مدل‌سازی اثرات احتمالی لایروبی کانال خزینی بر زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان، جنوب شرق دریای کاسپی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی هیات علمی دانشکده شیلات دانشگاه علوم کشاورزی گرگان

2 استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد بندرگز

10.22034/jest.2018.12460

چکیده

زمینه و هدف: زمان تجدیدپذیری آب از شاخص­های مهم جهت برآورد میزان سلامتی بوم­سازگان­های دریایی محسوب می­گردد. کانال خزینی دومین راه ارتباطی خلیج گرگان با دریای کاسپی بوده است که در سال­های اخیر با کاهش سطح تراز آب دریا و رژیم رسوب­گذاری مسدود گردیده است. در این پژوهش جهت مدل­سازی اثرات احتمالی لایروبی کانال خزینی بر زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان نسبت به اجرای به ­هنگام دو ماژول هیدرودینامیکی و انتقال-پخش مدل دو بعدی مایک21 اف­ام اقدام گردیده است.
روش بررسی: مدل­سازی­ها بر روی دو شبکه بی­ساختار مثلثی، تحت دو شرایط مرزی باز مختلف و با در نظر گرفتن تنش باد، نوسان آب در دهانه آشورآده-بندرترکمن و کانال خزینی، ورودی رودخانه­ها، بارش و تبخیر در طی دوره شاخص اجرا گردید. به­منظور تعیین میزان ضریب پخش در خلیج گرگان نسبت به مدل­سازی شوری با استفاده از ماژول انتقال­-پخش مدل مایک 21 اف­ام اقدام گردید.
یافته­ها: نتایج مدل­سازی دو بعدی شوری نشان داد که بهترین ضرایب پخش در خلیج گرگان معادل 350 متر مربع ­بر ثانیه می­باشد. نتایج محاسبه میزان تجدیدپذیری کل آب در خلیج تحت شرایط انسداد کانال خزینی معادل 54 روز و لایروبی کانالی به عرض 170 متر معادل 41 روز بود.
بحث و نتیجه­گیری: مناسب­ترین زمان برای مدل­سازی زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان، آغاز روند رو به افزایش درون سالیانه سطح آب در دریای کاسپی می­باشد. مقادیر تجدیدپذیری به رژیم هیدرودینامیک و ضریب پخش شوری در خلیج گرگان وابسته می­باشد. با توجه به الگوی پادساعت­گرد گردش عمومی آب در خلیج گرگان لایروبی کانال خزینی می­تواند زمان تجدیدپذیری کل را تا 13 روز کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیستم، شماره یک، بهار 97

 

 

مدل­سازی اثرات احتمالی لایروبی کانال خزینی بر زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان، جنوب شرق دریای کاسپی

 

 

سعید شربتی *[1]

s_sharbaty@yahoo.com  

سورنا نسیمی[2]

 تاریخ دریافت:28/2/94

تاریخ پذیرش:1/2/95

 

چکیده

زمینه و هدف: زمان تجدیدپذیری آب از شاخص­های مهم جهت برآورد میزان سلامتی بوم­سازگان­های دریایی محسوب می­گردد. کانال خزینی دومین راه ارتباطی خلیج گرگان با دریای کاسپی بوده است که در سال­های اخیر با کاهش سطح تراز آب دریا و رژیم رسوب­گذاری مسدود گردیده است. در این پژوهش جهت مدل­سازی اثرات احتمالی لایروبی کانال خزینی بر زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان نسبت به اجرای به ­هنگام دو ماژول هیدرودینامیکی و انتقال-پخش مدل دو بعدی مایک21 اف­ام اقدام گردیده است.

روش بررسی: مدل­سازی­ها بر روی دو شبکه بی­ساختار مثلثی، تحت دو شرایط مرزی باز مختلف و با در نظر گرفتن تنش باد، نوسان آب در دهانه آشورآده-بندرترکمن و کانال خزینی، ورودی رودخانه­ها، بارش و تبخیر در طی دوره شاخص اجرا گردید. به­منظور تعیین میزان ضریب پخش در خلیج گرگان نسبت به مدل­سازی شوری با استفاده از ماژول انتقال­-پخش مدل مایک 21 اف­ام اقدام گردید.

یافته­ها: نتایج مدل­سازی دو بعدی شوری نشان داد که بهترین ضرایب پخش در خلیج گرگان معادل 350 متر مربع ­بر ثانیه می­باشد. نتایج محاسبه میزان تجدیدپذیری کل آب در خلیج تحت شرایط انسداد کانال خزینی معادل 54 روز و لایروبی کانالی به عرض 170 متر معادل 41 روز بود.

بحث و نتیجه­گیری: مناسب­ترین زمان برای مدل­سازی زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان، آغاز روند رو به افزایش درون سالیانه سطح آب در دریای کاسپی می­باشد. مقادیر تجدیدپذیری به رژیم هیدرودینامیک و ضریب پخش شوری در خلیج گرگان وابسته می­باشد. با توجه به الگوی پادساعت­گرد گردش عمومی آب در خلیج گرگان لایروبی کانال خزینی می­تواند زمان تجدیدپذیری کل را تا 13 روز کاهش دهد.

واژه­های کلیدی: مدل­سازی بوم­شناختی، زمان تجدیدپذیری، خلیج گرگان، کانال خزینی، مایک21 اف­ام

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 20, No.1, Spring, 2018

 

 

 


Modeling of Possible Dredging Effects of Khozeini Channel on the Water Renewal Time in Gorgan Bay,

Southeast of tmj     nhe Caspian Sea

 

Saeed Sharbaty*[3]

s_sharbaty@yahoo.com

 Sorena Nasimi[4]

Date Received: May 18, 2015

Admission Date:April 20, 2016

 

Abstract

Background and Objective: Water renewal time, one of the important indicators, is considered for estimation of health status of marine ecosystem. The Khozeini channel has been the second communicative ways of the Gorgan Bay with the Caspian Sea which is blocked by decreasing of sea water level and sedimentation in recent years. In this investigation, in order to considering of Khozeini channel possible dredging effects on the Water Renewal Time in the Gorgan Bay, the Hydrodynamic and Advection-Dispersion modules of two-dimensional Mike21 FM model were coupled  simultaneously.

Method: The modeling on two triangular unstructured meshes and under two different open boundary conditions by including wind stress, water fluctuations in the mouth of Bandartorkaman-Ashoradeh and Khozeini channel, rivers input, evaporation and precipitation during index year were done. To determine the amount of dispersion coefficient in the Gorgan Bay, salinity modeling using Advection-Dispersion module of MIKE 21 FM were developed.

Findings: The results two-dimensional salinity modeling showed that the best of dispersion coefficients are 350 m2/s in Gorgan Bay. The results of calculating of the Integral Water Renewal amount under blocking Khozeini channel condition was 54 days and dredging channel condition a width of 170 m was 41 days.

Discussion and Conclusion: The best time for Water Renewal Time modeling in Gorgan Bay is the beginning trend of intering annual water level rising in the Caspian Sea. Renewal Time values are depending on hydrodynamic regime and salinity dispersion coefficient in Gorgan Bay. According to the common counterclockwise water circulation pattern in Gorgan Bay, Khozeini channel dredging reduces Integral Renewal Time of up to 13 days.

 

Keywords: Ecological Modeling, Renewal Time, Gorgan Bay, Khozeini Channel, Mike21 FM.

