مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

2. مواد و روش‌ها
برای تعیین جریان کلی، ساختار ترموهالین و زمان اقامت در خلیج گرگان، مدل عددی هیدرودینامیکی سه‌بعدی و مدل عدد انتقال محلول مورداستفاده قرار گرفت. علاوه بر این، در سناریوهای مختلف، پارامتر تأثیرگذار بر روی هیدرودینامیک خلیج تعیین شد و همچنین زمان اقامت برآورد گردید.

2.1 مدل عددی
این مطالعه با استفاده از مدل MIKE 3 Flow FM انجام شد. این مدل توسط موسسه هیدرولیک دانمارکی (DHI) برای مدل‌سازی سه‌بعدی آب طراحی‌شده است. مدل MIKE 3 Flow Model FM به‌طورکلی و علمی در جهان مورد تائید قرارگرفته است. FM به شبکه‌ی انعطاف‌پذیر اشاره می‌کند که بر اساس آن تکنیک‌های عددی در سیستم مدل‌سازی (DHI 2012) استفاده‌شده است.

ماژول انتقال مدل FM MIKE 3، یکی دیگر از ماژول‌ها که در این مطالعه مورداستفاده قرارگرفته است، به‌صورت دینامیک با ماژول هیدرودینامیکی ارتباط دارد و توزیع و سرنوشت مواد حل‌شده یا معلق در محیط آب تحت تأثیر انتقال مایع و پراکندگی‌های مرتبط را نشان می‌دهد. امروزه، مطالعات زیادی انجام‌شده است که از این مدول ها استفاده کرده‌اند. ماژول انتقال می‌تواند انتقال یک مقدار اسکالر را محاسبه کند.

2.2 تنظیم شبیه‌سازی‌ها
در این مطالعه، ژنراتور مش MIKE برای تولید مش محاسباتی استفاده شد. تولید مش شامل مراحل زیر است: (1) انتخاب منطقه‌ای که باید از طریق مرزها مدل‌سازی شود؛ (2) تعریف نوع مرزهای مدل و تمایز مرزهای باز، که از طریق آن جریان آب، از مرزهای بسته، که آب نمی‌تواند عبور کند، عبور می‌کند؛ (3) تولید سلول‌های سه‌گوش مستقل در منطقه موردمطالعه؛ (4) داخل کردن عمق سنجی به سلول‌های مثلثی؛ و (5) پالایش کردن سلول‌ها به‌وسیله مقیاس دهی سلول‌ها با توجه به عمق آب در هر نقطه مرکز. داده‌های بیتومتری خلیج گرگان که عمق آب را در هر موقعیت جغرافیایی نشان می‌دهد، توسط مرکز ملی نقشه‌برداری ایران در سال 2006 اندازه‌گیری شد (اطلاعات موجود در www.ncc.org. ir). اندازه سلول‌ها در طول خلیج متفاوت بود؛ در کم‌عمق‌ترین قسمت خلیج، وضوح فضایی به‌صورت ریز هست. وضوح از 300 متر در خط ساحلی تا 500 متر در عمیق‌ترین قسمت خلیج هست. به‌طورکلی، می‌توان گفت که میانگین سطح سلول‌ها حدود 47،700 مترمربع است (شکل 2). علاوه بر این، مدل دارای پنج لایه سیگما عمودی هست.
داده‌های هواشناسی که به مدل عددی اعمال می‌شوند، در یک ایستگاه هواشناسی سینوپتیک متعلق به سازمان هواشناسی ایران در فاصله زمانی 3 ساعته (اطلاعات موجود در www.irimo.ir) اندازه‌گیری شد. سری زمانی تخلیه ماهانه رودخانه به خلیج که از ایستگاه‌های هیدرومتری شرکت مدیریت منابع آب ایران به دست آمد، به‌عنوان منابع نقطه‌ای در مدل (اطلاعات موجود در www.wrm.ir) موردتوجه قرار گرفت.

مدل مورداستفاده در این مطالعه دارای دو نوع مرز بود: مرزهای باز، که شامل ورودی اولیه خلیج گرگان و کانال خزینی و مرزهای بسته شامل خط ساحلی و سطح جامد است. سطح آب به‌عنوان شرایط مرزی باز در مدل هیدرودینامیکی مشخص‌شده است. داده‌های آب در مرزهای باز توسط مرکز تحقیقات ملی دریای خزر، که شعبه‌ای از موسسه تحقیقات آب ایران است، در ایستگاه سطح آب با یک‌زمان با فاصله زمانی 4 ساعت (اطلاعات موجود در www.wri.ac.ir) ثبت شد. علاوه بر این، سطح آب از خلیج 27 متر پایین سطح اقیانوس‌های جهان در آغاز شبیه‌سازی تعریف‌شده است.
این مطالعه شامل پنج مرحله بود: (1) کالیبراسیون، (2) اعتبارسنجی، (3) مدل‌سازی جریان ناشی از باد، (4) مدل‌سازی جریان کلی و ساختار ترموهالین، و (5) محاسبه زمان اقامت. در مراحل 1 و 3، تنها اثرات تنش باد، اصطکاک پایین و تغییرات سطح آب در مرزهای باز به مدل اعمال‌شده است. در مراحل دیگر، مدل‌سازی خلیج گرگان با در نظر گرفتن تغییرات سطح آب، جریان‌های حرارت و شوری در مرزهای باز، تأثیر ورود رودخانه‌ها، رسوب خالص، استرس باد، اصطکاک پایین و تبادل حرارت با جو انجام شد. دومی بر اساس شار حرارتی پایه، شار حرارتی حساس، تابش خورشیدی کل و تابش طول‌موج کل محاسبه‌شده است. بنابراین، جریان‌های حرارتی و نمکی از طریق مرزهای باز نیز به مدل اعمال شد، و سری زمانی تغییرات ماهانه دما و شوری آب به‌عنوان شرایط دیگر مرزی علاوه بر تغییرات سطح آب در نظر گرفته شد.
در آب‌های جزر و مد دار که در آن خطوط مستقیم یا بازگشتی جریان مستقیم هستند، مشخص است که برخی از ردیاب‌ها، که در یک آب آزاد می‌شوند، می‌توانند محیط اطراف را در طول دوره فرورفتگی ترک کنند و در طی دوره سیلاب بعدی دوباره به موقعیت اولیه خود برسند. در این مطالعه، ازآنجاکه در ناحیه مطالعه تقریباً هیچ جزر و مدی وجود ندارد (بنی و همکاران 2013)، فرض بر این بود که هیچ تریسی از مرز باز، ورودی اصلی، هرگز نمی‌تواند بعداً دوباره به خلیج بازگردد و بنابراین، غلظت تریسی صفر به‌عنوان شرایط مرزی در مدل انتقال، در مرحله پنجم در نظر گرفته شد.

2.3 مشاهده منظم جریان‌های سطح
به‌منظور ارائه داده‌ها برای کالیبراسیون مدل‌های عددی، مشاهدات جریان‌های سطح در خلیج گرگان به‌واسطه‌ی سطوح شناور تعیین شد. شناوران دارای شکل استوانه‌ای با ارتفاع 1 متر و قطر 15 سانتی‌متر بودند. مسیرهای مربوط به شناور توسط یک سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) با فاصله زمانی 1 دقیقه ثبت شد.
شناور در شش موقعیت متفاوت در سمت خلیج قرار داده شد، همان‌طور که در شکل 3 نشان داده‌شده است. هر شناور تنها یک‌بار در یک منطقه مستقرشده است. اطلاعات بیشتر در جدول 1 نشان داده‌شده است تا نشان دهد که چقدر طول می‌کشد هر یک از شناورها عمل کنند و طول و سرعت متوسط جابجایی آن‌ها تعیین شود.

3. نتایج و بحث
3.1 تجزیه‌وتحلیل حساسیت و کالیبراسیون
برای ارزیابی داده‌های معتبر، مدل عددی باید کالیبره شود. کالیبراسیون به معنی تنظیم پارامترهای مدل‌سازی برای ایجاد تناسب بین خروجی‌های مدل و داده‌های مربوط به‌ اندازه‌گیری هست. در این مطالعه، مدل عددی بر روی مشاهدات میدانی جریان‌های سطح و مجموعه‌ای از اندازه‌گیری دما و شوری کالیبره شده است.
قبل از کالیبراسیون، حساسیت مدل به تغییرات پارامترهای مدل موردبررسی قرار گرفتند. تجزیه‌وتحلیل حساسیت نشان داد که میدان فعلی مدل شده حساس به‌اندازه سلول شبکه و زبری بستر هست. دمای مدل و شوری نیز به‌اندازه سلول شبکه و شدت نور حساس بودند.
به‌منظور ایجاد خروجی‌های مدل مستقل از اندازه سلول شبکه، نتایج به‌دست‌آمده از وضوح مش‌های مختلف شبکه مورد مقایسه قرار گرفت، اندازه سلول تا زمانی که نتایج ثابت به دست آمد، تصفیه شد و مش نهایی با وضوح مطلوب تعیین‌شده است. همه شبیه‌سازی‌های بعدی با مش نهایی حاوی 12،882 سلول افقی تعیین شد (شکل 2).

