شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

شبیه سازی رسوب گذاری در یک مدخل رودخانه بواسطه جزیره مصنوعی

چکیده

‌شبیه‌سازی عددی تکامل ریخت شناسی قسمت تحتانی مدخل رودخانه، بواسطه وجود جزیره یا آبخست مصنوعی، با استفاده از مدلسازی دوبعدی در یک کامپیوتر شخصی انجام شده است. از طریق مطالعه پژوهشی نشان داده شده است که در صورتی که  برخی از ساده‌سازیها در فرمولاسیون مسئله صورت پذیرد، چنین فرآیندی را می‌توان در یک زمان منطقی با کامپیوتر انجام داد. این نوع از شبیه‌سازی می‌تواند باعث بروز نتایج مفید مطالعاتی در خصوص تاثیرات محیطی ساختار‌های بوجودآمده توسط انسانها گردد.

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

۱- مقدمه

معرفی چشم‌انداز‌های اکولوژیکی در پروژه‌های مهندسی باعث بروز نیازهای جدید،  در نوع نتایج پیش‌بینی شده مسایل نسبتا قدیمی می‌گردد. مشکل معروف آب‌شستگی محلی حول پایه پل، که مهندسین بصورت تاریخی بدان می‌پرداختند تا آنکه قادر باشند حداکثر عمق خوردگی (پارامتر طراحی) را تخمین زنند، یک مثال خوب و مناسب می‌باشد، همانگونه که اکنون خود باعث بروز یک سئوال جدید گردیده است که : رسوبات جداشده بکجا می‌رود؟  این بدان معناست که خصیصه‌ها قبلا بصورت عمقی مورد تجزیه و نحلیل قرار نگرفته است. علت این امر نیز عدم وجود موارد مهمی است که اکنون باید مورد خطاب قرار گیرد.

پروژه اتصال فیزیکی بین شهرهای بوینس‌آیرس (آرژانتین) و کولونیا (اروگوئه) از طریق ”ریودلا‌پلاتا“ (شکل ۱) باعث مباحثی در خصوص تاثیرات فیزیکی احتمالی که این ساختار بر رودخانه تحمیل خواهد نمود گردیده و موجب انجام فرمولاسیون خاص در خصوص رسوبات این ناحیه شده است.

مطالعات به منظور مشخص کردن الگوی رسوب‌گذاری/ فرسایش، که ممکن است در مجاورت این ساختار بوجود آید، انجام گردیده است. آب شستگی موضعی در اطراف پایه‌های پل صورت خواهد گرفت. در مقابل این جزایر محافظتی که ستونهای اصلی پل را احاطه خواهند کرد به هنگامی که انتظار می‌رود سرعت آب در این مناطق کاهش یابد سبب تشکیل لجن در دو سوی جلویی ستونها خواهد شد. در این مقاله روشی جهت تخمین این رسوبات از طریق شبیه‌سازی عددی ارائه خواهد شد. نتایج این شبیه‌سازی بر اساس سیر تکاملی ریخت شناسی مورد نظر، الگوی نهایی و مقیاس زمانی مورد نیاز جهت دستیابی به فرم موازنه نهایی نشان داده خواهد شد.

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

۲- خصیصه‌های فیزیکی

اتصال فیزیکی، بطول ۴۰ کیلومتر شامل پل عمده‌ای به طول (m3.470)، سه پل ثانویه به طول (m5.310) و یک پل دره‌ای به طول (km32) می‌باشد. این ساختارها بر روی پایه‌هایی که از تعداد متغیری ستون به ضخامت ۷۰/۱ ساخته شده قرار می‌گیرند. همچنین پایه‌های پل اصلی که در۵۵۰ متری قرار گرفته است (و کانال ناوبری را از کشتی‌های اقیانوسی مجزا می‌سازد)، بوسیله جزایر ساختگی احاطه خواهد شد تا پل را از خطر احتمال تخریب محافظت ‌نماید. مقیاس این جزیره ساختگی به طول ۲۰۰ متر و عرض ۱۱۶ متر با یک شیب ۷۵/۲ : ۱ ، در منطقه‌ای که عمق متوسط آن حدود ۱۰ متر است، می‌باشد.

