ارزيابی رفتار رسوب سالانه در بندر نوشهر

ارزيابی رفتار رسوب سالانه در بندر نوشهر؛ بندر بوشهر از نظر فرایندهای رسوبی بسیار فعال است و رسوب‌گذاری شدید در پشت بازوی غربی و ته‌نشینی آن در مقابل دهانه بندر، موجب ایجاد موانع در عبور و مرور شناورها شده است.

به گزارش بندر و دریا، علی اصغر صادقی معاون امور دریایی بندر نوشهر، میثم قیطاقی سرپرست اداره ایمنی و حفاظت دریایی بندر نوشهر و رسول کوهزاد، کارشناس ایمنی و حفاظت دریایی بندر نوشهر در مقاله‌ای با بررسی موضوع رسوب سالانه در بندر نوشهر که نسخه‌ای از آن در اختیار گروه رسانه‌ای «بندر و دریا» قرار گرفته به ارزيابي رفتار رسوب سالیانه از طریق شبیه‌سازی عددی مبتنی بر تحلیل نقشه‌های هیدروگرافی در بندر نوشهر پرداخته و راهکارهای احتمالی را ارائه کرده‌اند.

مقدمه

هدف از این مطالعه، ارزیابی رسوب سالانه در سواحل و بنادر با استفاده از شبیه‌سازی عددی بر اساس نقشه‌های هیدروگرافی است. در این تحقیق، ابتدا داده‌های هیدروگرافی مربوط به عمق و وضعیت بستر دریا در مقاطع مختلف زمانی جمع‌آوری شده و سپس با استفاده از مدل‌ عددی جهت تحلیل روند انتقال رسوبات آنها انجام شد. نتایج نشان می‌دهند که شبیه‌سازی عددی می‌تواند ابزاری دقیق و کارآمد برای پیش‌بینی الگوهای رسوب‌گذاری و ارزیابی تغییرات سالانه حجم رسوبات در مناطق ساحلی و بندری باشد.

این رویکرد همچنین امکان بررسی تأثیر عوامل مختلف مانند جریان‌های دریایی، تغییرات اقلیمی و سازه‌های دریایی را در کاهش یا افزایش رسوبات فراهم می‌آورد. در نهایت، این تحقیق به ارائه راهکارهای مدیریتی برای کاهش اثرات منفی رسوب‌گذاری و بهینه‌سازی عملیات لایروبی در مناطق بحرانی می‌پردازد. هدف اصلی این مقاله، فراهم کردن اطلاعات لازم برای بهینه‌سازی مدیریت رسوبات، کاهش هزینه‌های لایروبی و ارتقای عملکرد بنادر است.

لایروبی و هیدروگرافی

ناوبری نقشی حیاتی در اقتصاد جهانی دارد، زیرا بیش از ۸۰ درصد از حجم عرضه جهانی را جابه‌جا می‌کند. افزایش تقاضا برای کشتی‌هایی با ظرفیت بارگیری بیشتر و در نتیجه آبخور عمیق‌تر، مستلزم تطبیق پایانه‌های بندری است. این تقاضا پس از تکمیل پروژه گسترش کانال پاناما در سال ۲۰۱۶، که امکان عبور کشتی‌هارا فراهم کرد و نیاز به اعماق تا ۱۷ متر در کانال‌های دسترسی بندری داشت، به‌طور چشمگیری افزایش یافت.

از سوی دیگر، مناطق مصبی به دلیل داشتن پناه طبیعی در برابر امواج، همواره برای فعالیت‌های بندری مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌اند. علاوه بر این، پویایی رسوبی طبیعی در دهانه مصب، موجب کاهش عمق شده و تردد کشتی‌های با آبخور بیشتر را دشوار می‌سازد، به‌طوری‌که لایروبی شکل (۱) تقریباً همواره ضروری است با وجود اهمیت ارزیابی مستمر خدمات لایروبی، تحقیقات در این زمینه محدود بوده و بیشتر به پروژه‌ها، برنامه‌های مدیریتی و اسناد نظارتی معطوف شده است.

حتی بررسی‌های دانشگاهی بزرگ در زمینه اثرات زیست‌محیطی لایروبی نیز عمدتاً از این اسناد فنی به عنوان منبع اصلی استفاده می‌کنند. بخش عمده‌ای از تحقیقات بر تحلیل هزینه متمرکز است و لایروبی به‌عنوان اقدامی برای افزایش مقیاس اقتصادی توجیه می‌شود.

