3-3-2-2. منابع دقیقتر برای تعیین مشخصات امواج منطقه طرح…………………………….40
3-4. انتخاب مدل عددی……………………………………………………………………………………………………………43
3-4-1. معادلات حاکم در مدل کلاسیک MIKE 21 BW……………………………………………….45
3-4-2. معادلات حاکم در مدل پیشرفته MIKE 21 BW………………………………………………..47
فصل چهارم: شبیهسازی عددی و اجرای مدل
4-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………..51
4-2. ایجاد هندسه بندر و کرانهها…………………………………………………………………………………………….51
4-3. اعمال شرایط مرزی………………………………………………………………………………………………………….53
4-3-1. مرزهای انعکاسدهنده کامل موج………………………………………………………………………….54
4-3-2. سازههای متخلخل………………………………………………………………………………………………….55
4-3-3. لایه جذب‌کننده موج……………………………………………………………………………………………..57
4-3-4. مرزهای تولید موج………………………………………………………………………………………………….59
4-4. انتخاب پارامترهای محاسباتی…………………………………………………………………………………………..60
فصل پنجم: بررسی نتایج شبیهسازی عددی
5-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………..63
5-2. نتایج مدل‌سازی برای امواج در جهت SE………………………………………………………………………….63
5-3. نتایج مدل‌سازی برای امواج در جهت SSE……………………………………………………………………..67
5-4. نتایج مدل‌سازی برای امواج در جهت ESE…………………………………………………………………….70
5-5. تحلیل و ارزیابی نتایج حاصل از مدلسازی……………………………………………………………………..74
5-6. نتایج مدل‌سازی تفرق امواج برای شرایط طوفانی در جهت WSW……………………………….75
5-7. نتایج مدل‌سازی برای شرایط طوفانی امواج در جهت SE………………………………………………….79
فصل ششم: نتیجهگیری و پیشنهاد‌ها
6-1. جمعبندی نتایج…………………………………………………………………………………………………………………86
6-2. پیشنهادهایی برای ادامه پژوهش……………………………………………………………………………………….87
فهرست منابع و مآخذ
الف- منابع فارسی………………………………………………………………………………………………………………………89
ب- منابع انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………………..89
ج- منابع اینترنتی………………………………………………………………………………………………………………………91
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1: حد ارتفاع موج در حوضچه آرامش برای جابه‌جایی کالا……………………………………………….5
جدول 2-1: طبقه‌بندی امواج آب به لحاظ عمق…………………………………………………………………………….19
جدول 2-2: مشخصات امواج فراساحلی مورداستفاده برای مدل‌سازی و ماکزیمم ارتفاع مشخصه مجاز موج داخل لنگرگاه…………………………………………………………………………………………………………………..21
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 1-1: موقعیت بندر دیر……………………………………………………………………………………………………………….6
شکل 1-2: جانمایی بخش‌های مختلف بندر دیر، مربوط به سال 2008……………………………………………..7
شکل 1-3: شیوه قرارگیری اسکله‌های مختلف بندر دیر در حوضچه‌های صیادی و تجاری………………..8

شکل 1-4: بندر دیر و رودخانه فصلی موجود در کرانه غربی آن، تیرماه 89………………………………………..9
شکل 1-5: موج‌شکن جدید در حال ساخت در بهمن‌ماه سال 89……………………………………………………10
شکل 1-6: پلان بندر دیر پس از توسعه و ساخت موجشکن جدید، دی‌ماه سال 92…………………………10
شکل 2-1: موقعیت لنگرگاه غربی ناحیه مرکزی بیروت…………………………………………………………………..19
شکل 2-2: پلان لنگرگاه غربی ناحیه مرکزی بیروت…………………………………………………………………………20
شکل 2-3: طرح مدل فیزیکی لنگرگاه غربی ناحیه مرکزی بیروت…………………………………………………..21
شکل 2-4: مقایسه نتایج مدل عددی و فیزیکی برای بررسی نسبت میان امواج نزدیک شونده کوتاه و امواج بلند در چهار نقطه مشخص…………………………………………………………………………………………………..22
شکل 2-5: طرح حاضر بندر ساینس پرتغال……………………………………………………………………………………..23
شکل 2-6: طرح‌های موردمطالعه بندر ساینس پرتغال…………………………………………………………………….24
شکل 2-7: نواحی مشخص‌شده جهت استخراج ضریب آشفتگی موج………………………………………………24
شکل 2-8: عمق سنجی مدل BW و طرح قدیم و جدید دهانه ورودی بندر Torsminde……………….26
شکل 2-9: شبیه‌سازی انتشار و انتقال موج، پس از ساخت دهانه ورودی جدید بندر Torsminde….27
شکل 2-10: عمق سنجی مدل بندر Long-Beach…………………………………………………………………………27
شکل 2-11: نقشه ارتفاع امواج در نمونه‌ای از نتایج مدل MIKE21 BW……………………………………….28
شکل 2-12: ارتفاع امواج نفوذ یافته به درون حوضچه در اثر امواج ورودی به ارتفاع 1متر از جهت 150 درجه………………………………………………………………………………………………………………………………………..29
شکل 3-1: آب‌نگاری منطقه موردمطالعه………………………………………………………………………………………….32
شکل 3-2: گلباد سالیانه 11 ساله ایستگاه سینوپتیک بندر دیر……………………………………………………35
شکل 3-3: گلباد سالیانه 6 ساله ماهواره Quickscat……………………………………………………………………….36
شکل 3-4: گلباد سالیانه 12 ساله حاصل از دادههای ECMWF……………………………………………………..37