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

WEC ها هنوز در حال ظهور تکنولوژی هایی هستند بنابراین مطالعات محدودی روی LCA از WEC ها وجود دارد. Soerensen et al. (2006) مطالعه ای از LCA را روی WEC انجام داده اند و اژدهای امواج – Wave Dragon نامیده شده که نشان می دهد این نوع از وسایل 20 مرتبه انرژی بیشتری را نسبت به انرژی استفاده شده برای آن در طول سلسله مراحلش تولید می نماید. Dahlsten (2009) به اجرای LCA از WEC پرداخته و ادعا کرده که اغلب برخوردات مربوط به مواد استفاده شده به علاوه نصب و تعمیر و نگهداری بوده است و عدم به کارگیری نمی تواند نادیده گرفته شود. Thomson et al. (2011) مشخص نموده است که Pelamis WEC مقدار 24 تا 30 گرم کربن دی اکسید به ازای هر کیلووات ساعت منتشر نموده و EPBT برابر 21 تا 25 ماه به عنوان نتیجه ای از یک بررسی LCA بوده است. Collins (2014) از LCA برای ارزیابی ظرفیت های زیست محیطی مبدل انرژی موجی Oyster و توربین جزرومدی SeaGen به صورت کامل استفاده نموده است. مطالعات اشاره شده ادعا نموده اند که این وسایل دارای اثرات زیست‌محیطی مشابه با توربین های بزرگ بوده که برحسب دوره برگشت CO2 و انرژی شرح داده شده است.
در این بررسی، یکپارچه سازی تولید انرژی باد و موج در وسیله ای منفرد برحسب قابلیت تحمل زیست محیطی تحقیق شده است. برای ترکیب مبدل های انرژی باد و موج در یک سکوی شناور منفرد به طرحی ابتکاری و نوعی از ساختار نیاز داریم که دارای فضای کافی برای بدنه ساختمان و ژنراتورهای اضافی مبدل های انرژی موجی باشد. این ساختار نوین ممکن است دارای نیازمندی های ماده ای اضافی در مقایسه با دیگر انواع توربین های بادی دور از ساحل متحرک باشد که این سوال را ایجاد می نماید، آیا این نوع جدید از ساختار انرژی اضافی کافی برای تنظیم تفاوت ها در طراحی را تولید می نماید و آیا واقعا ً افزایشی در ظرفیت های زیست محیطی در مقایسه با دیگر مفاهیم شناور وجود دارد؟
در این زمینه، هدف از این بررسی برای پاسخ به سوالات اشاره شده در بالا توسط تحقیقات عمیق از سکوی دور از ساحل چندمنظوره ابداعی، طراحی شده برای شرایط موقعیت دور از ساحل Cantabrian اقیانوس اطلس، بوده است. ارزیابی سکو از طریق حساسیت LCA و همچنین تحلیل طرح ها بینشی را بر برخورد نسبت های بازیافت تخمینی و موقعیت زمینی انرژی روی اثرات زیست‌محیطی این ساختار ابداعی در مراحل طراحی اولیه خواهد داد.

2. مواد و روش ها
ارزیابی چرخه عمر (LCA) به عنوان روشی برای تعیین اثرات زیست محیطی یک محصول یا یک دستورالعمل در طول مدت عمرش از ابتدا تا انتها می باشد. LCA با ارزیابی اثرات زیست ‌محیطی (EIA) و ارزیابی خطر (RA) توسط ماهیت تطبیقی محصولاتش تفاوت دارد و ممکن است که برای بهبود محصول یا مقایسه محصول یا دستورالعمل ها استفاده شود. نتایج مقداری تولید شده توسط بررسی های LCA ممکن است که در طول فرآیندهای تصمیم گیری استفاده شود. با استفاده از LCA در طول فرآیندهای طراحی، اثرات زیست‌محیطی نیز در نظر گرفته شده و این نتایج در منافع زیست محیطی، انتقال مشکلات اضافی به خاطر کاهش انتشار در یک فرآیند و افزایش در دیگری با ملاحظه تمامی مراحل از استخراج مواد تا دفع پسماند ممانعت شده است.
ارزیابی سلسله مراحل شامل چهار مرحله اصلی بوده که در مدیریت زیست محیطی ایزو 14040 – ارزیابی سلسله مراحل – قواعد و چارچوب ها شرح داده شده است. در مرحله تعریف اهداف و دامنه رسیدگی، روش کار، واحد اصلی، ظرفیت های سیستم و سطح ریز اقلام تعیین شده است. مرحله فهرست گیری از مدت عمر اجناس (LCI) از تعیین ورودی ها و خروجی ها در تمامی مراحل با توجه به ظرفیت های سیستم و روش های تخصیص یافته در مرحله اول و در مرحله ارزیابی برخورد مدت عمر (LCIA) تشکیل شده است. نتایج فهرست گیری از مدت عمر اجناس به دسته بندی های برخورد زیست محیطی مربوطه تبدیل شده است (Baumann and Tillman, 2004). EDIP, CML 2001, TRACI etc به عنوان روش هایی متداول بوده که برای تبدیل انتشار امواج به دسته بندی های برخوردی استفاده شده است. تفسیر نتایج به عنوان آخرین مرحله بوده است. پس از LCIA، ممکن است فازی سنجشی وجود داشته باشد که اختیاری است.
نرم افزارهای متعدد فروشی و رایگان در دسترس می باشد برای اینکه در طول مدلسازی از ابتدا تا انتهای محصول/ دستورالعمل استفاده شود که عموما ً پایگاه اطلاعاتی رایگان یا فروشی استفاده شده و شامل ورودی و خروجی های فرآیندهای تولید می باشد. SimaPro, GaBi و Open LCA به عنوان نمونه هایی از نرم افزارهای استفاده شده مخصوصاً برای LCA، و ساختن اقتصادی و PE به عنوان نمونه هایی از پایگاه داده عمومی LCI بوده اند.
هدف از این مطالعه برای تعیین برخوردهای زیست محیطی مدت عمر سکوی دور از ساحل چندمنظوره شناور (MUP) بوده است. سکوی دور از ساحل بررسی شده توسط دانشگاه Cantabria (UC) طراحی شده که شامل یک توربین بادی NREL 5 MW و سه ستون آب نوسانی 1150 کیلوواتی از نوع WEC (شکل 1) نصب شده روی سه سیلندر در هر راس سکو می باشد (Armesto et al., 2016; Zanuttigh et al., 2016). ارتفاع چرخ هر توربین بادی برابر 90 متر و قطر روتور برابر 63 متر بوده است. LCA برای یک زمین MUP شامل 77 عدد MUP متحرک، کابل های ولتاژ متوسط و ولتاژ قوی و یک ایستگاه فرعی دور از ساحل اجرا شده است. در طراحی اصلی زمین MUP همچنین یک ایستگاه فرعی نزدیک ساحل وجود دارد که در بررسی LCA در نظر گرفته نشده است. موقعیت پیشنهادی زمین MUP در محل دور از ساحل Cantabrian به نام Virgen del mar که 13-3 کیلومتر دورتر از ساحل واقع شده است. زمین MUP برای تولید 110 گیگاوات ساعت انرژی به ازای هر سال توسط OWC و 777.25 گیگاوات ساعت به ازای هر سال توسط توربین های بادی تخمین زده شده است (Armesto et al., 2016; Zanuttigh et al., 2016) و طول عمر زمین MUP تا 25 سالگی برنامه ریزی شده که نتایج 22 سالگی برابر 181.29 گیگاوات ساعت انرژی تولیدشده توسط زمین انرژی بوده است. مشخصات زمین MUP در جدول 1 فهرست شده است.
واحد اصلی مورد بررسی دارای 1 کیلووات ساعت برق می باشد. نرم افزار GaBi برای ورود اطلاعات و ارزیابی مدت عمر محصول استفاده شده است. عقیده عمومی و کاربرد نرم افزار LCA عبارت است از اینکه اهمیت نمی دهد که آیا کارورزهای LCA از یک نرم افزار LCA استفاده می کنند یا از نرم افزار دیگری. با این وجود، برخورد انتخاب نرم افزار LCA به عنوان موضوعی مورد توجه از مطالعات اخیر بوده است. مقایسه نتایج LCA از دو نرم افزار LCA متداول استفاده شده برای چهار ماده اصلی با استفاده از داده های ورودی تشخیصی، پایگاه داده و روش شناسایی ارزیابی برخورد منجر شده است به اینکه انتخاب نرم افزار روی نتایجی موثر بوده است که امکان دارد با هدایت اشتباه تصمیم گیرندگان به پایان برسد. این مورد با فقدان سازگاری موجودیت و کمیت عوامل توصیفی ایستگاه های فرعی بین دو نرم افزار توضیح داده شده است (Speck et al., 2015) که به نتایجی مشابه رسیده اند. Herrmann and Moltesen (2015) به نتایجی مشابه رسیده اند. انتخاب نرم افزار به عنوان پارامتری موثر روی نتایج LCA توسط تحلیل 100 واحد انتخابی به طور تصادفی با استفاده از SimaPro و GaBi انجام شده است. به خاطر بودجه مالی و اهمیت زمانی، تصمیم به استفاده از یک نرم افزار به تنهایی برای این بررسی گرفته شده است که منجر به استفاده از GaBi گردیده که یکی از دو نرم افزار LCA استفاده شده به طور گسترده می باشد.
روش شناسی ارزیابی برخورد زیست محیطی همچنین به عنوان عاملی تعیین کننده برای بررسی LCA می باشد. روش های CML و Eco-indicator 99 به عنوان متداول ترین روش های استفاده شده برای مطالعات LCA توربین های بادی بوده که مقایسه ای از نتایج با مطالعات صریح قبلی را ایجاد می نماید. این دو روش به خاطر خاتمه با نتایج فرعی تر سودمند بوده اند (Martínez et al., 2015). در نتیجه روش CML 2001 (Guin_ee et al., 2002) برای توصیف نتایج انتخاب شده است. در روش CML 2001، نتایج برحسب دسته بندی های برخوردی زیر نمایش داده شده اند: کاهش مواد بی جان، اسیدی سازی، انباشتگی خوراک آبی، مسمومیت آبزیان آب شیرین، گرم شدن جهانی (100 سال GWP)، پساب انسانی، نازک شدن لایه اوزون، ایجاد فتوشیمیایی اوزون، مسمومیت اکوسیستم زمینی و مسمومیت اکوسیستم دریایی. با توجه به Pettersen and Hertwich (2008) و Weinzettel et al. (2009) ، CML 2001 نتایجی غیردقیق را برحسب دسته بندی برخورد مسمومیت اکوسیستم دریایی تولید می نماید. در نتیجه، این دسته بندی برخورد در فرآیند توصیف و تفسیر نتایج مستثنی شده است.
LCA اجرا شده a) تولید و فرآوری، ترابری و نصب (MTI) ، b) بهره برداری و تعمیر نگهداری ، و c) مراحل جمع آوری را پوشش می دهد. قسمت های تولید شده در اولین مرحله توسط کامیون ها به ساحل و توسط لنج ها به موقعیت زمین MUP انتقال داده شده، نصب آنها در موقعیت زمین MUP دور از ساحل رخ داده و عملیات اجرایی و تعمیر و نگهداری به مدت 25 سال ادامه می یابد و نهایتا ً زمین های MUP جمع آوری می شوند.

