نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری فیزیک دریا، گروه فیزیک دریا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 دکتری سازه های دریایی، عضو هیات علمی مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری

3 دانشیار گروه فیزیک فضا، عضو هیات علمی موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

چکیده

در این تحقیق تشکیل و توسعه ریپل های رسوبی تحت تاثیر امواج به روش مدل فیزیکی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات تحقیق حاضر در فلوم آزمایشگاهی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری وزارت جهاد کشاورزی انجام شده اند. این فلوم امواج دارای 20 متر طول، 5/5 متر عرض و2 متر ارتفاع است که با احداث دو دیوار به سه بخش مجزا با شیب های متفاوت 01/0، 02/0 و 03/0 تقسیم شده است. آزمایشات مدل فیزیکی در دو سری مختلف با هدف بررسی تغییرات بستر با گذشت زمان (در طی 4 اجرا) و همچنین بررسی اثرات تغییر ارتفاع و پریود موج روی ریپل (در طی 8 اجرا) انجام گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش ارتفاع و پریود موج، بر ارتفاع و طول موج ریپل ها افزوده می‌شود. همچنین با افزایش ارتفاع موج، بخش بیشتری از رسوبات ناحیه عمیق به ناحیه کم عمق منتقل شده است. افزایش پریود موج می تواند موجب نامنظم شدن ریپل های بستر نیز گردد.
هدف این تحقیق، ارائه روابطی کاربردی جهت پیش بینی ابعاد هندسی ریپل ها می باشد. به این منظور با استفاده از داده های مدل فیزیکی و مجموعه ای بزرگ از داده های آزمایشگاهی و میدانی موجود، روابطی جهت پیش بینی ارتفاع بدون بعد و طول موج بدون بعد ریپل ارائه گردید. محاسبه شاخص های آماری بیانگر دقت بیشتر این روابط نسبت به روابط موجود قبلی در پیش بینی ابعاد ریپل می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of sandy bed ripples geometry using physical model and correcting existed practical relations factors

نویسندگان [English]

  • Hamideh Daghigh 1
  • A karami Khaniki 2
  • A Ali Akbari 3

چکیده [English]

In this study, we have evaluated generation and development of sandy bed ripples under controlled wave conditions using physical modeling.
Experiments of this study have been done in experimental flume of Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI). Wave flume has 20m length, 5.5m width and 2m height that have been separated to three sections by two walls. Our model has been setup in 3 parts with different slopes of 0.01, 0.02 and 0.03.
Physical simulation tests were carried out in two different series to investigate the bed changes during the time(in 4 runs) as well as the effects of different heights and periods of waves on ripples (in 8 runs). Results showed that increasing in wave height and period will caused increase of ripples height and wave length. Also increase of wave heights, will caused more amounts of transported sediments. As well as, bed ripples will be become more asymmetrical with increasing in wave period.
we suggested relations for predicting ripple's dimension less height and wavelength by using physical model data together with a large existent set of experimental and field data. Calculating statistical indexes shows these relations have more precious in predicting ripples geometry towards existed relations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bed form
  • Experimental model
  • Ripple
  • Waves

[1]     Nielsen, P., “Dynamics and Geometry of Wave Generated Ripples”, Journal of Geophysical Research, Vol. 86, pp.   6467–6472, 1981.

[2]     Grant, W. D., and O. S. Madsen, “Movable Bed Roughness in Unsteady Oscillatory Flow”, Journal of Geophysical Research, Vol. 87, pp. 469–481, 1982.

[3]     Van Rijn, L., “Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal Seas”, Aqua Publications, The Netherlands, 1993.

[4]     Wiberg, P. L. and C. K. Harris, “Ripple Geometry in Wave Dominated Environments”, Journal of Geophysical Research, Vol. 99, pp. 775– 789, 1994.

[5]     Grasmeijer, B. T. and M. G. Kleinhans, “Observed and Predicted Bed Forms and Their Effect on Suspended sand Concentrations”, Coastal Engineering, Vol. 51, pp. 351–371, 2004.