شکل 3-5: گلموج سالیانه آب عمیق……………………………………………………………………………………………….41
شکل 3-6: گلموج سالیانه آب کمعمق……………………………………………………………………………………………42
شکل 4-1: نقشه عمقسنجی محدوده موردمطالعه………………………………………………………………………….52
شکل 4-2: خشکیهای مصنوعی در مدل…………………………………………………………………………………………53
شکل4-3: انعکاس کامل و جزئی موج از یک سازه……………………………………………………………….54
شکل 4-4: مرزهای انعکاسدهنده کامل موج…………………………………………………………………………………..55
شکل 4-5: مرزهای انعکاس نسبی موج (لایه تخلخل)……………………………………………………………………..57
شکل 4-6: مرزهای جذب‌کننده موج (لایه اسفنجی)……………………………………………………………………….58
شکل 4-7: مرزهای تولید موج در مدل……………………………………………………………………………………………..60
شکل 5-1: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………………………………………..64
شکل 5-2: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………………………………64
شکل 5-3: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع تکجهته…………………………………………………………………………………………………………………………………………………65
شکل 5-4: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع تک جهته………………………………………………………………………………………………………………………………..65
شکل 5-5: موقعیت نقاط منتخب برای استخراج سری زمانی ارتفاع امواج نفوذیافته……………………….66
شکل 5-6: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………………………………………..68
شکل 5-7: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع جهتی……………………………………………………………………………………………………………………………………..68
شکل 5-8: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع تکجهته…………………………………………………………………………………………………………………………………………..69
شکل 5-9: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع تک جهته………………………………………………………………………………………………………………………………..69
شکل 5-10: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/1 متر از جهت ESE با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………………………………………..71
شکل 5-11: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/1 متر از جهت ESE با توزیع جهتی……………………………………………………………………………………………………………………………………..71
شکل 5-12: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/1 متر از جهت ESE با توزیع تکجهته…………………………………………………………………………………………………………………………………………..72
شکل 5-13: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/1 متر از جهت ESE با توزیع تک جهته………………………………………………………………………………………………………………………………..72
شکل 5-14: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهت WSW با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………………………………………..76
شکل 5-15: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهتWSW
با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………………………….76
شکل 5-16: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهت WSW با توزیع
تکجهته…………………………………………………………………………………………………………………………………………..77
شکل 5-17: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهتWSW
با توزیع تک جهته……………………………………………………………………………………………………………………………77
شکل 5-18: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهت SE با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………………………………………..80
شکل 5-19: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهت SE با توزیع جهتی……………………………………………………………………………………………………………………………………..80
شکل 5-20: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهت SE با توزیع تکجهته…………………………………………………………………………………………………………………………………………..81
شکل 5-21: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 1/2 متر از جهت SE با توزیع تک جهته………………………………………………………………………………………………………………………………..81
فهرست نمودار‌ها
عنوان صفحه
نمودار 2-1: مقایسه ضرایب آشفتگی در نواحی 1 تا 5 برای پریودهای کمتر و بیشتر از 25 ثانیه برای طرح‌های مختلف………………………………………………………………………………………………………………………………25
نمودار 3-1: سری زمانی ارتفاع امواج سالیانه نقطهای در عمق 7 متری جنوب بندر…………………………43
نمودار 5-1: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع جهتی…………………………………………………………………………………………………………………..67
نمودار 5-2: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع تکجهته………………………………………………………………………………………………………………67
نمودار 5-3: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع جهتی………………………………………………………………………………………………………………..70
نمودار 5-4: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع تکجهته……………………………………………………………………………………………………………70
