Προσομοίωση της διασποράς των πετρελαιοκηλίδων στον παράκτιο χώρο. Εφαρμογή στο Σαρωνικό κόλπο

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Προσομοίωση της διασποράς των πετρελαιοκηλίδων στον παράκτιο χώρο. Εφαρμογή στο Σαρωνικό κόλπο ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΡΟΥΛΛΑ ΗΛΙΑΝΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΖΑΧΑΡΙΑΣ ΙΕΡΟΘΕΟΣ ΠΑΤΡΑ, 2020 i

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία με θέμα, «Προσομοίωση της διασποράς των πετρελαιοκηλίδων στον παράκτιο χώρο. Εφαρμογή στο Σαρωνικό κόλπο», εκπονήθηκε στον τομέα Τεχνολογίας του Περιβάλλοντος και συγκοινωνιών, του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, υπό την επίβλεψη του καθηγητή κ. Ιερόθεου Ζαχαρία. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους συνέλαβαν και βοήθησαν για την πραγματοποίηση της διπλωματικής μου εργασίας. Πρώτον από όλους θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντά μου και καθηγητή μου κ. Ιερόθεο Ζαχαρία, για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε αναθέτοντάς μου αυτό το ενδιαφέρον θέμα, για τη διόρθωση και τις υποδείξεις του στο αντικείμενο και γενικά για την άριστη συνεργασία που είχαμε. Περαιτέρω θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ.αθανάσιο Δήμα μαζί με τον διδακτορικό του κ. Γιώργο Λευθεριώτη για την παραχώρηση του βυθομετρικού χάρτη του Σαρωνικού Κόλπου και γενικά για όλη την βοήθεια που δόθηκε για να συμπεριληφθεί στην παρούσα εργασία. Ένα θερμό ευχαριστώ στον κ. Ηλία Μουσσούλη και την DHI για την παραχώρηση του προγράμματος MIKE ZERO, MIKE21 που χωρίς αυτούς θα ήταν αδύνατο να ολοκληρώσω την παρούσα διπλωματική εργασία και γενικά για την όλη βοήθεια και την διάθεσή τους για να ξεπεράσω τις διάφορες δυσκολίες που συνάντησα κατά τη διάρκεια της εργασίας μου. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω την υποψήφια διδάκτορα Κα. Ειρήνη Μπιλιάνη για την άψογη συνεργασία που είχαμε σε όλο αυτό το διάστημα που χρειάστηκε για την ολοκλήρωση της εργασίας, για τις υποδείξεις και πάνω από όλα για τη διάθεση και την υπομονή της να με βοηθήσει. ii

3 Ευχαριστώ επίσης, τον καθηγητή μου κ. Ιερόθεο Ζαχαρία, που μαζί με τους καθηγητές κ. Ιωάννη Μαναριώτη και κ. Παναγιώτη Γιαννόπουλο αποτέλεσαν την τριμελή εξεταστική επιτροπή της εργασίας μου. Τέλος, θα ήταν παράβλεψή μου να μην ευχαριστήσω την οικογένεια μου, για την υπομονή και τη συμπαράστασή τους αυτά τα χρόνια του μεταπτυχιακού προγράμματος του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών αλλά και γενικότερα για την ανατροφή και τα διδάγματα με τα οποία με εφοδίασαν αλλά και τις θυσίες τους για την μόρφωσή μου. Ηλιάνα Ξ. Καρουλλά, Πάτρα, Φεβρουάριος 2020 iii

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εκτίμηση της διάχυσης μιας πετρελαιοκηλίδας στον παράκτιο χώρο. Κύριο ενδιαφέρον αποτέλεσε η μελέτη της μεταφοράς ρύπου της πετρελαιοκηλίδας υπό πραγματικές συνθήκες. Η μελέτη εκπονήθηκε με την προσομοίωση της πραγματικής βυθομετρίας στην περιοχή του κόλπου του Σαρωνικού με τη χρήση του κώδικα DHI και τα μοντέλα: MIKE21 FLOW MODEL FM, Mike 21/3 Integrated Models. Η εφαρμογή αφορά τη διάχυση πραγματικού ρύπου πετρελαίου από το πλοίο «Αγία Ζώνη», στις 10 Σεπτεμβρίου Για την προσομοίωση της ρύπανσης χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό MIKE21. Αναλυτικότερα, το υδροδυναμικό μοντέλο προσομοιώθηκε από το πρόγραμμα ΜΙΚΕ21 FLOW MODEL FM, ενώ για την διάχυση πετρελαιοκηλίδας στο Σαρωνικό από το MIKE21/3 COUPLED MODEL FM. H σωστή χρήση του λογισμικού προϋποθέτει την κατανόηση της θεωρίας στην οποία βασίζεται η λειτουργία του, κυρίως στις μαθηματικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή τους. Στο Πρώτο Κεφαλαίο της εργασίας γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση των δημοσιευμένων άρθρων έως σήμερα για τις πετρελαιοκηλίδες τόσο σε παγκόσμιο επίπεδο όσο και στον Ελλαδικό χώρο και κυρίως στην περιοχή μελέτης. Το Δεύτερο Κεφαλαίο αναφέρεται στη μεθοδολογία για την εφαρμογή της προσομοίωσης στην περιοχή μελέτης πρώτα για το υδροδυναμικό μοντέλο μέσω ΜΙΚΕ21 FLOW MODEL και στη συνέχεια για τη διάχυση πετρελαιοκηλίδας με το MIKE21/3 COUPLED MODEL FM καθώς επίσης και για την επεξεργασία δορυφορικών εικόνων με σκοπό τον εντοπισμό τους. Το κεφάλαιο αυτό στόχο έχει να παρουσιαστούν αναλυτικά τα βήματα που ακολουθήθηκαν για να παρουσιαστούν με σαφήνεια τα βήματα βαθμονόμησης του μοντέλου. Στο Τρίτο Κεφάλαιο περιγράφονται τα αποτελέσματα αρχικά για το υδροδυναμικό μοντέλο με συγκεκριμένα στιγμιότυπα κατά τη διάρκεια του ατυχήματος iv

5 στο Σαρωνικό κόλπο, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζονται στιγμιότυπα από τη διάχυση της πετρελαιοκηλίδας και τέλος προβάλλονται οι δορυφορικές εικόνες που εντοπίστηκαν για τις συγκεκριμένες ημερομηνίες. Πιο αναλυτικά, παρουσιάζονται οι αρχικές προσπάθειες με σταθερό άνεμο, πότε Βόρειο και πότε Ανατολικό, προκειμένου να εξακριβώσουμε ότι το μοντέλο έχει βαθμονομηθεί σωστά κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες. Στη συνέχεια, όταν εξακριβώσαμε ότι το μοντέλο περιγράφει ικανοποιητικά την πραγματική κατάσταση τότε εισήγαμε στο μοντέλο τις πραγματικές ανεμολογικές συνθήκες. Το Τέταρτο και τελευταίο Κεφάλαιο αποτελεί το κεφάλαιο με τα συμπεράσματα και τη συζήτηση για όλα όσα έχουν συζητηθεί στην διπλωματική εργασία καθώς και η σύγκριση των αποτελεσμάτων του MIKE21 με τις δορυφορικές εικόνες. Καταλήξαμε στο συμπέρασμα πως η ρύπανση από την διάχυση της πετρελαιοκηλίδας απλώνεται από τον Σαρωνικό στην Γλυφάδα την 25 Σεπτεμβρίου. Η χρήση των αριθμητικών μοντέλων θεωρείται πλέον απαραίτητη για την πρόγνωση της διάχυσης των πετρελαιοκηλίδων και την έγκαιρη αντιμετώπισή τους. v

6 ABSTRACT The purpose of this Project is to estimate the environmental threats from the diffusion of oil slicks on the coastal region. The primary objective was to study the transportation of oil slick pollution under real conditions. The study involved the simulation of actual bathymetry of the Saronic Gulf by using the DHI code and the MIKE21 FLOW MODEL FM, Mike 21/3 Integrated Models. The study is focused on the diffusion of true oil spill from the boat Agia Zoni at the 10 th of September For the simulation of the pollution caused by Agia Zoni, Mike 21 software was used. More precisely, the hydrodynamic model was simulated by the ΜΙΚΕ21 FLOW MODEL FM, while the oil spill in the Saronic Gulf was simulated by the MIKE21/3 COUPLED MODEL FM. Proper use of software requires understanding of the theory underlying its operation, notably the mathematical equations used to describe it. The first chapter of the study includes the bibliography review of Published articles to date on oil spills globally, and mainly in the Greek Saronic Gulf. The second chapter describes the methodology for the application of the simulation in our study area. First it describes the hydrodynamic model via MIKE21 FLOW MODEL and then the oil spill with MIKE21/3 COUPLED MODEL FM. This chapter also explains how we worked on satellite imagery. This chapter purpose is to present the methology applied to calibrate the numerical problem. Chapter three describes the results of the hydrodynamic model with specific snapshots who took place during the accident in the Saronic Gulf, followed by screenshots of oil spill diffusion. Finally, satellite images are shown corresponding to the specific dates in Saronic Gulf. In more details, initially there are described two simulations with steady wind direction, North and East, in order to verify in controlled conditions, the calibration parameters of the model. Afterwards, the real weather conditions were implemented in the model. vi

7 In the fourth and final chapter you can find everything that was written and discussed in this thesis, the comparison of the results of MIKE21 with images from the satellite and the conclusions that were conducted. We concluded that the diffusion of oil spill, by the accident that took place at Saronikos Gulf the 10 th of September, reached Glyfada the 25 th of September. The application of numerical models, in essential for the prediction of accident oil spills to better and faster resolve the problems might raise. vii

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... ii ΠΕΡΙΛΗΨΗ... iv ABSTRACT... vi ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... viii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ... x ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ... xvi ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ ΕΙΔΟΣ ΡΥΠΟΓΟΝΟΥ ΟΥΣΙΑΣ ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ ΟΙ ΔΕΚΑ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΕΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΝΘΡΩΠΟΤΗΤΑΣ ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΚΑΛΕΣΑΝ ΔΙΑΡΡΟΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΓΗΡΑΝΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ Φυσική βιοεξυγίανση ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΞΥΓΙΑΝΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ ΜΕΓΕΘΟΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΑΣ ΡΥΘΜΟΣ ΔΙΑΡΡΟΗΣ ΤΗΣ ΡΥΠΟΓΟΝΟΥ ΟΥΣΙΑΣ ΣΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΠΡΟΚΛΗΣΗΣ ΤΗΣ ΚΗΛΙΔΑΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΚΗΛΙΔΑΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Παθητικά Μέσα Ανίχνευσης και Χαρτογράφησης Χρήση Οπτικών Τεχνικών Χρήση του ορατού φάσματος ΧΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΓΙΑ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ ΚΑΙ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ Λέιζερ Fluorosensors - Ραντάρ viii

9 Επεξεργασία εικόνας ραντάρ Ανίχνευση διαρροών πετρελαίου από ραντάρ ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΑΤΥΧΗΜΑ ΑΓΙΑ ΖΩΝΗ II ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ MIKE ZERO ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ, MIKE 21 FLOW MODEL HD MIKE 21/3 INTEGRATED MODELS: COUPLED MODEL FM ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΜΙΚΕ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ (COUPLED MODEL FM) ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ MIKE 21/3 INTEGRATED MODELS ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ, MIKE 21 FLOW MODEL HD Με Σταθερό Βόρειο Άνεμο 6 Μποφόρ Με Σταθερό Νοτιοανατολικό Άνεμο 6 Μποφόρ Προσομοίωση με πραγματική χρονοσειρά ανέμου MIKE 21/3 INTEGRATED MODELS: COUPLED MODEL FM Με Σταθερό Βόρειο Άνεμο 6 Μποφόρ Με Σταθερό Νοτιοανατολικό Άνεμο 6 Μποφόρ Προσομοίωση με πραγματική χρονοσειρά ανέμου ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ix

10 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα Διαρροές πετρελαίου στην θάλασσα από το 1970 (Τσιοταλακίδης, Α., 2015). Εικόνα Το πετρελαιοφόρο Exxon Valdez χτύπησε τον ύφαλο Blightston Πορθμό Prince William στην Αλάσκα. Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Το πετρελαιοφόρο Prestige βούλιαξε 30 μίλια έξω από τις ακτές τις Γαλικίας στην Βορειοδυτική Ισπανία. Η εξέδρα άντλησης πετρελαίου DeepWater Horizon εξερράγη την 20ην Απριλίου 2010 και βυθίστηκε την 22α Απριλίου Οι αλλαγές που γίνονται στην σύνθεση του πετρελαίου Εικόνα 1.6.1: Οι αλλαγές που γίνονται στην σύνθεση του πετρελαίου Ανάκτηση του πετρελαίου με την χρήση Skimmer και Booms Φυσική ενίσχυση της διασποράς του πετρελαίου Radarsat της διαρροής του Deepwater Horizon. Το τετράγωνο δείχνει μια εκτεταμένη άποψη του κέντρου της περιοχής διαρροής και οι φωτεινές κουκίδες είναι πλοία που εργάζονται για τον έλεγχο της διαρροής RADARSAT-2 της πετρελαιοκηλίδας του Κόλπου. Το κόκκινο περίγραμμα δείχνει τη διαρροή. Η ακτογραμμή εμφανίζεται ως λευκή και τα έγχρωμα τμήματα προέρχονται από μια ορατή δορυφορική εικόνα (Εικόνα από την ιστοσελίδα του Canadian Space Agency ( Εικόνα Περιοχή Μελέτης Σαρωνικός Κόλπος ( ) Εικόνα Τοπογραφία και Βυθομετρία Σαρωνικού Κόλπου. x

11 Εικόνα Εισαγωγή της βαθυμετρίας στην καρτέλα Μesh and Bathymetry. Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Παράθυρο «Domain Specification» Δήλωση των ορίων στο παράθυρο Boundary names. Ορισμός της χρονικής προσομοίωσης. Καρτέλα «Solution Technique» Καρτέλα «Flood and Dry». Καρτέλα «Density». Ρυθμίσεις παραμέτρου τυρβώδους ιξώδους Καρτέλα «Bed Resistance» Ρυθμίσεις ανέμου (Με σταθερό άνεμο). Ρυθμίσεις ανέμου (Με σταθερό άνεμο). Ρυθμίσεις Ανέμου (Άνεμος με χρονειρά). Χρονοσειρά Ανέμου Συνοριακή Συνθήκη ΝΑ ορίου. Χρονοσειρά Παλίρροιας. Συνοριακή Συνθήκη για την ακτογραμμή. Καρτέλα «Output Specification». Καρτέλα «Output Items». Καρτέλα «Module Selection». Καρτέλα «Model Definition». xi

12 Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Καρτέλα «Source». Επιλογή σημείου Επιλογή Διάχυσης. Καρτέλα «Output specification». Καρτέλα «Output items». Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 5 η Σεπτεμβρίου πριν ακόμα συμβεί το ατύχημα. Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 13 η Σεπτεμβρίου τρείς μέρες μετά το ατύχημα. Παρατηρούμε πως οι ταχύτητες ροής εκδηλώνονται πιο έντονα όπως φαίνεται με κύρια διεύθυνση τον Βορρά. Βλέπουμε τους κυκλωνικούς σχηματισμούς που δημιουργούνται φανερά πλέον κυρίως στο Δυτικό κομμάτι του κόλπου. Επίσης βλέπουμε και σιγά σιγά να δημιουργείται ακόμη ένας κυκλωνικός σχηματισμός ΝΑ του κόλπου. Εικόνα Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 16 η Σεπτεμβρίου έξι μέρες μετά το ατύχημα. Βλέπουμε τους κυκλωνικούς σχηματισμούς που δημιουργούνται φανερά πλέον κυρίως στο Δυτικό κομμάτι του κόλπου. Επίσης βλέπουμε ότι έχει δημιουργηθεί και ο κυκλωνικός σχηματισμός ΝΑ του κόλπου. Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 25 η Σεπτεμβρίου τελευταία μέρα του ατυχήματος. Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 5 η Σεπτεμβρίου πριν ακόμα συμβεί το ατύχημα. Παρατηρούμε τις αρχικές ταχύτητες ροής όπως φαίνεται με κύρια διεύθυνση Νοτιοανατολικά. Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 13 η Σεπτεμβρίου τρείς μέρες μετά το ατύχημα. xii

13 Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 16 η Σεπτεμβρίου έξι μέρες μετά το ατύχημα. Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 25η Σεπτεμβρίου τελευταία μέρα του ατυχήματος. Διακρίνουμε πως στο τρίτο σενάριο, πραγματικού ανέμου εκείνη την χρονική στιγμή πως ο σχηματισμός την 5η Σεπτεμβρίου είναι κυρίως ΝΑ.. Παρατηρούμε σε αυτό το στιγμιότυπο την 13η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα πως ο κύριος σχηματισμός δεν είναι μόνο ο ΝΑ αλλά και ο Βόρειος. Στιγμιότυπο από την 16η Σεπτεμβρίου, έξι μέρες μετά το ατύχημα. Σε αυτήν την μέρα δεν βλέπουμε τόσο να επικρατούν κυκλωνικού σχηματισμοί και γενικότερα οι ταχύτητες ροής είναι πιο ασθενείς. Στιγμιότυπο από χρονοσειρά με πραγματικά δεδομένα την 25 η Σεπτεμβρίου τελευταία μέρα του ατυχήματος. Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Διακρίνουμε την πρώτη μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου την δημιουργία της κηλίδας. Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 13 η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα έχει είδη ξεκινήσει και εξαπλώνεται. Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα εξαπλώνεται σε μεγάλη διάσταση μέσα στον Σαρωνικό κόλπο. xiii

14 Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Τελευταία μέρα του ατυχήματος 25 η Σεπτεμβρίου. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Νοτιανατολικό άνεμο 6 μποφόρ. Διακρίνουμε την πρώτη μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου την δημιουργία της κηλίδας. Εικόνα Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό ΝΑ άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 13 η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα έχει είδη ξεκινήσει και εξαπλώνεται. Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό ΝΑ άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα εξαπλώνεται σε μεγάλη διάσταση μέσα στον Σαρωνικό κόλπο. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Νοτιοανατολικό άνεμο 6 μποφόρ. Τελευταία μέρα του ατυχήματος 25 η Σεπτεμβρίου. Εικόνα Εικόνα Σε αυτό το στιγμιότυπο φαίνεται το ξεκίνημα της κηλίδας την 1 η μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου σε πραγματικά δεδομένα ανέμου που επικρατούσαν εκείνες τις μέρες. Στιγμιότυπο από την 13η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα βλέπουμε πως η κηλίδα είδη έχει αρχίσει να εξαπλώνεται. Ο άνεμος είναι από χρονοσειρά σε πραγματικά δεδομένα ανέμου που επικρατούσαν εκείνες τις μέρες. xiv

15 Εικόνα Έχοντας είδη περάσουν έξι μέρες, την 16 η Σεπτεμβρίου διακρίνουμε την κηλίδα μας να προχωράει και να διαχέεται στον κόλπο. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με άνεμο από χρονοσειρά. Τελευταία μέρα του ατυχήματος 25η Σεπτεμβρίου. Εικόνα Δορυφορική Εικόνα του Σαρωνικού κόλπου στις 25 Σεπτεμβρίου 2017, κατόπιν επεξεργασίας σε γλώσσα R. xv

16 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας Κατηγορίες πετρελαιοειδών με βάση την πυκνότητα τους. Πίνακας Χαρακτηριστικά πετρελαιοειδών ως προς το ιξώδες, την στατικότητα, την τοξικότητα και συμπεριφορά του ως προς τον κίνδυνο εκδήλωσης πυρκαγιάς. Πίνακας Ατυχήματα που προκάλεσαν τις μεγαλύτερες διαρροές πετρελαίου ((Τσιοταλακίδης, Α., Βιοαποδόμηση). xvi

17 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ Με τον όρο πετρελαιοκηλίδα ορίζουμε μία μεγάλη μάζα πετρελαίου η οποία επιπλέει στην επιφάνεια της θάλασσας σχηματίζοντας κηλίδα πολλών τετραγωνικών χιλιομέτρων. Μεγάλα προβλήματα δημιουργούν οι συχνές διαρροές πετρελαίου προς το περιβάλλον και γι αυτό το λόγο οι επιστήμονες έχουν καταλήξει σε νέους τρόπους αντιμετώπισης των πετρελαιοκηλίδων που σχηματίζονται. Σύνθετα και αλληλοεξαρτώμενα ζητήματα αποτελούν οι παράγοντες που επηρεάζουν το κόστος αντιμετώπισης και καθαρισμού πετρελαιοκηλίδων καθώς επίσης, και οι κοινωνικοοικονομικές συνέπειες αυτών. Τα δικά του χαρακτηριστικά και ξεχωριστές συνθήκες έχει κάθε περιστατικό πετρελαιοκηλίδας που σημειώνεται, καθώς αποτελεί και ένα μοναδικό γεγονός. Ως καθαρισμός κηλίδας ορίζεται, η απομάκρυνση των πετρελαιοειδών από το περιβάλλον, η παρεμπόδιση και η διαχείριση της εξάπλωσής της. Το κόστος διαχείρισης και ελέγχου, το κόστος εργασίας και εξοπλισμού, το κόστος μεταφοράς εργατικού δυναμικού και απαραίτητου εξοπλισμού στην περιοχή όπου πραγματοποιήθηκε το γεγονός όλα αυτά συνδέονται με το κόστος αντιμετώπισης της πετρελαιοκηλίδας για να αποτραπεί η οποιαδήποτε διάχυση πετρελαίου από το σημείο έναρξης όπου έχει δημιουργηθεί το συμβάν. Το συνολικό κόστος που προκαλεί μια πετρελαιοκηλίδα προκύπτει αφενός, από το κόστος αποκατάστασης του περιβάλλοντος, το κόστος από τις δυσμενείς επιπτώσεις σε κοινωνικό επίπεδο οι οποίες με τη σειρά τους επηρεάζουν τις τοπικές οικονομίες (π.χ. αλιεία, τουρισμός) και αφετέρου, από το κόστος αποζημιώσεων σε τρίτα πρόσωπα.

