Περιβαλλοντική Ακτομηχανική (Θεωρητική Προσέγγιση, Εφαρμογές & Προσομοιώσεις)

Transcript

1 Περιβαλλοντική Ακτομηχανική (Θεωρητική Προσέγγιση, Εφαρμογές & Προσομοιώσεις) ρ. Γιώργος Συλαίος Επίκουρος Καθηγητής ιαχείρισης Παράκτιων Υδατικών Συστημάτων Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής & Τεχνολογίας Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος ημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης

2 1. Τι είναι η Παράκτια Ζώνη Ως παράκτια ζώνη ορίζεται η περιοχή που διαχωρίζει τη ξηρά από τη θάλασσα, και αποτελεί το πεδίο αλληλεπίδρασης μεταξύ της υδρόσφαιρας, της λιθόσφαιρας, της βιόσφαιρας και της ατμόσφαιρας.

3 Η μορφολογία της εξαρτάται από φυσικές διεργασίες καθώς δέχεται υλικό (ίζημα) από τα ποτάμια, τη θάλασσα κι την ατμόσφαιρα. Ιστορικά, η παράκτια ζώνη έχει συμβάλλει στην ανάπτυξη των ανθρώπινων κοινωνιών, καθώς η χρήση της θάλασσας στις μεταφορές, το εμπόριο και την αλιεία οδήγησε στην εγκατάσταση του 60% περίπου του παγκόσμιου πληθυσμού στις παράκτιες περιοχές του πλανήτη. Σήμερα, περισσότερο από το 60% του παγκόσμιου πληθυσμού ζει και δραστηριοποιείται σε απόσταση 60 χλμ. από τη θάλασσα, με αποτέλεσμα η παράκτια ζώνη να δέχεται παγκοσμίως έντονη αναπτυξιακή πίεση.

4 Σύμφωνα με στοιχεία του Ο.Η.Ε ο σημερινός παράκτιος πληθυσμός των 3 δισεκατομμυρίων κατοίκων αναμένεται να διπλασιαστεί στα επόμενα 20 χρόνια. Στη Μεσόγειο, ο πληθυσμός των κατοίκων στη παράκτια ζώνη φτάνει τα 150 εκατομμύρια, ενώ κάθε χρόνο 200 εκατομμύρια τουρίστες επισκέπτονται τις περιοχές αυτές.

5 Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά της Παγκόσμιας Παράκτιας Ζώνης. Η Παράκτια Ζώνη: Καλύπτει <20% της επιφάνειας της Γης, Περιλαμβάνει > 60% του πληθυσμού της Γης, Περιλαμβάνει το 75% των πόλεων με πληθυσμό >10 εκατομμυρίων κατοίκων, Συγκεντρώνει το 75% της παγκόσμιας αλιευτικής παραγωγής, Αποτελεί το κύριο αποδέκτη ιζημάτων, Αποτελεί τη κύρια περιοχή ανάπτυξης βιογεωχημικών διεργασιών, Διαθέτει υψηλή χωρική μεταβλητότητα, υψηλή χρονική μεταβλητότητα και υψηλή βιοποικιλλότητα.

6 Παράκτια Ζώνη (+200 to 200 m) Καλύπτει περίπου το 18% της επιφάνειας της Γης

7 Η Παγκόσμια Παράκτια Ζώνη: Καλύπτει μια στενή, ανομοιογενή και βιο-χημικά ενεργή λωρίδα LAND OCEAN Η παγκόσμια παράκτια ζώνη είναι μήκους ~ 500,000 χλμ και μέσου πλάτους περίπου 50 χλμ Το μεγαλύτερο μέρος των χημικών ενώσεων που εισέρχονται στον ωκεανό, διέρχονται μέσω της παγκόσμιας παράκτιας ζώνης Οι εντονότερες βιο-γεωχημικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα στη περιοχή αυτή (εκβολές ποταμών, ημίκλειστοι κόλποι, λιμνοθάλασσες, υφαλοκρηπίδες).

