سواحل واقع در ناحیه دلتایی رودخانه سفیدرود ،از مهمترین سواحل نوار جنوبی دریاچه خزر در شمال ایران محسوب می شوند که همانند دیگر نواحی ساحلی این دریاچه تغییرات متمادی در مقطع و پلان نوار ساحلی داشته است.سواحل ناحیه دهنه سر سفیدرود تحت تاثیر متقابل رسوبات کرانه ای و رود خانه ای هستندکه متاسفانه بدون حفاظت رها شده اندو این مساله موجب شده که سواحل این ناحیه از لحاظ هیدرودینامیکی پایدار نباشند به طوریکه مصب رودخانه سفیدرود طی سالهای متمادی جابه جا شده و به اراضی منطقه و تاسیسات مستقر در آن ها خسارات چشمگیری وارد نموده است.بنابر این حفاظت از سواحل منطقه به منظور تثبیت موقعیت ساحلی و حفاظت از زمین های اطراف در برابر مستغرق شدن امری ضروری است.یکی از روش های تثبیت موقعیت ساحل احداث سازه های حفاظتی است اما احداث این سازه ها خود عاملی برای تغییرات وضعیت هیدرودینامیکی منطقه هستند. بنابر این پیش بینی شرایط منطقه پس از احداث این سازه ها و نیز بررسی کارایی آن ها در رفع مشکلات کنونی بسیار حایز اهمیت است.در این مطالعه ،عملکرد دو سازه حفاظتی ،دیوارهای ساحلی و آب شکن ها در حفاظت از سواحل مصب رودخانه سفیدرود بررسی شده است.برای دست یافتن به این هدف شرایط موج ،جریان و رسوب منطقه توسط ماژول هایsw ،hd وst از بسته نرم افزاری21mike مدل گردیده است.نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهند که سیستم آب شکن ها نسبت به دیوارهای دریایی موثر تر هستند . همچنین پس از بحث روی نتایج حاصل از این شبیه سازی ،چندین پیشنهاد دیگر مانند احداث بند آب برگردان برای حفاظت از منطقه طرح مطرح و کارایی آنها در آینده توسط نرم افزار 21mike شبیه سازی شد.

بررسی و شناخت تغییرات بستر سواحل، مخصوصا سواحل ماسه ای، مجاور سازه های حفاظتی و بندری، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این میان، ریپل ها ( دندانه ها ) مهم ترین نوع تغییر شکل بستر هستند. با توجه به تاثیر مهم دندانه ها در انتقال رسوب، شناخت تغییرات بستر، برای طراحی سازه های ساحلی ضروری است. بر این اساس، در مطالعه حاضر با به کار گیری روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم ناپذیر جهت شبیه سازی بستر سواحل ماسه ای، تغییرات بستر این نوع سواحل ارزیابی شده است. بدین منظور معادلات ناویر – استوکس توسط یک روش سه مرحله ای و با استفاده از معادله پواسون برای اعمال شرط تراکم ناپذیری در قالب لاگرانژی حل می شوند؛ که از مزایای این روش، افزایش پایداری و دقت، مدل کردن تغییر شکلهای زیاد و اعمال نکردن شرط اضافه ای در مرزها یعنی مرز بین آب و ماسه و همچنین در سطح آزاد آب است. صحت سنجی روش ارائه شده با شبیه سازی مسأله ی شکست سد و مقایسه ی نتایج به دست آمده از مدل با نتایج آزمایشگاهی و همچنین نتایج روشهای هیدرودینامیک ذرات هموار استاندار و معادلات ناویر استوکس رینولدز متوسط مقایسه و تصدیق شد. در تحقیق حاضر، با مدل سازی ساحل توسط روش نوین هیدرودینامیک ذرات هموار و در نظر گرفتن مدل سیال بینگهام برای ماسه، تغییر شکل بستر مورد مطالعه قرار گرفت و تغییر شکل ایجاد شده با روابط موجود مقایسه شد. روش به کار گرفته شده نتیجه قابل قبولی را در پیش بینی ابعاد ناهمواری ها در بستر نشان داد.

