متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه های هیدرولیکی

عنوان : تغییرات خط ساحل دریای خزر با استفاده از مدل ریاضی

دانشگاه سمنان

دانشکده مهندسی عمران

پايان‌نامه براي دريافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسي عمران گرايش سازه­های هیدرولیکی

عنوان:

تغییرات خط ساحل دریای خزر با استفاده از مدل ریاضی (مطالعه موردی بندر امیرآباد)

استاد راهنما:

دكتر خسرو حسینی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه………………………………………………………7

1-1- مقدمه………………………………………………………….. 8

1-2- بیان مسئله تحقیق………………………………………….. 9

1-3- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق…………………………….. 10

1-4- نوآوری تحقیق……………………………………………….. 12

1-5- اهداف تحقیق……………………………………………….. 12

1-6- فرضیات تحقیق و محدودیت­ها …………………………………13

1-7- روش­شناسی تحقیق……………………………………….. 14

1-8- ساختار فصول پایان­نامه……………………………………… 15

فصل دوم : تعاریف و مروري بر منابع …………………………….. 17

2-1- مقدمه………………………………………………………….. 18

2-2- تعاریف…………………………………………………………. 18

2-2-1- محیط ساحلی…………………………………………….. 18

2-2-2- امواج ثقلی سطح…………………………………………. 18

2-2-3- انرژی موج…………………………………………………… 18

2-2-4- توان موج……………………………………………………. 19

2-2-5- انعکاس موج………………………………………………. 19

2-2-6- اثرات باد……………………………………………………. 19

2-2-7- تنش تشعشعی………………………………………….. 20

2-2-8- امواج ایستا…………………………………………………. 20

2-2-9- شکست موج………………………………………………. 20

2-2-10- انکسار موج……………………………………………….. 22

2-2-11- تفرق موج………………………………………………….. 22

2-2-12- سرعت گروه موج…………………………………………. 22

2-2-13- تسونامی………………………………………………….. 23

2-2-14- جریان‌های ساحلی………………………………………… 23

2-2-15- فرآیندهای ناحیه ساحلی…………………………………. 23

2-2-16- نیمر‌خ ساحلی و تغییرات آن………………………………. 24

2-2-17- نیمرخ تابستانی ونیمرخ زمستانی………………………. 24

2-2-18- سازه‌های عمود بر ساحل……………………………….. 24

2-2-19- سازه­های موازی ساحل…………………………………. 26

2-2-20- احیاء ساحل و تخلیه رسوب……………………………… 26

2-2-21- مباني نظري……………………………………………….. 27

2-3- مروري بر ادبيات موضوع……………………………………….. 27

فصل سوم: روش تحقیق…………………………………………….. 34

3-1- مقدمه…………………………………………………………… 35

3-2- معرفی نرم­افزار………………………………………………….. 35

3-2-1- مدول­های نرم­افزار مایک 21………………………………….. 36

-2-2-3 قابلیت­های نرم­افزار مایک 21…………………………………. 37

3-3- مراحل اجرای مدل و معادلات بکار رفته در مدول­ها ……………39

1-3-3- مدل­سازی انتشار امواج- مدول SW……………………….

