نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آب و محیط‌زیست دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

2 پژوهشگاه ملی اقیانوس‌شناسی و علوم جوی، پژوهشکده فناوری و مهندسی دریا، تهران، ایران.

10.22113/jmst.2023.398203.2529

چکیده

رسوب‎گذاری و فرسایش از مهم‌ترین مسائلی هستند که مشکلات جدی را در مناطق بندری ایجاد می‌‌‌‌‌کنند. از پیامدهای این پدیده می‌توان به کاهش طول عمر بندر و لایروبی مستمر و پرهزینه اشاره کرد. هنگامی که بنادر ته‌نشینی رسوب را تجربه می‌کنند، به راه‌حل‌های مهندسی نیاز است. پیش‌بینی نرخ و الگوی رسوبگذاری در کانال دسترسی بنادر امکان مدیریت بهتر هزینه‌های بندر را فراهم می‌آورد. هدف از انجام این مطالعه، مدل‌سازی عددی اثر پدیده‌های هیدرودینامیکی و مورفولوژی با استفاده از مدل عددی کدباز تلمک در تنگه خوران و بندر شهید رجایی، واقع در خلیج فارس است. برای این منظور، تراز سطح آب در مرزهای باز به مدل داده شد که این داده‌ها از یک مدل کالیبره شده مایک‌21 تأمین گردید. مدل هیدرودینامیک اجرا گردید و خروجی‌های سرعت و تراز سطح آب به دست آمد. همچنین مدل رسوب GAIA  به صورت کوپل شده با مدل هیدرودینامیک اجرا گردید. خروجی مدل رسوب، تغییرات سطح بستر و غلظت رسوبات معلق را شامل می‌شود. در انتها با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری، مدل شبیه‌سازی شده صحت‌سنجی شد و مشخص گردید که جریان جزر و مدی و موازی ساحل بوده و از سرعت حداکثر 2 متر بر ثانیه برخوردار است. تراز سطح آب مدل شده توسط تلمک، نشان می‌دهد بیشینه تراز سطح آب تا 4 متر به صورت موضعی رخ می‌دهد. سرعت باد در کانال خوران به ندرت 5 متر بر ثانیه تجاور می‌کند و بنابراین اثر آن در جریانات کم است. نتابج حاصل از مدل رسوب نشان می‌دهد که شدت رسوبگذاری در منطقه بندر و کانال دسترسی در محدوده مرکزی و شرقی تنگه خوران و نیز در محدوده غربی بندر شهید رجایی بیشتر از سایر مناطق است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