[6]     Soulsby, R., Whitehouse, R., “Prediction of Ripples Properties in Shelf Seas: Mark1, Predictor”, Technical Report TR 150. HRWallingford, UK, 2005.

[7]     Camenen, B., “Estimation of the Wave-Related Ripple Characteristics and Induced Bed Shear. Estuarine”, Coastal and Shelf Science, Vol. 84, pp. 553–564, 2009.

[8]     Nielsen, P., “Coastal Bottom Boundary Layer and Sediment Transport”, World Scientific, River Edge, N. J. 1979.

[9]     Wikramanayake P. N., Madsen O. S. “Calculation of Movable Bed Friction Factors”, Massachusetts Inst. of Tech. Cambridge Ralph M Parsons Lab for Water Resources and Hydrodynamics, Aug. 1994.

[10] Inman, D. L., “Wave Generated Ripples in Near Shore Sands”, U.S. Army Beach Erosion Board, Technical Memo 100, 1957.

[11] Miller, M. C., and P. D. Komar, “A Field Investigation of the Relationship between Oscillations Ripple Spacing and the Near-Bottom Water Orbital Motions”, Journal of Sedimentary Petrology, Vol. 50, pp.183-191, 1980.

[12] Hanes, D. M., V. Alymov, Y. S. Chang, and C. Jette, “Wave-Formed Sand Ripples at Duck, North Carolina”, Journal of Geophysical Research, Vol. 106(C10), pp. 22,575–22, 2001.

[13] Blondeaux, P., “Mechanics of Coastal Forms”, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 33, pp. 339–370, 2001.

[14] Faraci, C., and E. Foti, “Geometry, Migration and Evolution of Small-Scale Bed Forms Generated by Regular and Irregular Waves”, Coastal Engineering, Vol.47, pp.35–52, 2002.

[15] Grasmeijer, B. T. and M. G. Kleinhans, “Observed and Predicted Bed forms and Their Effect on Suspended Sand Concentrations”, Coastal Engineering, Vol. 51, pp. 351–371, 2004.

[16] Williams, J.J., P. S. Bell, P. D. Thorne, N. Metje, and L. E. Coates, “Measurement and Prediction of Wave-Generated Suborbital Ripples”, Journal of Geophysical Research, Vol.109 ,2004.

[17] Komen, G. J., L. Cavaleri, M. Doneland, K. Hasselmann, S. Hasselmann and P. A. E. M. Janssen, “Dynamics and Modeling of Ocean Waves”, Cambridge University Press, Vol. 560, 2004.

[18] O' Donoghue, T., J. S. Doucette, J. J. van der Werf, and J. S. Ribberink, “The Dimensions of Sand Ripples in Full-Scale Oscillatory Flows”, Coastal Engineering, Vol.  53, No. 12, pp. 997-1012, 2006.

[19] Pelletier, J. D., “Controls on the Height and Spacing of Eolian Ripples and Transverse Dunes: A numerical Modeling Investigation”, Geomorphology, Vol. 105, No.3, pp. 322-333, 2009.

[20] O'Donoghue, T., “Laboratory Experiments for Wave-Driven Sand Transport Prediction”, Jubilee Conference Proceedings, 2012.

[21] Blondeaux, P., “Sediment Mixtures, Coastal Bed Forms and Grain Sorting Phenomena: An Overview of the Theoretical Analyses”, Advances in Water Resources, Vol. 48, pp. 113-124, 2012.

[22] Calantoni, J., Landry, B.J. and Penko, A.M., “Laboratory Observations of Sand Ripple Evolution using Bimodal Grain Size Distributions under Asymmetric Oscillatory Flows”, In Proceedings of the 12th International Coastal Symposium, Plymouth, England. Journal of Coastal Research, Vol.  65, pp. 1497-1502, 2013.

[23] Miles, J., Thorpe, A., Russell, P. and Masselink, G., “Field Observations of Ripple and Megaripple Dynamics in the Nearshore”, Proc. Coastal Dynamics, pp. 1207-1218, 2013.

[24] Goldstein, E. B., Coco, G. and Murray, A. B., “Prediction of Wave Ripple Characteristics using Genetic Programming”, Continental Shelf Research, Vol. 71, pp. 1-15, 2013.