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1. مقدمه
1.1. ساختار جریان برگشتی و چرخه آن
1.2. سیستم های جریان برگشتی
2. پیش زمینه ای برای انتشار امواج در خطوط ساحلی
3. دسته بندی جریان برگشتی حاصل از شکست موج بر اساس مکانیسم رانش فیزیکی
3.1. کنترل هیدرودینامیکی جریان های برگشتی
3.1.1. جریان های لحظه ای
3.2.1. جریان های شکافنده ناپایدار
3.2. کنترل ژرفایی جریان های برگشتی
3.3. کنترل جریان های حد ساحلی
3.3.1 جریان های سایه
3.3.2 جریان انحرافی
3.4. سایر جریان های برگشتی
3.4.1. برخی جریان های برگشتی رایج و مرکب
3.4.2 جریان برگشتی Embayed-Cellular (کانال و بریدگی حد سواحل)
3.5 خلاصه ای از انواع جریان های برگشتی
3.6.عکس العمل جریان برگشتی به تغییرات رانشی
4.1 کنترل هیدرودینامیکی جریان
4.2. کنترل جریان های برگشتی ژرفایی
4.4. جریان های مرکب
4.5 خلاصه ای از عکس العمل در جریان
5. مسائل مرتبط با امنیت سواحل
6. خلاصه و نتیجه گیری
6.1 خلاصه
6.2. پیشنهاد برای مطالعات آتی و نتیجه گیری از سرنخ ها

