22258

شبيهسازي عددي امواج در درياي خزر با استفاده از مدل نسل سوم موج: كاليبره كردن و اعتبارسنجي فرمول‌بندي جديد

كارشناسي ارشد

مهندسي سواحل، بنادر و سازه‌هاي دريايي

1399/2/17

دكتر سيد مصطفي سيادت موسوي

عمران

شبيهسازي امواج با استفاده از مدلهاي نسل سوم موج بهعنوان ابزاري قدرتمند در پيشبيني مشخصات موج در محيطهاي با فيزيك متفاوت شناخته شدهاند. اين مدلها از روابط گوناگوني براي محاسبه انرژي ورودي و زوال انرژي موج ناشي از عوامل فيزيكي مختلف، استفاده ميكنند. در اين تحقيق مدل نسل سوم WAVEWATCH_III براي ارزيابي عملكرد و كاليبراسيون بروزترين فرمولبندي اعمال شده در اين مدل، با نام ST6 براي انرژي ورودي از باد به موج و زوال انرژي سفيدك تاج موج، در درياي خزر به‌كار گرفته شده است. محيط بسته درياي خزر، شامل سه منطقه بههم پيوسته با فيزيك متفاوت، موسوم به خزر شمالي، مياني و جنوبي است؛ از اين رو، فيزيك ويژه منطقه، نقش بسيار مهمي در روند شبيهسازي و نزديك كردن نتايج به واقعيت منطقه دارد. مدلسازي امواج در درياي خزر با تغيير پارامترهاي روش ST6، در كنار به كارگيري دو روش اصطكاك بستر، BT1 و BT4 به‌منظور يافتن بهترين تطابق ميان نتايج مدلسازي و مشاهدات ميداني در سال 2013 با تمركز بر داده‌هاي خزر جنوبي انجام شد. مقايسه اطلاعات خروجي مدل و نتايج مشاهداتي حاصل از پروژه پايش سواحل شمالي كشور و نيز داده‌هاي سنجش از دور سنجنده‌هاي ارتفاع‌سنج، از طريق بررسي خطاهاي آماري انجام شد. كاليبراسيون روش ST6، با توجه به دست بالا بودن فركانس ميانگين، با كاهش تدريجي زوال سفيدك موج تا رسيدن به مقاديري مناسب براي بخش‌هاي با عمق كم و زياد منطقه انجام شد و ضرايب مناسب براي كل منطقه، در رابطه زوال سفيدك موج در بسته ST6 انتخاب شدند. به علت پايين بودن تراز انرژي طيف در فركانس‌هاي پايين نسبت به تراز واقعي آن، مقدار متوسط دانهبندي بستر به دست آمده از مطالعات پيشين با استفاده از روش BT4 به مدل اعمال شد. در اين تحقيق، روش ST6 كاليبره شده همراه با رابطه واقعي‌تر براي زوال بسترهاي ماسه‌اي (BT4)، به كمترين خطاي مدلسازي، هم در مناطق ساحلي و هم دور از ساحل منجر گرديد.

1399/07/01

Numerical simulation of waves in the Caspian Sea using the third generation wave model: Calibration and verification of a new source term

5/7/2021 12:00:00 AM

Wave simulations using third generation wave models are known as a powerful tool in predicting wave characteristics in environments with different physics. These models use a variety of relationships to calculate the input energy and wave energy decay due to various physical factors. In this research, the third generation WAVEWATCH_III model has been used to evaluate the performance and calibration of the latest formulation applied in this model, called ST6, for the wind input energy and the whitecapping dissipation energy in the Caspian Sea. The closed environment of the Caspian Sea consists of three interconnected regions with different physics, called the North, Middle and South Caspian; Therefore, the specific physics of the region has a very important role in the process of modeling and calibration. Wave modeling in the Caspian Sea was performed by changing the parameters of the ST6 method, along with the use of two bottom friction methods, BT1 and BT4 in order to find the best match between the modeling results and field observations in 2013 focusing on South Caspian data. Comparison of model output information and observational results obtained from the northern coast of Iran monitoring project as well as remote sensing data of SAR was done through statistical errors. Due to overestimation of the mean frequency, calibration of ST6 method was performed by gradually reducing the whitecapping dissipation to reach appropriate values ​​for shallow and deep water and the appropriate coefficients for the whole region in relation to wave whitecapping dissipation in ST6 package were selected. Due to the low energy level of the spectrum at low frequencies compared to real, the average amount of median size of bed grains obtained from previous studies was applied to the model using the BT4 method. In this study, the calibrated ST6 method with a more realistic relationship for bottom friction of the sandy beds (BT4) led to the least modeling error, both in coastal and offshore areas.