نمودار 5-5: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 1/1 متر از جهت ESE با توزیع جهتی……………………………………………………………………………………………………………….73
نمودار 5-6: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 1/1 متر از جهت ESE با توزیع تکجهته…………………………………………………………………………………………………………..73
نمودار 5-7: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 1/2 متر از جهت WSW با توزیع جهتی……………………………………………………………………………………………………………78
نمودار 5-8: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 1/2 متر
از جهت WSW با توزیع تکجهته…………………………………………………………………………………………………..78
نمودار 5-9: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 1/2 متر از جهت SE با توزیع جهتی…………………………………………………………………………………………………………………..82
نمودار 5-10: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 1/2 متر از جهت SE با توزیع تکجهته……………………………………………………………………………………………………………..82
نمودار 5-11: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقطهای در دهانه ورودی بندر برای امواج ورودی با ارتفاع 1/2 متر از جهت SE با توزیع جهتی و تکجهته…………………………………………………………………….83
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1. مقدمه
امروزه حدود 90 درصد مبادلات تجارت جهانی از طریق دریاها و به‌وسیله کشتیرانی انجام می‌گیرد و نقش و اهمیت بنادر به‌عنوان پایانه‌های حمل‌ونقل دریایی در پاسخ‌گویی به این حجم عظیم از مبادلات کالا و مسافر، بیش‌ازپیش نمایان می‌شود. در کشورهای هم‌جوار با دریا، سواحل به‌عنوان کانون فعالیت‌های اقتصادی اعم از تجارت، صنعت، حمل‌ونقل کالا و مسافر، فعالیت‌های تفریحی و گردشگری، شیلات و پرورش آبزیان محسوب گردیده و در همه حال فرصت‌های ایده آلی را برای توسعه اقتصادی و سرمایه‌گذاری‌های کلان فراهم می‌سازد. وجود قریب به 5800 کیلومتر طول سواحل کشور سبب شده است تا طی دهه‌های اخیر سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجهی در جهت ساخت و توسعه سازه‌ها و تأسیسات ساحلی و دریایی صورت پذیرد و پیشرفت‌های قابل‌توجه علمی، فنی و اجرایی در زمینه طراحی و ساخت بنادر، احداث سازه‌های ساحلی نظیر موج‌شکن، اسکله، ابنیه حفاظتی و تجهیزات دریایی و بندری و سایر تأسیسات ساحلی و فراساحلی، به‌نحوی‌که متضمن تردد ایمن شناورها باشد، حاصل گردد. رفع مشکلات فنی و اجرایی احداث انواع سازه‌های ساحلی و فراساحلی در محیط دریا و صرف هزینه‌های هنگفت این‌گونه سازه‌ها و تأسیسات مهندسی، اهتمام ویژه به طراحی مهندسی صحیح و مناسب بر طبق ضوابط، استانداردها و معیارهای طراحی را بیش‌ازپیش ضروری می‌سازد]6[. بندر دیر در استان بوشهر که بزرگترین بندر صیادی ایران محسوب میشود، در پی توسعه آن در سالهای اخیر دچار مشکل نفوذ امواج به حوضچه بندر و تلاطم امواج درون آن شده و مشکلاتی برای تردد و پهلوگیری شناورهای بندر ایجاد گردید. در این تحقیق با استفاده از مدلسازی عددی، نحوه نفوذ امواج به حوضچه بندر و ایجاد تلاطم در آن بررسی میشود.
1-2. معرفی مسئله
1-2-1. آرامش و تلاطم در درون لنگرگاه
بنادر برای اینکه بتوانند نقش خود را در انواع مبادلات بین دریا و خشکی به نحوی مطلوب انجام دهند، نیازمند حوضچه آرامشی که در داخل آن امکان پهلوگیری و لنگراندازی ایمن شناورها مهیا باشد، هستند. ایجاد محدوده‌ای امن در مقابل هجوم امواج و جریان‌های دریایی و دستیابی به محوطه‌ای آرام جهت پهلوگیری و توقف شناورها ازآنجا ضرورت می‌یابد که عملیات بارگیری، تخلیه، تعمیرات شناورها و تردد آن‌ها نیاز به سکون نسبی شناور خواهد داشت. در صورت وجود امواج نامطلوب در محدوده پهلوگیری شناور، حرکات ناخواسته‌ای بر شناور تحمیل می‌گردد که نتیجه آن از بین رفتن شرایط مناسب جهت ارتباط لازم میان شناور و ساحل و نیز احتمال بروز عوارض منفی نظیر آسیب‌های جدی بر روی بدنه شناور و یا سازه اسکله خواهد بود. بنابراین در طراحی یک بندرگاه، طراحی یک حوضچه آرامش که نفوذ امواج به داخل آن کنترل‌شده باشد، ضرورت تام دارد]4[.
آرامش لنگرگاه مسئله‌ای فوق‌العاده پیچیده می‌باشد که نه‌فقط عوامل فیزیکی از قبیل امواج، بادها، حرکات کشتی و مقاومت ماشین‌آلات فعال در برابر باد و موج بلکه عواملی که به قضاوت فردی نیاز دارد ازجمله سهولت ورود و خروج شناورها، پناه کشتی‌ها در آب‌وهوای طوفانی و شرایط آستانه کار کردن در دریا را نیز شامل می‌شود. علاوه بر این آرامش لنگرگاه به عوامل اقتصادی از قبیل کارایی عملیات تخلیه و بارگیری کالا، نرخ فعالیت شناورها و هزینه تأسیسات مختلفی که برای بهبود آرامش لنگرگاه موردنیاز است، مربوط می‌شود]6[. یکی از مهم‌ترین عواملی که به تلاطم امواج در لنگرگاه منتهی شده و اساس تعیین معیاری برای آرامش آن می‌باشد، امواج نفوذی از ورودی لنگرگاه می‌باشد.
