9-2 انتقال رسوبات عمود بر ساحل:
جابجائی رسوب در راستای عمودی ساحل مهم است چون شکل ساحل وابسته به آن است.
پروفیل یک ساحا ماسه ای به طور مداوم در حال تغییر است و ممکن است طی یک طوفان به طور اساسی تغییر کند.
اصولاً نمی توان یک شبیه سازی پرجزئیات از انتقال رسوب امتداد ساحلی بدون داشتن یک مدل انتقال رسوب عمود بر ساحل و توسعه پروفیل عمود بر ساحل بدست آورد.
می توان گفت که مدل توسعه پروفیل ساحل به یک مرحله نخواهد رسید (Stage) مگر اینکه مدل انتقالی رسوب در ساحل طولانی و شبیه سازی برروی پروفیلهایی پایه ریزی شوند که در طول پریود طوفان برداشت شوند.
به طور عمومی فرض می شود که موقعیت به صورت کاملی دو بعدی است و بدون هیچ جریان متوسط عمود بر ساحل است.
این موقعیت شرایط آزمایشگاهی را پددی می آورد که در یک فلوم موج معمولی با آن مواجهیم در طبیعت فرض جریان عمود بر ساحل میانگین غیرواقعی است.
انحراف کوچک از موقعیت یکنواخت کامل می تواند به ناپادیاری منجر شود و به یک سری از جریانهای دایره ای و جریانهای ریپ خاتمه پیدا کند.
با این حال موقعیت دوبعدی به خاطر آنکه خوب دسته بندی شده است و به خاطر آنکه تمام مکانیسم ها در موقعیت جریان سه بعدی پیچیده آورده شوند دارای مزیت قابل ملاحظه ای هستند.
موقعیت جریان عمود بر ساحل صفر از یک جریان متوسط قوی بسیار پیچیده است و این به خاطر شرکت دادن مکانیسم متفاوت بسیار زیاد که در انتقال رسوبات بدون امکان حذف کردن هیچ یک از آنها است.
با یک جریالن قوی تاثیر تنش برشی میانگین برای جریان میانگین و انتقال رذسوب قابل صرفنظر کردن است.
در ادامه مکانیسم انتقال رسوب عمود بر ساحل بیان می شود و برای موقعیت هیا داخلی منطقه شکست و خارج منطقه شکست فرمولاسیون مدل انتقال رسوب در دو قسمت بیان می شود: (a شرح هیدرودینامیک هدف اصلی توزیع سرعت جریان متوسط بعلاوه تغییرات ویسکوزیته چرخشی و تنش برشی بستر (b توزیع انتقال رسوب و نتایج با رسوب
9-2-1 هیدرودینامیک خارج از ناحیه شکست
بیرون ناحیه شکست اتلاف انرژی و توربولانس به طور کلی به لایه مرزی موج نزدیک بستر محدود می شود و تلاش اصلی برروی شرایط توضیح داده شده و لایه مرزی تاثیر آن روی جریان متوسط و انتقال رسوب متمرکز می شود.
نخست یک موقعیت جریان که بوسیله تئوری پتانسیل جریان خارج از لایه وزی موج شرح داده شده است مورد بررسی قرار می گیرد.
ملاک اینکه تئوری معتبر بادش این است که تنش برشی میانگین موج در بیرون لایه مرزی صفر باشد.
9-2-1-الف – جریان جویباری
این پدیده حایی مطرح است که چگونه غیریکنواختی لایه مرزی تحت امواج حقیقی، باعث تغییر در تنش برشی میانگین بالای لایه مرزی می شود.
جابجایی لایه مرزی موج یکنواخت باعث سرعت های قائم کوچک می شود که از صفر در کف تا 700 بیرون لایه مرزی افزایش می یابد.
تغیرات پرجزئیات این سرعت می تواند از توزیع سرعت در زمان و مکان لایه مرزی تعیین یشود.
پدیده جویباری یک جهش تنش در برش میانگین بالای لایه مرزی موج ایجاد می کند.
