Επιπτώσεις των Παράκτιων Τοίχων στη Διάβρωση των Ακτών

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Επιπτώσεις των Παράκτιων Τοίχων στη Διάβρωση των Ακτών ΠΛΕΞΙΔΑ ΓΕΩΡΓΙΑ ΔΙΠΛ. ΠΟΛΙΤΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2016

2 Περίληψη Οι θαλάσσιοι τοίχοι είναι μια ευρέως διαδεδομένη πρακτική με στόχο τη θωράκιση των ακτών έναντι διάβρωσης. Στόχος της κατασκευής αυτής είναι να εμποδίσει την περεταίρω υποχώρηση της ακτογραμμής. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία μελετάται η αμφιλεγόμενη λειτουργία των παράκτιων τοίχων καθώς έχει αποδειχτεί πως η λειτουργία τους περιορίζεται στην προστασία της ακτής πίσω τους και όχι στην προστασία των παραλιών με τις οποίες συνορεύουν. Οι σκληρές αυτές κατασκευές συνεισφέρουν στην διάβρωση και δεν την αντιμετωπίζουν ανακόπτοντας τις διεργασίες φυσικής αναπλήρωσης. Επισημαίνεται πως οι θαλάσσιοι τοίχοι επιδρούν δυναμικά και προκαλούν μεταβολές στο δυναμικό της παραλίας. Ωστόσο μια άλλη άποψη είναι ότι η συνεισφορά των παράκτιων τοίχων στη διάβρωση οφείλεται στην έλλειψη κατανόησης των παράκτιων φυσικών διεργασιών και στη δημιουργία αυθαίρετων κατασκευών. Η διερεύνηση έγινε με την βοήθεια της βιβλιογραφίας αλλά και τα αποτελέσματα από την εφαρμογή μαθηματικών μοντέλων για την προσομοίωση της μετάδοσης κυματισμών, της κυματογενούς κυκλοφορίας και της στερεομεταφοράς και εξέλιξης του πυθμένα στην περιοχή της Σκάλας Ερεσού τόσο για την υφιστάμενη κατάσταση όσο και για την περίπτωση εφαρμογής των προτεινόμενων έργων. Τα δεδομένα έδειξαν ότι κατά των τελευταίων ετών, πραγματοποιήθηκε σημαντική διάβρωση της παραλίας στο Ανατολικό τμήμα της. Στην πρώτη περίπτωση σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μοντέλων, η κατασκευή του θαλάσσιου τοίχου επιδεινώνει την κατάσταση εφόσον οι κυματισμοί προσπίπτουν δυναμικά σε αυτόν, και, ανακλώμενοι, παρασέρνουν την άμμο προς τα ανοιχτά, δημιουργώντας προβλήματα υποσκαφής και διάβρωσης. Στην περίπτωση που ληφθούν υπ' όψιν οι προτεινόμενες δράσεις η ακτή σταθεροποιείται και δεν προβλέπεται περεταίρω διάβρωση. i

3 Abstract Seawalls are the most common way of beach armoring against erosion. They are constructed in order to prevent further erosion in a beach. In the present thesis the controversial use of seawalls for coastal protection against erosion, is investigated as it is considered that they only protect the coast behind them and they expose the front and the adjacent beach to sea erosion. A body of opinion is that the impacts of seawalls on beaches are adverse and promote erosion. It is claimed that they impact on beach morphodynamics and they stop physical processes of beach nourishment. On the other hand this could be attributed to lack of understanding of coastal processes and inappropriate construction. The investigation was achieved with the help of bibliography but also the application of models for the simulation of wave transmission, breaking wave induced currents and sediment transport in Eresos, Lesvos not only for the existing situation but also for the solutions proposed. The most important conclusion that can be drawn from the applications is that seawalls impact on shoreline erosion as when incident waves are reflected drift the sand away. Should the proposed solutions be applied according to the applications, the coastline will be stabilized and no further erosion is expected. ii

4 Πρόλογος Οι παράκτιες ζώνες έχουν αποδειχτεί ιδιαίτερα σημαντικές για την εξέλιξη μιας κοινωνίας παρουσιάζοντας σημαντική ανάπτυξη με εγκαταστάσεις και ένα δίκτυο διεθνούς επικοινωνίας που ξεκινάει από εκεί και κατέχουν σημαντικό ρόλο στην κοινωνία και αποτελούν τοποθεσίες για ανθρώπινες εγκαταστάσεις και ισχυρές αγροτικές οικονομίες. Το περιβάλλον της παράκτιας ζώνης δέχεται έντονες πιέσεις από την ανάπτυξη δόμησης κατοικίας, παραθερισμού καθώς και άλλων δραστηριοτήτων. Ένα πολύ σημαντικό πρόβλημα καλπάζουσας μορφής είναι αυτό της διάβρωσης, αφού το 20% των ακτών παγκοσμίως είναι αμμώδεις και από αυτές το 70% έχει υποστεί σοβαρές διαβρωτικές τάσεις τις τελευταίες δεκαετίες. Έχουνε γίνει αρκετές προσπάθειες θωράκισης και σταθεροποίησης της ακτής έναντι φαινομένων διάβρωσης. Η συνηθέστερη τακτική είναι αυτή των θαλάσσιων τοίχων. Ωστόσο η κατασκευή αυτή αποδείχτηκε πως συνέβαλε στη εντονότερη διάβρωση της ακτής και δεν την περιόρισε. Η παρούσα εργασία μελετά τη λειτουργία των θαλάσσιων τοίχων και το βαθμό στον οποίο επιδρούν στη διάβρωση της ακτής όπως και στη μορφοδυναμική της παραλίας με την οποία συνορεύουν, Ο στόχος της είναι να διερευνηθεί η "αμφιλεγόμενη" λειτουργία του παράκτιου τοίχου σαν αντιδιαβρωτικό μέτρο προστασίας και οι επιδράσεις του στο παράκτιο περιβάλλον, γεγονός που γίνεται περισσότερο κατανοητό μέσω του παραδείγματος της Ερεσού το οποίο και παρατίθεται. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή της εργασίας κ. Καραμπά Θεοφάνη για τη συνεργασία και τη βοήθεια κατά τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας αλλά και τα μέλη της επιτροπής κ. Τσικαλουδάκη και κ. Μάλλιο. iii

5 Περιεχόμενα Περίληψη...i Abstract...ii Πρόλογος...iii 1.Παράκτια Στερεομεταφορά, Μορφοδυναμική και Διάβρωση των Ακτών Παράκτιο Περιβάλλον Παράκτια Κυματογενή Ρεύματα Τρισδιάστατα Κυματογενή Ρεύματα Ανεμογενείς Κυματισμοί Εισαγωγικά Στοιχεία- Ακτές Φυσικά Χαρακτηριστικά του υλικού των Ακτών Φυσική Περιγραφή του Μηχανισμού Μεταφοράς Φερτών Κατώφλι Κίνησης Φορτίο Πυθμένα Φορτίο σε Αιώρηση Στερεομεταφορά στη ζώνη Αναρρίχησης Μεταφορά υλικών Εγκάρσια στις Ακτές Προφίλ ισορροπίας Εγκάρσια Διάβρωση και Πρόσχωση Μεταφορά Φερτών Παράλληλα στην Ακτή Παράκτια Στερεομεταφορά Ισοζύγιο Φερτών Υλών και Διάβρωση των Ακτών Έργα Προστασίας Ακτών - Σκληρές και Ήπιες Μέθοδοι Προστασίας από τη Διάβρωση Εισαγωγή...31 iv

6 2.2 Σκληρές Κατασκευές- Γενικές Αρχές Σχεδιασμού Βραχίονες Κυματοθραύστες παράλληλα στην Ακτή Θωράκιση Ακτών-Παράκτιοι Τοίχοι Αλληλεπίδραση Ακτών και Λιμενικών Έργων Ήπιες Μέθοδοι Προστασίας Ακτών Τεχνητή Τροφοδότηση-Αναπλήρωση Ακτών Βυθισμένοι Πρόβολοι Βυθισμένοι Κυματοθραύστες Πλωτοί Κυματοθραύστες Θαλάσσιοι Τοίχοι Χρησιμότητα των Παράκτιων Ζωνών Παράκτια Διάβρωση ένα Παγκόσμιο Φαινόμενο Βιώσιμη Διαχείριση της Παράκτιας Ζώνης Στρατηγικές Διαχείριση της Παράκτιας Διάβρωσης Σκληρές Κατασκευές και Διάβρωση Θαλάσσιοι Τοίχοι Είδη και Τύποι Λειτουργία των Θαλάσσιων Τοίχων Αλληλεπίδραση Τοίχου- Παραλίας Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διάβρωσης- Έρευνες και Αποτελέσματα Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα των Θαλάσσιων Τοίχων Γενικές Περιπτώσεις που ένας Θαλάσσιος τοίχος επιτάχυνε τη διαδικασία της Διάβρωσης Ερεσός Σητεία...80 v

7 4.3 Τσούτσουρος Πλαταμώνας Μοντέλο Μετάδοσης Κυματισμών και Κυματογενούς Κυκλοφορίας- Εφαρμογή περιοχή της Ερεσού Στοιχεία Περιοχής Κυματισμοί Ισοδύναμοι Κυματισμοί Πιθανές Αιτίες Διάβρωσης Επίδραση της Εκτίμησης του φράγματος Επίδραση Παράκτιας Κυματογενούς Στερεομεταφοράς α) Απλοποιημένη Προσέγγιση β) Μαθηματικό Μοντέλο Εξέλιξης Ακτογραμμής γ) Μετρήσεις Διατομών Θαλάσσιος Τοίχος Μοντέλο Μετάδοσης Κυματισμών WAVE-L Μοντέλο Κυματογενούς Κυκλοφορίας WICIR Μοντέλο Στερεομεταφοράς και Μακροχρόνιας Εξέλιξης Μορφολογίας Πυθμένα SEDTR Εφαρμογή των Μοντέλων στην περιοχή της Ερεσού vi

8 Κεφάλαιο 1 ο : Παράκτια Στερεομεταφορά, Μορφοδυναμική και Διάβρωση των Ακτών 1.1 Παράκτιο Περιβάλλον Είναι το μέρος της ξηράς που επηρεάζεται από τη γειτνίαση με τη θάλασσα, και το μέρος της θάλασσας που επηρεάζεται από τη γειτνίαση με την ξηρά, μέχρι του σημείου στο οποίο οι χερσαίες δραστηριότητες του ανθρώπου έχουν μια μετρήσιμη επίδραση στην χημεία του νερού και στην θαλάσσια οικολογία. Το χερσαίο όριο της παράκτιας ζώνης είναι ιδιαίτερα ασαφές, καθώς οι ωκεανοί μπορεί να επηρεάσουν το κλίμα σε μεγάλη απόσταση από τη θάλασσα. Περίπου 200 εκατομμύρια Ευρωπαίων (από το σύνολο των 680 εκατομμυρίων) ζουν εντός 50 km από τη θάλασσα. Αυτό διότι, ιστορικά οι ακτές προσφέρονταν για εγκατάσταση για αμυντικούς λόγους και για λόγους τροφή. Τα λιμάνια δημιούργησαν βιομηχανική δραστηριότητα. Οι μονάδες παραγωγής ενέργειας εξυπηρετούνται κοντά στη θάλασσα λόγω της εύκολης πρόσβασης στο πετρέλαιο και την εύκολη απόρριψη των αποβλήτων. Το χερσαίο τμήμα της παράκτιας ζώνης παίζει σημαντικό ρόλο για εγκατάσταση και τουρισμό. Σε πολλές περιπτώσεις όμως, έχει υπάρξει υπερβολική ανάπτυξη στις παράκτιες ζώνες και αυτό έχει οδηγήσει σε υποβάθμιση του περιβάλλοντος. Αυτό με τη σειρά του οδήγησε στην ανεύρεση πολιτικών για την επιδιόρθωση ή τη μείωση της προκαλούμενης ζημιάς Παράκτια κυματογενή ρεύματα Η απώλεια της ενέργειας των κυματισμών, κυρίως λόγω της θραύσης τους, σε συνδυασμό με την επίδραση των φαινομένων της διάθλασης και περίθλασης, έχει ως επακόλουθο τη δημιουργία παράκτιων κυματογενών ρευμάτων. Κατά το φαινόμενο αυτό, ένα υλικό σημείο εκτελεί ταυτόχρονα και την παλινδρομική κυματική κίνηση, αλλά και μετακίνηση λόγω του ρεύματος (Σχήμα 1.1). 1

9 Σχήμα 1.1: Κίνηση υλικού σημείου λόγω παράκτιου κυματογενούς ρεύματος (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 1.2: Κίνηση υλικού σημείου λόγω παράκτιου κυματογενούς ρεύματος (Καραμπάς κ.α, 2015). Η αιτία της δημιουργίας αυτών των ρευμάτων είναι οι μεταβολές κατά την οριζόντια έκταση των μέσων ροών ποσότητας κίνησης την οποία προκαλούν οι κυματισμοί. Τα μεγέθη αυτά των μέσων κατά το βάθος «ροών ποσοτήτων κίνησης» του νερού λόγω των κυματισμών 2

10 ονομάζονται τάσεις ακτινοβολίας και είναι συναρτήσεις των στοιχείων του κυματισμού σε κάθε θέση (Καραμπάς κ.α, 2015) Τρισδιάστατα δευτερογενή ρεύματα Το δευτερογενές αυτό ρεύμα σχετίζεται άμεσα με τη μετάδοση των κυματισμών και περιλαμβάνει: Το τρισδιάστατο ρεύμα επαναφοράς εγκάρσια στην ακτή (undertow) που δημιουργείται κάτω από την κοιλιά των κυματισμών για να εξισορροπήσει τη ροή μάζας πάνω από την κοιλιά. Το ρεύμα που παράγεται λόγω της ροής μάζας κοντά στον πυθμένα εξαιτίας των μηχανισμών του κυματικού οριακού στρώματος. Η ροή μάζας (ρεύμα) που δημιουργείται πάνω από το επίπεδο κοιλιάς των κυματισμών προς την κατεύθυνση μετάδοσης του κυματισμού είναι ίση με M =< 0 d n pvdz > + pvdz 0 0 d n 0 n 0 = p < v > dz+< pvdz < pvdz > (1.1) Σχήμα 1.3:Τρισδιάστατο δευτερογενές κυματογενές ρεύμα εγκάρσια στην ακτή (Καραμπάς κ.α, 2015). 3

