1- مقدمه

1-1- بیان مسئله و ضرورت انجام پژوهش

 خلیج نایبند (شکل (1)) همراه با بخشی از دماغه نایبند با مساحت 19500 هکتار به عنوان منطقه حفاظت‌شده نایبند از سال 1357 در فهرست مناطق مورد حفاظت ملی نایبند قرار گرفت و به‌عنوان نخستین پارک ملی دریایی ایران شناخته شد. پارک ملی دریایی نایبند با مساحت 49815 هکتار، در دو استان بوشهر (بخش عسلویه شهرستان کنگان) و هرمزگان (شهرستان پارسیان بخش کوشکنار) قرار دارد و از غنای زیستی بسیار بالایی برخوردار است. خلیج نایبند در شمال خلیج‌فارس به‌دلیل وجود جامعه حرا (جنگل‌های حرا) و جامعه مرجانی است (فاطمی، 1384) مهمترین زیستگاه ایران محسوب می‌شود. از گونه‌های دریایی این منطقه می‌توان به انواع ماهیان زینتی و تجاری، نهنگ‌ها، دلفین‌ها، لاک‌پشت‌های دریایی درخطر انقراض، اجتماعات وسیع مرجانی و بسترهای گسترده علف‌های دریایی، انواع صدف‌ها و دیگر نرم‌تنان، ستاره‌های دریایی، توتیا، شقایق‌های دریایی و اسفنج‌ها اشاره کرد. بیشترین تراکم مرجان‌های زنده در آب‌های ایرانی خلیج‌فارس مربوط به خلیج نایبند به‌صورت مرجان‌های توده‌ای و در نواحی کم‌عمق خط ساحلی است. وجود آب‌سنگ‌های مرجانی به‌خصوص در نواحی کم‌عمق نزدیک سواحل از اهمیت زیست‌محیطی و اقتصادی برخوردار است. مرجان‌ها به‌صورت موج‌شکن طبیعی، از خط ساحلی و ماهیان جنگل‌های حرا و تالاب‌ها و بنادر و لنگرگاه‌ها در برابر امواج محافظت می‌کنند. تنوع زیستی بی‌نظیر درون این صخره‌ها شامل بیش از یک میلیون گونة گیاهی و جانوری است که اکثرا خواص درمانی گوناگونی نیز دارند.