شکل ۱. عملیات لایروبی

بنادر شمالی ایران

سواحل دریای خزر بین پنج کشور ایران، آذربایجان، روسیه، قزاقستان و ترکمنستان مشترک است. بندر نوشهر در سواحل دریای خزر، نقش کلیدی در اقتصاد و تجارت منطقه ایفا می‌کند. این بندر که در سال ۱۳۰۹ هجری خورشیدی احداث و در سال ۱۳۱۸ به بهره‌برداری رسید، سالانه حجم قابل‌توجهی از کالاها را جابه‌جا می‌کند و به دلیل نزدیکی به مراکز تولیدی و صنعتی مهم کشور، از جمله تهران و سمنان، از موقعیت راهبردی ویژه‌ای برخوردار است. در سال‌های اخیر، بهره‌برداری از بندر نوشهر با مشکلاتی ناشی از رسوب‌گذاری مواجه شده است.

شکل ۲. بندر نوشهر

مواد و روش‌ها

رفتار رسوب در پروژه‌های لایروبی بنادر از مسائل اساسی محسوب می‌شود، زیرا تأثیر مستقیمی بر ناوبری، ایمنی و پهلوگیری کشتی‌ها دارد. نقشه‌برداری هیدروگرافی به‌عنوان ابزار اصلی برای اندازه‌گیری مختصات افقی و ارتفاع بستر دریا، نقش مهمی در برآورد حجم رسوبات و رفتار رسوب ایفا می‌کند. در این پژوهش، داده‌های مربوط به پروژه‌های مختلف لایروبی در بندر نوشهر با استفاده از شبیه‌سازی عددی در نرم‌افزار مايك ۲۱ مورد بررسی قرار گرفته است.

به‌منظور تحلیل دقیق، از شبیه‌سازی دو‌بعدی بهره گرفته شده است. در ادامه، مدل عددی مورد استفاده و شرایط شبیه‌سازی تشریح می‌شود. در نخستین گام، نقشه‌های هیدروگرافی موجود در فایل‌های اتوکد به‌عنوان داده‌های ورودی اولیه به مدل عددی وارد می‌شوند. سپس محدوده موردنظر تعیین شده و محاسبات لازم در محیط مدل‌سازی انجام می‌گیرد. در نهایت، نقشه‌های هیدروگرافی اولیه و ثانویه با یکدیگر مقایسه شده و نتایج حاصل از شبیه‌سازی تحلیل می‌شود.

در مجموع پنج نقشه هیدروگرافی به فاصله دو تا سه ماه از همدیگر در تمام فصول سال تهیه شده و به صورت تفکیک شده با هم مقایسه شده و نحوه انتقال رسوب در طول سال مشخص شده است.

نتايج و بحث

نتایج حاصل از اندازه‌گیری‌های هیدروگرافی، که از طریق شبیه‌سازی عددی به‌ دست‌ آمده‌اند، ارائه شده و بر مبنای آن‌ها رفتار انتقال سالانه رسوب مورد بررسی قرار گرفته است. این اندازه‌گیری‌ها طی یک دوره زمانی تقریباً یک‌ساله (سال ۱۴۰۳) و تحت شرایط آب‌وهوایی گوناگون انجام شده‌اند. محل اجرای این اندازه‌گیری‌ها در فاصله دو کیلومتری از موج‌شکن غربی، همچنین در محدوده موج‌شکن شرقی و کانال دسترسی بندر نوشهر بوده است. نقاط قرمز رنگ رسوب‌گذاری و نقاط آبی رنگ رسوب‌برداری یا فرسایش را نمایش می‌دهد و مناطق سفید رنگ هیچگونه تغییری ایجاد نشده است.

نتایج نشان می‌دهد در سالی که گذشت عملیات لایروبی به خوبی مدیریت شده است و تعداد حمل و نقل کشتی‌ها نسبت به سال گذشته نزدیک ۳۰ درصد افزایش داشته است. نتایج حاصل از مدل‌سازی در چهار ماه نخست، به دلیل ثبات شرایط جوی، تغییرات چشمگیری مشاهده نشده و عمده رسوبات در بخش غربی نمایان شده‌اند. اما مقدار آن‌ها قابل‌توجه نبوده است. در این بازه زمانی، فعالیت لایروب در کانال دسترسی نیز به‌وضوح مشهود بوده است.

در فاصله زمانی ماه‌های چهارم تا ششم، با شکل‌گیری پروفیل تابستانه و استقرار جریان‌های عمود بر ساحل، رسوب‌گذاری عمدتاً در بخش شرقی افزایش یافته، در حالی که عملیات لایروبی در کانال دسترسی همچنان ادامه داشته است. در بازه زمانی ماه‌های ششم تا نهم، به دلیل ناپایداری شرایط جوی، وقوع جریان‌های موازی ساحل و کاهش فعالیت لایروب در کانال دسترسی، میزان رسوب‌گذاری به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش یافته که این امر تغییراتی در موقعیت کانال ایجاد کرده است. ( نقاط قرمز رنگ سمت شرق موقعیت قبلی کانال دسترسی را نشان می‌دهد که طبیعی است مکان قبلی با رسوب انباشته شود).

