مکانیزم رودخانه ها به گونه ای است که مقطع یک رودخانه به مرور زمان دچار تغییرات شدید می گردد. این تغییرات بویژه در قوس رودخانه ها مشهودتر است. در قوس رودخانه، نیروهای هیدرودینامیکی جریانهای ثانوی را بوجود می آورند که خطوط جریان سطحی را به سمت ساحل بیرونی و خطوط جریان نزدیک به بستر را به سمت ساحل داخلی منحرف می سازند. در مقطع جریان درامتداد قائم، خطوط جریان مجاور ساحل بیرونی بطرف پایین و خطوط جریان پشته متمرکز داخلی به طرف بالا هستند در نتیجه پایداری ذره در نزدیکی ساحل خارجی بهم می خورد و بستر رودخانه گود می شود و از طرف دیگر در مجاورت پشته متمرکز داخلی به پایداری ذره اضافه می شود و تراز بستر افزایش پیدا می کند. استفاده از آبشکن یا اپی از جمله بهترین و اقتصادی ترین روش جهت محافظت سواحل در اغلب شرایط بوده و در اکثر نقاط دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. اما مسئله ای که وجود دارد این است که باید خود آبشکن ها نیز ایمن گردند تا بتواند سواحل را از خطر فرسایش محافظت نمایند. جهت مقابله با آبشستگی ایجاد شده در اطراف آبشکن ها و سازه های مشابه مانند تکیه گاهها و پایه های پل روش های متعددی ارائه شده که یکی از ساده ترین و در عین حال اقتصادی ترین روشها، استفاده از پوشش سنگ چین می باشد.علی رغم مزایای عنوان شده در فوق، چنانچه طراحی ریپ رپ به دقت صورت نگیرد، پس از مدتی به تدریج تخریب شده و اثر خود را از دست خواهد داد. بر همین اساس هر گونه طراحی موفقیت آمیزی می بایستی جهت حالتهای مختلف شکست مورد بررسی قرار گیرد. نظر به کاربرد بسیار زیاد استفاده از آبشکن جهت محافظت سواحل بخصوص در قوس ها و لزوم محافظت از این سازه تحقیق حاضر صورت پذیرفت. در این تحقیق هدف، بررسی تأثیر پارامترهای هندسی آبشکن و همچنین عمق کارگذاری پوشش سنگ چین بر روی پایداری آنها جهت محافظت از آبشکن ها در قوس می باشد. به منظور دست یابی به اهداف این تحقیق آزمایش ها در چهار بخش تعریف و انجام پذیرفت. در آزمایش های بخش اول هدف، شناسایی الگوی فرسایش در قوس و تعیین محدوده مورد نیاز جهت محافظت بوده است. در آزمایش های بخش دوم که آزمایش های اصلی این تحقیق می باشد با استفاده از سه طول مختلف آبشکن، چهار فاصله طولی، سه زاویه قرارگیری آبشکن و سه عمق کارگذاری ریپ رپ به بررسی اثر پارامترهای هندسی آبشکن و همچنین وضعیت قرارگیری ریپ رپ بر روی پایداری ریپ رپ پرداخته شده است. به منظور تفسیر نتایج بدست آمده از آزمایش های بخش اول و دوم اقدام به برداشت پارامترهای سه بعدی سرعت در قالب آزمایش های بخش سوم گردید. نتایج حاصل از بخش اول با توزیع ارائه شده برای تنش برشی در قوس های ملایم مطابقت داشته و نشان می دهد ماکزیمم عمق آبشستگی در انتهای قوس خارجی رخ می دهد همچنین نتایج حاصل از این بخش نشان دهنده نیاز قوس خارجی جهت محافظت توسط آبشکن می باشد. نتایج حاصل از آزمایش های بخش دوم نشان داده است افزایش در طول و فاصله نسبی آبشکن ها از یکدیگر موجب کاهش پایداری ریپ رپ و افزایش در زاویه و عمق کارگذاری ریپ رپ موجب افزایش پایداری آنها شده است. همچنین در این بخش مقایسه بین پارامترهای مختلف موثر در طراحی آبشکن و همچنین ریپ رپ در شرایط قوس و مسیر مستقیم