داخل ”ریودلاپلاتا “ جایی که این اتصالات انجام خواهد شد ، یک دامنه پست جزر و مدی با نفوظ بادهای قوی را شامل می‌شود. دامنه نوسان سطح آب، پارامتر آماری، بیشترین احتمال وقوع در گستره ۶۰/۰ تا ۹۰/۰ متر را دارا می‌باشد (شکل ۲). نوسان سرعت مربوطه از ۳۰/۰± تا ۴۵/۰± تغییر می‌نماید. این رودخانه بده عظیمی از انشعابات اصلی خود دریافت می‌نماید، m³/s22000 به عنوان میانگین سالانه از پارانا (از طریق انشعابات آشفتهف دلتای خود) و رودخانه‌های اروگوئه. اما به سبب پهنای وسیع این رودخانه (۵۰ کیلومتر) این تخلیه یک جریان رانشی  در حدود cm/s4 را در اطراف پل بوجود می‌آورد و این به معنای قوی بودن جریان و همچنین نشان دهنده ریودلاپلاتا به عنوان یک مدخل از دیدگاه هیدرودینامیک می‌باشد. در هر حال جریان رانشی  بحد کافی قوی بوده و قادر به پیش‌گیری نفوذ محلول نمک در ناحیه داخلی می‌باشد .

امواج مورد بحث در این مطالعه از کنش بادهای محلی اقیانوسی سرچشمه گرفته‌ آنهم به هنگامی که امواج اقیانوسی بسمت بیرون رودخانه جریان یافته و پراکنده می‌شوند. تحت شرایط باد معمولی طول امواج از ۳۰/۰ تا ۴۰/۰ متر و دوره زمانی آن از ۵/۲ تا ۳ ثانیه متغیر می‌باشند. جهات امواج اصلی ، NNE و ESE‌ می‌باشد.

رسوب ‌انتهایی رودخانه داخلی که عمدتا بوسیله لای تشکیل یافته، به عنوان گل و لای آب بوسیله انشعابات اصلی آن حمل شده و در ریودلاپلاتا در نتیجه کاهش ظرفیت حمل رسوب، مرتبط با افزایش قابل توجه در عرض جریان، ته‌نشین می‌شود.

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

۳- روش شناسی

یکی از چالشهای در پیش رو در مطالعات فعلی شبیه‌سازی تدریجی ریخت شناسی با مدلهای دو‌بعدی با استفاده از رایانه پنتیوم می‌باشد. به منظور رسیدن به این هدف در طول زمان مجاز، علم روش‌شناسی که در زیر توضیح داده می‌شود توسعه یافته است.

این مطالعات از طریق مراحل زیرین صورت می‌پذیرد.

• بوجودآوری یک بانک اطلاعات و مشخص کردن خصیصه‌های هیدرولیک و رسوب‌گذاری در ریودلاپلاتا

• تعریف سناریوی جزر و مد میانگین ته نشست و همچنین میانگین فرسایش

• پیاده سازی یک مدل d2 هیدرودینامیک / رسوب‌گذاری برای شبیه‌سازی کردن جریانهای آب و سرعت ته‌نشین شدن / تعلیق مجدد بر پایه جریانها و امواج برای هر سناریوی مرتبط با جزر و مد

• محاسبه سیر تکامل زمان شکاف بستر همراه با نتایج سناریوهای جزر و مد، آپدیت مکان‌نگاری طبقات زیرین و محاسبه مجدد با مکان‌نگاری سطح جدید زیرین بروشی تکراری تا رسیدن به همگرایی.

بانک اطلاعات شامل آمارهای سطح آب محلی، جریانهای مرتبط با گردش جزر و مد، جریان رانشی ، امواج منطقه‌ای، مکان‌نگاری سطح زیرین، تمرکز رسوبات معلق، ضخامت ذرات بصورت میانگین، سرعتهای برش بحرانی و توانایی فرسایش رسوبات زیرین می‌باشد.