8 2. Παράκτιες ιεργασίες Οι παράκτιες ζώνες μεταβάλλονται διαρκώς, εξαιτίας των συντελούμενων παράκτιων διεργασιών, οι οποίες προέρχονται κυρίως από τη θάλασσα και ιδιαίτερα από τα κύματα. Φθινόπωρο Αρχή Χειμώνα Τέλος Χειμώνα Καλοκαίρι

9 2. Παράκτιες ιεργασίες Η αλληλεπίδραση των δύο αυτών συστημάτων κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου προκαλεί τη παράλληλα και κάθετα στην ακτή μεταφορά ιζημάτων με αποτέλεσμα το σχηματισμό ηπειρωτικών υφαλοκρηπίδων (continental shelf) στα παράκτια περιθώρια. Αβυσσικές Πεδιάδες Ηπειρωτική Κατωφέρεια Ηπειρωτική Υφαλοκρηπίδα Υποθαλάσσιες Αύλακες

10 2. Παράκτιες ιεργασίες Οι υφαλοκρηπίδες αυτές με τη σειρά τους επηρεάζουν τη μορφή των κυματισμών που παράγονται και διαδίδονται από τα βαθιά προς τα ρηχά νερά, περιστρέφοντας τους ώστε να κινούνται κάθετα προς την ακτογραμμή, και αυξάνοντας τη κλίση τους, με αποτέλεσμα τη παράκτια θραύση τους. H διάθλαση (wave refraction) αυτή των κυμάτων είναι σημαντική για την εκτίμηση της διεύθυνσης των κυμάτων που κινούνται προς τα τεχνικά έργα που κατασκευάσθηκαν στην ακτή. Παράλληλα, η παρουσία των έργων αυτών μεταβάλλει το παράκτιο υδροδυναμικό και κυματικό καθεστώς, προκαλώντας σημαντικές διαταραχές στη μεταφορά και απόθεση ιζημάτων

11 2. Παράκτιες ιεργασίες Όρια Συστήματος Αμμοθίνες Ξηρή Παραλία Υγρή Παραλία Ισοβαθής θραύσης Όρια Συστήματος Ζώνη Θραύσης Θραύση κυμάτων, ρεύματα, μεταφορά ιζημάτων Διάθλαση, ρηχότητα, απόσβεση κυμάτων Ρύποι Εγκάρσια στην ακτή μεταφορά ιζήματος Παλίρροια, θυελλώδεις μεταβολές στάθμης Κύματα και άνεμοι Ρεύματα Ανταλλαγή Ιζημάτων Σχήμα 2. Σχηματική παρουσίαση ενός τυπικού παράκτιου υπο-συστήματος.

12 2. Παράκτιες ιεργασίες Ανοικτή Θάλασσας Επάκτια Ζώνη Προάκτια Ζώνη Ακτή Ζώνη Θραύσης Ζώνη μετά τη Θραύση Ζώνη Απόσβεσης Ζώνη Διαβροχής Στάθμη Ανώτατης Πλήμης Μέση Στάθμη Θάλασσας Στάθμη Κατώτατης Ρηχείας

13 2. Παράκτιες ιεργασίες (Ορολογία) Ακτή (coast) ονομάζεται η ζώνη ξηράς, το ανάγλυφο της οποίας σχηματίστηκε από τη δράση της θάλασσας. Το εξωτερικό της όριο προς τη θάλασσα είναι η ακτογραμμή, ενώ το εσωτερικό προς τη ξηρά είναι το ανώτερο σημείο της ζώνης απόθεσης των ιζημάτων. Ακτογραμμή (shore line) είναι η τομή της θαλάσσιας επιφάνειας με τη ξηρά. Η ακτογραμμή μεταβάλλεται τοπικά λόγω της μεταβολής της επιφάνειας του εδάφους στην ακτή (διάβρωση, εναπόθεση) ή λόγω της μεταβολής της επιφάνειας της θάλασσας (παλίρροια, κύματα, κλπ.). Παράκτια ζώνη (coastal zone) ονομάζεται η θαλάσσια ζώνη αμέσως μετά την ακτή. Το εσωτερικό της όριο είναι η ακτογραμμή, ενώτοεξωτερικότηςφθάνει ως την ισοβαθή στην οποία γίνεται αισθητή η επίδραση των κυμάτων. Η παράκτια ζώνη διακρίνεται στην επάκτια ζώνη (inshore zone) και στην προάκτια ζώνη (foreshore zone). Το μεταξύ τους όριο τοποθετείται στη γραμμή της κατώτατης ρηχίας (mean lower low water line). Η παράκτια ζώνη περιλαμβάνει τη βαθύτερη ζώνη πριν τη θραύση, τη ζώνη θραύσης (breaker zone) και τη ζώνη μετά τη θραύση (after-breaker zone).