صورت پذیرفت. نتایج بدست آمده حاکی از کاهش پایداری ریپ رپ در قوس نسبت به مسیر مستقیم می باشد. همچنین بررسی های صورت گرفته نشان می دهد روابط ارائه شده جهت طراحی ریپ رپ در مسیر مستقیم قابل کاربرد در قوس نمی باشد ولی با در نظر گرفتن ضرایب ایمنی می توان از برخی از این روابط از جمله رابطه پاگان - اورتیز(1991) و لاگاس و همکاران (2001) استفاده نمود. با در نظر گرفتن نتایج حاصل از آزمایش های بخش دوم و استخراج اثر پارامترهای هندسی آبشکن بر پایداری ریپ رپ آزمایش های بخش چهارم انجام پذیرفت. در این بخش با استفاده از رابطه شیلدز که برای شناسایی اصل آستانه حرکت رسوبات قابل کاربرد در مسیرهای مستقیم می باشد تلاش گردید اثر هندسه مسیر و آبشکن بر روی آستانه حرکت رسوبات بررسی و رابطه ای جهت پایداری ریپ رپ ها با در نظر گرفتن پارامترهای موثر از جمله پارامترهای هیدرولیکی جریان، هندسه آبشکن و ریپ رپ استخراج گردد با استفاده از نتایج حاصل شده از آزمایش های این بخش دو پارامتر فاکتور بالا آمدن هیدرولیکی و حالت شکست ریپ رپ استخراج گردید که در این پارامتر ها اثر پارامترهای هندسی و هیدرولیک جریان به عنوان عوامل موثر در شکست ریپ رپ دخالت داده شد و در پایان اثر این دو پارامتر بر روی یکدیگر بررسی و مقایسه میان حفاظت از آبشکن در مسیر مستقیم و قوس صورت پذیرفت که نتیجه این بررسی نشان داد که تخریب برشی و زیر سطحی دارای بیشترین مقدار وقوع بوده است که همین روند برای آبشکن در مسیر مستقیم نیز رخ داده است.

امواج از جمله پارامترهای مهم در طراحی سازه های ساحلی و دریایی محسوب می شوند. برای طراحی این قبیل سازه ها نیاز به شناخت و تعیین موج طرح سازه می باشد. یکی از پارامترهای مهم و اثرگذار بر الگوی انتشار امواج و همچنین موج طرح سازه، ضرائب کالیبراسیون می باشد. تعیین مقادیر مناسب برای این ضرائب بسیار حیاتی و مهم می باشد. هدف از این تحقیق بررسی میزان زبری بستر و ضریب شکست موج بر روی الگوی انتشار امواج ناشی از باد و همچنین میزان موج طرح برای دوره بازگشت های مختلف می باشد. با توجه تجربیات حاصل از پروژه¬های مطالعاتی و تحقیقاتی انجام شده در زمین? مدل سازی و برآورد اقلیم موج در سواحل کشور، مدل ریاضی مورد استفاده در این تحقیقات جهت مدلسازی مشخصه های امواج، مدل طیفی موج sw از بسته نرم افزاری مایک 21 می¬باشد. اطلاعات موج ورودی شامل ارتفاع، زمان تناوب غالب و جهت متوسط به صورت سری زمانی در مرزهای باز استفاده شده است. این اطلاعات از پروژه iswm اخذ شده است. با توجه به اهمیت مدلسازی امواج و پیش بینی امواج طراحی در منطقه استراتژیک خلیج فارس و همچنین با درنظر داشتن اهمیت بنادر جنوبی کشورمان، بندر لنگه و محدوده مجاور آن برای مدلسازی انتشار امواج درنظر گرفته شده تا نحوه انتشار امواج و همچنین اثر ضرائب شکست موج و زبری بستر بر امواج بدست آید. به منظور مقاصد طراحی تأسیسات و اجزاء دریایی، لازم است که مشخصات امواج با استفاده از روش های آماری برای دوره بازگشتهای مختلف محاسبه گردد. در اینجا ارتفاع امواج طراحی با بکارگیری مدول یک بعدی eva از نرم افزار mike zero براساس توزیع های آماری مختلف برای دوره بازگشت های 2، 5، 10، 25، 30، 50، 100و 200 ساله محاسبه گردید. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که تغییرات ضریب زبری بستر بر تفرق امواج و الگوی انتشار امواج، محسوس تر و چشمگیرتر از ضریب شکست موج می باشد. تغییرات این ضریب می تواند نظم الگوی انتشار امواج مدل های محلی را برهم بریزد. زبری بستر اثرات قابل توجهی بر کاهش و یا افزایش امواج طراحی دارد. اما مقادیر کوچکتر ضرائب شکست موج ( کمتر از 8/0) می توانند منتج به اختلاف معنادار در مقادیر امواج طراحی گردند. بنابراین حساسیت مدل انتشار موج به ضریب زبری بستر بیش از ضریب شکست موج بوده و برای ایجاد تغییرات در مدل امواج و دستیابی به نتایج نزدیک به نتایج اندازه گیری میدانی توصیه می شود که تغییرات ضریب زبری بستر بر مدل انتشار موج مطالعه گردد.

در این مطالعه از مدل عددی دو بعدی mike 21 استفاده شده است ابتدا شرایط عمومی زیست محیطی که از داده های منابع مختلف جمع آوری شده است در اختیار مدول هیدرودینامیکی مایک قرار گرفتند پس از آن از مدول ریزش نفتی با استفاده از نتایج مدل هیدرودینامیکی اجرا شد .

با نزدیک شدن موج به ساحل در اثر کاهش عمق، به تدریج سرعت مداری ذرات آب در تاج موج افزایش یافته و در نزدیکی بستر، کاهش می یابد. این موضوع موجب کاهش طول موج ( l) و افزایش ارتفاع موج ( h ) می گردد. در نتیجه این عامل، سبب تیزی موج ( h/l = s) می شود، که با رسیدن آن به مقدار معینی تعادل موج از بین رفته و موج دچار شکست می گردد. در برخورد موج به سطح کناره ساحلی، آب بر روی خط کناره به سمت بالا به میزان مشخص کشیده می شود، که این امر بالاروی موج نام دارد. مقدار بالاروی با توجه به شیب و جنس کناره ساحل تغییر می کند. منطقه آبشویی swash zone)) دارای هیدرودینامیک بسیار پیچیده ای است. یکی از پدیدهایی که در این هیدرودینامیک پیچیده نقش بازی می کند بالاروی امواج است، به عبارت دیگر میزان بالاروی امواج در منطقه آب شویی ساحلی در تخمین نحوه فرسایش ساحل و تغییر شکل نیمرخ بستر بسیار مهم می باشد. پیش بینی بالاروی امواج عمدتا توسط مدلهای فیزیکی و آزمایشگاه تعیین می گردند. در این تحقیق سعی بر مدل کردن و بررسی نتایج مدل عددی با مدل فیزیکی گردیده. در اینجا با بکارگیری نرم افزار flow-3d بالاروی امواج در منطقه آبشویی، با داده های آزمایشگاهی مدلسازی گردیده. بر اساس توضیحات ذکر شده، بالاروی موج بر روی شیب ساحل عمدتا بصورت مدلسازی فیزیکی مورد مطالعه قرار گرفته است و در این مطالعات با ایجاد یک شیب در یک فلوم دریایی و تولید امواج، که بر خورد این امواج با شیب موجب، بالاروی امواج گشته و در هر مرحله با تغییر پارامترهای موثر از قبیل ارتفاع موج، شیب، عمق آب، دانه بندی بستر و ... در حالت شیب های نفوذ ناپذیر نتایج بالاروی بر روی شیب را ثبت نموده اند. در اینجا داده های آزمایشگاهی مهم که به عنوان مطالعات مرجع، جهت مدلسازی فیزیکی بالاروی امواج مورد استفاده قرار گرفته است، بررسی می گردند. در این مطالعه شرایط آزمایشگاهی متناظر با مناطق آب شویی با شیب ملایم که جهت پیش گیری فرسایش پوشانده شده اند، مورد بررسی قرار می گیرد. هدف از این تحقیق محاسبه بالاروی موج بر روی ساحل با استفاده از مدل flow-3dو مقایسه با داده های آزمایشگاهی می باشد.