 

مقدمه


درک مناسب در خصوص مقیاس­های زمانی انتقال و پویایی آب از عوامل مهم کلیدی جهت مدیریت بوم­سازگان­های دریایی می­باشد­(1). زمان تجدیدپذیری آب[5]­از جمله فرآیندهای فیزیکی مهم تاثیرگذار بر سلامتی، تولیدات زیستی و میزان کیفیت آب بوده و از آن به عنوان شاخصی جهت ارزیابی میزان آسیب­های وارده به محیط­های آبی استفاده می­گردد (2). این شاخص زمانی بیان­گر مدت زمان لازم جهت تعویض 63 درصد از آب موجود در یک پیکره آبی با آب­های تازه وارد از محیط­های مجاور از طریق مرزهای ورودی هم­چون دهانه، تنگه، رودخانه و یا کانال­ها می­باشد (3). زیاد بودن مدت زمان تجدیدپذیری در یک پیکره آبی بیان­گر افزایش مدت زمان لازم جهت پالایش آلاینده­ها در آن می­باشد (4). زمان تجدیدپذیری آب تحت تاثیر مرزهای ورودی، رژیم کشندی، بارش و تبخیر،­لایه­بندی چگالی، توپوگرافی بستر و هندسه سواحل قرار دارد (5). جهت محاسبه زمان تجدیدپذیری در سازگان­های آبی از سه شیوه ردیابی مواد رادیواکتیو (6)، روابط تجربی و مدل­سازی­های عددی استفاده می­گردد (7). از میان سه روش مذکور مدل­سازی­های عددی دارای مزیت­های بیش­تری نسبت به دو روش دیگر به ­دلیل صرف کم­تر هزینه­های مادی و زمانی و نیز افزایش امکان مطالعه حوضه آبی با جزییات بی­شتر در مقیاس­های زمانی-مکانی بزرگ­تر می­باشد. از طرفی ­در مدل­سازی این شاخص زمانی می­توان از سه روش لاگرانژی، جابه­جایی-پخش و یا ترکیبی از هر دو استفاده نمود (8). به­طور خلاصه از جمله تحقیقات صورت گرفته در ارتباط با مدل­سازی این شاخص زمانی که در پژوهش حاضر مورد توجه واقع گردیده است، می­توان به کارهای انجام شده توسط مانوژ در خصوص تخمین تجدیدپذیری آب در یک مصب مونسونی از طریق شیوه حل عددی و مشاهدات میدانی (3)، دی­برای در خصوص محاسبه تجدیدپذیری آب در مصب شلدت (9)، هوآنج شبیه­سازی سه­بعدی زمان تجدیدپذیری در مصب خلیج شمالی فلوریدا (10)، اویلون در خصوص مدل­سازی سه بعدی مقیاس­های زمانی عوامل پویایی آب در مناطق ساحلی نیمه بسته (11)، آلبر و شلدون در خصوص بررسی زمان بازگشت­پذیری در مصب­ها با استفاده از مدل­سازی منشور کشندی و بخشی از آب شیرین (12)، استامو در خصوص به­سازی فن­آوری­های دریایی با استفاده از مدل­های عددی به منظور محاسبه شاخص­های خودپالایی (13) و صدری­نصب و کمپ در محاسبه سه­بعدی زمان تعویض آب خلیج فارس اشاره نمود (14). مدل­سازی­های انجام شده با توجه به عمق و داده­های موجود از حوضه تحت بررسی دو و یا سه بعدی بوده است.

خلیج گرگان تنها خلیج ایران در آب­های سواحل جنوبی دریای کاسپی می­باشد. این خلیج در سال 1355 به عنوان ذخایر زیست­کره به ثبت رسیده و نگاه بین­المللی به حفاظت از آن وجود دارد (15). خلیج گرگان در چند دهه اخیر با معضلاتی  هم­چون کاهش کیفیت آب از طریق ورود پساب­های آلاینده­ساز (16)، افزایش رژیم رسوب­گذاری در اثر تخریب بستر رودخانه­های منتهی به خلیج و نوسان سطح آب در دریای کاسپی قرار داشته است (17). مطمئناً لایروبی دهانه آشورآده-بندرترکمن با طول تقریبی 3/2 کیلومتر واقع در ضلع شمال شرقی خلیج گرگان مهم­ترین گزینه جهت افزایش سن حیات خلیج و میزان تجدیدپذیری آب در آن محسوب می­گردد. ولیکن با ادامه روند رو به کاهش سطح آب در دریای کاسپی، ایجاد تغییرات در ساختار هندسی شبه­جزیره میانکاله از طریق احداث کانال­های جدید در آن می­تواند سبب افزایش میزان ارتباط خلیج با دریای کاسپی و به ­تبع آن توان خودپالایی گردد. کانال خزینی که از آن در جنگ جهانی دوم به منظور کشتی­رانی استفاده می­گردید در سال­های اخیر با کاهش سطح آب دریای کاسپی و افزایش رژیم رسوب­گذاری به­طورکلی مسدود گردیده است. بازگشایی کانال خزینی می­تواند کمک شایانی به افزایش سرعت تعویض آب و یا کاهش زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان نماید. با توجه به مطالب گفته شده هدف از این پژوهش یافتن پاسخی برای این سوال است که آیا لایروبی کانال خزینی تاثیری بر میزان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان دارد؟ بدین منظور در این مقاله مدل­سازی شوری، هیدرودینامیکی و انتقال-پخش در خلیج گرگان با استفاده از نرم­افزار دو بعدی مایک21 اف­ام به­منظور آگاهی از تغییرات مکانی-زمانی میزان تجدیدپذیری کل[6] و محلی[7] در خلیج گرگان در دو وضعیت انسداد و بازگشایی کانال خزینی مد نظر قرار گرفته است.

روش بررسی

خلیج گرگان با طول تقریبی60 کیلومتر، حداکثر عرض 12 کیلومتر، حداکثر عمق 6/3 متر و با مساحت تقریبی 480 کیلومترمربع نسبت به سطح میانگین آب خلیج فارس در سال 1390، حوضه آبی نیمه بسته­ای است که از شمال با منطقه حفاظت شده شبه جزیره میانکاله و از جنوب با استان­های گلستان و مازندران و در بخش شمال شرقی از طریق دهانه آشورآده-بندرترکمن با دریای کاسپی در ارتباط می­باشد (شکل 1). کانال خزینی در منتهی­الیه بخش شرقی شبه­جزیره میانکاله و در فاصله دو کیلومتری از تاسیسات اداره امور ماهیان خاویاری گلستان در آشوراده قرار دارد. در حال حاضر بخش شمالی کانال خزینی در نتیجه رسوب­گذاری و کاهش سطح آب در دریای کاسپی به­طورکلی مسدود گردیده و ارتباط خلیج گرگان با دریای مادری تنها از طریق دهانه آشورآده-بندرترکمن میسر می­باشد.


 

شکل 1- تصویر ماهواره­ای لندست از سنجنده TM  خلیج گرگان در سواحل جنوب شرقی دریای کاسپی در سال 2011

Fig 1. Landsat satellite image from TM sensor of Gorgan Bay on the southeast of the Caspian Sea coasts in 2011.