در نهایت، در ماه دوازدهم و با تداوم جریان‌های موازی ساحل، میزان رسوب در کانال دسترسی افزایش یافته است. با این‌ حال، در بخش غربی که تحت تأثیر جریان‌های قوی‌تری قرار دارد، فرایند رسوب‌برداری مشاهده شده است. در نتیجه، کانال دسترسی بندر نوشهر با فعالیت لایروب به‌طور مداوم پاک‌سازی شده و تا حد زیادی از انسداد ناشی از رسوب‌گذاری جلوگیری شده است، اما تغییرات فصلی و جریان‌های ساحلی همچنان بر میزان تجمع رسوبات در بخش‌های مختلف آن تأثیرگذار هستند.

راهکار پیشنهادی برای مدیریت رسوب

تدوین یک برنامه زمان‌بندی پویا بر اساس مدل‌سازی‌های عددی و داده‌های میدانی، به‌گونه‌ای که عملیات لایروبی در دوره‌هایی که رسوب‌گذاری به اوج می‌رسد، افزایش یابد. استفاده از لایروب‌های کارآمدتر با توانایی مکش و انتقال رسوب بیشتر برای جلوگیری از انسداد کانال در بازه‌های بحرانی. بررسی امکان تغییر طراحی یا بهینه‌سازی موقعیت و ابعاد موج‌شکن‌های بندر به‌منظور کاهش اثر جریان‌های موازی ساحل که نقش بسزایی در رسوب‌گذاری دارند. استفاده از سازه‌های هدایت‌کننده جریان (مانند پره‌های هیدرودینامیکی) در ورودی کانال برای تغییر جهت جریان و کاهش تمرکز رسوب. نصب حسگرهای اندازه‌گیری رسوب و جریان در نقاط کلیدی برای پایش تغییرات بستر در زمان واقعی و استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده در اصلاح برنامه لایروبی.

اجرای مدل‌سازی عددی مداوم با استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته نظیر MIKE 21 برای پیش‌بینی روندهای آینده رسوب‌گذاری و ارزیابی تأثیر مداخلات مدیریتی. بهینه‌سازی مسیرهای تردد شناورها و بررسی امکان استفاده از جریانات ناشی از حرکت کشتی‌ها برای کمک به پراکندگی رسوبات. بررسی گزینه‌هایی نظیر افزایش عمق موضعی در بخش‌های حساس برای کاهش نرخ تجمع رسوب در نواحی بحرانی. تحلیل تأثیر ترکیب روش‌های مهندسی و مدیریتی برای کاهش هزینه‌های لایروبی و بهبود پایداری عملیات بندری. توسعه یک سیستم تصمیم‌گیری یکپارچه که با بهره‌گیری از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، تغییرات هیدرودینامیکی و الگوی رسوب‌گذاری را به‌صورت خودکار پایش و روندهای بهینه را پیشنهاد کند.

نتیجه‌گیری

تحلیل نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد که الگوی رسوب‌گذاری در کانال دسترسی بندر نوشهر تحت تأثیر تغییرات فصلی و پویایی جریان‌های ساحلی قرار دارد. در ماه‌های نخست، به دلیل پایداری شرایط جوی، تغییرات محسوسی در میزان رسوب‌گذاری مشاهده نشده و عمده رسوبات در بخش غربی متمرکز بوده‌اند. با ورود به دوره تابستانه (ماه‌های چهارم تا ششم) و استقرار جریان‌های عمود بر ساحل، انتقال رسوب به بخش شرقی افزایش یافته است.

در ماه‌های ششم تا نهم، تحت تأثیر ناپایداری‌های جوی و افزایش شدت جریان‌های موازی ساحل، نرخ رسوب‌گذاری افزایش یافته که این امر موجب تغییراتی در موقعیت کانال شده است. در ماه دوازدهم، روند غالب جریان‌های ساحلی موجب تشدید رسوب‌گذاری در کانال دسترسی شده، اما در بخش غربی، به دلیل تأثیر جریان‌های قوی، پدیده رسوب‌برداری رخ داده است.

این نتایج نشان می‌دهد که پویایی رسوب در منطقه متأثر از تعامل پیچیده شرایط جوی، نوع جریان‌های ساحلی و عملیات لایروبی است. بنابراین، به‌منظور حفظ کارایی کانال دسترسی، لازم است راهکارهای مدیریتی نظیر بهینه‌سازی برنامه لایروبی و بررسی تغییرات پروفیل بستر به‌صورت دوره‌ای مورد توجه قرار گیرد.