3-3-1-1- معادلات پايه در مدل sw………………………………

3-3-1-2- معادلات پايستگي كنش موج……………………………43

3-3-1-3- توابع مربوطه به چشمه……………………………………….44

3-3-1-4- ورودي باد………………………………………………………44

3-3-1-5- تشكيل سپيدک رأس موج…………………………………….45

3-3-1-6- اصطكاك بستر………………………………………………….46

3-3-1-7- شكست موج…………………………………………………….49

3-3-1-8- شرايط مرزي…………………………………………………50

3-3-2- مدول هیدرودینامیک (HD  )………………………………….. 50

3-3-3- مدول انتقال رسوب ( ST )……………………………………… 53

3-4- منطقه مورد پژوهش………………………………………………. 58

1-4-3- جغرافیای خزر…………………………………………………… 58

3-4-2- موقعیت بندر امیرآباد…………………………………………… 59

3-5- مشخصات باد و موج منطقه…………………………………….. 63

3-6- مشخصات توپوگرافی و عمق­نگاری منطقه………………………. 66

فصل چهارم: نحوه برپایی و اجرای مدل­ها………………………………… 71

4-1- مدل­سازي انتقال موج از آب عمیق تا  محدوده­ي مطالعاتي بندر….72

4-2- تعیین گام زمانی حل معادلات…………………………………….. 75

-3-4 ضرایب ثابت مدل­سازی………………………………………………. 75

4-4- اجرای مدل و خروجی­های نرم­افزار…………………………………… 76

4-5-  بحث ونتیجه ­گیری ازخروجی مدل­ها………………………………. 77

4-5-1- خروجی مدل موج و جریان……………………………………….. 77

2-5-4- نتایج خروجی مدل رسوب……………………………………….. 88

4-5-2-1- پتانسیل انتقال رسوب از غرب به شرق……………………..88

4-5-2-2- پتانسیل انتقال رسوب از شرق به غرب……………………….90

4-5-2-3- پتانسیل انتقال رسوب در دهانه بندر…………………………..92

4-6- بررسي شواهد ميداني و تحقيقات گذشته……………………… 94

-1-6-4 ارزیابی نحوه جابجایی خطوط ساحلی از سال 1345 تا سال 1383…..94

4-6-2- ارزیابی نحوه جابجایی خطوط ساحلی از سال 1383  تا سال 1391…..98

فصل پنجم: نتیجه گیری وپیشنهادها ………………………………….. 101

5-1- بحث و نتیجه­گیری………………………………………………….. 102

5-2- پیشنهادات و راهکارها…………………………………………….. 104

5-2-1- پیشنهادات………………………………………………………. 104

2-2-5- راهکارها …………………………………………………………..105

منابع …………………………………………………………………….. 107

چکیده:

سواحل دریاها بدون دخالت­هاي انسانی، پایداري طبیعی خود را حفظ نموده و علیرغم تغییرات کوتاه مدت، نهایتاً با یک محیط زیست سالم ساحلی مواجه هستیم. منطقه امیرآباد مازندران طی سال­هاي اخیر با تحولات توسعه­اي از جمله احداث بندر امیرآباد همراه بوده و لذا تغییرات خط ساحل این منطقه در سال­های اخیر، هم ناشی از نوسانات دریا و هم حاصل احداث سازه در منطقه می­باشد. سواحل منطقه امیرآباد به دلیل احداث تأسیسات بندري از وضعیت تعادل و پایداري خارج شده و در سواحل بالادست­(ضلع غربی)و پایین­دست­(ضلع شرقی) به ترتیب رسوبگذاري و فرسایش دیده می­شود. منطقه ویژه اقتصادي امیرآباد در سه فاز طراحی شده، که در مجموع با داشتن 34 پست اسکله در آینده نزدیک به بزرگترین و مهمترین بندر حاشیه دریاي مازندران تبدیل می­گردد. با توجه به اینکه بندر امیرآباد در حال توسعه بوده، شناختی کاربردي و مناسب از مشخصات این منطقه امري ضروري است. به دلیل هزینه بالاي برداشت­هاي دریایی به صورت گسترده، امروزه با بالارفتن سرعت پردازش رایانه­ها و نیز رشد روش­هاي عددي براي حل معادلات حاکم بر فیزیک مسأله، معمولاً جهت پیش­بینی خصوصیات پدیده­هاي هیدرودینامیکی از شبیه­سازي عددي استفاده می­گردد. در این تحقیق، با توجه به اطلاعات باد و موج دوره زمانی 11 ساله مربوط به سال­های 1992 تا 2003، به بررسی امواج و جریان­هاي ناشی از آنها در محدوده بندر امیرآباد با استفاده از مدول­هاي SW  و  HD  نرم­افزار MIKE 21  پرداخته شده و بر اساس جریان­های کرانه­ای، نرخ انتقال رسوب کرانه ناشی از موج در این منطقه تعیین گردیده است. بر اساس نتايج مدل جريان، الگوي غالب جريان از سمت غرب به شرق و بر عكس مي­باشد. به تبعيت الگوی جريان، انتقال رسوب در منطقه نیز از سمت غرب به شرق و بر عكس مي­باشد. نرخ انتقال رسوب در مدل دو بعدي حدود 1000 متر­مكعب از سمت غرب به شرق و حدود 500 مترمكعب از سمت شرق به غرب در یک سال مي­باشد. بر اساس شواهد تصاوير  ماهواره­اي و بررسي تحقيقات گذشته، پتانسيل نرخ انتقال در سمت غرب تأمين مي­گردد و لذا پتانسيل سمت شرق برآورد نمي­گردد.