 

در این تحقیق به منظور مدل­سازی فرآیند تجدید­پذیری آب در حوضه خلیج گرگان از دو ماژول هیدرودینامیک و انتقال-پخش[8] مدل عددی مایک21 اف­ام استفاده شده است. مدل پایه هیدرودینامیک مایک21 اف­ام، یک سیستم مدل­سازی عددی پیشرفته جهت شبیه‌سازی سطوح آب و جریان­ها در مصب، خلیج و مناطق ساحلی می‌باشد. مدل مذکور جریان­های دوبعدی غیر‌یکنواخت را در یک لایه از سیال که به طور عمودی از لحاظ چگالی همگن است شبیه‌سازی می‌نماید (18). دلیل انتخاب مدل دو بعدی در این تحقیق، کم عمق بودن و کوچک بودن تغییرات عوامل حرکت در راستای قایم در حوضه خلیج گرگان می­باشد. معادلات آب­های سطحی یک شکل جزیی از معادلات کلی ناویر استوکس می­باشند. صورت­ دو بعدی این معادلات در صفحه افق و در سیستم دستگاه مختصات کارتزین به صورت زیر می­باشد:

 

 

 

 

 

(1)  معادله پیوستگی   

   

(2)       معادله اندازه حرکت در جهت                          x

 

 

(3) معادله اندازه حرکت در جهت    y

 

در معادلات بالا عمق آب،  سطح آب نسبت به تراز مبنا،  شار سرعت در راستای  و  شار سرعت در راستای       می­باشند.  ضریب ویسکوزیته گردابه­ای،­عامل کوریولیس،  مقادیرسرعت درجهات ،c  ضریب مانینگ،  شتاب جاذبه،  ضریب اصطکاک باد، بزرگی سرعت باد و مولفه‌های آن در دو جهت  می­باشد. رابطه (1) بیان­گر معادله بقای جرم و روابط (2) و (3) به ترتیب معادله اندازه حرکت در راستای محورهای­ و­می­باشند. در این تحقیق جهت جداسازی معادلات بالا از روش شکاف زمانی[9] استفاده شده است. جهت حل معادلات بالا به روش عددی تفاضل محدود، ابتدا عبارات انتقال، پخش، تنش باد، اصطکاک بستر و کوریولیس برای شارهای سرعت  و  حل می­گردند و سپس با استفاده از نتایج به­دست آمده از این مرحله عبارت ثقل و معادله بقاء به­وسیله روش شیوه ضمنی جاروب دوطرفه[10] حل می­گردند. در این مدل­سازی عبارت انتقال به صورت صریح و از روش دقت درجه دو لاکس-وندروف[11] محاسبه شده است. جهت حل عبارت پخش یا آشفتگی از روش نیمه ضمنی کرانک نیلسون استفاده گردیده است (19).

با توجه به اهداف تحقیق که بررسی اثرات احتمالی لایروبی کانال خزینی بر زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان می­باشد از دو مش بی­ساختار مثلثی استفاده شده است. این امر ایجاب می­نماید تا در اجرای مدل تعداد و نوع مرزهای باز مد نظر قرار گیرد. در این تحقیق تمامی سطوح تراز نسبت به سطح میانگین خلیج فارس در سال 1390 و معادل منفی 5/26 متر محاسبه گردیده است. برای مدل­سازی ارتفاع بستر کف خلیج، نسبت به رقومی­سازی نقشه آب­نگاری خلیج گرگان با مقیاس 1:25000 اقدام شده و سپس با وارد کردن نقاط مرزی و داده­های تراز عمقی و درون­یابی داده­ها در محیط تولیدگر مش[12] مدل مایک21، شبکه­بندی هندسی خلیج گرگان با 6480 گره و 12236 المان تولید گردید (شکل 2). در مش اول هدف تنها مدل­سازی زمان تجدیدپذیری آب خلیج گرگان تحت شرایط فعلی و بدون در نظر گرفتن اثرات لایروبی کانال خزینی می­باشد. لذا می­توان دهانه ورودی خلیج گرگان را به عنوان تنها مرز باز مدل در نظر گرفت. برای اعمال شرط مرز باز به مدل از داده­های دستگاه نوسان­­نگار سطح آب در ایست­گاه آشوراده با فواصل زمانی دو ساعته متعلق به شرکت آب منطقه­ای گلستان استفاده شد و آمار فوق به تنها مرز باز خلیج در دهانه آشوراده–بندرترکمن در دوره زمانی شاخص اعمال گردید. ولیکن زمانی که لایروبی کانال خزینی و اثرات احتمالی آن بر زمان تجدیدپذیری آب در خلیج مد نظر باشد لازم است علاوه بر اثر مرز باز در دهانه آشورآده-بندرترکمن، اثر مرز باز کانال خزینی نیز در نظر گرفته شود. بدین منظور نسبت به مدل­سازی هندسه خلیج گرگان در محیط تولیدگر مش با در نظر گرفتن کانال خزینی به عرض پیشنهادی 170 متر اقدام گردید. مش حاصل شامل 6536 گره و 12345 المان می­باشد. در مش مذکور طول کانال 7/1 کیلومتر و عمق کانال 5 متر با توجه به تردد شناورهای حمل کالا در اسکله بندرترکمن در سال­های گذشته با حداکثر آب­خور 9/2 متر در نظر گرفته شد (20). با توجه به فاصله اندک کانال خزینی از دهانه آشورآده-بندرترکمن (کم­تر از 2 کیلومتر)، در مرز باز کانال خزینی نیز از داده­های نوسان سطح آب اعمال شده در دهانه آشورآده-بندرترکمن در بازه زمانی شاخص استفاده گردید.

 

 

 

شکل 2- شبکه­بندی حوضه خلیج گرگان در سال شاخص 1390

Fig 2. Gorgan Bay mesh in index year 2011

 


از داده­های جهت و سرعت باد ایست­گاه هواشناسی دریایی بندرترکمن در بخش جنوب شرقی خلیج گرگان به فاصله 2 کیلومتری از جنوب دهانه آشورآده-بندرترکمن و با فواصل زمانی ده دقیقه­ای به منظور اعمال تنش باد به صورت ثابت در مکان اما متغیر در زمان استفاده شده است. برای اعمال تغییرات ضرایب اصطکاک باد به واسطه تغییرات سرعت باد روی سطح دریا از رابطه اسمیت و بنک استفاده ‌گردید (21). به­دلیل عدم وجود رژیم کشندی موثر در دریای کاسپی و حوضه­های آبی متصل به آن جهت تعیین زمان شروع مدل­سازی نسبت به بررسی منحنی نوسان سطح آب در دهانه ورودی خلیج گرگان اقدام گردید. بر این اساس بهترین زمان جهت در نظر گرفتن محاسبات 21/10/1389 یعنی آغاز روند رو به افزایش سطح آب در خلیج گرگان انتخاب شد. دوره شبیه­سازی بالغ بر 777600 گام زمانی با فواصل زمانی 10 ثانیه­ای و به مدت 90 روز  می­باشد. از آن­جا که مدل­سازی تحت شرایط ایستایی انجام گردیده است، لذا جهت در نظر گرفتن شرایط گرم کردن مدل از نتایج 15 روز اول مدل­سازی در محاسبه زمان تجدیدپذیری صرف­نظر گردید. در این تحقیق از میانگین روزانه بارش و تبخیر ایست­گاه هواشناسی دریایی بندرترکمن و میانگین ماهانه دبی ورودی 13 رودخانه به خلیج منطبق با دوره زمانی مدل­سازی استفاده شده است (22). اثر نیروی کوریولیس علی­رغم عرض جغرافیایی بسیار ناچیز منطقه در نظر گرفته شده است. حوضه خلیج گرگان دارای مناطق کم عمق بسیاری در نواحی ساحلی و به­خصوص غربی می­باشد و به ­منظور در نظر گرفتن خشکی و تری سواحل در اثر افت و خیز سطح آب دریای کاسپی، از ضرایب خشکی 005/0 متر و تری 05/0 متر در مدل­سازی حاضر استفاده شده است. شرایط اولیه شبیه­سازی با معرفی سطح اولیه آب و از قرائت اولین عدد نوسان­نگار سطح آب در مرز ورودی (معادل منفی 107/0 متر) به مدل اعمال شد. در این مدل­سازی مقاومت بستر به عنوان مهم­ترین عامل تاثیرگذار در مناطق کم­عمق، با توجه به وضعیت بافت رسوبات سطحی خلیج که عمدتاً در محدوده ماسه­­-گلی قرار دارد (23)، از طریق روابط ارایه شده توسط دیکس و همکاران معادل عدد مانینگ 29 استخراج و به مدل اعمال گردید (24). به ­منظور مدل­سازی اثر گردابه­ای از فرمول اسماگورینسکی وابسته به سرعت آب با ضریب ثابت 5/0 استفاده گردید (25). همان­گونه که اشاره شد نتایج مدل هیدرودینامیک مایک21 اف­ام شامل سرعت جریان و نوسان سطح آب، اساس و پایه اجرای زیرمدل انتقال­-پخش می­باشد. بدین صورت که با جفت نمودن مدل­های هیدرودینامیک و انتقال­-پخش، در ابتدا مدل­ هیدرودینامیک مایک21 اف­ام با شرایط اعمال شده به اجرا در آمده و سپس از نتایج آن جهت اجرای زیرمدل انتقال­-پخش به­طور هم­زمان استفاده می­گردد. معادله دو بعدی انتقال و پخش استفاده شده در مایک21 اف­ام همان معادله موازنه جرم بر حسب غلظت به صورت زیر می­باشد (26):


