تحقیق مقاله کار های دریایی

کلیات درباره حرکات آب دریا

دریا محیطی دائما در تلاطم است که حرکات آن نتیجه حرکات موجی با دوره های متفاوت و جریانهای بزرگ دریائی کم و بیش متحدالشکل می باشد.

الف- حرکات موجی عبارت اند از:

- امواج که دوره آنها بین 3 تا 20 ثانیه است و بلندی آنها به حدود ده متر می رسد.

- امواج کوتاه (با ارتفاع کم) که در بعضی از بنا در دیده می شود، بلندی آنها چندین ده سانتیمتر و دوره آنها از چند ده ثانیه تا چند دقیقه می باشد. این امواج موج چه نامیده می شوند.

- جزر و مد که دوره آن از 12 ساعت تا حدود 18 سال و بلندی آن در بعضی از سواحل به 15 متر می رسد.

این حرکات که به صورت نوسان دوره ای سطح آب دریا مشاهده می شود، جریان‌هائی دوره ایجاد می کند که نسبت به نوسان آب کم و بیش عقب افتادگی زمانی دارند.

ب-جریانهای بزرگ دریایی را عوامل زیر به وجود می آورند:

- نیروهائی خارج از محیط دریا:بادها، جاذبه ماه و خورشید و کواکب.

- نیروهای مربوط به محیط دریا: تفاوت شوری و یا تفاوت دمای آب دریا.

- جریانهای ناشی از باد ممکن است به حرکات جزر و مد اضافه شده و سطح آب دریا را به مقدار قابل توجهی بالا بیاورد. این پدیده در سواحل ژاپن و تاهیتی و بعضی سواحل دیگر زیاد دیده می شود. آن را به اصطلاح «جزر و مد همراه با موج باد» می نامند.

جریانهای دریایی به مناسبت سرعت کمی که دارند، در اکثر موارد در رژیم سواحل مؤثز نیستند، ولی آب و هوای مناطق ساحلی همواره تحت تأثیر آنها قرار دارد(اثر جریان آب گرم گلف استریم بر سواحل اروپای شمالی و جریان آب سرد لابراتوار بر سواحل امریکا)

پدیده فیزیکی موج

موج در اثر وزش باد بر سطح آب به وجود می آید: موقعی که باد می وزد چین خوردگی در سطح آب ظاهر می شود و به تدریج که بر شدت باد افزوده می گردد، تغییر شکل سطح آب زیادتر شده و پستی و بلندی هائی که ظاهر نا منظم دارند، دیده می شوند، بدون اینکه بتوان مسیری برای این حرکت تشخیص داد(تلاطم سه بعدی). اگر باد ادامه یابد، امواج تشکیل می شود و به سوئی که باد به سمت آن می وزد، پیشروی می کند. تلاطم به تدریج به صورت دو بعدی در می آید و موج استوانه ای مشاهده می گردد. مقطع موج(نیمرخ) به شدت ناقرینه است. بالای موج در زیر باد برامده تر شده و قسمت پائین آن با شیب های کم به قسمت بالائی متصل می شود. پس از آنکه قسمت بالای موج به حد کافی برآمده شد، ریزش کرده و کف می کند و در سطح آب استوانه های کف مجزا از یکدیگر مشاهده می شود.

موجهای ناشی از باد که حالت نوسانات اجباری دارند، به نوبه خود حرکتی در سطح آب ایجاد می کنند که منجر به تشکیل امواج آزاد می شود. این امواج از محل  توفان به اطراف منتشر می شوند. درباره امواج آزاد که از موجهای قبلی منظم ترند، بررسی های نظری بسیاری صورت گرفته است.

این نوع امواج عملا نسبت به صفحه قائم گذرا از وسط فاصله دوتاج موج قرینه اند. معذلک، شیب های دو طرف تاج تندتر از شیب های دو طرف ارتفاع موج واقع است) بالاتر از سطح متوسط اب دریا در موقع آرامش قرار دارد.

در واقع، نظم موجهایی که در اثر وزش باد تولید می شوند، نسبی است، زیرا این موجها به دنبال هم با دوره ها و بلندی ها و طول های متفاوت در حرکت اند. ثبت امواج در یک نقطه ثابت نشان داده که ردیف های امواج کم و بیش منظم شامل تعدادی تک موج با مشخصات مختلف اند که در آنها شناخت مقادیر مفهوم دارای مه موج ثبت شده را مشخص نماید، بسیار دشوار است. ولی از طریق کاربرد روش آمار ریاضی توانسته اند امواج را به وسیله قوانین احتمالات نسبتاً ساده که به نظریه توابع

تصادفی مربوط می شوند، مشخص نمایند.

هنگامی که امواج به یک جدار قائم به طور عمودی برخورد می کنند، منعکس می‌شوند و با امواجی که به طرف دیوار پیش می آیند، تداخل کرده و یک مجموعه موج متوقف به وجود می آورند که موج ضربه نامیده می شوند. بلندی این امواج تقریبا دو برابر

بلندی امواج اولیه ولی طول و دوره آنها ثابت است.

اگر برخورد امواج با جدار قائم عمودی نباشد و تحت زاویه ای صورت گیرد،انعکاس ان نظیر انعکاس نور است.از ترکیب امواج اولیه و بازگشتی در سطح آب حرکاتی درجا ولی بسیار پیچیده پدید می آید که گفراژ نام دارد.

اگر جدار شیب دار باشد، انعکاس موج به طور کامل صورت نمی گیرد و بلندی امواج متوقف که تولید می شوند، کوچکتر از موردی است که انعکاس کامل باشد.

در مواردی که امواج به ساحلی شیب دار می رسند، به تدریج بر ارتفاع موج اضافه می شود و قسمت بالای آن به طرف جلو متمایل شده و پائین می ریزد و کف سفیدی آشکار می گردد.(این پدیده ریزش موج نامیده می شود) اگر شیب ساحل کم باشد، موج پایین ریخته، بدون اینکه تقارن خود را از دست بدهد،پیش می آید. در تاج موج یک نقطه زاویه ای در حدود  ظاهر می شود که ارتفاع آن به اندازه 4/3  ارتفاع موج از سطح آرامش آب بالاتر است. برعکس، اگر شیب ساحل تند باشد، نیمرخ موج تقارن خود را از دست می دهد و ریزش موج با پرتاب آب همراه است.

اندازه گیری مشخصات موج

اندازه گیری بلندی و دوره موج

اندازه گیری دوره موج با ثبت کردن بلندی آن در یک نقطه معین و شمارش تعداد تاجهای موج که در ظرف مدتی معین از آن نقطه گذشته است، انجام می شود، ولی چون ثبت بلندی امواج غالیا روی نوار صورت می گیرد که حرکت آن سرعت ثابتی دارد، از بررسی دقیق این نوار مستقیماً دوره امواج به دست می آید.

بلندی امواج ممکن است مستقیماً اندازه گیری شود و یا از اندازه گیری سایر مشخصات نتیجه گردد.

الف-روشهای مستقیم

روش فرود: قطعه چوب مدوری را که در پایین آن یک وزنه و یک صفحه مربعی

شکل کوچک قرار داده اند، در آب می گذارند. این قطعه چوب قائم می ایستد و وضع آن به طور محسوس نسبت به سطح آرامش آب ثابت است. قرائت تر از آب هر لحظه بر روی درجات چوب مقداری را که آب بالا یا پایین رفته، نشان می دهد.

موج سنج ثبات با جسم شناور:جسم شناوری را در داخل لوله ای قائم قرار داده اند، به طوری که می تواند بدون اصطکاک بالا و پائین رود. قطر لوله کوچک است تا در حرکت آب اختلالی حاصل نشود و لوله با سوراخ های بزرگ با آب دریا مربوط است تا تغییرات سطح آب عینا در لوله منعکس شده و مستهلک نگردد.

هلندی ها دستگاهی ساخته اند که در آن پیشروی نوار ثبت با حرکت جسم شناور صورت می گیرد. بعضی دستگاه های دیگر دارای سیستم مکانیکی ساعت هستند.

موج سنج ثبات با اتصال الکتریکی: این دستگاه از ستونی که در فواصل مساوی مثلا هر ده سانتیمتر یک اتصال الکتریکی دارد، تشکیل شده است. هر دفعه که آب به سطح یکی از اتصال ها می رسد، یک مدار الکتریکی بسته می شود و دستگاه علامتی را ثبت می کند، در گذشته از دستگاه هایی استفاده می کردند که تغییرات سطح آب را به طور مداوم و مستمرا اندازه گیری می کرد، ولی معلوم شد که گیاه های دریائی و صدف ها سبب اشتباه می شوند.

اطلاعاتی که دستگاه های موج سنج ثبات می دهند، به وسیله رادیو تلفنی به طور

خودکار به یک دستگاه ثبات که در خشکی قرار دارد، منتقل می شود و مورد استفاده قرار می گیرد.

موج سنج ثبات با استفاده از امواج بسیار کوچک صوتی یا ماوراء صوتی: دستگاهی را که ماورا صورت(اولتراسون) پخش می کند، در کف دریا قرار می دهند. زاویه پخش خیلی کوچک و در حدود 2 تا 3 درجه است.

امواج ماوراء صوت به طرف سطح آب فرستاده می شود، انعکاس امواج تر از سطح آب را تعیین می کند. این نوع دستگاه ها را در اعماق کم می توان به کار برد.

-عکس برداری هوائی:با عکس هوائی به صورت استریفتوگرافی می توان خطوط تر از سطح آزاد را به دست آورد و در عین حال، طول و دوره موج جهت نزدیک شدن آن را تعیین کرد. عکس ها را می توان از نقطه مرتفعی واقع در خشکی برداشت. در این صورت، عکس ها را باید تبدیل فضائی کرد تا مقادیر صحیح مشخصات امواج تعیین گردد. دقت این روش کمتر از دقت روشهای قبلی است.

ب-روشهای غیر مستقیم

- موج سنج فشاری : تغییرات فشار وارد بر کف دریا را که ناشی از امواج می باشد، اندازه گیری و ثبت می کند. از روی مقدار فشار بلندی موج به کمک روابط استوکس تعیین می شود. مزیت این روش این است که تضاریس منحنی فشار را که در اثر موجهای کوچک ناشی ازیاد به وجود می آیند و به امواج اصلی افزوده می شوند پاک می کند، ولی کاربرد آن را ایجاب می کند که طول موج با اندازه گیری مستقیم یا با حساب تعیین شود.

اندازه گیری طول موج

طول موج را می توان از روی ثبت های سه دستگاه موج سنج ثبات به شرط اینکه دستگاه ها هم زمان(سنکرونیزه) شده باشند، تعیین کرد. به کاربردن این روش پیچیده و مشکل است، ولی علاوه بر طول موج، مبداء ان را نیز تعیین می کند.

- از عکس های هوائی برای تعیین طول موج و مبداء آن استفاده می شود.

- استفاده از رادار طریقه دیگری برای تعیین طول موج است. آنتن آن باید در ارتفاع چندین ده متری مستقر شده باشد تا منطقه ای به حد کافی وسیع را در بر گیرد. رادار باید طول موج خیلی کوتاه(8 میلیمتر) کار کند تا به تغییرات وضع سطح دریا حساس باشد.

حدود مشخصات امواج دریا

در جدول زیر، اصطلاحات و حدود مشخصات امواج در اوضاع مختلف دریا با شماره

کد آنها که در سرویس های آب نگاری بعضی از کشورها(انگلیس و امریکا) به کار برده می شود، داده شده است.