18 2 1.2 ΕΙΔΟΣ ΡΥΠΟΓΟΝΟΥ ΟΥΣΙΑΣ Όπως είναι γενικά γνωστό, τα πλοία μεταφέρουν διαφόρων ειδών πετρελαιοειδή. Το γεγονός αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία εάν έχει γίνει κάποιο ατύχημα και το είδος αυτό του πετρελαιοειδούς διαφύγει προς τη θάλασσα. Σύμφωνα με τους White και Molloy κάθε πετρελαιοειδές αποτελεί ένα μείγμα όπου δημιουργείται από πολλά συστατικά και με διαφορετικές ιδιότητες το καθένα. Καθώς εξαπλώνεται και κινείται και εφόσον στη συνέχεια διαφύγει στην επιφάνεια της θάλασσας, επιδέχεται φυσικοχημικές διεργασίες Τέτοιες διεργασίες είναι η εξάτμιση, η διάλυση και η βιοδιάσπαση, που έχει ως αποτέλεσμα την εξαφάνισή του από την επιφάνεια της θάλασσας. Η εισχώρηση μαζών θαλασσινού νερού μέσα στην πετρελαιοκηλίδα, συνεπάγεται τη μεγάλη αύξηση του όγκου της πετρελαιοκηλίδας (πάνω από 4 φορές τον όγκο της) και καταλήγει να σχηματιστεί γαλάκτωμα το οποίο είναι χαρακτηριστική ιδιότητα του πετρελαίου. Σε γενικές γραμμές, τα ελαφρά παράγωγα του πετρελαίου δεν εμφανίζουν την τάση να παραμένουν στην επιφάνεια της θάλασσας για μεγάλο χρονικό διάστημα εξαιτίας της γρήγορης εξάτμισης των συστατικών τους (σε κυματώδεις θάλασσες επιταχύνεται ακόμη περισσότερο το φαινόμενο της εξάτμισης). Αντιθέτως, ισχύει ότι όσο πιο παχύρευστο είναι ένα πετρελαιοειδές τόσο πιο δαπανηρός και δύσκολος είναι ο καθαρισμός του (Πίνακας 1.2.1). Αυτού του είδους τα βαρέα καύσιμα έχουν την τάση να διανύουν μεγάλες αποστάσεις από την αρχική τους τοποθεσία επειδή χαρακτηρίζονται από συνεκτικότητα και μεγάλο ιξώδες. Γι αυτό το λόγο ο καθαρισμός είναι δύσκολος και δαπανηρός για την επέκταση της πετρελαιοκηλίδας. Με βάση λοιπόν την πυκνότητα των πετρελαιοειδών, τα χωρίζουμε στις εξής κατηγορίες (Κοφινάς, 2011):

19 3 Πίνακας Κατηγορίες πετρελαιοειδών με βάση την πυκνότητα τους. Αν η διαρροή των πετρελαιοειδών εκρεύσει κοντά σε επικίνδυνες περιοχές, όπως λιμάνια και βιομηχανίες, τα ελαφρά προϊόντα του πετρελαίου εγκυμονούν κίνδυνο πυρκαγιάς και έκρηξης, οδηγώντας έτσι και σε αποζημιώσεις προς τρίτους. Επίσης, λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων ελαφρών και της μεγάλης τοξικότητας των παραγώγων μπορεί να οδηγήσουν σε θανάτους θαλάσσιων φυτών και ζώων (Πίνακας 1.2.2). Ανάλογα λοιπόν, με το ιξώδες, την τοξικότητα, τη στατικότητα στην επιφάνεια της θάλασσας και την επικινδυνότητα σε περίπτωση πυρκαγιάς, τα χωρίζουμε στις εξής κατηγορίες: Πίνακας Χαρακτηριστικά πετρελαιοειδών ως προς το ιξώδες, την στατικότητα, την τοξικότητα και συμπεριφορά του ως προς τον κίνδυνο εκδήλωσης πυρκαγιάς. Χαρακτηριστικά Group I (ελαφρά) Group II,III (μεσαία) Group IV (βαρέα) Ιξώδες Χαμηλό Μέτριο Υψηλό Στατικότητα Χαμηλή Μέτρια Υψηλή Τοξικότητα Υψηλή Μέτρια Χαμηλή Κίνδυνος Πυρκαγιάς Υψηλός Μέτριος Χαμηλός Οι δύσκολες μέθοδοι που εφαρμόζονται κατά τον καθαρισμό των πετρελαιοειδών αποτελούν ένα μειονέκτημα που εμφανίζουν με βαρέα καύσιμα. Συγκεκριμένα τα ελαφρά καύσιμα, μπορούν να αντιμετωπιστούν με τη χρήση χημικών μέσων, που αποτελεί μία φθηνή σχετικά μεθοδολογία καθαρισμού σε αντίθεση τα βαρέα πετρελαιοειδή που αντιμετωπίζονται με χρήση χειρονακτικών (κυρίως στις ακτές) και μηχανικών μεθόδων, γεγονός που αυξάνει σημαντικά το κόστος

20 4 καθαρισμού. Από την άλλη, μιλώντας για την ίδια ποσότητα, τύποι όπως το Heavy fuel oil καταλαμβάνουν σχεδόν τον μισό όγκο από ότι ο τύπος Diesel και το ¼ του όγκου από ότι ο τύπος Crude oil από την στιγμή που πέσουν στην θάλασσα. Η ιδιότητα αυτή του Heavy fuel oil δρα λιγότερο επιζήμια προς το περιβάλλον και την τοπική κοινωνία, περιορίζοντας έτσι τις κοινωνικο-οικονομικές επιπτώσεις 1.3 ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ Με βάση τις στατιστικές ασφαλιστικών εταιριών, 80% των ατυχημάτων των πετρελαιοφόρων που προκαλούν διαρροές πετρελαίου στη θάλασσα είναι αποτέλεσμα ανθρώπινων σφαλμάτων (Τσιοταλακίδης, 2015): κακή διαχείριση ελιγμών, παραμέληση συντήρησης, ανεπαρκής έλεγχος των συστημάτων, έλλειψη επικοινωνίας μεταξύ των μελών του πληρώματος, κόπωση, ανεπαρκής απόκριση σε ένα ασήμαντο περιστατικό με αποτέλεσμα να κλιμακωθεί σε ένα μεγάλο ατύχημα. Στατιστικά για ατυχήματα άνω των 700 τόνων, από το 1974 και μετά οφείλονται : 28% σε σύγκρουση μεταξύ πλοίων 34% σε προσάραξη πλοίου σε ακτή 13% Δομικές ζημιές στα πετρελαιοφόρα 9% διαρροή κατά την διαδικασία φόρτωσης και εκφόρτωσης 9% σε έκρηξη ή πυρκαγιά στο πλοίο 7% σε άλλα αίτια και αίτια που δεν έχουν γίνει γνωστά

21 5 Ο Διεθνής Οργανισμός Ρύπανσης των Ιδιοκτητών Πετρελαιοφόρων (ITOPF) τηρεί μια ενημερωμένη βάση δεδομένων για τις πετρελαιοκηλίδες άνω των 700 τόνων, από πετρελαιοφόρα, μεταφορικά μεταλλεύματος και φορτηγίδες-δεξαμενές που έχουν συμβεί σε όλο τον κόσμο από το Παρέχονται επίσης πληροφορίες σχετικά με τις διάφορες πτυχές των διαρροών και τις συνέπειές τους. Αυτά τα στοιχεία φέρνουν στο φως το γεγονός ότι λίγο περισσότερο από 5.5 εκατομμύρια τόνοι πετρελαίου διέρρευσαν στη θάλασσα στις παγκόσμιες θάλασσες, από τα ατυχήματα των πετρελαιοφόρων μέσα σε περίοδο 30 χρόνων , συνολικού ύψους περίπου τόνων ετησίως με τη μέγιστη τιμή των τόνων το 1979 (Πίνακας 1.3.1). Οι πετρελαιοκηλίδες χωρίζονται σε τρείς μεγάλες κατηγορίες σε: Μικρότερες από 7 τόνους Από 7 μέχρι τόνους Μεγαλύτερες από τόνους Κατά τη δεκαετία του 1990 υπήρχαν 358 διαρροές των 7 τόνων και άνω, με αποτέλεσμα να γίνει διαρροή τόνων πετρελαίου. Το 73% του ποσού αυτού χύθηκε μέσα σε 10 επεισόδια. Κατά τη δεκαετία του 2000 υπήρχαν 179 διαρροές των 7 τόνων και άνω, με αποτέλεσμα να γίνει διαρροή τόνων πετρελαίου. Το 55% του ποσού αυτού χύθηκε σε μόλις 4 επεισόδια. Κατά την πενταετία υπήρξαν 35 διαρροές των 7 τόνων και άνω, με αποτέλεσμα τόνοι πετρελαίου να χυθούν. Το 90% του ποσού αυτού χύθηκε μέσα σε μόλις 9 επεισόδια (Εικόνα 1.3.1), (Πίνακας 1.3.2). (Τσιοταλακίδης, 2015)

22 6 Εικόνα Διαρροές πετρελαίου στην θάλασσα από το 1970 (Τσιοταλακίδης, Α., 2015.). Πίνακας Ατυχήματα που προκάλεσαν τις μεγαλύτερες διαρροές πετρελαίου (Τσιοταλακίδης, Α., 2015.)..

23 7 1.4 ΟΙ ΔΕΚΑ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΕΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΝΘΡΩΠΟΤΗΤΑΣ Στην ενότητα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι δέκα μεγαλύτερες πετρελαιοκηλίδες στην ιστορία της ανθρωπότητας όπως αυτές αποτυπώθηκαν από τον ημερήσιο τύπο. Πηγή: 1. Πετρελαιοκηλίδα στον Πόλεμο του Κόλπου: τόνοι Κατά τη διάρκεια του πολέμου του Κόλπου και συγκεκριμένα κατά το έτος 1991 καταγράφεται η μεγαλύτερη πετρελαιοκηλίδα στην ιστορία της ανθρωπότητας. Οι ιρακινές δυνάμεις, οι οποίες στο εν τω μεταξύ είχαν υποχωρήσει ηττημένες από τα Αμερικανικά στρατεύματα στο Κουβέιτ, άνοιξαν τις βαλβίδες από τους αγωγούς των πετρελαιοπηγών για να καθυστερήσουν τους εχθρούς τους. Η ενέργεια αυτή των Ιρακινών είχε ως αποτέλεσμα να απελευθερωθούν περισσότεροι από τόνοι πετρελαίου. 2. Πλατφόρμα εξόρυξης Ixtoc I: τόνοι Την ίδια χρονιά, ήτοι το 1991, στον κόλπο του Μεξικό εξερράγη μία πλατφόρμα εξόρυξης πετρελαίου, η οποία εν τέλει κατάρρευσε με περαιτέρω αποτέλεσμα να διαφεύγει καθημερινώς για ένα και πλέον έτος πετρέλαιο με συνολικό απολογισμό τόνων. 3. Αυτοκράτειρα του Ατλαντικού/Καπετάνιος του Αιγαίου: τόνοι Η μεγαλύτερη πετρελαιοκηλίδα που δημιουργήθηκε ποτέ από πλοίο επισυνέβη τον Ιούλιο του 1979 όταν το ελληνικό δεξαμενόπλοιο «Αυτοκράτειρα του Ατλαντικού», συγκρούστηκε με το πλοίο «Καπετάνιος του Αιγαίου», κατά τη διάρκεια μιας τροπικής καταιγίδας στην Καραϊβική. Τραγικό αποτέλεσμα της εν λόγω σύγκρουσης ήταν να χάσουν τη ζωή τους 26 μέλη του πληρώματος ενώ τόνοι πετρελαίου χύθηκαν στον ωκεανό.

24 8 4. Κοιλάδα του Φεργκάνα: τόνοι Η μεγαλύτερη χερσαία διαρροή που έχει καταγραφεί μέχρι και σήμερα συνέβη το έτος 1992 στο Ουζμπεκιστάν και συγκεκριμένα στην Κοιλάδα του Φεργκάνα. Περίπου τόνοι πετρελαίου απελευθερώθηκαν από μια πετρελαιοπηγή. 5. Πλατφόρμα εξόρυξης Nowruz: τόνοι Κατά τη διάρκεια του πολέμου μεταξύ Ιράκ και Ιράν το 1983, δεξαμενόπλοιο συγκρούστηκε με πλατφόρμα εξόρυξης πετρελαίου. Αποτέλεσμα της σύγκρουσης ήταν βαρέλια να χύνονται καθημερινώς στη θάλασσα. Ο τελικός απολογισμός ανέρχεται σε τόνους πετρελαίου. 6. ABT Summer: τόνοι Στο ολλανδικό δεξαμενόπλοιο με την ονομασία «ABT Summer», καθώς πραγματοποιούσε το ταξίδι από το Ιράν στο Ρότερνταμ της Ολλανδίας το 1991, ξέσπασε φωτιά κάπου στα ανοικτά της Αγκόλα. Τουλάχιστον 5 μέλη του πληρώματος βρήκαν επι τόπου τραγικό θάνατο ενώ τόνοι πετρελαίου απελευθερώθηκαν στη θάλασσα. 7. Castillo de Bellver: τόνοι Στις 6 Αυγούστου 1983, το δεξαμενόπλοιο Castillo de Bellver, εξερράγη και διαμελίστηκε στα δύο με αποτέλεσμα τουλάχιστον τόνοι πετρελαίου να διαφύγουν στις ακτές της Cape Town στην Νότια Αφρική. Αυτή ήταν η μεγαλύτερη πετρελαιοκηλίδα που έπληξε ποτέ τη χώρα. 8. The Amoco Cadiz: τόνοι Τον Μάρτιο του 1978 ισχυροί άνεμοι παρέσυραν το Λιβεριακό πετρελαιοφόρο Amoco Cadiz σε πρόσκρουση σε γκρεμό κοντά σε ψαροχώρι της γαλλικής περιοχής Βρετάνη. Τραγικός απολογισμός της πρόσκρουσης ήταν περίπου 223,000 τόνοι πετρελαίου να απελευθερωθούν στη θάλασσα.

25 9 9. The Haven: τόνοι Τον Απρίλιο του 1991 κοντά στις ακτές της Ιταλίας εξερράγη το δεξαμενόπλοιο Haven, με αποτέλεσμα 6 μέλη του πληρώματος να βρουν τραγικό θάνατο και τόνοι πετρελαίου απελευθερώθηκαν στη θάλασσα. Το 70% περίπου κάηκε σε επακόλουθη φωτιά. Αυτό ωστόσο που παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι υπολείμματα πετρελαίου βρέθηκαν αργότερα σε βάθος 500 μέτρων. 10. Η Οδύσσεια: τόνοι Τον Νοέμβριο του 1988 το αμερικανικό πλοίο «Οδύσσεια» με φορτίο τόνων πετρελαίου βυθίστηκε στον Ατλαντικό κοντά στις ακτές του Καναδά. Ακολούθως εκτυλίχθηκε στις φλόγες καίγοντας το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου του, περιορίζοντας έτσι την καταστροφή. 1.5 ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΚΑΛΕΣΑΝ ΔΙΑΡΡΟΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ. Στην επόμενη ενότητα παρουσιάζονται τα μεγαλύτερα ατυχήματα διαρροής πετρελαίου και οι μεγάλες επιπτώσεις αυτών (Κοφινάς, 2011). EXXON VALDEZ Στις 24 Μαρτίου 1989 το πετρελαιοφόρο Exxon Valdez χτύπησε τον ύφαλο Blight στον Πορθμό Prince William στην Αλάσκα (Εικόνα 1.5.1). Το πετρελαιοφόρο μετέφερε m 3 αργού (αδιύλιστο) πετρελαίου εκ των οποίων υπολογίζεται ότι τόνοι χύθηκαν στον πορθμό. Το μέγεθος της εν λόγω καταστροφής ήταν πρωτοφανές για τα τότε δεδομένα και δικαίως θεωρείται μια από τις χειρότερες περιβαλλοντικές καταστροφές από ανθρώπινα αίτια. Έρευνα στα αίτια του ατυχήματος κατέδειξε την αποτυχία του τρίτου αξιωματικού να χειριστεί το πλοίο, την αποτυχία του κυβερνήτη ο οποίος βρισκόταν υπό την επήρεια αλκοόλ να εξασφαλίσει

26 10 σωστή πορεία, και την αποτυχία της Εταιρείας Exxon να παρέχει το κατάλληλο υπό τις περιστάσεις πλήρωμα. Η πετρελαιοκηλίδα κάλυψε μίλια ακτής και τετραγωνικά μέτρα θάλασσας και ήταν η αιτία θανάτου τουλάχιστον 140 φαλακρών αετών, 302 φωκιών των λιμανιών (κοινή φώκια), θαλάσσιων βιδρών και θαλασσοπουλιών μέσα σε λίγες μέρες εξαιτίας της απευθείας επαφής με το πετρέλαιο. Ανάμεσα όμως, στις μακρόχρονες επιπτώσεις της καταστροφής περιλαμβάνεται η υπανάπτυξη του πληθυσμού του ροζ σολομού, με αρνητική αλληλεπίδραση στις φάλαινες δολοφόνους, των οποίων ο πληθυσμός μειώθηκε στο μισό μέσα σε διάστημα 6 μηνών. Μία άλλη έρευνα του πανεπιστημίου της Βόρεια Καρολίνας υπολόγισε ότι η ανάρρωση ορισμένων ειδών μπορεί να χρειαστεί μέχρι και 30 χρόνια. Πέραν τούτου, τοπικοί πληθυσμοί και οι Ιθαγενείς Αμερικάνοι έχασαν την κύρια πηγή τροφής τους από το φόβο δηλητηρίασης, ο οποίος συνεχίζει να επηρεάζει τις ζωές τους μέχρι και σήμερα. Επιπλέον η τουριστική βιομηχανία αναγκάστηκε να κόψει θέσεις εργασίας, απώλεσε $2.4 δισεκατομμύρια έσοδα, ενώ ακόμα οι περιοχές θεωρούνται υψηλής ρυπάνσεως. Εικόνα Το πετρελαιοφόρο Exxon Valdez χτύπησε τον ύφαλο Blight στον Πορθμό Prince William στην Αλάσκα. Prestige Στις 13 Νοεμβρίου του 2002, το πετρελαιοφόρο Prestige βυθίστηκε 30 μίλια έξω από τις ακτές τις Γαλικίας στη Βορειοδυτική Ισπανία (Εικόνα 1.5.1). Το Prestige μετέφερε τόνους αργού πετρελαίου, εκ των οποίων υπολογίζεται ότι τόνοι χύθηκαν στην θάλασσα. Ο καπετάνιος κατηγορήθηκε για ανυπακοή απέναντι στις εντολές των ισπανικών αρχών, για ρυμούλκηση του τάνκερ στην ανοιχτή

27 11 θάλασσα. Οι δικηγόροι της ναυτιλιακής εταιρείας υποστήριξαν ότι η εντολή των ισπανικών αρχών να απομακρυνθεί το πλοίο από τις ακτές στην ανοικτή θάλασσα, μετέτρεψε μια μικρή πετρελαιοκηλίδα σε μεγάλη οικολογική καταστροφή. Η εν λόγω πετρελαιοκηλίδα θεωρείται μια από τις μεγαλύτερες ναυσιπλοΐκές καταστροφές της Ευρωπαϊκής ιστορίας, με περιβαλλοντικές καταστροφές συγκρίσιμες με αυτές του Exxon Valdez. Η πετρελαιοκηλίδα κατά κύριο λόγο ρύπανε περίπου 1.000χλμ Ισπανικής ακτής, καθώς επίσης και μέρη των Γαλλικών και Πορτογαλικών ακτών. Κατέστρεψε το οικοσύστημα των ακτών και την αλιεία. Εικόνα Το πετρελαιοφόρο Prestige βούλιαξε 30 μίλια έξω από τις ακτές τις Γαλικίας στην Βορειοδυτική Ισπανία. DeepWater Horizon Κόλπος του Μεξικό Την 20η Απριλίου 2010 εξερράγη η εξέδρα άντλησης πετρελαίου DeepWater Horizon η οποία εν τέλει βυθίστηκε στις 22Απριλίου 2010 προκαλώντας τη μεγαλύτερη θαλάσσια πετρελαιοκηλίδα στην ιστορία της ανθρωπότητας (Εικόνα 1.5.3). Υπολογίζεται ότι τόνοι πετρελαίου χύθηκαν στον κόλπο του Μεξικό. Η διαρροή προκάλεσε πετρελαιοκηλίδα που κάλυπτε τετραγωνικά μίλια και η οποία επίδρασε σε μια περιοχή συνολικά τετραγωνικών μιλίων. Χρειάστηκαν να χρησιμοποιηθούν πάνω από άνθρωποι, εκατομμύρια γαλόνια διασποράς, σκάφη και 6.7 εκατομμύρια πόδια φράγματος για τον καθαρισμό.