14 2. Παράκτιες ιεργασίες (Ορολογία) Ζώνη θραύσης (breaker zone) αποτελεί το πιο δυναμικό τμήμα της παράκτιας ζώνης, όπου λαμβάνει χώρα ο φυσικός μηχανισμός της θραύσης κυμάτων. Ζώνη απόσβεσης (Surf zone) είναι η περιοχή όπου αποσβένεται το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας του θραυομένου κύματος. Το εύρος της εξαρτάται από τα κυματικά χαρακτηριστικά, τη παλιρροιακή φάση και τη κλίση πυθμένα. Ζώνη διαβροχής είναι η περιοχή της ακτής που διαβρέχεται κατά την ανοδική και καθοδική κίνηση του νερού λόγω του κυματισμού. Το πλάτος της εξαρτάται από τη κλίση της ακτής και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Παράκτιο ρεύμα (littoral current) ονομάζεται το οποιοδήποτε ρεύμα κινείται στη παράκτια ζώνη. Τα σημαντικότερα δημιουργούνται από τη κυματική δράση (κυματογενή ρεύματα) όπως το διαμήκες ρεύμα (longshore current) και το βελοειδές ρεύμα (rip current).

15 3. ιάβρωση Παράκτιων Ζωνών Η διάβρωση των παράκτιων ζωνών μπορεί να καταστρέψει κατοικίες και υποδομές, απειλώντας την ασφάλεια του πληθυσμού και την ανάπτυξη οικονομικών δραστηριοτήτων, όπως του τουρισμού, ενώ παράλληλα αποτελεί σοβαρό κίνδυνο για τους φυσικούς οικότοπους. Μεγάλα τμήματα της Ευρωπαϊκής παράκτιας ζώνης απειλούνται σήμερα από τη διάβρωση και τις πλημμύρες, ενώ ταυτόχρονα η οικονομική σημασία τους αυξάνει λόγω της διαρκούς συγκέντρωσης του πληθυσμού στη παράκτια ζώνη Πίνακας 2. Επίπεδο παράκτιας διάβρωσης στα κράτη της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Χώρα Ποσοστό (%) της ακτογραμμής που έχει υποστεί διάβρωση Χώρα Ποσοστό (%) της ακτογραμμής που έχει υποστεί διάβρωση Βέλγιο 25,5 Ιταλία 22,8 Κύπρος 37,8 Λεττονία 32,8 ανία 13,2 Λιθουανία 24,3 Εσθονία 2,0 Κάτω Χώρες 10.5 Φινλανδία 0.04 Πολωνία 55.0 Γαλλία 24.9 Πορτογαλία 28.5 Γερμανία 12.8 Ισπανία 11.5 Ελλάδα 28.6 Σουηδία 2.4 Ιρλανδία 19.9 Ηνωμένο Βασίλειο 17.3

16 3. ιάβρωση Παράκτιων Ζωνών

17 3. ιάβρωση Παράκτιων Ζωνών

18 3. ιάβρωση Παράκτιων Ζωνών

19 Πίνακας 3. εδομένα που απαιτούνται για τον ορθό ακτομηχανικό σχεδιασμό. 1. Κυματικά εδομένα Βραχυπρόθεσμο κυματικό φάσμα (μετρούμενο ή υπολογιζόμενο) Μακροπρόθεσμη κατανομή κυματικών υψών, περιόδων και διευθύνσεων 2. Μετεωρολογικά εδομένα Ένταση, διεύθυνση και συχνότητα εμφάνισης ανέμου Βαρομετρική πίεση Συχνότητα θυελλών Ακραίες τιμές 3. εδομένα ιακύμανσης Στάθμης θάλασσας Παλιρροιακή μεταβολή Εποχιακές και ετήσιες μεταβολές Μεταβολές λόγω κλιματικών αλλαγών 4. Υδροδυναμικά εδομένα Παλιρροιακά, ανεμογενή και κυματογενή ρεύματα 5. Ιζηματολογικά εδομένα Ρυθμοί απόθεσης, διάβρωσης και επαναιώρησης 6. Περιβαλλοντικά εδομένα Ποιότητα νερού

