فهرست مطالب

هیدروفیزیک - سال سوم شماره 1 (بهار و تابستان 1396)
  • سال سوم شماره 1 (بهار و تابستان 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/06/06
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله پژوهشی
  • محمدرضا خلیل آبادی، محسن صفی خانی، حسین شاهمیرزایی * صفحات 1-10
    آشکارسازی به وسیله نقشه ناهنجاری های مغناطیسی در دریا، یکی از روش های آشکارسازی و کنترل غیرفعال تجهیزات سطحی و زیرسطحی ازجمله زیردریایی هاست. با توجه به این که امروزه زیردریایی ها ازلحاظ صوتی بسیار ساکت ساخته می شوند، شناسایی و تشخیص آن ها در دریا به وسیله آشکارسازهای آکوستیکی مشکل و حتی ناممکن است. به همین علت استفاده از روش آشکارسازی ناهنجاری های مغناطیسی ضروری به نظر می رسد. با استفاده از این روش، اختلال موجود در میدان مغناطیسی زمین که به وسیله جسم فرومغناطیس ایجاد شده آشکار و به کمک پردازش های رایانه ای، نقشه مغناطیسی منطقه تهیه می شود. در این پژوهش با پردازش و تحلیل داده های مغناطیس سنجی، نقشه ناهنجاری مغناطیسی در ناحیه خلیج فارس و نزدیک ساحل گناوه؛ پس از تصحیحات لازم تهیه شده است. ناهنجاری های مغناطیسی، نخست با استفاده از فیلتر مشتق قائم مرتبه اول، به منظور برجسته سازی ناهنجاری های سطحی مورد استفاده قرار گرفته است. در ادامه نقشه ها با روش واهم آمیخت اویلر که با هدف مکان یابی و تعیین عمق ناهنجاری ها به کار می رود، پردازش شده است. هر دو روش وجود ناهنجاری های سطحی با عمق کم در راستای شمالی جنوبی در پایین و میانه منطقه موردبررسی را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: خلیج فارس، روش واهم آمیخت اویلر، فرومغناطیس، ناهنجاری های مغناطیسی
  • مهری فلاحی، مسعود صدری نسب * صفحات 11-19
    در این تحقیق جریان در ناحیه ای از اقیانوس اطلس شمالی با به دست آوردن شیب یک سطح فشار ثابت نسبت به یک سطح ژئوپتانسیل ثابت، محاسبه شده است. ابتدا، تفاوت در ژئوپتانسیل میان دو سطح فشار ثابت در موقعیت های هیدروگرافی مختلف برآورد شده، سپس شیب سطح فشار بالایی نسب به پایینی و درنهایت جریان ژئوستروفیک در سطح بالایی نسبت به جریان در لایه پایینی محاسبه شده است. برای به دست آوردن جریان ها به صورت تابعی از عمق، از هر تراز نسبت به تراز مرجع انتگرال گیری شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهند که بیشینه جریان در منطقه موردمطالعه 22/3سانتی متر بر ثانیه می باشد، همچنین آنالیز داده ها نشان می دهد که تا عمق1500 متر شرایط شارش، باروکلینیکی و از آن عمق به بعد شرایط شارش باروتروپیک است، به علاوه نتایج این تحقیق نشان داد که شارش در راستای قائم در این منطقه می تواند هم شرایط باروکلینیک و هم باروتروپیک داشته باشد. همچنین مقایسه این مطالعه با داده های میدانی تطابق خوبی را نشان می دهند
    کلیدواژگان: اقیانوس اطلس شمالی، جریان ژئوستروفیک، شارش باروتروپیکی، شارش باروکلینیکی، سطح ژئوپتانسیل
  • اکبر رشیدی ابراهیم حصاری*، سیده مرضیه حسینی صفحات 21-32
    در این مطالعه، برای ارزیابی حساسیت دینامیک کشندی به تغییرات مکانی ناهمواری بستر دریا در تنگه هرمز از نسخه تغییریافته مدل سه بعدی هیدروستاتیکی اجزاء متناهی QUODDY-4 استفاده شد. تفاوت این نسخه با نسخه اصلی در مدولی است که برای محاسبه ضریب درگ بستری به مدل اضافه شده است. توزیع مکانی ضریب درگ بستری با استفاده از یک راهکار هیدرودینامیکی محاسبه شد که در آن ارتباط فاکتور اصطکاک موجی و دیگر مشخصه های اصطکاک در لایه مرزی بستری با پارامترهای بدون بعدی مانند عدد سطحی راسبی، عدد رینولدز برای جریان و فرکانس اینرسی