رشته حقوق

منبع پایان نامه درباره مدل‌سازی، دریای عمان، هیدرولیک، قابلیت اطمینان

دانلود پایان نامه

دسترس میباشد. این دادهها دارای دقت 5/0 درجه بوده و گام زمانی آنها نیز 6 ساعت است. در شکل 3-4 گلباد استخراج‌شده از دادههای ECMWF در منطقه طرح نشان داده شده است.

شکل 3-4: گلباد سالیانه 12 ساله حاصل از دادههای ECMWF ]2[

3-3-1-7. ارزیابی و انتخاب گلباد مبنای مطالعات
به‌منظور انجام مطالعات پیشبینی امواج ضرورت دارد تا یک گلباد به‌عنوان مبنای مطالعات انتخاب شود. در این راستا عوامل مختلفی بر تحلیل و انتخاب گلباد مبنای مطالعات تأثیرگذار میباشند. از مهمترین عواملی که در انتخاب گلباد مبنای مطالعات مورد توجه قرار میگیرند میتوان به مواردی همچون همخوانی دادهها با رژیم کلی بادهای منطقه، گام زمانی دادههای ثبتشده و طول دوره آماری دادههای موجود اشاره کرد. بدیهی است هرچه گام زمانی ثبت دادهها کوچک‌تر باشد، تغییرات زمانی رخداده در وضعیت بادهای یک منطقه را بهتر پوشش میدهد. از سوی دیگر اگر گام زمانی ثبت دادهها خیلی بزرگ باشد، ممکن است بعضی طوفانها که دارای زمان تداومی کمتر از گام زمانی ثبت دادهها هستند، در دادههای ثبتشده دیده نشوند. در مورد طول دوره آماری ثبت دادهها نیز هرچقدر این میزان بیشتر باشد، عدم قطعیت کاهش مییابد.
مطالعات نشان میدهد که تقریباً همه گلبادهای ارائه‌شده با وضعیت کلی بادهای خلیج‌فارس همخوانی دارند. در مورد اطلاعات ماهواره Quickscat با توجه به طول دوره آماری نسبتاً کم دادههای در دسترس این مجموعه (6 سال) و همچنین گام زمانی ثبت رکوردها (12 ساعت)، استفاده از این اطلاعات برای استخراج باد طرح توصیه نمیشود. از سوی دیگر درصد بادهای آرام که دارای سرعتی کمتر از 5/2 متر بر ثانیه میباشند نیز بسیار زیاد میباشد. در خصوص دادههای ECMWF وجود بازه آماری نسبتاً خوب (11 سال) و همچنین گام زمانی رکوردهای ثبتشده (هر 6 ساعت یک‌بار) قابل‌توجه میباشد. اما با توجه به این‌که این دادهها مستقیماً ثبت نشده و خود نتیجه اجرای مدلهای هواشناسی میباشند و امکان ایجاد خطا در این مدلها وجود دارد، لذا استفاده از این مجموعه توصیه نمیشود. اما اطلاعات ثبتشده در ایستگاه هواشناسی بندر دیر به دلیل طول بازه آماری کافی و گام زمانی مناسب (3 ساعت) و همچنین همخوانی خوب با وضعیت کلی بادهای خلیج‌فارس ( باد شمال، جنوب و قوس) و نیز نزدیک بودن محل ثبت این دادهها به محل پروژه کنونی مطمئنترین منبع اطلاعاتی محسوب شده و به‌عنوان مبنای محاسبات در ادامه مطالعات به کار میرود.

