اثر بالا آمدن سطح دریا بر امواج بزرگ نزدیک ساحل و سازه های دریایی Effect of sea level rise on nearshore significant waves and coastal structures
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2016
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی عمران، سازه، مهندسی هیدرولیک، آب و سازه های هیدرولیکی، سازه های دریایی
۱- مقدمه جامعه بین المللی در طول چند دهه گذشته، به رهبری IPCC (شورای بین المللی تغییرات آب و هوایی) تحقیقاتی درباره انتشار گازهای گلخانه ای و تغییرات آب و هوایی مربوط به آن انجام داده است ((مارچتی، ۱۹۷۷، اشنایدر و چن، ۱۹۸۰؛ هافتون و همکاران، ۱۹۹۶، ۲۰۰۱؛ مارلند و همکاران، ۲۰۰۳؛ استرن و همکاران، ۲۰۰۶؛ سلیمان و همکاران، ۲۰۰۷؛ استاکر و همکاران، ۲۰۱۳ در میان بسیاری دیگر). سناریوی گازهای گلخانه ای به طور مکرر توسط IPCC به روزرسانی می شود، که گرایشات مختلفی را با توجه به فرضیات در مورد فناوری آینده و توسعه اقتصادی نشان می دهد. با این حال تمام سناریوها بالا رفتن دمای هوای ناشی از افزایش انتشار گازهای گلخانه ای و بالا آمدن سطح دریا را نشان می دهد. بر همین اساس تحقیقاتی درباره اثر بالا آمدن سطح دریا در مسائل مهندسی دریایی مختلف انجام شده است. سازه های دریایی به طور مستقیم بر بالا آمدن سطح دریا تأثیر می گذارند. اثرات افزایش عمق آب و تغییر ارتفاع موج مربوطه بر عملکرد و پایداری سازه های دریایی بررسی شده است (کلین و همکاران، ۱۹۹۸؛ ساترلند و وولف ۲۰۰۲؛ اوکایاسو و ساکای؛ ۲۰۰۶؛ استرن و همکاران ۲۰۰۶؛ ریو و همکاران، ۲۰۰۸؛تورسان و همکاران، ۲۰۰۸؛ ویگلی، ۲۰۰۹؛ ریو، ۲۰۱۰؛ تاکاگی، ۲۰۱۱؛ چینی و استنزبای؛ ساه و همکاران، ۲۰۱۲؛ لی و همکاران، ۲۰۱۳؛ ساه و همکاران، ۲۰۱۳). با این حال بیش تر این مطالعات برای یک سایت ویژه و با استفاده از بالا آمدن سطح دریا تحت یک سناریوی ویژه انجام شده اند، بنابراین استفاده از نتایج در سایت های مختلف و تحت افزایش متفاوت سطح دریا دشوار است. از طرف دیگر، تونند (۱۹۹۴) یک رویکرد بی بعد کلی تر پیشنهاد کرده که بر روی مجموعه گسترده ای از سایت ها و سناریوها اعمال می شود. بیان تغییر نسبی در عمق آب به صورت ، جایی که D و D’ عمق موج پیش و پس از بالا آمدن سطح دریا هستند. تونند تغییرات نسبی ارتفاع موج، طول موج، شریب کم عمق و ضریب شکست را با توجه به بالا آمدن سطح دریا به عنوان تابعی از d محاسبه کرده است. علاوه بر آن این تغییرات نسبی برای محاسبه تغییرات نسبی در ارتفاع بالا آمدن، سرعت روگذری موج و ارتفاع آزاد مورد نیاز و وزن حفاظ سازه های دریایی محاسبه شدند. با این حال رویکرد تونند (۱۹۹۴)، براساس تئوری موج متعارف است. در مطالعه حاضر، ما رویکرد او را به غیرمتعارف گسترش می دهیم که به طور واقعی در دریا مشاهده می شوند. در بخش بعدی روش مورد استفاده برای محاسبه تغییرات نسبی در امواج مختلف و پارامترهای سازه ای ناشی از بالا آمدن سطح دریا توضیح داده می شود. این نتایج و مباحث در بخش بعدی ارائه می شوند. به منظور کاربرد راحت تر، این نتایج به طور گرافیکی و به عنوان تابعی از ویژگی های موج آب عمیق و عمق آب مربوط به طول وج آب عمیق ارائه می شوند. در پایان نتایجی به دست می آید. ۲-روش ۲-۱- طرح کلی برای تخمین اثر بالا آمدن سطح دریا بر امواج و سازه ها، همانند کاری که توسط تونند (۱۹۹۴) انجام شده، تغییرات نسبی در عمق آب ناشی از بالا آمدن سطح دریا استفاده می شود. یک ساحل طولانی مسطح با کانتورهای عمق موازی و مستقیم را در نظر بگیرید، تغییرات نسبی در ویژگی های موج (ارتفاع موج، طول موج، ضریب کم-عمق و ضریب شکست) به عنوان تابعی از تغییرات نسبی در عمق آب تخمین زده می شوند. برای گسترش روش تونند (۱۹۹۴) به امواج غیرمتعارف، طول موج و ضریب شکست با فرمول موج متعارف اما با استفاده از مدت زمان موج بزرگ و قوانین موج بر امواج مستقیم تصادفی محاسبه می شود. ضریب کم عمق توسط فرمول پیشنهادی برای امواج نامتعارف و غیرخطی کم عمق محاسبه می شود. ارتفاع موج بزرگ با استفاده از فرمول تقریبی گودا (۱۹۷۵) محاسبه می شود. تغییرات نسبی در ویژگی های موج در ادامه برای محاسبه تغییرات نسبی در پارامترهای مختلف مربوط به عملکرد هیدرولیکی و پایداری سازه های دریایی شیبداری استفاده می شوند. ارتفاع بالا آمدن موج و تخلیه روگذری و ارتفاع آزاد مورد نیاز یک سازه با استفاده از فرمول های ارائه شده در دستورالعمل یوروتاپ استفاده می شوند (پولن و همکاران، ۲۰۰۷). وزن واحد حفاظ با استفاده از فرمول هادسون با ارتفاع موج بزرگ محاسبه می شود.