11 Ανεμογενείς κυματισμοί Γένεση των κυματισμών Ο κύριος παράγων ανεμοκυματογένεσης είναι το πέρασμα ενέργειας από τα κινούμενα κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα στις επιφανειακές θαλάσσιες μάζες. Τα τριχοειδή αρχικά κύματα (capillary waνes) εξελίσσονται σε διαταραχές της επιφάνειας μήκους πολλών μέτρων, που δέχονται τις διακυμαινόμενες λόγω τύρβης διατμητικές και εγκάρσιες (πιέσεις) δυνάμεις του αέρα. Η τροφοδοσία σε μηχανική ενέργεια από την ατμόσφαιρα αρχικά αυξάνει εκθετικά και στη συνέχεια βαίνει φθίνουσα καθώς οι κυματισμοί αυξάνονται σε περίοδο και μήκος, ώστε η φασική τους ταχύτητα να προσεγγίζει την ταχύτητα του ανέμου. Διάφορες θεωρίες, με υπερέχουσα τη θεωρία των Phillips (1957) και Μiles (1960), προσπάθησαν να ερμηνεύσουν τη γένεση των ανεμογενών κυματισμών. Σύμφωνα με την επικρατούσα θεωρία, η κυματογένεση ξεκινά με γραμμική αύξηση του κύματος λόγω συντονισμού με τις τυρβώδεις διαταραχές πίεσης και τριβής στην επιφάνεια, και συνεχίζει με εκθετικό ρυθμό ανάπτυξης λόγω υδροδυναμικής αστάθειας. Η επίδραση του ανέμου μιας συγκεκριμένης κατεύθυνσης διαπιστώθηκε ότι προκαλεί κυματογένεση σε έναν τομέα ±450 εκατέρωθεν της διεύθυνσης του ανέμου, με αποτέλεσμα να διαμορφώνεται ένα πεδίο τρισδιάστατων κυματισμών. Τα στατιστικά χαρακτηριστικά μεγέθη των ανεμογενών κυματισμών είναι συναρτήσεις των εξής ανεξάρτητων μεταβλητών: F = μήκος αναπτύγματος. Είναι η χαρακτηριστική γραμμική διάσταση του θαλάσσιου πεδίου από ακτή σε ακτή κατά μήκος της οποίας δρα ο κυματισμός. Με βάση την αναφερθείσα επίδραση του ανέμου σε τομέα ±450 στην περίπτωση πολύπλοκης τοπογραφίας ακτών και πλευρικού περιορισμού του πεδίου ανάπτυξης κυματισμών, το ισοδύναμο (effective) μήκος ανάπτυξης ορίζεται σύμφωνα με τους συμβολισμούς του Σχήματος 1.4, ως εξής: Feff = N i= N Fi(cosai)2 N i= N coasai (1.2) όπου i ακέραιος που περιγράφει την κατεύθυνση ακτίνων ανά Δα=5 ή 10 μοίρες, εκατέρωθεν της κύριας κατεύθυνσης του ανέμου, αi η γωνία που σχηματίζεται από την κύρια κατεύθυνση πνοής και την εκάστοτε ακτίνα (αi=i Δα), 2Ν+1 ο αριθμός των ακτίνων (συνήθως Δα=5ο, Ν=9) td = η διάρκεια πνοής του ανέμου 4

12 U10 = η χαρακτηριστική ταχύτητα του ανέμου αναφερόμενη σε ύψος 10 m πάνω από την επιφάνεια. (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 1.4:Υπολογισμός Feff στο Α (Καραμπάς κ.α, 2015). 1.2 Εισαγωγικά Στοιχεία- Ακτές Οι ακτές και ο πυθμένας των παρακτίων παράκτιων θαλάσσιων ζωνών, στις οποίες αναπτύσσεται δράση κυματισμών και ρευμάτων, από γεωλογική άποψη ενδέχεται να είναι βραχώδεις ή αμμώδεις/γαιώδεις. Η πρώτη κατηγορία έχει σταθερή μορφή, εξελισσόμενη μακροπρόθεσμα σε χρονικές κλίμακες γεωλογικών αιώνων. Η δεύτερη κατηγορία ακτών, που συντίθενται από κοκκώδη υλικά με κοκκομετρία κυμαινόμενη από την τάξη του αργίλου ως τις κροκάλες, υφίσταται έντονη επίδραση των ρευμάτων και των κυματισμών, της οποίας έπονται μορφολογικές αλλοιώσεις, σε όλες τις χρονικές κλίμακες, π.χ. σε μικρή χρονική κλίμακα, της τάξεως τάξης μερικών ωρών κατά τη διάρκεια θυελλών και τρικυμιών, ή μεγάλης 5

13 χρονικής κλίμακας, της τάξεως τάξης μερικών ετών, σαν αθροιστικό αποτέλεσμα διαφόρων εποχικών κυματικών καταστάσεων. Είναι δυνατόν πολλές από αυτές τις περιοχές να έχουν ήδη φθάσει σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας, δηλαδή να υφίστανται βραχυπρόθεσμες αλληλοαναιρούμενες αλλαγές ή να βρίσκονται σε μία μια συνεχή εξέλιξη, π.χ. συνεχή διάβρωση. Τεράστιες ποσότητες κοκκώδους υλικού μεταφέρονται κατά τις οριζόντιες διευθύνσεις, κάτω από την αποσταθεροποιητική δράση των κυματισμών και τη μεταφορική δράση των ρευμάτων. Η εφαρμογή της αρχής διατήρησης της μάζας των στερεών, που μεταφέρονται στον παράκτιο χώρο, μπορεί να δώσει μία μια ποσοτική περιγραφή, βραχυπρόθεσμα και μεσοπρόθεσμα, της εξελικτικής τάσεως τάσης του πυθμένα (βαθών) και της ακτογραμμής. Σχήμα 1.5: Τυπική διατομή αμμώδους ακτής (Google). 1.3 Φυσικά χαρακτηριστικά του υλικού των ακτών Οι κοκκώδεις ακτές συντίθενται από ανόργανα υλικά που χαρακτηρίζονται από διάφορες φυσικές ιδιότητες, καθοριστικές για τις φυσικές διεργασίες στερεομεταφοράς. Η γεωλογική τους σύσταση είναι κυρίως χαλαζιακή, με στερεό ειδικό βάρος γs=2,65 t/m3, με μικρό περιεχόμενο ασβεστίτη ειδικού βάρους 2,72 t/m3 και βαρέων μετάλλων ειδικού βάρους μεγαλύτερου του 2,87 t/m3. Το κύριο φυσικό χαρακτηριστικό είναι το μέγεθος των κόκκων που βρίσκεται με κοκκομετρική ανάλυση στο εργαστήριο, με πρότυπα κόσκινα ή πειράματα καθίζησης. Με 6

14 βάση τη χαρακτηριστική (μέση) διάμετρο κόκκων (π.χ. το d50) χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες σύμφωνα με τον ακόλουθο πίνακα: Ονομασία Διάμετρος Κροκάλες Χάλικες 32-4 Άμμος 2-0,1 Ιλύς 0,03-0,004 Άργιλος 0,002-0,0002 Πίνακας 1.1: Ταξινόμηση εδαφών ακτών ανάλογα με το μέγεθος των κόκκων(καραμπάς κ.α, 2015). Ανάλογα με το ειδικό βάρος και το μέγεθος των κόκκων, σημαντικό φυσικό χαρακτηριστικό είναι και η ταχύτητα καθίζησης, που για φυσικούς (μη σφαιρικούς αλλά γωνιώδεις) κόκκους δίνεται από την ακόλουθη σχέση (Κουτίτας, 1994, Kamphuis, 2000): wf = [( ps p 1) g] 0.7 (d ) 6v 0.4, για 0.13 d mm wf = 1.05 [( ps p 1) gd 50] 0.5, για 1.6 d 50 8mm (1.3) όπου ν το κινηματικό ιξώδες και ρ, ρs η πυκνότητα του νερού και του κόκκου αντίστοιχα. Τέλος ένα άλλο χαρακτηριστικό των ιζημάτων είναι η γωνία εσωτερικής τριβής Φ. Συνήθως στα αμμώδης υλικά, tanφ=0.6. (Καραμπάς κ.α, 2015). 7

15 Σχήμα 1.6: Βότσαλο ακτής (Google). 1.4 Φυσική περιγραφή των μηχανισμών μεταφοράς φερτών υλών Σε περιβάλλον ανυπαρξίας κυματισμών και ρευμάτων δεν λαμβάνει χώρα μεταφορά κοκκώδους υλικού του πυθμένα. Η υδροδυναμική κατάσταση κοντά στον πυθμένα, όταν υπάρχουν κυματισμοί ή ρεύματα ή και τα δύο, αποτελεί τον ουσιαστικό παράγοντα αποσταθεροποίησης των κόκκων των ιζημάτων. Οι διάφορες συνιστώσες που δρουν πάνω σε έναν κόκκο της επιφάνειας του πυθμένα, δηλαδή οι ορθές και διατμητικές τάσεις από το κινούμενο νερό, η αντίδραση στήριξης σε άλλους κόκκους, οι υδροδυναμικές υποπιέσεις λόγω διήθησης και οι δυνάμεις πρόσκρουσης άλλων κόκκων, είναι δυνατόν να δημιουργήσουν τις κατάλληλες δυναμικές συνθήκες αποκόλλησης των επιφανειακών κόκκων. Στην περίπτωση λεπτοκόκκων εδαφών, όπως αργιλικών, μοριακές δυνάμεις συνοχής (συνεκτικά εδάφη), κάνουν πιο δύσκολη την έναρξη της διάβρωσης του πυθμένα, ιδίως σε πυθμένες όπου έχει προχωρήσει διαδικασία στερεοποιήσεως στερεοποίησης. Μετά την αποσταθεροποίηση των κόκκων η κίνησή τους γίνεται με δύο τρόπους: (α) όταν, η κίνηση των κόκκων γίνεται με κύλιση στον πυθμένα ή διαδοχικά άλματα που συνεπάγονται περιοδική επαφή με τον πυθμένα, τότε η μεταφορά φερτών χαρακτηρίζεται σαν φορτίο πυθμένα (Σχήμα 1.7) (β) όταν οι κόκκοι των ιζημάτων βρίσκονται σχεδόν συνέχεια σε αιώρηση στη στήλη του νερού λόγω της τύρβης, του οριακού στρώματος (με ή χωρίς 8

16 αμμοκυμάτια) και των θραυόμενων κυματισμών, τότε η μεταφορά φερτών χαρακτηρίζεται σαν φορτίο σε αιώρηση (Σχήμα 1.8). Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των κόκκων, των κυματισμών και των κυματογενών ρευμάτων, κυριαρχεί το ένα ή το άλλο φορτίο. Προφανώς, όσο πιο μεγάλη είναι η διάμετρος των κόκκων τόσο πιο σημαντικό είναι το φορτίο πυθμένα. Η συνολική παροχή qt του φορτίου φερτών υλών είναι το άθροισμα της παροχής δύο επιμέρους φορτίων, του φορτίου πυθμένα qb και του φορτίου σε αιώρηση qs: qt=qb+qs. Συνήθως οι κυματισμοί είναι οι κύριοι παράγοντες που προκαλούν την αποσταθεροποίηση των κόκκων και σε στη συνέχεια τα θαλάσσια ρεύματα αναλαμβάνουν τη μεταφορά σε μεγάλες οριζόντιες αποστάσεις. Η τυρβώδης ροή του ρεύματος και των (θραυόμενων και μη) κυματισμών συμβάλλει στην κατακόρυφη διάχυση των φερτών σε αιώρηση, σε συνεργασία με τις περιοδικές τροχιές των κυματισμών που επαυξάνουν την κατακόρυφη διάχυση. Ένα ποσοστό της κυματικής ενέργειας καταναλίσκεται στην αποκόλληση και κατακόρυφη διάχυση των κόκκων, και το ρεύμα με την τυρβώδη κινητική του ενέργεια συμπληρώνει τη διάχυση, αναλαμβάνοντας το κύριο μέρος της οριζόντιας μεταφοράς. Από υδροδυναμική σκοπιά, οι βασικοί μηχανισμοί μεταφοράς φερτών είναι: 1. Μεταφορά λόγω των παράκτιων κυματογενών ρευμάτων: στην παράκτια ζώνη όπου οι (θραυόμενοι και μη) κυματισμοί συνυπάρχουν με το παράκτιο κυματογενές ρεύμα, η ροή κοντά στον πυθμένα αποσταθεροποιεί και θέτει σε κίνηση τους κόκκους των ιζημάτων. Αφού πραγματοποιηθεί η αποκόλληση των κόκκων, αυτοί μεταφέρονται προς την κατεύθυνση του ρεύματος (Σχήματα 1.7 και 1.8). 2. Μεταφορά λόγω κυματικής ασυμμετρίας: λόγω της μη γραμμικής φύσης των κυματισμών η κίνηση των φερτών είναι και αυτή ασύμμετρη. Έτσι, κάτω από την κορυφή του κύματος, όπου η ταχύτητα είναι μεγάλη και έχει κατεύθυνση προς την ακτή, πραγματοποιείται μεγαλύτερη μεταφορά φερτών, με κατεύθυνση προς την ακτή, ενώ κάτω από την κοιλιά, όπου η ταχύτητα είναι μικρότερη και έχει φορά προς τα ανοιχτά, πραγματοποιείται μικρότερη στερεομεταφορά με κατεύθυνση προς τα ανοιχτά. Σαν συνολικό (μέσο όροως προς την περίοδο του κύματος) αποτέλεσμα έχουμε τη μεταφορά φερτών στη διεύθυνση μετάδοσης των κυματισμών (Σχήμα 1.9) 3. Μεταφορά λόγω δευτερογενών κυματογενών ρευμάτων (Σχήμα 1.10): -του τρισδιάστατου ρεύματος επαναφοράς (undertow) με κατεύθυνση προς τα ανοιχτά 9

17 -του ρεύματος κοντά στον πυθμένα, στο οριακό στρώμα του κυματισμού με κατεύθυνση την κατεύθυνση μετάδοσης του κυματισμού. Ο μηχανισμός αυτός είναι ίδιος με αυτόν της περίπτωσης 1 εφόσον τα ρεύματα αυτά συνυπάρχουν με το πρωτογενές κυματογενές ρεύμα. (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 1.7: Φορτίο πυθμένα(καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 1.8: Φορτίο σε αιώρηση (Καραμπάς κ.α, 2015). 10