1-2-2. ارزیابی آرامش لنگرگاه
مرسوم است نرخ وقوع امواج در یک لنگرگاه را بر اساس درصد اوقات و یا تعداد شبانه‌روزهایی که ارتفاع امواج یا میزان تلاطم از یک حد معین بیشتر می‌شود، بیان کنند. مقدار حداکثر ارتفاع مجاز موج، که مقادیر بیش از آن ناآرامی محسوب می‌شود و همچنین حداکثر درصد اوقاتی که ناآرامی حوضچه قابل‌تحمل و قابل مدیریت تشخیص داده می‌شود، بستگی به عوامل مختلفی دارد و نمی‌توان در این رابطه مقدار آستانه‌ای که در دنیا معتبر باشد، تعیین کرد. مقادیر مناسب برای هر بندر بستگی به نوع کاربری بندر، هدف استفاده از تأسیسات اسکله، نوع و وزن و ابعاد شناورها، روش تخلیه و بارگیری (مثلاً کانتینری یا فله)، دوره تناوب و جهت امواج، زمان لازم برای جدا شدن شناور از اسکله و عوامل دیگر دارد. علاوه بر این فرهنگ و میزان مدیریت پذیری استفاده‌کنندگان از بندر و میزان امکانات مدیریت بندر هم در تعیین درصد اوقاتی که ناآرامی حوضچه قابل‌تحمل تشخیص داده می‌شود، نقش دارند. حتی ممکن است مقادیر مناسب برای قسمت‌های مختلف حوضچه یک بندر نیز یکسان نباشند (مثلاً اسکله تخلیه و بارگیری یا پارکینگ). به‌عنوان نمونه تعدادی از بنادر صیادی ایران بر اساس حد مجاز ارتفاع موج شاخص برابر با 3/0 متر در مقابل اسکله و 5/0 متر در محل پارک لنج‌ها طراحی شده‌اند و درصد اوقات عدم آرامش را بین 5/2 تا 5 درصد منظور کرده‌اند. از طرف دیگر در بنادر نفتی که پذیرای شناورهای بسیار بزرگ نفت‌کش هستند، ارتفاع مجاز تا حدود 1 متر نیز در طراحی‌ها استفاده شده است؛ به‌طوری‌که بعضی از اسکله‌های نفتی اصولاً فاقد موج‌شکن بوده و شرایط طبیعی دریا را مزاحم تلقی نمی‌کنند (مثلاً اسکله جزیره خارک). همچنین می‌توان به تفاوت درصد اوقات ناآرامی قابل‌تحمل برای شناورهای نفت‌کش و شناورهای حمل میعانات گازی اشاره کرد که ناشی از توانایی نفت‌کش‌ها برای جدا شدن سریع و به هنگام از اسکله در هنگام دریافت هشدار و عدم امکان جدا شدن سریع برای شناورهای حمل میعانات گازی می‌باشد]6[. بااین‌حال برای حوضچه‌ای که روبروی تأسیسات پهلوگیری قرار گرفته و به‌منظور آماده‌سازی یا مهار شناورها استفاده می‌شود، آرامش در یک تراز خاص باید به 5/97 درصد یا بیشتر روزهای سال برسد، به‌جز در مواردی که استفاده از تأسیسات پهلوگیری یا محوطه جلوی تأسیسات پهلوگیری برای هدف خاصی دستهبندی شده باشد. حد ارتفاع موج در حوضچه مقابل تأسیسات پهلوگیری برای جابه‌جایی کالا باید با توجه به نوع، اندازه و مشخصات انتقال بار شناور تعیین گردد. به این منظور می‌توان از مقادیر جدول 1-1 استفاده نمود]7[.
اندازه شناورارتفاع موج حدی برای جابه‌جایی کالا(H_(1/3 ))شناور کوچکm 3/0شناور متوسط و بزرگm 5/0شناور بسیار بزرگm 7/0 تا m 5/1جدول 1-1: حد ارتفاع موج در حوضچه آرامش برای جابه‌جایی کالا]7[
در این جدول منظور از شناور کوچک شناورهایی با ظرفیت کمتر از GT500 هستند که عمدتاً از حوضچه شناورهای کوچک استفاده می‌کنند. شناورهای خیلی بزرگ، شناورهایی با ظرفیت بیشتر از GT50000 بوده و عمدتاً از ستون‌های مهاربند بزرگ (دلفین‌های بزرگ) و لنگرگاه دور از ساحل بهره می‌گیرند. شناورهای متوسط و بزرگ نیز شناورهایی هستند که به دسته شناورهای کوچک و یا خیلی بزرگ متعلق نباشند]7[.
1-2-3. معرفی بندر دیر
1-2-3-1. موقعیت جغرافیایی
بندر دیر در فاصله 200 کیلومتری شهر بوشهر در طول جغرافیایی″44 ’55 °51 و عرض جغرافیایی″58 ’49 °27 قرار دارد. مساحت شهر دیر در حدود 2158 کیلومترمربع بوده که در حدود 3/9 % کل مساحت استان بوشهر می‌باشد. بندر دیر از طریق بزرگراه کنگان – چغادک (بزرگراه سیراف) به مرکز استان متصل شده و از طریق محور جدیدالاحداث جم – فیروزآباد – شیراز به مرکز کشور دسترسی آسانی پیدا می‌کند]2[.
شکل 1-1: موقعیت بندر دیر]2[
1-2-3-2. بندر دیر از گذشته تاکنون
بندر دیر در سال‌های اول دهه 1350 با همکاری سازمان برنامه و بودجه و فرمانداری منطقه، توسط شرکت ساختمانی پیروز ساخته شد. این بندرگاه مورداستفاده لنج‌های محلی و شناورهای صیادی و باری و غیره بود. تأسیسات بندر شامل دوشاخه موج‌شکن، یک اسکله به ابعاد 23*5/12 متر در بخش میانی و نزدیک به دهانه ورودی و یک جاده دسترسی به اسکله بود که حوضچه را از وسط به دونیمه تقسیم می‌کرد. همچنین در حدود 70 متری سر موج‌شکن غربی یک سکو به ابعاد 17*5 قرار داشت که توسط سپاه پاسداران ساخته شده بود و اسکله شهید خالدی نام داشت. با استفاده از یک بارج که در مجاورت سکو قرار گرفته بود، قایق‌های سپاه اقدام به پهلوگیری می‌کردند. دستیابی به این اسکله از طریق تاج موج‌شکن غربی صورت می‌گرفت و جاده دسترسی به آن در انحصار سپاه بود. طول شاخه شرقی موج‌شکن حدوداً 960 متر، طول شاخه غربی 500 متر و عرض دهانه ورودی 70 متر بود. ابعاد حوضچه مؤثر بندرگاه نیز در مد کامل به‌طور متوسط 600*410 متر بود که در جزر کامل به 220*230 متر کاهش پیدا می‌کرد. در سال 1368، با توجه به نیاز شیلات به توسعه این بندرگاه جهت افزایش بهره‌برداری‌های صیادی ازیک‌طرف و فرسودگی و کوچک بودن اسکله پهلوگیری موجود از طرف دیگر، انجام خدمات مهندسی تهیه طرح اسکله‌های جدید پهلوگیری و نظارت بر اجرای آن‌ها از طرف شرکت سهامی شیلات ایران طی قراردادی به مهندسین مشاور فارور واگذار گردید]3[. بر روی شاخه اصلی موج‌شکن در حدود سال 1377 تعمیراتی صورت پذیرفت و از قطعات تتراپاد برای لایه محافظتی استفاده شد. حوضچه بندر به دو بخش تقسیم‌شده است؛ به‌گونه‌ای که بخش شرقی به فعالیت صیادی و بخش غربی به‌علاوه قسمتی از شاخه میانی به فعالیت تجاری اختصاص داده شده است]2[.
