مقایسه برآورد نرخ و حجم رسوبگذاری در کانال دسترسی بندرامام خمینی (ره) با استفاده از روش های هیدروگرافی،تئوری بایکر و مدل سازی توسط مایک21

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد علوم دریایی و اقیانوسی،گروه تخصصی: هیدروگرافی

2 دانشیار دانشکده علوم و فنون دریایی،دانشگاه آزاداسلامی،واحدتهران شمال

3 استادیار پژوهشکده هواشناسی،پژوهشگاه ملی اقیانوس شناسی و علوم جوّی

10.22131/sepehr.2018.32338

چکیده

رسوبگذاری در کانالهای دسترسی بنادر یک مشکل عمده برای مسئولان بندر و همچنین شناورهایی است که در این کانالها تردد مینمایند.این پدیده علاوه بر تحمیل هزینههای سنگین به بندر، خطراتی را در این بخش حیاتی از بندر برای شناورها بوجود میآورد. در این تحقیق به بررسی و برآورد نرخ و حجم رسوبگذاری در کانال دسترسی بندر امام خمینی(ره) بر اساس اطلاعات میدانی پرداخته شده است. در پژوهش حاضر، تحلیلهایی در مورد وضعیت جغرافیایی از قبیل تراز بستر، تحلیل سریهای زمانی موج و جزر و مد (به عنوان جریان) در منطقه توسط نرم افزار مایک 21 انجام و مدلسازی مناسبی ارائه شد.جهت بررسی حجم و نرخ رسوبگذاری از روشهای هیدروگرافی، تئوری بایکر و مدلسازی توسط مایک21 استفاده گردید. الگوی هیدرودینامیک جریان و انتقال رسوب با استفاده از روشهای مهندسی معتبر انجام شده است. همزمان مجموعه اطلاعات و دادههای کتابخانهای و نتایج دادههای میدانی موجود، جمعآوری و تجزیه و تحلیل گردیده و نتایج بدست آمده از روشهای مختلف (هیدروگرافی،بایکر و مایک21) کالیبره شدند. براساس نتایج حاصله و بررسی نقشههای هیدروگرافی مقدار واقعی رسوبگذاری در کانال/s/m 000078m3/0بدست آمد و باتوجه به اینکه روش هیدروگرافی معیاری برای کار و محاسبات به روشهای دیگر در نظر گرفته شد، درصد خطای نتایج حاصل از محاسبات بایکر 12% و مدلسازی مایک حدود 20% محاسبه گردید. بر این اساس ضرائب بدون بعد 88/0= برای تئوری بایکر و 2/1=  برای نتایج حاصل از محاسبات توسط مایک21 بدست آمد که نشان دهنده دقت خوبی بود. براساس نتایج حاصله میتوان شیوه بهینه لایروبی و تغییرات مورفولیژیکی منطقه را بر اساس مدلهای حاصله بدست آورد.  
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparing the estimation of sedimentation rate and volume in Imam Khomeini Port’s access channel using the methods of Hydrography, Bijker’s theory and modeling by Mike21

نویسندگان [English]

  • Amir Mahdi Emamizadeh Mahabadi 1
  • Kamran Lari 2
  • Mojtaba Zoljoodi 3
1 MA. In marine and ocean science - hydrography expert
2 Assistant professor Islamic Azad University,North Branch
3 Assistant professor National institute of oceanography and atmospheric science,Tehran,Iran
چکیده [English]

Extended Abstract
Sedimentation in ports’ access channels is a major problem for the port authorities as well as the vessels navigating in these channels. This phenomenon creates dangers for the ships in this vital part of the port in addition to imposing heavy costs on the port. In this research, we evaluated and estimated the sedimentation rate and volume in Imam Khomeini port’s access channel based on field information as the research goal. In this research method, analyses on the geographic status such as bed level, analysis of wave time series and tide (as current) were carried out in the region by Mike 21 software, and appropriate modeling was presented. To investigate the rate and volume of sedimentation, the methods of hydrography, Bijker’s theory and modeling by Mike 21 were used. In the present study, hydrodynamic model of current and sediment transport will be carried out using valid engineering methods. At the same time, all information and library data and the results of existing field data are collected and analyzed, and the results obtained from different methods (Hydrography, Bijker and Mike 21) are calibrated. In line with the objectives of the study, the following cases can be summarized as:
- Collecting required data and statistics such as wind, wave, current, sediment characteristics of the region or grading, and sounding data.
- Investigating the variety of dredging methods and equipment available in the world.
- Examining different types of discharge methods, and diverse applications of the extracted sediment.
- Computations and modeling.
- Summing up and conclusion and analyzing the results.
The hydrographic boat moves on specific paths according to a predetermined schedule in order to estimate the depth or carry out the sounding. The boat is equipped with a dual or multi-frequency GPS device and a sonar device. The boat receives its horizontal position from the GPS. The sonar sends an audio wave to the bed during the movement, and gives the depth for each point by calculating the wave’s round-trip time and the sound velocity profile, and on the other hand, the GPS provides the horizontal position of that point.
Today, various software are capable of simultaneous recording of this information, which is used in hydrographic vessel. Based on the obtained results and investigating the hydrographic maps, the actual amount of sedimentation in the channel (0/000078m^3/s/m) was obtained. Given that, the criterion hydrographic method was taken into consideration for the work and calculations in other ways, the error percentage of the results obtained from Bijker’s and modeling of Mike’s calculations were 12% and 20% respectively. Accordingly, the dimensionless coefficients of á=0.88 and =1/2 were obtained for Bijker’s theory and the results of the calculations by Mike21 respectively, which indicates good accuracy. Based on the results, the optimal method of dredging and the morphological changes of the region can be achieved based on the obtained models. Considering the sediment granularity diameter D_50=6ìm, it can be concluded that the most suitable method for dredging with regard to available facilities in the port is the use of self-propelled hopper suction dredger. However, if the dredging unit is equipped with new equipment such as bed leveler device, more optimal methods can be obtained. By this method, the total volume of sediment was 244466.280 cubic meters for an area of 57213810.4 square meters. Of course, this was the volume of solid materials, and according to the experts of the Ports Organization, this amount is 20% of the total volume of the total sediment (solids and water). It can be concluded by a simple calculation that the sedimentation rate in a one year period is about 13.7 cm per square meter per year, which shows a good approximation compared with the field measurements conducted by the Ports and Maritime Organization with a value of 13.5 cm per year. Bijker (1971) presented a method for calculating sediment transport in a combined state of wave and current. This method was expanded to calculate the sediment transport of the coastline. Bijker modified the Fryjling-Kalinske formula for the bed sedimentation along with the Einstein method to evaluate sediment transport applied in coastal environment. For this reason, the Bijker formula is very popular among the European engineers. Among the world’s leading mathematical models in analyzing the phenomena governing the sea environment, Mike21’s mathematical model is one of the most well-known ones. This advanced software has been founded, completed and developed by the Hydraulic Institute of Denmark over time and in collaboration with the Water Quality Institute of this country. This software is a comprehensive system for modeling two-dimensional free flows in which fluid flow layering cannot be ignored.

کلیدواژه‌ها [English]

  • sedimentation
  • Bijker
  • Mike 21
  • Imam Khomeini Port
  • Access channel
  • Hydrography

1-بابابیک، الف.، 1387، الگوی انتقال رسوب و روش‌های مناسب لایروبی در بار کانال خور موسی، پایان نامه کارشناسی ارشد.دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال.

2- چگینی،. ر.، 1379، نظریه‌های موج، شرکت جهاد و آبخیزداری.

3- خلعتبری، 1385، بررسی نرخ انتقال رسوب در کانال بندر شهید رجایی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال.

4- سازمان بنادر و دریانوردی،1390، بررسی نقشه‌های موجود در آرشیو اداره حفاظت و ایمنی کانال در بندر امام خمینی(ره) از جمله نقشه‌های دریایی و ماهواره‌ای، اداره حفاظت و ایمنی کانال.

5- سازمان بنادر و دریانوردی،1380، کتاب مرجع لایروبی

6- سازمان بنادر و دریانوردی، 1384، بررسی و شبیه سازی موج و جریان در بندر امام خمینی،اداره کل سواحل و بنادر.

7- سازمان بنادر و دریانوردی، 1384، اندازه‌گیری‌های میدانی پارامترهای فیزیکی و رسوبی توسط شرکت جهاد و آبخیزداری در بار خور موسی در کانال دسترسی بندر امام خمینی(ره)، داره کل سواحل و بنادر.

8- سازمان بنادر و دریانوردی، 1394، اطلاعات موجود لایروبی توسط لایروب‌های هویزه و بستان، اداره حفاظت و ایمنی کانال بندر امام خمینی(ره).

9- سازمان بنادر و دریانوردی، 1394، اطلاعات و نقشه‌های عمق موجود در کانال جهت بررسی تراز سطح آب در بار خور موسی، اداره حفاظت و ایمنی کانال در بندر امام خمینی(ره).

10- سازمان بنادر و کشتیرانی،1387، هیدروگرافی در محدوده بنادر.

11- سازمان بنادر و کشتیرانی، 1390، اندازه‌گیری پارامترهای دریایی و رسوب در بندر بوشهر.

12- سازمان هواشناسی ماهشهر، 1393، اطلاعات هواشناسی ماهشهر، فرودگاه ماهشهر.

13- سورنس،ر.، ترجمه خسرو برگی، 1389، چاپ دوم، اصول مهندسی دریا (هیدرولیک/سازه‌های دریایی و مهندسی رسوب.

14- سیر،ک.،1388، بررسی رسوب‌گذاری در کانال‌های دسترسی بنادرتحت اثر عبور جریان و موج، یازدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور.

15- قاسمی،ع. «مدل‌سازی عددی بهسازی خاک به روش تراکم دینامیکی در خاک‌های خشک و اشباع»، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران.

16-کرباسی،ع.،1389 ارزیابی اثرات محیط زیستی طرح‌های لایروبی، همایش ملی توسعه سواحل مکران.

17- لیو، زو، ترجمه وحید چگینی، 1390، انتقال رسوب، موسسه ملی اقیانوس شناسی.

18- محمدی ساوه،ن.، 1392، الگوی جریان‌های موازی با ساحل در سواحل بوشهر با استفاده از نرم افزار Mike21 ، پایان نامه کارشناسی ارشد.دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال.

19- وزارت راه و ترابری، 1390، آیین نامه طراحی بنادر و سازه‌های دریایی ایران.

20. Bayram, A., Larson ,M., Miller ,HC .,and Kraus, N. C. 2001. Cross- shore distribution of longshore sediment transport: comparison between predictive formulas and field measurements. J. Coast. Eng. 44 :79-99.

21. British Standard Code of Practice for Maritime Structures (2015).

22. Brooks¡ N.H.,1999¡ calculation of suspended load discharge from velocity¡and concentration parameters¡ proceedings of the federal interagency sedimentation conference. 2003. Miscellaneous publication No.970¡ agricultural research service¡ VSDA¡ Washington DC

23. B.S. Code of Parctice¡1999.¡part 1¡B.S. 6349.

24. Chow¡Y.K.¡ Yong¡ D. M.¡ Yong¡ K. Y.¡ Lee¡ S. L.¡2001 “Monitoring of dynamic compaction by deceleration measurements”¡ Computers and Geotechnics¡ Vol.90¡ No.3¡ PP.189-209.

25. consideration about scales for coastal models with movable bed(2011)¡Delft Hydraulics Laboratory publication. 50¡Delft¡the Netherland.

26. Design Manual, Harbour and Coastal Facilities, NAVFAC , DM 26 /2005

27. Ir. W.J.Vlasblom¡ Introduction to dredging equipment ¡2003,chapter3 per Bruun, 1999 ¡Port Engineering ¡4th Edition ¡Gulf Publishing Company.

28. M. Petersen¡ 1991, River Engineering. sediment  transport mechanics, 2014,chapter 9.

29. Report of working Group ,2008,Factors Involved in Standardizing of the Dimensions of class V Inland Waterways No. 20 ,PIANC.

30. Sediment dredging at superfund megasite, 2007,the national academies press.

31. Standardization of Ships & Inland Waterways for River, Sea Navigation,Report of working group No.16 , PIANC ,1996.

32. TAPH Working Group II-30in Cooperation with IMPA & IALA,(2010),Approach channels Preliminary Guidelines ,First Report of PIANC.