20 4. Κύματα Ο όρος κύμα συνήθως συνδέεται με την εικόνα μεταβολής της ελεύθερης επιφάνειας της θάλασσας ή μίας λίμνης, με μία σχετική συμμετρία και κανονικότητα, η οποία κινείται από τη περιοχή γέννεσής της προς την ακτή όπου συνήθως θραύεται και ανακλάται. Έτσι, κάθε κυματισμός μπορεί να θεωρηθεί σαν αλληλουχία ξεχωριστών παλμών που διακρίνονται από το πέρασμα της ελεύθερης επιφάνειας του νερού από μία θέση σχετικού μεγίστου σε μία θέση σχετικού ελαχίστου (κορυφή και κοιλία του κύματος, αντίστοιχα).

21 Ποιοι παράγοντες προκαλούν τα κύματα? Άνεμος Υποθαλάσσιοι σεισμοί & κατολισθήσεις Βαρυντική έλξη Ηλίου & Σελήνης

22 ΆΝΕΜΟΣ u t equilibrium Ωκεάνια Επιφανειακά Κύματα Πλήρως Ανεπτυγμένη Θάλασσα Εισροή Ενέργειας από Ανέμους = Απώλεια Ενέργειας από θραύση κυμάτων

23 ΆΝΕΜΟΣ u t equilibrium Ωκεάνια Επιφανειακά Κύματα Η ταχύτητα διάδοσης κυμάτων δεν φθάνει ποτέ τη ταχύτητα του ανέμου

24 Που πάει η ενέργεια του ανέμου? ΆΝΕΜΟΣ 1) Ωκεάνια Κύματα 2) Ωκεάνια Επιφανειακά Ρεύματα 3) Απώλειες μετατροπής κυματικής ενέργειας σε θερμότητα και ήχο

25 Πίνακας 1. Κατηγορίες επιφανειακών κυμάτων. Τύπος Κύματος Περίοδος (Τ) Μήκος Κύματος (λ) Γεννεσιουργό Αίτιο Μικρο-κυματώσεις (Ripples) 0-0,2 sec Μερικά εκατ. Άνεμος μικρής διάρκειας και έντασης Ανεμογενείς κυματισμοί (Wind-waves) 0,2-9 sec Μέχρι 130 μ. Άνεμος μεγάλης διάρκειας και έντασης Βωβός Κυματισμός (swell) 9-15 sec Εκατοντάδες μέτρα Θύελλα μακρυνής προέλευσης Τsunamis 0,5 min hours Χιλιάδες χιλιόμετρα Υποθαλάσσιοι σεισμοί Παλίρροιες (Tides) 12,5 25 hours Χιλιάδες χιλιόμετρα Βαρυντική επίδραση πλανητών

26 Κάθε χρονοσειρά υψών κύματος σε μία θέση περιέχει κυματισμούς διαφορετικών συχνοτήτων, φάσεων και ευρών τα οποία μεταφέρουν ενέργεια από τη θέση γένεσης τους στην υπόλοιπη ωκεάνια επιφάνεια. Το διάγραμμα που σχετίζει τη κατανομή της κυματικής ενέργειας στις διάφορες κυματικές συχνότητες που απαντώνται στον ωκεανό καλείται κυματικό φασματικό διάγραμμα (wave energy spectrum).

27 Η ταχύτητα με την οποία ένα τμήμα του κύματος διέρχεται από σταθερό σημείο είναι C = λ/τ. Για να απλοποιήσουμε τους συμβολισμούς των χαρακτηριστικών των κυμάτων εισάγουμε τους όρους : α) γωνιακή συχνότητα, ω = 2π/Τ, και β) γωνιακός αριθμός κύματος, k = 2π/λ. Προκύπτει από τα παραπάνω ότι : C = λ/τ = ω/k. Αυτή είναι μία κινηματική σχέση που ισχύει για όλα τα κύματα. Η μαθηματική έκφραση μίας μονοχρωματικής κυματομορφής είναι: A x t cos 2 ( ) T Acos( kx t) Οόρος(kx-ωt) ονομάζεται φάση του κύματος, και μεταβάλλεται από 0 έως 2π, καθώς το κύμα κινείται από τη μία κορυφή στην άλλη. Συνεπώς, η ταχύτηταc ονομάζεται ταχύτητα φάσης (phase speed).