18 Σχήμα 1.9: Επίδραση της ασυμμετρίας του κυματισμού στη μέση στερεοπαροχή q b=q + -q - (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 1.10: Δευτερογενές ρεύμα εγκάρσια στην ακτή και μεταφορά φερτών(καραμπάς κ.α, Κατώφλι κίνησης 2015) Πρόκειται για την ελάχιστη τιμή της διατμητικής τάσης πυθμένα πέραν της οποίας ο κόκκος των ιζημάτων τίθεται σε κίνηση. Η υδροδυναμική κατάσταση κοντά στον πυθμένα της θάλασσας όπου συνυπάρχουν κυματισμοί και παράκτια ρεύματα αποτελεί τον ουσιαστικό παράγοντα αποσταθεροποίησης των κόκκων των ιζημάτων. Η αποκόλληση αυτή των κόκκων πραγματοποιείται όταν η διατμητική τάση στον πυθμένα, λόγω κυματισμού και ρεύματος, υπερβεί μία οριακή κρίσιμη τιμή. Το κατώφλι της κίνησης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την παράμετρο θcr του Shields, που είναι συνάρτηση του αδιάστατου μεγέθους κόκκων D* : 11

19 d = d 50 (gδ ν 2 ) (1 3 ) (1.4) όπου d50η μέση (χαρακτηριστική) διάμετρος των κόκκων, Δ η σχετική πυκνότητα, Δ=(ρs-ρ)/ρ, η ρs η πυκνότητα της άμμου και ρ η πυκνότητα του νερού. Η τιμή της παραμέτρου θcr δίνεται από (Van Rijn, 1993): θ cr = τ bcr (p s p)gd 50 = 0.24 d 1, 1 < d < d 0.64, 4 < d < d 1, 10 < d < d 0.029, 20 < d < , d > 150 (1.5) όπου τbcr η κρίσιμη διατμητική τάση στον πυθμένα. Όταν η συνολική διατμητική τάση τb στον πυθμένα ξεπεράσει την παραπάνω κρίσιμη τιμή τbcr, τb>τbcr, τότε πραγματοποιείται η αποκόλληση των κόκκων του αμμώδους εδάφους που μεταφέρονται τόσο κοντά στον πυθμένα όσο και σε αιώρηση. (Καραμπάς κ.α, 2015) Φορτίο πυθμένα Όταν, μετά την αποσταθεροποίηση των κόκκων, η κίνησή τους γίνεται με κύλιση στον πυθμένα ή διαδοχικά άλματα ύψους έως 10d50 που συνεπάγονται περιοδική επαφή με τον πυθμένα, τότε η μεταφορά φερτών χαρακτηρίζεται σαν φορτίο πυθμένα (Σχήμα 1.7). Στην ίδια κατηγορία επίσης ανήκει και η μεταφορά φερτών στο λεπτό στρώμα (sheet flow) του 12

20 πυθμένα πάχους 10 έως 100 διαμέτρους κόκκου με μεγάλη συγκέντρωση άμμου. Αυτό το στρώμα του πυθμένα ρευστοποιείται κάτω από την επίδραση της κυματικής κίνησης και πραγματοποιείται σημαντική μεταφορά φερτών ιδιαίτερα στη διάρκεια θύελλας σε συνθήκες μεγάλου ύψους κυματισμών, όταν έχουν εξαφανιστεί τα αμμοκυμάτια και ο πυθμένας είναι πλέον επίπεδος (όπου η τιμή του αριθμού κινητικότητας Ψ, της σχέσης τραχύτητας πυθμένα 1.6, παίρνει τιμές μεγαλύτερες του 240, Ψ> 240). n r a o = 21Ψ 1.85 γιαψ > 10 μεψ = U 0 2 (s 1)gd 50 (1.6) Ένας από τους πλέον ευρύτερα χρησιμοποιημένους τύπους για την εκτίμηση του φορτίου πυθμένα είναι η τροποποιημένη σχέση των Meyer-Peter και Müller που βασίζεται στη θεώρηση της διατμητικής τάσης στον πυθμένα. Σε ένα περιβάλλον κυματισμών-ρευμάτων το φορτίο πυθμένα qb (ειδική παροχή όγκου φερτών) ως προς τις διευθύνσεις x και y δίνεται από (Ribberink, 1998): q bx 3 ΔgD 50 = 11( θ θ c ) 1.65 θ x θ q by ΔgD3 50 = 11( θ θ c ) 1.65 θ y θ (1.7) όπου τα σύμβολα <> δηλώνουν την ολοκλήρωση ως προς την περίοδο του κύματος ενώ η παράμετρος Shields θ υπολογίζεται από: θ x = τ bx τ by θ (p s p)gd y = θ = θ (p s p)gd x + θ y 50 (1.8) Όπου τbx και τby οι διατμητικές τάσεις πυθμένα, στις διευθύνσεις x και y. Η διαφορά (θ-θc) είναι η ενεργός παράμετρος Shields που αντιπροσωπεύει το μέρος της διατμητικής τάσης πυθμένα που «χρησιμοποιείται» για τη μεταφορά φερτών. Το υπόλοιπο μέρος θc «χρησιμοποιείται» για να τεθούν σε κίνηση οι κόκκοι. (Καραμπάς κ.α, 2015). 13

21 1.4.3 Φορτίο σε αιώρηση Όταν οι κόκκοι των ιζημάτων βρίσκονται σχεδόν συνέχεια σε αιώρηση στη στήλη του νερού λόγω της τύρβης, τότε το φορτίο χαρακτηρίζεται σαν φορτίο σε αιώρηση (Σχήμα 1.8). Η τύρβη, που συμβάλλει στην κατακόρυφη διάχυση των φερτών σε αιώρηση, σε περιβάλλον κυματισμών-ρευμάτων, παράγεται κοντά στον πυθμένα λόγω της τριβής ή κοντά στην επιφάνεια λόγω της θραύσης των κυματισμών. Η μεταφορά φερτών σε αιώρηση qs (ειδική παροχή όγκου φερτών) ως προς τις διευθύνσεις x και y υπολογίζεται από τη μέση ως προς την περίοδο του κύματος τιμή του γινομένου της συνολικής ταχύτητας κυματισμού και ρεύματος u(t,z), v(t,z) και της στιγμιαίας συγκέντρωσης c (t,z): ζ q sx =< u(z, t)c (z, t)dz > d ζ q sy =< u(z, t)c (z, t)dz > d (1.9) Σε πρακτικές εφαρμογές η σχέση (1.9) μπορεί να απλοποιηθεί σε: q sx = ζ d u c (z)c(z)dz q sy = ζ d u(z)c(z)dz (1.10) όπου c η μέση ως προς την περίοδο συγκέντρωση και uc(z), vc(z) κατανομή ως προς το βάθος των ταχυτήτων του ρεύματος. Για τη συγκέντρωση c(z) υιοθετείται συνήθως η αναλυτική λύση της εξίσωσης διάχυσης (Κουτίτας, 1994, σχέση 7.28): 14

22 c(z) = c R exp ( w fz D v ) (1.11) όπου wf είναι η ταχύτητα καθίζησης, Dv ο συντελεστής τυρβώδους διάχυσης και cr η συγκέντρωση στον πυθμένα Camenen and Larson (2007, 2008): c R = exp ( 0.3d )θ cw,m exp ( 4.5 θ CR Θ cw ) (1.12) όπου θcw,m=η μέση τιμή της παραμέτρου Shields, εξαιτίας της αλληλεπίδρασης κύματος και ρεύματος, θcw= η μέγιστη παράμετρος Shields εξαιτίας της αλληλεπίδρασης κύματος και ρεύματος, θcr= η κρίσιμη παράμετρος Shields για την εκκίνηση της μεταφοράς ιζήματος (εξίσωση 1.5) Η μέγιστη και η μέση τιμή της παραμέτρου Shields, εξαιτίας της αλληλεπίδρασης κύματος και ρεύματος, δίνεται από τη σχέση: θ cw,m = (θ 2 c + θ w,m + 2θ w,m θ C cos φ) θ cw = (θ 2 c + θ w + 2θ w θ C cos φ) (1.13) όπου θc=η τιμή της παραμέτρου Shield εξαιτίας του ρεύματος, θw=η μέγιστη τιμή της παραμέτρου Shields εξαιτίας του κύματος, θw,m=η μέση τιμή της παραμέτρου Shields εξαιτίας του κύματος (για ημιτονοειδή κύματα θw,m=θw/2). Ο συντελεστής τυρβώδους διάχυσης Dv προσομοιώνει την τύρβη που παράγεται στον πυθμένα λόγω της τριβής και στην επιφάνεια λόγω της θραύσης και υπολογίζεται με βάση τα χαρακτηριστικά του θραυόμενου κυματισμού και του ρεύματος (DeVried and Stive, 1987): D V = 0.1 τ b ρ h h (D ρ )1/3 (1.14) όπου τb η συνολική διατμητική τάση στον πυθμένα 15

23 τ bx = 1 2 ρf cw < u b u b 2 + v b 2 > τ by = 1 2 ρf cw < vu b u b 2 + v b 2 > (1.15) και D η απώλεια της ενέργειας λόγω της θραύσης των κυματισμών. Ο πρώτος όρος στο δεξιό μέλος της σχέσης (1.14) αναφέρεται στην τύρβη που παράγεται στον πυθμένα λόγω της τριβής, ενώ ο δεύτερος λόγω της θραύσης του κυματισμού. Η χρήση των σχέσεων (1.10) για την εκτίμηση της στερεοπαροχής απαιτεί τον υπολογισμό της κατανομής ως προς το βάθος του κυματογενούς ρεύματος. Υιοθετώντας ομοιόμορφη κατανομή της ταχύτητας, η (1.10) γίνεται: q sx = Uc R D V w f (1 exp ( w fh D v )) q sy = Vc R D V w f (1 exp ( w fh D v )) (1.16) Είναι φανερό ότι τα χονδρόκοκκα ιζήματα μεταφέρονται κυρίως ως φορτίο πυθμένα, ενώ τα λεπτόκοκκα κυρίως ως φορτίο σε αιώρηση. Ειδικότερα στη ζώνη θραύσης, οι έντονα τυρβώδεις κινήσεις οδηγούν σε σημαντική στερεομεταφορά σε αιώρηση των λεπτόκοκκων ιζημάτων. (Καραμπάς κ.α, 2015) Στερεομεταφορά στη ζώνη αναρρίχησης Η ζώνη αναρρίχησης θεωρείται το πλέον δυναμικό τμήμα της παράκτιας ζώνης που χαρακτηρίζεται από μεγάλες ταχύτητες, έντονη τύρβη και σημαντική στερεομεταφορά. Αν και η υδροδυναμική της ζώνης αυτής είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη, συνήθως υιοθετούνται απλοποιημένες προσεγγίσεις για την εκτίμηση της στερεομεταφοράς. Η μέγιστη εγκάρσια στερεοπαροχή qr στο σημείο της ακτογραμμής μπορεί να υπολογιστεί από την απλοποιημένη σχέση (Leont yev, 1996, Larson et al. 2004): q R = 0.03(2gR)3/2 (tan β eq tan β) (ρ s /(ρ 1)g (1.17) 16

24 όπου R το ύψος αναρρίχησης του κύματος, και tanβ η κλίση του πυθμένα και tanβeq η κλίση ισορροπίας: tanβ eq = 20 w f /((gt) (1 2 ) (gh 0 ) (1 4 ) (1.18) Το πρόσημο του qr καθορίζεται από τη διαφορά (tanβeq -tanβ). Οι αρνητικές τιμές δηλώνουν διάβρωση, ενώ οι θετικές πρόσχωση. Όσο εξελίσσεται η βαθυμετρία, μεταβάλλεται η κλίση του πυθμένα tanβ και τείνει στην κλίση ισορροπίας tanβeq. Μια άλλη, παρόμοια σχέση για την εγκάρσια στερεομεταφορά στο σημείο της ακτογραμμής qr προτείνεται από τους Hanson and Kraus (2011): q R = Kw f ( H 0 3 1/2 ) d 50 (1.19) όπου Κ μία παράμετρος βαθμονόμησης της τάξης του Το πρόσημο του qr στη σχέση (1.19) καθορίζεται όπως παραπάνω ή από το μονώνυμο του Dean Fo που θα παρουσιαστεί παρακάτω (σχέση 1.21). Παράλληλα στην ακτή μπορούν να εφαρμοστούν οι σχέσεις (1.7) και (1.16). (Καραμπάς κ.α, 2015). 1.5 Μεταφορά φερτών υλών εγκάρσια στις ακτές Προφίλ ισορροπίας Οι κυματισμοί που προσπίπτουν εγκάρσια στην ακτή κατά τη διάρκεια ενός κυματικού επεισοδίου, μετακινούν τα ιζήματα και προκαλούν μορφολογικές μεταβολές του εγκάρσιου προφίλ. Οι μεταβολές αυτές τείνουν να διαμορφώσουν ένα συγκεκριμένο προφίλ ισορροπίας. Τα χαρακτηριστικά του προφίλ αυτού εξαρτώνται από την κοκκομετρία του ιζήματος του πυθμένα και τα χαρακτηριστικά των κυματισμών (ύψος και περίοδος) και σε γενικές γραμμές είναι τα ακόλουθα: (α) τείνουν να διαμορφωθούν καμπύλες με τα κοίλα προς τα πάνω, (β) οι 17

25 κλίσεις είναι ήπιες όσο πιο λεπτόκοκκο είναι ίζημα, (γ) οι κλίσεις τείνουν να είναι πιο επίπεδες για μεγάλου ύψους κυματισμούς. Το υποθαλάσσιο τμήμα του προφίλ μπορεί σε γενικές γραμμές να εκφραστεί με την κλασική σχέση του Dean (Dean, 1991, Σχήμα 1.11): d(y) = A P y m (1.20) (1.20) όπου d = βάθος νερού, Ap = παράμετρος που σχετίζεται με το μέγεθος του κόκκου, y=απόσταση από την ακτογραμμή. Για το τμήμα της στάθμης που βρίσκεται πάνω από την ίσαλο γραμμή υιοθετείται ένα προφίλ με σταθερή κλίση (U.S. Army Corps of Engineers, 2002). Ο εκθέτης m λαμβάνεται συνήθως ίσως με 2/3 ενώ ο συντελεστής Ap ισούται με (Dean, 1983): A p = 0.5w f 0.44 (1.21) Σχήμα 1.11: Προφίλ ισορροπίας (Καραμπάς κ.α, 2015). 18