آرامش هر بندر و لنگرگاه آن در برابر امواج می‎تواند از طریق طراحی جانمایی مناسب موج شکن ها، کار اصلاحی بر روی سواحل و احداث هر گونه مستهلک کننده موج برای مناطق موردنظر تامین گردد. حوضچه بندر باید در شرایط معمول دریا و نیز شرایط طوفانی از آرامش مناسبی برخوردار باشد. اغتشاشات موج درون حوضچه بندرگاه یکی از مهمترین پارامترهایی است که در انتخاب محل ساخت بندرگاه و تعیین جانمایی بهینه بندرگاه دارای اهمیت می باشد. بنابراین شناخت کامل از فرآیند تفرق و نفوذ موج به درون بنادر ضروری می باشد. بندر کوه مبارک یکی از بنادر صیادی استان هرمزگان است که در مجاورت دریای عمان واقع شده است. براساس مطالعات صورت گرفته و پروژه های بزرگ ملی که در طی سالیان گذشته در کشورمان صورت پذیرفته اند، مشخص گردید که جانمایی موج شکن های بندر کوه مبارک نامناسب بوده و در نتیجه عملکرد اسکله های خدماتی و ناوبری شناورها تحت تاثیر قرار می گیرند. تحقیق حاضر به دنبال آن بود که با مطالعه موردی اغتشاشات و تلاطم حوضچه بندر کوه مبارک به کمک مدل عددی mike 21-bw راهکاری کارا جهت طراحی مناسب جانمایی موج شکن های این بندر و بنادری که در آینده در کشورمان ساخته خواهند شد، ارائه نماید. مدل عددی بوسینسک از بسته نرم افزاری مایک 21 قادر است تا اثرات ناشی از اکثر پدیده های موج را که در مهندسی بنادر و مهندسی سواحل حائز اهمیت می باشند به صورت همزمان در نظر گیرد. همچنین، مدول بوسینسک امکان اعمال تخلخل برای مدل سازی انعکاس و انتقال امواج از سازه های ساحلی و موج شکن را دارا می باشد. نتایج خروجی نشان دادند که آرامش این بندر در محل پهلوگیرها و حوضچه بندرگاه براساس معیار آئین نامه ژاپن در حدود قابل قبولی قرار نداشت. حداکثر درصد ناآرامی سالیانه این بندر در حدود پنج و شش دهم درصد (6/5 %) بود. با توجه به اینکه آرامش سالیانه بندر کوه مبارک در محدوده مجاز آئین نامه ای قرار نداشت، برای رفع مشکل ناآرامی در بندر کوه مبارک می توان موج شکنی ابرویی در مقابل دهانه ورودی احداث نمود. تحقیق حاضر نشان داد که این موج شکن به خوبی امواج جهات جنوب و جنوب غرب را منحرف نموده و متعاقبا آرامش حوضچه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. بنابراین برای رفع مشکل تلاطم بندر و دهانه ورودی آن می توان موج شکنی ناپیوسته در جلوی دهانه ورودی مطابق با مشخصات پیشنهادی تحقیق حاضر ارائه نمود.