شکل 1-2: جانمایی بخش‌های مختلف بندر دیر، مربوط به سال 2008]2[
موج‌شکن‌های موجود ازنظر جانمایی و موقعیت استقرار، از وضعیت مناسبی برخوردار بوده و چنین پلانی آرامش حوضچه را در مقابل امواج مختلف منطقه تأمین می‌نمود. با توجه به انتخاب مناسب جانمایی موج‌شکن‌ها و درست بودن موقعیت استقرار آن‌ها که از ورود و نفوذ امواج مختلف به داخل حوضچه ممانعت می‌نمود، آب داخل حوضچه از سکون و آرامش لازم برخوردار بوده و فاقد تلاطم بوده است]3[.
اسکله‌های صیادی بندر به طول حدود 510 متر و از نوع وزنی بتنی می‌باشد. این اسکله‌ها بر روی بازوی اصلی موج‌شکن و کنار بازوی وسط حوضچه جانمایی شده‌اند. به‌منظور پهلوگیری قایق‌ها، یک اسکله پله‌ای بتنی در ابتدای موج‌شکن اصلی احداث شده است. همچنین دو محل به‌منظور سوخت‌گیری شناورها در نظر گرفته شده است که یکی بر روی بازوی فرعی و در شمال اسکله و دیگری در انتهای بازوی وسط حوضچه می‌باشد. بندر کنونی دیر دومنظوره بوده و فعالیت صیادی و تجاری در آن به‌طور همزمان انجام می‌شود. موقعیت ویژه اقلیمی این منطقه و نزدیک بودن آن به صیدگاه‌های مهم خلیج‌فارس و همچنین تعداد زیاد شناورهای ماهیگیری موجب شده تا سرمایه‌گذاری کلانی در این منطقه صورت گیرد و بندر دیر را به یکی از مهم‌ترین بنادر صیادی ایران تبدیل نماید]2[.
شکل 1-3: شیوه قرارگیری اسکله‌های مختلف بندر دیر در حوضچه‌های صیادی و تجاری]2[.
تا قبل از سال 84 هیچ‌گونه زیرساخت بندری تجاری در بندر دیر وجود نداشت و زیرساخت‌های این بندر، محدود به فعالیت صیادی بود. در سال 84 احداث زیرساخت‌های تجاری بندر دیر با لایروبی حوضچه غربی بندر شروع شد. با استفاده از مواد حاصل از لایروبی نیز 10 هکتار زمین استحصال و برای احداث تأسیسات پشتیبانی آماده شد. متعاقب آن اسکله بلوک وزنی به طول 217 متر برای پهلوگیری کشتی‌های تجاری با آبخور 5/5 متر و ظرفیت 2000 تن احداث شد که در سال 89 به بهره‌برداری رسید]23[. در کرانه غربی بندر دیر رودخانهای فصلی وجود دارد که رسوبات فراوانی را با خود حمل کرده و تا دهانه ورودی بندر پیش میبرد. با گذشت زمان، این رسوبات بر روی هم انباشته شده و حجم عظیمی از رسوبات از خط ساحلی تا دهانه ورودی بندر تهنشین شدند. درنتیجه عمق آب در نواحی نزدیک به دهانه کم شده و مشکلات و اختلالاتی در رفت‌وآمد و ناوبری شناورهای بندر به وجود آمد. اداره بنادر و دریانوردی استان بوشهر که اداره و ساماندهی حوضچه تجاری بندر را بر عهده دارد، برای حل این مشکل وارد عمل شد و شرکت مهندسین مشاور سازه پردازی را مأمور کرد تا با مطالعه وضعیت موجود راه‌حلی برای این مشکل پیدا کند. شکل 1-4 موقعیت رودخانه فصلی و همچنین رسوبات انباشتهشده در کرانه غربی بندر را نشان میدهد.
شکل 1-4: بندر دیر و رودخانه فصلی موجود در کرانه غربی آن، تیرماه 89]26[.