26 Σύμφωνα με την εξίσωση (1.21) για μεγάλες τιμές του y το βάθος αυξάνεται σημαντικά, λαμβάνοντας μη ρεαλιστικές τιμές. Στην πραγματικότητα το προφίλ της εξίσωσης (1.21) ισχύει έως ένα βάθος * h. Το βάθος αυτό ονομάζεται κρίσιμο βάθος ή βάθος «κλεισίματος» (closure depth). Βαθύτερα από αυτό, οι κυματικές συνθήκες δεν είναι ικανές να μεταβάλουν τη μορφολογία (επειδή η ταχύτητα του πυθμένα μειώνεται και η διατμητική τάση παίρνει τιμές κάτω από την κρίσιμη τιμή αποκόλλησης των κόκκων). Το βάθος «κλεισίματος» * h (closure depth) υπολογίζεται από τη σχέση (Hallermeier, 1981, 1983): h 2.28H e 68.5 ( H e 2 gt e 2) (1.22) όπου He είναι το σημαντικό ύψος κύματος για ετήσια πιθανότητα υπέρβασης % (δηλ. 12 ώρες το έτος) και Τe η αντίστοιχη περίοδος. (Καραμπάς κ.α, 2015) Εγκάρσια διάβρωση και πρόσχωση Όπως περιγράφτηκε παραπάνω και ενδεικτικά φαίνεται στο Σχήμα 1.10, λόγω της μη γραμμικής φύσης των κυματισμών η κίνηση των φερτών είναι και αυτή ασύμμετρη. Η ειδική στερεομεταφορά του φορτίου πυθμένα είναι συνάρτηση της ταχύτητας του πυθμένα υψωμένης στη δύναμη του 3.3, q~uwb3.3. Εφόσον κάτω από την κορυφή του κύματος η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη από αυτήν της κοιλιάς, πραγματοποιείται πολύ μεγαλύτερη στερεομεταφορά φερτών προς την κατεύθυνση της ακτής. Συνεπώς, η καθαρά κυματική κίνηση συνεπάγεται μέσο, ως προς την περίοδο, φορτίο πυθμένα με κατεύθυνση την κατεύθυνση μετάδοσης των κυματισμών, δηλαδή προς την ακτή. Ωστόσο, σχετικά λεπτόκοκκα υλικά μεταφέρονται σε ένα λεπτό στρώμα κοντά στον πυθμένα, πάχους 10 έως 100 διαμέτρους κόκκου, που ρευστοποιείται κάτω από την επίδραση της κυματικής κίνησης (sheet flow). Σε συνθήκες μεγάλου ύψους κυματισμών, αιωρούνται σε σχετικά μεγάλη απόσταση από τον πυθμένα και δεν προλαβαίνουν να επιστρέψουν στον πυθμένα όσο επικρατεί η κίνηση προς την ακτή. Έτσι, βρίσκονται κάτω από τη δράση της φάσης του κύματος προς τα ανοιχτά, όπου και μεταφέρονται. Επιπλέον, η ύπαρξη του δευτερογενούς κυματογενούς ρεύματος (undertow), σε συνδυασμό με τις έντονα τυρβώδεις κινήσεις λόγω της θραύσης των κυματισμών, συνεπάγεται σημαντική στερεομεταφορά σε αιώρηση των λεπτόκοκκων ιζημάτων με κατεύθυνση προς τα ανοιχτά. 19

27 Συμπερασματικά, η ασυμμετρία των κυματισμών, η υδροδυναμική (ταχύτητα πυθμένα, ένταση της τύρβης, undertow) και η διάμετρος των κόκκων καθορίζουν και την κατεύθυνση της μεταφοράς των φερτών. Οι ασύμμετροι κυματισμοί, με σχετικά μικρά ύψη που θραύονται κοντά ή και πάνω στην ακτή (και άρα συνοδεύονται από ασθενώς τυρβώδη ροή και ασθενές undertow) οδηγούν τα σχετικά χονδρόκοκκα υλικά προς την ακτή, προκαλώντας πρόσχωση. Οι μεγάλου ύψους κυματισμοί που θραύονται σε σημαντική απόσταση από την ακτή (και συνοδεύονται από έντονα τυρβώδη ροή και ισχυρό undertow) οδηγούν τα σχετικά λεπτόκοκκα υλικά προς τα ανοιχτά, προκαλώντας διάβρωση. Στην περίπτωση αυτή το ίζημα μεταφέρεται έως περίπου το σημείο θραύσης, όπου η τύρβη και το υποβρύχιο ρεύμα επαναφοράς ελαττώνονται και δεν μπορούν πλέον να το μεταφέρουν (Σχήμα 1.10). Εκεί εναποτίθενται σχηματίζοντας έναν επιμήκη, παράλληλο στην ακτή ύφαλο (Σχήμα 1.12). Ο ύφαλος αυτός αποτελεί προφυλακή της ακτής για τη διακοπή της περαιτέρω διάβρωσής της, γιατί οι κυματισμοί θραύονται πάνω σε αυτόν και χάνουν σημαντική ποσότητα της ενέργειάς τους, με συνέπεια τη μείωση της διαβρωτικής τους ικανότητας. Η παραπάνω διεργασία πραγματοποιείται συνήθως τον χειμώνα, όπου επικρατούν έντονα κυματικά φαινόμενα. Τα φαινόμενα αυτά συνοδεύονται συνήθως και από ανύψωση της μέσης στάθμης της θάλασσας, λόγω του φαινομένου της μετεωρολογικής παλίρροιας (storm surge), όπου, λόγω των διατμητικών τάσεων του ανέμου ή/και των μεγάλων διαφορών στις ατμοσφαιρικές πιέσεις, η στάθμη της θάλασσας ανυψώνεται σε κάποιες περιοχές και ταπεινώνεται σε άλλες. Λόγω της ανύψωσης αυτής η διάβρωση επεκτείνεται και στο άνω μέρος της ζώνης αναρρίχησης, στις θίνες (Σχήμα 1.13). Το προφίλ που δημιουργείται ονομάζεται «χειμερινό». Το καλοκαίρι επικρατούν πιο ήπιες κυματικές συνθήκες που ευνοούν τη στερεομεταφορά προς την ακτή, η οποία οδηγεί στην πρόσχωσή της και πιθανώς και στην ανάκτησή της («θερινό» προφίλ, Σχήμα 1.14). Στο Σχήμα 1.15 παρουσιάζεται ενδεικτικά η βραχυχρόνια μεταβολή μιας ακτογραμμής μέσα στη διάρκεια των ετών. Στη διάρκεια του χειμώνα επικρατούν έντονοι κυματισμοί με μεγάλα ύψη κύματος και μικρές περιόδους που διαβρώνουν την ακτή, ενώ αντίθετα κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού οι ήπιες κυματικές συνθήκες οδηγούν σε πρόσχωση της ακτής. Το μέσο αποτέλεσμα στη διάρκεια ενός έτους είναι η επαλληλία των δύο αυτών καταστάσεων. Όσον αφορά την κλίση της ακτής, τα χονδρόκοκκα ιζήματα σχηματίζουν απότομες ακτές (ανακλαστικές) που διαβρώνονται με βραδύτερους ρυθμούς από τις παραλίες που δημιουργούνται από άμμο λεπτότερης διαμέτρου και η οποία προκαλεί ήπια κλίση ακτής. Για την αποτίμηση των συνθηκών διάβρωσης/εναπόθεσης συναρτήσεις των κυματικών συνθηκών και της κοκκομετρίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί το παρακάτω μονώνυμο του Dean (Dean, 1973): 20

28 F 0 = H 0 w f T (1.23) Διακρίνονται δύο περιπτώσεις: για τιμές Fo>1 λαμβάνει χώρα διάβρωση και διαμόρφωση επιμήκους υφάλου, ενώ για Fo<1 εναπόθεση υλικού (προσάμμωση). Στην πρόσφατη βιβλιογραφία αναφέρονται διαφορετικές τιμές του παραπάνω κριτηρίου οι οποίες βασίστηκαν σε μετρήσεις πεδίου. Οι Hanson and Kraus (2011) π.χ. προτείνουν: διάβρωση για Fo>4.0 και πρόσχωση για Fo<2.4. Με την πάροδο των ωρών και όσο το νέο προφίλ τείνει στο προφίλ ισορροπίας, η βαθυμετρία εξελίσσεται ολοένα και με βραδύτερους ρυθμούς, έως ότου σταθεροποιηθεί. Στη σχέση (1.17) η διεργασία αυτή περιγράφεται από τη διαφορά (tanβeq-tanβ). Όσο εξελίσσεται η βαθυμετρία μεταβάλλεται η κλίση του πυθμένα tanβ και τείνει στην κλίση ισορροπίας tanβeq, έως ότου tanβeq tanβ και μηδενιστεί η στερεοπαροχή και η περαιτέρω εξέλιξη. Στη σχέση (6.18) η διεργασία αυτή προσομοιώνεται με τον πολλαπλασιασμό της με μια εκθετική συνάρτηση του χρόνου t (Yamamoto et al., 1996) Βασισμένος στο προφίλ ισορροπίας (εξίσωση 1.21) ο Dean (1991), θεωρώντας ότι και μετά την ανύψωση της στάθμης το προφίλ θα πρέπει να είναι το ίδιο, παρουσίασε μια θεωρητική εκτίμηση της τελικής διάβρωσης της ακτής dys (Σχήμα 1.12): dy s = H b B +d s B W b H b B (1.24) όπου dys η υποχώρηση της ακτογραμμής (διάβρωση), ds η ανύψωση της στάθμης της θάλασσας, η απόσταση από την ακτογραμμή του σημείου θραύσης (που υπολογίζεται από τη σχέση 1.21 θέτοντας d=db) και Β το ύψος του παραλιακού αμμώδους μετώπου (ύψος της θίνας). Ως ανύψωση της στάθμης θάλασσας θεωρείται η προσωρινή ανύψωση πάνω από τη μέση στάθμη, λόγω της μετεωρολογικής ή αστρονομικής παλίρροιας. Η εξίσωση (1.24) μπορεί να εφαρμοστεί και στην περίπτωση απλής δράσης των κυματισμών, χωρίς δηλαδή να συνοδεύεται από ανύψωση στάθμης. Στην περίπτωση αυτή έχουμε μόνο την κυματογενή ανύψωση της στάθμης. Στην περίπτωση αυτή, η υποχώρηση της ακτογραμμής dys μπορεί να υπολογιστεί και από την εμπειρική σχέση (Hsu, 1998): dy s L 0 = 0.40ξ 0.99 (1.25) 21

29 όπου ξ η παράμετρος Irribaren. Σχήμα 1.12: Χειμερινό προφίλ- διάβρωση (κυματισμοί μεγάλης κυρτότητας) (Καραμπάς κ.α, 2015). 22

30 Σχήμα 1.13: Εγκάρσια δράση των κυματισμών και δημιουργία χειμερινού προφίλ (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 1.14: Θερινό προφίλ- πρόσχωση(κυματισμοί μικρής κυρτότητας) (Καραμπάς κ.α, 2015). 23

31 Σχήμα 1.15: Βραχυχρόνια και μέση ετήσια μεταβολή ακτογραμμής (Καραμπάς κ.α, 2015). Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση της διάβρωσης των ακτών κάτω από συνθήκες μόνιμης ανύψωσης της στάθμης της θάλασσας ds λόγω των κλιματικών μεταβολών (λιώσιμο των πάγων και θερμοκρασιακή διαστολή λόγω της αύξησης της μέσης θερμοκρασίας). Με βάση πάλι το προφίλ ισορροπίας (εξίσωση 1.21) και θεωρώντας ότι και μετά την ανύψωση της στάθμης το προφίλ θα πρέπει να είναι το ίδιο, μια θεωρητική εκτίμηση της διάβρωσης της ακτής dys-cc (Σχήμα 1.19) δίνεται από τον κανόνα του Bruun (Bruun, 1962):(Καραμπάς κ.α, 2015). dy s cc W = ds h +B (1.26) Σχήμα 1.16: Εγκάρσια διάβρωση λόγω ανύψωσης της στάθμης της θάλασσας (Καραμπάς κ.α, 2015). 24

32 1.6 Μεταφορά φερτών υλών παράλληλα στην ακτή Παράκτια στερεομεταφορά Το παράκτιο κυματογενές που εκτείνεται σε όλο το πλάτος της ζώνης επίδρασης των κυματισμών στο υλικό της ακτής, αλλά μεγιστοποιείται στη ζώνη θραύσης, σε συνδυασμό με τη δράση των κυματισμών, μεταφέρει σημαντικές ποσότητες φερτών ιζημάτων κατά μήκος των ακτών. Οι μεγάλες τιμές των κυματικών ταχυτήτων κοντά στον πυθμένα, σε συνδυασμό με τις ταχύτητες του ισχυρού παράκτιου ρεύματος, αποσταθεροποιούν τους κόκκους των φερτών και τους μεταφέρουν σαν φορτίο πυθμένα και σε αιώρηση. Επιπλέον, η τύρβη του νερού αποκτά τους μέγιστους ρυθμούς γένεσης και απόσβεσης, συνεπαγόμενη επίσης μεγάλο φορτίο σε αιώρηση Η συνολική στερεοπαροχή των φερτών υλών κατά μήκος των ακτών συνήθως συσχετίζεται με την ισχύ των κυματισμών στο σύνολο της ζώνης θραύσης (U.S. Army Corps of Engineers, 1992, 2002): P 1 = (E c g ) b sin(a b ) cos(a b ) ( m3 s ) (1.27) αντικαθιστώντας την Ε = Ε L = pg H2 8 και την γ = Η b d b 2 = ξ στην παραπάνω εξίσωση και θεωρώντας ότι στα ρηχά νερά έχουμε c gb = c b = g db 1/2 καταλήγουμε στη σχέση: P 1 = ( ρg 3 2 )H 5/2 b sin(2ab) 16γ 1 2 (1.28) Το συνολικό βυθισμένο βάρος των φερτών Ι 1θεωρείταιμε τηννν ισχύ της ζώνης θραύσης: Ι 1 = ΚP 1 (1.29) όπου Κ ένας συντελεστής που προκύπτει από τη βαθμονόμηση της σχέσης με μετρήσεις πεδίου. 25