امروزه در بسیاری از کشورها تدابیری در جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای اتخاذ شده است. درحالی که چنین کشورهایی از فنّاوری هایی نظیر انرژی باد و خورشید استفاده می کنند، انرژی دریا نیز می تواند نقش موثری در درازمدت ایجاد کند. یکی از انرژی های پاک و تجدید پذیر دریایی، انرژی پتانسیل جزر و مدی می باشد. منطقه خور دورق یکی از مناطق منحصربه فرد خلیج فارس با بیش از 5 متر دامنه ی جزر و مد است که پتانسیل لازم برای تولید انرژی جزر و مدی در این منطقه را دارد. در این تحقیق، نمونه ای کوچک مقیاس از این خور ساخته شده و سپس جزر و مد به صورت کیفی با پمپاژ آب به درون فلوم و بازگشت آب به مخزن ایجاد می شود. مسیر حرکت آب در فلوم با ایجاد دو سد به حوضچه ای جهت ذخیره آب تبدیل شده است. پس ازاینکه آب در فلوم به حدنصاب موردنظر رسید دریچه سد بسته می شود و زمانی که اختلاف ارتفاع آب در دو طرف سد ایجاد شد، دریچه باز می شود تا آب ضمن خروج از حوضچه تولید انرژی کند. برای اندازه گیری انرژی، یک پروانه، آرمیچر، مقاومت الکتریکی و آمپرسنج به کار گرفته شده است. نتایج نشان داد که با افزایش اختلاف ارتفاع آب میزان تولید انرژی افزایش می یابد. در بررسی آزمایشگاهی تولید توان تحت حالات مختلف این نتیجه حاصل شد که خروجی مدل با ضریب ثابتی از مرتبه 10به توان 12 و خطایی در حدود 18% به داده های واقعی ارتباط پیدا می کند. همچنین درصورتی که تولید انرژی در حالت دوطرفه انجام گیرد، میزان انرژی تولیدی بین 30% تا 50% افزایش می یابد. با حذف جزایر واقع در قسمت میانی خور و افزایش مساحت حوضچه نیز، توان تولیدی به طور متوسط 10% افزایش یافت و ارتفاع آب در پشت سد نسبت به حالت قبل کمتر تغییر کرد. در انتها، نتایج بررسی داده های یکساله جزر و مدی در منطقه بندر امام خمینی نشان داد که در 80% روزهای سال امکان تولید توان با توجه به دامنه جزر و مدی وجود دارد.

در این تحقیق تغییرات هندسی و ژئوتکنیکی مربوط به موج شکن قائم تحت هشت مدل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از مدل های مورد بررسی نشان می دهد که در شرایط یکسان ژئوتکنیکی که در آن جنس و مشخصات فنی خاک برابر باشد در صورت افزایش شیب سازه، پایداری بیشتر و نشست کمتری حاصل می گردد، همچنین در شرایط یکسان ژئوتکنیکی در صورتی که ارتفاع سازه افزایش یابد، پایداری آن کاهش یافته و از لحاظ ایمنی، سازه از ایمنی کمتری برخوردار بود لذا نتیجه می گردد که افزایش ارتفاع و کاهش شیب پی توده سنگی باعث افزایش پایداری و ایمنی بیشتر سازه می گردد.

امواج ناشی از باد از موثرترین پدیده های دریایی در فرآیندهای ساحلی و فراساحلی، هستند. در این تحقیق با استفاده از روش های تجربی و همچنین توسط شبکه های عصبی، مشخصات امواج ناشی از باد در منطقه لاوان مورد مطالعه، ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است، تا بهترین روش پیش بینی، برای این منطقه مشخص شود. بدین منظور داده های باد و موج منطقه لاوان مربوط به دسامبر سال 2009 تا جولای سال 2010 از سازمان هواشناسی و سازمان بنادر و دریانوردی، تهیه شد. در ابتدا ارتفاع و دوره تناوب امواج با استفاده از داده های باد ایستگاه لاوان، توسط روش های تجربی smb، spm و cem محاسبه شده است. همچنین مشخصات امواج پیش بینی شده با ارتفاع و دوره تناوب امواج ثبت شده توسط بویه موج نگار لاوان مقایسه و خطاهای روشهای تجربی تعیین شد. سپس، با اعمال مقادیر جهت و سرعت باد به عنوان ورودی، و ارتفاع و دوره تناوب امواج اندازه گیری شده توسط بویه به عنوان خروجی به شبکه عصبی، این شبکه آموزش دید. پس از آموزش شبکه، مقایسه ای بین محاسبات انجام شده از طریق شبکه عصبی با مشخصات امواج اندازه گیری شده صورت گرفت تا خطاهای حاصل از این روش تعیین شود. طبق بررسی های انجام شده، روش های smb و spm از بین روش های تجربی به ترتیب مناسب ترین روش ها، برای تعیین ارتفاع و دوره تناوب امواج منطقه لاوان می باشند. مقایسه نتایج روش های تجربی و عصبی نشان داد که مقادیر بدست آمده از روش شبکه عصبی با مشخصات امواج اندازه گیری شده اختلاف کمتری داشته و با مقادیر اندازه گیری شده همخوانی بیشتری دارد.