این پدیده حایی مطرح است که چگونه غیریکنواختی لایه مرزی تحت امواج حقیقی، باعث تغییر در تنش برشی میانگین بالای لایه مرزی می شود.
پدیده جویباری یک جهش تنش در برش میانگین بالای لایه مرزی موج ایجاد می کند.
یک تعدیل نیروی کامل با تنش برشی میانگین صفر در تمام ستون آب (بیرون لایه مرزی موج) بوسیله تصححی در شیب میانگین سطح آب حاصل می شود.
چون تنش برشی میانگین در لایه مرزی موج غیر صفر است، بنابراین سرعت جریان نیز غیرصفر می شود.
سرعت جریان میانگین در لایه مرزی موج افزایش می یابد تا به یک مقدار ثابت بیرون لایه مرزی برسد.
9-2-1-ب- موج غیرخطی در ابهای کم عمق زماین که امواج نزدیک به شکستن هستند بسیار غیرخطی می شوند و تغییرات حرکت اریستال نزدیک سطح می توانند از پیش گویی مرتبه اول تئوری موج متفاوت باشد.
اگر لایه مرزی موج لایه ای باشد لایه مرزی دریایی دارای تنش برشی صفر برای جریان افقی متوسط نزدیک بستر خواهد بود.
این به خاطر این است که حل لایه مرزی لایه ای به صورت خطی است و یک حل کامل می تواند با بدست آوردن تجزیه فوریه حرکت القایی امواج حاصل شود.
درنتیجه خطی بودن حل کامل لایه ای می تواند با اضافه کردن یک حل متناسب به هر مؤلفه فوریه به دست می آید.
با فرض تنش برشی میانگین صفر برای هر مؤلفه هارمونیک برای حل کلی نیز صفر می شود.
برای یک لایه مرزی دریایی توربولانس تنش برشی میانگین ضرورتاً برای جریان میانگین صفر نخواهد بود.
این می تواند بادرنظر گرفتن یک فاکتور اصطکاک ثابت مثل بیان شود: (9-1) تنش برشی بستر لحظه ای و سرعت اربیتالی القایی موج نزدیک بستر است.
ترکیبی از دو هارمونیک است که از مرتبه دوم تئوری موج حاصل می شود.
(9-2) : فرکانس زاویه ای موج است.
فرض می وشد که هارمونیک دو کوچک است یعنی: (9-3) زمانی که تنش برشی میانگین از معادله 9-1 و 9-2 محاسبه شد حاصل می شود: (9-4) تنش برشی بستر حداکثر در طول یک پریود موج است زمانی که تنش برشی میانگین صفر مورد نیاز باشد.
نیاز به افزون سرعت جریان ثابت به حرکت اربیتالی در بالای لایه مرزی موج است .
مقدار با استفاده از اصول تنش برشی بدست می آید: (9-5) یا این حرکت موج با سرعت میانگین که در قائم ثابت است، به نظر می رسد که نیاز برای یک حرکت موج پتانسیل بدون هیچ تنش برشی میانگین را نتیجه می دهد که معادله (9-1) تنش برشی بستر را تعیین می کند.
زمانی که یک مدل پرجزئیات استفاده می شود، جریان میانگین که تنش برشی میانگین صفر را می دهد بوسیله سعی و خطا معین می شود.
جریان میانگین که با این ملاحظات بدست می آید باید با ترکیب میانگین و اشتراک جریان جویباری بدست آید.
9-2-2-ج ریزش موج حرکت موج خود دلالت بر یک شار خالص آب است.
یعنی ریزش موج می تواند بوسیله میانگیری از خروجی لحظه ای در یک مقطع ثابت بدست آید: ریزش موج متناوباً می تواند با محاسبه بوسیله بوسیله روش Laygrrangian با تعقیب مسیر یک جزء آب مخصوص حاصل شود.
برای امواج آب که عمق ذرات دارای ریزش پیش رو خواهند بود.