33 Διαιρώντας την (1.29) με την ποσότητα μετατρέπουμε το βυθισμένο βάρος σε όγκο και η συνολική στερεομεταφορά στη ζώνη θραύσης παράλληλα στην ακτή υπολογίζεται από (U.S. Army Corps of Engineers, 2002): Q t = K ( ρg γ2(ρ s ρ)(1 n) ) H sb 5 2 ( m3 s ) (1.30) όπου Qt η συνολική στερεοπαροχή στη ζώνη θραύσης, δηλαδή ο όγκος των φερτών στη μονάδα του χρόνου (συμπεριλαμβανομένων των κενών των πόρων), Hb το ύψος κύματος στο σημείο θραύσης, αb η γωνία πρόσπτωσης στο σημείο θραύσης. Ο συντελεστή Κ λαμβάνεται ίσος με 0.39, Κ=0.39, εάν χρησιμοποιηθεί στη σχέση (1.28) το σημαντικό ύψος κύματος στο σημείο θραύσης (Hb =Hsb). H εφαρμογή της (1.30) απαιτεί τον υπολογισμό του ύψους κύματος Hsb στο σημείο θραύσης, καθώς και της γωνίας πρόσπτωσης αb στο σημείο θραύσης, τα οποία υπολογίζονται θέτοντας Hb= Hsb. Είναι φανερό ότι όταν η κλίση της ακτογραμμής πλησιάζει την τιμή της γωνίας θραύσης αb τότε η στερεοπαροχή Qt είναι μηδενική. Η παραπάνω είναι η κλασική ημιεμπειρική σχέση που προτείνεται από το Coastal Engineering Manual (U.S. Army Corps of Engineers, 2002) και χρησιμοποιείται ευρέως. Εναλλακτικά ο Kamphuis (2000) πρότεινε την παρακάτω εξίσωση (1.31) συμπεριλαμβάνοντας και την επίδραση της περιόδου του κύματος, της κλίσης του πυθμένα και της χαρακτηριστικής διαμέτρου των κόκκων της άμμου: Q t = H sb 4 T p 1.5 (tan β) 0.75 d sin(2a b ) 0.6 ( m3 s ) (1.31) Η παραπάνω σχέση είναι εμπειρική, προέκυψε από μετρήσεις εργαστηρίου και επιβεβαιώθηκε από μετρήσεις πεδίου. (Καραμπάς κ.α, 2015). 26

34 1.7 Ισοζύγιο φερτών υλών και διάβρωση των ακτών Η παράκτια και η εγκάρσια μεταφορά φερτών υλών σε μικρό πλάτος της παράκτιας θαλάσσιας ζώνης έχουν ιδιαίτερη σημασία και σοβαρά μορφολογικά επακόλουθα για τις ακτές. Η εκτίμηση του ετήσιου ισοζυγίου φερτών υλών σε ένα τμήμα της ακτής, που είτε είναι εκ φύσεως προβληματικό είτε κινδυνεύει από τις αναδράσεις της φύσης πάνω σε σχεδιαζόμενο τεχνικό έργο, αποτελεί ένα σοβαρό τεχνικό πρόβλημα. Σε ένα τμήμα μιας ακτής, το οποίο εξελίσσεται μορφοδυναμικά λόγω στερεομεταφορών ανεξάρτητα από την υπόλοιπη ακτή, είναι δυνατόν να περιέχονται πολλές πηγές (sources) και πολλές παγίδες (sinks) φερτών υλών. Οι κυριότερες πηγές και παγίδες φερτών υλών είναι οι εξής (Σχήμα 1.17): α. Πηγές αίτια πρόσχωσης Τα υδατορεύματα αποτελούν την κυριότερη πηγή φερτών, καθώς μεταφέρουν σημαντικές ποσότητες φερτών υλών ετησίως. Το υλικό αυτό προέρχεται από τη διάβρωση χερσαίων εκτάσεων της γης, και ένα μεγάλο μέρος του είναι αργιλώδες και ιλυώδες, ενώ ένα ποσοστό είναι άμμος. Τα πλέον χονδρόκοκκα παραμένουν στις ακτές, ενώ τα υπόλοιπα καθιζάνουν σε μεγαλύτερα βάθη Η διάβρωση απότομων γαιωδών πρανών σε ακτές, κάτω από τη δράση της βροχής και τους χειμερινούς κυματισμούς, έχει σαν αποτέλεσμα τον εμπλουτισμό τους με χερσογενή ιζήματα. Η μεταφορά κόκκων από τους ανέμους, η βιογενής απόθεση από κελύφη νεκρών θαλάσσιων οργανισμών (κοράλλια τροπικών θαλασσών), και η τεχνητή τροφοδοσία ακτών είναι συμπληρωματικές πηγές φερτών υλών. Η τεχνητή τροφοδότηση των ακτών, δηλαδή η τεχνητή επαναπλήρωση των φερτών με υλικό που μεταφέρεται από βαθύτερα, από άλλες ακτές ή ακόμα και από δανειοθαλάμους στην ξηρά. Η τεχνητή τροφοδότηση αποτελεί μια μέθοδο αντιμετώπισης της διάβρωσης των ακτών. β. Παγίδες φερτών υλών αίτια διάβρωσης Τα παλιρροϊκά στόμια, στα οποία οι προς τα έσω στερεοπαροχές κατά την πλημμυρίδα είναι μεγαλύτερες από αυτές προς τα έξω κατά την αμπώτιδα. 27

35 Τα υφαλοπρανή και τα υποβρύχια φαράγγια, στα οποία παγιδεύονται, οδηγούμενα προς τα ανοιχτά, μεγάλες ποσότητες φερτών υλών. Η ανεμογενής ή κυματογενής μεταφορά προς την εσωτερική ζώνη των αμμοθινών, η λείανση από τριβή ανθρακικών υλικών της ακτής (όχι χαλαζιακών) και τέλος οι αμμοληψίες είναι επίσης περιοχές αφαίρεσης φερτών υλών σε φυσικές συνθήκες. Εγκάρσια στερεομεταφορά από τους χειμερινούς κυματισμούς που μεταφέρουν τα ιζήματα προς τα ανοιχτά. Εάν αυτά μεταφερθούν σε μεγάλα βάθη, οι θερινοί κυματισμοί μπορεί να μην είναι ικανοί να τα επανεναποθέσουν στην ακτή. Προσχώσεις στα σημεία καμπής των ακτών, όπου μεταφέρονται και εναποτίθενται φερτά (Σχήμα 1.18). Συχνά τα φερτά αυτά δεν μπορούν να επιστρέψουν πίσω στην ακτή, λόγω της μη ύπαρξης κατάλληλων κυματικών συνθηκών. Τα παράκτια τεχνικά έργα, τα οποία προβάλλουν μέσα στη ζώνη θραύσης της κυρίαρχης στερεομεταφοράς, με αποτέλεσμα την κατακράτηση μέρους των κατά μήκος της ακτής κινούμενων μαζών ιζημάτων. Εάν, βέβαια, η αποστολή των έργων είναι να εμπλουτίσουν μια διαβρωμένη ακτή, έχει καλώς. Σε άλλες περιπτώσεις, όμως, τέτοιες παγιδεύσεις είναι άχρηστες (π.χ. παγίδευση φερτών και ρήχωση λιμενολεκάνης). Διακοπή ή ελάττωση της ποσότητας των χερσογενών ιζημάτων που τροφοδοτούν τις ακτές. Η κατασκευή φραγμάτων, η οικιστική δόμηση, η κατασκευή δρόμων, οι αγροτικές καλλιέργειες συγκρατούν το χερσογενές ίζημα που προέρχεται από τις διαβρώσεις των εδαφών της ενδοχώρας και μεταφέρεται στις ακτές μέσω των ποταμών και των χειμάρρων. Έτσι εμποδίζεται η φυσική τροφοδότησή των ακτών, με αποτέλεσμα τη διάβρωσή τους. Θαλάσσιοι τοίχοι προστασίας της ακτής. Η κατασκευή των θαλάσσιων τοίχων οδηγεί κατά κανόνα στη διάβρωση των ακτών γιατί συνοδεύεται γενικά από μείωση του εύρος της ακτής, με συνέπεια τη μείωση του πλάτους της ζώνης θραύσης και αναρρίχησης. Το γεγονός αυτό αποτρέπει την απώλεια σημαντικής κυματικής ενέργειας στη διεργασία της θραύσης, αλλά να προσπίπτει στο θαλάσσιο τοίχο. Κατόπιν, ένα μεγάλο μέρος της ανακλάται από αυτόν, παρασέρνοντας προς τα ανοιχτά το ίζημα και οδηγώντας σε περαιτέρω διάβρωση. Εξόρυξη άμμου για διάφορες χρήσεις. (Καραμπάς κ.α, 2015). 28

36 Σχήμα 1.17: Παράγοντας ισοζυγίου Φερτών/Εισροές και Εκροές ιζημάτων στο σύστημα της ακτής(καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 1.18: Επιμήκεις προσχώσεις σε καμπή ακτή (Καραμπάς κ.α, 2015). 29

37 Σχήμα 1.19:Ενδεικτική αναπαράσταση διάβρωσης ακτής λόγω κατασκευής θαλάσσιου τοίχου (Καραμπάς κ.α, 2015). 30

38 Κεφάλαιο 2 ο : Έργα προστασίας Ακτών- Σκληρές και ήπιες μέθοδοι προστασίας από τη Διάβρωση 2.1 Εισαγωγή Η πιο διαδεδομένη πρακτική για την ανάπτυξη τεχνικών κατασκευών στις παράκτιες περιοχές, είτε για τη δημιουργία υποδομών (μαρίνες, λιμάνια κλπ), είτε για την προστασία του παράκτιου χώρου από τις πλημμύρες και τη διάβρωση γινόταν χωρίς να λαμβάνεται υπ' όψιν η τρωτότητα της παράκτιας ζώνης. Η αρχή για την κατασκευή αυτών των έργων ήταν αυτή της σκληρής προσέγγισης, με έλλειψη ευαισθησίας για το θαλάσσιο περιβάλλον (κλειστές λεκάνες- έλλειψη ανανέωσης υδάτων, αισθητική όχληση, θωράκιση με ογκολίθους, πρόβολοι και σκληρά έργα που εντείνουν τη διάβρωση). Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί πως οι σκληρές αυτές κατασκευές που έχουν ως στόχο την προστασία από τη διάβρωση και την αποκατάσταση της ακτής όπως οι θαλάσσιοι τοίχοι, κυματοθραύστες, πρόβολοι είχαν αντίθετα αποτελέσματα από τα επιθυμητά τις περισσότερες φορές. Πιο συγκεκριμένα η απουσία ενός μακροχρόνιου σχεδιασμού σε συνδυασμό με την έλλειψη ευαισθησίας απέναντι στο θαλάσσιο περιβάλλον και πολλές φορές την αδυναμία κατανόησης της συμπεριφοράς του, οδήγησαν στην παρούσα κατάσταση όπου η διάβρωση τον ακτών αποτελεί ένα ζήτημα που χρήζει άμεση αντιμετώπιση. 2.2 Σκληρές Κατασκευές Γενικές αρχές σχεδιασμού Τα λιμενικά έργα και τα έργα προστασίας ακτών, ανάλογα με τη μορφή και τη θέση τους ως προς τις ακτές, δύναται να διακριθούν σε τρεις κατηγορίες: α) τεχνικά έργα εγκάρσια στην ακτή και σε επαφή με αυτήν (βραχίονες), β) παράλληλα στην ακτή και σε απόσταση από αυτήν (κυματοθραύστες), και γ) παράλληλα έργα πάνω στην ακτή (έργα επένδυσης ακτών, παράκτιοι τοίχοι) Βραχίονες 31

39 Οι βραχίονες (groins) κατασκευάζονται εγκάρσια ή υπό γωνία ως προς την ακτογραμμή και βρίσκονται σε επαφή με την ακτή. Κατασκευάζονται σε ακτές που διαβρώνονται ή όταν επιθυμούμε αύξηση του πλάτους μιας αμμώδους παραλίας. Έχουν σκοπό τη συγκράτηση της παράκτιας στερεοπαροχής που απομακρύνεται από την ακτή, ώστε να ελεγχθεί η διάβρωση και τελικά να σταθεροποιηθεί η ακτή. Κατασκευάζονται επίσης και στην είσοδο των λιμενικών έργων για να εμποδίσουν τη μεταφορά και εναπόθεση ιζημάτων στο εσωτερικό της λιμενολεκάνης. Τέλος, μια άλλη χρησιμότητά τους συναντάται στις περιοχές των εκβολών για τη διευθέτηση της ροής των ποταμών και την αποφυγή εναπόθεσης φερτών, όπου συνήθως κατασκευάζεται ζεύγος προβόλων (jetties), με μήκος αρκετά μεγαλύτερο από τη ζώνη θραύσης, ώστε να εμποδίζουν την εναπόθεση και των πλέον λεπτόκοκκων ιζημάτων που μεταφέρονται σε αιώρηση από τα θαλάσσια ρεύματα. Κάποιες χρήσεις των βραχιόνων φαίνονται στο Σχήμα 2.1. Σχήμα 2.1: Χρήσεις βραχιόνων για την προστασία ακτών από διάβρωση, αλλά και αποφυγή πρόσχωσης εισόδων λιμένα (Καραμπάς κ.α, 2015). Ανάλογα με το μήκος της ακτής μπορεί να κατασκευαστεί ένας μόνο βραχίονας ή ένα σύστημα πολλών βραχιόνων. Η κατασκευή τους μπορεί επίσης να συνοδευτεί με τεχνητή τροφοδότηση της ακτής, που γίνεται στο εσωτερικό των ανοιγμάτων τους. Το υλικό κατασκευής τους και η διατομή τους ποικίλλουν: μπορεί να υιοθετηθεί μια τυπική διατομή κυματοθραύστη με πρανή από λιθορριπή, ογκόλιθοι άοπλου σκυροδέματος, ξύλινοι 32