28 Ωκεάνια Κύματα A H A Ορισμοί: Κυματαριθμός Κλίση Κύματος H H k number of peaks length L Συχνότητα number of peaks time

29 Θεωρητικές λύσεις έδειξαν ότι η ταχύτητα του κύματος C ορίζεται ως εξής : C g [ tanh h ] [ g tanh kh] 2 k tanh( x) e e x x 2 12 / 12 / e e x x Α. Κύματα μεγάλου βάθους ή μικρού μήκους κύματος (h>λ/2 ή λ<2h) Στην περίπτωση που λ<2h, τότε tanh 2πh/λ = tanh kh = 1. Άρα C = (gλ/2π)1/2 = (g/k)1/2 Τα κύματα αυτά ονομάζονται κύματα διασποράς (dispersive waves) επειδή η ταχύτητά τους εξαρτάται από το μήκος κύματος τους. Προκύπτει έτσι ότι στα κύματα μεγάλου βάθους ή μικρού μήκους κύματος, τα κύματα με τα μεγαλύτερα μήκη κινούνται ταχύτερα από ότι αυτά με τα μικρότερα μήκη. Β. Κύματα μικρού βάθους ή μεγάλου μήκους κύματος (h<λ/20 ή λ>20h) Στη περίπτωση που λ>20h, τότε tanh 2πh/λ = tanh kh = kh. Άρα C = (gh)1/2 Τα κύματα αυτά δεν εμφανίζουν διασπορά (non-dispersive waves) διότι η ταχύτητά τους εξαρτάται μόνο από το βάθος.

30 Κύματα Μεγάλου Βάθους Τα κύματα αυτά δεν επηρεάζονται από τη παρουσία του πυθμένα. Οι σωματιδιακές τροχιές είναι κυκλικές. Η διάμετρος της κυκλικής τροχιάς ορίζεται ως: D Z = H exp (kz) = H exp (2πz/λ) όπου Η το ύψος του κύματος και z το βάθος που βρίσκονται τα υπό εξέταση σωματίδια. Προκύπτει ότι για z = -λ, η διάμετρος κίνησης των σωματιδίων νερού είναι D Zλ = 0,002 Do.

31 Κύματα Μικρού Βάθους Τα κύματα αλληλεπιδρούν με το πυθμένα. Οι σωματιδιακές τροχιές είναι ελλειπτικές.

32 Ησχέσημεταξύωκαιk ονομάζεται σχέση διασποράς (dispersion relation) και προκύπτει από την εξίσωση της ορμής ως : ω 2 = gk tanh kh Πίνακας 2. Σχέσεις μακρών και βραχέων κυματισμών. Μικρού μήκους κύματα (κύματα μεγάλου βάθους) C s = (gλ/2π) ½ = (g/k) ½ = g/ω C S = 1,56 T = 1,25 (λ) ½ λ = 1,56 Τ 2 Μεγάλου μήκους κύματα (κύματα μικρού βάθους) C l = (gh) ½ = 3,13 h ½ λ = 3,13 (h) ½ Τ

33 Θύελλα Ανάπτυξη Κυμάτων διαφόρων μηκών κύματος, τα οποία διασπείρονται t t 1 2 ΑΝΟΙΚΤΟΣ ΩΚΕΑΝΟΣ ΑΚΤΗ Απόσταση από τη Θύελλα

34 Επίδραση της Κυματικής ιασποράς (στα νερά μεγάλου βάθους) SWELL

35 Θύελλα (α) SWELL (β)