Angeloudis, A., Falconer, R., Bray, S., and Ahmadian, R., 2016. Representation and operation of tidal energy impoundments in a coastal hydrodynamic model. Renewable Energy, 99, pp.1103–1115. https://doi.org/10. 1016/j.renene.2016.08.004.
Brand, M., Guo, L., Stein, E. D. and Sanders, B. F., 2021. Multi-decadal simulation of estuarine sedimentation under sea level rise with a response-surface surrogate model. Advances in Water Resources, 150, pp.103–876. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2021.103876Get rights and content.
Cialone, M.A., 1991. Coastal modeling system (CMS) user’s manual.
Dashti, T., ‌Ashtari ‌Larki, M. and Mohammadi, F., ‌2019. Investigation of the impact of tidal effects on the sedimentation process on the dock of number 38 Bandar Imam Khomeini. Journal of Environmental Sciences Studies, 4(3), pp.1832-1841. (In Persian).
Davidson, M.A., Lewis, R.P. and Turner, I.L., 2010. Forecasting seasonal to multi-year shoreline change. Coastal Engineering. 57, pp.620-629, https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2010.02.001.
Dronkers, J., 2005. Dynamics of coastal systems, volume 25. World Scientific.
Dyer, K.R., 1977. Estuaries: A Physical Introduction, Wiley, London, 140 pp.
Etemad-Shahidi, A., Shahkolahi, A., and Liu, W., 2010. Modeling of hydrodynamics and cohesive sediment processes in an estuarine system: Study case in Danshui River. Environmental Modeling & Assessment, 15, pp.261–271. https://doi.org/10.1007/s10666-009-9203-9.
Fairley, I., Masters, I., and Karunarathna, H., 2015. The cumulative impact of tidal stream turbine arrays on sediment transport in the Pentland Firth. Renewable Energy, 80, pp.755–769. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.03.004.
Feng, Z., Tan, G., Xia, J., Shu, C., Chen, P., and Yi, R., 2019. Two-dimensional numerical simulation of sediment transport using improved critical shear stress methods. International Journal of Sediment Research, 35, pp.15–26. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2019.10.003.
GAIA”USER MANUAL” VERSION V8P3, 2021.
Giardino, A., Ibrahim, I., Adam, S., Toorman, E., and Monbaliu, J., 2009. Hydrodynamics and cohesive sediment transport in the Ijzer estuary, Belgium: Case study. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 135, pp.176–184. https://doi.org/10.1061/(ASCE) 0733-950X(2009)135:4(176).
Gourgue, O., Baeyens, W., Chen, M., De Brauwere, A., De Brye, B., Deleersnijder, E., Elskens, M., and Legat, V., 2013. A depth-averaged two-dimensional sediment transport model for environmental studies in the Scheldt estuary and tidal river network. Journal of Marine Systems, 128, pp.27–39. https://doi.org/10.1016/j.jma rsys.2013.03.014.
Gourgue, O., van Belzen, J., Schwarz, C., Vandenbruwaene, W., Vanlede, J., Belliard, J.-P., Fagherazzi, S., Bouma, T. J., van de Koppel, J., and Temmerman, S., 2022. Biogeomorphic modeling to assess resilience of tidal marsh restoration to sea level rise and sediment supply. Earth Surface Dynamics Discussions, 2021, pp.1–38. https://doi.org/10.5194/esurf-10-531-2022.
Grasso, F., Verney, R., Le Hir, P., Thouvenin, B., Schulz, E., Kervella, Y., Khojasteh Pour Fard, I., Lemoine, J.-P., Dumas, F., and Garnier, V., 2018. Suspended sediment dynamics in the macrotidal Seine estuary (France): 1. Numerical modeling of turbidity maximum dynamics. Journal of Geophysical Research: Oceans, 123, pp.558–577. https://doi.org/10.1002/2017JC0 13185.
Hesse, R., Zorndt, A., and Fröhle, P., 2019. Modelling dynamics of the estuarine turbidity maximum and local net deposition. Ocean Dynamics, 69, pp.489–507. https://doi.org/10.1 007/s10236-019-01250-w.
Julien, P.Y., 2010. Erosion and sedimentation. Cambridge university press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511806049
Khosravi, M., Siadat Mousavi, S.M., Chegini, V., and Vennell, R., 2018. Across-channel distribution of the mean and tidal flows in the Khuran Channel, Persian Gulf, Iran. International Journal of Maritime Technology, 10, pp.1-6. https://doi.org/1 10.29252/ijmt.10.1  
Kuijper, C., Christiansen, H., Cornelisse, J. M. and Winterwerp, J. C., 2005. Reducing harbor siltation. II: Case study of Parkhafen in Hamburg. Journal of waterway, port, coastal, and ocean engineering, 131(6), pp 267-276. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-950X(2005)131:6(267).
Luo, J., Li, M., Sun, Z., and OC´onnor, B., 2013. Numerical modelling of hydrodynamics and sand transport in the tide-dominated coastal-to-estuarine region. Marine Geology, 342, pp.14–27. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2013.06. 004.
Mahmoudov, M., V. Chegini, and M. Montazeri Namin, 2011. Three-dimensional simulation of qeshm channel currents, Journal of The Persian Gulf, 2 (3), pp 1-8.‎
MIKE21 & MIKE 3 FLOW MODEL FM HYDRODYNAMIC AND TRANSPORT MODULE 2017. Available at: www.mikepowe redbydhi.com was first indexed by Google in February 2015.
Nnafie, A., Van Oyen, T., De Maerschalck, B., Van der Vegt, M., and Van der Wegen, M., 2018. Estuarine channel evolution in response to closure of secondary basins: An observational and morphodynamic modeling study of the Western Scheldt Estuary. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 123, pp.167–186. https://doi.org/10.1002/2017JF004 364.
Orseau, S., Huybrechts, N., Tassi, P., Pham Van Bang, D., and Klein, F., 2020. Two-dimensional modeling of fine sediment transport with mixed sediment and consolidation: Application to the Gironde estuary, France. International Journal of Sediment Research, 36(6), pp.736-746.  https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2019.12.005
Report on sedimentation and morphology studies of special points (Shahid Rajaei Port). (In Persian).
Santoro, P., Fossati, M., Tassi, P., Huybrechts, N., Pham Van Bang, D., and Piedra-Cueva, J., 2017. A coupled wave–current–sediment transport model for an estuarine system: Application to the Río De La Plata and Montevideo Bay. Applied Mathematical Modelling, 52, pp.107–130. https://doi.org/10.1016/j.apm.2017.07.004
Shanehsazzadeh, A. and Ardalan, H., 2019. Regional-scale study on sediment processes of Khuran Strait at Persian Gulf with implications for engineering design. China Ocean Engineering, 33, pp.356-364. https://doi.org/1 0.1007/s13344- 019-0034-4.
Sharaan, M., Ibrahim, M.G., Iskander, M., Masria, A. and Nadaoka, K., 2018. Analysis of sedimentation at the fishing harbor entrance: Case study of El-Burullus, Egypt. Journal of Coastal Conservation, 22(6), pp.1143–1156. https://doi.org/10.1007/s11852-018-0624-y.
Sinha, P., Guliani, P., Jena, G., Rao, A., Dube, S., Chatterjee, A.K. and Murty, T., 2004. A breadth averaged numerical model for suspended sediment transport in Hooghly Estuary, East coast of India. Natural Hazards, 32, pp.:239–255. https://doi.org/10.1023/B:NHAZ.000003 1316.67393.23.
Sjoerd D.G, 2018. Suspended Sediment Modelling in the Port of Rotterdam.2108, Master's Thesis, Delft University of Technology.
Song, D. and Wang, X.H., 2013. Suspended sediment transport in the Deepwater Navigation Channel, Yangtze River Estuary, China, in the dry season 2009: 2. Numerical simulations, Journal of Geophysical Research: Oceans,118, pp.5568–5590. https://doi.org/10.1002/jgrc.204 11.
TELEMAC-2D”USER MANUAL” VERSION V8P3, 2021.
Van, L. A., 2012. Numerical modelling of sand-mud mixtures settling and transport processes: application to morphodynamic of the Gironde estuary (France). PhD thesis, Université Paris-Est.
Wu, Y., Xu, C., Ke, Y., Chen, K. and Xu, H. 2017. Multi-criteria decision-making on assessment of proposed tidal barrage schemes in terms of environmental impacts. Marine Pollution Bulletin, 125, pp.271–281. https://doi.org/10.1016/j.m arpolbul.2017.08.030.