1- مقدمه

بندر نوشهر در شمال ایران و در جنوب دریای خزر در مختصات ´51˚32 طول شرقی و ´36˚39 عرض شمالی قرارگرفته است. یکی از مشکلات این بندر مساله رسوب گذاری در حوضچه و کانال دسترسی و تغییرهای ساحل و بستر دریا پس از ساخت بندر بوده که لایروبی رسوبات انباشته شده برای تامین آبخور مورد نیاز کشتی ها و استفاده بهینه از بندر هزینه ی بسیار هنگفتی را در بر دارد. محدوده ی دریایی اطراف بندر تحت تاثیر امواج، جریان های دریایی ، نوسان های سطح آب و انتقال رسوبات در ناحیه ی نزدیک ساحل قرار دارد که این ناحیه به عنوان منشا تغذیه رسوبات محسوب       می شود. رسوبات بستر و در حال انتقال در این ناحیه توسط عواملی نظیر بالا آمدن سطح آب دریا به دلیل وقوع مد طوفان وعبور جریان موازی ساحل  از مقابل دهانه بندر به داخل بندر نفوذ می‌نمایند. حرکت رسوبات در ساحل به دو صورت است : (1) عمود بر ساحل و (2) موازی با ساحل.  

با توجه به لزوم انجام لایروبی در محدوده ی بندر وکانال دسترسی و ضرورت شناخت منشا این رسوبات و تخمین حجم رسوب گذاری و ارایه راه کار جهت کاهش ورود این رسوبات به کانال و حوضچه بندر اهداف این بخش بدین قرار است (1) شناخت و تعیین مشخصات رسوبات بستر مورد مطالعه از طریق نمونه برداری محلی و انجام آزمایش های لازم، (2) - مطالعه رژیم انتقال رسوب موازی ساحل و تخمین پتانسیل رسوب گذاری در دهانه ی بندر از این طریق (3) مطالعه روند وتخمین میزان رسوب گذاری در محدوده ی حوضچه بندر و کانال دسترسی و (4) ارایه طرح های مناسب جهت کاهش آورد رسوب در حوضچه ی بندر نوشهر.

2- روش تحقیق

در این تحقیق فرآیندهای انتقال رسوب در دریا مدنظر قرار گرفته و نقش این فرآیندها در تغییر شکل یا فرسایش و رسوب گذاری در سواحل بندر نوشهر مورد مطالعه قرار گرفته است و هم چنین نرخ متوسط رسوب گذاری در محدوده ی بندر تخمین زده شده است. مراحل انجام این مطالعه در شکل (1) نشان داده شده است.

شکل (1): روند انجام مطالعات رسوب گذاری بندر نوشهر

2-1- بررسی ویژگی های فیزیکی رسوبات محدوده ی بندر نوشهر

به دلیل نبود مطالعات کافی در این رابطه اندازه گیری میدانی به شکل نمونه برداری دست خورده از رسوبات معلق در یکی از روزهایی که دریا مواج بوده، انجام شده است و آزمایش های دانه بندی روی نمونه ها انجام گرفته تا به نوعی داده های پیشین کنترل شده باشد. نمودار دانه بندی وجا نمایی این چهار نمونه در شکل (2)و (3) نشان داده شده است.

شکل (2): نمودار دانه بندی

شکل (3): محل های نمونه برداری

درگزارش‌های پیشین اندازه یo₅D را در اطراف بندر نوشهر 18/0 میلی متر مطرح کرده بودندکه در این تحقیق با توجه به دقت نمونه گیری در بین نمونه‌ها
(به ترتیب 2-3-1-4 ) معیارهای زیر را برای ادامه ی محاسبات انتخاب شده است.