نسبی توصیف می شود. مقایسه نتایج شبیه سازی های عددی انجام شده با داده های مشاهداتی مربوط به دامنه و فاز کشندی نشان می دهد مدل مورداستفاده دقت بالایی در بازتولید دینامیک کشندی در منطقه موردمطالعه دارد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که ضریب درگ بستری در تنگه هرمز از 0/0006تا 0/004متغیر است و از مقدار معمول مورداستفاده در مدل های عددی 0/003 کمتر است. در نظر گرفتن ضریب درگ متغیر محاسبه شده در این مطالعه می تواند به منظور بهبود کیفی پیش بینی های کشندی در تنگه هرمز مورداستفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تنگه هرمز، دینامیک کشند، ضریب درگ بستری
  • محمد اکبرنژاد بایی، عباسعلی علی اکبری بیدختی*، محمد اکبری نسب، مجتبی عظام، سارا الله یاری بیک صفحات 33-39
    یکی از پدیده هایی که در محیط چینه بندی اقیانوس و حضور یک نیروی خارجی رخ می دهد، امواج درونی است. این مطالعه به منظور بررسی آزمایشگاهی ویک پشت یک جسم استوانه ای در محیطی با چینه بندی خطی انجام شده است. در محیط آزمایشگاهی در یک تانک شیشه ای به ابعاد 0/5×1×3 متر به کمک روش خطی با فرکانس شناوری 0/51 بر ثانیه چینه بندی صورت گرفت. در این محیط با استفاده از یک ارابه که حرکت آن به وسیله برنامه رایانه ای کنترل می شود، یک جسم استوانه ای با قطر 6 سانتی متر و پهنای 45 سانتی متر، برای بررسی تغییر در اعداد فرود و رینولدز محیط و تاثیر این تغییرات بر شکل گیری امواج درونی پشت استوانه، با سرعت های 5 میلی متر بر ثانیه تا 4/5 سانتی متر بر ثانیه حرکت داده شد. با استفاده از روش تصویربرداری از سایه از این محیط تصویربرداری شد. نتایج حضور امواج درونی را با وابستگی به تغییرات فرکانس شناوری محیط (N) ، عدد فرود و عدد رینولدز نشان داد. همچنین مشخص شد که با افزایش عدد فرود تا عدد فرود بحرانی، فعالیت امواج درونی و طول موج آن ها بیشتر شده است. در محدوده عدد فرود فوق بحرانی نیز که با تلاطم محیط همراه است، امواج بلند به نسبت منظم و امواج کوتاه تر نامنظم دیده شد.
    کلیدواژگان: محیط چینه بندی شده، امواج درونی، فرکانس شناوری، روش تصویربرداری از سایه، عدد فرود
  • مهدی اسماعیلی، مریم راه بانی*، علی کرمی خانیکی صفحات 41-50
    در این مقاله، ویژگی های انعکاسی دیوارهای ساحلی قائم صلب، نیمه متخلخل و متخلخل تحت امواج منظم با استفاده از مدل سازی فیزیکی بررسی می شود. آزمایش های متعددی برای طیف گسترده ای از ارتفاع ها و دوره های موج و عمق های مختلف آب در فلوم آزمایشگاه هیدرولیک پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری تهران انجام شد. بر اساس این آزمایش ها این نتایج به دست آمد که دیوار ساحلی متخلخل نسبت به دیوار صلب و نیمه متخلخل در کاهش انعکاس موج عملکرد بهتری دارد. ضریب انعکاس (Kr) ناشی از امواج منظم برای دیوار ساحلی متخلخل در محدوده 0/89-0/57 و دیوار نیمه متخلخل در محدوده 0/94 - 0/70 قرار دارد، درحالی که برای دیواره صلب عمودی بیشتر از 0/90 است. همچنین مشخص شد که ضریب انعکاس با افزایش تیزی موج (Hi/L) ، عمق نسبیآب (d/L) و تخلخل دیوار (n) کاهش می یابد. مقایسه نتایج برای شرایط ورودی یکسان، نشان می دهد که کاهش متوسط درKr برای دیوارهای ساحلی نیمه متخلخل و متخلخل در مقایسه با دیوار صلب به ترتیب حدود 18 و 32 درصد است. بر اساس داده های اندازه گیری شده، تحلیل ابعادی و آنالیز رگرسیون چندگانه، روابط تجربی جدیدی برای پیش بینی ضریب انعکاس موج ارائه شده است. اعتبارسنجی فرمول های پیش بینی شده با نتایج تجربی دیگر نشان داد که معادله ها می توانند برای اهداف عملی مورداستفاده قرار گیرند.