۱- مقدمه جامعه بین المللی در طول چند دهه گذشته، به رهبری IPCC (شورای بین المللی تغییرات آب و هوایی) تحقیقاتی درباره انتشار گازهای گلخانه ای و تغییرات آب و هوایی مربوط به آن انجام داده است ((مارچتی، ۱۹۷۷، اشنایدر و چن، ۱۹۸۰؛ هافتون و همکاران، ۱۹۹۶، ۲۰۰۱؛ مارلند و همکاران، ۲۰۰۳؛ استرن و همکاران، ۲۰۰۶؛ سلیمان و همکاران، ۲۰۰۷؛ استاکر و همکاران، ۲۰۱۳ در میان بسیاری دیگر). سناریوی گازهای گلخانه ای به طور مکرر توسط IPCC به روزرسانی می شود، که گرایشات مختلفی را با توجه به فرضیات در مورد فناوری آینده و توسعه اقتصادی نشان می دهد. با این حال تمام سناریوها بالا رفتن دمای هوای ناشی از افزایش انتشار گازهای گلخانه ای و بالا آمدن سطح دریا را نشان می دهد. بر همین اساس تحقیقاتی درباره اثر بالا آمدن سطح دریا در مسائل مهندسی دریایی مختلف انجام شده است. سازه های دریایی به طور مستقیم بر بالا آمدن سطح دریا تأثیر می گذارند. اثرات افزایش عمق آب و تغییر ارتفاع موج مربوطه بر عملکرد و پایداری سازه های دریایی بررسی شده است (کلین و همکاران، ۱۹۹۸؛ ساترلند و وولف ۲۰۰۲؛ اوکایاسو و ساکای؛ ۲۰۰۶؛ استرن و همکاران ۲۰۰۶؛ ریو و همکاران، ۲۰۰۸؛تورسان و همکاران، ۲۰۰۸؛ ویگلی، ۲۰۰۹؛ ریو، ۲۰۱۰؛ تاکاگی، ۲۰۱۱؛ چینی و استنزبای؛ ساه و همکاران، ۲۰۱۲؛ لی و همکاران، ۲۰۱۳؛ ساه و همکاران، ۲۰۱۳). با این حال بیش تر این مطالعات برای یک سایت ویژه و با استفاده از بالا آمدن سطح دریا تحت یک سناریوی ویژه انجام شده اند، بنابراین استفاده از نتایج در سایت های مختلف و تحت افزایش متفاوت سطح دریا دشوار است. از طرف دیگر، تونند (۱۹۹۴) یک رویکرد بی بعد کلی تر پیشنهاد کرده که بر روی مجموعه گسترده ای از سایت ها و سناریوها اعمال می شود. بیان تغییر نسبی در عمق آب به صورت ، جایی که D و D’ عمق موج پیش و پس از بالا آمدن سطح دریا هستند. تونند تغییرات نسبی ارتفاع موج، طول موج، شریب کم عمق و ضریب شکست را با توجه به بالا آمدن سطح دریا به عنوان تابعی از d محاسبه کرده است. علاوه بر آن این تغییرات نسبی برای محاسبه تغییرات نسبی در ارتفاع بالا آمدن، سرعت روگذری موج و ارتفاع آزاد مورد نیاز و وزن حفاظ سازه های دریایی محاسبه شدند. با این حال رویکرد تونند (۱۹۹۴)، براساس تئوری موج متعارف است. در مطالعه حاضر، ما رویکرد او را به غیرمتعارف گسترش می دهیم که به طور واقعی در دریا مشاهده می شوند. در بخش بعدی روش مورد استفاده برای محاسبه تغییرات نسبی در امواج مختلف و پارامترهای سازه ای ناشی از بالا آمدن سطح دریا توضیح داده می شود. این نتایج و مباحث در بخش بعدی ارائه می شوند. به منظور کاربرد راحت تر، این نتایج به طور گرافیکی و به عنوان تابعی از ویژگی های موج آب عمیق و عمق آب مربوط به طول وج آب عمیق ارائه می شوند. در پایان نتایجی به دست می آید. ۲-روش ۲-۱- طرح کلی برای تخمین اثر بالا آمدن سطح دریا بر امواج و سازه ها، همانند کاری که توسط تونند (۱۹۹۴) انجام شده، تغییرات نسبی در عمق آب ناشی از بالا آمدن سطح دریا استفاده می شود. یک ساحل طولانی مسطح با کانتورهای عمق موازی و مستقیم را در نظر بگیرید، تغییرات نسبی در ویژگی های موج (ارتفاع موج، طول موج، ضریب کم-عمق و ضریب شکست) به عنوان تابعی از تغییرات نسبی در عمق آب تخمین زده می شوند. برای گسترش روش تونند (۱۹۹۴) به امواج غیرمتعارف، طول موج و ضریب شکست با فرمول موج متعارف اما با استفاده از مدت زمان موج بزرگ و قوانین موج بر امواج مستقیم تصادفی محاسبه می شود. ضریب کم عمق توسط فرمول پیشنهادی برای امواج نامتعارف و غیرخطی کم عمق محاسبه می شود. ارتفاع موج بزرگ با استفاده از فرمول تقریبی گودا (۱۹۷۵) محاسبه می شود. تغییرات نسبی در ویژگی های موج در ادامه برای محاسبه تغییرات نسبی در پارامترهای مختلف مربوط به عملکرد هیدرولیکی و پایداری سازه های دریایی شیبداری استفاده می شوند. ارتفاع بالا آمدن موج و تخلیه روگذری و ارتفاع آزاد مورد نیاز یک سازه با استفاده از فرمول های ارائه شده در دستورالعمل یوروتاپ استفاده می شوند (پولن و همکاران، ۲۰۰۷). وزن واحد حفاظ با استفاده از فرمول هادسون با ارتفاع موج بزرگ محاسبه می شود.