28 12 Οι πραγματικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις της καταστροφής δεν είναι ακόμα γνωστές καθότι, η πετρελαιοκηλίδα συνέβη σε μεγάλο βάθος, και τα επηρεασμένα οικοσυστήματα σε τέτοιο βάθος είναι δυσκολότερο να παρακολουθούνται. Το κόστος της ανταπόκρισης στο ατύχημα είχε υπολογιστεί στα $11.2 δισεκατομμύρια αλλά καθώς, οι αστικές δικαστικές υποθέσεις συνεχίζουν, ο αριθμός αυτός πιθανολογείται ότι θα αυξηθεί σημαντικά. Η ΒΡ κατέληξε σε διακανονισμό με μια συμφωνία των $7.8 δισεκατομμυρίων με την μεγαλύτερη ομάδα εναγόντων να μηνύουν την εταιρεία. Εικόνα Η εξέδρα άντλησης πετρελαίου DeepWater Horizon εξερράγη την 20ην Απριλίου 2010 και βυθίστηκε την 22αν Απριλίου ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΓΗΡΑΝΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ Όταν υπάρχει διαρροή πετρελαίου στη θάλασσα λαμβάνουν χώρα μια σειρά από φυσικοχημικές και βιολογικές διεργασίες που σταδιακά θα αποκαταστήσουν το θαλάσσιο περιβάλλον. Οι αλλαγές που γίνονται στη σύνθεση του πετρελαίου κατά τις διαδικασίες αυτές ονομάζονται γήρανση του πετρελαίου. Οι διεργασίες που υπόκειται το πετρέλαιο είναι (Εικόνα 1.6.1) (Τσιοταλακίδης, 2015): Εξάτμιση Διασπορά

29 13 Γαλακτοποίηση Διάλυση Οξείδωση Κατακρήμνιση/ Καταβύθιση Βιοδιάσπαση (biodegradation) Συνδυασμός διεργασιών Εικόνα Οι αλλαγές που γίνονται στην σύνθεση του πετρελαίου. 1.7 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ. Για την αντιμετώπιση θαλάσσιας ρύπανσης από διαρροή πετρελαίου μπορούν να ακολουθηθούν φυσικές, χημικές ή βιολογικές διεργασίες που θα καταλήξουν στη μείωση των συστατικών του. Η μέθοδος που θα ακολουθηθεί υποστηρίζεται από το

30 14 φυσικό περιβάλλον, καιρικές συνθήκες, το είδος του πετρελαίου, την πρόσβαση στο σημείο κ.ά. (Τσιοταλακίδης, 2015): 1. Φυσική βιοεξυγίανση Η μέθοδος ακολουθείται σε περιοχές οι οποίες δεν βρίσκονται κοντά σε παράκτια ζώνη και το περιβάλλον διαθέτει αέρα, θαλάσσια ρεύματα και ηλιοφάνεια έτσι ώστε, να εξατμιστεί το πετρέλαιο. Η μέθοδος αυτή ενδείκνυται κυρίως για ελαφριά πετρέλαια. 2. Ανάκτηση του πετρελαίου με τη χρήση Skimmer και Booms. Πρόκειται για συσκευές που συγκρατούν και συλλέγουν το πετρέλαιο από την επιφάνεια της θάλασσας (Εικόνα 1.7.1). Φαίνεται ως η ιδανική μέθοδος ωστόσο, εμφανίζει προβλήματα όπως όταν η θάλασσα είναι ταραγμένη ο περιορισμός της κηλίδας είναι δύσκολος, στο γεγονός ότι η διεργασία του περιορισμού είναι ενάντια στα φυσικά φαινόμενα της εξάπλωσης και της διασποράς, επιπλέον πετρέλαιο υπόκειται γήρανση (weathering) καθώς περνάει ο καιρός και επομένως τα χαρακτηριστικά του αλλάζουν και πιθανόν να απαιτούνται διαφορετικές αντλίες και μονάδες διαχωρισμού πετρελαίου/νερού κ.ά. Εικόνα Ανάκτηση του πετρελαίου με την χρήση Skimmer και Booms.

31 15 3. Μέθοδος ελεγχόμενης καύσης Αν και φαίνεται απλή μέθοδος και η διαδικασία που ακολουθείται πιο συχνά από την βιομηχανία (η BP πραγματοποίησε πάνω από 400 καύσεις στο Deep Horizon) παρουσιάζει αρκετά προβλήματα όπως η ανικανότητα διατήρησης ή ανάφλεξης της καύσης (πάχος πετρελαιοκηλίδας τουλάχιστον 2-3 mm για να επικρατήσει της ψύξης λόγω των ανέμων και του νερού), η εξάτμιση των ελαφριών συστατικών του πετρελαίου κάνει την ανάφλεξη πολύ πιο δύσκολη και το γεγονός πως αν το πετρέλαιο επιδέχεται ουσιώδης γήρανση (weathered οil) είναι δύσκολο να εκδηλωθεί φωτιά. Γενικά αν εξατμιστεί το 20% κατά βάρος είναι πρακτικά ανεφάρμοστη αυτή η τεχνική. 4 Χημικές ουσίες διασποράς Πρόκειται για ρίψη 2 διαφορετικών ουσιών, μιας τασιενεργής ουσίας και ενός διαλύτη, με πλοιάρια ή γεωργικά αεροπλάνα και έχουν ως στόχο την φυσική ενίσχυση της διασποράς του πετρελαίου (Εικόνα 1.7.2). Όταν το πετρέλαιο έρθει σε επαφή με την τασιενεργή ουσία ελαττώνει την επιφανειακή τάση μεταξύ οργανικής και υδατικής φάσης και μέρος της πετρελαιοκηλίδας διαχωρίζεται σε μικρά σταγονίδια που είναι διασπαρμένα στην υδατική φάση. Τα σταγονίδια αυτά έχουν διαφορετικά μεγέθη. Τα ογκώδη θα πάνε πίσω στην επιφάνεια ενώ τα υπόλοιπα θα μείνουν αιωρούμενα μέσα στην υδατική φάση. Εάν η ενίσχυση της διασποράς είναι επιτυχής, ένα πλούμιο θα δημιουργηθεί που θα προχωρά προς τα κάτω μετά από μερικά λεπτά αφότου γίνει η προσθήκη των χημικών διασποράς. Εικόνα 1.7 Φυσική ενίσχυση της διασποράς του πετρελαίου.

32 ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΞΥΓΙΑΝΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ Αφορά τεχνικές που έχουν στόχο την επιτάχυνση του ρυθμού φυσικής διάσπασης του πετρελαίου. Διακρίνονται κυρίως σε δύο τεχνικές, την βιοενύσχιση (bioaugmentation) και την βιοδιέγερση (bio-stimulation) (Τσιοταλακίδης, 2015). 1. Bιοδιέγερση (bio-stimulation) Δεδομένου ότι σε ένα θαλάσσιο περιβάλλον πάντα υπάρχουν μικροοργανισμοί που είναι ικανοί να διασπάσουν το πετρέλαιο, σε μια πετρελαιοκηλίδα υπάρχει μεγάλη ποσότητα άνθρακα χωρίς να υπάρχουν και τα αντίστοιχα απαιτούμενα μεγέθη αζώτου και φώσφορου (C:N:P=120:10:1 σε mole) ώστε να γίνει η ανάπτυξη των μικροοργανισμών. Η τεχνική αυτή λειτουργεί με την προσθήκη λιπασμάτων ώστε να επιτευχθεί η παραπάνω σχέση και να αναπτυχθούν οι μικροοργανισμοί. Ένα μειονέκτημα που παρουσιάζει η μέθοδος της βιοενύσχισης είναι ότι ο πρόσθετος φώσφορος και άζωτο συχνά διασπείρονται και διαλύονται μακριά από τα σταγονίδια του αργού πετρελαίου. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να αντιμετωπιστεί με την προσθήκη επιφανιοδραστικών ουσιών (surfactants) οι οποίες όμως λειτουργούν σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα καθώς έχουν αποδειχθεί τοξικές για τους μικροοργανισμούς, ή με την προσθήκη βιολογικά κατασκευασμένων επιφανιοδραστικών ουσιών (bio-surfactants) οι οποίες έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικές. 2. Βιοενύσχιση (bio-augmentation) Η τεχνική αυτή πραγματοποιείται με την προσθήκη εξειδικευμένων ομάδων μικροοργανισμών (consortia) στο θαλάσσιο περιβάλλον, ώστε να ενισχύσουν τους ήδη υπάρχοντες μικροοργανισμούς και να επιτευχθεί υψηλότερος ρυθμός βιοαποδόμισης. Για την αποτελεσματικότητα της μεθόδου είναι απαραίτητη η εξασφάλιση των κατάλληλων συνθηκών για την επιβίωση και την εκτέλεση των

33 17 μεταβολικών λειτουργιών των μικροοργανισμών. Η μέθοδος αυτή ενδείκνυται μόνο για περιοχές που δεν υπάρχει μόνιμη πετρελαϊκή ρύπανση. 1.9 ΜΕΓΕΘΟΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΑΣ Ποσότητα του πετρελαίου που διαχέεται στη θάλασσα σημαίνει ουσιώδη ρόλο όσον αφορά το κόστος καθαρισμού. Όσο πιο μεγάλη είναι μια κηλίδα, τόσο μεγαλύτερη ποσότητα πετρελαίου πρέπει να απομακρυνθεί και αυτό έχει ως αποτέλεσμα να είναι ακριβότερη από τη συνολική διαδικασία καθαρισμού. Εντούτοις, σύμφωνα με την ανάλυση της (Etkin, 2000) Etkin (1999) και του Monnier (1994), 96 διαφορετικές πετρελαιοκηλίδες που μελετήθηκαν έδειξαν ότι το κόστος ανά τόνο (cost/tonne) μεγάλωνε σημαντικά όσο μικρότερη ήταν η πετρελαιοκηλίδα. Δηλαδή, οι πιο μικρές πετρελαιοκηλίδες είναι πιο ακριβές να καθαριστούν σε σχέση με τις πιο μεγάλες, σε μία ανάλυση ανά μονάδα τόνου. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι, το κόστος ανά μονάδα τόνου για μια κηλίδα 30 τόνων είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερο σε σχέση με το κόστος ανά τόνο για μια κηλίδα 300 τόνων. Αξίζει επίσης να αναφέρουμε ότι, οι τρείς μεγαλύτερες πετρελαιοκηλίδες της ιστορίας που προκλήθηκαν από δεξαμενόπλοια - ATLANTIC EMPRESS, Tobago, 1979, ( τόνοι), ABT SUMMER, Angola, 1991, ( τόνοι), και CASTILLO DE BELLVER, South Africa, 1983, ( τόνοι) - είχαν πολύ χαμηλά κόστη καθαρισμού ανά τόνο, ενώ θα περιμέναμε ακριβώς το αντίθετο λόγω των τεραστίων ποσοτήτων πετρελαίου που χύθηκαν στη θάλασσα. Αυτό εξηγείται κυρίως από το γεγονός ότι καμία από αυτές δεν προσέβαλε ακτογραμμές, αφού όλες προκλήθηκαν σε ανοιχτή θάλασσα (Κοφινάς, 2011).

34 ΡΥΘΜΟΣ ΔΙΑΡΡΟΗΣ ΤΗΣ ΡΥΠΟΓΟΝΟΥ ΟΥΣΙΑΣ ΣΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ Εκτός από το μέγεθος της κηλίδας, ένας εξίσου σημαντικός συντελεστής είναι και ο ρυθμός διάχυσης του πετρελαίου στη θάλασσα. Το κόστος καθαρισμού είναι συνήθως πολύ μικρότερο στην περίπτωση που έχουμε απελευθέρωση μιας μεγάλης ποσότητας πετρελαίου σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η επιχείρηση καθαρισμού για μια απλή αλλά μεγάλη κηλίδα, μπορεί να απαιτεί τεράστια κινητοποίηση, αλλά είναι σίγουρο ότι θα ολοκληρωθεί μέσα σε λίγες εβδομάδες. Αυτό δεν συμβαίνει όμως στην περίπτωση που έχουμε απελευθέρωση των πετρελαιοειδών με μικρό και σταθερό ρυθμό για την ίδια ποσότητα πετρελαίου και για αρκετούς μήνες (Κοφινάς, 2011). Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η έκρηξη που υπέστη το τάνκερ BETELGEUSE το 1979 σε λιμάνι της Ιρλανδίας. Το δεξαμενόπλοιο διαμελίστηκε σε πολλά κομμάτια τα οποία βυθίστηκαν στη θάλασσα. Εξαιτίας του γεγονότος αυτού υπήρχε συνεχής διαρροή πετρελαιοειδών από τα συντρίμμια με αποτέλεσμα η επιχείρηση καθαρισμού από τη θάλασσα και από τις ακτές να διαρκέσει 21 μήνες παρόλο που η συνολική ποσότητα που διέρρευσε ήταν σχετικά πολύ μικρή (1.500 τόνοι περίπου). Όπως αντιλαμβανόμαστε το συνολικό κόστος καθαρισμού ήταν πολύ μεγάλο λόγω της εντατικής και συνεχούς κινητοποίησης όλων των αρμοδίων φορέων για όλο αυτό το μεγάλο χρονικό διάστημα ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΠΡΟΚΛΗΣΗΣ ΤΗΣ ΚΗΛΙΔΑΣ Η τοποθεσία του ατυχήματος, από μόνη της, είναι ένας σύνθετος παράγοντας ο οποίος περιπλέκει γεωγραφικές, πολιτικές και κοινωνικές θεωρήσεις. Επηρεάζει σημαντικά το κόστος, αφού καθορίζει τις απαιτήσεις, την έκταση της στρατηγικής αντιμετώπισης και την έκταση των συνεπειών στον τομέα του περιβάλλοντος και της οικονομίας. Η χρονική στιγμή της πρόκλησης μίας πετρελαιοκηλίδας μπορεί επίσης να επηρεάσει τη φύση και την ευαισθησία μίας γεωγραφικής τοποθεσίας. Σε μερικές

35 19 περιπτώσεις η χρονική στιγμή μπορεί να επηρεάσει πολιτικές και κοινωνικές αντιλήψεις (Κοφινάς, 2011). Τόσο η γεωγραφική τοποθεσία όσο και η χρονική στιγμή της πρόκλησης της πετρελαιοκηλίδας έχουν επιρροή στις διαδικασίες μετακίνησης των ειδικών συνεργείων και του απαραίτητου εξοπλισμού αντιμετώπισης στο χώρο του συμβάντος. Συγκεκριμένα, η μεταφορά του απαραίτητου εξοπλισμού για την αντιμετώπιση της κηλίδας σε μία απομακρυσμένη περιοχή ή το να κινητοποιήσεις ανθρώπινο δυναμικό κατά τη διάρκεια μιας χειμερινής καταιγίδας, είναι παραδείγματα που κάνουν το έργο της αντιμετώπισης και καθαρισμού πολύ πιο σύνθετο και οικονομικά δαπανηρό. Το πολιτικό πλαίσιο, κατά το οποίο λαμβάνει χώρα μια κηλίδα, μπορεί επίσης να επηρεάσει το συνολικό κόστος καθαρισμού. Όπως παραδείγματος χάρη, η διαχείριση πετρελαιοκηλίδων στις Η.Π.Α. είναι πολύ πιο πολυέξοδη από ότι σε άλλες χώρες και αυτό, όπως πιστεύεται, οφείλεται στην συνθήκη O.P.A. 90. Ο πολιτισμός και η κοινωνική ευαισθησία και γνώση για την υψηλή αξία της διατήρησης και προστασίας του περιβάλλοντος διαδραματίζουν, επίσης, σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του κόστους καθαρισμού, ειδικότερα όταν τίθενται ζητήματα αποκατάστασης της άγριας ζωής και προστασίας των ακτών με χρήση ευαίσθητων μεθόδων καθαρισμού. Η προσωπική θεώρηση για το τι θεωρούμε καθαρό, μπορεί να έχει μεγάλη επίδραση στη διαμόρφωση του κόστους. Το κριτήριο, που διατυπώνεται ως «πόσο καθαρό είναι το καθαρό», καθορίζεται και από το κατά πόσο ευαίσθητες περιοχές έχουν προσβληθεί. Για παράδειγμα, μια κηλίδα σε μια βιομηχανική περιοχή, η οποία είναι ήδη επιβαρυμένη με πετρελαιοειδή, προφανώς απαιτεί λιγότερη κινητοποίηση από ότι μια κηλίδα σε μια ευαίσθητη, οικολογικά, περιοχή. Σε μερικές περιπτώσεις, η πίεση των λαών και των κυβερνήσεων, να παρθούν άμεσα μέτρα και δράση, μπορεί να επηρεάζεται περισσότερο από λόγους αισθητικής παρά από περιβαλλοντικούς λόγους. Αυτό παρατηρείται σε περιπτώσεις που η κηλίδα φτάνει μέχρι και τις ακτές. Τότε, όλοι πιέζουν για χρήση περισσότερο

36 20 δραστικών, επιθετικών μεθόδων καθαρισμού (ξέπλυμα ακτών με καυτό νερό, χρήση εκσκαφικών μηχανημάτων), παρά το γεγονός ότι τέτοιες διαδικασίες οδηγούν μακροπρόθεσμα σε μεγαλύτερες οικολογικές καταστροφές από ότι η ίδια η κηλίδα μόνη της. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η δημόσια απαίτηση είναι, να φαίνεται καθαρή μία παραλία, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη μακροπρόθεσμες συνέπειες. Γενικά η αντιμετώπιση κηλίδων σε μεγαλύτερες ανεπτυγμένες χώρες με μεγάλα εργατικά κόστη, πολλαπλούς κανονισμούς αντιμετώπισης και μεγάλα επίπεδα περιβαλλοντικής προστασίας κρίνεται και ως πιο πολυέξοδη. Κύριος συντελεστής που επηρεάζει το κόστος καθαρισμού είναι η κοινωνική και οικονομική σημασία της τοποθεσίας. Μερικές περιοχές τυγχάνει να είναι εθνικού ή ακόμη και διεθνούς ενδιαφέροντος, εξαιτίας της αλιείας τους, του τουρισμού τους, της οικολογικής τους αξίας για διάφορα είδη πανίδας και χλωρίδας ή και ακόμη λόγω διαφόρων βιομηχανιών τους. Σε τέτοιες περιοχές ακόμη και μία περιορισμένου μεγέθους κηλίδα θα απαιτήσει μια οργανωμένη και εκτεταμένη επιχείρηση αντιμετώπισης, πράγμα που συνεπάγεται και μεγαλύτερο κόστος καθαρισμού (Κοφινάς, 2011). Γενικά μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι κηλίδες που λαμβάνουν χώρα σε τοποθεσίες κοντά σε λιμάνια και ακτές είναι πολύ πιο ακριβές, σε θέματα που αφορούν τον καθαρισμό τους, σε σχέση με αυτές που συμβαίνουν σε ανοιχτές θάλασσες. Αυτό επιβάλλεται στα οικονομικά αποτελέσματα που προκαλούν οι κηλίδες στις ακτές και στο γεγονός ότι οι απαιτήσεις καθαρισμού των ακτών είναι πολύ υψηλές. Σχετικά με τις κηλίδες που φθάνουν σε ακτές, το είδος των ακτών, το πόσο αυτές είναι αυτο-καθαριζόμενες (εκτεθειμένες σε κυματισμούς και θαλάσσια ρεύματα), η προσβασιμότητα της περιοχής για να μεταφερθούν εξοπλισμός και συνεργία, η διαθεσιμότητα και το κόστος των υπαρχόντων τεχνικών μέσων καθαρισμού, είναι με τη σειρά τους παράγοντες που επηρεάζουν το συνολικό κόστος αντιμετώπισης και καθαρισμού.

37 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΚΗΛΙΔΑΣ Το συνολικό κόστος αντιμετώπισης και καθαρισμού επηρεάζεται αποφασιστικά μέσω της διαδικασίας ελέγχου των επιλογών και της λήψης της απόφασης αναφορικά με την ακολουθητέα στρατηγική αντιμετώπισης. Τα πραγματικά αποτελέσματα, της κάθε μεθοδολογίας αντιμετώπισης, εξαρτώνται και διαφαίνονται από τα χαρακτηριστικά της εξεταζόμενης κηλίδας (τοποθεσία, είδος πετρελαιοειδών, μέγεθος), όπως επίσης και από απρόβλεπτους παράγοντες, όπως για παράδειγμα οι καιρικές συνθήκες, που επικρατούν στην περιοχή της κηλίδας. Όταν μια κηλίδα παρουσιάζεται κοντά σε ευαίσθητες ακτές, το πλέον δαπανηρό και ακριβό σημείο, σε μία επιχείρηση καθαρισμού, καθότι, απαιτείται να χρησιμοποιηθούν αφενός, ο απαραίτητος εξοπλισμός αφετέρου, το απαραίτητο ανθρώπινο δυναμικό αλλά και όση ενέργεια απαιτείται, ώστε να κρατηθεί η κηλίδα μακριά από τις ευαίσθητες ακτές. Έχει διαπιστωθεί ότι σε περιπτώσεις κηλίδων, η επίδραση των οποίων έχει φθάσει ως την ακτογραμμή, ένα ποσοστό της τάξης του 90-99% του συνολικού κόστους καθαρισμού οφείλεται μόνο στις διαδικασίες καθαρισμού της ακτογραμμής, πόσο μάλλον, όταν αυτές είναι χειρονακτικές. Έχει επικρατήσει κατόπιν ερευνών ότι το κόστος απομάκρυνσης των πετρελαιοειδών, από την ανοιχτή θάλασσα (είτε με χρήση χημικών μέσων, είτε με μηχανικές μεθόδους), είναι εξαιρετικά μικρότερο σε σύγκριση με το κόστος καθαρισμού των ακτών. Η χρήση χημικών μέσων για την αντιμετώπιση των κηλίδων, έχει αποδειχθεί ότι, μειώνει σημαντικά το συνολικό κόστος αντιμετώπισης και καθαρισμού. Και αυτό γιατί το εργατικό κόστος είναι μειωμένο ενώ το κόστος εξοπλισμού ακόμη πιο μειωμένο, κατά την εφαρμογή χημικών, σε σύγκριση με μηχανικές μεθόδους καθαρισμού. Σε σχέση με τις χειρονακτικές μεθόδους, εκεί τα εργατικά κόστη είναι υπέρογκα, ένεκα του μεγάλου αριθμού ανθρώπινου δυναμικού που απαιτείται. Το χαμηλό κόστος καθαρισμού, που επιτυγχάνουν τα χημικά μέσα, οφείλεται επίσης και στη δραματική μείωση της επίδρασης των κηλίδων στην ακτογραμμή, οπότε και μειώνεται η ανάγκη για ακριβές χειρονακτικές μεθόδους καθαρισμού.