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1. مقدمه
جریان های برگشتی ساحلی رو به دریا در امتداد فلات به خط ساحلی گسترش یافته اند واز ناحیه شکست موج عبور می کنند؛ این جریان ها معمولا با عنوان جریان های متمرکز طبقه بندی شده اند. جریان های برگشتی اساسا در نتیجه شکست امواج ظاهر می شوند (Bowen, 1969)، بنابراین در بسیاری از سواحل شاهد آن ها هستیم – در امتداد سواحل اقیانوسی و دریاچه ها (Wright and Short, 1984; Lippmann and Holman, 1989; Masselink and Short, 1993; Scott et al., 2011a; Loureiro et al., 2013). جریان های برگشتی در حمل و نقل و کشتیرانی و تقسیم دما در سواحل، مهیا کردن مواد مغذی و حفظ گونه های بیولوژیکی از اهمیت بالایی برخوردار هستند (Talbot and Bate, 1987; Shanks et al., 2012; Sinnett and Feddersen, 2014). با این حال، مدت هاست به دلیل شرایط خطر آفرین برخی از سواحل، جریان های برگشتی در هر دو زمینه علمی و اجتماعی حائز اهمیت بوده اند. این نوع از جریان ها معمولا به دلیل وجود دوره های زمانی (ساعت ها – روزها) و سرعت میانگین (اغلب0.5 m/s >) مکفی امکان انتقال حجم بالایی از رسوبات دریایی را فراهم می آورند (e.g. Cook, 1970; Thornton et al., 2007; Loureiro et al., 2012b, Castelle et al., 2015). این عمل می تواند بر اهمیت خط ساحلی محلی بی افزاید و به واسطه فرسایش نیز تهدیدی برای زیر ساخت های خطوط ساحلی و ساکنین این مناطق باشد. با این حال بزرگترین تاثیر جریان ها برگشتی در جوامع به واسطه مخاطراتی است که برای ساکنان مناطق مذکور به وجود آمده است (شکل 1). البته مطالعات اولیه در زمینه جریان های برگشتی (e.g. Davis, 1925; Shepard, 1936) در تلاش هستند از طریق جلب توجه افراد به مخاطرات ، آن ها را از اصطلاحات گمراه کننده ای چون “موج زیرکش” و “پس خیزاب” دور نمایند، با این حال همچنان اشتباهات این چنین پیش می آمدند.
جریان برگشتی ساحلی می تواند شناگران بالغ و ماهر را علارغم قابلیت هایشان به اعماق بکشد (Drozdzewski et al., 2012, 2015) (شکل 1)، به طوری که خستگی و ترس در نهایت به غرق شدن آن ها می انجامد (Brander et al., 2011). در سرتاسر جهان سالانه صد ها نفر غرق می شوند و ده ها هزار نفر نیز از غرق شدن نجات می یابند (e.g. Klein et al., 2003; Hartmann, 2006; Gensini and Ashley, 2009; Brewster, 2010; Brighton et al., 2013; Scott et al., 2011b; Arun Kumar and Prasad, 2014; Arozarena et al., 2015; Barlas and Beji, 2015). اکنون مشخص شده است که سواحل موج سواری بزرگترین تهدید برای شناگران هستند (Brander, 2015; Brander and Scott, 2016).
اگرچه به خطر افتادن شناگران در پی عواملی چون عوامل انسانی، اجتماعی، رفتاری و عاطفی در افراد معرفی شده است (Sherker et al., 2010; Hatfield et al., 2012; Williamson et al., 2012; Caldwell et al., 2013; Woodward et al., 2013, 2015; Brannstromet al., 2014)، با این حال در درجه اول مجموع عوامل فیزیکی همچون الگو و سرعت جریان جزئی از این اتفاقات ناگوار را به خود اختصاص می دهند (Scott et al., 2014). به گفته Brander andMacMahan (2011) درک ما از جریان برگشتی در آگاهی از ایمنی تاثیر بسیاری بر امنیت سواحل داشته است. در نتیجه لازم است تاریخچه پیشرفت مطالعات تخصصی و افزایش دانش مرتبط در نظر گرفته شوند (شکل 2).
شکل 2 تحقیقات چاپ شده از الگوهای زمانی از جریان های برگشتی در ژورنال های بین المللی را به صورت جزئی به نمایش میگذارد. 236 مقاله طی سال های 1925 الی 2016 منتشر شده است. در اینجا فهرست منتشران و معیار جامع تکمیلی نیز ارائه شده اند. مقالات منتشر شده به پنج کد موضوعی غالب تقسیم می شوند که برخی از آن ها دارای زیرمجموعه خاص خود هستند. برخی از این مقالات (در صورت امکان) تحت چندین تم و زمینه متفاوت کد گذاری می شوند. همانطور که در شکل 2a مشاهده می شود، سرعت گسترش مطالعات مرتبط با جریان برگشتی تا سال 2000 بسیار کند بوده است. با توجه به زمینه های مورد مطالعه، ماهیت مطالعات اولیه در زمینه جریان برگشتی به وضوح کیفی بوده و ارائه دهنده مطالعات توصیفی بوده است؛ در بعضی از مواقع نیز انواع مختلفی از جریان های برگشتی را به تصویر می کشد، در سال های اخیر به ویژه طی سال های 2000 تا به امروز شاهد افزایش چشم گیر مطالعات عددی بودیم ، این در حالی است که مدلسازی های تجربی مفهومی طی این سال ها تقریبا بی تغییر باقی مانده اند (e.g. Wright and Short, 1984) (شکل 2ب).
طی سال 2000 تا به امروز به وضوح مشخص است با رشد مدلسازی مطالعات، رشد قدرت محاسباتی و چارچوب های نظری در زمینه جریان های برگشتی پیشرفت چشم گیری داشته اند (شکل 2ث)، این رویدادها عموما به دلیل پیشرفت های فنی و کاهش هزینه های مرتبط با ابزار جمع آوری داده های عملی شده اند (e.g. MacMahan et al., 2005, 2009; Schmidt et al., 2003). کاملا روشن است رشد تدریجی در محاسبات Eulerian که جریان برگشتی را ثبت می کرده است از یک نقطه ی مشخص شده عبور می کند و معمولا پیاده سازی یک یا چند جریان سنج در سیستم جریان برگشتی را در بر می گیرد. با وجود اینکه رویکرد Eulerian دارای محدودیت است، با این حال در زمینه تحلیل و درک تغییر پذیری جریان برگشتی- برای مثال سرعت جریان مدولاسیون خیزاب کشندی و پالس جریان ها- سودمند بوده است (e.g. Sonu, 1972; Aagaard et al., 1997; Brander and Short, 2001; MacMahan et al., 2004, 2006). همانطور که در شکل 2d مشخص شده است، اندازه گیری های لاگرانژی در دهه های اخیر رشد داشته اند. روش های لاگرانژ مشاهده، یا بررسی مسیرهای جریان های خاص در سیستم جریان برگشتی را در بر می گیرد و برای نمایش دو بعدی تغییر پذیری مسیر جریان ها و الگوهای سرعت سطحی کارآمد هستند(e.g. Schmidt et al., 2003; Spydell et al., 2007; Austin et al., 2010; MacMahan et al., 2010a; Houser et al., 2013; McCarroll et al., 2014b; Winter et al., 2014; Scott et al., 2016). محاسبات لاگرانژ و محاسبات اولیه در موسسه اقیانوس شناسی Scipps ، کالیفرنیا، با هدف تحلیل جریان مشابه صورت می پذیرد (Shepard et al., 1941; Shepard and Inman, 1950).
تعداد مطالعات مرتبط با مخاطرات جریان های مذکور تا پیش از Lushine (1991) و Lascody (1998) محدود بودند (e.g. Davis, 1925; Shepard, 1936; Shepard et al., 1941 ). با این حال، از سال 2010 تا کنون توجه به خطرات مرتبط با اینگونه جریان ها به ویژه از سوی مطالعات علوم اجتماعی و درک انسانی رو به افزایش بوده است (شکل 2e) (e.g. Drozdzewski et al., 2012; Brannstrom et al., 2014; Woodward et al., 2015). اکنون می توان رشد تعداد گزارشات آماری (e.g. Brighton et al., 2013; Arozarena et al., 2015; Barlas and Beji, 2015) و مطالعات فیزیکی مرتبط با مدلسازی و بررسی رفتار شناگران در مواجهه با جریان های برگشتی (e.g. McCarroll et al., 2014a; McCarroll et al., 2015; Castelle et al., 2016; Van Leeuwen et al., 2016) را نیز مشاهده نمود. به طور کلی، با توجه به شکل 2 و مطالب تکمیلی کاملا مشخص است که محققان توجه بسیاری به مقوله جریان های برگشتی دارند، به گونه ای که به ترتیب مطالعات مرتبط با مخاطرات ساحلی، مدلسازی و تحلیل آن همچنان رو به رشد است.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Many global beaches are characterized by the presence of narrow and concentrated seaward flowing rip currents that extend from close to the shoreline, through the surf zone, and varying distances beyond. Rip currents are fundamentally driven by the action of breaking waves (Bowen, 1969) and are therefore found on a range of beach types (Wright and Short, 1984; Lippmann and Holman, 1989; Masselink and Short, 1993; Scott et al., 2011a; Loureiro et al., 2013) along oceanic, sea and lacustrine coasts exposed to different wave climates. It is well established that rip currents are important for the transport and crossshore mixing of heat, pollutants, nutrients and biological species (Talbot and Bate, 1987; Shanks et al., 2012; Sinnett and Feddersen, 2014). However, rip currents have long been of both scientific and societal interest mostly due to the coastal hazard they represent. Their flow is often sustained over sufficient temporal periods (hours–days) and mean velocities (often N0.5 m/s) enable transport of large volumes of sediment offshore, particularly during storm events (e.g. Cook, 1970; Thornton et al., 2007; Loureiro et al., 2012b, Castelle et al., 2015). This can accentuate localized shoreline and dune erosion making them a threat to shoreline infrastructure and coastal communities. However, arguably the greatest impact that rip currents present to society is through the hazard they represent to beach users who find themselves caught in one (Fig. 1). Indeed, the earliest studies on rip currents (e.g. Davis, 1925; Shepard, 1936) brought attention to the hazard by coining the term ‘rip current’ in an attempt to differentiate them from the conceptually misleading terms ‘undertow’ and ‘riptide’, which were gaining popularity in the public vernacular at the time and are unfortunately still often incorrectly used by the public and media to describe rip currents. Rip current flows can quickly carry unsuspecting bathers of all swimming abilities (Drozdzewski et al., 2012, 2015) into deeper water (Fig. 1), often against their will, where a combination of exhaustion and panic too often results in a drowning death (Brander et al., 2011). Each year hundreds of people drown and tens of thousands more are rescued from rip currents globally (e.g. Klein et al., 2003; Hartmann, 2006; Gensini and Ashley, 2009; Brewster, 2010; Brighton et al., 2013; Scott et al., 2011b; Arun Kumar and Prasad, 2014; Arozarena et al., 2015; Barlas and Beji, 2015) and it is now well established that they are the primary physical hazard facing recreational bathers on surf beaches worldwide (Brander, 2015; Brander and Scott, 2016). While the severity of the rip hazard to bathers has been shown to be influenced by various demographic, social, behavioural, knowledgebased and emotional factors (Sherker et al., 2010; Hatfield et al., 2012; Williamson et al., 2012; Caldwell et al., 2013; Woodward et al., 2013, 2015; Brannstrom et al., 2014), in terms of physical factors it is primarily dictated by a combination of rip current flow speed and circulation patterns (Scott et al., 2014). As outlined by Brander and MacMahan (2011), our understanding of rip current flow behaviour has had a strong influence on existing global rip current hazard safety messaging promoted to the public, particularly in terms of self-escape strategies. From this perspective it is therefore useful to consider the historical progression of scientific research and knowledge in relation to both rip current flow and the rip current hazard (Fig. 2). Fig. 2 presents temporal patterns of rip current related publications in internationally refereed journals based on a detailed search of the literature. A total of 236 publications from 1925 to April 2016 were sourced and the publication list and criterion for their inclusion are provided in Supplementary Material. Publications were coded into five dominant subject themes, some with sub-themes. Some papers (if applicable) were coded with multiple themes. As evident from Fig. 2a, scientific interest in rip currents experienced a relatively slow and modest progression until a marked and rapid increase post-2000 that continues today. In terms of themes, early studies on rip currents were clearly qualitative in nature either providing a descriptive review of existing rip current knowledge or describing different types of rip currents and there is some evidence of increased interest in both areas in recent years (Fig. 2b). There has been a noticeable increase in numerical process-based modelling studies, particularly since 2000, while the number of physical laboratory studies and conceptual empirical based models (e.g. Wright and Short, 1984) have remained relatively low over time (Fig. 2d). The increase in modelling studies is clearly a reflection of improved computing power and theoretical framework just as the rapid increase in rip current field measurements since 2000 (Fig. 2c) is largely due to technological advances and reduced costs of data gathering equipment (e.g. MacMahan et al., 2005, 2009; Schmidt et al., 2003). This is evident from the gradual temporal increase in Eulerian measurements, which record rip current flow past a fixed point and typically involve deployment of one or more flowmeters in a rip current system. While Eulerian approaches offer limited spatial coverage, they have been particularly useful in examining and understanding the temporal variability of rip current flow, such as the tidal modulation of rip current velocity and flow pulsing at infragravity frequencies (e.g. Sonu, 1972; Aagaard et al., 1997; Brander and Short, 2001; MacMahan et al., 2004, 2006). Also apparent from Fig. 2d is the increase in Lagrangian field measurements in the last decade. Lagrangian methods involve observing, or measuring, trajectories of specific fluid parcels through the rip current system and are useful for providing a two-dimensional representation of the spatial variability of rip current circulation and surface velocity patterns over time (e.g. Schmidt et al., 2003; Spydell et al., 2007; Austin et al., 2010; MacMahan et al., 2010a; Houser et al., 2013; McCarroll et al., 2014b; Winter et al., 2014; Scott et al., 2016). The move towards Lagrangian measurements is reminiscent of the earliest field measurements of rip current flows conducted near the Scripps Institute of Oceanography at La Jolla, California (Shepard et al., 1941; Shepard and Inman, 1950) using floating objects and drogues. In terms of studies related to the rip current hazard, while the earliest rip current publications (e.g. Davis, 1925; Shepard, 1936; Shepard et al., 1941) acknowledged the drowning hazard represented by rip currents, a dearth of dedicated hazard research existed until the data-driven models/forecasts studies by Lushine (1991) and Lascody (1998). However, since 2010 there has been a rapid proliferation of interest in the rip current hazard, particularly from social science studies (Fig. 2e) relating to human understanding, perception of, and behaviour in relation to the rip hazard (e.g. Drozdzewski et al., 2012; Brannstrom et al., 2014; Woodward et al., 2015). In this time, there has also been increased interest in statistical data reporting (e.g. Brighton et al., 2013; Arozarena et al., 2015; Barlas and Beji, 2015) and physical studies involving measuring or modelling swimmer behaviour in rip currents (e.g. McCarroll et al., 2014a; McCarroll et al., 2015; Castelle et al., 2016; Van Leeuwen et al., 2016). Overall, it is evident from Fig. 2 and Supplementary Material that scientific interest in rip currents is high, with continued rapid growth largely being driven by hazard related studies, followed by field measurements and modelling works.