 

 

 

 

 

 


 


در معادلات فوق  و  به ترتیب بیان­گر ضرایب نفوذ یا پخش در جهات  و ،  و  به ترتیب بیان­گر سرعت در جهات  و ،  منبع انتشار،  غلظت ماده مورد نظر،  دبی منابع ورودی و یا خروجی و  عمق آب می­باشد. به­منظور تعیین میزان ضرایب پخش، در ابتدا نسبت به مدل­سازی شوری با استفاده از ماژول انتقال­-پخش مدل مایک 21 اف­ام در خلیج گرگان اقدام گردید. در مدل­سازی شوری فرض شد که سرتاسر خلیج دارای شوری یکنواخت 13 پی­اس­یو[13] می­باشد. بدین صورت ضریب پخش در خلیج گرگان معادل 350 متر مربع بر ثانیه در نظر گرفته شد. در مدل­سازی مدت زمان تجدیدپذیری یک حوضه نیمه بسته، غلظت یک ماده پایستار را (با واحد یا بدون واحد) در کل حوضه برابر 100 درصد در نظر گرفته و با اعمال آبی با غلظت صفر از طریق مرزهای ورودی مدل، مدت زمان لازم را برای این­که غلظت ماده پایستار در حوضه به 37 درصد مقدار اولیه خود برسد محاسبه می­نمایند (27).
از آن­جا که در این تحقیق زمان تجدیدپذیری کل و محلی در خلیج گرگان مد نظر بوده است، لذا غلظت دبی وارده از طریق رودخانه­ها و بارش نیز هم­چون مرز ورودی در دهانه آشوراده-بندرترکمن و کانال خزینی معادل صفر در نظر گرفته شد. با توجه به اهمیت تغییرات میزان پویایی آب در خلیج گرگان در اثر بازگشایی کانال خزینی جهت بررسی میزان تجدیدپذیری محلی در نواحی مختلف خلیج گرگان، حوضه حل به 110 ناحیه مربعی به مساحت 4 کیلومتر مربع مورد بررسی واقع شد (شکل 3). با میانگین­گیری از مقادیر زمانی تجدیدپذیری محلی در 110 ناحیه تحت بررسی، زمان تجدیدپذیری کل محاسبه گردید (28).

 

 

 

 

شکل 3- ناحیه­بندی حوضه خلیج گرگان با 110 مربع به مساحت4 کیلومتر مربع

Fig 3. Gorgan Bay zoning by 110 squares and 4 square kilometers areas.

 


فرآیند تنظیم و صحت­سنجی مدل

 

از جمله فرآیندهای بسیار مهم در اجرای مدل­های عددی که در صحت نتایج مدل جهت استفاده عملی از آن باید مد نظر قرار گیرد، فرآیند تحلیل حساسیت، تنظیم و صحت­سنجی مدل می­باشد. خلیج گرگان در بازه زمانی مدل­سازی فاقد داده­های جریان­سنجی بوده و لذا جهت فایق آمدن بر مشکل تنظیم و استخراج عوامل مهم تاثیرگذار بر رژیم هیدرودینامیک خلیج، نسبت به اجرای کوتاه مدت ماژول هیدرودینامیکی مایک21 اف­ام در تابستان و زمستان 1380 به مدت سه ماه اقدام گردید. انتخاب این دوره کوتاه مدت به دلیل وجود داده­های جریان­سنجی در خلیج تنها در آن زمان می­باشد (29). بدین منظور ابتدا مدل با داده­های جریان تابستان 1380 اجرا شد. در این مرحله از تحقیق جهت اعمال شرط مرز باز از میانگین سرعت 2/0 متر­بر­ثانیه در دهانه خلیج استفاده شد. میانگین روزانه تبخیر، وزش باد و میانگین ماهانه ورودی رودخانه­ها به مدل اعمال گردید و با استفاده از داده­های جریان در 31 موقعیت نسبت به حساسیت­سنجی و تنظیمات مدل مایک21 اقدام شد. مدل، بیش­ترین حساسیت را به عوامل اصطکاک بستر و تنش باد در سطح دریا از خود نشان داد. بهترین نتایج مدل­سازی با عدد مانینگ 29 در سرتاسر خلیج و ضریب درگ باد به­صورت تابع افزایش خطی برای سرعت­های وزش باد 24≤ سرعت باد <0 متر بر ثانیه در محدوده 0024/0≤  ضریب درگ <0018/0 استحصال گردید. لازم به ذکر است که از محدوده ضریب درگ باد انتخاب شده، پیش­تر جهت مطالعه بودجه گرمایی خلیج گرگان استفاده شده است (30). پس از استحصال عوامل موثر بر جریان جهت صحت­سنجی مدل از داده­های میدانی جریان در زمستان 1380 استفاده شد. بدین صورت مدل با اعمال میانگین سرعت 12/0 متر­بر­ثانیه در دهانه خلیج و مقادیر میانگین روزانه داده­های تبخیر، وزش باد و میانگین ماهانه ورودی رودخانه­ها اجرا و با داده­های جریان در 37 موقعیت خلیج گرگان، نتایج خروجی مدل مایک21 اف­ام صحت­سنجی گردید.

نتایج صحت­سنجی با استفاده از جزر میانگین مجموع مربعات خطا بیان­گر خطای 7/5 درصدی در مجموع 37 نقطه اندازه­گیری میدانی می­باشد. لذا می­توان از ضرایب استخراج شده جهت مدل­سازی­های پیشین و یا آینده استفاده نمود.

