1- مقدمه

     امواج و جریان‌های دریایی از عوامل اصلی فرسایش یا رسوب‌گذاری در سواحل هستند. یکی از عوامل تاثیرگذار بر نحوة انتقال رسوبات در مناطقی که موج غالب نیستند، جریان‌های ناشی از جزرومد بوده که بیشتر در کانال‌ها مصب­ها و رودخانه‌های متصل به دریا دیده می‌شوند. رژیم جریان در بعضی از نواحی به علت فقدان سرعت کافی، امکان رسوب‌گذاری را به وجود می­آورد و در مقابل در بعضی نواحی، ساحل دریا دچار فرسایش می­شود. عوامل فوق باعث تغییر شرایط بستر در داخل بنادر و نواحی ساحلی اطراف آنها می‌گردند. محاسبات مربوط به نرخ انتقال رسوب ساحلی و رسوب‌گذاری در بنادر و پای ابنیه‌های دریایی و همچنین محاسبات مربوط به لایروبی در حوضچه بنادر و در مسیر کانال‌های کشتیرانی، به منظور حفظ عمق مورد نیاز جهت تردد کشتی‌ها، از مسائل بسیار مهم در طراحی بنادر، سازه­ها و تاسیسات ساحلی می‌باشند.

منطقة ویژة اقتصادی بندر شهید رجایی در ٢٣ کیلومتری غرب بندرعباس در شمال جزیرة قشم و تنگه هرمز واقع شده است (شکل (1)) و با داشتن روابط دریایی و مبادله کالا با ٨٠ بندر معروف بین‌المللی تقریبا نیمی از تجارت ایران را بر عهده دارد. منطقة ویژة اقتصادی بندر شهید رجایی در مرکز کریدور ترانزیتی جنوب به شمال قرار دارد که یکی از مهم­ترین کریدورهای ترانزیتی بین‌المللی در دنیاست. این کریدور اقیانوس هند و خلیج فارس را از طریق ایران به دریای خزر و سپس از طریق روسیه به سن‌پترزبورگ و شمال اروپا متصل می‌کند. موقعیت ممتاز جغرافیایی، دسترسی به آب‌های آزاد جهان از طریق خلیج فارس، اتصال به شبکه بین‌المللی راه‌آهن و جاده ابریشم، برخورداری از تجهیزات و امکانات مدرن، نزدیکی به مناطق آزاد کیش و قشم و بنادر حوزة خلیج فارس این مجتمع بندری را به پایگاه راهبردی و منحصر به فرد تبدیل نموده است. برخورداری از اراضی پشتیبانی جهت واگذاری به سرمایه­گذاران در راستای انجام فعالیت‌های پشتیبانی، صنعتی، نفتی و خدماتی از پتانسیل­ها و ظرفیت­های منحصر به فرد این منطقه می­باشد.

شکل (1): نقشة دریایی محدودة بندر شهید رجایی

1-2- پیشینة تحقیق

مطالعة پایش و شبیه­سازی سواحل هرمزگان (گزارش مربوط به منطقة شهید رجایی) با هدف بررسی گزینه­های محتمل برای ایجاد رسوب­گذاری در کانال و حوضچه بندر انجام شد. بر اساس نتایج این مطالعات و با بررسی و شبیه­سازی عوامل مختلف نهایتا مشخص شد که مشکل رسوب در اثر فرسایش بستر و انتقال آورد رسوبی نواحی دوردست منطقه می­باشد، این رسوبات در سیکل­های جزرومد به­تدریج فعال شده و به حرکت در می­آیند و در موقعیت­ها و شرایط مطلوب شروع به ترسیب می­کنند. طبق این مطالعات کانال دسترسی و حوضچة بندر شهید رجایی از جمله موقعیت­های ایجاد شده برای نشستن این رسوبات به­دلیل تغییر عمق قابل‌توجه در بستر دریا می­باشد که سالانه حجمی معادل 168000 مترمکعب را شامل می­شود، همچنین با ارزیابی­های فنی به‌عمل آمده مشخص شد که ناحیه مشرف به کانال بندر شهید رجایی از نظر رسوب‌گذاری پتانسیل بیشتری دارا می­باشد. این مشکل به دلیل شرایط مورفولوژی ساحل و الگوی جریان جزرومدی منطقه می­باشد.