شرکت سازه پردازی طرحی را ارائه کرد که در آن با ساخت موجشکنی جدید هم از نفوذ رسوبات به دهانه بندر جلوگیری شود و هم در کنار حوضچه تجاری، حوضچه جدیدی ایجاد شود و درنتیجه مکانهای پهلوگیری شناورها نیز افزایش یابد. این طرح در اواسط سال 89 به اجرا گذاشته شد و با پایان یافتن آن در سال 90 و ساخت موجشکن جدید، دهانه ورودی بندر از شمال غربی به جنوب شرقی تغییر یافت. اسکله شهید خالدی سپاه نیز تخریب شد و به مکان دیگری در غرب موجشکن جدید انتقال یافت. حوضچه جدیدی که ایجاد شده بود، با حجم عظیم رسوبات انباشتهشده در طول زمانهای گذشته مواجه بود و برای ساخت اسکله و ایجاد پهلوگیرهای جدید نیاز به لایروبی داشت. شکلهای 1-5 و 1-6 به ترتیب موجشکن جدید در حال ساخت و پلان بندر دیر پس از توسعه و ساخت موجشکن جدید را نشان میدهند.
شکل 1-5: موج‌شکن جدید در حال ساخت در بهمن‌ماه سال 89]25[.
شکل 1-6: پلان بندر دیر پس از توسعه و ساخت موجشکن جدید، دی‌ماه سال 92]27 [
پس از اجرای طرح جدید بندر دیر، موارد متعددی از تلاطم امواج در حوضچهها و اختلال در پهلوگیری و رفت آمد شناورها از طرف صیادان بندر به مسئولین ذی‌ربط گزارش شد. یک شناور نیز در نزدیکی دهانه ورودی بندر دچار حادثه شده و غرق شد. طبق اظهارات یکی از کارشناسان سازمان شیلات، این شناور در اثر تلاطم امواج در حوالی دهانه ورودی به پوزه موجشکن برخورد کرده و در پی ایجاد شکافی در بدنه آن غرق شده است. پس از این وقایع، جامعه صیادی بندر دیر که از وضع پیشآمده نگران بودند، عامل ایجاد تلاطم در دهانه بندر و حوضچهها را تغییرات بهوجودآمده در بندر ازجمله ساخت موجشکن جدید و تغییر دهانه به سمت جنوب شرق دانسته و با مکاتبات و تذکرهای شفاهی و کتبی، مشکل تغییر دهانه به سمت جنوب شرق را به‌ اطلاع مقام‌های مسئول استان بوشهر رساندند. ازنظر یکی از کارشناسان شرکت سازه پردازی، تلاطم موجود در حوضچه تجاری برای شناورهای آن مجاز به شمار میرود؛ اما سازمان شیلات ایران چنین نظری ندارد و میزان ناآرامی را بیش‌ازحد مجاز میداند.

1-3. هدف پژوهش حاضر
با اجرای طرح جدید بندر دیر و حوادثی که پس‌ازآن در بندر رخ داد، این فرضیه پیش آمد که علت اصلی تلاطم در بندر، نفوذ امواج جنوبی به داخل حوضچهها در پی تغییر جهت دهانه ورودی بندر میباشد. هدف از پژوهش حاضر، بررسی چگونگی نفوذ موج به داخل بندر، تعیین ارتفاع امواج نفوذی در پای اسکلهها و میزان آشفتگی امواج در درون حوضچهها و دهانه ورودی بندر میباشد. با توجه به مشکلات به وجود آمده برای جامعه صیادی بندر دیر و تأیید آن توسط کارشناسان سازمان شیلات کشور لزوم اهتمام به حل این مشکل بیش‌ازپیش احساس می‌شود.

1-4. فرضیات و روش انجام تحقیق
فرضیه اصلی این تحقیق، درواقع پاسخ مثبت به این سؤالات است که آیا تغییر دهانه ورودی بندر در پی اجرای طرح جدید و درنتیجه نفوذ امواج از دهانه ورودی به داخل بندر، عامل ایجاد آشفتگی در حوضچهها و بروز مشکلات و حوادث جانبی آن میباشد؟ آیا طرح جدید بندر اشتباه بوده و جانمایی کنونی بندر نامناسب است؟ روش انجام این تحقیق و ابزار اثبات این فرضیات، مدلسازی عددی پدیده نفوذ امواج به بندر با استفاده از ماژول BW نرم‌افزار MIKE21 میباشد.

1-5. ساختار پایان‌نامه
در این فصل به کلیات تحقیق ازجمله بیان مسئله و شرح آن و مشکلات به وجود آمده در بندر دیر پرداختیم. در فصل دوم با مروری بر سابقه مطالعات ابتدا به مروری بر سابقه مطالعات بر روی معادلات موج و سپس سابقه شبیه‌سازی امواج در بنادر پرداخته می‌شود. در فصل سوم مبانی شبیه‌سازی عددی در این تحقیق بررسی می‌شود. در این فصل در مورد مشخصات محدوده شبیه‌سازی، مطالعات اولیه موردنیاز برای شبیه‌سازی و انتخاب مدل عددی بحث می‌شود. فصل چهارم به شبیه‌سازی عددی و اجرای مدل اختصاص دارد. ایجاد هندسه بندر و کرانه‌ها، اعمال شرایط مرزی، انتخاب پارامترهای محاسباتی و اجرای مدل در این فصل مورد بررسی قرار می‌گیرد. فصل پنجم به بررسی نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی می‌پردازد و در پایان در فصل ششم، نتیجه‌گیری تحقیق و پیشنهادهایی برای ادامه پژوهش‌ها در این زمینه از تحقیق ارائه می‌گردد.