امواج طویل کم ارتفاع

در بعضی بنادر مانند الجزیره، کازابلانکا، کیپ تاون... امواجی دیده می شود که به ندرت نوسان ملایم سطح آب و دوره نوسان از یک تا ده دقیقه است و طول موج به چندین صد متر می رسد، ولی بلندی موج ازچندین ده سانتیمتر تجاوز نمی کند.

این امواج پس از عبور از دهانه ها و معبرها مانند سایر امواج پخش نمی شوند، بلکه در داخل محوطه بندر تا اسکله ها پیشروی می نمایند و کشتی هائی را که توقف کرده اند، دچار حرکت نوسانی می کنند. نیروهائی که به صورت متناوب در اثر این حرکات به کشتی وارد می شود، از حدود یکصد تن تجاوز می کند(این نیرو هربار در حدود چند ده ثانیه وارد می شود). این امواج هنوز خوب شناخته نشده اند. بعضی از مصنفین آنها را به صورت نوسانات جبری ناشی از ریزش سلسله امواج طوفانی روی پلاژهای اطراف بندر می دانند که در موقع ریزش قسمتی از انرژی آنها به صورت امواج خیلی طویل تغییر شکل می دهد. این نوع امواج در بنادری که اطراف آنها پلاژهای کم شیب است، دیده می شود و در بنادری که شیب ساحل در اطراف انها تند است، مشاهده نشده است.

چون مقابله با این نوع امواج بسیار مشکل است، لازم می شود در نحوه مهار کردن کشتی ها به اسکله ها احتیاطاتی رعایت گردد تا تغییر جای افقی کشتی ها در اثر این امواج و واکنشی که در مهارها ایجاد می شود، حتی الامکان محدود بماند(برای این منظور، مهارتهای نایلونی به کار می برند و آنها را تحت کشش قرار می دهند. وسایل جذب فشار بدنه کشتی به اسکله هم باید قوی و کافی باشد).

امواج طویل کم ارتفاع گاهی موج ساکن نیز نامیده می شوند، ولی این نوع امواج نباید با موج متوقف که قبلا مورد بررسی قرار گرفت، اشتباه شود. امواج متوقف در اثر برخورد موج تابنده به موج منعکس شده به وجود می آید و آن را نیز گاهی موج ساکن می نامند. دوره تناوب آنها به قرار زیر است:

- برای یک حوض بندری مسدود به عمق D :

- برای یک حوض بندری که از یک طرف باز باشد:

B عرض حوض و K یک عدد کامل(1،0 و 2و3...) است. انطباق این دوره ها با دوره موج تابنده می تواند تشدید ایجاد کند و تلاطم داخل بندر را افزایش ذهذ. پس، طرح حوض های بندری طوری باید مطالعه شود که این نوع تلاطم، ایجاد نگردد. این مطالعه هم از طریق حساب و هم از طریق آزمایش با مدل کوچک در آزمایشگاه میسر است.

جزر و مد- جریانهای دریایی

الف-جزر و مد

کلیات

جزر و مد حرکتی است نوسانی در اقیانوس ها که در اثر جاذبه کواکب بر ذرات مایع به وجود می آید. نتیجه آن بالا رفتن و پائین آمدن سطح آب به صورت دوره ای است، ولی دوره تناوب و ارتفاع حرکت هم در زمان و هم از یک نقطه به نقطه دیگر، بر حسب موقعیت نسبی کواکب موثر در این حرکت تغییر می کند. از آنجائی که جاذبه یک کوکب با جرم M و فاصله r از زمین  متناسب با  است، پس، تنها ماه و خورشید اثرات محسوسی دارند و اثر ماه به علت فاصله کم(در مقایسه با خورشید) 17 ر2 بار زیادتر از اثر خورشید است.