2- روش تحقیق

      این تحقیق از مدول جریان FM در نرم­افزار مایک21 برای شبیه­سازی جریان و تراز جزرومدی مورد استفاده قرار گرفته است. مدول جریان FM در نرم­افزار مایک21 یک سیستم مدل­سازی است که براساس روش مش­بندی انعطاف‌پذیر می­باشد (شکل (2)). این مدل برای شبیه­سازی خورها، سواحل و اقیانوس­ها به‌کار می­رود. کاربرد آن معمولاً در مواردی است که پدیده انتقال و جریان حایز اهمیت می­باشد؛ خاطر نشان می­سازد این مدل برای به‌کارگیری در محیط­های دریای و ساحلی که قابلیت مش­بندی نامنظم وجود دارد، مناسب­تر می­باشد. همچنین، اثرات کوریولیس در محدوده­های وسیع، نیروی باد، مقاومت بستر و لزجت گردابی می­تواند در محاسبات استفاده شوند. مدل دارای زیرشاخه­های مختلفی برای شبیه­سازی پدیده انتقال، به خصوص انتقال ریزدانه و ماسه، مسیریابی ذرات و پدیده اکولوژی می­باشد. بر اساس منحنی­های دانه‌بندی رسوب حاصل از مطالعات پایش و شبیه‌سازی سواحل استان هرمزگان در محدودة کانال دسترسی و دهانة بندر که در شکل (3) آمده است، رسوبات به طور میانگین شامل حدود 5% رس، 90-80 درصد سیلت و باقیمانده دانه­های بزرگ­تر از سیلت می­باشند. لذا علی‌رغم ریزدانه‌بودن به دلیل همراه داشتن درصد کمی رس در رسوبات وجود رفتار غیرچسبنده را باعث می­شود و می­توان گفت متوسط قطر ذرات رسوب در منطقه بین 1/0 تا 2/0 متغیر می­باشد، بنابراین به طور کلی در مدل قطر 15/0 میلیمتر انتخاب شده است و لذا بر همین اساس از مدل انتقال رسوبات غیرچسبنده یعنیST  استفاده شده است.

شکل (2): شبکه‌بندی استفاده‌شده در مدلسازی جریان و رسوب منطقه

شکل (3): منحنی دانه‌بندی رسوبات منطقه در موقعیت مقابل دهانه بندر شهید رجایی

ابتدا بر اساس داده‌های اندازه‌گیری‌شده در منطقه، مدل جریان جزرومدی واسنجی گردید که نتایج این واسنجی در شکل (4) نمایش داده شده است و با تقریب خوبی نتایج با داده‌های منطقه برازش شده‌اند. (شکل (5)).

شکل (4): واسنجی نتایج مدل با داده‌های تراز جزرومدی در منطقه

شکل (5): برازش نتایج مدل‌سازی تراز آب در محدودة بندر شهید رجایی

3- تجزیه‌وتحلیل داده‌ها

     در ادامه نتایج مدل دو بعدی جریان جزرومدی و انتقال رسوب توسط این جریان نمایش داده شده است. الگوی جریان در منطقه دو طرفه بوده و جریان جزرومد تقریبا متقارن اتفاق می­افتد. اما با توجه به جهت دهانة بندر شهید رجایی به سمت شرق، جریان مدّ در انتقال رسوب به داخل حوضچه بندر غالب­تر است و از طرفی با توجه به اینکه زمان مدّ آب از محدودة وسیعی مانند دریای عمان و تنگه هرمز به تنگه خوران منتقل می‌شود دارای سرعت جریان بالا می­باشد و زمان جریان جزر، جریان از سمت سواحل جنوبی خلیج فارس به تنگه هرمز می­رسد و بخشی از آن از تنگه خوران به شرق انتقال می‌یابد و لذا جریان مدّ از جریان جزر قوی­تر است.

شکل (6): نوسانات تراز آب در حالت مد (نمای دور) ـ حالت جزر (نمای نزدیک)

شکل (7): بیشینة مقدار سرعت جریان جزرومدی در محدودة بندر شهید رجایی

     در مدل­سازی انتقال رسوب، پارامترهای مختلف مانند غلظت رسوبات معلق و نرخ بار معلق و بار بستر و تغییرات لایه بستر استخراج گردیده است. در این راستا جهت بررسی دقیق­تر در چند مقطع در مسیر کانال بندر و همچنین مقاطع مختلف عرض دهانه و مسیرهای مختلف حوضچه بندر، تغییرات بستر و نرخ انتقال بار بستر استخراج شد. در ادامه با بررسی نیمرخ‌های مختلف این پارامترها به تحلیل نرخ نشست رسوب در حوضچه و کانال بندر شهید رجایی پرداخته شده است.

شکل (8): بیشینة مقدار غلظت رسوب معلق در اثر جریان جزرومدی در محدودة بندر شهید رجایی

شکل (9): بیشینة مقدار انتقال بار بستر در اثر جریان جزرومدی در محدودة بندر شهید رجایی

شکل (10): پروفایل‌های عمودشده بر بستر کانال جهت بررسی نرخ انقال رسوب بستر منطقه

شکل (11): تغییرات بار بستر در پروفایل‌های عمودشده بر بستر کانال

شکل (12): تغییرات بار بستر، بار معلق و تراز بستر در پروفایل‌های عمودشده بر دهانة بندر شهید رجایی

4- نتیجه‌گیری

نتایج مدل جریان:

     مقایسة تغییرات تراز سطح آب، نتایج مدل را با داده­های اندازه­گیری منطقه با کمترین خطا نشان می­دهد. الگوی سرعت و دامنه سرعت جریان منطقه نیز با داده­های پروژه پایش و شبیه‌سازی هرمزگان همخوانی مناسب داشته و نتایج قابل قبولی را بیان می­کند. الگوی جریان جزرومدی دارای راستای شرقی ـ غربی است و سرعت جریان در راستای شرق به غرب به واسطه رخداد مد قوی­تر است. متوسط مقدار سرعت جریان جزرومدی در حدود 31 سانتی‌متر بر ثانیه می­باشد.

نتایج مدل رسوب: 

     نتایج مدل­سازی رسوب، با نتایج پروژه پایش و مدل­سازی سواحل استان هرمزگان ارزیابی شده و همخوانی مناسبی را دارا می­باشند. براساس داده‌های هیدروگرافی­های دوره­ای نرخ نشست رسوب در مسیر کانال دسترسی حدود 168 هزار مترمکعب برآرود شده است و نتایج مدل­سازی رسوب مقدار 155 هزار مترمکعب در مسیر کانال را نشان می­دهد. همچنین تصاویر ماهواره­ای منطقه بیانگر صحت نتایج مدل رسوب در منطقه می­باشد. براساس نتایج مدل، انتقال رسوب بیشتر از سمت شرق به غرب می­باشد. تغییرت تراز بستر در محدودة بندر شهید رجایی حدود یک متر می­باشد. تغییرات سرعت در حدود نیم متر بر ثانیه است ولی در بیشینة مقدار تا حدود یک متر بر ثانیه نیز اتفاق می­افتد .نرخ بار بستر در راستای دهانة بندر در حدود 10000 مترمکعب و نرخ بار معلق نیز حدود 10500 مترمکعب در سال 2009 می­باشد. باتوجه به اینکه راستای جریان به داخل بندر غالب می­باشد این مقادیر در راستای انتشار به داخل حوضچه بندر اتفاق افتاده است. با توجه به آمار هیدروگرافی­های موقعیت دهانه، به دلیل لایروبی در بخش میانی کانال دارای عمق بیشتری است و با توجه به شیب بستر در موقعیت دهانه تغییرات تراز بستر در بخش میانی بیشتر رخ داده است. باید توجه داشت که این تغییرات براساس نتایج مدل عددی می­باشد و با توجه به اینکه در واقعیت تردد شناورها در دهانة بندر، در انتقال رسوب و نرخ تغییرات بستر بسیار اهمیت دارد ممکن است این اتفاق نیفتد و به واسطه تردد شناورها در بخش میانی تغییرات بستر کمتر اتفاق بیفتد و در کناره‌ها تغییرات بیشتر باشد. بر اساس بررسی نقطه­ای تغییرات تراز و تغییرات بار در دهانة بندر می­توان گفت بار بستر و بار معلق و همچنین تغییرات بستر در دهانه روند افزایشی داشته ولی این تغییرات در بخش غربی دهانه بیشتر است که به دلیل غالب بودن جریان مد می­باشد .با بررسی نیمرخ­های مختلف تغییرات تراز بستر در مسیر کانال دسترسی می­توان گفت تغییرات به گونه­ای است که بار بستر از یک ناحیه به ناحیه مجاور در طول زمان جابه­جا شده‌اند. بر اساس تغییرات مختلف تراز بستر می­توان گفت لایة بستر در مسیر کانال حدود 80 سانتی‌متر بارگذاری و لایه‌برداری می­شود.