بخش وسیعی از خساراتی که به تاسیسات و سازه های ساحلی وارد می شود ناشی از فرایند فرسایش و رسوبگذاری سواحل می باشد. به همین دلیل بررسی روند تغییرات مورفولوژیکی تراز بستر سواحل ماسه ای از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه، ضریبی تعریف شد که بتواند نسبتی دقیق تر از سرعت حرکت ذرات رسوب به ذرات آب را ارائه بدهد. به کار گیری این ضرایب در مدل ریاضی، می تواند در محاسبه روند اثراتی که رسوبات جابجا شده بر تغییرات تدریجی پروفیل سواحل می گذارند موثر باشد و امکان پیش بینی تغییرات تراز بستر سواحل در مقطع عرضی، به نحوی که با واقعیت تحولات پروفیل طبیعی سواحل سازگاری بیشتری داشته باشد فراهم شود. با استفاده از معادلات حرکتی ون راین و همچنین با در نظر گرفتن تنش برشی ناشی از نیروی موج، سعی برآن شد که تخمین سرعت حرکت ذرات رسوب در لایه مرزی تحت اثر اندرکنش موج - جریان، مستقل از حل معادلات پیچیده حرکت ذرات رسوب در لایه مرزی بدست آید. هدف اصلی از محاسبه این ضرایب انتقال جدید ، بکار بردن آنها در برنامه مدل سازی ریاضی به منظور دستیابی به نتایج بهتر در شبیه سازی تغییرات مقطع عرضی سواحل می باشد. این در حالی است که به منظور اثبات درستی و اعتبار ضرایب انتقال بدست آمده، مقادیر آن با نتایج آزمایشگاهی معتبر، مقایسه شد و تطابق بسیار خوبی به ویژه درعمق های کم آب پای دیوار ساحلی مشاهده گردید. در این تحقیق، از مدلی برای محاسبه جابجایی رسوبات در مقطع عرضی ساحل استفاده شده است که بر اساس انتگرال گیری از حاصل ضرب سرعت افقی ذرات بستر در تابع توزیع احتمال آنها می باشد که با محاسبه میزان جابجایی رسوبات، تغییرات تراز بستر بر اساس تعادل جرمی در سری های مکانی مقطع عرضی، به دست می آید. اما هدف اصلی، در واقع اعمال تغییرات در روند اجرای مدل ریاضی می باشد تا بتوان میزان تاثیرات ضرایب انتقال رسوب جدید را بر نمودار تغییرات تراز بستر سواحل بررسی کرد و نتایج آن را با مقادیری که تاکنون برای این ضرایب به کار می رفت، مقایسه کرد. همچنین، با استناد بر نتایج به دست آمده از شبیه سازی در آزمایشگاه، می توان در مورد صحت و اعتبار نتایج به دست آمده از مدل ریاضی قضاوت کرد. نمودارهای حاصل از مدل ریاضی، روند تغییرات مقطع عرضی ساحل را در کوتاه مدت تحت اثر اندرکنش موج – جریان ارائه می دهند. به طور کلی، می توان گفت که نتایج حاصل از نمودارهایی که بر اساس ضرایب انتقال جدید می باشند، تناسب بیشتری را با نمودارهای حاصل از مدل سازی آزمایشگاهی دارند. همچنین، این امر نشان دهنده درستی روند محاسبات مربوط به تخمین ضرایب انتقال رسوب جدید می باشد. این در حالیست که این ضرایب، در عمق های کم پای دیوار ساحلی، سازگاری بهتری را ارائه می دهد و تطابق بیشتری با نتایج آزمایشگاهی دارد.

در این تحقیق با توجه به موارد فوق هدف بررسی عملکرد این نوع سازه ها در تثبیت سواحل به کمک مدل عددی ومقایسه میزان رسوب گذاریوتغییرات مورفولیژیکی ساحل در دو حالت وجود ابشکن و موج شکن می باشد.با ارایه یک روش تئوری ابتدا می توان میزان و الگوی رسوب گذاری در مجاورت این سازه ها را تخمین زده وسپس با استفاده از روش های عددی و داده های میدانی موجود نتایج حاصله را مورد بحث و بررسی بیشتری قرار داده و در نهایت می توان مقایسه ای از نظر اقتصادی وزیست محیطی از عملکرد این دو نوع سازه را در سواحل ماسه ای ارایه نمودکه می تواند مورد استفاده طراحان سازه های دریایی در کلیه پروژه های تثبیت سواحل قرار گیرد.

امروزه اسکله های کیسونی به طور وسیع جهت پهلوگیری کشتی ها در کارهای دریایی مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد کیسون در احداث یک سازه دریایی بویژه نقش تلفیقی که نقش اسکله و موج شکن را تواما دارا باشد، مورد توجه است چرا که از یک طرف سمت حوضچه و به صورت اسکله جهت پهلوگیری شناورها و از طرف دیگر نقش موج شکن را ایفا می کند. جهت طراحی بهینه این نوع پهلوگیرها لازم است اطلاعاتی در خصوص نیروهای ضربه ای ناشی از امواج و برخورد کشتی طرح در دست باشد. درپژوهش حاضر، با استفاده از نرم افزار المان محدود abaqus، نمونه ای از یک اسکله کیسونی به صورت دوبعدی مدل شده و تحت اثر نیروهای مختلف تحلیل شده است. تحلیل شبه استاتیکی سازه تحت اثر نیروی موج، که از 3 روش محاسبه شده، انجام می گیرد و سپس روشی که بحرانی ترین مقادیر را بدست دهد، در تحلیل دینامیکی سازه به عنوان نیروی اعمالی در نظر گرفته می شود. تحلیل دینامیکی هم به 2 صورت انجام می شود: یک بار فقط نیروهای معادل به سازه وارد می شوند و بار دیگر خاکریز پشت سازه، پی زیرش و رس بستر هم مدلسازی می شوند. نیروی پهلوگیری کشتی هم در یک تحلیل شبه استاتیکی بر سازه اعمال و تأثیر آن مشاهده شده است. نتایج حاصله، یعنی جابجایی در جهات مختلف و تنش ها، استخراج شده و در نمودارهایی، مقادیر بدست آمده از منظرهای متفاوت با هم مقایسه شده اند.