 

نتایج

پس از استخراج ضرایب عوامل مهم بر رژیم هیدرودینامیک خلیج گرگان نسبت به اجرای مدل هیدرودینامیک تحت شرایط کنونی خلیج یعنی مسدود بودن کانال خزینی در دوره زمانی شاخص جهت استخراج الگوی جریان اقدام گردید. نتایج ماژول هیدرودینامیک مایک21 اف­ام بیان­گر آن بود که میانگین الگوی عمومی جریان در خلیج گرگان در خلال دوره 90 روزه به­صورت پادساعت­گرد می­باشد (شکل 4).


 

شکل 4- میانگین الگو، توزیع بردارها و مقادیر سرعت جریان در خلیج گرگان در بازه زمانی مدل­سازی

Fig 4. Mean pattern, vectors distribution and velocity current values in the Gorgan Bay in during modeling.

 


بررسی گام به گام نتایج خروجی الگوی جریان نشان داد که در ایام آرام جوی بیش­ترین مقادیر سرعت مربوط به دهانه ورودی خلیج می­باشد و در ایام بادخیز و طوفانی نواحی میانی و سواحل شمال شرقی و غربی در مقایسه با مرز ورودی از مقادیر سرعت بالاتری برخوردار می­باشند.

نتایج مدل­سازی زمان تجدیدپذیری کل در شرایط مسدود بودن کانال خزینی بیان­گر آن است که کل آب در خلیج گرگان در خلال 54 روز از طریق دهانه آشوراده-بندرترکمن، بارش و ورودی رودخانه­ها از نو تجدید می­گردد (شکل 5).

 

 

شکل 5- نمایش میزان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان پس از گذشت 54 روز

Fig 5. Viewing Water Renewal Time in the Gorgan Bay after 54 days.

 


توزیع مکانی-زمانی این شاخص خودپالایی نشان می­دهد که در امتداد محور شرقی-غربی با دور شدن از دهانه آشوراده-بندرترکمن مدت زمان تجدیدپذیری محلی به سرعت افزایش می­یابد. میزان تجدیدپذیری در فاصله­ی دو ­کیلومتری از دهانه ورودی کم­تر از یک روز می­باشد. میزان تجدیدپذیری محلی در ناحیه 17 و مشرف بر کانال خزینی 39 روز می­باشد. با دور شدن از دهانه ورودی خلیج گرگان زمان تجدیدپذیری در بخش­های شمال­شرقی کم­تر از بخش­های متناظر در بخش جنوب­شرقی می­گردد. در نواحی غربی خلیج، زمان تجدیدپذیری محلی در مناطق متناظر شمالی و جنوبی تفاوت چشم­گیری نداشته است. زمان تجدیدپذیری محلی در منتهی­الیه ناحیه کم­عمق غربی خلیج موسوم به تالاب بین­المللی میانکاله و در نواحی نزدیک به جزیره اسماعیل­سای به علت فاصله بسیار زیاد از دهانه ورودی خلیج گرگان بالغ بر 50 روز محاسبه گردیده است.

زمان تجدیدپذیری کل در خلیج گرگان در صورت لایروبی کانال خزینی با عرض 170 متر بالغ بر 41 روز می­باشد که در مقایسه با شرایط کنونی خلیج به میزان 13 روز کاهش داشته است. لایروبی کانال سبب می­گردد تا میزان تجدیدپذیری محلی در ناحیه 17 و هم­جوار با کانال به 26 روز تقلیل یابد که در مقایسه با سناریو اول 13 روز کم­تر می­باشد. بازگشایی مجدد کانال خزینی سبب می­گردد تا نواحی شمال شرقی در مقایسه با نواحی متناظر در بخش جنوب­شرقی دارای زمان تجدیدپذیری محلی کم­تری باشند. در دیگر نواحی غربی خلیج زمان تجدیدپذیری محلی در مناطق متناظر شمالی و جنوبی تفاوت چشم­گیری نداشته است. زمان تجدیدپذیری محلی در منتهی­الیه ناحیه کم­عمق غربی خلیج موسوم به تالاب بین­المللی میانکاله و در نواحی نزدیک به جزیره اسماعیل­سای به علت فاصله بسیار زیاد از دهانه ورودی خلیج گرگان بالغ بر 40 روز محاسبه گردیده است. نتایج مدل­سازی در این سناریو نشان داده است که میزان تجدیدپذیری آب با حرکت از سمت شرق به غرب در امتداد محور طولی خلیج افزایش یافته ولیکن مقادیر تجدیدپذیری محلی در مقایسه با سناریو اول کم­تر می­باشد (شکل 6).


 

 

شکل 6- نمایش میزان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان پس از گذشت 41 روز

Fig 6. Viewing Water Renewal Time in the Gorgan Bay after 41 days

 

 

 

بحث و نتیجه­گیری

 

با توجه به روند کاهش سطح آب دریای کاسپی در دو دهه اخیر بیم آن می­رود که اثرات هیدرودینامیکی تنها راه ارتباط دایمی خلیج گرگان با دریای مادری یعنی دهانه آشورآده-بندرترکمن کاهش یافته و یا به­طورکلی مسدود گردد. لذا بازگشایی مجدد کانال خزینی می­تواند منجر به افزایش طول عمر این بوم­سازگان منحصربه­فرد گردد. با کاهش حجم آب به­واسطه کاهش سطح آب در دریای کاسپی میزان خودپالایی در خلیج گرگان و متعاقب آن میزان کیفیت آب در این پیکره آبی  ارزش­مند دچار تغییرات اساسی خواهد شد.

بر اساس یافته­های تحقیق گردش عمومی آب در خلیج گرگان متاثر از اقلیم باد در این حوضه آبی و تنها مرز باز آن در دهانه آشورآده-بندرترکمن به­صورت پادساعت­گرد می­باشد. نتایج تحقیق شربتی و حسینی در خصوص مدل­سازی دوبعدی جریان در خلیج گرگان نشان داده است که گردش فصلی آب در خلیج گرگان نیز به­صورت پادساعت­گرد می­باشد (31). نتایج تحقیق مدل­سازی حاضر بیان می­دارد که مقادیر سرعت جریان در محدوده 01/0 تا 5/0 متربرثانیه قرار داشته و سرعت در نواحی نزدیک به دهانه ورودی خلیج کم­ترین خطا را در مقایسه با داده­های میدانی دارد. نتایج تحقیق شعبانی و همکاران نشان داد که لایروبی کانال خزینی به پهنای 200 و 400 متر هیچ تاثیری بر تغییر الگوی عمومی پادساعت­گرد جریان در خلیج گرگان ندارد و تنها می­تواند در نواحی بسیار نزدیک به کانال سبب تغییر الگوی جریان محلی به­صورت شمالی-جنوبی گردد (32).

زمان تجدیدپذیری آب در خلیج گرگان متاثر از گردش عمومی پادساعت­گرد آب در خلیج و الگوی رفت و برگشتی جریان در مرز ورودی است که خود ناشی از برکشند توفان و نوسانات درون سالیانه سطح آب دریای کاسپی می­باشد. زمان تجدیدپذیری کل در خلیج گرگان با توجه به رژیم نوسانات سطح آب در دریای کاسپی و دیگر عوامل در طی دوره زمانی شاخص شبیه­سازی در این تحقیق معادل 54 روز می­باشد. میزان تجدیدپذیری محلی در خلیج  با حرکت در امتداد محور شرق به غرب به­صورت چشم­گیری افزایش می­یابد. ارتباط محدود خلیج گرگان با دریای کاسپی از طریق دهانه کم عرض (3/2 کیلومتر) و کم عمق (6/2 متر) آشورآده-بندرترکمن، عدم وجود رژیم کشندی موثر در دریای کاسپی، بیشتر بودن طول خلیج در مقایسه با عرض آن (تقریباً 6 برابر)، فاصله بسیار زیاد مناطق غربی از دهانه ورودی خلیج و موثر بودن اصطکاک بستر به­واسطه عمق کم خلیج گرگان علی­الخصوص در مناطق غربی خلیج از جمله دلایل قابل ذکر جهت توجیه افزایش زمان تجدیدپذیری آب در امتداد محور طولی خلیج می­باشد. وضعیت قرارگیری دهانه ورودی در بخش شمال شرقی و گردش عمومی پادساعت­گرد آب در خلیج گرگان سبب می­گردد تا یک جبهه جریان در اثر برخورد دو توده آب در این ناحیه تشکیل گردد. توده­های آب تازه­وارده از دریای کاسپی پس از برخورد و اختلاط با آب­های خلیج گرگان متاثر از الگوی پادساعت­گرد جریان به سمت شمال تغییر جهت داده و در امتداد بخش­های شمالی خلیج به سمت غرب حرکت می­نمایند. لذا در اثر این فرآیند در امتداد محور طولی خلیج از شرق به غرب، نواحی شمال­شرقی در مقایسه با نواحی متناظر جنوب­شرقی دارای زمان تجدیدپذیری محلی کم­تری می­باشند.

بخش­های غربی خلیج گرگان به­دلیل عمق کم و فاصله زیاد از دهانه آشورآده-بندرترکمن دارای زمان تجدیدپذیری محلی بیش­تری می­باشند. لذا می­توان تشکیل رسوبات گلی را در نواحی غربی خلیج گرگان به زمان بسیار زیاد تجدیدپذیری آب در این نواحی مرتبط دانست.

خلیج گرگان در مقایسه با نواحی دارای رژیم کشندی هم­چون تالاب پرلاس با زمان تجدیدپذیری 17 روزه، خلیج بلوفیلد با زمان تجدیدپذیری 4 روزه (33)، تالاب بزرگ مرجانی استرالیا به مساحت ۲۰۷۰۰۰ کیلومتر مربع با زمان تجدیدپذیری 40 روزه (34)، نواحی مصبی خلیج بزرگ ایالات متحده با زمان تجدیدپذیری 8 روزه (35) و مصب پورت کورتیس با زمان تجدیدپذیری 19 روزه (36) دارای زمان تجدیدپذیری بسیار زیادی می­باشد.

در صورت داشتن داده­های ورودی مناسب به مدل، اجرای مدل در فواصل مکانی و گام­های زمانی کوچک، گام زمانی کوتاه برای استحصال خروجی­های مدل و مقادیر عددی خشکی و تری هر اندازه کوچک­تر نتایج بهتری را در خصوص محاسبه زمان تجدیدپذیری به­بار خواهد آورد. چراکه با کوچک در نظر گرفتن این عوامل علی­رغم افزایش مدت زمان اجرای برنامه و افزایش حجم نتایج خروجی مدل، مدل­سازی تحت شرایط واقعی و با دقت بیش­تری انجام خواهد شد.

هرچند بازگشایی کانال خزینی با عرض پیشنهادی 170 متر تنها می­تواند در کاهش زمان تجدیدپذیری کل خلیج گرگان به میزان 13 روز موثر واقع گردد، ولیکن نتایج مدل­سازی به خوبی بیان می­دارد که بازگشایی کانال خزینی در تغییرات میزان تجدیدپذیری محلی در 110 ناحیه تحت بررسی علی­الخصوص در نواحی شمال شرقی نزدیک به کانال خزینی به­طور قابل توجهی موثر واقع می­گردد.

پیشنهادات

  1. زمان تجدیدپذیری در خلیج گرگان می­تواند با توجه به تغییرات عوامل هیدرولوژیکی در خلیج گرگان، رژیم نوسانات تراز آب در دریای کاسپی و هم­چنین وقوع مد توفان در سال­های آتی یا گذشته متغیر باشد و در سال­های کاهش سطح آب در دریای کاسپی به دلیل کاهش سطح ارتباطی خلیج با دریا از طریق دهانه آشورآده-بندرترکمن حتی بیش­تر از مقدار محاسبه شده در این تحقیق نیز برآورد شود. لذا لازم است تا این موضوع در تحقیقات آتی مورد پژوهش واقع گردد.
  2. جهت کاهش زمان تجدیدپذیری در خلیج گرگان پیشنهاد می­گردد کانال خزینی و دهانه ورودی خلیج گرگان لایروبی گردد و در خصوص افزایش میزان حق­آبه خلیج از طریق رودخانه­های منتهی به آن اقدام گردد.
  3. با عنایت به روند کاهش سطح آب در طی 18 سال گذشته در دریای کاسپی (تقریباً 5 سانتی­متر در سال) بیم آن می­رود که سطح تراز آب در این دریا به رقم منفی 44/28 متر که در سال 1355 به ثبت رسیده است نیز تقلیل یابد. لذا پیشنهاد می­گردد جهت افزایش ارتباط آبی خلیج گرگان با دریای کاسپی تحت شرایط بحرانی آینده نسبت به احداث کانال­های جدید از طریق بخش غربی شبه­جزیره میانکاله اقدام گردد.
  4. پیشنهاد می­گردد در حوضه­های آبی هم­چون خلیج گرگان که متاثر از نوسانات سطح آب در دریای کاسپی قرار دارد، شروع مدل­سازی را به­عنوان یک استاندارد از زمان شروع افزایش درون ­سالیانه سطح آب در دریای کاسپی در نظر گرفت.
  5. از جمله عوامل مهم در مدل­سازی این عامل زیست محیطی (زمان تجدیدپذیری آب)، یافتن ضرایب پخش مناسب در پیکره آبی تحت بررسی می­باشد. خلیج گرگان دارای طول 60 کیلومتر در امتداد محور شرقی-غربی می­باشد. این امر سبب می­گردد تا مقادیر شوری متاثر از شرایط اقلیمی به خصوص تبخیر آب در سطح با حرکت در امتداد محور طولی خلیج به تدریج ولیکن با مقادیر کم افزایش یابد. لذا پیشنهاد می­گردد در تحقیقات آتی نسبت به مدل­سازی شوری و یافتن ضرایب پخش مناسب تحت شرایط واقعی­تر اقدام گردد.
  6. هرگونه استفاده از آب­های نواحی مختلف خلیج گرگان می­باید با نظر به زمان تجدیدپذیری محلی در آن بخش مورد توجه واقع گردد.