    کلیدواژگان: انعکاس موج، امواج منظم، دیوار ساحلی متخلخل، مدل فیزیکی
  • نگین حاتمی باورصاد، داریوش منصوری*، محمدرضا خلیل آبادی صفحات 51-65
    در این تحقیق کم فشاری های جوی، منشا و مسیر چرخندهای جوی ایجادشده بر دریای خزر در سال 2015 بررسی می شود. سپس سرعت جابه جایی چرخندهای جوی و تغییرات تراز آب ناشی از کم فشاری جوی و باد در فصل های مختلف سال تحلیل می شود. در این تحقیق از داده های تراز ثبت شده در ایستگاه های بندر امیرآباد، بندرانزلی، فریدون کنار و نیز داده های میانگین فشار تراز آب و باد از سایت ECMWF با گام زمانی 6 ساعته و دقت 0/125 درجه جغرافیایی استفاده گردید و برای سال 2015 داده های تراز آب با داده های ثبت شده ایستگاه ها، صحت سنجی شده و سپس منشا و سرعت جابه جایی چرخندهای جوی و تراز آب ناشی از کم فشاری جوی و باد بررسی شده است. از نتایج این تحقیق می توان به تغییرات غالب تراز آب در مناطق شرقی خزر جنوبی ناشی از کم فشاری جوی و در مناطق غربی این حوضه، ناشی از باد اشاره کرد. به عنوان نمونه در 16 آگوست در ایستگاه انزلی تغییرات تراز ناشی از کم فشاری جوی و باد به ترتیب 6/1 و 4/2 سانتی متر و در 5 آوریل در ایستگاه امیرآباد این مقادیر به ترتیب 1/5 و 0/5 سانتی متر است. همچنین می توان به منشا کم فشاری های جوی در ماه های فوریه و می از مناطق شمال غربی خزر و در ماه های آگوست و نوامبر از غرب و جنوب غربی این حوضه اشاره کرد. سرعت جا به جایی چرخند جوی در ماه های فوریه، می، آگوست و نوامبر به ترتیب 15/8، 5/3، 3 و 9/8 متر بر ثانیه است.
    کلیدواژگان: تراز آب، کم فشار جوی، باد، دریای خزر
  • سیده نسترن هاشمی، محمد اکبری نسب *، طاهر صفرراد صفحات 67-77
    امروزه نظارت صحیح بر آب های ساحلی اهمیت زیادی دارد، زیرا این مناطق، ازنظر اکوسیستم های طبیعی مکان های مهمی هستند. بعلاوه، ارزیابی کیفیت آب در رودخانه ها امری حیاتی به شمار می آید. با توجه به اینکه روش های سنتی نمونه برداری گران و وقت گیر هستند، تکنیک سنجش ازدور ابزار موثری برای آشکارسازی و نظارت بر پلوم به حساب می آید. با شناسایی پلوم رودخانه ها، می توان به برآورد و تخمین دبی پرداخت. در این مقاله با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 8، پلوم رودخانه اروند در فصل های بهار (مه) ، پاییز (اکتبر) و زمستان (مارس) سال 2017 آشکارسازی شده است. به منظور این آشکارسازی، الگوریتمی متشکل از تابندگی باند 4، تابندگی باند 2، NDWI و نسبت شوری طراحی شده است. برای صحت سنجی الگوریتم آشکارسازی پلوم، از تصاویر ماهواره سنتینل 2 در همان روز استفاده شده است. همچنین مساحت پلوم در این سه فصل محاسبه شده است. نتایج نشان داده است مساحت پلوم رودخانه اروند در فصل های زمستان، پاییز و بهار به ترتیب 88/132 کیلومترمربع، 85/952 کیلومترمربع و 80/436 کیلومترمربع است؛ بنابراین با استفاده از مساحت پلوم آشکارسازی شده به وسیله تصاویر ماهواره ای و سرعت سطحی آب می توان دبی رودخانه را تخمین زد.