38 22 Η καύση των πετρελαιοειδών αποτελεί μία άλλη ελκυστική επιλογή, σχετικά πάντα με το κόστος, αν και η συγκεκριμένη μέθοδος δεν βρίσκει εφαρμογή συχνά, λόγω της ατμοσφαιρικής ρύπανσης που προκαλεί ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ Σε πολλές περιπτώσεις οι κηλίδες διαλύονται με φυσικό τρόπο και έτσι δεν προλαβαίνουν να απειλήσουν τις ακτές. Σε άλλες περιπτώσεις, λίγα μπορούν να γίνουν εξαιτίας των κακών καιρικών συνθηκών και άλλων καταστάσεων. Η απόφαση του να μην αντιδράσεις, του να μη κάνεις τίποτα, είναι ιδιαίτερα δύσκολη, τη στιγμή που όλα γίνονται υπό το βλέμμα πολιτών, πολιτικών και Μ.Μ.Ε. Κάτω λοιπόν από αυτό το βάρος, μια άμεση αντίδραση κρίνεται απαραίτητη, ακόμα και αν η γνώμη των ειδικών εκτιμητών είναι διαφορετική. Η αποτελεσματικότητα λοιπόν της αντιμετώπισης υποστηρίζεται από διάφορους συντελεστές, όπως είναι η φύση του συμβάντος, η διαθεσιμότητα εξειδικευμένου δυναμικού προσωπικού, εξοπλισμού και υλικών, ο αριθμός των σκαφών-αεροσκαφών που μετέχουν στην όλη επιχείρηση καθαρισμού, η ύπαρξη σχεδιασμού πρόληψης και αντιμετώπισης της κηλίδας ο έλεγχος και συντονισμός των επιχειρήσεων. Το πραγματικό κέρδος από μια εκ θαλάσσης επιχείρηση δεν μπορεί να κριθεί από το ποσοστό πετρελαίου που συλλέχτηκε ή από μια απλή ανάλυση του κόστους. Στην πραγματικότητα εξαρτάται από το αν οι επιχειρήσεις έχουν μειώσει το ολικό μήκος της προσβληθείσας ακτογραμμής, αν έχουν εμποδίσει το πετρέλαιο να προσβάλλει ακτές, που θα ήταν δύσκολο να καθαριστούν, και αν έχουν περιορίσει τις επιδράσεις σε ευαίσθητους τομείς, περιβαλλοντικούς και οικονομικούς. Προκειμένου, λοιπόν, να επιτευχθούν θετικά αποτελέσματα ως προς την ελαχιστοποίηση του κόστους, θα πρέπει να υπάρξει μια στρατηγική προσέγγιση στην δια θαλάσσης αντιμετώπιση. Αυτό απαιτεί υψηλό επίπεδο προετοιμασίας και

39 23 σχεδιασμού πρόληψης και αντιμετώπισης κηλίδων, ώστε να αναγνωριστούν οι πιο ευαίσθητοι παράγοντες, που θα έχουν προτεραιότητα στην προστασία σε ένα ενδεχόμενο περιστατικό. Επίσης απαιτεί υψηλό βαθμό συντονισμού, παρακολούθησης και ελέγχου των επιχειρήσεων αντιμετώπισης, ώστε οι ευαίσθητοι τομείς να προστατευτούν σύμφωνα με το σχεδιασμό και η στρατηγική να είναι αποτελεσματική ακόμα και αν οι συνθήκες μεταβάλλονται. Ο συντονισμός και η διαχείριση των επιχειρήσεων καθαρισμού δεν επιτυγχάνονται με το να προσκληθούν όλες οι ενδιαφερόμενες πλευρές να συμμετάσχουν στη διαδικασία λήψης αποφάσεων. Αυτό μπορεί να ακούγεται δημοκρατικό, όμως οδηγεί σε καθυστερημένες αποφάσεις, εμπλοκή του συστήματος και σε υπερβολικά κόστη. Για το λόγο αυτό, η ανάγκη να υπάρξουν εξειδικευμένοι άνθρωποι, γνώστες του αντικειμένου, που θα κατευθύνουν τις επιχειρήσεις και θα παρέχουν ειδικές τεχνικές συμβουλές, είναι δεδομένη. Σε μερικές περιπτώσεις, αυτοί που καλούνται να ασχοληθούν με μια κηλίδα, δεν έχουν ξαναδεί ποτέ τους παρόμοιο περιστατικό και άρα θα μάθουν πάνω στη δουλειά. Βέβαια αυτό δεν είναι αρνητικό, αν, οι ίδιοι είναι πρόθυμοι να αφουγκράζονται τις συμβουλές των ειδικών. Το πρόβλημα εντοπίζεται όταν λειτουργούν με βάση τον κανόνα «κάνω κάτι για να φαίνεται ότι κάνω κάτι», ώστε να ικανοποιούν τις απαιτήσεις πολιτών, πολιτικών και Μ.Μ.Ε. και έτσι αγνοούν τις τεχνικές γνώσεις των ειδικών εκτιμητών. Επομένως, η ποιότητα του όλου σχεδιασμού, της διαχείρισης και του ελέγχου των επιχειρήσεων είναι υψίστης σημασίας για την αποτελεσματικότητα της αντιμετώπισης της κηλίδας και συνεπακόλουθα για τη διαμόρφωση του κόστους. Η ανεπαρκής ή φθηνή διαχείριση οδηγεί σε επαναλαμβανόμενα λάθη, αναπόφευκτες καταστροφικές συνέπειες στο περιβάλλον και την οικονομία και σε υπερβολικά κόστη.

40 ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΕΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Η πετρελαιοκηλίδα αποτελεί πλέον βασικό στοιχείο στην τηλεπισκόπηση. Η προσδοκία είναι η έκταση και η τοποθεσία της πετρελαιοκηλίδας να χαρτογραφούνται με ακρίβεια. Αυτές οι πληροφορίες θέσης μπορούν να εκμεταλευθούν για να εφαρμόσουν αντίμετρα για να ελαχιστοποιήσουν την επίδραση της ρύπανσης. Η τηλεανίχνευση χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των παράνομων απορρίψεων από τα πλοία. Αυτό είναι σημαντικό, λόγω της θνησιμότητας των θαλάσσιων πτηνών (Fingas and Brown, 2018). Η τελική χρήση των δεδομένων τηλεπισκόπησης αποτελεί σημαντικό στοιχείο και εξαρτάται από τον εξοπλισμό τηλεανίχνευσης της πετρελαιοκηλίδας που χρησιμοποιείται. Η τελική χρήση δεδομένων, όπως η τοποθεσία διαρροών, η επιβολή ή η υποστήριξη καθαρισμού, μπορεί να απαιτούν συγκεκριμένη ανάλυση ή άλλα χαρακτηριστικά των δεδομένων. Υπάρχουν γενικές χρήσεις δεδομένων ανίχνευσης πετρελαιοκηλίδας: 1. η χαρτογράφηση πετρελαιοκηλίδων τόσο για τακτικές όσο και για στρατηγικά αντίμετρα 2. η ανίχνευση και παρακολούθηση κηλίδων 3. η συγκέντρωση νομικών στοιχείων 4. η επιβολή του νόμου, όπως για την απαλλαγή από τα πλοία. 5. η άμεση στήριξη των αντιμέτρων πετρελαιοκηλίδας 6. ο προσδιορισμός τροχιάς κηλίδων

41 25 Ανίχνευση και χαρτογράφηση του πετρελαίου σε μια επιφάνεια νερού Η ανίχνευση και η χαρτογράφηση του πετρελαίου σε μια επιφάνεια νερού είναι οι πιο συνηθισμένες χρήσεις της τηλεανίχνευσης πετρελαιοκηλίδας. Αυτό γίνεται είτε με ενεργητικά είτε με παθητικά μέσα Παθητικά Μέσα Ανίχνευσης και Χαρτογράφησης Τα πιο συνηθισμένα μέσα για την τηλεανίχνευση πετρελαιοκηλίδας είναι η χρήση παθητικής παρατήρησης της θαλάσσιας επιφάνειας για την ανίχνευση και τη χαρτογράφηση των πετρελαιοκηλίδων. Αυτές περιλαμβάνουν τις τεχνικές χρήσης φωτογραφικών μηχανών στο ορατό και υπέρυθρο φάσμα. Άλλα μήκη κύματος, όπως η υπεριώδης ακτινοβολία και η υπέρυθρη ακτινοβολία, χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά Χρήση Οπτικών Τεχνικών Το πετρέλαιο παρουσιάζει μόνο μικρές οπτικές ιδιότητες στην περιοχή από το υπεριώδες έως το υπέρυθρο. Αυτά είναι η διαφορική ανακλαστικότητα και η απορρόφηση μεταξύ πετρελαίου και νερού στην δεδομένη φασματική περιοχή. Αυτοί οι διαφορικοί παράγοντες ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του πετρελαίου, τον βαθμό εξάτμισης του πετρελαίου, τις καιρικές συνθήκες (συμπεριλαμβανομένης της περιεκτικότητας σε υγρασία αέρα) και τον φωτισμό του ήλιου Χρήση του ορατού φάσματος Το ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος κυμαίνεται από 400 έως 700 nm. Συνολικά, το πετρέλαιο εμφανίζει μέτρια ανακλαστικότητα από το νερό, αλλά δεν παρουσιάζει ειδικές τάσεις απορρόφησης ή ανάκλασης. Λεπτές στρώσεις ελαίου ή γυαλάδα εμφανίζονται ασημί στο ανθρώπινο μάτι και αντανακλούν το φως σε ένα ευρύ φασματικό εύρος - όσο το μπλε. Τα παχιά στρώματα ελαίου φαίνεται να έχουν το ίδιο χρώμα με το χύδην πετρέλαιο, συνήθως καφέ ή μαύρο. Συνολικά, το πετρέλαιο δεν έχει συγκεκριμένες φασματικές πληροφορίες που διαφέρουν από το νερό στο οποίο πλέει το πετρέλαιο. Μία μέθοδος χρήσης ορατών φάσεων είναι η χρήση ενός ανιχνευτή σκουπίσματος με σκούπες που χρησιμοποιεί έναν ανιχνευτή CCD και ένα οπτικό σύστημα για να κατευθύνει στοιχεία εδάφους σε διαφορετικά μέρη του ανιχνευτή CCD. Το σήμα που προκύπτει από έναν τέτοιο σαρωτή CCD

42 26 μπορεί στη συνέχεια να επεξεργαστεί ή να ενισχυθεί για να δώσει τα επιθυμητά δεδομένα. Οι βιντεοκάμερες χρησιμοποιούνται εκτενώς για την παρακολούθηση των πετρελαιοκηλίδων. Οι τροποποιήσεις στις τυποποιημένες κάμερες έχουν κάπως βελτιωμένες εικόνες, ωστόσο δεν έχουν βελτιώσει σημαντικά την ικανότητα ανίχνευσης πετρελαίου. Οι βιντεοκάμερες βελτιωμένες με φωτισμό λειτουργούν σε απόλυτο σκοτάδι. Οι δοκιμές κάμερας νυχτερινής όρασης έδειξαν ότι η ενίσχυση του φωτός μπορεί να προσφέρει καλές εικόνες στο απόλυτο σκοτάδι. Η υπερφασματική απεικόνιση είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί ένα φασματόμετρο για τη συλλογή πολλών εικόνων του ίδιου στόχου σε διαφορετικά μήκη κύματος. Οι υπερφασματικές εικόνες περιλαμβάνουν εκτεταμένα δεδομένα και απαιτούν εξαιρετικά προηγμένη επεξεργασία για να παράγουν μια εικόνα. Μια τεχνική που ονομάζεται φασματική ανα-ανάμιξη χρησιμοποιείται συνήθως για τον χαρακτηρισμό μεμονωμένων εικονοστοιχείων. Αυτή η τεχνική καθίσταται σημαντική επειδή η χωρική διακριτική ικανότητα των υπερφασματικών αισθητήρων μπορεί να είναι μέχρι και αρκετά μέτρα και μπορούν να καταγράφονται διαφορετικοί τύποι υλικών στόχων σε κάθε μετρημένο εικονοστοιχείο. Εν ολίγοις, το ορατό φάσμα παραμένει ένας τομέας έρευνας, καθώς και μια οικονομική μέθοδος για την παρακολούθηση των πετρελαιοκηλίδων, ιδιαίτερα στις επιχειρήσεις υποστήριξης αντιμέτρων. Δορυφόροι που λειτουργούν στην οπτική περιοχή Η εφαρμογή οπτικών δορυφορικών εικόνων για πετρελαιοκηλίδες πραγματοποιήθηκε τις τελευταίες δεκαετίες. Ιστορικά, έχουν υπάρξει μόνο λίγοι δορυφόροι, οι οποίοι έχουν χαμηλά ποσοστά επιτυχίας μόλις μία φορά κάθε 26 ημέρες, οπότε η επιτυχία ήταν μόνο σε ημέρες χωρίς σύννεφα. Τα βασικά προβλήματα ήταν ο χρόνος των δορυφορικών διαβάσεων και η απουσία σύννεφων. Υπήρχε μια ενιαία ημέρα χωρίς σύννεφα που αντιστοιχούσε σε μια δορυφορική υπερυψωμένη γραμμή και αυτή ήταν στις 7 Απριλίου Το άλλο ιστορικό ζήτημα

43 27 ήταν η διαθεσιμότητα αλγορίθμων για την απεικόνιση του πετρελαίου επί του υποβάθρου. Για τη διαρροή του Exxon Valdez, οι εμπειρογνώμονες χρειάστηκαν δύο μήνες για να παράγουν μια καλή εικόνα της πετρελαιοκηλίδας, αν και οι κηλίδες ήταν ακριβείς. Επί του παρόντος, τώρα έχουν πολλούς οπτικούς δορυφόρους και εύκολα διαθέσιμους αλγόριθμους για την επεξεργασία των δεδομένων. Το QuickBird, το WorldView I και II, νέοι δορυφόροι οπτικής απεικόνισης, παρέχουν πλέον συχνή κάλυψη του πλανήτη. Οι πολυφασικοί δορυφόροι, όπως το MODIS και το MERIS, παρέχουν τώρα διάφορα δεδομένα μήκους κύματος για την παρατήρηση της γης. Η ανίχνευση πετρελαίου στην περιοχή ορατού μήκους κύματος εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, τους τύπους πετρελαίου και τις γωνίες θέασης. Τα εμπόδια στις οπτικές εικόνες είναι η κάλυψη του νέφους και η λάμψη του ήλιου. Η ηλιοφάνεια είναι συχνά σοβαρή και μερικές φορές συγχέει μια ολόκληρη σκηνή. Ωστόσο, αρκετοί ειδικοί έχουν κάνει προόδους για να απομακρύνουν τις ανακλάσεις. Κατά τη διάρκεια της διαρροής Deepwater Horizon, χρησιμοποιήθηκαν πολλές οπτικές εικόνες. Ορισμένοι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει τα δεδομένα MODIS για να χαρακτηρίσουν τις διαρροές πετρελαίου. Τα δορυφορικά δεδομένα IR χρησιμοποιήθηκαν για να οριοθετήσουν τη ρύπανση του πετρελαίου από το Κουβέιτ. Οι περιοχές που έχουν μολυνθεί από υδρογονάνθρακες παρουσίασαν θερμική διαφορά τόσο μεγάλη όσο 10 C, σε σύγκριση με την κοντινή μη μολυσμένη περιοχή. Επεξεργασία Εικόνας Όλη η οπτική απεικόνιση έχει βελτιωθεί με τη χρήση προηγμένων συστημάτων επεξεργασίας εικόνων, ειδικά οι δορυφορικές εικόνες έχουν επωφεληθεί από αυτήν την επεξεργασία. Οι αλγόριθμοι μπορούν πλέον να επεξεργάζονται αυτόματα εικόνες για να τις διορθώσουν για παρεκκλίσεις, χρώματα, επίπεδα φωτισμού και, το σημαντικότερο, αντιστοιχία με τις απαιτήσεις GIS. Αυτό έχει επίσης μειώσει τον χρόνο παράδοσης των εικόνων από τους δορυφόρους, καθιστώντας αυτές τις εικόνες χρήσιμες για τους ανταποκριτές των πετρελαιοκηλίδων. Περαιτέρω, η επεξεργασία

44 28 οπτικών εικόνων επέτρεψε τη σύντηξη διαφορετικών τύπων εξόδων αισθητήρων για την παραγωγή νέων εικόνων. Παθητικοί αισθητήρες μικροκυμάτων Οι παθητικοί αισθητήρες μικροκυμάτων μετρούν την ακτινοβολία μικροκυμάτων από την πηγή που αντανακλάται από τη θάλασσα. Τα παθητικά ραδιόμετρα μικροκυμάτων ανιχνεύουν τη διαφορά εκπομπής μικροκυμάτων μεταξύ νερού και πετρελαίου. Το σήμα μικροκυμάτων που ανιχνεύεται επίσης αλλάζει με το πάχος του λαδιού, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ραδιομετρία για να μετρηθεί το πάχος της κηλίδας του πετρελαίου. Ωστόσο, υπάρχουν παρεμβολές και οι διαφορές σημάτων μπορεί να είναι κακές. Το ραδιόμετρο μικροκυμάτων πάσχει από χαμηλή χωρική ανάλυση. Η χωρική ανάλυση είναι συνήθως δεκάδων μέτρων. Η έμφαση που δίδεται σήμερα στην έρευνα είναι η χρήση πολλαπλών μηκών κύματος μικροκυμάτων για τη μέτρηση του κηλιδωτού πάχους ΧΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΓΙΑ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ ΚΑΙ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ Λέιζερ Fluorosensors - Ραντάρ Οι φθοριοαισθητήρες λέιζερ χρησιμοποιούν το φαινόμενο ότι οι αρωματικές ενώσεις του πετρελαίου αλληλεπιδρούν με το υπεριώδες φως, απορροφούν την ενέργεια του φωτός και απελευθερώνουν την επιπλέον ενέργεια ως ορατό φως. Τα μήκη κύματος απορρόφησης και εκπομπής είναι μοναδικά για το πετρέλαιο. Άλλες ουσίες στο νερό, όπως η χλωροφύλλη, φθορίζουν σε διακριτά μήκη κύματος δίνοντας έτσι στο πετρέλαιο μια μοναδική υπογραφή. Διάφοροι τύποι πετρελαίου έχουν ξεχωριστές εντάσεις φθορισμού και φασματικές ιδιότητες, με αποτέλεσμα την ικανότητα διαφοροποίησης διαφορετικών κατηγοριών πετρελαίου. Ο φθορίζων αισθητήρας λέιζερ έχει την καλύτερη διάκριση μεταξύ ελαφρού, μεσαίου και βαρέως

45 29 τύπου πετρελαίου. Οι φθορισμολογικοί αισθητήρες λέιζερ χρησιμοποιούν λέιζερ UV που λειτουργούν μεταξύ 308 και 355 nm. (308 nm), το λέιζερ αζώτου (337 nm), το λέιζερ διέγερσης XeF (351 nm) και το λέιζερ Nd: YAG με συχνότητα τριπλασιασμού (355 nm), τα λέιζερ UV στην περιοχή nm. Με διέγερση λέιζερ διεγερτή σε 308 nm, η οργανική ύλη φθορίζει στα 420 nm. Αυτό ονομάζεται "Gelbstoff" ή κίτρινη ύλη, η οποία μπορεί να αντισταθμίζεται σε φθορίζουσα ένδειξη ή σε έξοδο φθορισμού. Η χλωροφύλλη φθορίζει στα 685 nm. Το αργό πετρέλαιο φθορίζει από 400 έως 650 nm με τη διέγερση των 308 nm. Μερικοί επιστήμονες έχουν ενεργοποιήσει ανιχνευτή στον ακριβή χρόνο που το φως επιστρέφει από την επιφάνεια στόχου. Αυτή η τεχνική ονομάζεται "guting". Αυτή η τεχνική μεγεθύνει τη διαφοροποίηση του πετρελαίου στόχου από άλλες πιθανές παρεμβολές. Ορισμένοι αισθητήρες φθορισμού μπορούν επίσης να ανοίξουν τους ανιχνευτές τους σε περιοχές που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Αυτό επιτρέπει την ανίχνευση στη στήλη νερού. Έχουν γίνει εργασίες με το Orimulsion, ένα προϊόν πετρελαίου πυκνότερο από το νερό. Η μελέτη αυτή διεξήχθη με τη χρήση φθορισμένου αισθητήρα φθορισμού ή μετρήσεως του σήματος που μετρήθηκε κάτω από τη στοχευόμενη επιφάνεια της θάλασσας. Σε αυτή τη μελέτη, η ανίχνευση πετρελαίου ήταν εφικτή μέχρι 2 m και εύκολα σε 1 m κάτω από την επιφάνεια του νερού. Οι φθορισμογράφοι λέιζερ είναι όργανα δειγματοληψίας. Ο ρυθμός δειγματοληψίας επιφάνειας ελέγχεται από ένα ρυθμό επανάληψης λέιζερ και την ταχύτητα εδάφους του αεροσκάφους. Σε ταχύτητες αεροσκάφους 120 κόμβων και σε συχνότητα επανάληψης λέιζερ 100 Hz, λαμβάνεται ένα φθορίζον δείγμα περίπου κάθε 60 cm κατά μήκος της διαδρομής πτήσης. Τα τριχοειδή κύματα της θάλασσας αντανακλούν τα σήματα μικροκυμάτων (ραντάρ), αποδίδοντας μια φωτιζόμενη εικόνα. Το πετρέλαιο στη θάλασσα εξασθενεί τα τριχοειδή κύματα και το θαλάσσιο σωρό από τις εικόνες του ραντάρ. Το πετρέλαιο εμφανίζεται στη συνέχεια ως ένα "σκοτεινό" σημείο ή σε μια περιοχή απουσίας θαλάσσιων μαζών (Εικόνα ).

46 30 Πολλές ουσίες επίσης εξασθενίζουν τα τριχοειδή κύματα. Υπάρχουν πολλές μορφές που μοιάζουν σαν κηλίδες, όπως κηλίδες γλυκού νερού, ήρεμες περιοχές, σκιές κύματος πίσω από δομές ή τοπογραφικά χαρακτηριστικά, ρηχά κρεβάτια φυκιών, βιογενικά πετρέλαια. Ακόμα και με αυτές τις πολλές μορφές που μοιάζουν σαν κηλίδες, το ραντάρ είναι απαραίτητο για την τηλεανίχνευση πετρελαιοκηλίδας, καθώς το ραντάρ είναι μοναδικά ικανό να λειτουργεί τη νύχτα και με σύννεφα ή ομίχλη. Υπάρχουν δύο διαμορφώσεις ραντάρ: SAR και πλευρικό αεροσκάφος (SLAR). Το SLAR είναι φθηνότερο και χρησιμοποιεί μια οριζόντια κεραία για την παραγωγή εικόνων κατά μήκος της διαδρομής πτήσης. Το ραντάρ συνθετικής διάτρησης χρησιμοποιεί την κίνηση του αεροσκάφους προς τα εμπρός για την επίτευξη χωρικής ανάλυσης. Η ανάλυση SAR δεν εξαρτάται από την εμβέλεια, αλλά χρησιμοποιεί εκτεταμένη ηλεκτρονική επεξεργασία για την παραγωγή εικόνων υψηλής ανάλυσης. Το SAR έχει μεγαλύτερη εμβέλεια και ανάλυση από το SLAR. Οι συγκριτικές δοκιμές δείχνουν ότι το SAR έχει αρκετά πλεονεκτήματα και χρησιμοποιείται σε όλους τους δορυφόρους ραντάρ. Το SLAR χρησιμοποιείται ως επί το πλείστων για την τηλεανίχνευση πεπιεσμένου πετρελαίου, καθώς είναι φθηνότερο. Εικόνα Radarsat της διαρροής του Deepwater Horizon. Το τετράγωνο δείχνει μια εκτεταμένη άποψη του κέντρου της περιοχής διαρροής και οι φωτεινές κουκίδες είναι πλοία που εργάζονται για τον έλεγχο της διαρροής.