3-3-2. مطالعات امواج
امواج ناشی از باد معمولاً به‌عنوان مهمترین امواج در میان طیف موج در دریا در نظر گرفته میشود. تعیین مشخصات امواج ناشی از باد به‌صورت کمی در تجزیه‌وتحلیل‌های مهندسی و نیز طراحی سازههای دریایی دارای اهمیت میباشد. وقتی‌که سرعت باد، طولی که باد روی آن میوزد و یا مدت‌زمان وزش باد افزایش یابد، ارتفاع و پریود موج حاصله افزایش مییابد. بنابراین مشخصات امواج ناشی از باد تابعی از سرعت باد، مدت وزش باد و طول بادگیر مؤثر می‌باشد. درنتیجه شناخت دقیق مشخصات امواج ناشی از باد به دلیل انرژی بالای آنها، برای طراحی سازههای ساحلی و فراساحلی موردنیاز است. در این رابطه شناخت مشخصات موج در آب عمیق و تغییرات ایجادشده روی مشخصات موج حین انتقال آن از آب عمیق به آب کمعمق نیز لازم است. تاکنون مدلها و روشهای متعددی از قبیل روشهای تجربی و مدلهای طیفی-عددی برای پیشبینی پارامترهای امواج و مدلسازی امواج دریا تهیه شده است.
3-3-2-1. وضعیت کلی امواج در خلیج‌فارس و دریای عمان
امواج تولیدشده در خلیج‌فارس به‌طورکلی به امواج محلی23 و امواج دورآ24 تقسیم میشوند. حداکثر ارتفاع موج محلی و موج دورآ در انتهای پهنترین منطقه مرکزی خلیجفارس به ترتیب به 6/1 متر یا بیشتر و 2 متر یا بیشتر میرسد. حداقل امواج در باریکترین منطقه یعنی تنگه هرمز مشاهده شده است. درمجموع در 75% اوقات، خلیجفارس و دریای عمان آرام و دارای تلاطم کمی است. ولی تقریباً 5 تا 6% اوقات ممکن است سراسر منطقه دارای تلاطم با امواج به ارتفاع 6/1 متر یا بیشتر باشد. فاصله زمانی امواج در قسمت شمالی خلیج‌فارس کوتاه و بین 3 تا 5 ثانیه است. زیرا فاصله بین دو ساحل یا طول حوزه مؤثر بادگیر و مدت وزش باد محدود است. در قسمت جنوبی، متوسط فاصله زمانی بین دو موج کمی بیشتر است. در رأس خلیج‌فارس امواج دورآی کوتاه و متوسط فقط طی ماههای زمستان به‌طور مکرر از جنوب و جنوب غربی به وقوع میپیوندد. تنگه هرمز به علت شکل آن دارای امواج دورآی کوتاه است؛ ولی گاهی به‌ویژه در تابستان در قسمت شرقی آن امواج دورآی بلندتری از دریای عمان وارد آن میشود]2[.
3-3-2-2. منابع دقیقتر برای تعیین مشخصات امواج منطقه طرح
به دلیل عدم وجود آمار و اطلاعات امواج کافی و با دوره زمانی مناسب، از روش مدل‌سازی عددی برای پیشبینی مشخصات امواج استفاده میشود. در دهههای اخیر با توسعه رایانه و بالا رفتن توان پردازندهها، مدلهای ریاضی (عددی) پیچیدهای برای پیشبینی مشخصات امواج ناشی از باد تهیه شدهاند. ازجمله این مدل‌سازی‌ها، پروژه شبیهسازی امواج دریاهای ایران (ISWM) که توسط مرکز ملی اقیانوسشناسی و به سفارش سازمان بنادر و دریانوردی انجام شده و نتایج آن تهیه گردیده است، میباشد. همچنین از دیگر منابع موجود می‌توان به مدلی که توسط شرکت مهندسین مشاور پویا طرح پارس در پروژه احداث پناهگاه قایقهای صیادی بندر دیر و به سفارش سازمان شیلات ایران انجام شده است، اشاره کرد
. به دلیل نزدیکی ایستگاه سینوپتیک بندر دیر به موقعیت پروژه، از مقادیر باد اندازهگیریشده در این ایستگاه جهت بارگذاری این مدل موج استفاده شده است. در پروژه شبیهسازی امواج دریاهای ایران از دادههای باد نسبتاً نادقیق (با بازههای زمانی 6 ساعته) استفاده شده است. حال‌آنکه در پروژه پناهگاه قایقهای صیادی از اطلاعات باد ایستگاه هواشناسی دیر استفاده شده است که نه‌تنها در بازههای زمانی کوچک‌تر (3 ساعته) ثبت شدهاند، بلکه به علت نزدیک بودن این ایستگاه اندازه‌گیری به منطقه موردمطالعه، از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار میباشد. به همین دلیل در تحقیق حاضر از نتایج این مدل‌سازی استفاده میشود.
در شکلهای 3-5 و 3-6 گل‌موج سالیانه آب عمیق و آب کمعمق نشان داده شدهاند. عمق آب در محل استخراج گل‌موج آب عمیق در حدود 30 متر و برای استخراج گل‌موج آب کمعمق در حدود 7 متر بوده است.