با توجه به ميزان نشست رسوب، توقع مي‏رود تا ده سال آينده ظرفيت حجم رسوب در پشت بازوي غربي پر نگردد و از اين حيث نگراني كوتاه­مدت وجود ندارد. جهت مرتفع نمودن اين مشكل در بلند مدت مي­توان از لایروبی و یا ساخت رانه رسوب­گیر استفاده کرد. در این پروژه، با احداث يك رانه رسوب­گير در امتداد بازوي غربي، به رفع مشكل پرداخته شده، كه با توجه به نرخ نشست ساليانه حدود 1500 متر­مكعب در سال حدود 200 سال مشكل انتقال در سمت غرب بندر اميرآباد مرتفع  مي­گردد.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

سواحل تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند موج، جریان و باد قرار دارند. این عوامل موجب فرسایش و رسوبگذاری در سواحل می­شوند. یکی از مهم‌ترين و مؤثرترين فرآيندهاي انتقال رسوب در مناطق ساحلی، انتقال رسوب كرانه‌اي[1] مي‌باشد و بررسي كيفي و كمي اين پديده سبب درك بهتري از رژيم فرسايش و رسوبگذاری در اطراف بندر و سازه‌های ساحلی مي­گردد. سرعت و جهت جريان‌هاي دريايي یکی از اصلي‌ترين پارامترهای هيدروديناميکي موثر در انتقال رسوب مي‌باشند. جریان‌هاي كرانه‌اي به سبب تأثيرات متقابل موج و بستر دريا، در ناحية شكست امواج[2] ايجاد مي­گردند. در اين ناحيه گراديان ايجاد­­ شده در تنش‌هاي برشي سبب تشكيل جریان‌هاي كرانه‌اي مي­گردد، كه اين جریان‌ها در انتقال بار رسوبي محدوده­ی ساحلي نقش عمده‌اي به عهده دارند. منطقه شکست از لحاظ پدیده­های هیدرودینامیکی، فعالترین ناحیه ساحلی است که در آن انتقال رسوب و تغییرات بستر دریا در اثر امواج شکنا و جریان­های نزدیک ساحل به وقوع می­پیوندد. در نزدیکی ساحل، عمق متغیر آب می­تواند تغییرات عمده­ای در شرایط موج در فاصله کم ایجاد کند. در واقع پارامتر مهم فیزیکی، عمق آبی است که امواج سطحی روی آن حرکت می­کنند. در طبیعت، عمق آب ثابت نیست و در اثر گردباد، خیزش طوفان یا دیگر دلایل، تغییر می­کند. این تغییرات سطح آب، بر الگوی شکست موج تأثیر می­گذارد. در ناحیه شکست می­بایست تغییرات موج، تراز سطح آب و مشخصات جریان­های ساحلی محاسبه شود تا بر اساس آنها امکان برآورد تخریب ناشی از طوفان( ناشی از سیلاب یا امواج )، محاسبه تغییرشکل تدریجی خط ساحلی و تغییر شکل پروفیل عمود بر ساحل و طراحی ایمن سازه­های­ ساحلی ( همچون آبشکن­ها و دیواره­های حفاظت ساحلی) فراهم گردد[1]­.

امواج که به ساحل نزدیک می­شوند تحت تأثیر پدیده­هایی نظیر تفرق و شکست، انرژی آنها افزایش یافته و می­توانند پدیده­های فرسایش را تسریع بخشند. از عوامل مؤثر بر فرسایش سواحل، دخالت­های انسانی و ساخت سازه­های ساحلی است، چنانچه این سازه­ها به درستی جانمایی نگردند، می­توانند اثرات تخریبی قابل توجهی به ساحل و فرسایش آن داشته باشند.

امروزه به­هم­خوردگی شرایط طبیعی سواحل و فرایندهاي ساحلی، تحت تاثیر ساخت و سازهاي بندري و نیروگاه­هاي مولد انرژي بطور فزاینده درناحیه ساحلی دریاها و اقیانوس­ها جریان دارد. به­ویژه در سواحل جنوبی دریاي خزر در طی 30 سال اخیر، توأم با پیشروي آب دریا، ساخت­و­ساز و دخل­و­ تصرف در این عرصه طبیعی به شدت صورت گرفته است .ضرورت مطالعه این تغییرات که ناشی از عوامل طبیعی و انسانی و تأثیر متقابل آنها می­باشد، در زمینه مدیریت نواحی ساحلی بسیار حائز اهمیت است.

