بررسی اثر تغییر توپوگرافی اروندرود بر الگوی جریان و نوسان سطح آب

پیشینه و اهداف: اروندرود مهم‌ترین و تنها رودخانه قابل کشتیرانی ایران  است. در جایی که رودخانه به دریا می ریزد، سرعت جریان به شدت کاهش می یابد و این، باعث ته نشست رسوبات معلق و کاهش عمق محل تلاقی رودخانه و دریا می شود. این کاهش عمق در ورودی رودخانه اروند به حدی است که ورود کشتی ها با ظرفیت بالا را محدود کرده است و لایروبی آن برای تامین آبخور شناورها در این آبراه بین­المللی ضروری به نظر می­رسد. در این تحقیق تاثیر لایروبی دهانه اروند و همچنین احداث یک اسکله خاکی در موقعیت اروندکنار، بر پارامترهای فیزیکی سرعت جریان و نوسان سطح آب شبیه سازی شده است.روش‌ها‌: برای شبیه سازی، از مدل سه‌بعدی هیدرودینامیکی مایک21.3 به‌صورت دوبعدی استفاده شده است. این مدل، بر اساس رویکرد مش­بندی مثلثی نامنظم کار می­کند و بستر محاسباتی اصلی مدل، ماژول hd است که برمبنای حل عددی 2و3 بعدی معادلات میانگین ناویه- استوکس برای حالت بدون تراکم پذیر با در نظر گرفتن بوزینسک و فشار هیدرواستاتیک بنا شده است. معادلات پیوستگی، مومنتم، دما، شوری و چگالی نیز لحاظ شده­اند. در تنظیمات اولیه، شرایط اولیه‌ی مدل شامل دما و شوری، یکنواخت برای کل حوزه به ترتیب 25 درجه سانتی‌گراد و psu 32 است. در ابتدا تراز سطح آب و سرعت جریان در کل حوضه، صفر در نظر گرفته شد. با توجه به پهنای کم رودخانه، از اثر باد چشم‌پوشی شده است. مدل دارای یک مرز دریا در پایین دست و یک مرز رودخانه در بالادست است. دما و شوری در مرز دریا به روش تودرتویی از مدل مادر خلیج‌فارس به مدل دختر اعمال شد. سری زمانی نوسان سطح آب در مرز دریا، از روی چهار مولفه اصلی جزرومد (m2, s2, o1, k1) مربوط به بار بیرونی اروندرود ساخته و به مدل اعمال شد. در مرز بالا دست رودخانه، دما و شوری ثابت، و به ترتیب c˚26 و psu2.39 تنظیم شد. در این مرز نوسان سطح آب به‌گونه‌ای تنظیم‌شد که دبی خالص رودخانه 600m3/s باشد. یافته‌ها: در مرحله صحت سنجی، مشخص شد نتیجه­ی آزمون خطا یابی جذر میانگین مربعات برای نوسان سطح آب در فاو 0.16 متر به‌دست‌آمده است و این به معنی دقت خوب نتایج مدل در مقایسه با اندازه گیری های میدانی است. نتایج مدل نشان می‌دهند در صورت لایروبی دهانه اروند برای رسیدن به عمق 8 متر و عرض تقریبی 300 متر، تراز سطح آب پس از لایروبی حداکثر تا 10 سانتی‌متر در نزدیکی دهانه افت پیدا می­کند، و سرعت جریان در ناحیه‌ی لایروبی شده کاهش می‌یابد. همچنین درصورتی‌که %33  از مقطع رودخانه در منطقه اروندکنار مسدود شود، اختلاف تراز سطح آب در دو طرف گلوگاه حداکثر تا 13cm، و بیشینه سرعت جزر در میانه‌ی گلوگاه از 0.87m/s در حالت طبیعی به 1.57m/s می­رسد.نتیجه‌گیری: لایروبی دهانه رودخانه اروند باعث کاهش سرعت جریان در کانال لایروبی می شود و این خود باعث افزایش رسوب‌گذاری در کانال لایروبی می شود. از طرف دیگر کاهش عرض رودخانه می­تواند این کاهش سرعت را جبران کند و مانع رسوب گذاری شود. برای کاستن هزینه های نگه داری کانال باید از این دو روش به صورت ترکیبی استفاده کرد.

The impact of bathymetric modifications of Arvandrood river on water level and flow pattern

Background and Objectives: Arvandroud is the most important and only navigable river in Iran. It is where the river flows into the sea and the flow velocity is drastically reduced, causing the deposition of suspended sediments and reducing the depth of the confluence of the river and the sea. This decrease in depth at the entrance of the Arvandroud is such that it has restricted the entry of high-capacity vessels, and its dredging seems necessary to supply water to vessels on this international waterway. In the present study, the effect of dredging the Arvand estuary and also constructing an earthen pier in the Arvandkenar position on the physical parameters of flow velocity and water level fluctuation has been simulated.Methods: For simulation, Mike 21.3’s three-dimensional hydrodynamic model was used in two dimensions. This model performs based on the irregular triangular meshing approach and the main computing platform of the model is the HD module, which is based on the numerical solution of 2 and 3-dimensional Navier-Stokes average equations for the non-compressible state, taking into account Bozinsky and hydrostatic pressure. Equations of continuity, momentum, temperature, salinity and density are also considered. In the initial settings, the initial conditions of the model, consisting of temperature and salinity, are uniform for the whole field at 25 °C and 32 psu, respectively. Initially, the water level and flow velocity in the whole basin were considered zero. Due to the small width of the river, the wind effect has been ignored. The model has a sea boundary downstream and a river boundary upstream. Temperature and salinity at the sea border were applied by nesting method from the mother model of the Persian Gulf to the daughter model. The time series of water level fluctuation at the sea border was constructed from the four main components of the tide (M2, S2, O1, K1) related to the SHATT AL ARAB OUTER BAR and applied to the model. At the upper boundary of the river, the temperature and salinity were constant, and 26 ˚C and 2.39 psu were adjusted, respectively. At this limit, the water level fluctuation was adjusted so that the net discharge of the river was 600 m3/s.Findings: In the validation stage, it was found that the result of the root mean square error test for water level fluctuation in Faw was 0.16 m, indicating good accuracy of the model results compared to field measurements. The results showed that if the Arvand mouth is dredged to reach a depth of 8 m and a width of approximately 300 m, the water level after dropping will drop to a maximum of 10 cm near the mouth, and the flow velocity in the dredged area will decrease. In addition, if 33% of the river section in Arvandkenar region is blocked, the difference in water level on both sides of the gorge will be up to 13 cm, and the maximum tidal velocity in the middle of the gorge will reach 0.57 m/s from 0.87 m/s in normal condition.Conclusion: Dredging of the Arvandroud estuary reduces the flow rate in the dredging canal and this in turn increases sedimentation in the dredging canal. However, reducing the width of the river can compensate for this slowdown and prevent sedimentation. These two methods should be used in combination to reduce the maintenance costs of the channel.