40 πάσσαλοι, σωλήνες γεωυφάσματος πληρωμένοι με άμμο ή ισχνό σκυρόδεμα κ.λπ. (Καραμπάς κ.α, 2015). Αλληλεπίδραση Ακτών-Βραχιόνων Ένας βραχίονας που κατασκευάζεται εγκάρσια σε μια ακτή που προσπίπτουν κυματισμοί υπό γωνία αποτελεί ένα στερεό αδιαπέρατο όριο, μηδενίζει την εγκάρσια σε αυτόν ταχύτητα του ρεύματος, το εκτρέπει και το κατευθύνει προς τα ανοιχτά. Η πλάγια πρόσπτωση των κυματισμών δημιουργεί κυματογενή ρεύματα παράλληλα προς την ακτή. Ταυτόχρονα, η παράκτια στερεοπαροχή παράλληλα στην ακτή διακόπτεται και τα ιζήματα εναποτίθενται στις περιοχές με ασθενές ρεύμα και κυματισμό, δηλαδή ανάντη του βραχίονα και στα ανοιχτά. Η εναπόθεση ανάντη του βραχίονα συνεπάγεται μια νέα μορφολογία του πυθμένα και νέα ακτογραμμή, με προσανατολισμό προς την κατεύθυνση πρόσπτωσης των κυματισμών. Η νέα μορφολογία του πυθμένα επηρεάζει με τη σειρά της το κυματικό πεδίο και το κυματογενές ρεύμα που προσαρμόζονται κατάλληλα. Η διεργασία συνεχίζεται έως ότου αποκατασταθεί ισορροπία. Η ισορροπία αυτή μπορεί να επέλθει όταν η κλίση της ακτογραμμής και των ισοβαθών αλλάξει σημαντικά προσανατολισμό και η πρόσπτωση των κυματισμών δεν θα γίνεται πλέον υπό γωνία, αλλά σχεδόν εγκάρσια στη νέα βαθυμετρία. Η γωνία πρόσπτωσης των κυματισμών α είναι πλέον μικρή ή πρακτικά μηδενική. Τότε το κυματογενές ρεύμα, το οποίο εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης, είναι πλέον ασθενές ή και μηδενικό, συνεπάγοντας μηδενική στερεοπαροχή παράλληλα στην ακτή και συνεπώς μη περαιτέρω μεταβολή της βαθυμετρίας. Κατάντη του βραχίονα η κατάσταση είναι προφανώς διαφορετική. Τα φερτά που κατακρατήθηκαν ανάντη αφαιρέθηκαν από την κατάντη πλευρά, προκαλώντας διάβρωση της ακτής. Στη «σκιά» του τεχνικού έργου η υδροδυναμική κυκλοφορία χαρακτηρίζεται από τον σχηματισμό στροβίλου, με σχετικά μικρές ταχύτητες κυματογενούς ρεύματος. Στην περιοχή αυτή οι κυματισμοί έχουν μικρότερο ύψος (λόγω του φαινομένου της περίθλασης) από ό,τι εκτός της περιοχής επιρροής του βραχίονα. Συνεπώς και το θραυόμενο ύψος Hb και βάθος db θα είναι μικρότερα και βέβαια η ανύψωση της Μέσης Στάθμης Θάλασσας θα είναι μικρότερη. Λόγω της διαφοράς της στάθμης, δημιουργείται ένα κυματογενές ρεύμα με κατεύθυνση προς τον βραχίονα, που κατόπιν εκτρέπεται προς τα ανοιχτά, παίρνοντας τη μορφή στροβίλου. Κατάντη της «σκιάς» του βραχίονα η ταχύτητα του κυματογενούς ρεύματος βαθμιαία αυξάνεται όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν και η υδροδυναμική κατάσταση δεν επηρεάζεται πλέον από την παρουσία του βραχίονα. Ως αποτέλεσμα έχουμε τη μεταφορά φερτών από τη βάση του έργου (περιοχή του 33

41 στροβίλου) προς τα κατάντη (περιοχή αποκατάστασης του παράκτιου κυματογενούς ρεύματος). Η μεταφορά αυτή δημιουργεί διάβρωση κατάντη του βραχίονα (Σχήμα 2.2). (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 2.2: Εξέλιξη ακτογραμμής παρουσία εγκάρσιου προβόλου (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 2.3: Εξέλιξη ακτογραμμής παρουσία δύο προβόλων (Καραμπάς κ.α, 2015) Κυματοθραύστες παράλληλα στην ακτή Οι κυματοθραύστες παράλληλα στην ακτή και αποσπασμένοι από αυτήν (δηλαδή χωρίς σημείο επαφής με αυτήν), είναι το πλέον σύνηθες μέτρο προστασίας μια ακτής από διάβρωση. Μειώνουν την κυματική δράση πίσω τους και έτσι προστατεύεται η ακτή από τη διαβρωτική δράση των κυματισμών. Συνήθως κατασκευάζεται ένας μεμονωμένος 34

42 κυματοθραύστης ή, με σκοπό να προστατευτούν μεγάλα μήκη ακτών, ένα σύστημα κυματοθραυστών με κάποια απόσταση μεταξύ τους. Κατασκευάζονται, επίσης, κατάντη λιμενικών έργων για να ελεγχθεί η διάβρωση. Η κατασκευή τους μπορεί να συνοδευτεί με τεχνητή τροφοδοσία ακτής, με σκοπό την αύξηση του πλάτους της παραλίας αλλά και τον έλεγχο της διάβρωσης που θα προκληθεί ανάμεσα στα ανοίγματα. Ο συνδυασμός τεχνητής αναπλήρωσης και συστήματος κυματοθραυστών με σχετικά μικρή απόσταση από την ακτή οδηγεί στη δημιουργία τεχνητών ακρωτηρίων (headlands) και μικρών παραλιών τύπου θύλακα (pocket beach) (Σχήμα 2.3). Όταν η απόστασή τους από την ακτή είναι σχετικά μικρή και δημιουργείται tombolo που λειτουργεί πλέον σαν βραχίονας, η στερεοπαροχή παράλληλα στην ακτή διακόπτεται, με αποτέλεσμα την κατάντη διάβρωση. Για μεγαλύτερες αποστάσεις από την ακτή, μέρος της παράκτιας στερεοπαροχής διαπερνά κατάντη, και έτσι η διάβρωση δεν είναι ιδιαίτερα σημαντική. Οι κυματοθραύστες κατασκευάζονται συνήθως με πρανή από λιθορριπή (παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται και στα λιμενικά έργα), αλλά και με ογκόλιθους άοπλου σκυροδέματος. Μπορεί να είναι έξαλοι, χαμηλής στέψης ή ύφαλοι. Στην κατηγορία των κυματοθραυστών αυτών ανήκουν και οι πυθμενικοί τεχνητοί ύφαλοι, καθώς και οι πλωτοί κυματοθραύστες. (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 2.3: Κυματοθραύστες παράλληλα στην ακτή: (α) δημιουργία προεξοχής και tombolo, (β) σύστημα τεχνητών ακρωτηρίων και δημιουργία ακτών τύπου θύλακα (Καραμπάς κ.α,2015). 35

43 Αλληλεπίδραση ακτών και κυματοθραυστών παράλληλα στην ακτή Η κατασκευή κυματοθραυστών παράλληλα σε μια ακτή λειτουργεί ως εμπόδιο στη διάδοση των κυματισμών προς την ακτή και διαταράσσει σημαντικά το κυματικό πεδίο. Θεωρώντας αρχικά εγκάρσια πρόσπτωση κυματισμών, λόγω της παρουσίας του έργου, οι κυματισμοί (εξαιτίας του φαινομένου της περίθλασης) θα έχουν μικρότερο ύψος στη «σκιά» του κυματοθραύστη από ό,τι εκτός του πεδίου επιρροής του και θα θραύονται σε μεγαλύτερο βάθος db και με μεγαλύτερο ύψος θραύσης Hb από αυτούς που μεταδίδονται πίσω από τον κυματοθραύστη. Η ανύψωση της μέσης στάθμης θάλασσας είναι ανάλογη του ύψους του κύματος και του βάθους στο σημείο θραύσης. Συνεπώς, δημιουργούνται διαφορές στη στάθμη της θάλασσας κατά μήκος της ακτής, γεγονός που οδηγεί στη δημιουργία δύο κυματογενών ρευμάτων που κατευθύνονται προς το κέντρο του πεδίου. Τα δύο ρεύματα συναντώνται και κατευθύνονται προς το τεχνικό έργο που αποτελεί στερεό όριο, σχηματίζοντας δύο στροβίλους αντίθετης φοράς. Τα ρεύματα αυτά, με τη βοήθεια και των κυματισμών που συμβάλλουν στην αποσταθεροποίηση των κόκκων και την αυξημένη ικανότητα στερεομεταφοράς (αυξάνοντας τις διατμητικές τάσεις του πυθμένα), μεταφέρουν την άμμο από τα άκρα του πεδίου προς το κέντρο. Εκεί, όπου επικρατεί σχετική κυματική ηρεμία με ελαττωμένη ικανότητα στερεομεταφοράς, την εναποθέτουν. Κατ αυτόν τον τρόπο μεταβάλλεται η αρχική βυθομετρία και δημιουργείται μια προεξοχή (salient) στη «σκιά» του κυματοθραύστη αλλά και πλευρική διάβρωση. Η πρόσχωση αυτή, όταν ο κυματοθραύστης βρίσκεται κοντά στην ακτή, μπορεί να προχωρήσει και να ενωθεί με το παράλληλο έργο σχηματίζοντας tombolo. (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 2.4: Εξέλιξη ακτογραμμής πίσω από κυματοθραύστη παράλληλα στην ακτή και παράμετροι σχεδιασμού της μεθόδου των Silvester and Hsu (1997) (Καραμπάς κ.α, 2015). 36

44 2.2.3 Θωρακίσεις ακτών - παράκτιοι τοίχοι Οι θωρακίσεις των ακτών και οι παράκτιοι τοίχοι αντιστήριξης πρανών κατασκευάζονται πάνω στην ακτή με σκοπό να αποφευχθεί η διάβρωση της ακτής αλλά και να προστατευτούν οι υποδομές (δρόμοι, δίκτυα κ.λπ.) καθώς και οι παράκτιοι οικισμοί από τις πλημμύρες, κάτω από συνθήκες ακραίων ή έντονων καιρικών φαινομένων συνδυασμένης αναρρίχησης κυματισμών και ανόδου της στάθμης της θάλασσας. Σχήμα 2.5: Ενδεικτική Διατομή Θωράκισης Ακτής (Καραμπάς κ.α, 2015). Οι θωρακίσεις ακτών κατασκευάζονται συνήθως από λιθορριπές από φυσικούς ή τεχνητούς ογκόλιθους (Σχήμα 2.5). Οι τραχείς επιφάνειες εμποδίζουν την αναρρίχηση των κυματισμών. Ταυτόχρονα, η διατομή διαμορφώνεται με κατάλληλη διαβάθμιση (ενδιάμεση στρώση-φίλτρο) και γεωύφασμα, ώστε να αποφευχθεί η διάβρωση του φυσικού πρανούς της ακτής, εξασφαλίζοντας έτσι τη σταθερότητά της. 37

45 Σχήμα 2.6: Παράκτιος Τοίχος ( Αλληλεπίδραση ακτών και παράκτιων τοίχων Όπως θα παρουσιαστεί εκτενέστερα στο Κεφάλαιο 3, η κατασκευή των θαλάσσιων τοίχων μειώνει το πλάτος της ζώνης θραύσης και αναρρίχησης και συνεπώς η κυματική ενέργεια δεν υφίσταται σημαντικές απώλειες λόγω της θραύσης. Η μικρότερη απώλεια ενέργειας συνεπάγεται μεγαλύτερη ανάκλαση των κυματισμών στο κατακόρυφο μέτωπο, οι οποίοι μεταδίδονται προς τα ανοιχτά παρασέρνοντας και την άμμο από τον πόδα του τοίχου, με αποτέλεσμα τη διάβρωση της ακτής αλλά και την αστοχία της ίδιας της κατασκευής λόγω της υποσκαφής του πόδα της. 2.3 Αλληλεπίδραση ακτών και λιμενικών έργων 38

46 Τα λιμενικά έργα συνήθως κατασκευάζονται μέσα στην πλέον δραστήρια περιοχή του παράκτιου χώρου, στη ζώνη θραύσης των κυματισμών. Η παρουσία των έργων εμποδίζει ή μεταβάλλει τη συνήθη κυματογενή κυκλοφορία και το ισορροπημένο ισοζύγιο φερτών υλών, καθώς αναμορφώνει τα κυματολογικά δεδομένα με την προκαλούμενη ανάκλαση, περίθλαση και θραύση. Έτσι, τα έργα λειτουργούν σαν παγίδες φερτών, όπως στις περιπτώσεις των βραχιόνων και κυματοθραυστών, προκαλώντας διάβρωση στην κατάντη υπήνεμη πλευρά. Η αντιμετώπιση του προβλήματος της διάβρωσης που προκαλεί η κατασκευή ενός λιμένα γίνεται με λήψη τεχνικών μέτρων, για την προστασία της ακτής από τη διάβρωση ανεξάρτητα από την αιτία. Τέτοια μέτρα είναι: α. Παράκαμψη του λιμένα, με μεταφορά της άμμου από ανάντη στην κατάντη πλευρά. Η μεταφορά μπορεί να γίνει με χερσαία μέσα, είτε με υδραυλικές μεθόδους με πλωτές βυθοκόρους που αναρροφούν μίγμα νερού και άμμου και το μεταφέρουν με αντλίες και αγωγούς, β. Κατασκευή των παράλληλων κυματοθραυστών σε απόσταση από την ακτή, ή κατασκευή προβόλων, γ. Περιοδικός εμπλουτισμός τμημάτων της ακτής με υλικό κατάλληλης κοκκομετρικής διαβάθμισης, και δ. Τέλος, η είσοδος του λιμένα, που συνήθως τοποθετείται στη υπήνεμη πλευρά, είναι ανοιχτή σε κάποιους σχετικά ήπιους ή/και με μικρή συχνότητα εμφάνισης κυματισμούς. Σε περίπτωση τέτοιων κυματικών επεισοδίων, οι φερτές ύλες που μεταφέρονται με τα κυματογενή ρεύματα από το κυματικά διαταραγμένο περιβάλλον εισέρχονται από την είσοδο και αποθέτονται στον αδιατάρακτο χώρο της λιμενολεκάνης, μειώνοντας το βάθος της. Ο λιμένας καθίσταται μη λειτουργικός και απαιτείται βυθοκόρηση για την επαναφορά του πυθμένα στο αρχικό βάθος. Η αντιμετώπιση του προβλήματος της πρόσχωσης γίνεται με τον βέλτιστο σχεδιασμό της χωροδιάταξης και του προσανατολισμού της εισόδου των λιμενολεκανών, ώστε να ελαχιστοποιείται η παγίδευση φερτών υλών ή και με την κατασκευή υπήνεμου μόλου που θα συγκρατεί την άμμο. (Καραμπάς κ.α, 2015). 2.4 Ήπιες Μέθοδοι Προστασίας Ακτών Πρόκειται για Μεθόδους που λαμβάνουν υπόψη την λειτουργία και εξέλιξη την φυσικών διεργασιών στην Παράκτια Ζώνη, στοχεύοντας στην αναίρεση των παραγόντων που 39