47 31 Το ραντάρ ανιχνεύει επίσης παράγοντες υγρασίας που φαίνεται να είναι σαν πετρέλαιο. Τα νέα μέσα επεξεργασίας δεδομένων προσπάθησαν να εξαλείψουν αυτές τις μορφές που μοιάζουν σαν κηλίδες, από τις εικόνες και αυτοματοποιούσαν τη διαδικασία της ανίχνευσης κηλίδων. Συνολικά, το ραντάρ είναι ένας πολύ καλός αισθητήρας για εργασίες ανίχνευσης μεγάλων επιφανειών, νυχτερινής και ασταθούς καιρού. Οι εικόνες ραντάρ είναι ευαίσθητες σε όψεις και έχουν περιορισμούς ταχύτητας ανέμου (1,5-10 m / s). Το ραντάρ είναι τώρα το πρότυπο για τη χαρτογράφηση πετρελαίου στην ανοικτή θάλασσα (Εικόνα ). Πολλές δορυφορικές επιλογές με μεγάλη κάλυψη είναι τώρα διαθέσιμες στο χρήστη. Εικόνα RADARSAT-2 της πετρελαιοκηλίδας του Κόλπου. Το κόκκινο περίγραμμα δείχνει τη διαρροή. Η ακτογραμμή εμφανίζεται ως λευκή και τα έγχρωμα τμήματα προέρχονται από μια ορατή δορυφορική εικόνα (Εικόνα από την ιστοσελίδα του Canadian Space Agency (

48 Επεξεργασία εικόνας ραντάρ Υπάρχουν πολλές παρεμβολές που επηρεάζουν τις εικόνες ραντάρ. Πολλές μελέτες έχουν αφιερωθεί στην αφαίρεση των όψεων από τις εικόνες ραντάρ. Επιπλέον, υπάρχουν και άλλες αποκλίσεις στη χαρτογράφηση πετρελαιοκηλίδας με ραντάρ. Έχουν καταβληθεί εκτεταμένες προσπάθειες για την αυτοματοποίηση αυτής της διαδικασίας παρεμβολής-εξάλειψης και της επεξεργασίας δεδομένων ραντάρ γενικά. Εάν η εικόνα πληροί ορισμένες απαιτήσεις ποιότητας, τότε θα προχωρήσει για περαιτέρω επεξεργασία. Το επόμενο βήμα τότε γίνεται η απομάκρυνση του θορύβου και της κηλίδας. Ο θόρυβος περιέχεται σε πολλές εικόνες ραντάρ. Ο θόρυβος μπορεί να περιπλέξει τη μετέπειτα ανάλυση και κατά συνέπεια να μειωθεί. Το Speckle είναι ένα ιδιαίτερο είδος κοκκώδους θορύβου. Ο θόρυβος του speckle προκύπτει από την εποικοδομητική και καταστροφική παρεμβολή του σήματος που εμφανίζεται ως φωτεινό και σκοτεινό σημείο στην εικόνα. Υπάρχουν αρκετές μέθοδοι για την αφαίρεση της κηλίδας, μία από τις οποίες είναι κατά μέσο όρο αρκετές εικόνες της ίδιας περιοχής με την πάροδο του χρόνου. Το επόμενο βήμα στην επεξεργασία εικόνων ραντάρ είναι η αφαίρεση των πεδίων ανέμου και των σταθερών γεωγραφικών χαρακτηριστικών. Η ανίχνευση ραντάρ του πετρελαίου είναι δύσκολη ή αδύνατη σε χαμηλές ή υψηλές περιοχές ανέμου. Στη συνέχεια, είναι επιτακτική η σύγκριση των εικόνων του ραντάρ με το πεδίο του ανέμου για την περιοχή αυτή. Μία μέθοδος αντιμετώπισης των ανέμων είναι η χρήση ενός χάρτη ανέμου της ίδιας κλίμακας με την εικόνα του ραντάρ για άμεση σύγκριση. Οι χερσαίες και παράκτιες περιοχές συνιστούν παρέμβαση στην ανίχνευση ραντάρ των πετρελαιοκηλίδων. Η επεξεργασία εικόνων ραντάρ παράλληλα με γραφικά πληροφοριακά συστήματα (GIS) μπορεί να εξαλείψει αυτές τις περιοχές που δεν ανιχνεύουν πετρέλαιο, όπως περιοχές κοντά στην ακτή. Ομοίως γνωστές κηλίδες ή άλλες παρεμβολές μπορούν να διαγραφούν.

49 33 Το τρίτο βήμα της επεξεργασίας ραντάρ είναι ο εντοπισμός σκουρόχρωμων σημείων του ελαίου στην εικόνα με την υψηλότερη ακρίβεια. Η ανίχνευση ακμών είναι μια μέθοδος επεξεργασίας εικόνων που βρίσκει το ξεχωριστό όριο μεταξύ του χαρακτηριστικού στόχου και του φόντου. Διάφοροι μαθηματικοί αλγόριθμοι έχουν αναπτυχθεί για ανίχνευση άκρων σε εικόνες ραντάρ. Η ανάλυση της υφής είναι μια τεχνική που διακρίνει την επιφάνεια που είναι χαρακτηριστική της απεικόνισης και έχει εφαρμοστεί σε εικόνες ραντάρ πετρελαίου. Το πετρέλαιο παρουσιάζει γενικά μια σταθερή υφή, ενώ η θάλασσα έχει πιο σκληρή υφή. Ένας άλλος τρόπος προσέγγισης της ανίχνευσης των μαύρων περιοχών πετρελαίου είναι η χρήση της ανάλυσης σχήματος. Αυτές οι διαφορές έχουν χρησιμοποιηθεί για να διαφοροποιήσουν το πετρέλαιο από τα όμοια. Τα ευφυή συστήματα χρησιμοποιούνται συχνά για να βοηθήσουν στην επεξεργασία εικόνας, μερικές φορές συμπεριλαμβάνοντας τα παραπάνω βήματα. Η ανάπτυξη αυτών των τεχνικών έχει οδηγήσει τώρα σε πολλά συστήματα που είναι αυτόματα ή ημιαυτόματα και μπορούν να ερμηνεύσουν μια εικόνα ραντάρ για πετρελαιοκηλίδες μέσα σε λίγα λεπτά Ανίχνευση διαρροών πετρελαίου από ραντάρ Το ραντάρ των πλοίων υπήρχε για πολλά χρόνια και μόνο πρόσφατα τροποποιήθηκε για να συμπεριλάβει την ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων και τη χαρτογράφηση. Το ραντάρ πλοίων έχει μια εμβέλεια 8-30 χλμ., Σε συνάρτηση με το ύψος της κεραίας. Τα ραντάρ των πλοίων γίνονται μια αξιόπιστη μέθοδος ανίχνευσης και χαρτογράφησης κηλίδων κοντά στα σκάφη ανάκτησης και εκπληρώνοντας μια επιτακτική ανάγκη για απεικόνιση απευθείας στα πλοία ανάκτησης.

50 ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Ο Σαρωνικός κόλπος έχει έκταση περίπου 3.000km 2 και εσωκλείεται βόρεια από τις ακτές του νομού Αττικής, βορειοδυτικά και δυτικά από τις ακτές της Μεγαρίδας, του νομού Κορινθίας και νοτιοδυτικά από τις ακτές του νομού Αργολίδος. Νότια επεκτείνεται ως τα ακρωτήρια Σουνίου και Σκύλλαιο της Τροιζήνας, ενώ βορειοδυτικά, έως τον κλειστό Κορινθιακό κόλπο. Οριοθετείται από δύο λεκάνες, μια ανατολική και μια δυτική (Εικόνα ). Η λεκάνη δυτικά χωρίζεται από τη γραμμή Μεθάνων-Αίγινας και Αίγινας-Σαλαμίνας ενώ η ανατολική λεκάνη οριοθετείται από μία εσωτερική στα βόρεια και εξωτερική στα νότια από τη γραμμή Αίγινας-Φλεβών. Στα βόρεια εντοπίζεται ο κόλπος της Ελευσίνας, ο οποίος συνδέεται στα νότια με τον υπόλοιπο κόλπο με ένα δίαυλο του Κερατσινίου και με ένα άλλο δίαυλο στα δυτικά. Εικόνα Περιοχή Μελέτης Σαρωνικός Κόλπος ( ) O Σαρωνικός κόλπος περιλαμβάνει πάνω από 30 λιμάνια, μαζί με του Πειραιά, που είναι το μεγαλύτερο λιμάνι της Ελλάδας. Στις ακτές του χωροθετούνται οι πιο

51 35 κύριες βιομηχανικές, ναυπηγοεπισκευαστικές, ναυτικές, και λιμενικές εγκαταστάσεις της χώρας. Επίσης, υπάρχουν κατά μήκος του πολυάριθμες παραλίες και φυσικές προστατευόμενες περιοχές. Λόγω της γειτνίασής του με την Αθήνα, παίζει σημαντικό ρόλο στη ναυτιλία και την οικονομία. Η μεγάλη ναυτιλιακή κίνηση που παρουσιάζει, αυξάνει την πιθανότητα εκδήλωσης ατυχήματος (WWF_Hellas, 2017). Τοπογραφία Οι περισσότερες ακτές του Σαρωνικού είναι βραχώδεις με έντονες κλίσεις. Αμμώδεις ακτές βρίσκονται στην Παλαιά και Νέα Επίδαυρο, στον Κόλπο της Επιδαύρου, στην περιοχή των Αγίων Θεοδώρων, της Ελευσίνας, στον όρμο του Σκαραμαγκά, στην περιοχή του Φαληρικού Δέλτα και νοτιότερα στις περιοχές Αλίμου, Γλυφάδας, Βουλιαγμένης και Βάρκιζας. Οι πιο απότομες ακτές παρατηρούνται στο βόρειο τμήμα του Κόλπου, στην περιοχή της Κακιάς Σκάλας. Στην περιοχή του Φαληρικού Δέλτα εντοπίζονται οι εκβολές των ποταμών Ιλισού και Κηφισού ενώ πολλοί μικροί, εποχικής ροής χείμαρροι εκβάλλουν κατά μήκος του (Σκληβάγκου, 2003). Γεωλογία - Βαθυμετρία Γεωτεκτονικά ο Σαρωνικός ανήκει στις ζώνες της Ανατολικής Ελλάδας, του Λαυρίου και της Αττικής που χαρακτηρίζονται από ανθρακικά ιζηματογενή και μεταμορφωμένα πετρώματα (ασβεστόλιθοι, δολομίτες, μάρμαρα και σχιστόλιθοι). Νεότερα ηφαιστειακά πετρώματα υπάρχουν στην Αίγινα και στην περιοχή του Πόρου, τα οποία προέρχονται από ηφαιστειακή δραστηριότητα του ενεργού ηφαιστειακού τόξου του Αιγαίου. Σε αρκετές περιοχές του Σαρωνικού υπάρχουν καλύμματα από νεότερα ιζήματα του Τεταρτογενούς και του Νεογενούς, σχετικά μικρού πάχους που έχουν δημιουργηθεί από αποθέσεις χειμάρρων και ποταμών. Χαρακτηριστικά του Σαρωνικού είναι ο μεγάλος αριθμός ρηγμάτων (κυρίως στο δυτικό τμήμα) και η ύπαρξη ηφαιστειότητας σε διάφορα σημεία του (Αίγινα, Σουσάκι, Μέθανα). Η βαθυμετρία του Κόλπου εναλλάσσεται από 33m στον Κόλπο της Ελευσίνας βόρεια έως το μέγιστο βάθος του (430m) στη λεκάνη της Επιδαύρου νοτιοδυτικά (Εικόνα ). Το βορειοανατολικό τμήμα του καλύπτεται από μια επίπεδη λεκάνη

52 36 μέσου βάθους 90m ενώ νοτιοανατολικά ξεκινάει από την ισοβαθή των 100m μεταξύ Αίγινας και Φλεβών και καταλήγει στην ισοβαθή των 300m μεταξύ Πόρου και Σουνίου. Βορειοδυτικά υπάρχει η λεκάνη των Κεχριών με μέσο βάθος 130m (Σκληβάγκου, 2003). Η πυκνότητα των νερών του κόλπου της Ελευσίνας είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα των νερών των υπολοίπων κόλπων, δημιουργώντας έτσι θερμόαλη κυκλοφορία. Στις διαύλους επέρχεται ανάμιξη και δημιουργία στρώματος νερού ενδιάμεσης πυκνότητας, το οποίο κυκλοφορεί κάτω από τα επιφανειακά στρώματα του Δυτικού και του Εσωτερικού κόλπου. Εικόνα Τοπογραφία και Βυθομετρία Σαρωνικού Κόλπου. Στο δυτικό κόλπο, τα στρώμα αυτό βρίσκεται στον πυθμένα κατά τους μήνες Νοέμβριο Απρίλιο και στο ανώτερο τμήμα του θερμοκλινούς κατά τους μήνες Μάιο Οκτώβριο. Κατά την επικράτηση νοτίων ή νοτιοανατολικών ανέμων, παρατηρείται

53 37 είσοδος νερών από τον εσωτερικό κόλπο στον κόλπο της Ελευσίνας μέσω του ανατολικού ανέμου. Με την είσοδο νερών του Αιγαίου πελάγους από το Σούνιο πραγματοποιείται η ανανέωση των νερών του Σαρωνικού. Ο χρόνος ανανέωσης των νερών στον εσωτερικό κόλπο είναι περίπου ένας μήνας, στο δυτικό κόλπο για βάθη μέχρι 100m ο χρόνος ανανέωσης των νερών μπορεί να φτάσει μέχρι και 10 με 11 μήνες, για βάθη m 1-2 χρόνια. Η ανανέωση των νερών του κόλπου τη Ελευσίνας υπολογίζεται σε ένα με δύο μήνες (Σκληβάγκου, 2003). Στρωμάτωση Η μέση ετήσια θερμοκρασία είναι 22 ο C, με τη χαμηλότερη θερμοκρασία να καταγράφεται το Μάρτιο (περίπου 13 ο C) και τη μέγιστη το Σεπτέμβριο (περίπου 26 ο C). Ο κόλπος της Ελευσίνας εμφανίζεται κατά 1-2 ο C ψυχρότερος το χειμώνα και θερμότερος το καλοκαίρι, λόγω της απομόνωσης του από τον υπόλοιπο Σαρωνικό. Τα βαθιά στρώματα έχουν θερμοκρασία ο C, με μέγιστη θερμοκρασία το Δεκέμβριο. Εξαίρεση αποτελούν τα βαθιά στρώματα του Δυτικού κόλπου που παρουσιάζουν σταθερή θερμοκρασία ο C. Η αλατότητα δεν παρουσιάζει έντονες εποχικές και τοπικές διακυμάνσεις, λαμβάνοντας τιμές μεταξύ 38.5 και 39.5 και επηρεάζει ελάχιστα την κατανομή της πυκνότητας (WWF_Hellas, 2017) ΑΤΥΧΗΜΑ ΑΓΙΑ ΖΩΝΗ II Στις 10 Σεπτεμβρίου 2017, ένα μικρό δεξαμενόπλοιο με την ονομασία Αγία Ζώνη ΙΙ βυθίστηκε στο Σαρωνικό κόλπο με αποτέλεσμα τη δημιουργία πετρελαιοκηλίδας. Στο Αγία Ζώνη ΙΙ το οποίο βρισκόταν στα νοτιοδυτικά της νησίδας Αταλάντης, όταν βυθίστηκε επέβαιναν δύο άτομα τα οποία κατέστη δυνατό να διασωθούν και ακολούθως να μεταφερθούν προληπτικά σε νοσοκομείο. Η πετρελαιοκηλίδα ρύπαινε τις ακτές της Αττικής από τη Σαλαμίνα μέχρι τη Γλυφάδα.

54 38 Συγκεκριμένα, τα ξημερώματα της Κυριακής 10 Σεπτεμβρίου 2017, και περί ώρα 02:45 το μικρό δεξαμενόπλοιο βυθίστηκε, την ίδια ώρα που 9 από τα 11 άτομα του πληρώματος απουσίαζαν. Το υπουργείο Εμπορικής Ναυτιλίας μετέδωσε ότι στο δεξαμενόπλοιο μεταφέρονταν από τα διυλιστήρια του Ασπρόπυργου τόνοι καυσίμου και 370 τόνοι καυσίμου για ναυτιλιακές χρήσεις. Η πλήρης βύθιση του δεξαμενόπλοιου προκλήθηκε ένεκα της προχειρότητας στην επισκευή των μεγάλων οπών του εξαιτίας των οποίων εισέρευσαν ύδατα εντός του πλοίου αν και οι καιρικές συνθήκες ήταν ευνοϊκές. Το Αγία Ζώνη ΙΙ κατασκευάστηκε κατά το έτος 1972, είχε χωρητικότητα πέραν των τόνων ενώ το μήκος του ήταν 95 μέτρα και το πλάτος του 13,7 μέτρα. Η Πανελλήνια Ένωσης Ναυτών Εμπορικού Ναυτικού, κατήγγειλε ότι η κατασκευή του πλοίου όχι μόνο είχε πολλά προβλήματα στο μηχανοστάσιο αλλά και οι επιδιορθώσεις που τύγχανε ήταν πρόχειρες. Επιπλέον κατήγγειλε ότι οι ευθύνες βάραιναν και τους αρμόδιους οι οποίοι «βεβιασμένα» πιστοποίησαν το πλοίο. Για τον περιορισμό της οικολογικής καταστροφής από την πετρελαιοκηλίδα στο Σαρωνικό στήθηκε γιγαντιαία επιχείρηση κατά μήκος της ακτογραμμής από το Πέραμα έως τη Γλυφάδα. Στην περιοχή τοποθετήθηκαν πλωτά φράγματα για να αποτραπεί η επέκτασή της πετρελαιοκηλίδας προς τη Βούλα και τη Βουλιαγμένη. Στο ναυάγιο του «Αγία Ζώνη ΙΙ», τα συνεργεία απορρύπανσης συνέχιζαν εντατικά το έργο τους με αμείωτους ρυθμούς για να αντλήσουν κάθε ίχνος πετρελαίου που βρισκόταν στο βυθισμένο πλοίο. Κρίνοντας εκ του αποτελέσματος καθίσταται σαφές ότι οι οποιεσδήποτε ενέργειες ήταν αναποτελεσματικές. Σύμφωνα με αυτόπτες μάρτυρες οι ενέργειες περιορισμού της πετρελαιοκηλίδας στο σημείο του ατυχήματος, πραγματοποιήθηκαν με αργούς ρυθμούς, με αποτέλεσμα η πετρελαιοκηλίδα να εξαπλωθεί εκτεταμένα. Ως εφαρμογή για την παρούσα διπλωματική εργασία επιλέχθηκε να προσομοιωθεί η διασπορά της πετρελαιοκηλίδας από το ατύχημα στο δεξαμενόπλοιο «Αγία Ζώνη II» την 10 ην Σεπτεμβρίου 2017 έως την 25 η Σεπτεμβρίου.

55 39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 2.1 MIKE ZERO Για την υδροδυναμική προσομοίωση της λ/θ του Σαρωνικού Κόλπου χρησιμοποιήθηκε το μαθηματικό ομοίωμα MIKE 21, HD, καθώς πληροί βασικές απαραίτητες προϋποθέσεις για την επίλυση ενός τέτοιου προβλήματος, όπως το ότι διαθέτει ομοίωμα κυκλοφορίας, είναι υδροδυναμικό και μπορεί να εφαρμοστεί σε παράκτια περιβάλλοντα. Το MIKE 21 είναι ένα σύστημα προσομοίωσης για δυσδιάστατες ελεύθερης επιφάνειας ροές. Το MIKE 21 μπορεί να προσομοιώσει υδραυλικά και περιβαλλοντικά φαινόμενα σε λίμνες, εκβολές, κόλπους, παράκτιες περιοχές και θάλασσες. Μπορεί να εφαρμοστεί οπουδήποτε η στρωματοποίηση μπορεί να θεωρηθεί αμελητέα. Το MIKE 21 βρίσκει εφαρμογή σε: Παράκτια υδραυλική και ωκεανογραφία Περιβαλλοντική υδραυλική Διαδικασίες ιζημάτων ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση ενός μεγάλου φάσματος υδραυλικών και σχετικών θεμάτων, όπως: Παλιρροιακά φαινόμενα και ρεύματα Κύματα Θερμότητα και επανακυκλοφορία Ποιότητα νερού Διάβρωση, μεταφορά και απόθεση ιζημάτων Γενικά στηρίζεται στην αριθμητική επίλυση των εξισώσεων που περιγράφουν τη διατήρηση της μάζας και της ορμής και οι οποίες σε απλουστευμένη μορφή εκφράζονται ως εξής (McCowan et al., 2008):

56 40 Μάζας 0 ) ( ) ( y vd x vd t s (Εξ ) χ-ορμής y u x u E d C v u gu x s g y u v x u u t u (Εξ ) ψ-ορμής y v x v E d C u v gv y s g x v u y v v t v (Εξ ) όπου: s: η επιφανειακή διακύμανση. u, v: οι μέσες ταχύτητες στο βάθος, ως προς τη x και y διεύθυνση αντίστοιχα. d: το βάθος του νερού. g: η βαρύτητα. C: ο συντελεστής τριβής του πυθμένα, Chezy number. Ε: ο συντελεστής τυρβώδους ιξώδους.