0.18mm  ,D84=0.28mm  ,D90=0.31mm   ,gs=2.5(gr/cm³)     = 0.11mm  ,D50=D16

2-2- منشا رسوبات داخل بندر

     با توجه به بررسی ویژگی های فیزیکی رسوبات محدوده ی بندر نوشهر و بررسی رسوب گذاری رودخانه های منتهی به محدوده ی دریایی اطراف بندر نوشهر مشخص شد که اندازه ی متوسط رسوبات نمونه های گرفته شده در دریا و بندر با اندازه ی متوسط رسوبات رودخانه های منتهی به محدوده ی دریایی اطراف بندر تفاوت های زیادی دارد و نمی توان نقش رسوبات رودخانه ای را در رسوب گذاری بندر محسوس دانست و می توان از آن چشم پوشی کرد و می‌توان گفت که منشا اصلی رسوبات بندر، رسوبات دریایی است.

3-  تجزیه و تحلیل داده‌ها

3-1- بررسی اطلاعات حاصل از لایروبی و تحلیل آن در بندر نوشهر

    در این قسمت از اطلاعات مربوط به موقعیت و حجم لایروبی سالانه در دو ناحیه ی لایروبی بندر نوشهر که مربوط به سال های 1370 تا 1389بوده استفاده شده است. این دو ناحیه عبارتند از حوضچه و کانال ورودی بندر که موقعیت آن ها در شکل (5) نشان داده شده است. در شکل (4)هیستوگرام حجم لایروبی سالیانه نمایش داده شده است . در این نمودار، هر ستون  شامل دو قسمت می باشد که هر قسمت معرف حجم لایروبی سالیانه در یکی از این دو ناحیه می باشد. با مشاهده شکل (4)مشخص می‌شود که قبل از سال 1373 لایروبی از نواحی مختلف بندر صورت گرفته اما بعد از سال 1373 در نواحی داخلی تا چند سال نیاز به لایروبی نداشته است. این تاریخ در واقع مرتبط با افزایش تراز آب دریای خزر در سال های مذکور   می باشد که باعث شده افزایش عمق طبیعی ایجاد شده نیاز به لایروبی را تنها به دهانه ی ورودی بندر که تحت تاثیر شدید رسوب ساحلی است، محدودکند. پس از چند سال دوباره لایروبی درون حوضچه به دلیل تجمع بیش تر رسوبات و هم چنین نیاز به آبخور بیش تر برای ورود کشتی های بزرگ تر آغاز شد. ضمن آن احداث اطاله ی موج شکن غربی بندر از سال 69 شروع و در سال 79 به اتمام رسید که در اواخر سال های احداث و اوایل سال های بهره برداری میزان رسوب گذاری  بندر کاهش یافت و پس از چند سال با جمع شدن رسوبات و احیا ساحل در ضلع غربی موج شکن اصلی رسوب گذاری بندر به خصوص در محدوده  ورودی بندر روند افزایشی داشته که هنوز هم این روند ادامه دارد. با توجه به این نمودار هم چنین مشخص می شود مقدار متوسط کل رسوب سالیانه لایروبی شده در طول سال های اخیر 111000 متر مکعب بوده است.

شکل (4): هسیتوگرام حجم لایروبی سالیانه در بندر نوشهر

شکل (5): موقعیت دو ناحیه لایروبی در بندر نوشهر

3-2- مدل سازی ورود رسوبات به محدوده ی بندر

      در این مدل سازی از اطلاعات مربوط به عمق سنجی سازمان نقشه برداری در اطراف بندر نوشهر و از اطلاعات 11 ساله ی امواج دریای خزر(ISWM) در محدوده ی نوشهر، استفاده شده که مربوط به سه نقطه ی آب عمیق در فاصله ی10 کیلومتری از ساحل است. این سه نقطه در یک راستا و با فاصله ی 11 کیلومتر نسبت به هم روبروی بندر نوشهر قرار دارند. درتحقیق حاضر با استفاده ازداده های امواج این سه نقطه و با به کارگیری از مدل NSW از بسته ی نرم افزاری MIKE  اطلاعات موج (ارتفاع، جهت، پریود) در عمق 15 متری در نزدیکی بندر نوشهر به دست آورده شد و سپس مراحل زیر تا به دست آوردن مقدار متوسط رسوبات ورودی سالانه به بندر انجام شد: (1) اطلاعات امواج به دست آمده از مدل NSW  به 7 محدوده ی جهتی حرکت امواج و هر کدام از این 7 گروه امواج در دسته های 5/0 متری ارتفاعی جهت استفاده در نرم افزار MIKE  تقسیم بندی شده است (جدول 1)، (2) گروه های ارتفاعی در 7 محدوده ی جهتی 35 دسته هستند که برای هر کدام از این دسته های امواج، میانگین ارتفاع- پریود و جهت موج و هم چنین درصد تداوم هریک از این دسته ها نسبت به آمار 11 ساله ی امواج مشخص شده است (جدول1)، (3) مدل هیدرودینامیکی برای هریک از 7 محدوده ی جهتی با توجه به قوانین بازتاب موج و ایجاد خط ساحلی کافی جهت حرکت جریان موازی با ساحل ایجاد شده است (شکل7). در مورد انتخاب این محدوده ها آنالیز حساسیت انجام گرفته است. فاکتور آنالیز حساسیت برای مدل انتخابی هر محدوده ی جهتی این بوده که مرزهای مدل  تا آن جا که از آن به بعد آورد رسوب به حوضچه ی بندر ناچیز باشد ادامه یابد، (4) طیف تنش های تشعشعی در جهات Sxx –Sxy وSyy   برای هر یک از دسته های امواج(35 دسته) در محدوده ی دریایی مورد مطالعه توسط مدل SW از بسته ی نرم افزاری MIKE تحت روش JANSSWAPبه دست آورده شده است. در ضمن این عملیات با تابش امواج در مدت سه روز برای هر یک از دسته های امواج با لحاظ کردن ویژگی های این دسته ها اعم از پریود، ارتفاع و جهت موج و با به دست آوردن تنش های تشعشعی برای یک روز(روز میانی)و با گام های زمانی یک ساعته انجام گرفته است شکل(8)، (5) سرعت و جهت جریان در هر یک از دسته های امواج  برای مدت یک روز و با گام های زمانی یک ساعته با لحاظ کردن تنش های تشعشعی به دست آمده  از مرحله ی 4 و با استفاده از مدل FM از بسته ی نرم افزاری MIKE محاسبه شده است شکل(9)، (6) بسته‌های TABLE محاسباتی با توجه به نتایج مراحل 4و5 و بررسی ویژگی های فیزیکی رسوبات محدوده ی بندر نوشهر تحت روش Doering & Bowen  برای هر یک از دسته‌های امواج ایجاد شده است و (7) مجموع رسوبات وارده توسط جریان های موازی با ساحل و عمود بر ساحل به حوضچه ی بندری و ورودی بندرگاه برای هریک از دسته های ارتفاعی با لحاظ کردن مرحله 6  و با استفاده از مدل  STاز بسته ی نرم افزاری MIKE  محاسبه شد. در این مدل سازی نیز همانند مدل سازی های فوق تمامی امواج در زوایای مختلف برای مدت زمان 24 ساعت مدل سازی شده و سپس در عدد 365 (تعداد روزهای سال) ضرب شده است. اما از آن جا که هر یک از این امواج در طول تمام روزهای سال موجود نمی باشند بر اساس درصد احتمال وقوع امواج که نمایش داده شده است در، درصد احتمال امواج ضرب می شود. به عنوان مثال، حجم رسوبات وارده به داخل بندر با استفاده از ارتفاع موج 5/2 الی 3 متر در زاویه 75/348  الی 25/11 درجه در طول سال 1772000 متر مکعب می باشد اما از آن جا که درصد این موج در طول سال 2/0 درصد می باشد بر این اساس مقدار رسوبات وارده به داخل بندر برای موج مذکور برابر با 3544 متر مکعب در یک سال است. (شکل10 و جدول1)    

شکل (6): گلموج آب های محدوده ی نیمه عمیق بندر نوشهر در عمق15 متری

شکل (7): مدل هیدرودینامیکی برای هر یک از 7 محدوده انتشار امواج

شکل (8): تنش  تشعشعی در جهت Sxy  برای امواج 3-5/2 متردر محدوده 25/11-75/348 درجه در یک ساعت

شکل (9): سرعت جریان برای امواج  3-5/2 متر در محدوده 25/11-75/348 درجه در یک ساعت

شکل (10): رسوبات ورودی در یک ساعت به حوضچه بندربرای امواج 3-5/2 متردر جهت 25/11-75/348 درجه

در جدول (1) مراحل 1 و2 نشان داده شده است. هم چنین در این  جدول حجم رسوبات سالانه ورودی وحوضچه بندر  با توجه  به درصد تداوم اموج برای هریک از دسته های ارتفاعی 0.5 متری برای 7 محدوده ی جهتی انتشار امواج  ودرنهایت مجموع رسوبات  ورودی  مشخص  شده است.

D = محدوده های جهتی (درجه) ، H= محدوده های ارتفاعی (متر) ، E= رسوبات ورودی بندر (مترمکعب) ، P= درصد تداوم امواج و B= رسوبات حوضچه بندر (متر مکعب)

   
جدول (1): حجم رسوبات  سالانه با در نظر گرفتن درصد تداوم امواج

3-3- بررسی  رودخانه های  محدوده ی شهرستان نوشهر

    در فاصلة 500 متری شرق بندر نوشهر دو رودخانه ی مقدم و ماشلک  با دبی‌های 4/0 و 7/0 متر مکعب  بر ثانیه با دوره ی بازگشت 2 ساله وجود دارد که با توجه به دبی اندک رودخانه مقدم و این که در امتداد رودخانه ی ماشلک چندین کارخانه تولید شن و ماسه و آسفالت وجود دارد که سبب  استحصال و خروج  حجم زیادی از رسوبات  آورده شده از بالا دست  از حریم رودخانه می شوند، این دو رودخانه در آورد  رسوب  به داخل محدوده ی بندر تاثیر بسیار کمی دارند  که در محاسبات ما قابل  چشم پوشی است. هم چنین در فاصلة 2500 متری غرب بندر رودخانه ی کورکورسر  با دبی 8/0 متر مکعب  بر ثانیه با دورة بازگشت 2ساله قرار دارد که با توجه  به دبی اندک و فاصله زیاد  از بندر و هم چنین انجام محاسبات  آنالیز  حساسیت که بر مبنای مقایسه ی آورد رسوب به محدوده ی  بندر بین دو حالت حضور رودخانه و بدون حضور رودخانه بوده، قابل چشم پوشی است.

4- نتیجه‌گیری

   مطالعات حاضر که نتیجه  بررسی اطلاعات  و مشاهدات  موجود، مطالعه و اندازه گیری‌های میدانی و هم چنین مدل سازی رسوب گذاری در بندر  نوشهر است نشان می‌دهد که حجم رسوب ته نشین شده در بندر نوشهر،  در نواحی ورودی  و حوضچه بندر حدود 134000 متر مکعب  است. اختلافی که در این  عدد و حجم لایروبی سالانه بندر  وجود دارد  بدلیل  لایروبی نکردن  بندر دراسکله ی جنوبی و ابتدای  اضلاع شرقی و غربی حوضچه ی  بندر است که عمق این نواحی در چند سال اخیر به 1 متر هم  کاهش پیدا کرده است. بنابراین تحقیقات حاضر با اندازه گیری های میدانی تطابق دارد. همان طور که در جدول 1 دیده می شود اکثریت رسوبات وارده از سمت دریا در محدوده زوایای 25/11-75/348  و75/33-25/11 می باشد. همان گونه که در شکل(6) گلموج 11 ساله نشان داده شده است، می توان به این نتیجه رسید که امواج غالب از زوایای 75/33-75/348 درجه به سمت ساحل حرکت می کنند و بیش تر رسوبات نیز از این زوایا وارد محدوده ی بندر می شود. هم چنین با توجه به محاسبات انجام شده توسط مدل LIT PACK  از بسته ی نرم افزاری MIKE جهت غالب حرکت رسوب در منطقه از غرب به شرق می باشد. بر این اساس میزان دبی رسوب از غرب به شرق معادل 410000 متر مکعب در سال و میزان دبی رسوب از شرق به غرب 130000  متر مکعب در سال برآورد شده است. در نتیجه میزان انتقال رسوب غرب به شرق در حدود 280000 متر مکعب در سال از انتقال رسوب شرق به غرب بیش تر است. به این ترتیب میزان تجمع رسوب در پشت موج شکن غربی نسبت به موج شکن شرقی به مراتب  بیش تر بوده  ودر پشت موج شکن غربی، پدیده  احیای  ساحل رخ می دهد و با گذشت زمان  این رسوب گذاری  در طول موج شکن پیشرفت خواهد کرد.گلموج مقابل بندر نوشهر (شکل6) و زاویه عمومی خط ساحلی در محل بندر نوشهر که حدود ۱۱۲ درجه (ساعتگرد) نسبت به شمال جغرافیایی می باشد و قانون بازتاب امواج از ساحل،گواه این مطلب است که جریان غالب در این ساحل از سمت غرب به سمت شرق است. درشکل (11) موقعیت ها و احجام محاسباتی  رسوبات سالانه در این تحقیق  مشخص شده است.

شکل (11): نتیجه نهایی توزیع رسوب گذاری سالانه در دو ناحیه  ورودی  وحوضچه بندر نوشهر

پرسشی که به ذهن هر علاقه‌مند به موضوع خطور می‌کند این است که آیا ایجاد یک موج شکن به منظور تله رسوبی کافی است؟ جواب این است که یک موج شکن به تنهایی نمی‌تواند وسیله ی مناسبی برای به دام اندازی رسوباتی که به موازات ساحل حرکت می‌کنند در طولانی مدت باشد. در این جا  دو پیشنهاد جهت حل این مشکل مطرح می شود: (1) باید از سازه هایی که امتداد آن ها عمود بر ساحل و بسیار کوتاه تر از موج شکن است، به عنوان تله رسوبی استفاده کرد. یکی از این سازه ها آب شکن است که اگر در ساحل غربی بندر نوشهر چند آب شکن تعبیه گردد می‌تواند تله ی مناسبی برای به دام اندزای حرکت رسوبات موازی با ساحل باشد که تحلیل و آنالیز مکان این سازه ها به شکلی که بهره برداری مناسب را داشته باشد موضوعی است که جای بحث و بررسی دارد و (2) به عنوان یک راه کار دیگر پیشنهاد می‌شود برداشت رسوب در ضلع غربی بندر در ناحیه ی احیاء شده انجام شود و رسوب برداشت شده می‌تواند به عنوان مصالح در کارهای ساختمانی شهر نوشهر به کار رود و علاوه  بر سودمندی این امر برای انتقال رسوب کم تر به حوضچه و دهانه ی ورودی بندر فواید مالی بسیار برای برای صاحبان محدوده احیا شده داشته باشد و این برداشت تا اعماقی از این ناحیه که در زیر آب است و قابل برداشت توسط ماشین آلات است انجام شود و بخشی از آن توسط پمپاژ رسوب به پایین دست بندر انتقال داده شود یا در ساحل همان ناحیه جهت استفاده به عنوان مصالح ساختمانی دپو شود. در هر دو مورد بالا باید آنالیز مالی انجام شود و یکی از این دو شیوه را که بهره‌ی بیش تر و هزینه‌ی کم تری دارند انتخاب شود که این موضوع جای بحث و بررسی دارد.