 

Reference

  1. Huang, W., Chen, X., Flannery, M.S., 2011. Critical flow for water management in a shallow tidal river based on estuarine residence time, Journal of Water Resource Management. 25, 2367-2385.
  2. Monsen, N.E., Cloern, J.E., Lucas, L.V., Stephen, G.M., 2002. A Comment on the Use of Flushing Time, Residence Time, and Age as Transport Time Scales. Limnology and Oceanography. 47(5), 1545-1553.
  3. Manoj, N.T., 2012. Estimation of Flushing Time in a Monsoonal Estuary using Observational and Numerical Approaches. Journal of Natural Hazards. 64, 1323-1339.
    1. Shaha, D.C., Cho, Y.K., Kim, T.W., Valle-Levinson, A., 2012.  Spatio-Temporal Variation of Flushing Time in the Sumjin River Estuary. Terrestrial. Atmospheric and Ocean Sciences. 23(1), 119-130.
    2. Ji, Z.G., Hu, G., Shen, J., Wan, Y., 2007. Three-dimen­sional modeling of hydrodynamic processes in the St. Lucie Estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 73, 188-200.
    3. S.Moore, W., O.Blanton, J., B.Joye, S., 2006. Estimates of flushing times, submarine groundwater discharge, and nutrient fluxes to Okatee Estuary, South Carolina. Geophysical Research. 111, 1-14.
    4. Umgiesser, G., Canu, D.M., Cucco, A., Solidoro, C.A., 2004. Finite element model for the Venice Lagoon. Development, set up, calibration and validation. Journal of Marine Systems. 51(4), 123-145.
    5. Gillibrand, P.A., 2001. Calculating exchange times in a Scottish fjord using a two-dimensional, laterally-averaged numerical model. Estuarine Coastal and Shelf Science.  53, 437–449.
    6. De Brye, B., de Brauwere, A., Gourgue, O., Delhez, E., Deleersnijder, E., 2012. Water renewal timescales in the Scheldt Estuary. Marine Systems. 94, 74–86.
    7. Huang, W., 2007. Hydrodynamic modeling of flushing time in a small estuary of North Bay, Florida, USA. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 74, 722-731.
    8. Ouillon, S., Fraunie, P., Jouon, A., Douillet, P., 2006. Calculations of hydrodynamic time parameters in a semi-opened coastal zone using a 3D hydrodynamic model. Continental Shelf Research. 26, 1395–1415.
    9. Sheldon, J.E., Alber, M., 2006. The Calculation of Estuarine Turnover Times Using Freshwater Fraction and Tidal Prism Models: A Critical Evaluation. Estuaries and Coasts. 29(1), 133–146.
    10. Stamou, I., Katsiris, I.K., Moutzouris, C.I., Tsoukala, V.K., 2004. Improvement of marina design technology using hydrodynamic models. Global Network of Environmental Science and Technology. 6(1), 63-72.
    11. Sadrinasab, M., Kampf, J., 2004. Three-dimensional flushing times of the Persian Gulf. Geophysical Research Letters, 31, 301-305.
    12. Darvishsefat, A., 2006. Atlas of protected areas of Iran. Assistance of ecology and biodiversity. Iranian Environmental Protection Organization. 157p.
    13. Shahryari, A., Kabir, M.J. Golfirozy, K. 2008. Evaluation of microbial pollution of Caspian Sea at the Gorgan Gulf. Journal of Gorgan University of Medical Sciences. 10(2): 69-73. (in Persian)
    14. Ghangherme, A.A. 2012. Fluctuations in the Caspian Sea and environmental factors affecting it. Report of the research project, National Center for Caspian Sea Studies, 117p. (in Persian)
    15. Manual of MIKE21 FM. 2007. Coastal Hydraulic and Oceanography Hydrodynamic Module. Danish Hydraulic Institute (DHI Software). pp. 74-85.
    16. Gross, E.S., Bonaventura, L., Rosatti, G., 2002. Consistency with Continuity in Conservative Advective Schemes for Free Surface Models. Numerical Methods in Fluids. 38, 307-327.
    17. Sako Consulting Engineers, 2007, Bandaretorkman port complementary studies, Report of the research project, 68 p. (in Persian)
    18. Smith, S.D., Bank, G., 2007. Variation of the sea drag coefficient with wind speed.  Meteorological Society, 101, 665-673.
    19. Mohammadkhani, H., 2012. Preparation and implementation of Gorgan Bay aquaculture. Report of the research project. Water Reservoir Research Center of Gorgan, second chapter, hydrologic section, 314 p. (in Persian)
    20. Lahijani, H., Ardakani, H.A., Bani-Naderi, E.M. 2009. Sedimentary and Geochemical Indices of Gorgan Bay sediments. Journal of Oceanography, 1(1): 45-55. (in Persian)
    21. Dix, J.K., Lambkin, D.O., Cazenave, P.W., 2007. Development of a Regional Sediment Mobility Model for Submerged Archaeological Sites. University of Southampton, English Heritage ALSF Report number:  5224, 14p
    22. Smagorinsky, J., 1963. General circulation Experiments with the primitive equations, Monthly Weather Review. 91, 91-164.
    23. Vanderborght, J.P., Folmer, I.M., Aguilera, D.R., Uhrenholdt, T., Regnier, P., 2007. Reactive-transport modelling of C, N, and O2 in a river–estuarine–coastal zone system: Application to the Scheldt estuary, Journal of Marine Chemistry, 106, 92-110.
    24. Arneborg, L., 2004. Turnover times for the water above sill level in Gullmar Fjord. Continental Shelf Research. 24, 443–460.
    25. Koutitonski, V.G., Guyondet, T., A., Courtenay, S.C., Bohgen, A., 2004. Water Renewal Estimates for Aquaculture Developments in the Richibucto Estuary, Canada. Estuaries. 27(5), 839–850.
    26. Rahimipour, H. 2005. Hydrodynamic study of flow and prediction of erosion and sedimentation pattern in Gorgan Bay. Report of the research project, Jihad Water and Energy Research Co, 246 p. (in Persian)
    27. Morovati, H., Torabiazad, M., and Mehrfar, H. 2009. Study and formulation of heat budget under severe winds in Gorgan Bay, Journal of Basic Sciences, Islamic Azad University, 63: 19-31. (in Persian)  
    28. Sharbaty, S., and Hoseini, S.S. 2010. Two-Dimensional Simulation of the Gorgan Bay Flow Pattern during a One-Year Period, Research Report. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, 29p. (in Persian)
    29. Shabani, A., Sharbaty, S., and Hoseini, S.S. 2012. Simulation of the effects of retrieval of the creeping channel on the flow pattern in the Gorgan Bay, Research Report. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, 95p. (in Persian)
    30. Brenes, C.L., Hernandez, A., Ballesteros, D., 2007. Flushing time in Perlas Lagoon and Bluefields Bay, Nicaragua. Investigations Marinas. 35(1), 89-96.
    31. Wang, Y., Ridd, P.V., Heron, M.L., Stieglitz, T.C., Orpin, A.L., 2007. Flushing time of solutes and pollutants in the central Great Barrier Reef lagoon, Australia. Marine and Freshwater Research. 58, 778–791.
    32. Trowbridge, P., 2007. Hydrologic Parameters for New Hampshire’s Estuaries. Technical Report, NHEP Coastal Scientist, New Hampshire Department of Environmental Services.172 p.
    33. Herzfeld, M., Parslow, J., Andrewartha, J., Sakov, P., Webster, I.T., 2004. Hydrodynamic Modelling of the Port Curtis Region, National Library of Australia, Report number: 7, 51 p.