57 ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ, MIKE 21 FLOW MODEL HD Το Υδροδυναμικό Μοντέλο του προγράμματος MIKE21 Flow Model FM (DHI, 2016) είναι το βασικό υπολογιστικό εργαλείο για πολλές άλλες ενότητες του ίδιου μοντέλου αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ξεχωριστά από αυτές. Το Υδροδυναμικό Μοντέλο βασίζεται στην αριθμητική επίλυση των δισδιάστατων εξισώσεων στα ρηχά ύδατα, οι οποίες προκύπτουν από τις εξισώσεις Navier-Stokes. Συγκεκριμένα ολοκληρώνοντας τις εξισώσεις ενέργειας και ορμής ως προς το συνολικό βάθος προκύπτουν οι δισδιάστατες εξισώσεις στα ρηχά ύδατα: h=n+d όπου, n είναι η κυματογενής ανύψωση και d το αδιατάραχτο βάθος. Συνέχειας 0 y q x p t (Εξ ) χ-ορμής p x h fvv q h y h x h C g p gp x gh h pq y h p x t p w x xy xx w (Εξ.2.2.2) ψ-ορμής p y h fvv p h x h y h C q p gq y gh h pq y h q y t p w y xy yy w (Εξ.2.2.3)

58 42 όπου: x,y: οι χωρικές συντεταγμένες σε m t: ο χρόνος σε sec h (x,y): το βάθος του νερού σε m ζ (x,y): το ύψος του νερού πάνω από το επίπεδο αναφοράς σε m p (x,t): η πυκνότητα ροής στην διεύθυνση χ σε m 3 /s/m q (x,t): η πυκνότητα ροής στην διεύθυνση y σε m 3 /s/m g: η βαρύτητα σε m /s 2 C (x,y): ο συντελεστής τριβής του πυθμένα σε m 1/2 /s. f (v): ο συντελεστής τριβής του ανέμου. V,Vx,Vy (x,y,t): η ταχύτητα του ανέμου σε m/s. pa (x,y): η ατμοσφαιρική πίεση σε Kg/m 2. ρw: η πυκνότητα του νερού σε Kg/m 3 Ω (x,y): ο συντελεστής της Κοριόλειας δύναμης. τxx, τxy, τyy: παράγοντες επίδρασης διατμητικής τάσης. Αυτές οι εξισώσεις λύνονται χρησιμοποιώντας πεπερασμένες διαφορικές προσεγγίσεις, και έναν αλγόριθμο ADI (Alternating Direction Implicit), σύμφωνα με τον οποίο πρώτα επιλύεται η εξίσωση ορμής στη διεύθυνση x και έπειτα στη διεύθυνση y. Για την καλύτερη δυνατή προσομοίωση πρέπει να οριστούν κάποιες βασικές και υδροδυναμικές παράμετροι οι οποίες είναι:

59 43 Βασικές παράμετροι: Το είδος του μοντέλου. Το βάθος και η έκταση της περιοχής μελέτης. Το χρονικό βήμα και ο συνολικός χρόνος προσομοίωσης. Οι πηγές και το μέγεθος της απορροής τους. Οι αρχικές συνθήκες όπως το ύψος του νερού, το μέγεθος και η διεύθυνση της ροής. Υδροδυναμικές παράμετροι: Η επιφανειακή διακύμανση. Ο συντελεστής τυρβώδους ιξώδους. Ο συντελεστής τριβής του πυθμένα. Η επίδραση του κυματισμού. Η ταχύτητα, η διεύθυνση και ο συντελεστής τριβής του ανέμου. Τα τελικά αποτελέσματα που μπορούν να εξαχθούν από το συγκεκριμένο μοντέλο σχετίζονται με: Το βάθος και το βάθος του νερού. Τη ροή στη x και y διεύθυνση. Τη διεύθυνση της ροής. Την ταχύτητα των ρευμάτων. 2.3 MIKE 21/3 INTEGRATED MODELS: COUPLED MODEL FM Το MIKE 21/3 Coupled Model FM(DHI, 2010) είναι ένα πραγματικά δυναμικό σύστημα μοντελοποίησης για εφαρμογή σε παράκτιες περιοχές και περιβάλλοντα των εκβολών ποταμών.

60 44 Το MIKE 21/3 Integrated Model FM αποτελείται από τις παρακάτω ενότητες: Υδροδυναμικό Μοντέλο. Μοντέλο μεταφοράς. Μοντέλο ECO Lab / Oil Spill. Μοντέλο μεταφοράς αιωρούμενου υλικού. Μοντέλο μεταφοράς άμμου (και Μονάδα μορφολογίας ακτογραμμής). Ενότητα παρακολούθησης σωματιδίων. Μοντέλο φασματικών κυμάτων. Το υδροδυναμικό μοντέλο και το μοντέλο φασματικού κύματος είναι τα βασικά υπολογιστικά στοιχεία του συστήματος μοντελοποίησης. Χρησιμοποιώντας το MIKE 21/3 Coupled Model FM, είναι δυνατή η προσομοίωση της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης μεταξύ κυμάτων και ρευμάτων χρησιμοποιώντας μια δυναμική σύνδεση μεταξύ του υδροδυναμικού μοντέλου και του μοντέλου φασματικού κύματος. Ως εκ τούτου, μπορεί να συμπεριληφθεί μια πλήρης ανατροφοδότηση των αλλαγών στο επίπεδο της κλίνης στα κύματα και στους υπολογισμούς ροής. Το υδροδυναμικό μοντέλο μπορεί να εκμεταλλευτεί για την επίλυση τόσο των τρισδιάστατων (3D) όσο και των δισδιάστατων (2D) προβλημάτων. Στο δισδιάστατο μοντέλο, που είναι και το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία, βασίζεται στις εξισώσεις ρηχών υδάτων - οι εξισώσεις Navier-Stokes. Οι περιοχές εφαρμογής είναι γενικά προβλήματα όπου τα φαινόμενα ροής και μεταφοράς είναι σημαντικά, με έμφαση στις παράκτιες και θαλάσσιες εφαρμογές. Το MIKE 21/3 Coupled Model FM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση της μορφολογικής εξέλιξης της στεφανιαίας βαθυμετρίας λόγω των επιπτώσεων των μηχανικών έργων (παράκτιες κατασκευές, κλπ.).

61 45 Το MIKE 21/3 Coupled Model FM μπορεί επίσης να εκμεταλλευτεί για τη μελέτη της μορφολογικής εξέλιξης των παλιρροϊκών εισόδων. Είναι καταλληλότερο για μεσοπρόθεσμες μορφολογικές έρευνες (αρκετές εβδομάδες έως μήνες) σε μια περιορισμένη παράκτια περιοχή. 2.4 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΜΙΚΕ 21 Σε αυτό το σημείο παρουσιάζεται σε βήματα η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την αριθμητική προσομοίωση. Η ακολουθία εντολών για την εύρεση των καρτελών είναι η εξής: από το MIKE ZERO επιλέγεται File->New->File-> Mike 21- >Hydrodynamic Module. Στην επιλογή Domain->Μesh and Bathymetry και επιλέγω το αρχείο της Βαθυμετρίας του Σαρωνικού Κόλπου (Εικόνα 2.4.1), το οποίο έχει προέλθει από το συνδρομητικό πρόγραμμα της βαθυμετρίας : C-Map. Το πρόγραμμα αυτό διατίθεται από το εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, του Πανεπιστημίου Πατρών. Στο παράθυρο Domain Specification ορίστηκε το ελάχιστο βάθος αποκοπής (minimum depth cut off) ίσο με -0,5 (Εικόνα 2.4.2). Η έννοια αυτή ορίζει ότι τα στοιχεία του πλέγματος με βάθος μικρότερο του ελάχιστου βάθους αποκοπής αντικαθίστανται για τους υπολογισμούς με στοιχεία βάθους αποκοπής. Όταν το βάθος ενός στοιχείου είναι υπερβολικά μικρό, μπορεί να οδηγήσει σε αναξιόπιστα αποτελέσματα. Επίσης προσδιορίστηκε το επίπεδο στάθμης ύδατος (Datum Shift), για το οποίο δόθηκε η τιμή μηδέν. Αυτό σημαίνει πως κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης δεν υπάρχουν μεταβολές στη στάθμη της θάλασσας, δηλαδή το βάθος κάθε στοιχείου του πλέγματος παραμένει σταθερό. Στην επόμενη καρτέλα Boundary names της ίδιας ενότητας δίνονται από το χρήστη τα ονόματα των ανοιχτών ορίων της περιοχής που έχει οριστεί. Τα ονόματα δόθηκαν σε αντιστοιχία με τις τιμές των arc attributes κάθε ορίου. Πιο συγκεκριμένα το Βόρειο όριο (B) αντιστοιχεί στο Code 5, και το Νότιο- Ανατολικό όριο (ΝΑ) στο Code 2 (Εικόνα 2.4.3).

62 46 Εικόνα Εισαγωγή της βαθυμετρίας στην καρτέλα Μesh and Bathymetry. Εικόνα Παράθυρο «Domain Specification»

63 47 Εικόνα Δήλωση των ορίων στο παράθυρο Boundary names. Η επόμενη σε σειρά καρτέλα προς συμπλήρωση, time, αναφέρεται στις χρονικές ρυθμίσεις που απαιτούνται για την προσομοίωση (Εικόνα 2.4.4). Οι ημερομηνίες έναρξης (Simulation start Date) και περάτωσης (Simulation End Date) της προσομοίωσης είναι 05/09/2017 και 25/09/2017 αντίστοιχα. Επειδή τα ατμοσφαιρικά και ωκεανογραφικά δεδομένα που υπάρχουν διαθέσιμα είναι ανά 3 ώρες όπου αντιστοιχεί σε sec., έτσι προσδιορίστηκαν χρονοβήματα. Θεωρώντας ότι τα αποτελέσματα της προσομοίωσης είναι ανεξάρτητα του χρόνου αφού τα χαρακτηριστικά του κυματισμού δεν μεταβάλλονται.

64 48 Εικόνα Ορισμός της χρονικής προσομοίωσης. Στην επόμενη καρτέλα Hydrodynamic Module, αναφέρεται σε όλα τα χαρακτηριστικά του Υδροδυναμικού Μοντέλου. Στην καρτέλα Solution Technique (Εικόνα 2.4.5), η οποία φαίνεται πιο κάτω, επιλέχθηκε ο γρήγορος αλγόριθμος χαμηλής τάξεως (Law order, fast algorithm) ως μέθοδος επίλυσης των εξισώσεων ρηχού ύδατος τόσο για τη χωρική όσο και για την χρονική ολοκλήρωση. Ο αλγόριθμος ανωτέρας τάξεως (High order) είναι πιο ακριβής αλλά απαιτεί περισσότερο υπολογιστικό χρόνο. Επίσης, για το ελάχιστο (Minimum time step) και το μέγιστο χρονικό βήμα (Maximum time) δόθηκαν οι τιμές 0,01 και 120 sec αντίστοιχα. Ο κρίσιμος αριθμός CFL ορίστηκε ίσος με 0.8. Η τιμή που θα επιλεχθεί μπορεί να επηρεάσει την σταθερότητα των λύσεων. Όταν παρουσιάζονται ασταθείς λύσεις υποδηλώνεται ότι ο αριθμός CFL πρέπει να λάβει μικρότερη τιμή. Ο αριθμός Currant (CFL) αποτελεί το μέγεθος που καθορίζει το χρονοβήμα της προσομοίωσης. Λαμβάνει τιμές από 0 έως 1 και δύναται να λάβει μικρότερη τιμή για ασταθείς λύσεις προσομοίωσης. Ο αριθμός Currant (CFL) για ρηχά ύδατα όπως στην παρούσα εργασία για τον Σαρωνικό Κόλπο προσδιορίστηκε 0.8 υπό την επίλυση της εξίσωσης (Εξ ) :

65 49 (Εξ ) Όπου h : ολικό βάθος νερού. u : η συνιστώσα της ταχύτητας x- διεύθυνση. v : η συνιστώσα της ταχύτητας y- διεύθυνση. Δt : το διάστημα χρονικού βήματος. Δx : η χαρακτηριστική κλίμακα μήκους για κάθε κελί στην x- διεύθυνση. Δy : η χαρακτηριστική κλίμακα μήκους για κάθε κελί στην y- διεύθυνση. Εικόνα Καρτέλα «Solution Technique»

66 50 Στην επόμενη καρτέλα Depth, επιλέχθηκε No depth correction. Στη συνέχεια στην ενότητα Flood and Dry ορίζουμε για βάθος ξήρανσης (Drying Depth) 0.2 και για βάθος διαβροχής (Wetting depth) 0.4 (Εικόνα 2.4.6). Οι παράμετροι αυτοί βασίζονται στη θεωρία του Sleigh (Sleigh et al., 1998) σύμφωνα με την οποία, όταν τα βάθη μέσα στο εξεταζόμενο πεδίο είναι μικρά το πρόβλημα αναδιατυπώνεται και μόνο όταν τα βάθη αυτά είναι ιδιαιτέρως μικρά, τα στοιχεία απομακρύνονται από τους υπολογισμούς. Η πυκνότητα του νερού, στην καρτέλα Density επιλέχθηκε να είναι βαροτροπικού τύπου (Baratropic), δηλαδή να παραμένει σταθερή και να μην επηρεάζεται από μεταβολές στη θερμοκρασία ή την αλατότητα του νερού (Εικόνα 2.4.7). Εικόνα Καρτέλα «Flood and Dry».

67 51 Εικόνα Καρτέλα «Density». Το τυρβώδες ιξώδες στην επιλογή Eddy Viscosity επιλέχθηκε σύμφωνα με τη θεωρία του Smagorinsky. Η σταθερή τιμή (Constant value) της θεωρίας Smagorinsky μπορεί να μεταβάλεται από 0,21 έως 1. Εδώ επιλέξαμε την τιμή 0,28. Επίσης για τις ελάχιστες (Minimum eddy viscosity) και μέγιστες τιμές (Maximum eddy viscosity) του τυρβώδους ιξώδες διατηρήθηκαν οι προεπιλεγμένες από το πρόγραμμα ρυθμίσεις (Εικόνα 2.4.8). Στην επόμενη καρτέλα Bed Resistance καθορίστηκε η τριβή πυθμένα (Εικόνα 2.4.9). Για τον υπολογισμό της οπισθέλκουσας δύναμης χρησιμοποιήθηκε ο αριθμός Manning. Ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιήθηκε ο αριθμός Manning είναι διότι παρατηρείται μεγάλη διακύμανση βάθους. Η τιμή της οπισθέλκουσας δύναμης συναρτήσει των αριθμών Chezy και Manning προκύπτει σύμφωνα με τις πιο κάτω εξισώσεις αντίστοιχα. Οι εξισώσεις αυτές δηλώνουν πως ο συντελεστής

68 52 οπισθέλκουσας δύναμης (cf) μπορεί να υπολογιστεί με δύο τρόπους. Στην Εξίσωση 2.4.2, ο συντελεστής cf δίνεται συναρτήσει του αριθμού Chezy (C), ενώ στην Εξίσωση 2.4.3, δίνεται συναρτήσει του αριθμού Manning (M). Όπως προκύπτει από την Εξίσωση 2.4.3, όσο μικρότερος είναι ο αριθμός Manning, τόσο αυξάνεται η τιμή της οπισθέλκουσας δύναμης και άρα η αντίσταση του πυθμένα. Ωστόσο ο συντελεστής που εισάγεται στο πρόγραμμα αφορά τον αντίστροφο του αριθμού Manning. Σύμφωνα με το πρόγραμμα ο αντίστροφος του αριθμού Manning πρέπει να λαμβάνει τιμές από 20 έως 40. Σε αυτή την επιλογή εμείς καθορίσαμε την σταθερή τιμή ίση με 32. (Εξ ) (Εξ ) Όπου g: η επιτάχυνση της βαρύτητας. h: το συνολικό ολικό βάθος h. Στην αμέσως επόμενη καρτέλα Coriolis Forcing, επιλέχθηκε το Varying in domain. Στην συγκεκριμένη εφαρμογή δεν λήφθηκαν υπόψη τα εξής: η επικάλυψη με πάγο (Ice Coverage), οι κατακρημνίσεις (Precipitation), η εξάτμιση (Evaporation), η διήθηση (Infiltration), οι πηγές (Sources), οι κατασκευές (Structures).

69 53 Εικόνα Ρυθμίσεις παραμέτρου τυρβώδους ιξώδους Εικόνα Καρτέλα «Bed Resistance»

70 54 Η επόμενη καρτέλα είναι ο Άνεμος (Wind Forcing) (Εικόνα ). Οι περιπτώσεις που μελετήσαμε είναι οι εξής: 1. Με σταθερό Βόρειο Άνεμο 6 μποφόρ. 2. Με σταθερό Νότιο-Ανατολικό Άνεμο 6 μποφόρ. 3. Άνεμο με χρονοσειρά τις συγκεκριμένες ημέρες τους ατυχήματος. Είναι δυνατό να ληφθεί υπόψη η επίδραση του ανέμου στο πεδίο ροής. Η μορφή των δεδομένων ανέμου μπορεί να οριστεί ως Σταθερή (Constant). Ο άνεμος φυσάει από την ίδια κατεύθυνση και με το ίδιο μέγεθος για όλη την περίοδο προσομοίωσης και σε ολόκληρη την περιοχή του μοντέλου. Διαφέρει χρονικά και σταθερά στον τομέα (Varying in time, constant in domain). Το μέγεθος και η κατεύθυνση ποικίλλουν κατά τη διάρκεια της περιόδου προσομοίωσης, αλλά είναι το ίδιο σε ολόκληρη την περιοχή του μοντέλου. Μεταβλητή στο χρόνο και τον τομέα (Varying in time and domain). Το μέγεθος και η κατεύθυνση ποικίλλουν κατά την περίοδο προσομοίωσης και πάνω από την περιοχή του μοντέλου. Για σταθερό άνεμο στην επιλογή Format επιλέγουμε Constant και για ταχύτητα ανέμου καθορίζουμε 10.8m/s που αντιστοιχεί στην κλίματα 6 μποφόρ. Για τη διεύθυνση στην επιλογή Βόρεια (1 ο ) και για Νότιο-Ανατολικά (150 ο ) Όταν έχουμε την 3 η περίπτωση δηλαδή, όπου ο άνεμος μας δεν είναι σταθερός επιλέγουμε στο Format την επιλογή Varying in time,constant in domain (Εικόνα ). Με την επιλογή αυτή, ο άνεμος μεταβάλλεται χρονικά σύμφωνα με τις μετρήσεις πεδίου, πρέπει να καθορίσουμε ένα αρχείο χρονοσειράς (dfs0) που περιέχει τη διεύθυνση και την ταχύτητα του ανέμου ως συνάρτηση του χρόνου.

71 55 Με αυτή την επιλογή ανεβάζουμε εμείς ένα αρχείο στο πρόγραμμα που καθορίζουμε την διεύθυνση του ανέμου για κάθε τρεις ώρες κατά τη διάρκεια του ατυχήματος. Τα αποτελέσματα αυτά προμηθεύτηκαν από το σταθμό του Σαρωνικού κόλπου από δεδομένα του Poseidon (Παράρτημα-Α), (Εικόνα ) ( Εικόνα Ρυθμίσεις ανέμου (Με σταθερό άνεμο). Εικόνα Ρυθμίσεις ανέμου (Με σταθερό άνεμο).

72 56 Εικόνα Ρυθμίσεις Ανέμου (Άνεμος με χρονειρά). Εικόνα Χρονοσειρά Ανέμου από 5-25/9/2017

73 57 Η επόμενη καρτέλα Boundary Conditions, αφορά τις οριακές συνθήκες στα όρια της περιοχής που μελετάται. Για όλα τα ανοιχτά όρια έγινε η επιλογή του τύπου Specified level. Σύμφωνα με αυτή την οριακή συνθήκη η στάθμη του ύδατος καθορίζεται από το χρήστη, ενώ η απορροή από το πρόγραμμα. Η οριακή συνθήκη που επιλέξαμε είναι η παλίρροια (Εικόνα ). Οι παλίρροιες στη Μεσόγειο, έχουν ερευνηθεί θεωρητικά από τον Defant (Defant, 1961) και η Μ2 συνιστώσα είναι η σημαντικότερη της λεκάνης της Μεσογείου. Άλλοι μελετητές, ασχολήθηκαν με τις παλίρροιες της Μεσογείου αφομοιώνοντας στοιχεία καταγραφών στις αριθμητικές τους προβλέψεις προκειμένου να περιγράψουν τα κύρια χαρακτηριστικά του παλιρροϊκού καθεστώτος με μεγαλύτερη ακρίβεια. Αντίστοιχα οι Lozano and Candela (Lozano and Candela, 1995) μελέτησαν αριθμητικά μοντέλα, μόνο όμως για την παλιρροϊκή συνιστώσα Μ2, και ανέπτυξαν τον τρόπο διάδοσης των παλιρροιών της Μεσογείου. Στην εργασία τους οι (Tsimplis, 1994) μελέτησαν τη διάδοση του παλιρροϊκού κύματος στη Μεσόγειο εφαρμόζοντας μοντέλα υψηλής ακρίβειας και λαμβάνοντας υπόψη την είσοδο της παλίρροιας από το βόρειο Ατλαντικό. Μάλιστα, ο μελετητής (Tsimplis et al., 1995) χρησιμοποίησε πληροφορίες από καταγραφές θαλάσσιας στάθμης σε ελληνικούς λιμένες όπου είχε ως σκοπό τη μελέτη και καταγραφή των παλιρροϊκών φάσεων ταλαντώσεων και ευρών στις περιοχές του Αιγαίου και του Ιονίου. Η έρευνα εκπονήθηκε με πρωτοβουλία της Υδρογραφικής Υπηρεσίας του Πολεμικού Ναυτικού το Στην παρούσα εργασία για την παλίρροια εισήχθη αρχείο στο MIKE 21, από το παγκόσμιο μοντέλο παλίρροιας - δεδομένα για πρόγνωση παλίρροιας των επιπέδων νερού. Μια βελτιωμένη έκδοση του μοντέλου Global Tide είναι διαθέσιμη σε ανάλυση x Κμ. Το μοντέλο ενημερώνεται με επιπλέον 4 χρόνια δορυφορικής μέτρησης προβλέποντας καλύτερα τη στάθμη του νερού σε ρηχά νερά. Το επικαιροποιημένο μοντέλο περιλαμβάνει τις ακόλουθες συνιστώσες της παλίρροιας: Ημιημερήσια: M2, S2, K2, N2 - Ημερήσια: S1, K1, O1, P1, Q1 Ρηχά ύδατα: M4 (Εικόνα ).

74 58 Καθορίσαμε επίσης ότι η μέση ανύψωση της ελεύθερης επιφάνειας του νερού κατά μήκος των συνόρων παραμένει σταθερή και ίση με μηδέν. Για το κλειστό σύνορο της ακτογραμμής έγινε η επιλογή του τύπου Land (zero normal velocity)(εικόνα ). Εικόνα Οριακή Συνθήκη ΝΑ ορίου. Εικόνα Χρονοσειρά Παλίρροιας.

