‌رود. در محدوده مورد مطالعه بیشترین تغییرات پروفیل بستر در فصل مونسون اتفاق می‌افتد. شیب وجه ساحل با تیزی امواج برخوردی تغییر می کند و همچنین به اندازه ذرات ماسه که وجه ساحل را تشکیل می دهند، بستگی دارد. شکل ۱ شیب وجه ساحل را برای امواج با انرژی بالا و پایین بر حسب اندازه قطر میانه دانه های ماسه نشان می‌دهد.

شیب وجه ساحل بر حسب اندازه قطر میانه دانه های ماسه برای امواج با انرژی بالا و پایین

شکل ۱- شیب وجه ساحل بر حسب اندازه قطر میانه دانه های ماسه برای امواج با انرژی بالا و پایین

 هدف از این بخش مطالعه تغییرات بستر در رویدادهای طوفانی و همچنین تغییرات فصلی آن می‌باشد. به‌دست آوردن پروفیل تعادلی ساحلی نیز از دیگر اهداف این مطالعات خواهد بود. از آنجایی که الگوی برخورد امواج و تداوم آن‌ها از مهمترین عوامل کنترل کننده شیب هستند، در این مطالعات تغییرات شیب بستر بر اساس تغییرات هیدرودینامیک امواج مورد بررسی قرار گرفته است. لازم به ذکر است این مطالعات در محل برداشت پروفیل‌ها صورت پذیرفته است.

رویه مطالعات تغییر شکل پروفیل بستر:

برای دستیابی به هدف مطالعات تغییرات شکل پروفیل بستر، بهره‌گیری از یک الگوی متناسب با شرایط محدوده مورد مطالعه ضروری می‌‌باشد. روند کلی انجام این بخش از مطالعات به طور خلاصه شامل موارد زیر می‌باشد:

  • مروری بر تحقیقات گذشته
  • جمع‌آ‌وری داده‌های مورد نیاز
  • انتخاب مدل عددی و روش مدل‌سازی
  • تحلیل نتایج

 مدلسازی تغییر شکل خط ساحلی و تعیین الگوی دراز مدت:

در این بخش هدف مطالعات، بررسی تغییرات خط ساحل در اثر جریان ناشی از موج در حضور سازه‌های ساحلی خواهد بود. جهت موج و ارتفاع شکست موج معمولاً به طور پیوسته تغییر می‌کند، بنابراین تعادل کامل بین تاج موج برخوردی و جهت ساحل هرگز به‌طور کامل حاصل نمی‌شود و ساحل به‌طور پیوسته خود را با تغییرات مشخصات موج تطبیق می‌دهد. به‌هرحال اگر امواج در یک جهت غالب باشند، خط ساحلی مشابه شکل 2 خواهد بود. برای مدل‌سازی تغییر شکل خط ساحل و الگوی بلند مدت، باید توجه شود که این مدل‌سازی‌ها تنها برای سواحل نزدیک به مناطق مهم خط ساحلی مکران صورت می‌پذیرد.

 واکنش ساحل به قرارگیری یک سازه در برابر امواج ورودی از جهت غالب

 شکل ۲- واکنش ساحل به قرارگیری یک سازه در برابر امواج ورودی از جهت غالب

 رویه مطالعات تغییر شکل خط ساحلی و تعیین الگوی دراز مدت:

  برای دستیابی به هدف مطالعات تغییر شکل خط ساحلی روند کلی انجام این بخش به صورت زیر دسته بندی شده است:

  • مروری بر تحقیقات گذشته
  • جمع‌آ‌وری و تحلیل داده‌های موجود
  • انتخاب مدل عددی و روش مدل‌سازی

مدلسازی انتقال رسوب خورهای مهم:

خصوصیات هیدرودینامیکی در خورها دارای شرایط متنوعی است. این شرایط می‌تواند از حالت نسبتاً ساده تغییر تراز آب در سیستم جزرومدی تا حالت پیچیده‌ای که در آن تأثیر توام جزر و مد، تنش باد، ورود آب شیرین رودخانه‌ای و امواج ناشی از باد (با پریودهای ۴ تا ۲۵ ثانیه) اثرات مشخصی را به سیستم تحمیل می‌کنند، تغییر کند.

در شکل 3 ورودی خور راپچ نشان داده شده است. در این شکل، کم عمقی هلالی شکل مقابل دهانه ورودی آبراهه که امواج در محدوده اطراف آن در حال شکست هستند قابل مشاهده می‌باشد. 

 نمایی از خور راپچ و ایجاد هلال کم‌عمقی در مقابل آن (محل شکست امواج)

شکل ۳- نمایی از خور راپچ و ایجاد هلال کم‌عمقی در مقابل آن (محل شکست امواج)

 با توجه به چیدمان دستگاه‌های اندازه‌گیری و برنامه اندازه‌گیری موج و جریان در خورهای راپچ، گالک و تنگ در این پروژه، اولویت انجام مطالعات مدلسازی انتقال رسوب نیز در این خورها می‌باشد.

  هدف مطالعات انتقال رسوب خورهای مهم:

به طور کلی مدلسازی انتقال رسوب در طول و دهانه خورها، به صورت محسوسی توسط هیدروگرافی خور و میدان جریان موازی ساحل ناشی از موج و جریان‌های جزر و مدی تاثیر می‌پذیرد.

  مدل استفاده شده برای مدلسازی انتقال رسوب و مورفولوژی:

  در این پروژه دو محدوده بندر بریس تا بندر رودیک)شرق محدوده مطالعاتی) و محدوده بندر زرآباد تا بندر جد )غرب محدوده مطالعاتی) برای مدلسازی انتقال رسوب و مورفولوژی انتخاب شده‌اند، همچنین از مدل LitPack-MIKE استفاده شده است. 2 نمونه از نتایج بدست آمده از مدل Litdrift در شکل‌های 4 و 5 ارائه شده است:

پروفیل عمود بر ساحل در منطقه شرق بندر جد استفاده شده در مدل Litdrift

 شکل 4- پروفیل عمود بر ساحل در منطقه شرق بندر جد استفاده شده در مدل Litdrift

 

نحوه توزیع انتقال رسوب ساحلی در امتداد عمود بر ساحل در سواحل شرق منطقه جد در مدل Litdrift

 شکل 5- نحوه توزیع انتقال رسوب ساحلی در امتداد عمود بر ساحل در سواحل شرق منطقه جد در مدل Litdrift

 

شکل 6 نمونه‌ای از نتایج مدل‌سازی انتقال رسوب با استفاده از مدل Litprof در راستای عمود بر ساحل را نشان می‌دهد.

  نمونه‌ای از بررسی تغییرات پروفیل عمود بر ساحل

 شکل 6- نمونه‌ای از بررسی تغییرات پروفیل عمود بر ساحل

 مطالعات انتقال رسوب و مورفولوژی پیرامون مدلسازی رسوب گذاری عمود بر ساحل و تغییرات بلند مدت خط ساحل ادامه دارد.