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1-معرفی
در شرق و جنوب چین نهشته های چهارگانه ای مانند رس نرم به وسیعی انباشته شده اند.نهشته های اطراف شهر لیانیونگانگ(LYG) در ایالت جیانگسو به طور کامل با نهشته های رس دریایی نرم انباشته شده در شمال دریای زرد مشترک است(نگاه کنید به شکل 1).شایان ذکر است که رس هایی که در شهر لیانیونگانگ توسط سیر قهقرایی طبیعت در حدود 4800 تا 6000 سال پیش در دریا انباشته شده اند.تقریبا 1000 سال پیش رودخانه باستانی زرد (یا هوانگه) مسیر خود را تغییر داد و وارد دریای زرد در جنوب منطقه لیانیونگانگ شد که مقادیر زیادی رسوب از فلات لوئس در شمال غربی چین را با خود به همراه آورد.این اطلاعات توسط زمین شناسان و و جغرافی دانان تایید شده است.(برای نمونه به xue et al,2003 نگاه کنید).
اخیرا تعداد زیادی سازه مانند بزرگراه ،راه آهن و ساختمان در این منطقه ساخته شده اند و این باعث تشویق تعداد زیادی محقق جهت بررسی رفتار مکانیکی رس دریایی لیانیونگانگ در یک دهه ی اخیر شده است.Liu و همکاران در سال 2008 تعدادی آزمایش نفوذ مخروط فشار(CPTu) در محل انجام دادند و روش های کنونی تعیین پارامترهای خاک با استفاده از CPTu را تایید کردند.Deng(2005) تعدادی آزمایش پره ی در محل انجام داد و نتایج را مقاومت برشی قبل و بعد از دست خوردگی مقایسه کرد.آنها نتیجه گرفتند که مقدار حساسیت خاک در رس دریایی لیانیونگانگ تقریبا 6 تا 8 می باشد.Hong و همکاران در سال 2010 رفتار تراکمی رس دریایی بازسازی شده را در صفحه (1+e) وlog(σ’v) مورد بررسی قرار دادند و نتیجه گرفتند که فشار دستخوردگی طبیعی تابعی از نسبت میزان رطوبت اولیه بر میزان رطوبت (LL) است.اگرچه تعدادی مطالعه روی رس دریایی لیانیونگانگ انجام شده است ولی تا حالا تاثیر شوری آب حفرای مورد بررسی قرار نگرفته است ،اگرچه تشکیل آب حفره ای میتواند برای خطوط ساحلی مختلف متفاوت باشد و متواند با نمک زدایی زمین ها به طور چشم گیری تغغیر کنند.
در واقع خاک های نزدیک دریاها و کارخانه های نمک به ناچار توسط آب تازه دچار خوردگی می شوند و این منجر به نمک زدایی میشود و به نوبه خود رفتار خاک را تغییر می دهد و باعث ضرر رساندن به سازه های بزرگ مانند بزرگراه ها و خاکریزها میشوند.
چندیدن نویسنده گزارش های در مورد تاثیر خیلی زیاد شیمی آب حفره ای بر روی رفتار هیدرو مکانیکی خاک ها ارائه کرده اند.چن و آنادراجاه (1998) و سریهاران و پراکاش (1999) و کایا و همکاران (2006) تاثیر شیمی آب حفره ای را بر روی رسوب گذاری و و دوغاب های با NaCl,CaCl2,AlCl3 و سیالات اورگانیک مورد مطالعه قرار دادند و مشاهده کردند که رفتار رسوب گذاری و حجم نهایی بستگی به والانس یون ،غلظت ، مقدار PH و ثابت عایق سیال بستگی دارد.آنها تلاش کردند که مکانیزم استفاده از پارامترهایی مانند ثابت عایق و پتانسیل زتا را با استفاده بسط تئوری لایه دوگانه توصیف کنند.کایا و فانگ (2000)،سریهاران و همکاران(2002)، دی مایو و همکاران(2004)، گاجو و مینز(2007) و یوکسلن و آکسوی(2008) با استفاده از تئوری لایه دوگانه تاثیر والانس کاتیون،غلظت یون،PH آب حفره ای و رس معدنی را روی حدود اتربرگ(LL ,PL) مورد بررسی قرار دادند.آنها ذکر کردند که وقتی LL رس ها از 110% کمتر می باشد تاثیر نمکی حدود اتربرگ چشمگیر نیست.گاجو و مینز(2007) مشاهده کردند که LL بنتونیت-سدیم ایتالیا ابتدا با افزایش غلظت یون اندکی از 436% تا 500% افزایش می یابد و سپس با افزایش بیشتر غلظت یون به یکباره تا 100% کاهش می یابد(آستانه غلظت یون 0.1 mol/dm3 می باشد).
عبدااله و همکاران(1997)، سریهاران و پراکاش(1999)، اورن و کایا(2003)،دی مایو و همکاران(2004)، عبدااله و همکاران(1997) و گاجو و مینز(2003) تاثیر شوری آب حفره ای را روی رفتار تراکم پذیری و خاک های متراکم شده مورد مطالعه قرار دادند.اورن و کایا (2003) مشاهده کردند که تراکم پذیری رس های تقویت شده با Na+,Ca+2 و محلول Al+3 همگن شده ، با موارد دیگر متفاوت است و نشانه فشردگی به ترتیب زیر است: Al-clay>Ca-clay>Na-clay.عبدااله و همکاران (1997) مشاهده کردند که ،رس به شدت پلاستیک اردن با رس معدنی معمول مانند ایلیت و لایه ترکیب شده ایلیت-سمکتیت تقویت شده با Ca+2 ،K+ و محلول Na+ ، دارای چگالی خشک متفاوت هستند.در همه موارد کاهش شدید در پتانسیل تورم و نسبت ضریب تحکیم ثانویه بر نشانه فشردگی مشاهده شد.گاجوو مینز(2007) تاثیر شیمی آب حفره ای را بر روی مقاومت برشی خاک های دست خورده و متراکم شده مورد بررسی قرار دادند و مشاهده کردند که با آب یون زدایی شده زاویه اصطکاک پسماند دارای کمترین مقدار است و با تغلیظ HCl یا NaOH افزایش می یابد.اسمایلز(2008) تاثیر آب حفره ای را روی هدایت هدرولیکی مورد بررسی قرار داد و رابطه ای بین هدایت هیدرولیکی (ضریب نفوذ پذیری) و پتانسیل شیمیایی آب پیشنهاد کرد.
مطالعاتی که در بالا به آنها اشاره شد با هردونوع خاک دست خورده و خاک متراکم شده یا دوغاب مرتبط می باشد.تعدادی از محققین خاک سفت طبیعی را مورد بررسی قرار دادند.واکیم(2005) نمونه های رس طبیعی را در یک محیط نمکی کنترل شده قرار داد تاثیر شوری را مورد بررسی قرار داد.
دنگ(2011a) آزمایشات ادومتر را با آب یون زدایی شده و آب محل روی رس بوم طبیعی انجام داد. در آزمایش هایش تکمیل جایگزینی آب حفره ای مورد تایید قرار نگرفت و شک برانگیز بود.
طبق اطلاعات نوسنده تا کنون شیمی آب حفره ای برای رس دریایی نرم مورد بررسی قرار نگرفته است.در این مطالعه CPTu در محل و بررسی های گمانه زنی در دو محل انجام شد(سایت 1 و سایت 2در شکل 1).سایت 1 در در یک معدن نمک در 50 متری خط ساحلی دریای زرد قرار دارد و دارای رس با 4.91% شوری آب حفره ای میباشد. سایت 2 در 30 کیلومتری خط ساحلی دریای زرد قرار دارد و دارای رس با 0.56% شوری آب حفره ای میباشد.در آزمایشگاه یک دستگاه ادومتر (تحکیم تک محوری) مخصوص مورد استفاده قرار گرفت که اثر شوری را روی رفتار تغییر حجم رس سایت 1 مورد بررسی قرار می داد.آزمایش هم MIP جهت مشاهدات ریزساختاری مو رد استفاده قرار گرفت.علاوه بر این جهت بررسی های بیشتر تاثیر شیمی آب حفره ای بر روی حدود اتربرگ مورد بررسی قرار گرفت.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

