نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد محیط زیست، دانشگاه تهران
2 دانشیار دانشکدة تحصیلات تکمیلی محیط زیست، دانشگاه تهران.
چکیده
خلیجگرگان در جنوب شرقی دریایخزر واقع شده است، این خلیج یک حوضةکم عمق با داشتن رژیم آرام جریانات و امواج است و به عنوان یک حوضة نیمه بسته ساحلی و پناهگاهی برای پرورش آبزیان و پرندگان مهاجر محسوب میشود. این پژوهش با استفاده از مدلسازی عددی، هیدرودینامیک خلیجگرگان مورد بررسی قرارگرفته است. مدلهای بکارگرفته شده در این مطالعه، مدل MIKE و مدل ایرانی PMO Dynamics میباشند. هدف اصلی این پژوهش ارزیابی توانایی این مدل در شبیهسازی صحیح هیدرودینامیک خلیجگرگان، است. شبیهسازی هیدرودینامیک خلیج گرگان با در نظرگرفتن اثرات وزش باد، تغییرات تراز سطح آب در مرز باز خلیج، دبی رودخانهها، نیروی کوریولیس و زبری بستر انجام شده است و به منظور کالیبراسیون مدلها از دادههای جریان سنجی استفاده شده است. نتایج مدلهای کالیبره شده نشان داد که الگو جریانات خلیج تابع، توپوگرافی بستر و وزش باد غالب منطقه است. همچنین با مقایسة نتایج مدل MIKE و PMO Dynamics مشخص شد مدل ایرانی توانایی شبیه سازی صحیح الگوی جریانات را دارا است اما در تخمین سرعت جریانات با مدل MIKE اختلافاتی دارد.
کلیدواژهها
1- مقدمه
در چند دهه اخیر شاهد تولید و توسعه مدلهای عددی متعدد به منظور شبیهسازی پارامترهای دریایی در سطح جهان بودهایم. با توجه به شرایط موجود همواره کاربران ایرانی در دسترسی به نسخه کارآمد این مدلها دچار محدودیتهایی هستند. در این راستا سازمان بنادر و دریانوردی، اقدام به توسعة یک مدل ایرانی، بنام مدل PMO Dynamics کرده است که لازم است عملکرد مدل مذکور در شرایط مختلف بررسی شود. بنابراین، هدف اصلی این پژوهش ارزیابی توانایی این مدل در شبیهسازی صحیح هیدرودینامیک خلیجگرگان است. این خلیج یک حوضةکمعمق و دارای رژیم آرام جریانات و امواج میباشد. علاوه بر این مدل، از مدل شناختهشدة MIKE نیز برای شبیهسازی جریانات خلیج استفاده شد.
خلیجگرگان یک بدنة آبی نیمهبستة ساحلی است که در شرقیترین قسمت سواحل جنوبی دریایخزر قرار دارد. خلیجگرگان به شکل مثلث است که ماکزیمم طول آن برابر با 60 کیلومتر و ماکزیمم عرض آن 12 کیلومتر و مساحت آن 715 کیلومتر مربع میباشد، همچنین ماکزیمم عمق خلیج با عمق 5 متر در مرکز آن قرارگرفته است و میانگین عمق آن 1.8متر میباشد. توپوگرافی بستر در خلیج گرگان به صورتی است که نیمة جنوبی آن دارای عمق کمتر و نیمه شمالی آن دارای عمق بیشتر میباشد (رنجبر، 1393).
شکل(1): موقعیت خلیجگرگان و توپوگرافی بستر آن
خیلجگرگان توسط شبه جزیرة میانکاله از دریایخزر جدا شده است. خلیج عمدتا از طریق دهانهای که در قسمت شمال شرقی آن و به طول 3 کیلومتر است با دریای خزر در ارتباط است. خلیجگرگان همچنین از طریق یک کانال طبیعی با عرض متوسط 500 متر به نام کانال خزینی به دریای خزر متصل میباشد (رنجبر، 1393).
حوضة آبریز خلیجگرگان در بخش جنوب شرقی دریای خزر به صورت نواری به طول حدود 70 کیلومتر بین نکارود و رودخانة قرهسو گسترده است. این حوضه بین مختصات جغرافیایی 12/53 تا 41/54 درجة طول شرقی و 38/36 تا 59/36 درجة عرض شمالی با مساحت حدود 4030 کیلومتر مربع واقع شده است. حوضة آبریز خلیجگرگان به وسیله یک رودخانة اصلی، به نام رودخانة قرهسو، زهکشی میگردد. سایر رودخانهها که رودخانههای کوچکی هستند از غرب به شرق عبارت از زاغمرز، بهشهر، رستم کلا، گلوگاه، نوکنده، گز، باغو، کاریکنده و کردکوی میباشند ( پورمندی یکتا و همکاران، 1382).
1-1-بیان مسئله
نواحی اطراف مرز باز خلیج گرگان به علت تبادلات بالایی که با دریای خزر دارد دارای کمترین میزان زمان ماند است به همین علت میتوان گفت در این ناحیه از خلیج، پتانسیل کمی برای به وجود آمدن مسائل کیفیت آب وجود دارد. در ناحیه جنوب و جنوب غربی خلیج گرگان، شاهد بیشترین زمان ماند هستیم (بیش از 200 روز) این مسئله ناشی از خصوصیات هیدرودینامیکی این بخش خصوصا وجود جریانات ضعیف و دوری از دهانه خلیج میباشد. از سوی دیگر ناحیه شمالی خلیج گرگان نسبتا دارای زمان ماند کمتری است و این مسئله نیز به الگوی جریانات آن منطقه برمیگردد.
1-2- ضرورت و اهمیت پژوهش
خلیج گرگان یک حوضه نیمه بسته در جنوب شرقی دریای خزر و با تبادلات آبی ضعیف با این دریا میباشد رودخانههای حوضه آبریز خلیج گرگان همگی از نواحی کشاورزی عبور میکنند و موجب انتقال کودهای، کشاورزی به عنوان مواد مغذی گیاهان دریایی به درون این خلیج میشوند. بنابراین این خلیج به صورت بالقوه با احتمال وقوع اتروفیکاسیون روبرو میباشد. بنابراین تخمین ظرفیت جذب مواد مغذی گیاهان در این خلیج برای برنامهریزی مدیریت به منظور جلوگیری از وقوع اوتروفیکاسیون دراین خلیج ضروری میباشد.
2- روش پژوهش
روش این پژوهش، روش تجربی آزمایشی و مبتنی بر تحلیلهایآماری است. به اینصورتکه با استفاده از مدلسازی عددی ظرفیت زیستمحیطی و زمان ماند حوضة نیمهبسته ساحلی خلیج گرگان محاسبه شد. برای محاسبه زمان ماند خلیج گرگان با استفاده از یک مدل زوجشده هیدرودینامیکی انتقال نحوة کاهش غلظت یک آلاینده ـ فرضی پایدار در نواحی مختلف خلیج شبیهسازی شد. برای محاسبة ظرفیت جذب، توزیع غلظت فسفر محلول، به عنوان شاخص وقوع اتروفیکاسیون در خلیج گرگان، با استفاده از مدلسازی هیدرو دینامیکی کیفی، شبیهسازی شد و تأثیر تخلیه آن از هر یک از منابع آلودگی بر نواحی مختلف خلیج تخمین زده شد. همچنین با استفاده از بهینهسازی خطی و بر اساس ضرایب تأثیر منابع مختلف آلودگی، مقدار مواد مغذی قابل تخلیه از هر یک از منابع، به نحوی که از وقوع اتروفیکاسیون جلوگیری به عمل آید باوقوع همزمان حداکثر ظرفیت زیستمحیطی، محاسبه شد. برای تأمین دادة موردنیاز کالیبراسیون و صحتسنجی مدل عددی، در یک بازة زمانی 5 روزه، جریانات در خلیج گرگان با استفاده از دریفتر شناور به صورت لاگرانژی اندازهگیری شد. دستآخر بهواسطة تجزیه و تحلیل آماری دادهها نتایج استحصال شد.
3- تجزیه و تحلیل دادهها
3-1- مواد و روشها
3-1-1- توصیف مدل PMO
نرمافزار شبیهساز پارسی دینامیک دریا (PMO Dynamics) یک نرمافزار مدلسازی ریاضی است. این نرمافزار برای بهرهبرداری در مطالعات مهندسی دریا و مهندسی سواحل توسعه یافته است. سازمان بنادر و دریانوردی، از سال 1385، تهیه و تولید این نرمافزار را آغاز و در سال 1389 نسخة اولیة آن را ارائه نمود. مدل PMO Dynamicsمدلسازی 2 بعدی پدیدههای دریایی را انجام میدهد و تا اکنون شامل ماژولهای هیدرودینامیک، موج طیفی، جزرو مد و رسوب بوده است (سایت سازمان بنادر و دریانوردی،1394). این مدل توانایی حل معادلات بر شبکه باساختار و بیساختار را دارا میباشد. شبکههای باساختار کمک میکند محاسباتریاضی با دقت بهتری نسبت به شبکههای بیساختار انجام شود، اما مشکل اصلی مدلهای باساختار عدم توانایی در شبیهسازی مناسب مرزهای پیچیده میباشد، بنابراین شبکه بدون ساختار برای شبیهسازی محیطهای پیچیده طراحی شده است (سایت سازمان بنادر و دریانوردی، 1394). در مدلسازی هیدرودینامیک که مبتنی بر شبکه باساختار است، مدل بر اساس روشهای ضمنی توسعه یافته است. روش مورداستفاده در مدلسازی هیدرودینامیک مبتنی بر شبکه بدون ساختار از نوع صریح میباشد. همچنین در این مدل با بهکارگیری روش Roe امکان شبیهسازی جریانهای دارای شوک با دقت بالا توسط مدل فراهم شده است. در عین حال با استفاده از روش Time Splitting میتوان شبیهسازی جریانهایی را که از شوک بسیار شدید برخوردار نمیباشند با دقت بسیار مناسب و در زمان کوتاهی انجام داد. استفاده از سیستم مختصات متعامد و کروی و نیز خصوصیات زبری بستر، آشفتگی، تری/خشکی، موج، باد و کوریولیس از دیگر ویژگیهای ماژول هیدرودینامیک میباشد (سایت سازمان بنادر و دریانوردی، 1394).
3-1-2- توصیف مدل MIKE 21 FM
مدلMIKE توسط شرکت DHI و به منظور کاربرد در شاخههای مهندسی محیط زیست، مهندسی آب، مهندسی سواحل و بنادر طراحی و توسعه یافت. در این مدل، معادلات با استفاده از روش حجم محدود گسسته شدهاند و معادلات گسستهشده بر روی یک شبکه نامنظم حل میشوند. در مدل MIKE 21 FM، مدلهای آشفتگی متعددی برای محاسبه لزجت آشفتگی و اثرات آن بر جریان وجود دارند. همچنین این مدل قادر است تا جریان در نواحی خشک و تر شونده را شبیهسازی نماید. در مدل مذکور مشبندی در صفحه افقی به صورت بدون ساختار و در راستای عمودی به صورت باساختار انجام میشود، همچنین در این مدل میتوان اثر گرادیان چگالی، آشفتگی جریان، نیروی جزر و مد، نیرویکوریولیس، نیروی شکست امواج، اصطکاک بستر و نیروی باد و سایر عوامل جوی را در محاسبات اعمال کرد (DHI, 2009).
به منظور پیوستگی در حل گامهای زمانی مختلف، از یک روش نیمهضمنی[1] استفاده شده است، به این صورت که ترمهای افقی بهصورت ضمنی[2] و ترمهای قائم به صورت صریح[3]به یکدیگر مرتبط میشوند. در ماژول هیدرودینامیک تقریبهایی به منظور سادهسازی بهکار برده شده است که شامل فرض سیال تراکم ناپذیر، فرض سیال نیوتنی، فرض فشار هیدرواستاتیک و فرض بوسینسک میباشد. این مدل شامل معادلات بقاء، مومنتوم، حرارت، شوری و چگالی است و همچنین سیستم مختصات قائم بهکارگرفتهشده در مدل، سیستم مختصات سیگما[4]می باشد (DHI, 2009).
3-1-3- اندازهگیری میدانی، آنالیز حساسیت و کالیبراسیون مدل
قبل از انجام مدلسازی عددی، سه مرحله کار باید انجام شود. در مرحله اول لازم است حساسیت مدل نسبت به تغییر پارامترهای اساسی همانند اصطکاک، ویسکوزیته گردابی و ابعاد شبکهبندی بررسی شود. در مرحله دوم مدل باید توسط تنظیم کردن پارامترها و مقایسه کردن نتایج مدل عددی با دادههای میدانی کالیبره شود. در مرحله سوم با استفاده از دادههایی متفاوت از دادههای استفادهشده در فرآیند کالیبراسیون، نتایج مدل با دادههای میدانی مقایسه شود، همچنین در طی انجام این مرحله مدل اعتبارسنجی میشود. پس از انجام مراحل فوق میتوان از مدل عددی به عنوان یک ابزار پژوهشی استفاده کرد و به صحت نتایج آن اطمینان داشت (Fernandes, 2001).
3-1-4- اندازهگیری میدانی
برای تأمین داده به منظور کالیبراسیون و صحتسنجی مدل عددی، در یک بازة زمانی 5 روزه ( 17 تا 21 آبان 1392) جریانات در خلیجگرگان با استفاده از یک دریفتر لاگرانژی[5] اندازهگیری شد. این دریفتر دارای ارتفاع حدود یک متر و مقطع دایرهای با قطر پانزده سانتیمتر میباشد. دریفتر مجهز به سامانة موقعیتیاب جهانی (GPS) است و با بازه زمانی یک دقیقهای اقدام به ثبت موقعیت مکانی و زمانی مرتبط با آن مینماید.
توزیع مکانی مناطق اندازهگیری طوری انتخاب شد که جریانات مناطق حساس شناسایی شوند و همچنین شناخت مناسبی از گردش آب در خلیج حاصل شود. در طی اندازهگیریها دستگاه دریفتر اجازه پیدا میکرد آزادانه و صرفا تحت نیروی جریانات حرکت کند، در نتیجه دریفتر در مسیر جریان، حرکت و الگوی حرکتی جریانات را مشخص میکرد. مختصات جغرافیایی هر نقطه از حرکت و زمان مرتبط با آن، به وسیلة دستگاه GPS ثبت شد و در انتها با معلوم بودن مختصات مکانی و زمانی نقاط حرکت [6]، الگوی حرکتی و سرعت جریانات محاسبه شد. در شکل (2) نتایج کارمیدانی ارائه شده است.
شکل (2): نتایج کارمیدانی، مسیر حرکت دریفتر در مدت زمان اندازهگیری جریانات
3-1-4-آنالیز حساسیت
بهطور کلی آنالیز حساسیت نشان میدهد که کدامیک از پارامترهای ورودی بیشترین تاثیر را بر نتایج خروجی مدل دارد و بر اساس نتایج آنالیز حساسیت، کالیبراسیون مدل انجام میگیرد. در این بخش واکنش مدل MIKE به تغییرات به وجود آمده در اندازة مش محاسباتی و همچنین در پارامترهای اصطکاک و ویسکوزیته گردابی مورد بررسی قرارگرفت و نتایج نشان داد موثرترین پارامتر برای کالیبره کردن مدل عددی، زبری بستر میباشد همچنین در این مرحله اندازه مش محاسباتی بهینه، تعیین گردید.
شبکهبندی در مدلسازی حاضر با استفاده از زیر مدل Domain نرم افزار PMO Dynamics انجام شد و شبکه حاصل شده قابل استفاده در هر دو مدل MIKE و PMO میباشد [3]. لازم به ذکر است که با ریزتر شدن ابعاد شبکه دقت فایل هیدرومتری و در عین حال هزینة محاسباتی به صورت قابل ملاحظه ای افزایش مییابد. بنابراین انتخاب شبکه محاسباتی باید با توجه به دقت و هزینة محاسباتی انجام گیرد. پس از ساخت یکسری فایل بسی متری و آزمون دقت نتایج آنها، شبکه محاسباتی بهینه انتخاب شد وتمام مدلسازی ها در این مطالعه بر اساس شبکه مذکور انجام گردید(شکل 3).
شکل (3): شبکهمحاسباتیاستفادهشدهبرایشبیهسازی جریانات توسط مدلهای PMODynamics و MIKE با8845المانو4704گره
3-1-5-کالیبراسیون
برای کالیبراسیون و صحتسنجی مدل هیدرودینامیکی از دادههای جریانسنجی و ماژول پیگیری حرکت ذره[7] مدل MIKE استفاده شد، به این صورت که ماژولهای هیدرودینامیک و پیگیری حرکت ذره بهصورت زوجشده[8] اجرا شدند و در مکان و زمان رهاسازی دستگاه دریفتر، یک ذره با ویژگیهای دستگاه دریفتر در درون مدل رها شد و مسیر حرکت ذره با مسیر حرکت دریفتر مقایسه شد. زبری بستربه این صورت انتخاب شد که بیشترین مطابقت بین نتایج مدلسازی و اندازهگیریهای میدانی جریانات حاصل شد. همانگونه که در شکل (4) مشاهده میشود، مطابقت مناسبی بین نتایج مدلسازی و اندازهگیریهای میدانی موجود میباشد.
شکل (4): مقایسة نتایج اندازهگیری های میدانی و خروجی مدل (خطوط نقطه چین)
3-1-6-شرایط مدلسازی
مدلسازی هیدرودینامیک خلیجگرگان با در نظرگرفتن تغییرات تراز سطح، در مرز باز خلیج گرگان با دریایخزر، دبی رودخانههای حوضة آبریز خلیج گرگان، وزش باد، زبری بستر و نیروی کوریولیس انجام شد. به منظور حفظ پایداری مدل، گام زمانی برابر با 10 ثانیه در نظر گرفته شد. با توجه به عدم توانایی مدل PMO Dynamics در مدلسازی جریانات باروکلینیک و عدم دسترسی به دادههای درجه حرارت و شوری خلیجگرگان، جریانات به صورت باروتروپیک مدلسازی شدند همچنین به منظور تعیین ویسکوزیته گردابی افقی از روش اسماگورنسکی استفاده شد.
در مدلسازی حاضر دو سناریو مختلف اجرا شده است، در سناریوی اول شبیهسازی جریانات تحت وزش باد غالب انجام شده است، به این صورت که از تغییرات باد در بعد زمان و مکان صرفنظر شد. به منظور مشخص شدن باد غالب، گل باد سالانه خلیج گرگان،که براساس دادههای ایستگاه هواشناسی بندر ترکمن تهیه شده است، ترسیم شد. همانطور که در شکل (5) مشخص است باد غالب خلیج گرگان، باد 270 درجه میباشد. در سناریوی دوم جریانات تحت وزش باد واقعی شبیهسازی شد. اطلاعات تغییرات تراز سطح آب به صورت سری زمانی با گام زمانی 4 ساعت و دبی رودخانهها به صورت سری زمانی روزانه به مدل اعمال شدند.
شکل(5): گل باد منطقه خلیج گرگان
3-2- بحث و بررسی
چندین آزمون بر روی مدل هیدرودینامیکی خلیجگرگان انجام شد تا میزان تاثیرگذاری هر یک از عوامل بیرونی بر جریانات خلیجگرگان مشخصگردد. سپس جریانات خلیجگرگان در یک دورة سه ماهه با در نظرگرفتن تمام عوامل تاثیرگذار توسط مدل MIKE شبیهسازی و رفتار هیدرودینامیکی خلیج بررس شد. دستآخر، مدلسازی هیدرودینامیک خلیج گرگان با استفاده از مدل PMO Dynamics انجام، و بین نتایج مدل MIKE و PMO Dynamics مقایسه صورت پذیرفت.
به منظور بررسی اثر باد، مدلسازی هیدرودینامیک خلیج تحت وزش باد 270 درجه (باد غالب) به مدت 3 روز (به منظور رسیدن به شرایط ثابت) انجام شد. شکل (6) جریانات حاصلشده از وزش باد غالب با شدت 5 متر بر ثانیه را نشان میدهد. جریانات نواحی کمعمق بخش جنوبی و شمالی خلیج، همراستا با جهت وزش باد و با سرعتی تا 15 سانتیمتر بر ثانیه میباشند اما جریانات نواحی عمیق مرکزی خلیج در خلاف جهت وزش باد و با سرعت حدود 4 سانتیمتر بر ثانیه در حرکت میباشند. علت بهوقوع پیوستن این نوع جریانات گردشهای ناشی از عوارض زمین[9]میباشد (Csanady, 1982; Simons, 2001; Hearn, 1987) .
شکل(6): جریانات خلیجگرگان تحت وزش باد 270 درجه با سرعت 5 متر بر ثانیه پس از 72 ساعت شبیهسازی
در اینجا این مسئله بررسی شد که با وجود توپوگرافی متغیر بستر، یک تنش باد یکنواخت میتواند تغییرات افقی در جریانات، به نام توپوگرافیک به وجود آورد. علت به وجود آمدن جایرهای مذکور این است که در آبهای کمعمقتر، نیروهای غالب تنش، باد سطحی و اصطکاک بستر میباشند و نتیجة حاصلشده یک جریان در راستای جهت وزش باد میباشد، اما در آبهای عمیقتر، گرادیان افقی فشار (ناشیشده از شیب سطحی) و اصطکاک بستر نیروهای غالب میباشند و نتیجة حاصل یک جریان در راستای مقابل جهت وزش باد است (Csanady, 1982; Sunibsm 2001; Hearn, 1987).
در شکل (6) جریانات ناحیة جنوبی قویتر از جریانات ناحیة شمالی، به نمایش در آمدهاند، این عدمتقارن به این صورت که بخش جنوبی نسبت به بخش شمالی کمعمقتر است. همانطور که در شکل (7) مشخص است در اثر وزش باد 270 درجه یک فرورفتگی در سطح قسمت غربی خلیج به وجود میآید که عامل به وجود آمدن یک گرادیان افقی فشار از شرق به غرب خلیج میباشد که این مسئله به ایجاد جریانات برگشتی در نواحی عمیق کمک میکند.
شکل (7): تغییرات مکانی تراز سطح آب خلیجگرگان تحت وزش باد 270 درجه با سرعت 5 متر بر ثانیه پس از 72 ساعت شبیهسازی
ورودی آب شیرین یک عامل اثرگذار بر هیدرودینامیک و اکولوژی تالابهای ساحلی محسوب میشود. در این قسمت به بررسی اثرات هیدرودینامیکی خروجی رود قرهسو (مهمترین رود حوضه آبریز خلیجگرگان) پرداخته شده است. دبی روزانه رود قرهسو در سه ماه نخست سال 2010 (فصل پر آبی) که مدل در این دوره اجرا شده است، در شکل (8) ماجرا شده است.
شکل (8): میانگین دبی روزانة رود قرهسو در سه ماه نخست سال 2010 (فصل پرآبی رود قرهسو)
با توجه به خروجی مدل مشخص شد که بیشترین مقدار سرعت جریانات برابر با 025/0 متر بر ثانیه و بیشترین مقدار آن، بالا آمدگی، تراز سطح آب کمتر از 2 میلیمتر است. در اکثر نواحی خلیجگرگان هیچ تغییری از لحاظ هیدرودینامیکی در اثر خروجی رود قرهسو بهوجود نمیآید. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که رود قرهسو که مهمترین رود حوضة آبریز خلیجگرگان است، تقریبا" هیچ اثری در هیدرودینامیک خلیجگرگان ندارد.
3-2-3- مدلسازی هیدرودینامیک خلیجگرگان تحت اثر تغییرات تراز سطح آب در مرز باز آن
از آنجا که خلیجگرگان تنها در ارتباط با دریای خزر است و جزر و مد در این دریا ناچیز است لذا تغییرات کوچکی در تراز سطح آب خلیجگرگان به وجود میآید. به منظور بررسی اثر تغییرات، تراز سطح آب مرز باز، بر هیدرودینامیک خلیج گرگان 3 ماه شبیهسازی جریانات تنها تحت اثر تغییرات تراز مرز باز انجام شد. شکل (9) تغییرات زمانی تراز سطح آب در مرز باز مدل خلیجگرگان را نمایش میدهد.
شکل (9): تغییرات زمانی تراز سطح آب در مرز باز مدل خلیجگرگان در سه ماه نخست سال 2010
شکل (10) تغییرات تراز سطح آب خلیجگرگان را نمایش میدهد. که طی 3 ماه مدلسازی، بیشترین مقدار مشاهده شده است و در شکل (11) نیز جریانات خلیجگرگان در تاریخ مذکور ارائه شده است. همانطور که مشخص است در این حالت شاهد توپوگرفیک جایر نیستیم و سرعت جریانات در نواحی عمیق شدیدتر میباشد.
شکل (10): تغییرات تراز سطح آب خلیج گرگان
شکل(11): جریانات خلیجگرگان، تحت اثر تغییرات تراز سطح آب مرز باز
هیدرودینامیک خلیجگرگان از ابتدای ژوئن تا انتهای سپتامبر سال 2010 مورد شبیهسازی قرارگرفت. در این دورة 4 ماهه، یک ماه اول به عنوان دورة گرم شدن[10]مدل میباشد بنابراین تنها نتایج 3 ماه بعدی از صحت قابل قبولی برخوردار هستند. در ابتدای مدلسازی، شرایط آب ساکن و تراز سطح آب خلیج گرگان 5/26 متر پایینتر از تراز متوسط سطح آب خلیج فارس در بندر شهید رجایی به مدل اعمال شد. با توجه به نتایج مدلسازی، مشخص شد که جریانات خلیج گرگان تحت تاثیر باد غالب و تغییرات توپوگرافی بستر است و الگوی غالب گردش آب به صورت پاد ساعتگرد و با سرعت میانگین 4% متر بر ثانیه میباشد (شکل (12)).
شکل (12): الگوی جریانات لایة سطحی خلیجگرگان در جولای2010 تحت وزش باد واقعی
هر دو مدل MIKE و PMO در شرایط یکسان اجرا، و نتایج آنها مقایسه شد. از آنجا که جریانات خلیجگرگان تابعی از وزش باد است لذا تحت بادهای 270 درجه (باد غالب)، 315 درجه (دومین باد غالب) و 360 درجه جریانات خلیج گرگان شبیهسازی شدند. همانطور که در شکل (13) ارائه شده است مدل PMO توانایی شبیهسازی الگوی کلی جریانات را دارا میباشد، اما با مقایسة به عمل آمده در سرعت جریانات مشخص شد که اختلاف قابلتوجهی بین نتایج مدل MIKE و PMO وجود دارد (بهطور میانگین در کل خلیج تا 50% سرعتهای پیشبینیشده توسط مدل ایرانی پایینتر از سرعت جریانات در مدل MIKE میباشد).
شکل (13): مقایسة جریاناتمدلسازی شده توسط مدلهای PMO و MIKE
(اشکال ستون سمت راست مربوط به مدل PMO میباشند)
4- نتیجهگیری
در این پژوهش، با استفاده از مدلسازی عددی هیدرودینامیک خلیج گرگان ارزیابی شد و طبق نتایج مشخص گردید که جریانات خلیج گرگان تحت تأثیر باد غالب و تغییرات توپوگرافی بستر است و اکثر مواقع الگوی گردش آب به صورت باد ساعتگرد و با سرعت میانگین 4% متر بر ثانیه میباشد. هدف دیگر این پزوهش بررسی عملکرد مدل PMO Dynamicsدر مدلسازی جریانات نواحی کمعمق ساحلی با رژیم آرام امواج و جریانات بود که مشخش شد مدل ایرانی توانایی شبیهسازی الگوی جریانات را دارا میباشد، اما سرعت جریانات را تا50% کمتر از مقدار صحیح تخمین میزند. بر اساس نتایج این پژوهش پیشنهاد میشود که توسعهدهندگان در صدد برطرفسازی مشکل مذکور باشند و از سوی دیگر توانایی شبیهسازی جریانات باروکلینیک و مدلسازی 3 بعدی بدنههای آبی را به امکانات مدل PMO Dynamicsاضافه کنید. همچنین پیشنهاد میشود کارهای آینده پژوهشی در زمینة مدلسازی 3 بعدی هیدرودینامیک خلیج گرگان با در نظرگرفتن اثرات اختلاف چگالی ما بین خلیج و دریای خزر باشد. از سوی دیگر با توجه به فقر دادههای در دسترس و اهمیت زیست محیطی خلیج گرگان، جمعآوری جامع پارامترهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خلیج گرگان پیشنهاد میشود.