    کلیدواژگان: مساحت، رودخانه اروند، پلوم، سنجش ازدور
  • مرتضی پیش بینی * صفحات 79-88
    در این مقاله با استفاده از مدل هیدروشیمیایی و مکانیسم برم اشترلانگ حرارتی و الگوریتم رانگ-کوتا مرتبه چهار تاثیر نوع گاز نجیب حل شده در سیال بر پارامترهای خروجی تک حباب سونولومینسانسی ایستا در دو سیال پایه آب و اسید فسفریک 65% به عنوان غلظت بهینه اسید فسفریک به صورت عددی، موردبررسی قرار گرفته است. برای داشتن تک حباب سونولومینسانسی ایستا و پایدار و محاسبه پارامترهای اولیه حباب شامل شعاع و دامنه فشار آکوستیکی، ناپایدارهای شکلی، انتشاری و مکانی با استفاده از نمودار فاز بررسی و از پارامترهای به دست آمده در محاسبه ها استفاده شد. نتایج نشان می دهد که در هر دو سیال آب و اسید فسفریک 65% با افزایش جرم اتمی گاز نجیب حل شده در سیال از He به Xe شاهد افزایش دما و شدت تابش تک حباب ایستا در لحظه فروریزش هستیم که انطباق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی موجود از خود نشان می دهد. علاوه براین شبیه سازی عددی نشان می دهد که در سیال آب با افزایش جرم اتمی گاز نجیب بازه زمانی فروریزش حباب افزایش می یابد، حال آنکه در سیال اسید فسفریک 65% عکس این حالت اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: تک حباب سونولومینسانسی، مدل هیدروشیمیایی، مکانیسم برم اشترلانگ حرارتی
|
  • Mohammad Reza Khalilabadi, Hossein Shahmirzaee * Pages 1-10
    Detecting by the means of the marine magnetic anomaly maps is one of the detection and passive controlling methods for the surface and subsurface equipments including the submarines. Considering the point that nowadays, that submarines are made very silent in an acoustic view, detection and recognition of them by using acoustic detector in the sea has become hard and almost impossible. Thus, using magnetic anomaly methods seems to be necessary. By using this method, the fluctuation in the earth's magnetic field due to a ferromagnetic object is detected and by the help of computer processing, the magnetic map of the area is prepared. In this study, by processing and analyzing magnetometric data, a magnetic anomaly map was created in the region of the Persian Gulf near the Genaveh coast, after necessary corrections. Magnetic anomalies were first used to highlight superficial anomaly using the first-order derivative filter. The maps are further processed using Euler de-convolution method to determine the depth of anomalies. Both methods show surface abnormalities with low depth in the north and south in the lower and middle regions of the study area.
    Keywords: Euler de-convolution method, ferromagnetic, magnetic anomaly, Persian Gulf
  • Mehri Fallahi, Masoud Sadrinasab * Pages 11-19
    In this study, the current in a region of the North Atlantic is determined by calculating the slope of a constant pressure surface relative to a surface of constant geopotential. In the first step, geopotential difference between two constant pressure surfaces at different hydrographic positions is calculated. Then, the slope of the upper pressure surface relative to the lower is estimated; finally the geostrophic current at the upper surface relative to the current at the lower is determined. For computing of current as a function of depth, current of each level related to the reference level is integrated. The results of this study show that maximum current speed is 0.223 m/s, also analyses of calculated data illustrating that up to depth of 1500 m is baroclinic flow and from mentioned depth to the bottom of the sea is barotropic flow. Furthermore, results are demonstrating that flow in vertical axes, in the region of study, can have both baroclinic flowing conditions and barotropic flowing conditions. The comparison of results of this study with field data shows good match.