از جمله مهم‌ترین تهدیداتی که مرجان‌های صخره‌ای با آن مواجه‌اند، آسیب‌های مستقیم ناشی از رفتار انسان‌ها با محیط از طریق توسعه غیر‌اصولی و رسوب‌گذاری است. رسوب‌گذاری روی مرجان‌های خلیج‌فارس منجر به وارد‌شدن آسیب‌‌های شدیدی به آنها شده است. سواحل مرجانی خلیج‌فارس و دریای عمان تنها 50 کیلومتر از طول بیش از 2000 کیلومتری سواحل جنوبی ایران را دربرمی‌گیرند که آن هم به‌شدت تحت فشار قرار دارد. با توجه به تحقیقات صورت‌گرفته، رسوب‌گذاری ناشی از پیشروی در دریا و لایروبی از مهم‌ترین عوامل تهدید مرجان‌های صخره‌ای ایران محسوب می‌شود. توسعه ناپایدار در دریا موجب شده بسیاری از مرجان‌های جنوب کشور نابود شوند. پروژه‌هایی در کشور انجام می‌شود که تخریب شدید صخره‌های مرجانی را در پی دارد و منجر به مرگ بی‌صدای مرجان‌ها می‌گردد. با آغاز به‌کار طرح‌های‌‍ توسعه پارس جنوبی (فازهای ۵، ۶، ۱۲ و ۱۳)، با ساخت چندین اسکله و بندر با پیشروی در دریا و خشک‌کردن آب‌های ساحلی به‌وسیله صدها تن سنگ و خاک صدمات اساسی بر اکوسیستم منطقه از جمله مرجان‌ها وارد شده است. همچنین فعالیت‌های تأسیسات نفت و گاز منطقه نیز باعث مرگ بسیاری از مرجان‌ها شده به‌طوری که محدوده زندگی آنها از عمق 2 متری آب به عمق 10 متری کاهش یافته است. اکوسیستم منطقه به‌سبب ساخت‌‌و‌سازهای بدون ارزیابی زیست‌محیطی مانند اسکله‌سازی و احداث پلتفرم مورد تهدید قرار گرفته است. این ساخت‌و‌سازها در اطراف خلیج نایبند موجب افزایش کدورت آب و نابودی بسیاری از مرجان‌های منطقه شده‌است، به شکلی که مرجان زنده در این مناطق بسیار کم دیده می‌شود. رسوب‌گذاری در مجاورت بنادر امری اجتناب‌ناپذیر است که می‌تواند هزینه‌های سنگینی را به محیط‌زیست ساحلی وارد آورد. اگر روند فعلی ادامه پیدا کند، حیات آبزیان به‌شدت تهدید شده و تأثیرات جبران‌ناپذیری بر ذخایر شیلاتی و همچنین اقتصاد محلی خواهد گذاشت (فاطمی، 2001). بنابراین، شناخت دقیق ویژگی‌های زیست‌محیطی هر منطقه و نیز مطالعات مربوط به رژیم جریانات و شرایط رسوب‌گذاری جهت کاهش این‌گونه خسارات اهمیت ویژه‌ای دارد. از جمله عملیات عمرانی در خلیج نایبند، ساخت موج‌شکن هاله است. در این تحقیق، تأثیرات احداث این موج‌شکن بر روی تغییر الگوی رسوب‌گذاری در منطقه و اثر آن بر روی مرجان‌های صخره‌ای با استفاده از مدل‌سازی عددی و مطالعات میدانی مورد بررسی قرار رگرفته است.

شکل (1): موقعیت خلیج نایبند

2- تجزیه و تحلیل داده‌ها

در این تحقیق، از داده­های پروژه­ ISWM شامل اطلاعات مربوط به ارتفاع موج مشخصه، پریود و میانگین جهت انتشار امواج، برای ایجاد شرایط مرزی موج و انتقال آن از آب عمیق به نقاط کم‌عمق ساحلی و تعیین اقلیم موج 10 ساله استفاده شده است. پروژه­ی ISWM دو نقطه برای مدل­سازی امواج در مجاورت خلیج نایبند در­نظر­گرفته است که در شکل (2) نشان داده شده‌اند.

شکل (2): موقعیت داده­های ISWM در مجاورت خلیج نایبند

با ­توجه­ به نزدیکی بیشتر نقطه­­ (2) به سواحل جنوبی خلیج نایبند، از اطلاعات این نقطه در محاسبات مربوطه استفاده شد. در شکل (3)، گل موج به‌کاررفته در مرز جنوبی و موقعیت آن نسبت به محل موج­شکن نشان داده شده است.

شکل (3): موقعیت و شکل گل موج مرز جنوبی

ملاحظه می­شود که امواج غالبا از سمت غرب و شمال غربی به منطقه وارد می‌شود. همچنین بیش از نیمی از امواج در محدوده­ امواج آرام (کمتر از نیم متر) قرار گرفته­اند که نشان­دهنده آرام بودن امواج در محدوده­ مورد­مطالعه است. سایر امواج عمدتاً از سمت غرب و شمال غرب وارد می­شوند که بیشتر آنها (حدود 15% کل امواج) بین 5/0 تا حداکثر 5/1 متر ارتفاع دارند. این نقطه مربوط به آب عمیق بوده و حدود 30 متر عمق دارد. همچنین از داده‌های باد ECMWF (مرکز اروپایی پیش‌گویی بازه­ متوسط شرایط جوی) به‌عنوان ورودی مدل، استفاده‌شد و کالیبراسیون آن به­کمک اطلاعات بویه و ماهواره و ایستگاه­های سینوپتیک انجام­گرفته است.

ارتفاع موج: متوسط ارتفاع موج در طول 11 سال، در نمودار (1) نشان داده شده است. ملاحظه می­شود که بیشترین مقدار مربوط به سال 1992 و برابر 7/0 متر است.

نمودار (1): متوسط ارتفاع موج طی سال­های 1992 تا 2002

بیشترین مقدار ارتفاع موج در طول 10 سال برابر 2/4 متر در سال 1992 است که در شکل (4) نشان داده شده است.

شکل (4): سری زمانی ارتفاع موج مشخصه در طول سال­های 1992 تا 2002

جهت موج: جهت موج در عمق تقریبی ، به عمق بستر وابسته می­شود. نمودار (2) نشان می­دهد که جهت موج از حدود 240 درجه تا حدود 275 درجه تغییر می­کند. بیشترین مقدار آن، در سال 1992 و کمترین آن مربوط به سال 1996 است.

نمودار (2): میانگین جهت متوسط امواج در سری­های زمانی طی سال­های 1992 تا 2002

همان­طور که شکل (5) نشان می­دهد، جهت غالب امواج در طول سال­های 1992 تا 2002 بین 280 تا 300 درجه است.

شکل (5): سری زمانی جهت متوسط امواج در طول سال­های 1992 تا 2002

نرم­افزار مایک می­تواند محاسبات مربوط به پیش­یابی موج و انتقال رسوب را انجام دهد. تحقیقات سورنسن و همکاران³ (2004) نشان داد که مدل SW از این بسته­ نرم­افزاری، دقت خوبی در مدل­سازی امواج تحت شرایط مختلف دارد. در این تحقیق از مدل­های مایک 21 ماژول (SW) و (LITPACK) استفاده شده است.

 2-1 اجرای مدل موج مایک 21

ماژول SW از مدل مایک 21 به‌منظور محاسبه­ پارامترهای موج مورد استفاده قرار­می­گیرد. با استفاده از این مدل می­توان رشد و توسعه­ موج از آب عمیق، انکسار موج، پشته­کردن و شکست موج در آب کم­عمق، اثر امواج دورآ و امواج محلی، سفیدک تاج موج و اندرکنش غیرخطی امواج با یکدیگر را مد نظر قرار داد و بررسی کرد.

اندازه­گیری­های عمق دریا از جهت آنکه امواج ناحیه انتقالی به آن وابسته­اند، حائز اهمیت است و مقادیر دقیق­تر آن منجر به نتایج بهتری در محاسبه­ امواج انتقالی خواهد شد. شبکه­بندی و عمق­سنجی شامل تعیین موقعیت مرزهای مدل و هیدروگرافی محدوده می­شود. شبکه­بندی مثلثی در مدل با توجه به عمق تعیین گردید. برای اعماق زیاد از شبکه­ بزرگ­تر و برای نواحی کم­عمق نزدیک خط ساحلی از شبکة ریزتری استفاده شد. ابعاد شبکه­بندی مثلثی با توجه به تأثیر آن در مدت زمان مدل‌سازی و پایداری مدل اهمیت خاصی دارد. برای عمق‌سنجی محل، نقشه­ lin3025 سازمان بنادر و دریانوردی مورد استفاده قرار گرفت.

شکل (6): محدوده مدل­سازی و نحوة شبکه­بندی

شکل (6) داده‌های عمق‌سنجی4 مورداستفاده در مدل مایک SW را نشان می­دهد. همان­طور که ملاحظه می­شود، منطقه­ مورد­نظر شامل کانتورهای تقریباً موازی ساحل است. مدل دارای 2 مرز باز غربی و جنوبی است. از داده­های ISWM در مجاورت مرز جنوبی استفاده شد و مرز غربی با توجه به جهت امواج به‌صورت جانبی در نظر گرفته شد. تعداد عوامل به­کار رفته در مش­بندی 7167 و تعداد گره‌ها 4717 است. سایر خصوصیات مربوطه در جدول (1) ارائه شده است. شبکه‌بندی به­صورت مثلثی نامنظم با حداکثر مساحت 350 هزار مترمربع اجرا شد که به­منظور افزایش دقت خروجی­ها، ریزترین آنها در محدوده­ جنوب خلیج نایبند و در مجاورت موج­شکن هاله مورد استفاده قرار­گرفتند. محدوده (1) مربوط به شبکه­بندی کلی مدل و محدوده (2) مربوط به شبکه­بندی ریز مجاور ساحل جنوبی خلیج نایبند است.

جدول (1): مشخصات شبکه­بندی مدل SW

در زمان شبکه­بندی مدل، در­نظر­گرفتن فاصله­ کافی برای مرزها جهت جلوگیری از تأثیر مستقیم آنها روی وضعیت هیدرودینامیک محل مورد­مطالعه، حائز اهمیت است. برای این منظور، مرز غربی در فاصله­ تقریبی 13 کیلومتری و مرز جنوبی در 7 کیلومتری محل مورد­نظر انتخاب شده است. موقعیت نقطه­ مورداستفاده در مدل­سازی در شکل (7) و گلباد و گل موج مرز جنوبی نیز به ترتیب در شکل (8) و شکل (9) نشان داده شده­اند.

شکل (7): موقعیت نقطه­ مورداستفاده برای مرز جنوبی

شکل (8): گلباد مرز جنوبی

شکل (8) گلباد رسم‌شده بر اساس داده‌های باد مرکز اروپایی و پیش‌گویی بازه متوسط شرایط جوی (ECMWF) ترسیم شده است. ملاحظه می­شود که بیش از 40% باد منطقه در محدوده­ آرام قرار دارد و بقیه عمدتاً از سمت غرب، به­ویژه از شمال غرب می­وزند. بیشترین سرعت باد مربوط به شمال غرب منطقه است. با این ­وجود، سقف سرعت باد از 16 متر بر ثانیه تجاوز نمی­کند.

شکل (9): گل موج مرز جنوبی

شکل (9) گل موج خروجی مدل­سازی اﻣﻮاج درﻳﺎﻫـﺎی اﻳـﺮان (ISWM) را نشان می‌دهد. ملاحظه می­شود که جهت امواج غالباً از سمت غرب و شمال غرب است و بیش از نیمی از امواج در محدوده­ امواج آرام قرار دارد. ارتفاع سایر امواج منطقه، غالباً بین 5/0 تا 5/1 متر است.

بسیاری از پارامترهای موجود در برنامه باید پیش از اجرا، اصلاح شوند. ثابت شکست موج به­صورت ثابت برای کل منطقه برابر  و  و ضریب زبری نیکورداس (Nikuradse) برابر 005/0 به­عنوان متوسط زبری بستر در نظر شده است (مدل­سازی امواج دریاهای ایران، جلد دوم). مقادیر پارامترهای به­کار رفته در جدول (2) نشان داده شده است.

جدول (2): پارامترهای ورودی مدل MIKE21-SW

گسسته‌سازی طیفی شامل گسسته‌سازی فرکانسی مدل لگاریتمی با کمترین فرکانس (055/0 هرتز) و ضریب 1/1 و همچنین گسسته‌سازی جهتی در 16 جهت (فواصل 5/22 درجه) است.

پارامترهای موج شامل ارتفاع شاخص (H_s)، پریود پیک (Tp) و جهت موج (MWD) با گام زمانی 6 ساعته، به­کمک ماژول موج مدل مایک 21 ((SW محاسبه گردید. برای کنترل نتایج مدل­سازی، مقادیر محاسبه­شده با پارامترهای اندازه­گیری‌شده­ موج در منطقه­ عسلویه در فوریه 2002 مقایسه شد. به­منظور تعیین وضعیت امواج در مجاورت ساحل، از مدل SW استفاده شد. در شکل (10) ارتفاع موج مشخصه در محدوده خلیج نایبند و آب­های مجاور آن، به‌کمک مدل SW نشان داده شده است.

شکل (10): ارتفاع موج مشخصه؛ خروجی مدل SW

با توجه به نتایج به‌دست‌آمده می­توان نتیجه گرفت که شدت امواج کم می‌باشد و غالب امواج در منطقه، کمتر از نیم متر ارتفاع دارند. این شرایط برای محدوده­ داخل خلیج و به­خصوص در سواحل جنوبی به­دلیل وجود دماغه­ نایبند تشدید می­شود؛ به­طوری­­که در نزدیکی این مناطق، ارتفاع موج به حدود 20 سانتی­متر محدود می‌شود.

2-2- صحت سنجی مدل SW

همان­طور که قبلاً اشاره شد، نتایج حاصل از مدل­سازی امواج با مقادیر اندازه­گیری‌شده در منطقه­ عسلویه مقایسه شد. شکل (11) محل اندازه­گیری میدانی را نشان می‌دهد.

شکل (11): موقعیت محل اندازه­گیری در مجاورت خلیج نایبند

شکل (12): مقایسه ارتفاع موج مشخصه مستخرج از مدل­سازی با مقادیر اندازه­گیری‌شده

در شکل (12) خط پر، ارتفاع موج مشخصه حاصل از مدل­سازی و خط­چین، اندازه­گیری میدانی مربوط به ارتفاع موج مشخصه را نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می­شود، مدل عددی پیش­بینی خوبی از وضعیت ارتفاع موج در منطقه ارائه داده است.

شکل (13): مقایسه­ پریود موج مستخرج از مدل­سازی با مقادیر اندازه­گیری‌شده­ میدانی

در شکل (13) خط پر، نتایج مدل­سازی و خط­چین، اندازه­گیری میدانی را نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می­شود، مدل عددی تطابق خوبی با اندازه‌گیری میدانی دارد.

شکل (14): مقایسه­ جهت متوسط موج مستخرج از مدل­سازی با مقادیر اندازه­گیری‌شده­ میدانی

 در شکل (14) خط آبی نتایج مدل­سازی و خط­چین مشکی اندازه­گیری میدانی را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود، مدل عددی پیش­بینی خوبی از جهت امواج در منطقه ارائه داده است.

شکل (15): گل موج مشاهدات

شکل (16): گل موج مدل

شکل (15) و شکل (16) به­ترتیب گل موج حاصل از اندازه­گیری میدانی و مدل­سازی عددی در فوریه­ 2002 را نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می‌شود، بیشتر امواج در محدوده­ آرام قرار دارند و بقیه از سمت غرب وارد می­شوند. به­طور­کلی می­توان گفت در سواحل باز عامل اصلی انتقال رسوب، جریانات ناشی از امواج مایل5 است. هرچند بادهای قوی محلی نیز می­توانند منجر به ایجاد جریانات قوی در ناحیه­ شکست شوند. از طرف دیگر در خلیج­های کوچک و خورها، جریانات جزر­و­مدی نیز در انتقال رسوب تأثیرگذار می‌باشند.

3- نتیجه­گیری

به‌منظور جلوگیری از تأثیر طوفان­ها و شرایط جوی کوتاه‌مدت، امواج در جنوب خلیج نایبند برای یک دوره­ ده‌ساله مدل‌سازی شد. نتایج مدل موج، از آرام بودن امواج در جنوب خلیج به‌دلیل قرار گرفتن این منطقه در پشت دماغه­ نایبند حکایت می­کنند. امواج قبل از رسیدن به سواحل جنوبی خلیج، مقدار زیادی از انرژی خود را از دست می­دهند.