مطلب مشابه :  سازمان بهداشت جهانی

شکل 3-5: گل‌موج سالیانه آب عمیق]2[

شکل 3-6: گل‌موج سالیانه آب کمعمق]2[
در این دو شکل فراوانی امواج با ارتفاع‌های مختلف برای راستاهای مختلف در جدول زیر هر شکل به تفکیک آورده شده است. همان‌گونه که مشاهده می‌شود، امواج فراساحلی بیشتر از راستای غرب (با فراوانی 28 درصد) و جنوب شرق (با فراوانی 11 درصد) میآیند و ارتفاع امواج حتی به بیشتر از 2 متر نیز میرسد. بااین‌حال با انتقال امواج فراساحلی به ناحیه ساحلی مشاهده میشود که امواج تغییر جهت نسبی دادهاند.
در ناحیه ساحلی موردمطالعه با توجه به گل‌موج آب کمعمق، بلندترین امواج از جهتهای جنوب شرقی (با فراوانی 15 درصد) میآیند؛ البته درصد وقوع این امواج کمتر از امواجی می‌باشد که از جهت غرب-جنوب غربی میآیند (فراوانی 30 درصد). در گلموج سالیانه آب کمعمق، امواجی با ارتفاع 4/1 متر به چشم میخورد. برای بررسی دقیقتر ارتفاع امواج در زمان‌های مختلف سال نقطهای در جنوب بندر دیر در عمق 7 متری انتخاب شده و نتایج سری زمانی ارتفاع موج سالانه در آن استخراج شده است. این نتایج در نمودار 3-1 نشان داده شده است.

نمودار 3-1: سری زمانی ارتفاع امواج سالیانه نقطهای در عمق 7 متری جنوب بندر]2[
نتایج سری زمانی ارتفاع موج بیانگر آن است که حداکثر ارتفاع موج نزدیک ساحل در حدود 1/2 متر میباشد. همچنین این شکل نشان میدهد که بزرگ‌ترین امواج از اواخر پاییز (دسامبر) تا اواسط زمستان (فوریه) رخ میدهند.
3-4. انتخاب مدل عددی
مدل مورداستفاده در این پایاننامه، ماژول BW از نرم‌افزار MIKE 21 میباشد. این مدل با استفاده از روش عددی اختلافات محدود (FDM) توسعه داده شده است. در روش اختلافات محدود، کل میدان حل با استفاده از شبکههای مستطیلی و متعامد تقسیمبندی شده و مرزهای واقعی و نامنظم نیز به‌صورت ترکیبی از اجزای مستطیلی تقریب زده میشوند. نرم‌افزار MIKE 21 که توسط انستیتو هیدرولیک دانمارک (DHI)25 طراحی و توسعه یافته است، توانایی شبیه‌سازی امواج، تغییرات سطح آب، جریان‌های دریایی ناشی از موج و جزر و مد، انتشار یا توزیع شوری،حرارت و آلودگی دریا، بررسی امواج ناشی از زلزله‌های زیردریایی و هیدرولیک رسوب را دارا می‌باشد. این نرم‌افزار جریان را دوبعدی و تک لایه فرض کرده و از تغییرات چگالی در عمق صرف‌نظر می‌کند. نرم‌افزار مذکور دارای مدولهای مختلفی مانند هیدرودینامیک26، امواج دور از ساحل27، امواج نزدیک ساحل28، امواج بوسینسک29، انتقال رسوب30، پخش آلودگی و حرارت در دریا31 می‌باشد]11[.
MIKE 21 BW ابزاری برای مدلسازی عددی آشفتگی امواج در بنادر، لنگرگاهها و نواحی ساحلی میباشد. MIKE 21 BW شامل دو مدل 1DH و 2DH میباشد. مدل 2DH مختصات دوبعدی افقی و مدل 1DH مختصات یکبعدی افقی را در برمی‌گیرد. معادلات بوسینسک پیشرفته، مدلهایی مناسب برای شبیهسازی انتشار غیرخطی امواج جهتی از آب عمیق به آب کمعمق ایجاد میکنند. این ماژول قابلیت بازتولید اثرات ترکیبی از همه پدیدههای مهم مورد انتظار در بنادر، لنگرگاهها و سواحل را دارد که شامل مواردی چون پشته کردن موج32، انکسار33، تفرق34، شکست موج35، حرکت خط ساحل36، انعکاس جزئی37، انتقال موج38، برهمکنش غیرخطی موج-موج39، پخش فرکانس40 و پخش جهتی41 میشود.

مطلب مشابه :  سالهای پیش دبستانی

ناحیه پرکاربرد و اصلی MIKE 21 BW تعیین و ارزیابی دینامیک امواج در بنادر و نواحی ساحلی میباشد. آشفتگی داخل حوضچه‌های بنادر یکی از مهم‌ترین عواملی است که در انتخاب محل ساخت و تعیین طرح بهینه بنادر در ارتباط با معیارهای از پیش تعریف‌شده برای آشفتگی42 قابل‌قبول موج، در نظر گرفته می‌شود. این مدل بر پایه حل عددی معادلات بوسینسک، شبیهسازی آشفتگی داخل بنادر را ممکن میسازد. معادلات بوسینسک در اینجا دو نوع می‌باشند: الف) معادلات بهبودیافته بوسینسک که برای انتشار امواج از آب عمیق به آب کمعمق بهطوریکه نسبت ماکزیمم عمق آب به طول موج آب عمیق h/L≈0.5 باشد، مورد استفاده قرار میگیرد. ب) معادلات کلاسیک بوسینسک که برای شرایط h/L≈0.22 مناسب میباشد]11[.