یکی از نرم­افزارهای موجود برای تحلیل جریان و پتانسیل نرخ انتقال رسوب، نرم­افزار Mike 21 می‏باشد. این نرم­افزار توسط موسسه تحقیقات دلفت دانمارک تهیه و گسترش یافته­است که می­تواند الگوی جریان در بخش­های مختلف ناشی از تغییر عمق جریان در ناحیه ساحلی و همچنین پدیده حمل رسوب را به خوبی مدل نماید. با استفاده از این نرم­افزار می­توان تغییراتی که در خط ساحل در اثر احداث سازه­ها و هرگونه دخل و تصرف انسانی تعیین نمود.

2-1- بیان مسأله تحقیق

منطقه ساحلی جاییست که موج، ­­ بستر را حس می­کند و انتهای این ناحیه ساحلی بالاروی موج روی ساحل است. موج در بیرون از ناحیه ساحلی به دلیل عدم تماس با بستر متقارن است و با ورود به ناحیه ساحلی دچار آشفتگی شده و بعد از شکست، آشفتگی موج زیاد می­شود و بسته به ارتفاع موج، دوره­تناوب موج و نوع ساحل به شکل­های مختلف می‏شکنند. بطورکلی چهار نوع اصلی برای شکست امواج در نظر گرفته می­شود که عبارتند از آشفته، چرخان، ریزشی و لغزان. در اثر شكست امواج در ناحيه كم عمق ساحلي، جريان كرانه­اي ايجاد مي­شود كه علت اصلي جابجايي­ها و نقل و انتقال رسوب در سواحل مي­باشد. مطالعه هیدرودینامیکی مناطق ساحلی اولین قدم در طراحی سازه­هاي ساحلی است و ریخت شناسی سواحل، انتقال رسوب، فرسایش، انتشار و پخش آلودگی، از دیگر پدیده­هاي مرتبط با ساحل می­باشد. بخش مهمی از مطالعه هیدرودینامیک معطوف به مطالعه جریان­هاي ساحلی و بررسی علل ایجاد و الگوي آنها می­گردد. جريان‌های موازی با ساحل مسئول انتقال رسوب و آلاينده‌ها به موازات ساحل هستند و زماني كه انرژی خود را از دست بدهند يا به مانعي همچون موج‌شكن بندرها برخوردكنند، رسوب را برجای مي­گذارند و مشكلات جدی برای سازه‌های ساحلي ايجاد می‌كنند[2و3].

در این تحقیق با استفاده از نرم­افزار MIKE 21 ، الگوی انتشار موج، جریان­های موازی ساحل ناشی از موج و نرخ انتقال رسوب کرانه­ای مدل­سازی شده و در نهایت بر اساس برآورد نرخ انتقال رسوب  کرانه­ای، تغییرات ایجاد شده در خط ساحل دریای خزر در محدوده بندر امیرآباد مورد بررسی قرار می­گیرد.

3-1- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق

با توجه به اینكه مناطق ساحلی به ‌طور مستمر در تعامل با محیط آبی دریا و اقیانوس پیرامون قرار دارند، لذا شناخت رفتار محیط آبی دریا و اقیانوس پیرامون در شناخت رفتار سواحل ضروری است. سواحل هر كشور از نظر سياسي، نظامي، اجتماعي و اقتصادي از اهميت بسيار بالايي برخوردار است.

 مناطق ساحلي علاوه­ بر ­اينكه داراي توان اقتصادي هستند، به عنوان پلي براي بهره­برداري از منابع عظيم موجود در درياها و اقيانوس­ها عمل مي­كنند. از اين رو حفاظت و عمران مناطق ساحلي داراي اهميت زيادي است. متأسفانه در كشور ما با وجود داشتن سواحل بسيار طولاني به عمران و حفاظت آنها اهميت زيادي داده نشده­ است و از اين نعمت خدادادي بهره­برداري بهينه صورت نمي­گيرد.  سواحل طبیعی دریاها اگرچه ممکن است در فرآیندهاي طوفانی زمستانه دچار فرسایش شوند ولی با فرآوري­هاي مناسب رسوبی تابستانه شکل هندسی اولیه خود را باز می­یابند، این­گونه سواحل اصطلاحاً سواحل پایدار نامیده می­شوند و سواحلی که به دلایل مختلف و از جمله مهمترین آنها دخالت­هاي انسانی، مقاطع عرضی وخطوط ساحلی آنها دچار دگرگونی و تغییرات غیر قابل بازگشت می­شود، را سواحل غیر­پایدار می­نامند. در این میان دریاي خزر به دلیل ماهیت نوسانات تراز آب در مقیاس­هاي فصلی، سالانه و بلندمدت، داراي ویژگی­هاي خاصی در تعادل سواحل است که در واقع ارضاء پارامترهاي مرتبط با ایجاد سواحل پایدار را در طرح­هاي توسعه­اي با چالش­هاي بیشتري در مقایسه با دریاهاي آزاد مواجه می­نماید. بنابراين شناسايي وضعيت سواحل جنوبي درياي خزر از لحاظ ويژگي­­هاي فرسايش­پذيري و رسوبگذاري براي تعيين مناطق حساس و ناپايدار در مقابل نواحي رسوبي فعال و پايدار به منزله مسئله اصلي است.