فصل دوم
مروری بر سابقه مطالعات
2-1. مقدمه
در این فصل ابتدا مروری بر سابقه مطالعات بر روی انواع معادلات موج می‌شود و پس‌ازآن به فرمولاسیون آن‌ها پرداخته می‌شود و در بخش بعد به سوابق شبیه‌سازی امواج در داخل بنادر و درنهایت به جمع‌بندی این فصل پرداخته می‌شود.
2-2. مطالعات مرتبط با انواع معادلات موج

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

معادلات غیرخطی موج کم‌عمق نخستین مجموعه معادلاتی است که به‌صورت گسترده در اواخر دهه 90 میلادی توسط محققین برای مطالعه بر روی امواج موردتوجه قرار گرفته است. معادلات بوسینسک کلاسیک، مجموعه دوم از معادلات موج است که یک مرحله نسبت به معادلات غیرخطی موج کم‌عمق، دارای بهبود در دقت نتایج بوده و هم رفتار غیرخطی موج و هم پدیده پراکنش انرژی در فرکانس‌ها در آن با رتبه دقت بالاتری دیده می‌شود. این معادلات برای نخستین بار توسط پرگراین در سال 19671 برای شرایط شبه سه‌بعدی (دوبعدی در سطح و انتگرال‌گیری‌شده در عمق) و با منظور نمودن بستر نامنظم بازنویسی شد. در این معادلات تغییرات سرعت در راستای عمق از مرتبه دوم فرض شده است. لذا مرتبه دقت برای شاخص رفتار غیرخطی موج یعنی نسبت دامنه موج به عمق آب (ε) برابر واحد و برای پراکنش یعنی نسبت عمق آب به طول‌موج (μ) برابر دو می‌باشد]20[.
ازجمله محققینی که با استفاده از این شیوه به شبیه‌سازی عددی موج پرداخته‌اند، می‌توان به گوتو در سال 1992 اشاره کرد. مشابه حالات قبل، سایر زمینه‌های مطالعاتی را که نه از حیث موضوع اصلی این پژوهش بلکه تنها از حیث شبیه‌سازی امواج از این مجموعه معادلات استفاده کرده‌اند را نیز مورد بررسی قرار داده‌ایم که ازجمله آن‌ها می‌توان به آبوت و همکاران در سال 19782، وو و همکاران در سال 19833، فرلیچ و همکاران در سال 19844، ریگ در سال 19885، فرلیچ و همکاران در سال 19936 اشاره کرد]21 و 12 و 9 و 8[.
بهبود قابل‌توجه نتایج نسبت به معادلات غیرخطی موج آب کم‌عمق، در معادلات بوسینسک توسط تمامی این محققین در موارد مختلف نشان داده شده است. ضمن اینکه اشکال ناپایداری ذاتی معادلات در محدوده‌های خیلی کم‌عمق در این معادلات از بین رفته است. اما محدودیت اصلی این معادلات، عدم شبیه‌سازی کامل پراکنش موج عنوان شده است. اگرچه پدیده پراکنش موج در این معادلات شبیه‌سازی می‌شود، لیکن ارتفاع امواج پس از پراکنش یا تفرق، متفاوت با داده‌های آزمایشگاهی و واقعی و عمدتاً کمتر از آن‌ها است. به‌عبارت‌دیگر رفتار غیرخطی موج تا حد مناسبی در معادلات بوسینسک کلاسیک منظور شده اما از حیث پراکنش دارای محدودیت است. به‌نحوی‌که طبق توصیه مراجع، عمق آب نباید بیشتر از یک‌پنجم طول‌موج باشد.
معادلات بوسینسک اصلاح‌شده با محوریت پراکنش موج، نسل سوم از معادلات موج مورداستفاده توسط محققین در این زمینه است. این مرحله از اصلاح معادلات بوسینسک، منجر به وارد نمودن توان‌های بالاتری از شاخص پراکنش موج یعنی μ در معادلات شده و کاربرد بوسینسک کلاسیک را در آب‌های عمیق‌تر وقتی‌که عمق آب حتی تا حد نیمی از طول‌موج نیز افزایش یافته، ممکن می‌سازد. بررسی تکمیلی نشان می‌دهد که آغاز این نسل از معادلات به سال 1993 بازمی‌گردد، هنگامی‌که نوگو 7 با فرض یک عمق مشخصه قابل‌تغییر طی شبیه‌سازی به نام Z_α ، مقادیر سرعت در دو راستای مسطحاتی (جهات x و y) در آن عمق را جایگزین سرعت در سطح یا متوسط سرعت در عمق نمود. این عمق مشخصه می‌تواند بسته به عمق آبی که موج در آن قرار دارد، تعیین شود. تفاوت این معادلات اصلاح‌شده نسبت به بوسینسک کلاسیک ، یک جمله اضافی است که برای منظور نمودن رفتار پراکنشی موج به معادله پیوستگی اضافه‌ شده و ضرایب جملات پراکنشی نیز در معادله مومنتوم تغییر کرده است. در همین مسیر در سال 1995 ، وی 8 و همکاران با ارائه یک روش عددی مناسب با رتبه دقت برابر 4، از همین معادلات (نوگو 1993) استفاده کرده و حتی در محدوده آب‌های با عمق متوسط نیز نتایج مناسبی از حیث رفتار پراکنشی موج به دست آورده‌اند. لیکن همین محققین این بار کم بودن رتبه معادلات اصلاح‌شده را از حیث رفتار غیرخطی موج، محدودیت معادلات نوگو عنوان و اشاره‌ کرده‌اند که این معادلات، ارتفاع موج را در عمق متوسط کمتر از آزمایشگاه‌ها داده و منحنی تغییرات پهن‌تری را حاصل نموده است]19[.