بخاطر آنکه آنها به سمت جلو حرکت خواهند کرد با یک موج که آن خود با شتاب C جلو خواهد رفت.
بنابراین حرکت به سمت عقب آنها در مقابل موج خواهد بود.
حرکت رو به جلوی آنها (ذرات) تا حدودی از حرکت به سمت عقب طولانی تر خواهد بود.
سرعت ریزش لاگرازوین متوسط به صورت زیر بدست می آید: به توجه به معادله (9-7) و (9-8) هر دو روش متناوب مقدار یکسانی برای qdrift رای می دهد.
درحالی که محاسبات اول یک انتقال جریان بین خط القعر و تاج را می دهد، لاگرانژیان (برای امواج آب کم عمق خطی) حتی یک توزیع در عمق آب میانگین را می دهد.
9-3- ریزش موج رسوب معلق سرعت توده لاگرانژ زمانی باید در میدان جریان وارد شود که انتقال بار معلق تحت امواج و در حین حل معادله انتشار اربیتالی قائم به حساب نیامده است.
حل معادله انتشار برای رسوب معلق در موقعیت پلان معادله به فرم زیر است: اگر ترم انتقال در توضیحات منظور شود سرعت و جریان افقی و عمودی به درستی مشخص شوند ریزش موج رسوب معلق به درستی توسط آنالیز اولی بدست می آید و سرعت ریزش مشمول بررسی نخواهد شد.
با توجه به مثال ساده شده داریم: در نصف به پایین ستون آب رسوبات ریز معلق با غلظت ثابت وجود دارد.
در نصف عمق به بالا غلظت صفر استو از آسیب و انتشار رسوب صرفنظر می شود.
امواج آب بوسیله تئوری موج آب کم عمق بیان شده و از اثرات لایه مرزی صرفنظر شده است.
از میدان سرعت لایه مرزی محیط غلیظ به صورت زیر تغییر می کند: (9-10) سرعت جریان افقی سرعت اربیتالی است.
ریزش موج رسوب با آنالیز اولر، به صورت زیر است.
(9-11) در بسیاری از مدلهای انتقال رسوب برای امواج و جریانها (همانگونه که در فصل 4 ذکر شد) در داخل و بریون دریا لایه مرزی حساب نمی شود و ترم انتقال در معادله (9-9) حذف می شود.
در مثال حاضر این فرض کردن با مقدار ثابت است.
با این ساده سازی ریزش رسوب موج با آنالیز اولر صفر می شود.
که واضح است نادرست است.
یک فرض اولیه بوسیه کاربرد سرعت توده لاگرانژین بدست می آید .
اگر از معادله (9-8) حساب شود توزیع سرعت در لایه مرزی موج بایستی حساب شود.
در این مثال ریزش رسوب موج لاگرانژین به صورت زیر بدست می آید.
که برابر با بیان صحیح ریزش رسوب معادله اولر در معادله (9-11) است.
9-4- جریان توربولانس میانگین تا حال تنش برشی صفر برای جریان بیرون لایه مرزی موج برقرار بوده است.
که بوسیله تئوری پتانسیل بیان شد.
سه قسمت از جریان خالص بررسی شده است.
جریان جویباری در لایه مرزی موج – تاخیر امواج غیرخطی برروی لایه مرزی موج توبولنت و ریزش موج – مجموع این سه تا مخالف صفر است.
برای ارضاء معادله پیوستگی که در مورد حاضر بیان می شکند که شار عمود بر ساحل خالص برابر صفر است، سطح آب میانگین باید دارای شیب S باشد که یک تنش برشی میانگین را می دهد که یک جریان را نتیجه می دهد تا شار پتانسیل حرکت موج را خنثی کند.
شیب سطح آب توزیع مثلثی تنس برشی را بدست می دهد (9-13) این تنش برش میانگیم بایستی در مدل هیدرولیک بیان کننده لایه مرزی موج توربولانس است و شامل تاثیرات سه پددیه موج بیان شده در بالا و معادله پیوستگی است وارد شود.