تعریف سناریوهای میانگین مرتبط با جزر و مد به منظور حفظ دفعات محاسبه در طول یک حوزه کاربردی همانطور که ذکر شده لازم می‌باشد. دو سناریوی مربوط به جزر و مد در همین ارتباط انتخاب شده‌اند.

• سناریوی جزر و مد ته‌نشست میانگین، که بصورت یک نوسان سینوسی ۱۲ ساعته سطح آب می‌باشد، همراه با دامنه‌ای که میزان ته‌نشینی مرتبط با آن معادل با میزان ته‌نشینی تولید شده بوسیله تعداد وقفه‌های اختصاصی توزیع دامنه سطح آب نشان داده در شکل۲ برابر می‌باشد (میزان این ته‌نشینی به آسانی برای جریان غیرآشفته ارزیابی شده است).

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

۴- مدلهای عددی

معادلات آب کم‌عمق معروف، بصورت عددی از طریق روش تفاضل متنهاهی مسیر جایگزین ضمنی حل شده‌اند. جزئیات این مدلهای عددی در جای دیگر ذکر خواهد شد (مندز ۱۹۹۰).

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

۵- پیاده‌سازی مدل

حضور یک مانع در جریانهای آب، اختلالی را در اطراف آن بوجود می‌آورد و باعث بسط مسافتی بصورت شعاعی،‌ معادل با چندین برابر از ابعاد افقی آن، می‌شود. به هنگام  طرح جریان به صورت عددی، انتخاب کرانه‌های بیرونی دور از مانع قابل توصیه می‌باشند، بگونه‌ای که اختلال پیش‌آمده را  بتوان  بی اهمیت در نظر گرفت. اما  انطباق هیدرودینامیک با شرایط محلی به اندازه کافی سریع بوده و این اطمینان را حاصل می‌نماید که جزئیات شرایط کرانه تنها تا مسافتی برابر چندین سلول مؤثر می‌باشد.

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

۶- نتایج

ایجاد این جزیره کاهش سرعت جریان را در قسمت جلویی جزیره و افزایش جبرانی در ناحیه جانبی را باعث می‌شود. از اینرو شبکه رسوب‌سازی در دو ناحیه جلویی و شبکه فرسایشی در نواحی جانبی وجود دارد. این امر منجر به بروز الگوی ریخت‌شناسی، مرکب از دو بند طولی که از قسمت جلویی جزیره شروع و به گودالهای فرسایشی در  دو طرف جزیره ختم می‌شود، می‌گردد. بند بکار برده شده در ناحیه اقیانوسی به سبب وجود جریان رانشی ، طویل‌تر و عظیم‌تر می‌باشد و سبب ایجاد الگوی جریان نامتقارن شده و کنش پایدار و شدیدی را بر روی بند ناحیه رودخانه‌ای سبب می‌شود. امواج الزاما تاج بند را در قسمت جلوی جزیره محدود می‌کنند. این فرایند تا تحصیل ثبات شکلی ادامه می‌یابد. این فرایند موجب بروز هفت باره (که هر تکرار بیانگر میانگین مدت زمان ۲۰ ساله می‌باشد) مدل ریخت‌شناسی مربوط به رسوب‌گذاری- هیدرودینامیک (در حدود ۱۰۰ ساعت زمان کامپیوتر) می‌شود که به معنای آن است که برای بدست آمدن تعادل ساختار زیرین به  قرن نیاز می‌باشد.

شبیه سازی رسوب گذاری مدخل رودخانه جزیره مصنوعی

۷- نتیجه‌گیری

این موضوع نشان داده شده است که شبیه‌سازی تغییرات تکاملی ریخت‌شناسی با بکار بردن مدلهای دوبعدی هیدرودینامیک و رسوب‌گذاری، با استفاده از کامپیوتر‌های شخصی، می‌تواند نتایج معنی‌دار و با ارزشی را عرضه دارد. بخصوص از طریق این نوع شبیه‌سازی مسائل محیطی عمده در خصوص تأثیر سازه‌های دست ساز بشر می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد.