فهرست مطالب

هیدروفیزیک - سال دوم شماره 2 (پیاپی 3، پاییز و زمستان 1395)

نشریه هیدروفیزیک
سال دوم شماره 2 (پیاپی 3، پاییز و زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/20
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله پژوهشی
  • کامران لاری، سید محمد تقی ساداتی پور، مصطفی ممقانی * صفحات 1-13
    یکی از مشکلات بنادر موضوع رسوب گذاری در حوضچه و کانال دسترسی بنادر و تغییرات ساحل و بستر دریا پس از ساخت بندر است؛ به طوری که لا ی روبی رسوبات انباشته شده برای تامین آبخور مورد نیاز کشتی ها و استفاده بهینه از بنادر هزینه بسیار زیادی دارد. یکی از مهم ترین پارامترها در مسائل مهندسی سواحل انتقال رسوب است. زیرا گاهی اوقات کمبود مواد رسوبی نشان دهنده وجود فرسایش در منطقه و در سایر نقاط تراکم مواد، نشان دهنده رسوب گذاری است. در این تحقیق ابتدا از مقایسه تصاویر هوایی، تغییرات خط ساحلی در منطقه بندرلنگه مطالعه می شود. سپس با استفاده از مجموعه نرم افزاری LITPACK از بسته نرم افزاری DHI، داده های موج، جریان جزرومدی و دانه بندی رسوبات به مدل سازی خط ساحلی و میزان رسوب در منطقه پرداخته می شود. نتایج نشان می دهد که سواحل اطراف بندر لنگه در سال های گذشته تغییرات قابل ملاحظه ای نداشته است و این وضعیت با منابع ناچیز رسوبی موجود در منطقه در تطابق است.
    کلیدواژگان: رسوب گذاری، بندر، موج و جریان، مدل ریاضی CERC
  • سید حسین حسن تبار بزرودی*، محمدرضا خلیل آبادی صفحات 15-26
    در مناطقی همچون تنگه هرمز بررسی پارامتر جریان حجمی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. چراکه در این مناطق جریانات زیرسطحی می تواند باعث تغییر مقدار جریان حجمی ای شود که در حمل و نقل دریایی به خصوص در دریانوردی های زیر سطحی باعث بروز مشکلات می شود. در این مقاله مشخصه جریان و پارامترهای جریان حجمی عبوری (m^3/(s⁄ m) ) در محدوده تنگه هرمز با استفاده از مدول HD بررسی شده است. بدین منظور مشخصه جریان در منطقه تحقیق با مدل عددی MIKE21 شبیه سازی شده و پس از صحت سنجی به بررسی مقادیر مولفه های جریان حجمی پرداخته شده است. نتایج نشان داد که بازهتغییرات مولفه جریان حجمی عبوری در راستای تنگه هرمز به سمت خلیج فارس (مولفه P) در محدوده بین 1/4- تا m^3/ (s⁄ m) 0/6 و در عرض تنگه هرمز (مولفه Q) در محدوده بین 0/6- تا m^3/ (s⁄ m) 0/5 است. به طور کلی نتایج این بررسی نشان می دهد که به دلیل وابستگی مولفه های جریان حجمی به سرعت سطحی، مقدار حجمه آب در زیر سطح به دلیل گردش های ترموهالاینی و افزایش سرعت زیر سطحی در هنگام خروج از تنگه و همچنین اختلاف عمق افزایش می یابد. طراحی این الگو (جریان حجمی عبوری) در ناوبری و رسم نقشه های مسیر دریانوردی و نیز رسم مسیر حرکت زیردریایی جهت حرکت آسان در زیر آب بسیار پراهمیت است.
    کلیدواژگان: تنگه هرمز، جریان حجمی، شبیه سازی جریان، مدل MIKE21
  • زهره حیدری نشلی*، محمد تقی زمانیان، مسعود صدری نسب صفحات 27-40
    هدف از این پژوهش مدل سازی سه بعدی تغییرات چگالی و انتشار دوگانه دما و شوری در یک حوضه دریایی مستطیل شکل با مرزهای بسته با کف ناتراز در یک منطقه دریایی با طول جغرافیایی بین 47 تا 58 درجه شرقی و عرض جغرافیایی بین 24 تا 30 درجه شمالی است. در این پژوهش، شبکه ای که برای شبکه بندی محیط استفاده شده، شبکه آراکاوای تعدیل یافته است و گام شبکه ای در راستای شرق سوی و شمال سوی 5/0 عرض جغرافیایی و در راستای قائم با توجه به نوع آرایه قائم 1/0سیگما می باشند. برای حل عددی معادلات، باید جمله های موجود در این معادلات گسسته سازی شود و این گسسته سازی بر روی شبکه ای صورت می گیرد که شبکه مدل نامیده می شود. به این منظور لازم است که محیط مورد مطالعه شبکه بندی شود. شبکه بندی به صورت پنج لایه در دستگاه مختصات کروی زمین با آرایه قائم سیگما انجام گرفته است. وزش باد به طور یکنواخت و مداوم در مدت 4 روز بر سراسر سطح این حوضه در نظر گرفته شده است. نتایج این مدل سازی سه بعدی، چگونگی تغییرات انتشار دما و شوری هر پنج لایه در همه لایه ها را در امتداد طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی نشان می دهد. میدان چگالی برحسب مقدار دما و شوری اولیه از سطح تا عمق افزایش می یابد و میدان چگالی به مقدار میانگین آن می رسد، یعنی به حالت مانا یا پایدار می رسد.
    کلیدواژگان: آرایه قائم سیگما، اثر باد، تغییرات چگالی، کف ناتراز، مدل اقیانوسی آزمایشگاهی
  • عارف حسین معلمی، محمد جواد کتابداری * صفحات 41-50
    تاکنون روش های مختلفی برای استخراج انرژی امواج، ابداع شده که اکثر این روش ها بازده مناسبی در آب های کم عمق و موج های کم ارتفاع ندارند. گل ولای بستر دریا قابلیت جذب بخش درخورتوجهی از انرژی موج عبوری را در طول موج های مختلف دارد. با الهام گیری از این ویژگی طبیعی می توان ایده یک مبدل جدید انرژی امواج را با قابلیت کار با راندمان بالا در آب های کم عمق مطرح کرد. اگر در نزدیکی سواحل، کف دریا به وسیله مبدلی پوشانده شود، می توان بخش شایان توجهی از انرژی موج عبوری را جذب کرد. این مبدل با توجه به جزء اصلی سازنده اش که صفحه ای ویسکو الاستیک و انعطاف پذیرو فرش مانند است، فرش مبدل انرژی امواج (CWEC) نامیده می شود. در این مقاله با استفاده از مدل سازی تحلیلی، قابلیت این فرش درجذب انرژی امواج در شرایط مختلف دریایی بررسی شده و به مقایسه این مبدل با دیگر مبدل های انرژی پرداخته شده است. نتایج نشان داد که به دلیل بازدهی فراوان این فرش در آب های کم عمق با دامنه موج کم و مکانیزم عملکردی کاملا مغروق آن و ایجادنکردن هرگونه خطر برای حیات زیر آب، می توان آن را به عنوان یکی از گزینه های مناسب برای استفاده در خلیج فارس مطرح کرد. سپس ایده جدید استفاده از المان های پیزوالکتریک در دستگاه CWEC جهت افزایش بازدهی آن، طرح و بررسی شد. نتایج نشان داد که ترکیب پیزوالکتریک به CWEC می تواند بازده این دستگاه مبدل انرژی را به طورقابل ملاحظه ای افزایش دهد.
    کلیدواژگان: آب کم عمق، انرژی های نو، راندمان، فرش دریایی انعطاف پذیرمبدل انرژی امواج، مدل تحلیلی
  • حسین شاهمیرزایی*، مجید افشاری صفحات 51-65
    این مقاله از محاسبات اصول اولیه در چارچوب نظریه تابعی چگالی و نظریه اختلالی تابعی چگالی، برای بررسی خواص الاستیکی و پیزوالکتریکی حالت پایه ترکیب فرضیSrHfO3 درساختار چهارکنجی با گروه فضایی P4mmاستفاده شد. برای پی بردن به ماهیت فروالکتریکی ماده در مقیاس اتمی، قطبش و تانسور بارهای موثر بورن محاسبه شدند. نتایج نشان می دهد که بار موثر بورن اتم های Hf و O بسیار بزرگ تر از مقادیر معمولی یونی است که نشان دهنده پیوند قوی میان اتم های O و Hf است. محاسبه انرژی تشکیل نشان داد که این ترکیب در صورت شکل گیری، به عناصر سازنده تجزیه نمی شود. مقادیر غیرصفر و قابل توجه تانسور پیزوالکتریک نشان دهنده وجود پیزوالکتریسیته در این ترکیب است. اثر تنش تک محور در امتداد محور c بلورشناسی بر روی قطبش، بارهای موثر بورن و ضرایب تنش و کرنش پیزوالکتریک این ترکیب نیز بررسی شد. مقدار قطبش با افزایش تنش تک محور از مقادیر منفی به مقادیر مثبت افزایش می یابد. این تغییرات نشان می دهند که تنش کششی، فروالکتریسیته ترکیب را افزایش می دهد، در حالی که تنش فشاری می تواند منجر به حذف فروالکتریسیته ترکیب شود. بررسی وابستگی ضرایب تنش و کرنش پیزوالکتریک به تنش تک محور نشان می دهد که با استفاده از تنش می توان کیفیت پیزوالکتریسیته ترکیب را بهبود بخشید. این نتایج می تواند در حوزه مواد جدید پیزوالکتریک بدون سرب حائز اهمیت باشد.
    کلیدواژگان: خواص الاستیکی، خواص پیزوالکتریکی، فروالکتریک، مواد پیزوالکتریک بدون سرب، نظریه اختلالی تابعی چگالی
  • مرجان مشایخ پور، سید روح الله عمادی*، مسعود ترابی آزاد صفحات 67-77
    هدف اصلی از این مقاله بررسی تغییرات ماهانه در دامنه مولفه های اصلی جزرومدی در سواحل شمالی خلیج فارس و دریای عمان است. بدین منظور از داده های تاید گیج های ساحلی در بنادر بوشهر، جاسک و چابهار استفاده شده است. مدت زمان برداشت اطلاعات تاید گیج از تغییرات سطح لحظه ای آب دریا در ایستگاه های ذکرشده به ترتیب در حدود 24، 6 و7 سال است. با آنالیز ماهانه داده های جزرومدی، دامنه مولفه های جزرومدی ، ، و به تفکیک برای هر ماه به دست آمده است. نتایج عددی به دست آمدهبا استفاده از نرم افزار فورمن نشان می دهد، باوجود اینکه بیشترین مقدار دامنه مولفه های جزرومدی مربوط به مولفه نیم روزانه ماه در حدود 72 سانتی متر در بندر جاسک می باشد، ولی اصلی ترین تغییرات ماهانهیعنی اختلاف بین بیشترین و کمترین مقدار دامنه برای تمامی ماه ها در فاصله زمانی ذکرشده در بالا مربوط به مولفه با دامنه تغییرات در حدود 30 سانتی متر است. همچنین برای سایر مولفه ها نظیر ، و به ترتیب مقادیر تغییرات ماهانه در حدود 18، 11 و 9 سانتی متر به دست آمده است.
    کلیدواژگان: تاید گیج ساحلی، تغییرات فصلی مولفه های جزرومدی، خلیج فارس، دریای عمان
  • مریم راه بانی*، مسعود رنجبری، دانیال قادری صفحات 79-89
    کانال های آبی و خور ها که در قسمت آب های داخلی قرار دارند، مناطقی هستند که مستقیما به دریا ها متصل می شوند و امکان دسترسی به آب های آزاد را فراهم می کنند. خور تیاب که در فاصله 30 کیلومتری جنوب شهر میناب واقع شده است نیز کانالی آبی است که به خلیج فارس و منطقه استراتژیک تنگه هرمز متصل است. پژوهش پیش رو نتایج اندازه گیری میدانی در پنج ایستگاه در خور مذکور، جهت بررسی علمی و دقیق رسوبات معلق و دانه بندی رسوبات بستر، با استفاده از کدورت سنج متصل به دستگاه CTD و نمونه برداری با بطری نمونه بردار نیسکین وگرب است. اندازه گیری ها در دو نوبت -نقطه به نقطه به روش رفت و برگشتی در تاریخ 23 مهر 94 و به روش ایستا در تاریخ 28 آبان 94 در یک سیکل کامل جزرومدی- صورت گرفت. نتایج اندازه گیری ها بیانگر افزایش رسوبات معلق در زمان جزر است که بیشترین رسوبات به حیطه ابتدای کانال تعلق دارد. دانه بندی رسوبات نشان می دهد که از دهانه خور به سمت بالا دست، دانه بندی بستر کاهش پیدا می کند؛ بدین ترتیب که در ابتدای کانال، دور ترین ایستگاه از دهانه خور، مقدار سیلت و لای برابر با 71/40درصد است، در حالی که این مقدار در نزدیکی دهانه کانال به 48/3 درصد می رسد.
    کلیدواژگان: بطری نمونه بردار، خور تیاب، دانه بندی، رسوبات بستر، رسوبات معلق، کدورت سنج
  • طیب صادقی فر * صفحات 91-107
    محاسبه نرخ انتقال رسوب موازی ساحل به منظور مطالعه دقیق الگوی فرسایش و رسوب گذاری، از جمله مهم ترین موضوعات در مهندسی سواحل است. در پژوهش حاضر، نرخ انتقال رسوب موازی ساحل از اول فروردین ماه تا آخر تیرماه سال 1391 با استفاده از تله گیر ستونی معلق به صورت روزانه اندازه گیری (سواحل شهر نور، در شمال کشور ایران) شد. روابط تجربی موجود عمدتا براساس روش های برازشی بر روی داده های مشاهداتی و اندازه گیری شده ارائه شده است. نتایج استفاده از فرمول داک 85 نشان داد که نرخ انتقال رسوب برای ساحل شهرستان نور برابر با 334340 متر مکعب بر سال است. در مرحله اول شبکه عصبی مصنوعی با متغیرهایی که با روش تجزیه و تحلیل عاملی به عنوان متغیر مستقل انتخاب شده بودند، اجرا شد. نتایج نشان داد که در مجموع عملکرد شبکه با تابع انتقال تانژانت هیپربولیک بهتر از سیگموئید بوده است. بهترین شبکه، شبکه ای با ورودی های ارتفاع موج شکنا، عرض منطقه خیزآب ساحلی، سرعت جریان در امتداد ساحل و نرخ انتقال رسوب به دست آمد. یک پارامتر خروجی (Q) به عنوان یک شبکه، منجر به پاسخ قابل قبول تر و قابل اعتمادتری با حداکثر مقدار ضریب تبیین 96/0 برای پیش بینی نرخ انتقال محاسبه شد. به این ترتیب با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی ارائه شده در این پژوهش می توان به برآورد دقیق تری از نرخ انتقال رسوب موازی ساحل پرداخت.
    کلیدواژگان: دریای خزرجنوبی، ساحل نور، شبکه عصبی مصنوعی، فرمول های نیمه تجربی، نرخ انتقال رسوب موازی ساحل
|
  • Kamran Lari, Mohammad Taghi Sadatipour, Mostafa Mamaghani * Pages 1-13
    One of the important problems in ports is sedimentation in access channels and variations of coastline and sea bed, So that dredging for the optimal use of port has considerable price. One of the most important problems in coastal engineering is sediment transportation; because of some times the lack of residual materials show the existence of erosion in the region and in other points association of sediment indicates sedimentation. In this research at the first by comparing of Aerial imagery, coastline variations in Lengeh Port has been evaluated and then using LITPACK software related to DHI, using wave and current data and grading scales of sediments, coastline variation has been simulated and sedimentation in regional of study has been calculated. Results indicate that variation of coastline of Lengeh port in recent is very low and this condition is deposited in accordance with the sedimentary meager resources available in the region.
    Keywords: Sedimentation, Port, Wave, Current, CERC mathematical models, LITPACK
  • Seyed Hossein Hassantabar Bozrodi *, Mohammad Reza Khalilabadi Pages 15-26
    In areas such as the Strait of Hormuz analyzing the water flux is of great importance since in these areas subsurface currents can cause flux movement which in turn can cause lots of problems in marine transportation especially in submarine navy. In this study water current characteristic and flux parameters ( (are analyzed in the area of the Strait of Hormuz using HD module. For this purpose, current characteristic within the area was simulated using Mike21 numerical model. The results show that water flux component along the Strait of Hormuz (P component) changes within the range of -1.4 to 0.6 m^3/(s⁄m) and the water flux component along the width of the strait of Hormuz (Q component) changes within the range of -0.6 to 0.5 m^3/(s⁄m). In general, the results of this study show that since the P component is related to surface velocity, this component will decrease and the subsurface flux will increase if the surface velocity decreases. Designing such patterns (pattern of water flux) is crucial in navy, drawing naval maps, and drawing submarine subsurface maps.
    Keywords: current simulation, MIKE21 model, Volume flux, the Strait of Hormuz
  • Zohreh Heidari Nesheli *, Mohammad Taghi Zamanian, Masoud Sadrinasab Pages 27-40
    The subject of this study is 3D modeling of density changes and double diffusion of salinity and temperature in a marine rectangular basin with closed boundaries and none-level bottom on longitude: 47º to 58º E and latitude: 24º to 30º N. In the area of the study every horizontal layer has regular mesh grid points. In this study the lattice that is applied is modified Arakawa C lattice and spatial grid distance in both east and north is equal to 0.5º and in vertical with respect to type of vertical coordinate, it is equal to 0.1 in sigma scale. Distance of grids is considered as long as 0.5-degree Longitude and Latitude. It is considered in 5 layers in spherical coordinate with sigma vertical component. In order to Numerical calculation of every parameter used in governing equations, equation should be discretize by special mathematical scheme, and wind blow is considered steady all over basin surface during the 4 days. Results show quality of changes in diffusion of temperature and salinity of each layer along longitude and latitude.
    Keywords: theoretical ocean model, non-level bottom, density changes, wind effect, sigma coordinate
  • Aref Hossein Moalemi, Mohammad Javad Ketabdari * Pages 41-50
    So far, various methods for extracting wave energy have been developed. However, most of these methods have low efficiency in shallow waters and for the small wave amplitude. The mud of the seabed is able to absorb a significant portion of wave energy in different wave lengths. In this paper inspired by this natural characteristic, the idea of a new wave energy converter with the ability to work with high efficiency in shallow water is proposed. If close to the coast, the sea floor is covered by the converter, a significant proportion of wave energy can be absorbed. The main component of this carpet of wave energy converter (CWEC) is a flexible and visco-elastic plate. In this paper, first, by using an analytical modeling, wave energy absorption capability in different sea states of Persian Gulf was considered and compared with other wave energy converters. Further investigations revealed that because of the high efficiency of this converter in shallow waters, it can be suitable for application in the Persian Gulf. Then, the new idea of using piezoelectric elements in the CWEC device was designed to increase its efficiency. The results show that the piezoelectric combined with CWEC could significantly increase the efficiency of this energy converter device.
    Keywords: renewable energy, flexible carpet of wave energy conversion, shallow water, analytical model, Efficiency
  • Hossein Shahmirzaee *, Majid Afshari Pages 51-65
    The basic principles of calculations in the framework of density functional theory and density functional perturbation theory were used to investigate the elastic and piezoelectric properties of hypothetical SrHfO3 compound in tetragonal structure with P4mm space group. Polarization and Born effective charges tensor were calculated to investigate the nature of ferro-electricity of this system in an atomic scale. Our results show that Born effective charges of both Hf and O atoms are much larger than their anticipated nominal charges which show a strong bonding between Hf and O atoms. Formation energy calculation revealed that the compound will be stable, if it is synthesized and would not decompose to its ingredients. Non-vanishing and significant calculated piezoelectric constants imply system piezoelectricity. The effect of uniaxial stress along the c-axis on polarization, Born effective charges and piezoelectric stress and strain coefficients were also investigated. We found that the polarization increases as the uniaxial stress goes from negative to positive. These changes suggest that the uniaxial tensile stress could raise the ferro-electricity, while the uniaxial compressive stress would cancel it. We also found that the piezoelectricity of this system could be improved by applying stress. These results could be significant in the field of lead free piezoelectric materials.
    Keywords: elastic properties, piezoelectric properties, density functional perturbation theory, lead free piezoelectric materials, ferroelectric
  • Marjam Mashayekhpour, Rouhollah Emadi *, Massoud Torabi Azad Pages 67-77
    The main purpose of this paper is to examine the monthly change of main constituents of tide in the northern coast of Persian Gulf and Oman Sea. So the coastal tide gauge data in the port of Bushehr, Jask and Chabahar is used. Duration of tide gauge data collection stations from the sea surface height is listed by about 24, 6 and 7 years. By analyzing the data monthly of tide, the tidal constituents of M2, S2, K1 and O1 were obtained separately for each month. Results obtained show that, the greatest tidal range is for lunar semi diurnal component (M2) about 72 cm in Jask. However, the main constituents of the monthly changes are for K1 with a range of about 30 centimeters. As well as for other constituents such as S2, O1 and M2 to the monthly change in values of 18, 11 and 9 cm are obtained.
    Keywords: coastal tide gauge, seasonal variation of tidal constituents, Persian Gulf, Oman sea
  • Maryam Rahbani *, Masoud Ranjbari, Danial Ghaderi Pages 79-89
    They can be therefore the mouth of a route through the open oceans. Tiab Estuary, located 30 kms away from the Minab city, is a channel overflowed to the Persian Gulf and the Strait of Hormuz. In this field investigation 5 stations along the channel have been selected for measurements. Two cruises were carried out in the 23rd of Mehr and 28th of Aban of 1394 (October 15 to November 19, 2015). In the former cruise the measurements were carried out along the channel for a period of about 12 hours. The latter cruise however, took place at the middle of the channel during one tidal cycle. The instruments used, were a CTD, a Niskin sampler bottle, and a grub. The results derived from this investigation show that the increase in the suspended sediment concentration happen during the ebb condition, specifically at the mouth of the estuary. It was also found that the grain size distribution of the bed load is decreasing from the mouth of the channel toward the basin. At the basin the silt and clay percentage is about 40.71%, while at the mouth of the channel this amount reduces to about 3.48%.
    Keywords: Tiab Estuary, suspended sediment, grain size, bed load, turbidity, bottle sampler
  • Tayeb Sadeghifar * Pages 91-107
    The estimation of alongshore sediment transport rate (LSTR) is the most important factor in analyzing the amount of erosion or accretion along a coast. In the present research, an LSTR measurement was done at daily intervals using sediment traps in Noor coastal area, north of Iran, from March 21 to June 22, 2012. The existing empirical relations are linear or exponential regressions based on the observations and measurements data. Based on calculations, the yearly average of sediment transport rate is 928.73 (m3/day) for Noor coastal area. One of the most widely used methods for estimating LSTR, which has advantages compared with others, is setting up and application of an artificial neural network (ANNs) and the present study attempts to develop such a model. Different ANNs with different input configurations and transfer functions were examined. The results reveal that usage of the hyperbolic tangent is better than application of the sigmoid as the transfer functioning. Moreover, the ANN with wave breaking height (), surf zone width (W), and alongshore current velocity (V), as inputs and sediment transport rate (Q) as output configures the best model and predicts more reliably, with higher correlation coefficient, R2, of 0.96, the L.S.T.R among others. Using the ANNs model presented in this research, therefore, the sediment transport rate can be estimated with sufficient accuracy.
    Keywords: alongshore sediment transport rate, Artificial Neural Network, semi-empirical formulas, Noor coastal, south Caspian Sea