Description
During the last several decades, the international community led by the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) has performed researches for projecting the emission of greenhouse gases and the corresponding climate change (Marchetti, 1977; Schneider and Chen, 1980; Houghton et al., 1996, 2001; Marland et al., 2003; Stern et al., 2006; Solomon et al., 2007; Stocker et al., 2013 among many others). The emission scenarios of the greenhouse gases have been regularly updated by the IPCC, showing different trends depending on the assumptions about future technological and economic development. However, all the scenarios project the rise of air temperature due to the increase of greenhouse gases emission and the corresponding sea level rise. Accordingly, researches have been performed for the effect of sea level rise upon various coastal engineering problems. Coastal structures are directly influenced by the sea level rise. The effects of water depth increase and the corresponding wave height change on the performance and stability of coastal structures have been investigated (Klein et al., 1998; Sutherland and Wolf, 2002; Okayasu and Sakai, 2006; Stern et al., 2006; Reeve et al., 2008; Torresan et al., 2008; Wigley, 2009; Reeve, 2010; Takagi et al., 2011; Chini and Stansby, 2012; Suh et al., 2012; Lee et al., 2013; Suh et al., 2013). However, most of these studies has been performed for a specific site using the sea level rise under a specific emission scenario so that it is difficult to use the result in different sites subject to different sea level rises. On the other hand, Townend (1994) proposed a more general dimensionless approach, which can be applied to a wide range of sites and scenarios. Expressing the relative change in water depth as d ¼ D0 =D, where D and D0 are the water depths before and after the sea level rise, he calculated the relative changes in wave height, wavelength, shoaling coefficient, and refraction coefficient due to the sea level rise as functions of d. Furthermore, these relative changes were used for calculating the relative changes in wave run-up height, wave overtopping rate, and the required freeboard and armor weight of the structures. The approach of Townend (1994), however, is based on regular wave theory. In the present study, we extend his approach to irregular waves that are actually observed on a real sea. In the following section, the method used to calculate the relative changes in various wave and structural parameters due to sea level rise is described. The results and discussion are presented in the next section. For ease of application, the results are presented graphically as functions of deepwater wave characteristics and water depth relative to deepwater wavelength. Finally, a number of conclusions are drawn.