75 59 Εικόνα Συνοριακή Συνθήκη για την ακτογραμμή. Τέλος η τελευταία ενότητα είναι του υδροδυναμικού μοντέλου Outputs, αφορά τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την προσομοίωση. Αρχικά διαμορφώθηκε ένα αρχείο αποτελεσμάτων (Output 1) και ορίστηκε η θέση αποθήκευσης του αρχείου. Στην Εικόνα φαίνονται οι ρυθμίσεις που έγιναν στο παράθυρο Output Specification. Για την παράμετρο Treatment of flood and dry επιλέγουμε Only wet area καθώς επίσης για την παράμετρο Output Format επιλέγουμε Area series. Η ανάλυση αρχίζει στο χρονικό βήμα 0 (Fist time step:0) και τελειώνει στο χρονικό βήμα (Last time step: 2160) (Εικόνα ). Ο ορισμός των παραμέτρων που επιλέχθηκε να εμφανιστούν ως αποτελέσματα έγινε στην καρτέλα Output Items. Συγκεκριμένα τα αποτελέσματα αφορούν την μέση ανύψωση της επιφάνειας (Surface elevation), το βάθος του νερού σε κάθε σημείο (Still and Total Water depth), την ταχύτητα κατά τον οριζόντιο και κατακόρυφο άξονα (U,V velocity) και την ειδική παροχή κατά x-y άξονα (P flux, Q flux), την ταχύτητα των ρευμάτων (Current Speed), τη γωνία κατεύθυνσης των ρευμάτων (Current direction),

76 60 την ταχύτητα U Άνέμου (Wind U velocity), την ταχύτητα V Άνεμου (Wind V velocity), την Πίεση του Αέρα (Air pressure), το τυρβώδες ιξώδες (Eddy viscosity) και τέλος τον αριθμό CFL (CFL number), (Εικόνα ). Εικόνα Καρτέλα «Output Specification». Εικόνα Καρτέλα «Output Items».

77 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ (COUPLED MODEL FM) ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ MIKE 21/3 INTEGRATED MODELS Σε αυτό το σημείο παρουσιάζεται σε βήματα η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την προσομοίωση της διάχυσης της πετρελαιοκηλίδας. Η ακολουθία εντολών για την εύρεση των καρτελών είναι η εξής: από το MIKE ZERO επιλέγεται File->New- >File-> Mke 21/3 Integrated Models->Coupled Model FM. Στην επιλογή Domain και Time εφαρμόζουμε τα ίδια όπως στο Υδροδυναμικό Μοντέλο. Στην αμέσως επόμενη καρτέλα Module Selection επιλέγουμε το Υδροδυναμικό Μοντέλο όπως χρησιμοποιήσαμε και στην προηγούμενη ενότητα καθώς επίσης επιλέγουμε και το Mike Eco Lab/Oil Spil, για τη διάχυση της πετρελαιοκηλίδας (Εικόνα 2.5.1). Εικόνα Καρτέλα «Module Selection». Στην καρτέλα Hydrodynamic Module αντιγράφονται τα στοιχεία της προηγούμενης ενότητας ενώ για την καρτέλα Mike Eco Lab/Oil Spill θα προστεθούν νέα στοιχεία.

78 62 Στην ενότητα Model Definition στο Template Selection επιλέγουμε το αρχείο Oil Spill_A4_2016.ecolab, το οποίο βρίσκεται αποθηκευμένο στην περιοχή όπου αποθηκεύτηκε το πρόγραμμα μας. Η επιλογή αυτή επιλέχθηκε ως η καταλληλότερη για την περίπτωση μας. Το MIKE ECO Lab περιέχει μαθηματικές εξισώσεις που περιγράφουν ένα υδάτινο οικοσύστημα. Η λειτουργία του Oil Spill στο Eco Lab προϋποθέτει την κατάλληλη εισαγωγή παραμέτρων ρύθμισης του μοντέλου από μία σειρά έτοιμων πακέτων template που είναι διαθέσιμα στο φάκελο εγκατάστασης του Oil Spill. Τα διαθέσιμα αυτά πακέτα αποτελούν αρχεία txt που μπορούν να τροποποιηθούν έτσι ώστε να ανταποκρίνεται βέλτιστα στο υπό επίλυση μοντέλο. (Εικόνα 2.5.2). Εικόνα Καρτέλα «Model Definition». Στις καρτέλες Drift profile και Wind forcing έγινε η επιλογή Use raw data from hydrodynamics. Οι καρτέλες αυτές προσομοιώνουν την ροή ρευμάτων και ανέμων. Δεδομένου ότι η μελέτη αυτή έχει προηγηθεί κατά την επίλυση του υδροδυναμικού μοντέλου σε προηγούμενο στάδιο της μελέτης, καλούμε τα αποτελέσματα αυτής να εισαχθούν κατά την προσομοίωση του συνδυασμένου περιβαλλοντικού μοντέλου.

79 63 Στη συνέχεια για να πραγματοποιηθεί η διάχυση πηγαίνουμε στην καρτέλα Particle Sources στην επιλογή List View->Go to. Σε αυτή την καρτέλα επιλέγουμε για Source Type (Point Source), Source sub-type (Fixed Location), (Εικόνα 2.5.3), και τοποθετούμε το σημείο όπου έγινε το ατύχημα Easting ( ) και Northing ( ), και το σημείο τοποθετείται όπως φαίνεται στην Εικόνα Δύο γενικοί τύποι διατάξεων προέλευσης μπορούν να καθοριστούν: Σημειακή πηγή (Point Source) Μη σημειακή πηγή (Area Source) Κάθε διάταξη των πηγών έχει αρκετούς τύπους. Γενικά, οι σημειακές πηγές προσδιορίζουν ένα ενιαίο καθορισμένο σημείο στο διάστημα, ενώ οι μη σημειακές πηγές περιγράφουν ένα χωρικό πεδίο όπου απελευθερώνονται σωματίδια. Συνήθως η πηγή είναι ενεργή σε όλο τον χρόνο προσομοίωσης. Ειδάλλως μια αρχική πηγή χρησιμοποιείται για τον καθορισμό μιας αρχικής κατανομής σωματιδίων, χωρίς όμως να απελευθερώνει σωματίδια κατά τη διάρκεια της υπόλοιπης προσομοίωσης. Επίσης δύναται μια πηγή να περιλαμβάνει έναν ή πολλούς διαφορετικούς τύπους κατηγοριών σωματιδίων. Η θέση μιας σημειακής πηγής πρέπει να οριστεί χρησιμοποιώντας έναν από τους δύο τύπους. Σταθερή θέση (Fixed Location) Μετακινούμενη θέση (Moving Location) Για την επιλογή πηγής σταθερής θέσης, δηλαδή η πηγή είναι ακίνητη κατά τη διάρκεια του χρόνου προσομοίωσης, πρέπει να καθοριστούν οι συντεταγμένες του σημείου της πηγής. Για την επιλογή πηγής κινούμενης θέσης, δηλαδή η πηγή κινείται κατά μήκος μιας καθορισμένης διαδρομής, πρέπει να καθορίσετε ένα αρχείο χρονοσειράς (dfs0) που περιέχει τις συντεταγμένες της πηγής ως συνάρτηση του χρόνου.

80 64 Εικόνα Καρτέλα «Source». Εικόνα Επιλογή σημείου

81 65 Τέλος στην καρτέλα Particle Sources αφού τοποθετηθούν τα σημεία των πηγών, κάτω από αυτά έχουμε την καρτέλα για Particle Classes και επιλέγουμε Include (Εικόνα 2.5.5). Εικόνα Επιλογή Διάχυσης. Τέλος η τελευταία ενότητα είναι η καρτέλα Outputs, και αφορά τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την προσομοίωση. Αρχικά διαμορφώθηκε ένα αρχείο αποτελεσμάτων (Output 1) και ορίσαμε τη θέση αποθήκευσης του αρχείου. Στην Εικόνα φαίνονται οι ρυθμίσεις που έγιναν στο παράθυρο Output Specification (Εικόνα 2.5.6). Ο ορισμός των μεγεθών που επιλέχθηκε να εμφανιστούν ως αποτελέσματα έγινε στην καρτέλα Output Items όπως είχαμε επιλέξει και για το υδροδυναμικό μοντέλο. Συγκεκριμένα τα αποτελέσματα αφορούν την μέση ανύψωση της επιφάνειας (Surface elevation), το βάθος του νερού σε κάθε σημείο (Still and Total Water depth), την ταχύτητα κατά τον οριζόντιο και κατακόρυφο άξονα (U,V velocity) και τέλος την

82 66 αιρούμενη μάζα πετρελαίου (Suspended, Mass of heavy oil fraction suspended, Μass of heavy oil fractions)(εικόνα 2.5.7). Εικόνα Καρτέλα «Output specification». Εικόνα Καρτέλα «Output items».

83 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ Η τηλεπισκόπηση αποτελεί τη μεθοδολογία εκείνη που μας επιτρέπει την παρουσίαση της πραγματικής κατάστασης της διάχυσης της ρύπανσης της πετρελαιοκηλίδας. Η δορυφορική εικόνα που παρουσιάζει τη διάχυση της πετρελαιοκηλίδας κατά τη τελευταία μέρα της προσομοίωσης (25/9/2017), λήφθηκε από τον δορυφόρο της NASA. Πρόκειται για δορυφορική εικόνα ελεύθερα διαθέσιμη, κατόπιν δημιουργίας προσωπικού λογαριασμού, από την ιστοσελίδα της NASA: Ocean Color Browser ( Κατά την επιλογή των δεδομένων επιλέγουμε τον αισθητήρα MODIS του δορυφόρου Aqua και οριοθετούμε την χρονική στιγμή και την χωρική περιοχή. Η διακριτική ικανότητα του δορυφόρου είναι τα 250 m. Τα δεδομένα παρέχονται σε αρχείο.nc και επεξεργάζονται αριθμητικά από τη γλώσσα R. Η γλώσσα R και το μοντέλο R studio έχουν τη δυνατότητα να επεξεργάζονται μεγάλο όγκο δεδομένων εικόνας σε σύντομο χρονικό διάστημα. H γλώσσα R μας δίνει την δυνατότητα να επεξεργαστούμε δεδομένα με διαφορετικά εικονοστοιχεία για διαφορετικά χρωματικά εύρη. Τα δεδομένα των δορυφορικών εικόνων είναι διανύσματα με διαφορετική χωρική ανάλυση. Απαραίτητο εργαλείο για την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων, αποτελεί η εγκατάσταση του πακέτου satellite για την ορθή εισαγωγή των δεδομένων και η εγκατάσταση του πακέτου gdalcubes. (Η εγκατάσταση γίνεται από τη βιβλιοθήκη της R: CRAN. Η λήψη των ψηφιακών δορυφορικών δεδομένων επηρεάζονται άμεσα από τις κατά τόπους μετρολογικές συνθήκες. Κατά την 25/9/2017 στον Σαρωνικό Κόλπο επικρατούσα ηλιοφάνεια και επομένως είναι δυνατή η μελέτη της διάχυσης του ρύπου. Η λήψη των δορυφορικών εικόνων εμπεριέχει σφάλματα τόσο στη γεωμετρία όσο και στη φωτεινότητα (ραδιομετρικά σφάλματα). Η διόρθωση των ραδιομετρικών σφαλμάτων αποτελεί μια πολύπλοκη αλλά αναγκαία διαδικασία προ-επεξεργασίας

84 68 των δορυφορικών δεδομένων. H εικόνα που χρησιμοποιήθηκε ήταν εικόνα επιπέδου 2 (Level2), επομένως δεν χρειαζόταν να διορθωθεί ατμοσφαιρικά (ραδιομετρικά). Τα βήματα της επεξεργασίας που πραγματοποιήθηκαν είναι τα ακόλουθα: 1.Φόρτωση δεδομένων Εντολή: library(raster) 2.Διανυσματική διακριτοποίηση των χρωματικών εύρων (RasterLayer στοιχείο για κάθε layer/band).εντολή: b i <- raster( path ) 3.Δημιουργία συνδυασμού επιπέδων διανυσματικών δεδομένων (RasterStack) Εντολή: s <- stack(b i, b i+1, b i+2 ) 4.Προβολή ανεξάρτητων επιπέδων και στατιστική επεξεργασία αυτών Εντολή: par(mfrow = c(2,2)) plot(b i, main = "Blue", col = gray(0:100 / 100)) Ο παρακάτω κώδικας επαναλαμβάνεται για κάθε χρωματικό εύρος Green, Red και NIR. 5.Στη συνέχεια προκειμένου ο κώδικας να παρουσιάζει δεδομένα δορυφορικά σε χρωματική ανάλυση πιο οικεία στον χρήστη, χρησιμοποιείται η παρακάτω εντολή για να συνδυάσει τα φασματικά δεδομένα Εντολή:l2_RGB <- stack(b4, b3, b2) plotrgb(l2_rgb, axes = TRUE, stretch = "lin", main = " True Color Composite") 6.Στη συνέχεια πρέπει να κατηγοριοποιήσουμε τα δεδομένα και να καθορίσουμε τα υποστοιχεία με βάση την διάχυση της πετρελαιοκηλίδας, δηλαδή ανάλογα με το τι θέλουμε να δούμε στο μοντέλο. Εντολή: pr2017 <- predict(l2_, cart, type='class') pr2017

85 69 7.Παρουσίασε τα αποτελέσματα Εντολή: pr2017 <- ratify(pr2017) rat <- levels(pr2017)[[1]] rat$legend <- classdf$classnames levels(pr2017) <- rat levelplot(pr2017, maxpixels = 1e6, col.regions = classcolor, scales=list(draw=false), main = "Decision Tree classification") Στη μελέτη που παρουσιάζεται απουσιάζει η διόρθωση λόγω της γωνίας πρόσπτωσης της ακτίνας του δορυφόρου στη Γη. Γι αυτό το λόγο η εικόνα που απορρέει από την παραπάνω μεθοδολογία παρουσιάζει τη σκίαση από τη γωνία πρόσπτωσης στην Αίγινα ως ρύπο από την πετρελαιοκηλίδα. Περαιτέρω μελέτη απαιτείται για την ευκρινή ανίχνευση της πετρελαιοκηλίδας, χωρίς το σφάλμα στη γωνία πρόσπτωσης.

86 70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 3.1 ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ, MIKE 21 FLOW MODEL HD Στη συνέχεια εφόσον έχει γίνει η αναζήτηση των κατάλληλων παραμέτρων και η βαθμονόμηση του αριθμητικού μοντέλου, πρέπει να γίνει αξιολόγηση αυτών με απώτερο σκοπό το σχεδιασμό των δοκιμών που πρέπει να υλοποιηθούν ώστε να ολοκληρωθεί η προσομοίωση. Ο Σαρωνικός κόλπος παρουσιάζει θαλάσσια ρεύματα τα οποία είναι σχετικά ασθενή, και αυτό έχει ως συνέπεια η κυκλοφορία των υδάτων να ρυθμίζεται τόσο από τα επιφανειακά ρεύματα όσο και από τους πνέοντες ανέμους. Οι κύριες τάσεις της επιφανειακής κυκλοφορίας είναι δύο: Η κυκλωνική κυκλοφορία η οποία είναι αποτέλεσμα Βόρειας διεύθυνσης ανέμου και η αντικυκλωνική κυκλοφορία, που είναι και η λιγότερο εμφανής και είναι αποτέλεσμα της Νότιας διεύθυνσης ανέμου. Αυτό οφείλεται στο ότι υπάρχει μικρή διασπορά των ρύπων, πράγμα που μεγαλώνει και από το γεγονός ότι πρόκειται για µια κλειστή θάλασσα, κυρίως στο βόρειο τμήμα της, όπου γίνεται μία µε μικρή ανταλλαγή νερών µε την ανοιχτή θάλασσα. Ο άνεμος αναπτύσσει δύο μοντέλα κυκλοφορίας στο Εσωτερικό του κόλπου, το κυκλωνικό (αριστερόστροφο) και το αντικυκλωνικό (δεξιόστροφο) μοντέλο. Το μοντέλο που επικρατεί σε δεδομένο χρόνο εξαρτάται από τη διεύθυνση του ανέμου. Βόρειοι άνεμοι και Νότιοι (Νοτιοανατολικοί) αναπτύσσουν κυκλωνικό μοντέλο. Σύμφωνα με στοιχεία της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας για την ταχύτητα των πνεόντων ανέμων στον κόλπο του Σαρωνικού κατά το έτος 2017 και ειδικότερα τον Σεπτέμβριο του 2017 επικρατέστεροι είναι οι Βόρειοι και οι Νοτιοανατολικοί άνεμοι. Έτσι πραγματοποιήθηκαν συνολικά 3 διαφορετικές δοκιμές κυκλοφορίας:

87 Με Σταθερό Βόρειο Άνεμο 6 Μποφόρ Τα αποτελέσματα από την αριθμητική προσομοίωση Υδροδυναμικού Μοντέλου με σταθερό Βόρειο Άνεμο 6 μποφόρ με ημερομηνίες από την 5η έως την 25 η Σεπτεμβρίου έχουν αποτυπωθεί και παρατίθενται σε στιγμιότυπα στις πιο κάτω εικόνες (Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα ). Το πρώτο στιγμιότυπο που πήραμε είναι την πρώτη μέρα την 5 η Σεπτεμβρίου, πέντε ημέρες πριν το ατύχημα. Εφόσον έχουμε ορίσει παλίρροια και Βόρειο άνεμο, σταθερό 6 μποφόρ διακρίνουμε πως οι πρώτες ταχύτητες ροής έχουν βόρεια διεύθυνση (Εικόνα ). Παρατηρούμε επίσης πως το νερό στον Σαρωνικό κόλπο μπαίνει κυρίως από Νοτιανατολικά του κόλπου και στη συνέχεια κατευθύνεται προς το εσωτερικό του κόλπου. Κατά την είσοδο του νερού στον κόλπο βλέπουμε ότι ξεκινάνε να δημιουργούνται οι πρώτοι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί λόγω των ρευμάτων. Όπως φαίνεται στην παρακάτω Εικόνα , όπου απεικονίζεται η 13 η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα βλέπουμε να δημιουργούνται είδη οι πρώτοι κυκλωνικοί σχηματισμοί κυρίως στο δυτικό κομμάτι του κόλπου αλλά και στο Νοτιοανατολικό κομμάτι πιο μικρού μεγέθους κυκλωνικοί σχηματισμοί να δημιουργούνται, καθώς επίσης και οι ταχύτητες ροής φαίνονται πιο ξεκάθαρες από τις πρώτες με κύρια διεύθυνση τη βόρεια. Καθώς η προσομοίωση συνεχίζει και τις επόμενες μέρες βλέπουμε ότι οι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί είναι κύριες δυνάμεις όπου μαζί με την ταχύτητα των ρευμάτων διακρίνονται πλέον την 16 η Σεπτεμβρίου (Εικόνα ). Στο Σαρωνικό κόλπο παρατηρείται έντονα η κυκλωνική και αντικυκλωνική κίνηση. Η δράση του ανέμου και της παλίρροιας ως γενεσιουργά αίτια στην προσομοίωση έχει ως συνέπεια την κυκλωνική και αντικυκλωνική κίνηση λόγω της εισόδου ύδατος από το Αιγαίο Πέλαγος, το οποίο διέρχεται στο Σαρωνικό ακολουθώντας τη νοτιανατολική ακτογραμμή. Επίσης διακρίνουμε μια αντικυκλωνική κίνηση των υδάτων στο δυτικό κομμάτι του κόλπου ενώ στο νοτιοανατολικό κομμάτι του Σαρωνικού παρουσιάζεται

88 72 ένας ακόμη αντικυκλωνικός σχηματισμός ρεύματος. Παράλληλα ένα κυκλωνικό ρεύμα εμφανίζεται στο νοτιοδυτικό κομμάτι του Σαρωνικού. Γενικά η περιοχή του Σαρωνικού χαρακτηρίζεται από μεγάλες ταχύτητες 0.08m/sec, εκτός από το νότιο κομμάτι της που έχει μικρότερες 0.01m/sec. Μέχρι και το τέλος της προσομοίωσης με το σενάριο για Βόρειο σταθερό άνεμο 6 μποφόρ, δεν παρατηρούμε ιδιαίτερες αλλαγές καθώς το νερό εισέρχεται και εξέρχεται στον κόλπο από τι έχουμε είδη και στις προηγούμενες εικόνες, όπως φαίνεται και για την τελευταία μέρα την 25 η Σεπτεμβρίου (Εικόνα ), οι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί παραμένουν στον κόλπο. Οι κύριοι σχηματισμοί ρευμάτων του κόλπου είναι κυρίως δυτικά ενώ παράλληλα δημιουργούνται κι άλλοι μικρότεροι στα ανατολικά του κόλπου. Ο κύριος αντικυκλωνικός σχηματισμός ρευμάτων που δημιουργείται στο δυτικό κομμάτι του κόλπου παραμένει καθ όλη τη διάρκεια της προσομοίωσης όπως φαίνεται στις εικόνες. Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 5 η Σεπτεμβρίου πριν ακόμα συμβεί το ατύχημα.

89 73 Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 13 η Σεπτεμβρίου τρείς μέρες μετά το ατύχημα. Βλέπουμε τους κυκλωνικούς σχηματισμούς που δημιουργούνται φανερά πλέον κυρίως στο Δυτικό κομμάτι του κόλπου. Επίσης βλέπουμε και σιγά σιγά να δημιουργείται ακόμη ένας κυκλωνικός σχηματισμός ΝΑ του κόλπου. Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 16 η Σεπτεμβρίου έξι μέρες μετά το ατύχημα. Βλέπουμε τους κυκλωνικούς σχηματισμούς που δημιουργούνται φανερά πλέον κυρίως στο Δυτικό κομμάτι του κόλπου. Επίσης βλέπουμε ότι έχει δημιουργηθεί και ο κυκλωνικός σχηματισμός ΝΑ του κόλπου.