    Keywords: the North Atlantic, geostrophic current, barotropic flow, baroclinic flow, geopotential level
  • Akbar Rashidi Ebrahim Hesari *, Seyedeh Marzieh Hoseini Pages 21-32
    In this research, a modified version of the 3D finite-element hydrostatic model QUODDY-4 is used to assessment of sensitivity of dynamics of the M2 semidiurnal tide to spatial variations of bottom roughness in the Hormuz Strait. This version differs from the original one, as it introduces a module providing calculation of the drag coefficient. Spatial variation of the drag coefficient is calculated using a hydrodynamic approach, which describes the relation between wave friction factor as well as other resistance characteristics and dimensionless parameters like surface Rossby number, Reynolds number for currents and relative inertial frequency. Comparing the results of numerical simulations with observed amplitude and phase values showed that, the model has a good accuracy in reproducing the tidal dynamics in the studied region. The results of this study indicate that the friction coefficient in the Hormuz Strait varies from 0.0006 to 0.004 and is less than its canonical value equal to 0.003, which is usually used in numerical models for tidal predictions. Spatial variation of friction coefficient calculated in this study can be used in numerical tidal predictions in the Hormuz Strait in aim to improve the predictions accuracy.
    Keywords: Strait of Hormuz, Tidal Dynamics, Bottom Friction Coefficient
  • Mohammad Akbarnejadbaie, Abbasali Aliakbaribidokhti *, Mohammad Akbarinasab, Mojtaba Ezam, Sara Allahyari Pages 33-39
    In the case of an internal force in stratified fluid, internal waves are one of the most important phenomena that occurs in the stratified oceanic environment. This study was conducted to investigate internal waves and turbulent wake effect behind a cylindrical body in a linear stratified environment in laboratory. In this work, in a glass tank with dimensions of 3×1×0.5 (m), a linear stratification with buoyancy frequency (N) of 0.51 (s-1), was set up. Then a cylindrical body of 6 cm diameter and 45 cm long was towed in the fluid, while changing the Froude and Reynolds numbers of the flow and the effect of these changes on the formation of the internal waves and wake of the cylinder, at speeds of 5 mm/s to 4.5 cm/s, using a computer controlled system, were examined. In this work shadowgraphs technique was used to capture the flow. The results show that the presence of internal waves depend on changes of Froude and Reynolds numbers of the flow, and maximum internal waves activities were found when Froude number was tended to the critical values of one; the wavelength of the internal waves was also increased with Froude number. In the range of the supercritical Froude number the flow consisted of a turbulence wake in the environment, also relatively increasing irregular shorter waves were observed around the cylinder. Detection of such waves at a distance from the cylinder was one of the objective of the present work.
    Keywords: stratified fluid tank, internal waves, buoyancy frequency, shadowgraph technique, Froude number
  • Mehdi Esmaeili, Maryam Rahbani *, Ali Karami Khaniki Pages 41-50
    In this paper, the reflection characteristics of vertical rigid, semi-porous and porous seawalls is investigated under regular waves by use of physical models. Several experiments were carried out for a wide range of wave heights and periods and for different water depths in the Soil Conservation and Watershed Management Research Institute flume. Based on these experiments, it was concluded that the porous seawall has better performance than rigid and semi-porous seawall in reducing the wave reflection. The reflection coefficient (Kr) due to regular waves for the porous seawall ranges from 0.57–0.89 and for semi-porous wall it is 0.70–0.94, whereas for the vertical rigid wall, it is found to be more than 0.9. It was also found that the reflection coefficient decreases with the increase of the wave steepness (Hi/L), the relative water depth (d/L), and the seawall porosity (n). A comparison of the results for identical input condition shows that an average the reduction in Kr for semi-porous and porous seawall as compared to the rigid wall is about 18% and 32%, respectively. Based on the measured data, dimensional analysis and multiple regression analysis, new empirical relations have been proposed to predict the wave reflection coefficient. Verifying the predictive formulae with the other experimental results revealed that the equations could be used for practical purposes.