36 Στον πραγματικό ωκεανό δεν υπάρχουν ημιτονοειδή κύματα μίας μόνο συχνότητας, αλλά αθροίσματα κυμάτων με διάφορα εύρη, μήκη κύματος και περιόδους, τα οποία κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες προς όλες τις διευθύνσεις. Θεωρούμε δύο ημιτονοειδή κύματα η 1 και η 2 με ίδιο εύρος αλλά ελαφρά διαφορετικό κυματαριθμό και συχνότητα, τα οποία κινούνται στην ίδια ωκεάνια περιοχή. η 1 = cos(k 1 x -ω 1 t) η 2 = cos(k 2 x -ω 2 t) Προκύπτει ότι η συμβολή των δύο κυμάτων θα δώσει μία νέα ταλάντωση της ελεύθερης στάθμης της θάλασσας: η = η 1 + η 2 = 2 cos(kx-ωt) cos( kx - ωt) Η παραπάνω εξίσωση περιγράφει ένα κύμα υψηλής συχνότητας (kx-ωt) με μήκος κύματος λ=2π/k του οποίου το εύρος μεταβάλλεται από τον όρο χαμηλής συχνότητας ( kx - ωt).

37 Αυτό βλέπει ένας παρατηρητής c g A Η κυματική ενέργεια κυμάτων με παρόμοια περίοδο και μήκη κύματος κινείται με τη κυματική ταχύτητα της ομάδας C g C kh [ sinh 2kh ] Για κύματα μεγάλου μήκους κύματος, kh<<1 και sinh 2kh 2kh, οπότε C g = C l. Για κύματα μικρού μήκους κύματος, kh>>1 και sinh 2kh >> 2kh, οπότε C g = C s /2.

38 B Η Ισχύς του Κύματος εκφράζει το ρυθμό μεταφοράς της κυματικής ενέργειας: Κυματική Ενέργεια x Ταχύτητα Ομάδας P 1 g T H P gh gh 1 P cge cg gh 8 Μετά από αντικαταστάσεις προκύπτει ότι για τα βαθιά νερά η κυματική ισχύς είναι: ενώ για τα ρηχά νερά είναι: 2

39 Επιστήμονες εκτίμησαν ότι η κυματική ενέργεια του παγκόσμιου ωκεανού είναι περίπου Joules, ενώ η ισχύς που προσεγγίζουν τις δυτικές ακτογραμμές των Η.Π.Α είναι περίπου 4Χ10 10 J sec -1 = 4X10 7 KW. Ηισχύς των κυματισμών που φθάνουν στις ακτογραμμές όλων των ωκεανών είναι περίπου 2 Χ 10 9 KW. Έχει υπολογισθεί ότι αν ολόκληρη η ενέργεια των κυματισμών του παγκόσμιου ωκεανού μετατρεπόταν σε θερμότητα, θα απαιτούνται έτη για να ανέβει η θερμοκρασία του ωκεανού κατά 1 ο C.

40 Πίνακας 3. Συνοπτική παρουσίαση κυματικών χαρακτηριστικών. Παράμετρος Γενική Εξίσωση Νερά μεγάλου βάθους (d/l>0.5) Επιφάνεια Νερά μικρού βάθους (d/l<0.05) κύματος (m) H cos( kx t) 2 gt gt C tanh kh C0 T k 2 2 C gh 2 2 gt gt CT tanh kh H cosh k( z h) H u cos( kx t ) 0 o u e k z cos( kox t) T sinh kh T Ταχύτητα κύματος (m/s) Μήκος κύματος (m) Οριζόντια συνιστώσα ταχύτητας σωματιδίων (m/s) Κατακόρυφη συνιστώσα ταχύτητας σωματιδίων (m/s) Κυματική ενεργειακή πυκνότητα (J/m 2 ) Κυματική ισχύς (W/m) Ταχύτητα Ομάδας Κυμάτων (m/s) H sin k( z h) H w sin( kx t ) 0 o w0 e k z sin( k0x t) T sinh kh T 1 E gh 8 P EC G CG 2 0 P0 nc 1 2kh n [1 ] 2 sinh2kh EC P EC 2 C0 CG C ( CG ) 0 2

41 Κύματα που προσεγγίζουν την ακτή Σταδιακά η ταχύτητα κύματος και η ταχύτητα ομάδας μειώνονται c 1 g 2 c3 gh Ρηχά Shallow Νερά Ενδιάμεσα Intermediate Νερά Βαθιά Deep Νερά

42 Α. Επίδραση Ρηχότητας (Shoaling)