90 74 Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 25 η Σεπτεμβρίου τελευταία μέρα του ατυχήματος Με Σταθερό Νοτιοανατολικό Άνεμο 6 Μποφόρ Τα αποτελέσματα από την αριθμητική προσομοίωση Υδροδυναμικού Μοντέλου με σταθερό Νοτιανατολικό Άνεμο 6 μποφόρ με ημερομηνίες από την 5η έως την 25 η Σεπτεμβρίου έχουν αποτυπωθεί και παρατίθενται σε στιγμιότυπα στις παρακάτω εικόνες (Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα ). Το πρώτο στιγμιότυπο που πήραμε είναι την πρώτη μέρα την 5 η Σεπτεμβρίου, πέντε ημέρες πριν το ατύχημα. Εφόσον έχουμε ορίσει παλίρροια και Νοτιανατολικός άνεμος, σταθερό 6 μποφόρ διακρίνουμε πως οι πρώτες ταχύτητες ροής έχουν νοτιανατολική διεύθυνση (Εικόνα ). Παρατηρούμε επίσης πως το νερό στον Σαρωνικό κόλπο μπαίνει κυρίως από Νοτιανατολικά του κόλπου και στη συνέχεια κατευθύνεται προς τα μέσα του κόλπου.

91 75 Στο δυτικό τμήμα του κόλπου βλέπουμε και πάλι την δημιουργία αντικυκλωνικών ρευμάτων. Τα ρεύματα συνεχίζουν να έχουν μεγάλη ταχύτητα. Στο βορειοανατολικό και νοτιοανατολικό μέρος του κόλπου δημιουργείται αντικυκλωνικό ρεύμα ενώ στο νοτιοδυτικό τμήμα κυκλωνικό. Με αυτόν τον συνδυασμό επηρεάζονται σημαντικά οι παράκτιες περιοχές αφού εκεί παρουσιάζονται μεγάλες ταχύτητες 0.1m/sec αλλά και μεγάλα ύψη νερού (Εικόνα ). Σημαντική επίδραση παρουσιάζει ο νοτιοανατολικός άνεμος ο οποίος φαίνεται να δημιουργεί περίεργη κυκλοφορία στα ύδατα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δημιουργεί στο Σαρωνικό κόλπο αντικυκλωνικά και κυκλωνικά ρεύματα παρόμοια µε αυτά που εμφανίστηκαν από την επίδραση του Βόρειου άνεμου. Οι ταχύτητες ροής κυρίως ανατολικά προς την ακτογραμμή του κόλπου είναι μεγάλες 0.1m/sec καθώς επίσης και βορειοδυτικά του κόλπου (Εικόνα ), 0.08m/sec. Οι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί παραμένουν και την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι ημέρες μετά το ατύχημα να εμφανίζονται σε όλη την περιοχή του κόλπου. Το τελευταίο στιγμιότυπο για την 25 Σεπτεμβρίου με Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ και παλίρροια παρουσιάζεται στην Εικόνα Η προσομοίωση δεν έχει σχεδόν καμία διαφορά από την 16 η Σεπτεμβρίου. Οι κύριοι σχηματισμοί ρευμάτων είναι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σε όλη την περιοχή του κόλπου. Ο αντικυκλωνικός σχηματισμός που δημιουργείται στο δυτικό κομμάτι του κόλπου παραμένει καθ όλη την διάρκεια της προσομοίωσης όπως φάνηκε στις πιο κάτω εικόνες. Η ταχύτητα ροής παραμένει και πάλι μεγάλη 0.08 m/sec.

92 76 Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 5 η Σεπτεμβρίου πριν ακόμα συμβεί το ατύχημα. Παρατηρούμε τις αρχικές ταχύτητες ροής όπως φαίνεται με κύρια διεύθυνση Νοτιοανατολικά. Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 13 η Σεπτεμβρίου τρείς μέρες μετά το ατύχημα.

93 77 Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 16 η Σεπτεμβρίου έξι μέρες μετά το ατύχημα. Εικόνα Στιγμιότυπο Ανέμου 6 μποφόρ, την 25 η Σεπτεμβρίου τελευταία μέρα του ατυχήματος.

94 Προσομοίωση με πραγματική χρονοσειρά ανέμου Τα αποτελέσματα από την αριθμητική προσομοίωση Υδροδυναμικού Μοντέλου με Άνεμο από χρονοσειρά με ημερομηνίες από την 5η έως την 25 η Σεπτεμβρίου, όπου η χρονοσειρά έχει προέλθει από δεδομένα ταχύτητας και διεύθυνσης ανέμου, ανα τρείς ώρες από το σταθμό στο Σαρωνικό κόλπο και έχουν αποτυπωθεί και παρατίθενται σε στιγμιότυπα στις παρακάτω εικόνες (Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα ). Το πρώτο στιγμιότυπο είναι την πρώτη μέρα την 5 η Σεπτεμβρίου, πέντε ημέρες πριν το ατύχημα. Εφόσον έχουμε ορίσει παλίρροια και τον άνεμο με χρονοσειρά, διακρίνουμε πως οι πρώτες ταχύτητες ροής έχουν νοτιανατολική διεύθυνση (Εικόνα ) όπως και στο προηγούμενο σενάριο. Παρατηρούμε επίσης πως το νερό στον Σαρωνικό κόλπο μπαίνει κυρίως από Νοτιανατολικά του κόλπου και στη συνέχεια κατευθύνεται προς τα μέσα του κόλπου. Ο κύριος αντικυκλωνικός σχηματιμός φαίνεται και στην 13 η Σεπτεμβρίου πάλι τρείς μέρες μετά το ατύχημα έχει δημιουργηθεί (Εικόνα ). Παρατηρούμε ότι μέχρι στιγμής δεν δημιουργούνται άλλοι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί ρευμάτων σε όλη την περιοχή που να είναι τόσο εμφανής. Την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι ημέρες μετά το ατύχημα φαίνεται πώς ο κύριος αντικυκλωνικός σχηματισμός που κυριαρχούσε σε όλη την διάρκεια της προσομοίωσης δυτικά του κόλπου έχει εξαφανιστεί πράγμα που δεν συνέβηκε στα προηγούμενα δύο σενάρια (Εικόνα ). Τα μόνα ρεύματα που δημιουργούνται είναι κάποιοi κυκλωνικοί σχηματισμοί πολύ μικροί νοτιανατολικά του κόλπου και ακόμη ένας μικρός κυκλωνικός βορειοανατολικά. Επίσης οι ταχύτητες ροής παραμένουν σταθερές όχι πολύ μεγάλες 0.05m/sec όπως και στο προηγούμενο στιγμιότυπο. Το τελευταίο στιγμιότυπο για την τελευταία μέρα του ατυχήματος την 25 Σεπτεμβρίου με χρονοσειρά ανέμου και παλίρροια παρουσιάζεται στην Εικόνα

95 Οι κύριοι σχηματισμοί είναι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σε όλη την περιοχή του κόλπου. Ο αντικυκλώνας βλέπουμε σιγά σιγά να ξαναδημιουργείται στο δυτικό κομμάτι του κόλπου. Οι μικροί κυκλωνες που είχανε δημιουργηθεί στο ανατολικό κομμάτι του κόλπου παραμένουν όπως ήταν και στο προηγούμενο στιγμιότυπο. Η ταχύτητα ροής παραμένει και πάλι 0.05m/sec σταθερή. Εικόνα Διακρίνουμε πως στο τρίτο σενάριο, πραγματικού ανέμου εκείνη την χρονική στιγμή πως ο κύριος σχηματισμός την 5 η Σεπτεμβρίου είναι κυρίως ΝΑ.

96 80 Εικόνα Παρατηρούμε σε αυτό το στιγμιότυπο την 13 η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα πως ο κύριος σχηματισμός δεν είναι μόνο ο ΝΑ αλλά και ο Βόρειος. Εικόνα Στιγμιότυπο από την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι μέρες μετά το ατύχημα. Σε αυτήν την μέρα δεν βλέπουμε τόσο να επικρατούν κυκλωνικού σχηματισμοί και γενικότερα οι ταχύτητες ροής είναι πιο ασθενείς.

97 81 Εικόνα Στιγμιότυπο από χρονοσειρά με πραγματικά δεδομένα την 25 η Σεπτεμβρίου τελευταία μέρα του ατυχήματος. 3.2 MIKE 21/3 INTEGRATED MODELS: COUPLED MODEL FM Με Σταθερό Βόρειο Άνεμο 6 Μποφόρ Τα αποτελέσματα από την αριθμητική προσομοίωση του Υδροδυναμικού και Συνδυασμένου Περιβαλλοντικού Μοντέλου (Coupled Model FM) με τη χρήση του Προγράμματος Mike 21/3 Integrated Models με σταθερό Βόρειο Άνεμο 6 μποφόρ και παλίρροια με ημερομηνίες από την 5η έως την 25 η Σεπτεμβρίου έχουν αποτυπωθεί και παρατίθενται σε στιγμιότυπα στις πιο κάτω εικόνες (Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα ). Το πρώτο στιγμιότυπο που πήραμε είναι την πρώτη μέρα που έγινε το ατύχημα την 10 η Σεπτεμβρίου (Εικόνα ). Εφόσον έχουμε ορίσει παλίρροια και Βόρειο άνεμο, σταθερό 6 μποφόρ διακρίνουμε πως οι πρώτες ταχύτητες ροής έχουν βόρεια διεύθυνση. Παρατηρούμε επίσης πως το νερό στον Σαρωνικό κόλπο μπαίνει κυρίως από Νοτιανατολικά του κόλπου και στη συνέχεια κατευθύνεται προς τα μέσα

98 82 του κόλπου. Αρχίζει να δημιουργείται ο πρώτος αντικυκλώνας στα δυτικά του κόλπου. Φαίνεται επίσης η πρώτη κηλίδα που έχει δημιουργηθεί από το σημείο του ατυχήματος ΒΒΔ του κόλπου. Κατά την είσοδο του νερού στον κόλπο βλέπουμε ότι ξεκινάνε να δημιουργούνται οι πρώτοι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί. Αυτό παρουσιάζεται στην πιο κάτω Εικόνα , όπου απεικονίζεται η 13 η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα βλέπουμε να δημιουργούνται είδη οι πρώτοι κυκλώνες κυρίως στο δυτικό κομμάτι του κόλπου αλλά και στο Νοτιοανατολικό κομμάτι πιο μικρούς κυκλώνες να δημιουργούνται, καθώς επίσης και οι ταχύτητες ροής φαίνονται πιο ξεκάθαρες από τις πρώτες με κύρια διεύθυνση του βόρεια. Η πετρελαιοκηλίδα είδη έχει ξεκινήσει να εξαπλώνεται σε όλο το ΒΒΔ κομμάτι του κόλπου και φαίνεται και το πόσο έχει μεγαλώσει μέσα ένα διάστημα τριών ημερών. Καθώς η προσομοίωση συνεχίζει και τις επόμενες μέρες βλέπουμε ότι οι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί των ρευμάτων είναι κύρια δύναμη όπου μαζί με την ταχύτητα ροής διακρίνονται πλέον την 16 η Σεπτεμβρίου 0.05m/sec (Εικόνα ). Επίσης διακρίνουμε μια αντικυκλωνική κίνηση των υδάτων στο δυτικό κομμάτι του κόλπου ενώ στο νοτιοανατολικό κομμάτι του Σαρωνικού παρουσιάζεται ένας ακόμη αντικυκλωνικός στρόβιλος. Στο νοτιοδυτικό τµήµα του κόλπου παρατηρείται ένας κυκλωνικός στρόβιλος. Έξι μέρες μετά από το ατύχημα και η κηλίδα έχει εξαπλωθεί και μεταφέρεται στην περιοχή του κόλπου με κατεύθυνση ΒΒΔ. Μέχρι και το τέλος της προσομοίωσης με το σενάριο για Βόρειο σταθερό άνεμο 6 μποφόρ, δεν παρατηρούμε ιδιαίτερες αλλαγές καθώς το νερό εισέρχεται και εξέρχεται στον κόλπο από τι έχουμε είδη και στις προηγούμενες εικόνες, όπως φαίνεται και για την τελευταία μέρα την 25 η Σεπτεμβρίου (Εικόνα ), οι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί παραμένουν στον κόλπο. Ο κύριος κυκλώνας δυτικά του κόλπου και άλλοι μικρότεροι στα ανατολικά του κόλπου. Ο αντικυκλώνας που δημιουργείται στο δυτικό κομμάτι του κόλπου παραμένει καθ όλη

99 83 την διάρκεια της προσομοίωσης όπως φάνηκε στις πιο κάτω εικόνες (Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα ). Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Διακρίνουμε την πρώτη μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου την δημιουργία της κηλίδας. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 13 η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα έχει είδη ξεκινήσει και εξαπλώνεται.

100 84 Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα εξαπλώνεται σε μεγάλη διάσταση μέσα στον Σαρωνικό κόλπο. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ. Τελευταία μέρα του ατυχήματος 25 η Σεπτεμβρίου.

101 Με Σταθερό Νοτιοανατολικό Άνεμο 6 Μποφόρ Τα αποτελέσματα από την αριθμητική προσομοίωση Υδροδυναμικού Μοντέλου με σταθερό Νοτιανατολικό Άνεμο 6 μποφόρ με ημερομηνίες από την 5η έως την 25 η Σεπτεμβρίου έχουν αποτυπωθεί και παρατίθενται σε στιγμιότυπα στις παρακάτω εικόνες (Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα ). Το πρώτο στιγμιότυπο που πήραμε είναι την πρώτη μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου. Εφόσον έχουμε ορίσει παλίρροια και Νοτιανατολικός άνεμος, σταθερό 6 μποφόρ διακρίνουμε πως οι πρώτες ταχύτητες ροής έχουν νοτιανατολική διεύθυνση (Εικόνα ). Παρατηρούμε επίσης πως το νερό στον Σαρωνικό κόλπο μπαίνει κυρίως από Νοτιανατολικά του κόλπου και στη συνέχεια κατευθύνεται προς τα μέσα του κόλπου. Μια πολύ μικρή κηλίδα ξεκινά να δημιουργείται την πρώτη μέρα του ατυχήματος. Στο δυτικό τμήμα του κόλπου βλέπουμε και πάλι την δημιουργία αντικυκλωνικού σχηματισμού. Τα ρεύματα συνεχίζουν να έχουν μεγάλη ταχύτητα 0.08 m/sec. Έχουμε την δημιουργία ενός αντικυκλωνικού στροβίλου τόσο στο βορειοανατολικό όσο και στο νοτιοανατολικό τμήμα του Σαρωνικού ενώ από την άλλη δημιουργείται κυκλωνικός στρόβιλος στο νοτιοδυτικό τμήμα του κόλπου. Αυτό έχει ως αποτελέσματα να επηρεάζονται σημαντικά οι παράκτιες περιοχές αφού εκεί παρουσιάζονται μεγάλες ταχύτητες 0.1 m/sec (Εικόνα ). Είδη τρείς μέρες μετά η πετρελαιοκηλίδα έχει ειδή αναπτυχθεί σε μεγάλο βαθμό από την πρώτη μέρα του ατυχήματος. Η επίδραση του νοτιοανατολικού ανέμου έχει περίεργη επίδραση στην κυκλοφορία των υδάτων. Αυτός ο συνδυασμός προκαλεί στον Σαρωνικό κόλπο στροβίλους ανάλογους µε αυτούς που δημιουργούνται από την επίδραση του Βόρειου άνεμου (Εικόνα ). Οι κυκλωνικού και αντικυκλωνικοί σχηματισμοί παραμένουν και την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι ημέρες μετά το ατύχημα να εμφανίζονται σε όλη την περιοχή του κόλπου. Η πετρελαιοκηλίδα ξεκινάει να μεταφέρεται σε διαφορετική

102 86 κατεύθυνση από αυτήν στο πρώτο σενάριο αφού εδώ ο άνεμος είναι νοτιανατολικός κινείται προς εκείνη την κατεύθυνση. Το τελευταίο στιγμιότυπο για την τελευταία μέρα του ατυχήματος την 25 Σεπτεμβρίου με Βόρειο άνεμο 6 μποφόρ και παλίρροια παρουσιάζεται στην Εικόνα Η προσομοίωση δεν έχει σχεδόν καμία διαφορά από την 16 η Σεπτεμβρίου. Οι κύριοι σχηματισμοί είναι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σε όλη την περιοχή του κόλπου. Ο αντικυκλωνικός σχηματισμός που δημιουργείται στο δυτικό κομμάτι του κόλπου παραμένει καθ όλη την διάρκεια της προσομοίωσης. Η ταχύτητα ροής παραμένει μεγάλη 0.1 m/sec. Η πετρελαιοκηλίδα έχει δημιουργηθεί και φαίνεται ξεκάθαρα και διαφορετική κατεύθυνση από το πρώτο σενάριο εφόσον κυριαρχεί και διαφορετικός άνεμος. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Νοτιανατολικό άνεμο 6 μποφόρ. Διακρίνουμε την πρώτη μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου την δημιουργία της κηλίδας.

103 87 Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό ΝΑ άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 13 η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα έχει είδη ξεκινήσει και εξαπλώνεται. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό ΝΑ άνεμο 6 μποφόρ. Παρατηρούμε πως την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι μέρες μετά το ατύχημα η κηλίδα εξαπλώνεται σε μεγάλη διάσταση μέσα στον Σαρωνικό κόλπο.

104 88 Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με σταθερό Νοτιοανατολικό άνεμο 6 μποφόρ. Τελευταία μέρα του ατυχήματος 25 η Σεπτεμβρίου Προσομοίωση με πραγματική χρονοσειρά ανέμου Τα αποτελέσματα από την αριθμητική προσομοίωση Υδροδυναμικού Μοντέλου με Άνεμο από χρονοσειρά με ημερομηνίες από την 5η έως την 25 η Σεπτεμβρίου, όπου η χρονοσειρά έχει προέλθει από δεδομένα ταχύτητας ανέμου και φάσης ανα τρείς ώρες από τον σταθμό στο Σαρωνικό κόλπο και έχουν αποτυπωθεί και παρατίθενται σε στιγμιότυπα στις παρακάτω εικόνες (Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα , Εικόνα ). Το πρώτο στιγμιότυπο που πήραμε είναι την πρώτη μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου. Εφόσον έχουμε ορίσει παλίρροια και τον άνεμο με χρονοσειρά, διακρίνουμε πως οι πρώτες ταχύτητες ροής έχουν νοτιανατολική διεύθυνση (Εικόνα ) όπως και στο προηγούμενο σενάριο. Παρατηρούμε τη δημιουργία της κηλίδας που έχει αρχίσει να εμφανίζεται είδη από την πρώτη μέρα του ατυχήματος.

105 89 Ο κύριος αντικυκλώνας φαίνεται πως και την 13 η Σεπτεμβρίου πάλι τρείς μέρες μετά το ατύχημα έχει δημιουργηθεί (Εικόνα ). Παρατηρούμε ότι μέχρι στιγμής έχει δημιουργηθεί ένας ακόμη κυκλωνικός σχηματισμός μόνο σε όλη την περιοχή που να είναι εμφανής ενώ στα προηγούμενα σενάρια αυτό δεν ίσχυε, καθώς επίσης και οι ταχύτητες ροής δεν είναι τόσο μεγάλες όσο στο δεύτερο κυρίως σενάριο που ήταν πολύ μεγάλες είδη από την 13 Σεπτεμβρίου. Η πετρελαιοκηλίδα ξεκινάει να μεγαλώνει και είδη έχει αρχίσει να μετακινείται παρόλο που έχουνε περάσει μόνο τρείς μέρες μετά το ατύχημα έχει μεγαλώσει σε αρκετό βαθμό από την πρώτη μέρα δημιουργίας της. Την 16 η Σεπτεμβρίου, έξι ημέρες μετά το ατύχημα φαίνεται πώς ο κύριος αντικυκλώνας που κυριαρχούσε σε όλη τη διάρκεια της προσομοίωσης δυτικά του κόλπου έχει εξαφανιστεί πράγμα που δεν συνέβη στα προηγούμενα δύο σενάρια (Εικόνα ). Οι μόνοι σχηματισμοί ρευμάτων που δημιουργούνται είναι κάποιο κυκλωνικοί πολύ μικροί νοτιανατολικά του κόλπου και ακόμη ένας μικρός κυκλωνικός βορειοανατολικά. Επίσης οι ταχύτητες ροής παραμένουν σταθερές όχι πολύ μεγάλες 0.03 m/sec, όπως και στο προηγούμενο στιγμιότυπο. Η πετρελαιοκηλίδα έχει πάρει το σχήμα της και φαίνεται πλέον ξεκάθαρα μέσα στην περιοχή του κόλπου. Το τελευταίο στιγμιότυπο για την τελευταία ημέρα του ατυχήματος την 25η Σεπτεμβρίου παρουσιάζεται στην Εικόνα Οι κύριοι σχηματισμοί ρευμάτων είναι κυκλωνικοί και αντικυκλωνικοί σε όλη την περιοχή του κόλπου. Ο αντικυκλώνας που βλέπουμε σιγά σιγά να ξαναδημιουργείται στο δυτικό κομμάτι του κόλπου. Οι μικροί κυκλώνες που είχανε δημιουργηθεί στο ανατολικό κομμάτι του κόλπου παραμένουν όπως ήταν και στο προηγούμενο στιγμιότυπο. Η ταχύτητα ροής παραμένει και πάλι σταθερή 0.03 m/sec. Η πετρελαιοκηλίδα την τελευταία μέρα του ατυχήματος φαίνεται ότι έχει μεγαλώσει αρκετά από την πρώτη μέρα και έχει μετακινηθεί και κατευθύνεται προς την Γλυφάδα που αυτό συνέβη και στην πραγματικότητα (από μαρτυρίες και δημοσιεύματα) από την πετρελαιοκηλίδα του ατυχήματος «Αγία Ζώνη II».

106 90 Εικόνα Σε αυτό το στιγμιότυπο φαίνεται το ξεκίνημα της κηλίδας την 1 η μέρα του ατυχήματος την 10 η Σεπτεμβρίου σε πραγματικά δεδομένα ανέμου που επικρατούσαν εκείνες τις μέρες. Εικόνα Στιγμιότυπο από την 13η Σεπτεμβρίου, τρείς μέρες μετά το ατύχημα βλέπουμε πως η κηλίδα είδη έχει αρχίσει να εξαπλώνεται. Ο άνεμος είναι από χρονοσειρά σε πραγματικά δεδομένα ανέμου που επικρατούσαν εκείνες τις μέρες.

107 91 Εικόνα Έχοντας είδη περάσουν έξι μέρες, την 16 η Σεπτεμβρίου διακρίνουμε την κηλίδα μας να προχωράει και να διαχέεται στον κόλπο. Εικόνα Στιγμιότυπο διάχυσης πετρελαιοκηλίδας με άνεμο από χρονοσειρά. Τελευταία μέρα του ατυχήματος 25η Σεπτεμβρίου.