افزايش سطح تراز آب درياي خزر طي 30 سال اخير به ميزان  1.5  متر (طي سال 1357 تا 1387)

 مشكلات بسيار عمده­اي را براي كاربري­ها و جوامع انساني حاشيه درياي خزر به وجود آورد[2]. درحقيقت توسعه نيروهاي هيدروديناميكي دريا به صورت امواج فرساينده و جريان­هاي ساحلي ناشي از آن با پيشروي آب دريا در محدوده اراضي خشك ساحلي، شرايط شدت آسيب­پذيري فرسايشي مناطق ساحلي را افزايش داد. بنابراين نوسان­هاي سطح تراز آب، امواج و جريان­هاي ساحلي به منزله عوامل موثر بر فرسايش­پذيري مناطق ساحلي درياي خزر محسوب مي­شوند و عكس­العمل ساختاري سواحل با توجه به ماهيت رسوب­شناختي و ساختار فيزيكي متفاوت، عامل بسيار مهمي در ميزان شدت ناپايداري است.

با انجام این تحقیقات، شناخت بیشتری از جریان­های نزدیک ساحل ناشی از شکست موج حاصل شده و با توجه به نقش مستقیم و غیر­مستقیم این جریان­ها در سازه­های دریایی، فرسایش ساحل و انتقال رسوب، مسائل زیست­محیطی و مطالعه صید و شیلات و از جمله نقش مهم آن در تأثیر این جریان­ها بر فعالیت­های نفتی وگازی در منطقه مورد بررسی، ضرورت انجام این تحقیق کاملأ محسوس به نظر می­رسد.

4-1- نوآوری تحقیق

در سال­هاي اخیر در بنادري مانند بندرانزلی، بندرنوشهر و بندرکیاشهر در دریاي خزر مطالعاتی در زمینه جریان­هاي ناشی از موج انجام گرفته است. براساس این تحقیق می‌توان میزان نشست رسوب در طرفین موج‌شکن‌های بندر را ارزیابی نمود و عمر مفید بندر را تقریب زد. در صورت وجود شرایط بحرانی که در انتهای مدل­سازی‌ها منتج می­گردد، دستک رسوب‌گیر برای تثبیت شرایط ساحلی و سایر مباحث کنترل رسوب پیشنهاد می­گردد. همچنین بر اساس میزان نشست رسوب در دوره‌های مختلف سالیانه و چندساله که از نتایج مدل­سازی استخراج می­گردد، می‌توان دوره‌های لایروبی و احجام لایروبی را برآورد نمود.

بررسی الگوی رسوب به صورت گرافیکی و نمایش دوبعدی جهت تجسم کردن الگوی واقعیت فرسایش و نشست رسوب در محدوده بندر از نوآوری‌های این تحقیق می‌باشد.

5-1- اهداف تحقیق

اهداف مورد نظر در این تحقیق شامل تعیین وضعیت خط ساحل در منطقه بندري امیرآباد شرایط کنونی و گذشته و ارزیابی میزان و روند تأثیر سازه­هاي بندري و نوسانات دریاي خزر در بازه زمانی مورد مطالعه می­باشد. هدف اصلی این پروژه ارائه یک مدل جهت بررسی الگوی موج، جریان ناشی از موج و بررسی پتانسیل نرخ انتقال رسوب در اطراف بندر امیرآباد می‌باشد.

در این تحقیق، تغییرات و تبعات ایجاد شده در خط ساحل دریای خزر در اثر احداث بندر امیرآباد مورد بررسی قرار می­گیرد. مکان­هایی از ساحل که در اثر تغییرات دچار فرسایش و رسوبگذاری می­گردند، شناسایی می­شوند و در ادامه راهکارهای مقابله با پدیده­ها بررسی و راهکارهای علاج بخشی ارائه خواهد گردید.

[1]Longshore Sediment Transport

[2]Surf zone

تعداد صفحه : 124

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

*********  ********* *********