In the east and the south of China, quaternary sediments, such as marine soft clays, are widely deposited. These sediments are quite common in the area around Lianyungang city (LYG), Jiangsu Province, in relation to the soft marine clay deposited in the north of the Yellow sea (see Fig. 1). Note that the clays in LYG area were deposited in the sea regression environment from about 4800 to 6000 years ago. Roughly 1000 years ago, the ancient Yellow River (or Huanghe) changed its runway and entered the Yellow Sea in the south of the LYG region, bringing large amount of sediment from the loess plateau in the northwest of China. These works were confirmed by geologists and geographers (see for instance Xue et al., 2003). Recently, many new structures, such as highway, railways and buildings, have been constructed in this region, explaining the particular interest of many researchers for this clay — the mechanical behaviour of the LYG marine clay was intensively studied in the last decades. Liu et al. (2008) conducted a number of in-situ piezo-cone penetration (CPTu) tests and verified the existing methods of determining soil parameters by CPTu. Deng (2005) performed in-situ vane tests and compared the values of shear strength before and after remoulding. They concluded that the sensitivity value of the LYG marine clay is approximately 6–8. Hong et al. (2010) analysed the compression behaviour of the reconstituted LYG marine clay in the plane of log (1 + e) and log σ′v and concluded that the intrinsic remoulding pressure is a function of the ratio of initial water content to liquid limit (LL). Although a number of studies on the LYG marine clay have been conducted, the effect of pore water salinity has not been investigated, even though the pore water composition can be quite different for different coastal lines and can change significantly by land desalination. Indeed, the soil close to the seas or the salterns has been inevitably eroded over time by fresh water, leading to desalination, and in turn changing the soil behaviour and causing hazards to infrastructure such as highways and embankments. Several authors have reported the significant effect of pore-water chemistry on the hydro-mechanical behaviour of soils. Chen and Anadarajah (1998), Sridharan and Prakash (1999) and Kaya et al. (2006) studied the pore water effect on the sedimentation of dispersions and slurries with NaCl, CaCl2, AlCl3 and some organic fluids, and observed that the sedimentation behaviour and the final volume depend on the ion valence, concentration, pH value and dielectric constant of the fluid. They tried to describe the mechanism using parameters such as the dielectric constant and Zeta potential, based on the diffuse double layer theory. Kaya and Fang (2000), Sridharan et al. (2002), Di Maio et al. (2004), Gajo and Maines (2007) and Yukselen-Aksoy et al. (2008) analysed the effects of cation valence, ion concentration, pH of pore water and clay minerals on the Atterberg’s limits (LL and plastic limit: PL) based on the diffuse double layer theory. They noted that when the LL of clays is lower than 110%, the salinity effect on the Atterberg’s limits is not significant. Gajo and Maines (2007) observed that the LL of a Na-bentonite from Italy firstly increases slightly from 436% to about 500% with the increase of ion concentration, then decreases sharply to approximately 100% with further increase of ion concentration, the threshold ion concentration being 0.1 mol/dm3 . Abdullah et al. (1997), Sridharan and Prakash (1999), Ören and Kaya (2003), Di Maio et al. (2004), Abdullah et al. (1997), and Gajo and Maines (2007) studied the pore water salinity effect on the compressibility behaviour of clays and compacted soils. Ören and Kaya (2003) observed that the compressibility of homoionised clays treated with Na+, Ca2+ and Al3+ solutions differs from each other, and the compression index order is: Al-clay N Ca-clay N Na-clay. Abdullah et al. (1997) observed that highly plastic Jordan clays with the major clay minerals as illite and a mixed layer of illite–smectite, treated without or with Ca2+, K+ and Na+ solutions have different maximum dry densities. In all cases, drastic decreases in swelling potential and ratio of the secondary consolidation coefficient to the compression index were identified. Gajo and Maines (2007) studied the pore water chemistry effects on the shear strength of remoulded and compacted soils and observed that with deionised water, the residual friction angle is the smallest; it increases with the concentration of HCl or NaOH. Smiles (2008) analysed the pore water effect on hydraulic conductivity and proposed a relationship between hydraulic conductivity and water chemical potential. The studies mentioned above dealt with either remoulded soils or compacted soils or slurries. Some authors investigated natural stiff soils. Wakim (2005) placed natural clay samples in a controlled salinity environment to study the salinity effect. Deng et al. (2011a) performed oedometer tests on natural Boom Clay with deionised and site waters. In their tests, the completion of the pore water replacement was not veri- fied and was thus uncertain. To the authors’ knowledge, the pore water chemistry effect has not been studied for soft marine clays. In this study, the in situ CPTu and borehole investigation were performed at two sites, i.e. Site 1 and Site 2 (see Fig. 1). Site 1 is located in a saltern 50 m far from the coastline of the Yellow Sea and involves clay at 4.91% pore water salinity. Site 2 is 30 km far from the coastline of the Yellow Sea and involves clay at 0.56% pore water salinity. In the laboratory, a special oedometer was used to study the effect of salinity on the volume change behaviour of the clay from Site 1. The mercury intrusion porosimetry (MIP) was applied for the microstructure observation. Moreover, the effects of pore water chemistry on the Atterberg’s limits were examined for further verification.