47 προκαλούν την Διάβρωση με τρόπο Περιβαλλοντικά παραδεκτό. Δεν συνιστούν υδροφράκτες και συνήθως είναι αθέατα από τους χρήστες της Ακτής κατά το μεγαλύτερο τμήμα τους. Σταδιακά, συμβάλλουν στην αποκατάσταση της φυσικής ισορροπίας της Ακτής σε ότι αφορά το ετήσιο ισοζύγιο των παράκτιων ιζημάτων. Οι τακτικές αυτές μπορούμε να πούμε ότι μιμούνται τη φύση και βοηθούν στην αποκατάσταση της ζημιάς με τρόπο περιβαλλοντικά φιλικό Τεχνητή τροφοδότηση/αναπλήρωση ακτών Η τεχνητή τροφοδότηση των ακτών, δηλαδή η τεχνητή επαναπλήρωση των φερτών με υλικό που μεταφέρεται από βαθύτερα, άλλες ακτές ή ακόμα και από δανειοθαλάμους στην ξηρά (π.χ. προσχωσιγενείς περιοχές ποταμών) θεωρείται μια περιβαλλοντικά φιλική και «ήπια» μέθοδος αντιμετώπισης της διάβρωσης των ακτών. Η μηχανική ή η υδραυλική μεταφορά της άμμου γίνεται με βυθοκόρους, αντλίες, εκσκαφείς, προωθητές γαιών κ.λπ. και εναποτίθεται στην ακτή η οποία και επεκτείνεται προς τη θάλασσα. Διαμορφώνεται συνήθως ένα τεχνητό πρανές, με πλάτος στέψης Δy0 αρκετά μέτρα, ύψος 1 έως 2 m πάνω από τη στάθμη της θάλασσας, με μεγάλη συνήθως κλίση, π.χ. 1:1.5, 1:2 (Σχήμα 2.7). Η αναπλήρωση γίνεται με υλικό με χαρακτηριστική διάμετρο κόκκων d50f, η οποία μπορεί είναι διαφορετική (συνήθως μεγαλύτερη) ή και ίδια με τη χαρακτηριστική διάμετρο κόκκων, d50i, της υφιστάμενης ακτής. Σχήμα 2.7: Αρχικές διατομές τεχνητής αναπλήρωσης: (α) στο παραλιακό μέτωπο και (β) στο υποβρύχιο τμήμα της ακτής (Καραμπάς κ.α, 2015). 40

48 Η τεχνητή αναπλήρωση μπορεί να εφαρμοστεί και στο υποβρύχιο τμήμα της ακτής, διαμορφώνοντας έναν επιμήκη παράλληλο στην ακτή τεχνητό ύφαλο (Σχήμα 7.25β). Ο ύφαλος αυτός αφενός προστατεύει την ακτή (γιατί οι κυματισμοί θραύονται πάνω σε αυτόν και χάνουν σημαντική ποσότητα της ενέργειάς τους), αφετέρου ταυτόχρονα εκτιμάται ότι, κάτω από ήπιες κυματικές συνθήκες εναπόθεσης, θα μεταφερθεί άμμος προς την ακτή διαμορφώνοντας ένα θερινό προφίλ. Κάτω από τη δράση των κυματισμών και των κυματογενών ρευμάτων, όπως μετασχηματιστούν λόγω της παρουσίας του όγκου αναπλήρωσης που θα μεταβάλει τη βαθυμετρία της περιοχής, θα επέλθει εξέλιξη της καλυπτόμενης επιφάνειας («κάτοψης») αλλά και του προφίλ, τείνοντας προς μια νέα ισορροπία. Έτσι, στην περίπτωση διαμόρφωσης τεχνητού πρανούς θα υπάρξουν δύο διαφορετικοί μηχανισμοί απωλειών της άμμου, κάτω από πλάγιες και εγκάρσιες δράσεις κυματισμών: οι πλευρικές απώλειες λόγω των παράκτιων κυματογενών ρευμάτων και οι εγκάρσιες απώλειες προς τα ανοιχτά, όταν οι κυματισμοί που προσπίπτουν κάθετα θα διαμορφώσουν ένα νέο προφίλ ισορροπίας (Σχήμα 2.8). (Καραμπάς κ.α, 2015). Σχήμα 2.8: Εγκάρσιες και πλευρικές απώλειες τεχνητής αναπλήρωσης (Καραμπάς κ.α, 2015). 41

49 Προκύπτει: 1. όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος της άμμου αναπλήρωσης, τόσο μεγαλύτερο πλάτος παραλίας επιτυγχάνεται. 2. όταν χρησιμοποιούνται χονδρόκοκκα ιζήματα, απαιτείται μικρότερη ποσότητα άμμου. Δηλαδή, για να επιτευχθεί ένα συγκεκριμένο πλάτος παραλίας, μπορούμε να προσθέσουμε λιγότερο όγκο άμμου από όσο θα προσθέταμε εάν χρησιμοποιούσαμε υλικό της μικρότερης διαμέτρου. 3. στη συνήθη περίπτωση χρήσης υλικού ίδιας διαμέτρου με το υφιστάμενο υλικό (που προφανώς είναι διαθέσιμο στην περιοχή) θα έχουμε σημαντική διάβρωση και μείωση του πλάτους της παραλίας που αναπληρώθηκε Βυθισμένοι πρόβολοι Στη μέθοδο αυτή εγκαθίστανται πρόβολοι, που κατασκευάζονται από έγχυτο σκυρόδεμα μέσα σε προωθούμενων κυματισμών και όχι στάσιμων. Η μείωση της έντασης του κυματογενούς ρεύματος, άρα και της στερεοπαροχής, έχει σαν αποτέλεσμα την παγίδευση μέρους των φερτών και την αποφυγή της διάβρωσης. Εγκάρσια της ακτής ο κύριος μηχανισμός διάβρωσης είναι το τρισδιάστατο ρεύμα επαναφοράς που μεταφέρει τα φερτά κυρίως σε αιώρηση προς τα ανοικτά, απομακρύνοντάς τα από την ακτή. Η δημιουργία του ρεύματος αυτού οφείλεται στην ανάγκη εξισορρόπησης της ροής μάζας πάνω από την κοιλιά ενός προωθούμενου κυματισμού, Η μερική ανάκλαση και η δημιουργία στάσιμων και όχι προωθούμενων κυματισμών, σε συνδυασμό με τη μείωση της τυρβώδους κινητικής ενέργειας στα φατνώματα, λόγω της θραύσης των κυματισμών πάνω στους υφάλους οδηγεί στη μείωση της έντασης της διάβρωσης. Ωστόσο η παραπάνω διαδικασία δεν έχει ερευνηθεί εκτεταμένα παρά τις κάποιες προσπάθειες με τη χρήση μαθηματικών μοντέλων, που όμως δε θα πρέπει να θεωρηθεί ότι πιστοποιούν τη λειτουργία του συστήματος αυτού. (Καραμπάς κ.α, 2015). 42

50 2.4.3 Βυθισμένοι κυματοθραύστες Οι βυθισμένοι κυματοθραύστες κατασκευάζονται συνήθως από λιθορριπή και ογκόλιθους αλλά και από σκυρόδεμα. Η στέψη τους βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας επιτρέποντας στο νερό να κυκλοφορεί από πάνω τους, πράγμα που βοηθά στην ανανέωση των νερών της λιμενολεκάνης. Λόγω της παρουσίας τους, ένα μέρος της κυματικής ενέργειας ανακλάται προς τα ανοιχτά και ένα μέρος της μεταδίδεται προς την ακτή. Η απόσβεση της κυματικής ενέργειας πραγματοποιείται με τη θραύση πάνω στην κατασκευή ή και μέσω των τυρβωδών ροών στην επιφάνεια και το εσωτερικό τους. Η παρουσία τους παράλληλα στην ακτή μειώνει τη διαβρωτική εγκάρσια δράση των κυματισμών και ενισχύει την πρόσχωση (Καραθανάση, 2004). Οι ΒΚ κατασκευάζονται σε βάθη μεγαλύτερα των 3-4m, συνήθως σε περιοχές με μικρό εύρος παλίρροιας (Μεσόγειος Θάλασσα). Όταν το εύρος της παλίρροιας είναι σημαντικό, η απόσταση της κορυφής των ΒΚ από τη στάθμη της θάλασσας είναι κατά διαστήματα μεγάλη με αποτέλεσμα η επίδρασή τους στην απόσβεση της κυματικής ενέργειας να είναι μικρή και συνεπώς η αποτελεσματικότητά τους μειώνεται. Σε θάλασσες με σημαντικό εύρος παλίρροιας ή όταν έχουμε συχνές διακυμάνσεις της Μέσης Στάθμης Θάλασσας (μετεωρολογική παλίρροια) κατασκευάζονται συνήθως με πολύ μεγαλύτερο πλάτος (artificial reefs) που όμως αυξάνει σημαντικά το κόστος. (Καραμπάς κ.α, 2015). 43

51 Σχήμα 2.9: Μεμονωμένος Βυθισμένος Κυματοθραύστης και σειρά Βυθισμένων Κυματοθραυστών. (Καραμπάς κ.α, 2015). 44

52 Σχήμα 2.10: Σχηματική αναπαράσταση λειτουργίας ΒΚ (Καραμπάς κ.α, 2015). Όπως και οι συμβατικοί κυματοθραύστες, οι ΒΚ δημιουργούν στη σκιά τους μια προστατευόμενη περιοχή όπου μπορεί να σχηματιστεί προεξοχή (salient), για σχετικά μεγάλους λόγους LΑ/LB (LA =απόσταση από την ακτή, LB= μήκος) ή tombolo για μικρούς λόγους LΑ/LB (Σχήμα 211). Αυτό γίνεται λόγω της μορφής των κυματογενών ρευμάτων που δημιουργούνται. Οι κυματισμοί προσπίπτοντας στον ΒΚ χάνουν σημαντικό μέρος της ενέργειάς τους. Στα ενδιάμεσα κενά όμως οι κυματισμοί προωθούνται προς την ακτή έχοντας μεγαλύτερη ενέργεια και συνεπώς θραύονται σε μεγαλύτερα βάθη από ότι αυτοί πίσω από τον κυματοθραύστη. Με το τρόπο αυτό δημιουργούνται διαφορές στη στάθμη της θάλασσας κατά μήκος της ακτής που οδηγούν στην δημιουργία των κυματογενών ρευμάτων. Τα ρεύματα αυτά μεταφέρουν την άμμο (που έχει αποσταθεροποιηθεί από τους κυματισμούς) από τα ενδιάμεσα ανοίγματα προς το κέντρο, μεταβάλλοντας την αρχική βυθομετρία και δημιουργώντας μια προεξοχή ή tombolo στη σκιά του κυματοθραύστη. Ο μηχανισμός είναι παρόμοιος με εκείνο των συμβατικών κυματοθραυστών που κατασκευάζονται παράλληλα στην ακτή.(καραμπάς κ.α, 2015). 45

53 Σχήμα 2.11: Δημιουργία προεξοχής (salient) ή tombolo (Καραθανάση,2004). Στην περίπτωση όμως των ΒΚ υπάρχει μια σημαντική διαφορά από τους συμβατικούς κυματοθραύστες: Όταν οι κυματισμοί περνούν πάνω από τους ΒΚ η μάζα νερού που εισέρχεται στην περιοχή ανάμεσα σε αυτούς και την ακτή, αυξάνει τη Μέση Στάθμη Θάλασσας (ΜΣΘ), με συνέπεια τη δημιουργία ρευμάτων επαναφοράς (προς τα ανοιχτά) μέσα από τα κενά της σειράς ΒΚ. Τα ρεύματα αυτά δημιουργούν διαβρώσεις κυρίως στα κενά μεταξύ των ΒΚ. Οι ΒΚ έχουν μειονεκτήματα όπως και οι συμβατικοί όσον αφορά στην εξέλιξη της ακτογραμμής κατάντη, όπου παρατηρείται διάβρωση. Πράγματι εφόσον στη «σκιά» τους μειώνεται η ενέργειά των κυματισμών, μειώνεται και η ένταση του κυματογενούς ρεύματος και συνεπώς μειώνεται και η στερεοπαροχή παράλληλα στην ακτή. Έτσι, στη «σκιά» των κυματοθραυστών γίνεται εναπόθεση υλικού, το οποίο όμως στερείται από την ακτή που βρίσκεται κατάντη με αποτέλεσμα τη διάβρωσή της. Ωστόσο οι συμβατικοί κυματοθραύστες δημιουργούν κλειστές λιμενολεκάνες, με αντίστοιχη υποβάθμιση της ποιότητας νερού. Επιπλέον η οπτική επίπτωσή τους είναι ιδιαίτερα αρνητική σε περιοχές με θέα υψηλής ποιότητας.(καραμπάς κ.α, 2015) Πλωτοί κυματοθραύστες Οι κυματοθραύστες χρησιμοποιούνται κυρίως για την προστασία των παράκτιων περιοχών από τους κυματισμούς. Ο πλέον διαδεδομένος τύπος κυματοθραυστών που εφαρμόζεται σήμερα είναι οι σταθερά εδραζόμενοι στον πυθμένα κυματοθραύστες, οι οποίοι παρέχουν αποτελεσματική μείωση της ενέργειας των προσπίπτοντων κυματισμών. 46

54 Οι πλωτοί κυματοθραύστες αντιπροσωπεύουν μια εναλλακτική λύση για να προστατεύσουν μια παράκτια περιοχή από τους κυματισμούς, έναντι των συμβατικών σταθερών κυματοθραυστών. Μπορεί να είναι αποτελεσματικοί κυρίως στις παραλιακές περιοχές με ήπιες περιβαλλοντικές συνθήκες κυμάτων. Επομένως, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στοχεύοντας να προστατεύσουν τα μικρά λιμάνια, τις μαρίνες ή την ακτή, στοχεύοντας στον έλεγχο της διάβρωσης. Μερικοί από τους παράγοντες που ευνοούν την χρήση πλωτών κυματοθραυστών είναι: Κακή ποιότητα εδάφους: Οι πλωτοί κυματοθραύστες είναι μια κατάλληλη λύση όπου οι κακή ποιότητα εδάφους θεμελίωσης απαγορεύει την εφαρμογή εδραζόμενων στον πυθμένα κυματοθραυστών. Βαθιά νερά: Σε βάθη νερού παραπάνω από 6μ, οι συμβατικοί κυματοθραύστες είναι συχνά ακριβότεροι από τους πλωτούς κυματοθραύστες. Ποιότητα νερού: Οι πλωτοί κυματοθραύστες παρουσιάζουν ελάχιστες αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις λόγω του μικρού τους βυθίσματος (της τάξης του 1 m), δεν παρεμποδίζεται η κυκλοφορία και η ανανέωση των νερών καθώς και η μετανάστευση των ψαριών. Προβλήματα πάγου: Οι πλωτοί κυματοθραύστες μπορούν να αφαιρεθούν και να ρυμουλκηθούν στις προστατευόμενες ζώνες εάν υπάρχει πρόβλημα λόγω σχηματισμού πάγου. Οπτική όχληση: Οι πλωτοί κυματοθραύστες έχουν μηδαμινή οπτική όχληση και παρουσιάζουν μια ελάχιστη παρείσφρηση στον ορίζοντα, ιδιαίτερα για τις περιοχές με τις υψηλό εύρος παλίρροιας. Επαναδιάταξη κυματοθραυστών: Οι πλωτοί κυματοθραύστες μπορούν συνήθως επαναδιαταχθούν και να χωροθετηθούν σε διαφορετικό μέρος με σχετική ευκολία. (Καραμπάς κ.α, 2015). 47