43 Α. Επίδραση Ρηχότητας (Shoaling)

44 Α. Επίδραση Ρηχότητας (Shoaling) Κύματα που προσπίπτουν κάθετα στις ισοβαθείς αυξάνουν το ύψος τους μειώνουν το μήκος κύματος σχεδόν αμελητέες απώλειες τριβής Ισχύει η διατήρηση της ενέργειας του κύματος από τα βαθιά προς τα ρηχά. n gh C n gh C H nc ECg nce const 8 8 H nc g1 2 2 g Αν (1) είναι τα βαθιά νερά και (2) τα ρηχά νερά: k s H n C 11 1 H n C 2 n tanhkh k S k s Σχεδόν 1 στα βαθιά νερά (h/λ > 0.5) μειώνεται στο 0.91 σε 0.15 < h/λ < 0.5 αυξάνειστοάπειρογια h/λ > 0.5 h/λ

45 Β. ιάθλαση Κυμάτων (Wave Refraction) Κυματικές Ορθογώνιες Κυματοκορυφές

46 Β. ιάθλαση Κυμάτων (Wave Refraction) ιατήρηση ροής ενέργειας μεταξύ των κυματικών ορθογωνίων nceb const n C E b n C E b n C H b n C H b H n C b H n C b Αν (1) είναι τα βαθιά νερά και (2) τα ρηχά νερά H nc b 11 1 b H n C b 2 n tanh kh b k k S r όπου k r b b 0 Συντελεστής ιάθλασης k r b b cos cos 0 0

47 Β. ιάθλαση Κυμάτων (Wave Refraction)

48 Β. ιάθλαση Κυμάτων (Wave Refraction)

49 Γ. Θραύση Κυμάτων (Wave Breaking) ιάδοση σε μικρά βάθη μείωση σχετικού βάθους h/λ αύξηση ύψους κύματος Η μείωση μήκους κύματος λ άρα αύξηση καμπυλότητας Η/λ λόγω επίδρασης ρηχότητας υπέρβασης κλίσης των κυμάτων θραύση κύματος απόσβεση ενέργειας σημαντική μείωση ύψους κύματος στη ζώνη θραύσης σημείο θραύσης Η b, h b, x b H b H Εμπειρικό κριτήριο θραύσης γ είναι η καμπυλότητα του κύματος

50 Γ. Θραύση Κυμάτων (Wave Breaking) Θραύση Κύλισης Θραύση Εκτίναξης Θραύση Εφόρμησης

51 . Ανάκλαση Κυμάτων (Wave Reflection)

52 E. Περίθλαση Κυμάτων (Wave Diffraction)

53 Α. ιαμήκες Ρεύμα (Longshore Current) Παράγεται καθώς το κύμα θραύεται υπό γωνία σε μία ακτή. Καταλαμβάνει το εύροςτηςζώνηςθραύσης.

54 Β. Εγκάρσιο στη Ακτή Ρεύμα (Crosshore Current) Παράγεται κατά τη σύγκλιση διαμήκων ρευμάτων, όταν το νερό συγκεντρώνεται σε συγκεκριμένες θέσεις στη παράκτια ζώνη και διαφεύγει προς την ανοικτή θάλασσα κάθετα στην ακτογραμμή. Cut in Bar Sand Bar

55 Παράκτια ιάβρωση Παράγεται από τα κύματα, τα διαμήκη ρεύματα και τα εγκάρσια ρεύματα.

56 Γεωμορφές Παράκτιας ιάβρωσης Submerged Shallow Area Bends Waves

57 Γεωμορφές Παράκτιας ιάβρωσης

58 Γεωμορφές Παράκτιας ιάβρωσης

59 Απόθεση και Σχηματισμός Tombolo

60 Έργα Προστασίας Ακτών από τη ιάβρωση Ογκόλιθοι, κυματοθραύστες προστατεύουν τις ακτογραμμές Βραχίονες, μώλοι σταθεροποιούν τις ακτές

61 Προστασία ακτής με Ογκόλιθους - Riprap

62 Προστασία ακτής με Κυματοθραύστη

63 Προστασία ακτής με εγκάρσιους μόλους

64 Προστασία ακτής με βραχίονες

65