رویکرد تلفیقی برای پایش کیفیت آب در مخازن، سیستم های آبرسانی و شبکه های توزیعی سیستم های آبرسانی

AN Integrated approach to water quality monitoring in reservoirs, aqueducts and distrubition networks of water supply systems

چکیده
1-مقدمه
2- مروری بر سیستم
3- سیستم پایش مخزن(سد)
5- سیستم های پایش برای شبکه های انتقال آب

چکیده
 استفاده از فناوری پیشرفته امکان پایش پیوسته، خودکار و از راه دور پارامتر های فیزیکی و شیمیایی مختلف موثر بر کیفیت خاک در سیستم های آبرسانی ( مخازن و سیستم های آبرسانی) همراه با پایش هم زمان جریان های آبی ناشی از نیروهای خارجی موثر بر گردش آبی مخازن از جمله باد، انتقال حرارتی ناشی از تابش جوی و خورشیدی، دبی های ورودی رودخانه، برداشت و استحصال آب و غیره در اختیار می گذارد. این کار با ترکیب و تلفیق حسگر های اتومات میدانی نصب شده در مخازن، ورودی رودخانه ها و در نقاط انتخابی در امتداد سیستم های آبرسانی و آبراه ها از مخزن به یک ایستگاه تصفیه که در زمان واقعی شبیه سازی می شود، هیدرودینامیک های مخزن، هیدرولیک های سیستم های آبرسانی و کیفیت آب مخازن کل و سیستم سیستم های آبرسانی با استفاده از سری های زمانی پارامتر های پایش شده از طریق طرح ترکیب و ادغام داده ها امکان پذیر است. این مقاله به توصیف توانمندی های احتمالی فناوری های موجود برای پایش تلفیقی کیفیت آب در مخازن، سیستم های آبرسانی باز و شبکه های توزیعی سیستم های آبرسانی بزرگ می پردازد..
1. مقدمه
اتحادیه اروپا بر لزوم توسعه برنامه های پایش آب سطحی در هر یک از حوزه های آبخیز( بند 8 مصوب اتحادیه اروپا 2000/60، 23 اکتبر 2000) و استفاده از روش های پیش گیری از آلودگی برای حفاظت از منابع سطحی به خصوص در مناطقی که آلاینده های مختلف سلامتی انسان را به خطر انداخته است تاکید دارد. روش های پیش گیری از آلودگی ناشی از این آلاینده ها باید با هدف کاهش تدریجی و ریشه کن سازی نهایی خطرناک ترین آن ها به کار گرفته شوند.
از سال ها پیش پی برده شده است که پایش منظم پارامتر های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی کیفیت آب در دریاچه ها، رودخانه ها و مخازن مورد استفاده برای عرضه آب برای حفاظت از سلامتی عمومی و اطمینان از پایداری بلند مدت این منابع ضروری است. داده های جمع آوری شده از چنین پایش هایی 1- امکان شناسایی زود هنگام تغییرات و روند های کیفیت آب را داده، 2- اساس واسنجی و کالیبراسیون مدل های پیش بینی کیفیت آب و مدل های اکولوژیکی بوده 3- امکان ارزیابی راهبرد های احیایی جایگزین را داده و 4- در بهبود درک اساسی از رفتار این ذخایر آبی اهمیت دارد.به علاوه، یک فشار افزایشی در جهت افرایش قابلیت سیستم های هشدار در هنگام آلودگی تصادفی و هدفمند در هر یک از اجزای اصلی سیستم آبرسانی یعنی مخزن، سیستم های آبرسانی و شبکه توزیعی وجود دارد. مثالی از تلاش برای توسعه چنین سیستمی توسط کلارک و همکاران (1) ارایه شده است. سیستم های شناسایی چنین احتمال پایینی با اثرات زیاد می توانند هشدار اولیه مناسب برای پیش گیری از حساسیت و در معرض قرار گیری افراد در برابر آلاینده ها در اختیار گذاشته و قادر به شناسایی محل منبع آلودگی می باشند. آن ها باید صحیح، قابل اطمینان و قابل استطاعت، با نمونه برداری منطقی بالا می باشد که همه تهدیدات آلودگی بالقوه را پوشش داده و دارای عملیات از راه دور می باشد(2).پایش پیوسته کیفیت آب در سیستم های آبرسانی، به دلایل دیگر نیز برای تنظیم کاربری ارضی حول مخازن و برای انتخاب عملیات تصفیه مناسب آب خام بسته به کیفیت آب انتقال یافته از مخزن از طریق لوله های آبرسانی به کارخانه های تصفیه ضروری است.
فناوری های پایشی جدید که از دستگاه های روبات و حسگر ها و سنجنده های پیشرفته بهره می برند افق های روشن و جدیدی را در حفاظت از کیفیت آب باز کرده اند. هم چنین، دو دهه اخیر افزایش قابل توجهی را در استفاده از مدل های شبیه سازی رقومی در طیف وسیعی از مخازن آبی بزرگ تجربه کرده است. این مدل ها اغلب بر پیش بینی حفاظت، انتقال، تبدیلات شیمیایی و بیولوژیکی آلاینده های مختلف علاوه بر اثرات خود بر محیط آبی تاکید دارند. مدل های هیدرودینامیکی و اکولوژیکی و کیفیت آب به طور مستقل برای پیش بینی اثرات حضور و استفاده از مواد مغذی و دیگر آلاینده ها به یک سیستم آبی استفاده می شوند. نقطه ضعف اصلی بیشتر مدل های شبیه سازی، نبود ارزیابی های کافی از داده های میدانی به خصوص طی دوره های زمانی کوتاه مدت است که موجب شده است تا بسیاری از شبیه سازی های رقومی صرفا به شکل عملیات آکادمیک در بیایند.
معایب روش های پایش سنتی مورد استفاده در دریاچه و رودخانه ها شامل موارد ذیل هستند الف: تعداد کم نمونه های جمع آوری شده، پوشش محدودی از توزیع مکانی( افقی و عمودی) را از پارامتر های اندازه گیری شده در اختیار می گذارد، ب: فرکانس پایین و گاهی اوقات ماهیت غیره دوره ای اندازه گیری ها ج- در بسیاری از موارد، نبود پایش هم زمان پارامتر های تاثیر گذار خارجی ( باد، تابش خورشیدی، جریان های ورودی و خروجی) و غیره و میدان جریانی که آن ها ایجاد می کنند که بر کیفیت آب تاثیر می گذارد و د- هزینه بالا.
ماهیت پویای مخازن آبی بزرگ یکی از دلایل اصلی تغییرات در فرایند های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ( و پارامتر ها می باشد) که معرف کیفیت آب درون آن هاست. با استفاده از روش ها و مفاهیم پایشی جدید اخیرا ایجاد شده نظیر مفاهیم و روش هایی که در مطالعات هواشناسی و اقیانوس شناشی استفاده شده و بسیاری از مفاهیم پایش زمان واقعی را تلفیق کرده و آن را با مدل سازی ترکیب می کنند، می توان بر این محدودیت ها غلبه کرد. سیستم های تلفیقی پایش کیفیت آب امروزه از نظر تجاری قابل دسترس بوده و امروزه در اقیانوس، دریاچه ها و رودخانه ها مورد استفاده قرار گرفته است( 3-4-5-7-8-9). سیستم پایش مشابه توسط نخستین محقق برای استفاده کاربردی در شبکه های توزیع آب برای براورده سازی نیاز های شهر های کوچک و بزرگ پیشنهاد شده است(10). پیشنهاد مشابه برای توسعه و استفاده از یک سیستم پایش کیفیت آب آنلاین و میدانی از راه دور برای شبکه آب آشامیدنی شهر دریاچه نمک ارایه شده توسط باهپور و همکاران(11 و 12) دیده می شود. هم چنین، سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده مدلی را ارایه کرده است که انتشار آلاینده ها را در شبکه پیش بینی کرده و در تحقیقات بر روی سیستم های حسگر و پایش برای اندازه گیری آلاینده ها در سیستم های توزیع (13) مشارکت کرده اند.
این مقاله به توصیف سیستم پایشی پیشنهادی برای سیستم آبرسانی بزرگ نظیر سیستمی که بتواند به کلان شهر آتن در یونان آبرسانی کند پرداخته شده است.چنین سیستمی می تواند متشکل از یک یا چند مخزن بوده و دارای شبکه های انتقال آب طولانی می باشد. برای مثال سیستم آبرسانی آتن شامل چهار مخزن، اوینو با حجم مخزن 113 میلیون متر مکعب، مونوس با 670 میلییون متر مکعب، یلکی با 580 میلییون متر مکعب، و ماراتون با 34 میلییون متر مکعب می باشد. این مخازن و سد ها با حدود 177 کیلومتر کانال و 110 کیلومتر تونل به هم ارتباط دارند. سیستم انتقال آب مورنوس که مخزن مورنوس را به کارخانه تصفیه آب آهارنون اتصال می دهد، بزرگ ترین سیستم انتقال آب با طول تونل 67.5 کیلومتر ، با طول کانال 113.5 کیلومتر و 7.5 کیلومتر سیفون معکوس می باشد.کل سیستم دارای چهار کارخانه تصفیه آب با ظرفیت تصفیه کل حدود 1.8 ملیون متر مکعب به چهار میلیون نفر آب رسانی می کند.. این شبکه تقریبا دارای طول 7500 کیلومتر بوده و دارای طول 1800 کیلومتر بوده و قطر آن 400 تا 1800 میلی متر بوده و لوله های توزیع آب به طول 5700 کیلومتر با قطر بیش از 300 میلی متر می باشد.

