توسعه مدل عددی پیوستار بر مبنای معادلات vans برای شبیه سازی فرآیندهای هیدرودینامیکی ناحیه بالاروی امواج

منطقه مجاور ساحلی شامل ناحیه زوال امواج یا موجک های منهدم شده و شکسته و ناحیه بالاروی یا یورش آب ساحلی است. ناحیه بالاروی امواج از لحاظ هیدرودینامیکی کاملا شناخته شده نمی باشد و دانش موجود از فرآیندهای هیدرودینامیکی که در این ناحیه رخ می دهد در مقایسه با فرآیندهای سایر نواحی ساحلی، به دلیل ماهیت ناشناخته آنها کامل نیست. بررسی جامع و کامل پدید های هیدرودینامیک منطقه بالاروی امواج خصوصا با توجه به این نکته که در حیطه کاربردی موضوع، قسمت مهمی از میزان انتقال رسوب ساحلی در این ناحیه انجام می شود، بسیار با اهمیت است. از طرف دیگر هنوز یک مدل خاص برای این ناحیه که کلیه جنبه های مهم منطقه بالاروی امواج ساحلی (نظیر شیب و نفوذپذیری بستر، شکست/انهدام امواج و موجکها و آشفتگی، جریانهای بازگشتی، تنشهای برشی، ضریب اصطکاک ، اندرکنش بالاروی امواج و انتقال رسوب) را در بر داشته باشد، به طور کامل توسعه داده نشده است. بنابراین هدف اصلی از این مطالعه، شناخت جزئیات فرآیندهای هیدرودینامیکی در منطقه بالاروی امواج ساحلی با توجه به تحقیقات انجام گرفته و شبیه سازی این فرآیندها با بهره گیری از روش ها و رویکردهای نوین عددی برای رسیدن به درک بهتر از فعل و انفعالات رخ داده در این منطقه ساحلی می باشد. آنچه پیداست، روش های معمول به کار رفته تا کنون توانایی مدلسازی جامع جریان این ناحیه را به دلیل تعامل واقعی آن با بستر طبیعی نفوذپذیر نداشته اند و اندک تحقیقات انجام شده نیز به روش های تقریبی و با بکارگیری روابط تجربی، اثرات مهم نفوذ/خروج را در نظر گرفته اند. به همین منظور پس از بررسی سایر روش های مطرح شده در ادبیات فنی و بررسی امکان سنجی و کارآمدی آنها، در ابتدا یک مدل عددی سه بعدی با رویکرد پیوستار (بر پایه معادلات متوسط حجمی ناویر-استوکس) جهت یکپارچه سازی روش ها در تمام عمق میدان برای شبیه سازی هیدرودینامیک جامع منطقه ساحلی شامل شکست نهایی موج، بالاروی و پائین روی توده، آشفتگی و جریانهای بازگشتی روی بستر نفوذپذیر ارائه می شود. این مدل با حل معادلات متوسط گیری حجمی در سه شکل اصلی در محیط متخلخل همگن، تخفیف یافته در محیط سیال همگن و اصلاح شده برای ناحیه بینابینی با تخلخل متغیر، کل میدان جریان را پوشش داده و تحلیل می نماید . سطح آزاد جریان به روش حجم سیال و آشفتگی جریان به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ مدلسازی شده است. مدل عددی در دو مرحله توسعه داده شده است. در گام اول، فرمولاسیون رویکرد پیوستار برای میدان جریان کانال با بستر نفوذپذیر توسعه داده شده است. مدل عددی در این مرحله از توسعه با تعداد زیادی اجرا در تخلخل های متفاوت و مقایسه با داده های یک حالت ساده ی آزمایشگاهی، کنترل و صحت سنجی شده است. در گام دوم بر اساس ساختار اصلی مدل در مرحله قبل و انجام اصلاحات و تغییرات لازم خصوصا در مرزها، فرمولاسیون مدل برای جریان ناحیه ساحلی در گستره ی شرایط متفاوت هیدرودینامیکی از ابتدای منطقه داخلی شکست تا انتهای منطقه بالاروی ساحلی بسط داده شده است. نتایج تحلیل این مدل عددی در مرحله دوم در شرایط مختلف هندسی (شیب بستر، طول، عمق و عرض میدان) و فیزیکی (نفوذپذیری های مختلف بستر، امواج منظم و تصادفی) که تقریبا منطبق با شرایط ابتدایی انجام یک گروه داده آزمایشگاهی خاص بوده اند، با تاکید بیشتر بر ناحیه بالاروی با نتایج آزمایشگاهی و همچنین برخی مفاهیم و نظرات قطعیِ بیان شده در ادبیات فنی این ناحیه مقایسه گردیده است. مقایسه نتایج، حاکی از آن است که مدل هیدرودینامیکی توانایی خوبی برای پیش بینی میدان جریان و سطح آزاد آن، کمیت های آشفتگی، باتوجه به اندرکنش بالاروی و نفوذپذیری بستر نسبت به روش ها و معادلات متدوال دیگری چون rnas، بوسینسک و nlsw دارد. میزان تاثیر درجات مختلف نفوذپذیری بستر ساحلی بر کمیت و کیفیت فرآیندهایی چون مقدار بالاروی، میدان آشفتگی (ناشی از شکست و ناشی از زبری ظاهری و ذاتی بستر)، پروفیل سطح آزاد، میدان سرعت های متوسط و لحظه ای تا حد امکان مورد بررسی و کنکاش قرار گرفت.