یک مثال در شکل (9-1) ارائه شده است که در آن هر قسمت شرکت کننده در جریان میانگین نشان داده شده است.
حرکت موج بوسیله قسمت دوم تئوری استوکس و توربولانس بوسیله مدل طولی اختلاط مدل شده است.
پروفیل سرعت E، پروفیل سرعت میانگین بعلاوه سرعت ریزش لاگرانژی است و یک دبی انتگره شده عمقی صفر را می دهد.
مقیاس لگاریتمی جزئیات را در لایه مرزی موج نشان می دهد با این حال مقیاس خطی نشان دهنده توزیع برونی لایه مرزی موج است.
مطابق مدل طولی اختلاط مرکب موج غیرخطی یک سرعت میانگین بیرون لایه مرزی موج به مقدار 0.016m/s را می دهد که با تخمین ساده در معادله (9-16) یکی است.
9-5- انتقال رسوب عمود بر ساحل بیرون ناحیه شکست زمانی که یک توصیف رضایت بخشی از هیدرودینامیک حاصل شد انتقال رسوب به صورت بازبسته و انتقال بار معلق محاسبه می شود.
بعلاوه سرعت جریان میانگین توصیف شده با مدل هیدرودینامیک، یک سهم انتقال رسوب خالص که منجر به مدل انتقال رسوب غیرخطی می وشد، وجود دارد.
اگر سرعت اربیتالی موج نزدیک بستر و تنش برشی بستر در حرکت ساحلی بزرگتر از حرکت دور از ساحل است.
یک انتقال رسوب خالص در راستای نزدیک ساحل (onshore direction) القا می شود چون انتقال بار بستر و غلظت بستر تابعی غیرخطی از سرعت اصطکاکی است.
تاثیر دیگر به دلیل تغییرات زمانی ویسکوزیته چرخشی و غلظت رسوب در ترازهای مختلف است.
مهم است یک فاز درست غلظت و سرعت جریان جهت محاسبه انتقال رسوب خالص موجود باشد.
در موارد زیادی تغییرات فاز می تواند باعث انتقال معلقی شود که برخلاف جهت تنش برشی ماکزیمم در طول پریود یک موج می شود ولی عموماً فقط مقدار انتقال خالص را اصلاح می کند.
وجود آب لرزها در این مورد مهم می باشد چون همانگونه که گفته شد رسوب به حالت معلق درمی آید در طول نصف پریود موج و در سیمت سایه آب لرز با ورتکس منتقل می شود تنها در نصف بعدی پریود موج است که رسوب وورتکس از روی آب لرز رانده می شودو (در همین زمان است که ventem تازه با رسوب معلق شده جدید ایجاد می شود) اگر بستر دارای شیب باشد این نیز سهمی از انتقال خالص را خواهد گرفت.
چگالی افزوده شده به علت رسوب معلق که بوسیله آب منتقل می شود یک تنش برشی میانگین را می دهد: که S چگالی نسبی رسوب است.
این بخش بایستی در مدل هیدرودینامیکی جهت محاسبه جریان میانمگین با این شامل شدن اثر ثقلی داخل شود.
شامل شدن این ترم نیاز به یک روند تکراری، نخست یک حل هیدرودینامیکی بایستی با صرفنظر کردن از تاثیرات شیب بستر صورت پذیر و در ادامه محاسبه میدانی غلظت رسوب و تعیین تنش برشی القایی از معادله (14-11) است.
در نهایت یک شبیه سازی هیدرودینامیکی جدید شامل ترم تاثیرات شغلی انجام می شود و انتقال رسوب خالص از این محاسبه دوم جریان میانگین بدست می آید.
یک تاثیر شیب بستر دیگری وجود دارد که می تواند در مدل انتقال رسوب موجود باشد.
شیب بستر یم تواند موجب حرکت اربیتالی موج به صورت همگرا و واگرا حین نزدیک شدن و دور شدن از ساحل شود.
این یک تاثیر بررروی توربولانس و تشن برشی بستر در لایه