دلفین های پهلوگیری علاوه بر بارهای ناشی از فعالیت تجهیزات خود و بارهای ناشی از پهلوگیری کشتی و مهاربندی، در معرض بارهای محیطی، مثل نیروی امواج و نیروی جریان های دریایی قرار دارند. نیروی ناشی از موج، زمانی که هم زمان با نیروی ناشی از پهلوگیری کشتی و یا نیروی کششی ناشی از مهاربندی باشد، اهمیت پیدا می کند. در این تحقیق اعضای یکی از دلفین های پهلوگیری موجود در خلیج فارس به عنوان نمونه، تحت اثر نیروی امواج، در قالب تحلیل قابلیت اطمینان مورد بررسی قرار می گیرد، تا با ارائه ی شاخص اعتماد، معیاری برای سنجش عملکرد آن ارائه شود. برای این منظور پس از تبیین روابط مربوط به توزیع احتمالاتی نیروی کششی و اینرسی معادله ی موریسون، با استفاده از طیف موج جانسواپ و همچنین مدل سازی خاک به وسیله¬ی عمق گیرداری، مدل المان محدودی از سازه ی مورد نظر در نرم افزار ansys برای انجام تحلیل احتمالاتی ساخته می شود. سپس سازه به وسیله چهار ترکیب بار، تشکیل شده از بار محیطی، بار زنده، بار مرده ی اعضای سازه، پهلوگیری کشتی ،تعلیق شناور و مهاربندی بارگذاری شده و با انجام آنالیز استاتیکی و روش شبیه سازی لاتین هیپرکوب تحلیل می شود و پاسخ سازه برای تنش محوری، تنش خمشی و تنش برشی استخراج می شود. در مرحله ی بعد با استفاده از روش مرتبه ی اول قابلیت اطمینان، شاخص اعتماد پذیری برای هر جز سازه ای محاسبه می شود. در انتها به وسیله ی نظریه قابلیت اعتماد سیستم های سازه ای، شاخص اعتمادپذیری برای هریک از چهار حالت بارگذاری محاسبه می شود.

شناخت رفتار رسوبی در دریا برای هر منطقه قبل از طراحی هر نوع سازه دریایی، دارای اهمیت بسیاری است. چه بسا سازه های دریایی که بدون مطالعه رفتار رسوبی و یا با مطالعات ضعیف اجرا شده اند، پس از بهره برداری ضرر های جبران ناپذیری را به لحاظ مالی و محیطی به مناطق اطراف خود وارد کرده اند. شهرستان نوشهر یک منطقه ساحلی در جنوب دریای خزر و دارای خط ساحلی به طول 45 کیلومتر می باشد. این منطقه به دلیل بندری و توریستی بودن قابلیت فراوانی در ایجاد سازه های دریایی، اعم از تفریحی و تجاری، دارد که این مسئله اهمیت شناخت مورفولوژی و رفتار رسوبی را دو چندان می کند. در این پژوهش سعی بر آن شد تا با بررسی و تحلیل تغییر شکل های خط ساحلی نوشهر در سال های اخیر، رفتار رسوبی منطقه و میزان رسوبی که به همراه جریان موازی با ساحل در دریا انتقال پیدا می کند، سنجیده شود. همچنین با جمع آوری اطلاعات از منابع معتبر، به شناسایی منابع رودخانه ای و دریایی تولید رسوب در سواحل شهرستان نوشهر پرداخته و میزان دخالت این منابع به لحاظ حجم آورد رسوب به تفکیک از یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این در این پایان نامه از مدل سازی عددی به کمک نرم افزار mike 21، در انتقال امواج دور از ساحل به نزدیک ساحل به منظور بررسی و شناخت شرایط هیدرودینامیک منطقه، استفاده شده که نتایج آن با نتایج اندازه گیری های میدانی صورت گرفته، به منظور کالیبره شدن مدل برای کارایی بهینه، مقایسه گردید. در پایان سعی شده راهکارهای مناسب جهت جلوگیری از برخی تغییرات خط ساحلی و تا حدودی بازسازی خط ساحلی پیشین در شهرستان نوشهر و همچنین بهبود روند لایروبی در دهانه بندر نوشهر ارائه گردد.