    Keywords: wave reflection, regular waves, porous seawall, physical model
  • Negin Hatami Bavarsaad, Dariush Mansoury *, Mohammad Reza Khalilabadi Pages 51-65
    In this research, the low atmospheric pressure as well as the origin and trajectory of the atmospheric cyclone created on the Caspian Sea for 2015 were investigated. The data required in this study including the recorded data by the stations in Amirabad, Anzali and Fereydunkenar as well as the mean sea level pressure and wind data have been obtained from ECMWF site at a 6-hour time interval and with a precision of 0.125. The data verified with the data obtained from the stations, and then, the origin and speed of atmospheric cyclone and the sea water level due to low atmospheric pressure and wind were analyzed. The results of this research show predominant sea water level changes in the eastern regions of the Southern Caspian Basin due to low atmospheric pressure and in the western regions of the basin due to wind, e.g., on August 16th, in Anzali Sstation, the sea water level changes due to low atmospheric pressure and wind was reported to be1.6 and 2.4 centimeters, respectively; and on April 5th, in Amir Abad Station, these values were reported to be 1.5 and 0.5 centimeters, respectively. The most important results of this study are the sources of atmospheric low pressure in February and May from the north-western regions of the Caspian Basin and in August and November from the western and southwestern regions of the basin. The displacement speed of the atmospheric cyclone in February, May, August and November is respectively 15.8, 5.3, 3, and 9.8 m/s.
    Keywords: Sea Level, Atmospheric Low Pressure, Wind, Caspian Sea
  • Seyedeh Nastaran Hashemi, Taher Safarrad, Mohammad Akbaei Nasab * Pages 67-77
    Today, proper monitoring of coastal waters is important because these areas are important natural ecosystems. In addition, the assessment of water quality in rivers is vital. Given that traditional sampling methods are expensive and time consuming, remote sensing techniques is an effective tool for detecting and monitoring Plume. By identifying the river plume, we can estimate and guess the discharge. In this paper, by using Landsat 8 satellite imagery, the plume of the Arvand River has been detected in the seasons of spring (May), autumn (October) and winter (March) of 2017. For this detection algorithm consists of Radiance Band 4, Radiance Band 2, NDWI and the salinity is designed. For the verification of the Plume Detection Algorithm, Sentinel 2 satellite imagery was used at the same day. Plume area is also calculated in these three seasons. The results show that the plume area of Arvand River in winter, autumn and spring is 88.132 square kilometers, 85.952 square kilometers and 80.436 square kilometers respectively. Thus, using the Plume area detected through satellite imagery and surface velocity, river discharge can be estimated.
    Keywords: Area, Arvand River, Plume, Remote Sensing
  • Morteza Pishbini * Pages 79-88
    In this paper, by using a hydrochemical model and thermal bremsstrahlung mechanism and four -order Runge- Kutta algorithm the dependence of static single bubble sonoluminescence in water and phosphoric acid 65wt% solutionas the optimal concentration of phosphoric acid on noble gas content are numerically investigated. In order to have stable single bubble sonoluminescence and calculation initial parameters of the bubble such as initial radius of the bubble and acoustic pressure amplitude, three forms of instability named shape, diffusion and position instability are considered simultaneously in a region which named phase space diagram and parameters have been used in the calculations. Numerical results show that sonoluminescence temperature and intensity from phosphoric acid 65wt% solution at the moment of collapse are considerably greater than that of water fluid. In addition, as the atomic mass of the noble gas content in fluids increased from He to Xe the static single bubble sonoluminescence temperature and intensity in the collapse time remarkably increased which is in good agreement with available experimental results.Furthermore, numerical simulations show that in water the time of the collapse increases with the atomic mass of the noble gases, while in the liquid phosphoric acid 65% the time of the collapse decreases.
    Keywords: Single Bubble Sonoluminescence, Hydrochemical Model, Thermal Bremsstrahlung Mechanism