3-4-1. معادلات حاکم در مدل کلاسیک MIKE 21 BW
اولین معادله، معادله پیوستگی میباشد که به‌صورت زیر بیان میشود:
(3-1)
دومین معادله، معادله مومنتوم در جهت x میباشد:
(3-2)
سومین معادله، معادله مومنتوم در جهت y میباشد:
(3-3)
معادلات بالا میتوانند بهصورت زیر نیز نوشته شوند:
معادله پیوستگی بازنویسی شده به‌صورت شار:
(3-4)
معادله مومنتوم بازنویسی شده در جهت x:
( 3-5)

معادله مومنتوم بازنویسی شده در جهت y:
(3-6)
در معادلات بالا پارامترهای بهکاررفته عبارتاند از:
h=D+ζ ، عمق کل آب
D : عمق ایستابی آب
: تغییرات سطح آبζ
x شار در جهت :P=uh
Q=vh : شار در جهت y
u : سرعت در جهت x
v : سرعت در جهت y
t : زمان (ثانیه)
g : شتاب ثقلی (=9.8 m/s^2)
x و y : مختصات (m)
3-4-2. معادلات حاکم در مدل پیشرفته MIKE 21 BW
معادلات بوسینسک پیشرفته بهصورت یک و یا دوبعدی افقی در ترمهای تغییرات سطح و مؤلفه‌های سرعت انتگرالگیریشده در عمق بهصورت زیر بیان میشوند. اولین معادله، معادله پیوستگی میباشد که بهصورت زیر بیان میشود:
(3-7)
معادلات مومنتوم در جهات x و y بهصورت زیر بیان میشوند:
معادله مومنتوم در جهت x :
(3-8)
معادله مومنتوم در جهت y :
(3-9)
پارامترهای استفادهشده در معادلات بالا بهصورت زیر میباشند:
P: شار چگالی در جهت x (m^3/(m/s))
Q : شار چگالی در جهت y (m^3/(m/s))
B : فاکتور پخش بوسینسک
x و y : مختصات (m)
t : زمان (ثانیه)
h(d+ζ) : عمق کل آب (متر)
d : عمق آب ساکن (متر)
g : شتاب ثقلی (=9.8 m/s^2)
n : تخلخل
C : عدد مقاوم شزی(m^(0.5)/s)
α : ضریب مقاوم برای جریان لایهای در محیط متخلخل
β : ضریب مقاوم برای جریان آشفته در محیط متخلخل
ζ: تغییرات سطح آب نسبت به مبنا (متر)
ترمهای Ψ_1 و Ψ_2 ترمهای پراکندگی43 (پخش) بوسینسک میباشند که بهصورت روابط زیر ارائه میگردند:
(3-10)
(3-11)
ترمهای تنش افقی با استفاده از رابطه گرادیان تنش تعریف میشود که از این ترمها برای مدلسازی برهمکنش موج-جریان استفاده میگردد:
(3-12)
(3-13)
که در رابطه بالا، v_t ویسکوزیته گردابی افقی میباشد.
ترمهای R_xx، R_xy و R_yy برای در نظر گرفتن مومنتوم آزاد نشأت‌گرفته از توزیع غیریکنواخت سرعت ناشی از حضور غلتک آورده شدهاند که به‌صورت زیر بیان میشوند:
(3-14)

(3-15)
(3-16)
که در این روابط، δ=δ(x,y,t) ضخامت غلتک سطحی و C=(c_x , c_y) مؤلفه‌های سرعت غلتک میباشند.
در مدل MIKE 21 BW، معادلات بوسینسک با استفاده از روش تفاضل محدود حل میشوند. محدوده محاسباتی با استفاده از یک شبکه مستطیلی با اندازه شبکههای x∆ و y∆ در جهتهای x و y مشخص میشوند]22و11[.

فصل چهارم

شبیهسازی عددی و اجرای مدل

4-1. مقدمه
برای تولید و اجرای مدل عددی MIKE 21 BW و دستیابی به نتایج مورد انتظار، دادهها و اطلاعاتی برای بارگذاری و اجرای مدل موردنیاز است که توسط ابزارها و امکانات موجود در نرمافزار تولید و آماده میشوند. در این فصل به معرفی و نحوه تولید و آمادهسازی این دادهها و اطلاعات پرداخته میشود.

4-2. ایجاد هندسه بندر و کرانهها
اولین قدم در فرآیند مدلسازی، جمعآوری دادههایی همچون دادههای

برای دانلود متن کامل فایل این  پایان نامه می توانید  اینجا کلیک کنید

دیدگاهتان را بنویسید