در ادامه در سال 2000، کندی و همکاران 9 از معادلات اصلاح‌شده بوسینسک برای حالت یک‌بعدی استفاده کرده و دو پدیده شکست موج و اصطکاک کف را نیز به آن اضافه نمودند و نتایج مناسبی را نیز به دست آوردند. اما آن‌ها نیز بر اساس مقایسه با نتایج آزمایشگاهی به این نتیجه رسیده‌اند که برای موج مونوکروماتیک یا تک‌فام هنگام پشته کردن یا شکست روی ساحل شیب‌دار، بیشترین خطا وجود داشته است. ارتفاع این امواج قبل از شکست بیشتر از حد واقعی تخمین زده شده است.علت این تفاوت توسط ایشان، خاصیت ذاتی معادلات بوسینسک اصلاحی استفاده‌شده عنوان گردیده و اینکه خطاهای غیرخطی‌ای را در محدوده عمق متوسط و زیاد از خود نشان می‌دهد. برخی محققین10 در ادامه تحقیق قبلی، شرایط را از یک‌بعدی به دوبعدی در سطح ارتقا داده و از همان مجموعه معادلات استفاده کرده و نتایج مناسبی دریافت نموده‌اند؛ لیکن همان محدودیت‌های ناشی از کمبود رتبه غیرخطی معادلات هنوز احساس شده است. اصلاح و استفاده از معادلات نوگو با هدف منظور نمودن هرچه بیشتر رفتار پراکنشی موج (و نه بهبود از حیث رفتار غیرخطی) توسط سایر محققین ازجمله کایهاتو و همکاران11 نیز مورد‌توجه بوده است. آن‌ها از مشتق مرتبه دوم عمق بستر نسبت به مکان صرف‌نظر نمودند و پارامتر دیگری به نام β را نیز به معادلات مومنتوم افزودند که بر اساس شبیه‌سازی بهینه رفتار پشته کردن12 امواج قابل تنظیم است. نقطه قوت معادلات نسل سوم موج یعنی بوسینسک اصلاح‌شده با محوریت پراکنش، قابلیت کاربرد آن در اعماق بیشتر آب با منظور نمودن رفتار پراکنشی موج است. اما اشکالی که محققین این زمینه از مطالعات به‌اتفاق به آن اشاره می‌کنند، محدودیتی است که پایین بودن رتبه رفتار غیرخطی موج در این حالت دارد]10[.
معادلات بوسینسک اصلاح‌شده با محوریت رفتار غیرخطی موج، درواقع می‌تواند نسل چهارم از مجموعه معادلات حاکم بر موج تلقی گردد. بررسی سابقه مطالعاتی مرتبط با موضوع پژوهش حاضر نشان می‌دهد که لینت و لیو در سال 2002 از این شیوه استفاده نموده‌اند. لیکن گسترش بررسی‌ها به مطالعاتی که تنها مربوط به شبیه‌سازی موج میباشد، نشانگر آن است که ابتدای سلسله آن توسط مادسن و شافر در سال 199813 آغاز شده و توسط سایر محققین ازجمله لینت و لیو در سال 200214 و در سال 2005 نیز توسط سیتانگانگ و لینت15 در حال توسعه و استفاده می‌باشد. در این مجموعه معادلات، اصلاح معادلات پایه بوسینسک کلاسیک به‌طور توأم با فرض منظور نمودن عمق مشخصهZ_(α ) برای منظور نمودن مؤلفه‌های سرعت افقی و همچنین استفاده از بسط توانی بردار سرعت در راستای قائم (و یا تابع پتانسیل سرعت) در معادله مومنتوم، ایجاد گردیده است. ویژگی اصلی این معادلات، توانمند بودن آن در بررسی رفتار غیرخطی موج است. نتایج حاصل از این مجموعه معادلات تا حد قابل‌توجهی محدودیت‌های نسل‌های قبل را مرتفع کرده است؛ طوری که ارتفاع موج تا حد عمق آب نیز می‌تواند افزایش یابد و از سوی دیگر رفتار پراکنشی نیز همانند روش‌های پیشین شبیه‌سازی می‌شود]17 و 16[.
2-2-1. مطالعات موج آب کم‌عمق
مشخصه اصلی در آب کم‌عمق، ناچیز بودن مؤلفه سرعت قائم می‌باشد. نمونه‌هایی از کاربرد معادلات آب کم‌عمق شامل مواردی مانند جریانات جزر و مدی، موج‌های ناشی از طوفان و امواج ناشی از زلزله می‌باشد. پیشروی موج به نام سرعت موج16 یا سرعت فاز17 خوانده شده و با C نمایش داده می‌شود. ازآنجایی‌که فاصله طی شده توسط موج در فاصله زمانی یک پریود برابر طول‌موج می‌باشد، سرعت موج می‌تواند وابسته به طول و پریود موج به‌صورت زیر باشد:
(2-1) C=L/T
در رابطه فوق،C سرعت فاز، L طول‌موج و T دوره تناوب موج می‌باشد.
رابطه بین سرعت موج، طول و پریود موج و عمق آب نیز به شکل زیر می‌باشد:
(2-2) C=√(gL/2π tanh⁡(2πd/L))

دسته بندی : پایان نامه ارشد

دیدگاهتان را بنویسید