پديد آورندگان :
رشيدي ابراهيم حصاري، اكبر دانشگاه تربيت مدرس - دانشكده منابع طبيعي و علوم دريايي - گروه فيزيك دريا، نور، ايران , بذرگر، نويد دانشگاه تربيت مدرس - دانشكده منابع طبيعي و علوم دريايي - گروه فيزيك دريا، نور، ايران , فرجامي، حسين پژوهشگاه ملي اقيانوس شناسي و علوم جوي - مركز اقيانوس شناسي درياي خزر، نوشهر، ايران
كليدواژه :
مدل عددي , درياي خزر , قفس پرورش ماهي , انتشار فسفات
چكيده فارسي :
اهداف: در مطالعه حاضر پايه يك مدل عددي سه بعدي عددي هيدروديناميكي با قابليت شبيه‌سازي انتشار آلاينده‌هاي شيميايي منتشرشده در محيط‌هاي دريايي طراحي و در قالب يك مطالعه موردي براي شبيه‌سازي انتشار فسفات از قفس‌هاي پرورش ماهي در منطقه دريايي سيسنگان مورد آزمايش قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: معادلات مدل شامل معادلات تكانه، معادله پيوستگي، دما، شوري، معرف سرعت قائم، تمايل فشار كف، همچنين يك معادله سه بعدي فرارفت- انتشار براي شبيه‌سازي انتشار آلاينده در دستگاه مختصات كروي زمين با آرايه قائم سيگما با استفاده از روش تفاضل متناهي حل شدند. براي اعمال شرايط مرزي در مرزهاي باز، مدل براي شبيه‌سازي جريانات ناشي از باد در كل درياي خزر از آبان 1397 تا خرداد 1398 اجرا شد. براي اعمال ميدان باد از داده‌هاي بازتحليل مدل ECMWF با دقت 0/125 درجه استفاده شد. براي اعمال شرايط هندسي محيط، داده‌هاي عمق‌سنجي GEBCO با تفكيك 15 ثانيه جغرافيايي مورد استفاده قرار گرفتند.
يافته‌ها: با درنظرگرفتن مقدار غلظت 17 ppb براي فسفات به‌عنوان غلظت آلاينده در چشمه آلودگي در محل استقرار قفس‌هاي پرورش ماهي، جريان‌هاي ناشي از باد، همچنين انتشار فسفات در راستاي افقي و قائم در محيط مورد مطالعه به مدت 8 ماه شبيه‌سازي شدند. نتايج شبيه‌سازي‌ها در قالب ميدان جريان افقي در لايه سطحي، ميدان غلظت فسفات در راستاي افقي، همچنين در راستاي قائم و در يك برش شمالي- جنوبي ترسيم و مورد تحليل قرار گرفتند.
نتيجه‌گيري: الگوي انتشار فسفات در راستاي افقي متاثر از جريانات ناشي از باد است و مي‌تواند پس از گذشت 8 ماه در راستاهاي شرقي، غربي، جنوبي و شمالي به ترتيب تا فواصل حدوداً 11، 8/5، 9/5 و 5/7 كيلومتري از قفس‌ها گسترش پيدا كند. در راستاي قائم نيز به‌دليل شكل‌گيري جريان‌هاي قائم و تلاطم در لايه‌هاي بالايي، فسفات علاوه بر انتشار افقي، مي‌تواند تا اعماق 400 متري نيز انتشار يابد.
چكيده لاتين :
Aims In the present study, a three-dimensional numerical hydrodynamic model with the
capability to simulate the diffusion of chemical pollutants released in marine basins was
developed and used as a case study to simulate the diffusion of phosphate released by fish
culture cages located in the Sisangan marine basin.
Materials & Methods The equations of the model including momentum equations, continuity
of mass equation, temperature, salinity, representative of vertical velocity, the tendency of
bottom pressure equations and an extra three-dimensional advection-diffusion equation for
simulation of pollutant’s diffusion rewritten in the earth’s spherical coordinates with a vertical
Sigma coordinate were solved using finite difference method. To provide the open boundary
conditions, the model was used for simulation of wind driven currents in the Caspian Sea
from 20 October 2018 to 20 May 2019. For the application of wind field and real geometric
condition, it was used the time series of wind fields supplied by ECMWF reanalysis dataset and
GEBCO bathymetry with 0.125 degrees resolution and 15 seconds of geographical resolution,
respectively.
Findings Considering the concentration of 17ppb for the phosphate as a concentration of
pollutant in the source of the pollution in the location of the fish culture cages, wind induced
currents and the diffusion of the phosphate were simulated for 8 months in both horizontal and
vertical directions. The results of the simulations were demonstrated and analyzed within the
framework of the horizontal surface current, distribution of the phosphate’s concentration in
both horizontal and a vertical latitude-depth cross section.
Conclusion The phosphate’s diffusion is affected by the wind induced currents and after 8
months, it could be extended to the distance of 11, 8.5, 9.5, and 5.7 kilometers far from the
cages in eastern, western, southern, and northern directions, respectively. With the generation
of vertical velocity and the turbulence effects in the upper layers, phosphate might be diffused
in the vertical direction up to 400m depth, as well.