55 Σχήμα 2.12: Βιομηχανικά παραγόμενος πλωτός κυματοθραύστη ( 48

56 Κεφάλαιο 3 ο : Θαλάσσιοι Τοίχοι 3.1 Χρησιμότητα των Παράκτιων Ζωνών Οι παράκτιες ζώνες έχουν αποδειχτεί ιδιαίτερα σημαντικές για την εξέλιξη μιας κοινωνίας παρουσιάζοντας σημαντική ανάπτυξη με εγκαταστάσεις και ένα δίκτυο διεθνούς επικοινωνίας που ξεκινάει από εκεί. Σύμφωνα με την ιστορία της ανθρωπότητας οι παράκτιες περιοχές, το σύνορο μεταξύ στεριάς και θάλασσας, κατέχουν σημαντικό ρόλο στην κοινωνία και αποτελούν τοποθεσίες για ανθρώπινες εγκαταστάσεις και ισχυρές αγροτικές οικονομίες. Επιπροσθέτως τα δέλτα και οι εκβολές των ποταμών είναι ύψιστης σημασίας τόσο από οικολογικής όσο και από οικονομικής άποψης φιλοξενώντας τα δύο τρίτα του παγκόσμιου πληθυσμού. Πολλές ισχυρές οικονομικά και μεγάλες πόλεις έχουν αναπτυχθεί στην παράκτια ζώνη όπως η Σανγκάη, το Λονδίνο, η Μπανκόγκ, η Βενετία και η Νέα Ορλεάνη. Οι ζώνες αυτές ωστόσο είναι ιδιαίτερα επιρρεπείς στις επιδράσεις της φύσης και του ανθρώπου και πολύ ασταθείς. Η διάβρωση και η απώλεια μεγάλων ποσοτήτων άμμου από τις παραλίες είναι η μεγαλύτερη απόδειξη αστάθειας. Τέτοια φαινόμενα όπως η διάβρωση και η υποχώρηση των ακτογραμμών απειλούνε τις ανθρώπινες εγκαταστάσεις των παράκτιων περιοχών, τα λιμάνια, τις παράκτιες περιοχές αναψυχής και τους υγρότοπους. Αυτές οι επιδράσεις αναμένεται να γίνουν σοβαρότερες τα επόμενα χρόνια ως συνέπεια της κλιματικής αλλαγής οδηγώντας σε αύξηση της μέσης στάθμης της θάλασσας. Συμπεραίνεται λοιπόν πως τόσο η μικρής έκτασης όσο και η μακροχρόνια παράκτια διάβρωση πρέπει να θεωρηθεί σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα και να αντιμετωπιστεί ως τέτοιο. Η ορθότερη και σε βάθος ενημέρωση της συμπεριφοράς και της αστάθειας των αμμωδών παραλιών και η κατανόηση της πιθανής επίδρασης των ανθρώπινων δραστηριοτήτων και εγκαταστάσεων στις παραλίες κρίνεται επιτακτική ανάγκη. Χρειάζονται προσπάθειες για την καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς των παράκτιων περιοχών και η ανάπτυξη μεθόδων για τον καθορισμό της συμπεριφοράς των παραλιών. (Hans Hanson and Gunnar Lindh 1993) Χρήσεις της παράκτιας περιοχής Το περιβάλλον της παράκτιας ζώνης δέχεται έντονες πιέσεις από την ανάπτυξη δόμησης κατοικίας, παραθερισμού καθώς και άλλων δραστηριοτήτων. Οι βασικές κατηγορίες χρήσεων γης του παράκτιου χώρου είναι η αστική δόμηση, οι βιομηχανικές περιοχές, οι περιοχές με τουριστική ανάπτυξη, οι γεωργικές καλλιέργειες, οι δασικές περιοχές, οι υδάτινοι αποδέκτες (ποτάμια, λίμνες, θάλασσα), οι αρχαιολογικοί χώροι, οι εξορυκτικές περιοχές, οι περιοχές μεταφορών, οι χώροι αθλητικών εγκαταστάσεων και οι χέρσες εκτάσεις (Σχήμα 3.1) 49

57 Σχήμα 3.1: Χρήσεις της παράκτιας ζώνης Παράκτια Διάβρωση ένα Παγκόσμιο Φαινόμενο Οι παράκτιες ζώνες υποβάλλονται σε φαινόμενα μόλυνσης και άλλα οικολογικά και περιβαλλοντικά ζητήματα όπως αυτό της διάβρωσης στο οποίο δεν έχει δοθεί η πρέπουσα σημασία. Πρόκειται για ένα πρόβλημα καλπάζουσας μορφής αφού το 20% των ακτών παγκοσμίως είναι αμμώδεις και από αυτές το 70% έχει υποστεί σοβαρή διάβρωση τις τελευταίες δεκαετίες. Η περιορισμένη ικανότητά μας να ερμηνεύσουμε τις τρέχουσες διαδικασίες παράκτιας διάβρωσης είναι συνέπεια της έλλειψης κατανόησης των φαινομένων στερεομεταφοράς έξω από την ζώνη θραύσης. Αυτό που βλέπουμε εμείς είναι οι κινήσεις μεγάλης κλίμακας που λαμβάνουν χώρα στο σύνορο στεριάς θάλασσας. Σύμφωνα με μελέτες αποδεικνύεται πως οι παραλίες "πασχίζουν" να έρθουν σε κατάσταση ισορροπίας η οποία σημαίνει ισορροπία μαζών στο προφίλ της παραλίας. Η υποχώρηση της ακτογραμμής και κατά συνέπεια η απώλεια παραλίας έχει άμεσες και έμμεσες συνέπειες για τις παράκτιες κοινότητες και δημιουργεί συγκρούσεις ανάμεσα στις ενδιαφερόμενες ομάδες. (Hans Hanson and Gunnar Lindh 1993). Είναι επίσης προφανές πως οποιαδήποτε διατάραξη της παραλίας έχει εμφανή αποτελέσματα στην παράκτια ζώνη και μπορεί να προκαλέσει αλλαγές στην κυκλοφορία του νερού και τη μεταφορά ιζήματος και να ανασχηματίσει την παραλία. Σύμφωνα με έρευνες τα κύματα κατά τη θερινή περίοδο μεταφέρουν την άμμο προς την ακτή ενώ τα κύματα της 50

58 χειμερινής περιόδου την απομακρύνουν. Η μακροχρόνια διάβρωση η οποία προκαλείται κατά τη χειμερινή περίοδο δημιουργεί μια μη αντιστρέψιμη κατάσταση αφού τα κύματα κατά τους θερινούς μήνες αδυνατούν να αποκαταστήσουν το "έλλειμμα". Για αιώνες η κατάσταση αυτή οδήγησε τους κατοίκους στην αναζήτηση μιας δραστικής λύσης για την αντιμετώπιση της διάβρωσης Βιώσιμη Διαχείριση της Παράκτιας Ζώνης Η όρος βιώσιμη ανάπτυξη έχει εμφανιστεί τα τελευταία χρόνια και στο παράκτιο περιβάλλον. Γίνεται προσπάθεια να διασφαλιστεί η ισορροπία ανάπτυξης του τρίπτυχου Κοινωνία- Οικονομία και Περιβάλλον ενώ απαραίτητη προϋπόθεση κρίνεται η εφαρμογή ενός συνόλου γενικών αρχών. Γενικός στόχος είναι να γίνει πράξη αυτό που ονομάζουμε αειφόρο ανάπτυξη στις παράκτιες ζώνες, να επιτευχθεί δηλαδή η ορθολογική διαχείριση των παράκτιων πόρων με τρόπο που να εξασφαλίζει τόσο την ποιότητα ζωής του υπάρχοντος πληθυσμού όσο και την ικανότητα των μελλοντικών γενιών να ικανοποιήσουν τις δικές τους ανάγκες. Η αειφόρος λοιπόν ανάπτυξη στην περίπτωση αυτή, κρίνεται μια σύνθετη και πολύπλοκη διαδικασία αν αναλογιστεί κανείς την ευπάθεια της παράκτιας ζώνης, το δυναμικό χαρακτήρα της και τις ιδιαιτερότητες των οικοσυστημάτων της. Η αποτελεσματική αντιμετώπιση των προβλημάτων της παράκτιας ζώνης πρέπει να γίνεται με γνώμονα τη φέρουσα ικανότητα του οικοσυστήματος, δηλαδή την ορισμένη ικανότητα ανάπτυξης ανθρωπογενών συστημάτων. Με τον τρόπο αυτό θα εξασφαλιστεί η υψηλή ποιότητα του φυσικού περιβάλλοντος και θα αποφευχθεί η αλλοίωση του. Απαιτείται επομένως μια ολοκληρωμένη προσέγγιση με τη συμμετοχή όλων των εμπλεκόμενων φορέων και την ενημέρωση και συμμετοχή του κοινού στις διαδικασίες λήψης αποφάσεων. «Η ΟΔΠΖ είναι ένα εργαλείο για την ολοκληρωμένη διαχείριση όλων των θεσμικών και πολιτικών διεργασιών που επηρεάζουν την παράκτια ζώνη, που ασχολούνται με τις αλληλεπιδράσεις ξηράς-θάλασσας όσον αφορά στις παράκτιες δραστηριότητες, με έναν οργανωμένο τρόπο, έτσι ώστε να στοχεύει στη βιώσιμη ανάπτυξη των παράκτιων και θαλάσσιων περιοχών. Διασφαλίζει ότι οι διαχειριστικές ή αναπτυξιακές αποφάσεις λαμβάνονται με συνέχεια ανάμεσα στους διάφορους τομείς.» (Παρουσιάσεις Μαθήματος Ι. Κρεστενίτης, 2016) Oι στόχοι, οι οποίοι επιδιώκονται να επιτευχθούν μέσα από την OΔΠZ και αποσκοπούν στη βιώσιμη ανάπτυξη των παράκτιων περιοχών, είναι: H διατήρηση υψηλής ποιότητας παράκτιου περιβάλλοντος, 51

59 Προστασία της βιοποικιλότητας, Έλεγχος των ρύπων, Διατήρηση καίριας σημασίας ενδιαιτημάτων, Bελτίωση καίριας σημασίας οικολογικών διαδικασιών, Bιώσιμη χρήση των φυσικών πόρων, Προσδιορισμός των περιοχών: α) στις οποίες μπορούν να αναπτυχθούν ανθρώπινες δραστηριότητες, β) που πρέπει να διατηρηθούν, Θέσπιση προδιαγραφών για τον καθορισμό των χρήσεων γης στις παράκτιες περιοχές, Kαθορισμός προδιαγραφών για την ανάπτυξη δραστηριοτήτων στις παράκτιες περιοχές. 3.2 Στρατηγικές Διαχείρισης της Παράκτιας Διάβρωσης Οι αιτίες της παράκτιας διάβρωσης είναι πολλές. Κάποιες σχετίζονται με την κίνηση του φλοιού της γης, την αύξηση της στάθμης της θάλασσας, τις καθιζήσεις, την απώλεια του αποθέματος ιζήματος και την αύξηση των βροχοπτώσεων ενώ άλλες με την διακοπή των παράκτιων τάσεων από μία κατασκευή, την αλλαγή στο μέγεθος και την κατεύθυνση των προσπίπτοντων κυματισμών εξαιτίας της μεταβλητότητας του κυματικού κλίματος καθώς και τις αλλαγές στους κυματισμούς που προέρχονται από την εγκατάσταση μιας κατασκευής για την θωράκιση της παραλίας. Η διάβρωση αποτελεί ένα φυσικό φαινόμενο το οποίο μπορεί να είναι μακροπρόθεσμο ή και προσωρινό. Ανάλογα με την αιτία και την διάρκεια της διάβρωσης μια κατάλληλη τακτική σταθεροποίησης της ακτής πρέπει να εφαρμοστεί αν απειλούνται οι ανθρώπινες υποδομές ο δρόμοι και ο παραλίες. Το ζήτημα που τίθεται είναι αν θα πρέπει να εγκαταλειφθεί η περιοχή και να γίνει επανεγκατάσταση ή αν κρίνεται ορθότερο να θωρακιστεί έναντι της διάβρωσης με κατασκευές. Η επανεγκατάσταση είναι ίσως σταδιακή και περιοδική κίνηση οπισθοδρόμησης. Συνεπώς υπάρχουν διάφορες προοπτικές όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.2. Αν η κοινότητα επανεγκατασταθεί ενδέχεται η παραλία να παραχωρηθεί στο "έλεος" της φύσης χωρίς καμιά ανθρώπινη παρέμβαση ή προσπάθεια σταθεροποίησης της ακτής. Η σταδιακή απώλεια της παραλίας θα οδηγήσει στην σταδιακή απώλεια της πανίδας που κατοικεί εκεί. Μια ακόμα συνέπεια είναι η εξαναγκαστική απώλεια της περιουσίας στην παράκτια ζώνη. Αν εφαρμοστεί αυτή η εναλλακτική επομένως, οι ιδιοκτήτες ή ο δημόσιος τομέας θα διεκδικήσουν την ιδιοκτησία των περιοχών αυτών και η κατάσταση θα γίνει αρκετά περίπλοκη. Αν επιλεχθεί η εναλλακτική της σταθεροποίησης της ακτής, πολλές λύσεις είναι διαθέσιμες, κατασκευαστικές και μη, όπως και συνδυαστικές οι οποίες δεν έχουν τα ίδια αποτελέσματα. Για παράδειγμα η αναπλήρωση 52

60 της ακτής με άμμο, συμβάλλει στη μετακίνηση της ακτογραμμής προς τη θάλασσα προστατεύοντας έτσι την παραλία από τη διάβρωση αλλά δεν παρέχει επαρκή προστασία έναντι της κυματικής δράσης και της πλημμύρας. Η σταθεροποίηση με θαλάσσιους τοίχους και αναπλήρωση ακτών συχνά συνδυάζονται: οι τοίχοι σταθεροποιούν και προστατεύουν την τοποθεσία πίσω τους και παρέχουν προστασία στην ακτή έναντι πλημμύρας, ενώ η αναπλήρωση με άμμο παρέχει μια ιδανική παραλία για αναψυχή και μερική προστασία για τον ίδιο τον τοίχο. Ο Kunz(1987) περιέγραψε τα αποτελέσματα μιας επιτυχούς λύσης σταθεροποίησης της ακτής, που συνδυάζει αναπλήρωση με άμμο και έναν θαλάσσιο τοίχο σε μια παραλία στα ανατολικά νησιά Frisian στη δυτική Γερμανία. Στις ΗