محاسبه نرخ انتقال رسوبات هم‌اندازه کرانه‌راستا در مناطق ساحلی با استفاده از نظریه نیمه‌خودسانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری فیزیک دریا، گروه علوم دریایی، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی، تهران، ایران

2 گروه فیزیک دریا،دانشکده علوم وفنون دریایی،دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال،تهران،ایران

3 موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

4 گروه مهندسی و محیط زیست،واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی ،تهران،ایران

چکیده

نیاز روزافزون مهندسین به برآورد نسبتا دقیق میزان نرخ رسوب‌گذاری برای طراحی بنادر و سازه‌های ساحلی، تعیین میزان لایروبی و هزینه‌های آن و شناسایی واکنش‌های بلندمدت تغییرات رسوب در خط ساحل؛ استفاده از فرمول جامعی برای محاسبه و پیش بینی نرخ انتقال رسوب کرانه‌راستا (LSTR) اهمیت ویژه‌ای برای شروع و ادامه طرح‌های مهندسی دارد. معادلات موجود در متون تاکنون فقط شامل تعدادی از پارامترهای مؤثر در هر منطقه بود که در شرایط پیچیدگی انتقال رسوب در ساحل برآورد دقیقی از نرخ انتقال رسوب کرانه‌راستا ارائه نمی‌دادند. با توجه به پیچیدگی جریان و رسوب در شرایط مختلف پویایی ساحل، مهندسان نیاز به انتخاب معادلاتی دارند که علاوه بر پاسخگوی نیاز آنها در شرایط مختلف، پیش‌بینی نسبتاً دقیقی از نرخ انتقال رسوب کرانه‌راستا (LSTR) را نیز ارائه دهد. در این پژوهش ابتدا کلیه پارامترهای موثر بر LSTR بررسی سپس با استفاده از تحلیل ابعادی پارامترهای بی‌بعد و دارای بعد را با یکدیگر مرتبط و به معادلاتی دست یافتیم سپس با استفاده از نظریه نیمه خودسانی (ISST) به معادله انعطاف پذیری که در شرایط مختلف پویایی ساحل برای محلسبه LSTR پاسخگو است رسیدیم، در نهایت با استفاده از 10967 داده در دوره زمانی 51 ساله معادلات مختلف LST با معادلات سرک و کامفز و بایرام (CKB ) و نظریه نیمه خودسانی (ISST) مقایسه شد و کمترین خطا مربوط به معادله ISST وسپس CKB بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Calculation of Uniform Long shore Sediment Transport Rate in Coastal Zone Using Incomplete Self-Similarity Theory

نویسندگان [English]

  • Zahra Gholami 1
  • kamran lari 2
  • AbbasAli AliAkbariBidokhti 3
  • Amirhossein Javid 4
1 Department of Marine Science, Natural Resources and Environmental Section.Science and Research Branch,Islamic Azad University,Tehran,Iran
2 Department of physical oceanography,Faculty of marine science and Technology North Tehran Branch,,Islamic Azad University,Tehran,Iran,
3 Institute of Geophysics, University of Tehran,Tehran,Iran
4 Department of Environmental Engineering ,Science and Research Branch,Islamic Azad University,Tehran,Iran,
چکیده [English]

Engineers every day by day need more to estimate longshore sediment transport rate for the design of ports and coastal structures, , determine the rate of dredging and its costs, and identify long-term reactions to sediment changes along the shoreline; Using a comprehensive formula to calculate and predict longshore sediment transport rate (LSTR) is critical to starting and continuing engineering projects.
The equations in the literature so far only included a number of effective parameters in each region that did not provide an accurate estimate of the LSTR along the coast in the complexity of coastal sediment transport. Due to the complexity of flow and sediment in different conditions of coastal dynamics, engineers need to choose equations that, in addition to meeting their needs in different conditions, also provide a relatively accurate forecast of LSTR.
In this research, first all the parameters that effect on the LSTR were investigated, secondly using dimensional analysis, the dimensionless and dimensional parameters are related to each other and we obtained equations. Thirdly, we used the Incomplete Self Similarity Theory (ISST) for predicting the flexible equation in different coastal dynamics conditions for calculates the LSTR in different type of coasts. Finally, we used 10,967 data over a 51-year period, the various LST equations were compared with the CERC and Kamphiuse and Bayram equations (CKB) and the least error was related to ISST equation and then CKB.

کلیدواژه‌ها [English]

  • longshore sediment transport rate (LSTR)
  • Fractal
  • Dimensional analysis
  • Incomplete Self Similarity Theory (ISST)
  • CERC and Kamphiuse and Bayram equations (CKB)
[1] افشارکاوه  نغمه، سلطانپور محسن. صحت سنجی روابط نرخ انتقال رسوب موازی ساحل در تعدادی از سواحل جنوب ایران. نشریه مهندسی عمران و نقشه‌برداری. 1389؛ 44 (3): 317-326.
[2] Battjes JA, Stive MJ. Calibration and verification of a dissipation model for random breaking waves. Journal of Geophysical Research: Oceans. 1985 Sep 20;90(C5):9159-67.
[3] Kamphuis JW. Alongshore sediment transport rate. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 1991 Nov;117(6):624-40.
[4] Kamphuis JW. Alongshore transport rate of sand. In: Smith JM, editor. Proceedings of 28th International Conference of Coastal Engineering;  2002 Jul 7 – 12; Cardiff, Wale; Scientific World Publishing, 2003. p. 2478-90.
[5] Bayram A, Larson M, Hanson H. A new formula for the total longshore sediment transport rate. Coastal Engineering. 2007 Sep 1;54(9):700-10.
[6] Mil Homens J. Bulk Formulas and Process Based Models [dissertation]. Civil Engineering and Geosciences;2016.
[7] Mil Homens JP, Ranasinghe RW, Van Thiel de Vries JS, Stive MJ. Influence of profile features on longshore sediment transport. In: Coastal Dynamics 2013: 7th International Conference on Coastal Dynamics; 24-28 June 2013; Arcachon, France. Bordeaux University; 2013b.
[8] Mil Homens J, Ranasinghe R, de Vries JV, Stive MJ. Re-evaluation and improvement of three commonly used bulk longshore sediment transport formulas. Coastal Engineering. 2013 May 1;75:29-39.
[9] شکریان منوچهر، شفاعی بجستان محمود. اثر ارتفاع زبری بستر تندآب بر خصوصیات پرش نوع B. نشریه دانش آب و خاک. 1393؛ 24(2): 215-226.
[10] Barenblatt GI, Barenblatt GI, Isaakovich BG. Scaling, self-similarity, and intermediate asymptotics: dimensional analysis and intermediate asymptotics. Cambridge University Press; 1996 Dec 12.
[11] Cheng NS. Application of incomplete self-similarity argument for predicting bed-material load discharge. Journal of Hydraulic Engineering. 2011 Sep 1;137(9):921-31.
[12] Bosboom J, Stive MJ. Coastal dynamics I: lectures notes CIE4305. 2012.
[13] چه تد یانگ، کوچک زاده صلاح، یوسفی کامران. تئوری و کاربرد انتقال رسوب. انتشارات دانشگاه تهران؛ 1391. ص. 46-48، 55-56، 73-75، 122-129، 134-142، 226-203.
[14] شفاعی بجستان محمود. هیدرولیک انتقال رسوب. اهواز، دانشگاه شهید چمران اهواز؛ 1392. ص. 31،17، 85، 222، 315-303، 395.
[15] Fernández-Fernández S, Baptista P, Martins VA, Silva PA, Abreu T, Pais-Barbosa J, Bernardes C, Miranda P, Rocha MV, Santos F, Bernabeu A. Longshore transport estimation on Ofir Beach in northwest Portugal: Sand-tracer experiment. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 2016 Mar 1;142(2):04015017.
[16] Cheng NS. Application of incomplete self-similarity argument for predicting bed-material load discharge. Journal of Hydraulic Engineering. 2011 Sep 1;137(9):921-31.
[17] Carr KJ, Ercan A, Kavvas ML. Scaling and Self-Similarity of One-Dimensional Suspended Sediment Transport Equations. In: World Environmental and Water Resources Congress; 2014 Jun 1-5; Portland, Oregon. American Society of Civil Engineers; 2014. p. 1199-1206.