 

 



1- مربی گروه شیلات، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان *(مسوول مکاتبات)

2- استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد بندرگز

3- Flushing or Renewal Time

1- Lecturer, Dept. of Fisheries Gorgan University Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran *(Corresponding Author)

2- Assistant Prof., Islamic Azad University, Bandargaz Branch

 

[6]- Integral Renewal Time

[7]- Local Renewal Time

3-Advection-Dispersion

[9]- Time Splitting

2- Alternating Direction Implicit

3- lax-wendroff

[12]- Mesh Generator

[13]- Practical Salinity Unit

Reference

  1. Huang, W., Chen, X., Flannery, M.S., 2011. Critical flow for water management in a shallow tidal river based on estuarine residence time, Journal of Water Resource Management. 25, 2367-2385.
  2. Monsen, N.E., Cloern, J.E., Lucas, L.V., Stephen, G.M., 2002. A Comment on the Use of Flushing Time, Residence Time, and Age as Transport Time Scales. Limnology and Oceanography. 47(5), 1545-1553.
  3. Manoj, N.T., 2012. Estimation of Flushing Time in a Monsoonal Estuary using Observational and Numerical Approaches. Journal of Natural Hazards. 64, 1323-1339.
    1. Shaha, D.C., Cho, Y.K., Kim, T.W., Valle-Levinson, A., 2012.  Spatio-Temporal Variation of Flushing Time in the Sumjin River Estuary. Terrestrial. Atmospheric and Ocean Sciences. 23(1), 119-130.
    2. Ji, Z.G., Hu, G., Shen, J., Wan, Y., 2007. Three-dimen­sional modeling of hydrodynamic processes in the St. Lucie Estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 73, 188-200.
    3. S.Moore, W., O.Blanton, J., B.Joye, S., 2006. Estimates of flushing times, submarine groundwater discharge, and nutrient fluxes to Okatee Estuary, South Carolina. Geophysical Research. 111, 1-14.
    4. Umgiesser, G., Canu, D.M., Cucco, A., Solidoro, C.A., 2004. Finite element model for the Venice Lagoon. Development, set up, calibration and validation. Journal of Marine Systems. 51(4), 123-145.
    5. Gillibrand, P.A., 2001. Calculating exchange times in a Scottish fjord using a two-dimensional, laterally-averaged numerical model. Estuarine Coastal and Shelf Science.  53, 437–449.
    6. De Brye, B., de Brauwere, A., Gourgue, O., Delhez, E., Deleersnijder, E., 2012. Water renewal timescales in the Scheldt Estuary. Marine Systems. 94, 74–86.
    7. Huang, W., 2007. Hydrodynamic modeling of flushing time in a small estuary of North Bay, Florida, USA. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 74, 722-731.
    8. Ouillon, S., Fraunie, P., Jouon, A., Douillet, P., 2006. Calculations of hydrodynamic time parameters in a semi-opened coastal zone using a 3D hydrodynamic model. Continental Shelf Research. 26, 1395–1415.
    9. Sheldon, J.E., Alber, M., 2006. The Calculation of Estuarine Turnover Times Using Freshwater Fraction and Tidal Prism Models: A Critical Evaluation. Estuaries and Coasts. 29(1), 133–146.
    10. Stamou, I., Katsiris, I.K., Moutzouris, C.I., Tsoukala, V.K., 2004. Improvement of marina design technology using hydrodynamic models. Global Network of Environmental Science and Technology. 6(1), 63-72.
    11. Sadrinasab, M., Kampf, J., 2004. Three-dimensional flushing times of the Persian Gulf. Geophysical Research Letters, 31, 301-305.
    12. Darvishsefat, A., 2006. Atlas of protected areas of Iran. Assistance of ecology and biodiversity. Iranian Environmental Protection Organization. 157p.
    13. Shahryari, A., Kabir, M.J. Golfirozy, K. 2008. Evaluation of microbial pollution of Caspian Sea at the Gorgan Gulf. Journal of Gorgan University of Medical Sciences. 10(2): 69-73. (in Persian)
    14. Ghangherme, A.A. 2012. Fluctuations in the Caspian Sea and environmental factors affecting it. Report of the research project, National Center for Caspian Sea Studies, 117p. (in Persian)
    15. Manual of MIKE21 FM. 2007. Coastal Hydraulic and Oceanography Hydrodynamic Module. Danish Hydraulic Institute (DHI Software). pp. 74-85.
    16. Gross, E.S., Bonaventura, L., Rosatti, G., 2002. Consistency with Continuity in Conservative Advective Schemes for Free Surface Models. Numerical Methods in Fluids. 38, 307-327.
    17. Sako Consulting Engineers, 2007, Bandaretorkman port complementary studies, Report of the research project, 68 p. (in Persian)
    18. Smith, S.D., Bank, G., 2007. Variation of the sea drag coefficient with wind speed.  Meteorological Society, 101, 665-673.
    19. Mohammadkhani, H., 2012. Preparation and implementation of Gorgan Bay aquaculture. Report of the research project. Water Reservoir Research Center of Gorgan, second chapter, hydrologic section, 314 p. (in Persian)
    20. Lahijani, H., Ardakani, H.A., Bani-Naderi, E.M. 2009. Sedimentary and Geochemical Indices of Gorgan Bay sediments. Journal of Oceanography, 1(1): 45-55. (in Persian)
    21. Dix, J.K., Lambkin, D.O., Cazenave, P.W., 2007. Development of a Regional Sediment Mobility Model for Submerged Archaeological Sites. University of Southampton, English Heritage ALSF Report number:  5224, 14p
    22. Smagorinsky, J., 1963. General circulation Experiments with the primitive equations, Monthly Weather Review. 91, 91-164.
    23. Vanderborght, J.P., Folmer, I.M., Aguilera, D.R., Uhrenholdt, T., Regnier, P., 2007. Reactive-transport modelling of C, N, and O2 in a river–estuarine–coastal zone system: Application to the Scheldt estuary, Journal of Marine Chemistry, 106, 92-110.
    24. Arneborg, L., 2004. Turnover times for the water above sill level in Gullmar Fjord. Continental Shelf Research. 24, 443–460.
    25. Koutitonski, V.G., Guyondet, T., A., Courtenay, S.C., Bohgen, A., 2004. Water Renewal Estimates for Aquaculture Developments in the Richibucto Estuary, Canada. Estuaries. 27(5), 839–850.
    26. Rahimipour, H. 2005. Hydrodynamic study of flow and prediction of erosion and sedimentation pattern in Gorgan Bay. Report of the research project, Jihad Water and Energy Research Co, 246 p. (in Persian)
    27. Morovati, H., Torabiazad, M., and Mehrfar, H. 2009. Study and formulation of heat budget under severe winds in Gorgan Bay, Journal of Basic Sciences, Islamic Azad University, 63: 19-31. (in Persian)  
    28. Sharbaty, S., and Hoseini, S.S. 2010. Two-Dimensional Simulation of the Gorgan Bay Flow Pattern during a One-Year Period, Research Report. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, 29p. (in Persian)
    29. Shabani, A., Sharbaty, S., and Hoseini, S.S. 2012. Simulation of the effects of retrieval of the creeping channel on the flow pattern in the Gorgan Bay, Research Report. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, 95p. (in Persian)
    30. Brenes, C.L., Hernandez, A., Ballesteros, D., 2007. Flushing time in Perlas Lagoon and Bluefields Bay, Nicaragua. Investigations Marinas. 35(1), 89-96.
    31. Wang, Y., Ridd, P.V., Heron, M.L., Stieglitz, T.C., Orpin, A.L., 2007. Flushing time of solutes and pollutants in the central Great Barrier Reef lagoon, Australia. Marine and Freshwater Research. 58, 778–791.
    32. Trowbridge, P., 2007. Hydrologic Parameters for New Hampshire’s Estuaries. Technical Report, NHEP Coastal Scientist, New Hampshire Department of Environmental Services.172 p.
    33. Herzfeld, M., Parslow, J., Andrewartha, J., Sakov, P., Webster, I.T., 2004. Hydrodynamic Modelling of the Port Curtis Region, National Library of Australia, Report number: 7, 51 p.