Abstract

The use of state-of-the-art technology allows the continuous, automated and telemetric monitoring of different physical and chemical parameters that characterize water quality in water supply systems (reservoirs and aqueducts), with simultaneous monitoring of water flows driven by the external forces affecting reservoir circulation, including wind, heat transfer due to solar and atmospheric radiation, incoming river discharges, water withdrawal, etc. This can be achieved by combining in situ automated sensors installed in the reservoir, the incoming river(s), and at selected locations along the aqueduct from the reservoir to the respective treatment facility, with software that simulates in real time, the reservoir hydrodynamics, aqueduct hydraulics and water quality of the entire reservoir and aqueduct system, utilizing time series of the monitored parameters through a data assimilation scheme. This paper describes the possibilities offered by currently available technology for integrated water quality monitoring in reservoirs, open aqueducts and the distribution network of large water supply systems..

رویکرد تلفیقی برای پایش کیفیت آب در مخازن، سیستم های آبرسانی و شبکه های توزیعی سیستم های آبرسانی

AN Integrated approach to water quality monitoring in reservoirs, aqueducts and distrubition networks of water supply systems

گلایدر آبی: وسیله نقلیه اتوماتیک زیر آب دور-برد  برای تحقیقات اقیانوس شناسی

Seaglider: A Long-Range Autonomous Underwater Vehicle for Oceanographic Research

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

که فشار پویایی توسط چگالی آب و اجزای سرعت افقی و عمودی و طول بدنه تعریف می شود. فرض بر این است که لیفت متناسب با زاویه حمله α و کشش متشکل از مشخصات و کشش اجزای القا شده است. از بررسی لایه ها مرزی نشان داده شده است که بدنه کششی برای شکل انتخاب شده [9] متناسب با (سرعت2/3) ، دادن پارامتر مشخصات کشش ضریب به عنوان است. کشش القاء شده توسط لیفت به عنوان تناسب با مربع زاویه حمله پارامتر شده است. زاویه شیب وسیله نقلیه ø مربوط به حمله و زاویه گلاید بصورت است. شیب گلاید با نسبت کشش به لیفت داده می شود ، شناوری مجموع بردار لیفت و کشش است. توجه داشته باشید که زاویه حمله α دارای علامت مخالف زاویه های شیب دار و گلاید ø و Ө است و به طوری که زاویه گلاید فراتر از زاویه شیب در مقیاس بزرگ است.
با جایگزینی (1) به (2)، اصطلاح سرعت عمودی W بر اساس سرعت افقی U می تواند به شرح ذیل نوشته شود:

که پارامتر معادل مقدار 0.5 برای شکل بدنه گلایدر آبی می باشد. این معادله در محدوده ی زاویه یاب کوچک (یعنی تقریبا پرواز افقی بنابراین عبارتند از )، مشابه آنچه که معمولا در پیشینه آیرودینامیکی برای توصیف اصطلاح “گلاید قطبی “برای یک هواپیمای دریایی استفاده می شود] 10، معادله 6 الف). برای زاویه های شیب دار مناسب برای عملکرد گلایدر آبی، شیب ملایم تقریبی گلاید نقض شده است و (3) راحت تر به عنوان یک معادله درجه دوم در شناوری B یا تقریبا درجه دوم در فشار پویا q بیان می شود.
که در آن عامل عملکرد با نسبت ضریب افزایش وزن مربع به ضریب کشش محصول و ضریب کششی القاء شده است: علامت بالا در هر عبارت مربوط به جابجایی است که در آن پروفایل کشش فراتر از کشش القاء شده است. اینها در اولویت هستند زیرا آنها دارای سرعت بالاتر و زاویه حمله پایین برای شناور دقیق است. حداقل شیب گلاید رخ می دهد زمانی که مشخصات و کشش القا شده برابر باشد [اختلاف در (6) – (8) ناپدید می شود). ضریب کشش کوچکتر (فاکتورهای عملکردی بالاتر) اجازه می دهد که دامنه های شیب دار کوچکتر باشد، از این رو محدوده افقی بیشتری برای یک دوره عمر مشخص می شود.
لیفت، پروفایل کشش، ضریب کشش القا شده و تعیین عملکرد وسیله نقلیه می باشد. اینها قبل از آن شناخته نشده و باید به صورت آزمایشی تعیین شوند. تخمینی از این پارامترها به سه روش بدست آمده است: در باد آزمایش تونل بر روی نسخه مقیاس گلایدرآبی، با ردیابی گلایدر در آبدره در حالی که به طور همزمان مشاهده جریان، و با مقایسه مدل با سرعت عمودی مشاهده شده گلایدر بیش از صدها نفر از چرخه های حرکت در آبدره می باشد. نتایج تعین میدانی عملکرد گلایدر در زیر در بخش سوم شرح داده شده است.
طراحی هیدرودینامیکی گلایدر آبی توسط آر. ام.هابرد (مهندسی هابرد، جزیره لوپز، WA) انجام شد. علاوه بر مقیاس شکل وسیله نقلیه AEMT ، انتخاب بال، اندازه رادار و جایگاه، هابارد به طراحی و انجام یک سری آزمایش تونل باد روی بدنه AEMT ( 0.92متر طول) همراه با بال و بال رادار کمک کرد. این آزمایش ها در تونل با سرعت کم باد دانشگاه واشنگتن (UW) آزمایشگاه ایرودینامیک ، یک تونل تقریبا با بخش آزمون 1 متر مربع انجام شد. بدنه اصلاح شده AEMT از پشت در یک شفت در امتداد خط مرکزی بدنه با سه محور کوچک a سنسور نیرو / گشتاور نصب شد (فن آوری های اطمینان، مشارکت، مدل نانو F / T ) قادر به تشخیص O(1–10 g) نیروهای کششی و بالابر ناشی از باد می باشد.
مطالعات تجسم جریان در تونل باد با مشاهده الگوهای خشك مخلوط پودری نفت سفید و تالك برای سرعت های مختلف باد و زوایای حمله انجام شد. تکنیک نشان داد که جریان لایه ای تنها در پس کشتی حداکثر قطر بدن جدا می شود و بصورت آشفته در نزدیکی دم برای زاویه حمله حداکثر تا 12 دوباره متصل می شود.
اندازه گیری های تونل باد نمی تواند نیروهای هیدرودینامیکی ناشی از انتهای دکل آنتن و قابلیت رسانایی سنسور درجه حرارت بادبان را شبیه سازی کند، اما آنها نشان دادند کارایی اعضای کوچک چه قدر مهم است. در حالی که قابلیت رسانایی سنسور الگوی حلقوی اضافه شده فقط حدود 2٪ از سطح مقطع عرضی جلو AEMT بود، آن بیش از 25٪ کل کشش را تشکیل می دهد. تقریبا در تلاش برای کاهش کشش، هدایت الکترود سنسوری از الکترونیک Sea-Bird برای گلایدر دریایی انتخاب شد. مساحت مقطعی آن، از جمله نصب معتدل، کمتر از نصف است که از حسگر حلقوی در تونل باد در نظر گرفته شده است.
بال و سکان: علاوه بر هدف تعیین کشش وسیله نقلیه تونل باد با سرعت کم UW، قصد داریم استفاده از بال در وسیله نقلیه کشنده کم را تأیید کنیم، بطور منفی تحت تاثیر ویژگی های جریان قرار نمی گیرد. ترس افزایش جریان آشفته، جریان لایه ای منقطع قسمت جلوی بدنه ناو، تفکیک آشفتگی بعد از انقطاع یا بی ثباتی جریان رژیم بیش از یک منطقه کنترل با نتایج مطالعات تونل باد کاهش یافت. بالها باید در پس کشتی فراتر از قطر بدنه دارای دو بخش برابر در آن قرار گیرند.