در قوس رودخانه، نیروهای هیدرودینامیکی جریانهای ثانوی را بوجود می آورند که خطوط جریان سطحی را به سمت ساحل بیرونی و خطوط جریان نزدیک به بستر را به سمت ساحل داخلی منحرف می سازند. در مقطع جریان درامتداد قائم، خطوط جریان مجاور ساحل بیرونی بطرف پایین و خطوط جریان پشته متمرکز داخلی به طرف بالا هستند در نتیجه پایداری ذره در نزدیکی ساحل خارجی بهم می خورد و بستر رودخانه گود می شود و از طرف دیگر در مجاورت پشته متمرکز داخلی به پایداری ذره اضلافه می شود و تراز بستر افزایش پدا می کند. آبشستگی در پنجه ساحل خارجی، خط القعر را به سمت ساحل بیرونی قوس جابجا می کند و شیب ساحل را افزایش می دهد که در نهایت به شکست ساحل منتهی می شود. با توجه به مطالب بیان شده در خصوص هیدرولیک جریان در خم رودخانه ها، قوس خارجی همواره تحت تاثیر بردارهای شدید سرعت بوده و دچار فرسایش می گردد و در قوس داخلی رسوبگذاری ایجاد می گردد همچنین از آنجا که تخریب ساحل در قوس خارجی می تواند ضررهای زیادی را به همراه داشته باشد، حفاظت از این قسمت از ساحل بخش مهمی از مهندسی رودخانه را تشکیل می-دهد. یکی از راهکارهای محافظت از سواحل استفاده از آبشکن میباشد. استفاده از آبشکن یا اپی از جمله بهترین و اقتصادی ترین روش جهت محافظت سواحل در اغلب شرایط بوده و در اکثر نقاط دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. است. « bankheed ،groin ،groyne» کلمه ای فرانسوی است. معادل آن در زبان انگلیسی «epi» که در زیان فارسی آب شکن ترجمه شده است. نقش آن این است که جریان آب کناره رودخانه را به طرف وسط رودخانه هدایت میکند و سرعت آب درکناره ها را کاهش میدهد و نیز قسمتی از آب رودخانه را بین اپی ها به حالت سکون باقی میگذارد. در نتیجه، مواد محموله آب ته نشین می شود و رودخانه حالت پس رفتگی پیدا می کند و کناره بتدریج تثبیت می شود. جهت مقابله با آبشستگی ایجاد شده در اطراف پایه ها، دیواره ها و آبشکن ها روش های متعددی ارائه شده که یکی از ساده ترین و در عین حال اقتصادی ترین روشها، استفاده از ریپ رپ می باشد. ریپ رپ لایه ای از سنگ یا مواد دیگر بوده که در کانال و به ویژه در اطراف ساز ه ها جهت کاهش اثرات فرسایش مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از ریپ رپ به دلیل در دسترس بودن مصالح، سادگی اجرا و هزینه های کم بسیار متداول است. علی رغم مزایای عنوان شده در فوق، چنانچه طراحی ریپ رپ به دقت صورت نگیرد، پس از مدتی به تدریج تخریب شده و اثر خود را از دست خواهد داد.

در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار شبکه عصبی مصنوعی خصوصیات امواج در خور موسی پیش بینی گردید و با استفاده از نتایج استخراج شده از روشهای تجربی مانند smbوcemوspm مشخص شد که برای منطقه مذکور شبکه عصبی گزینه مناسبی برای پیش بینی خصوصیات امواج می باشد.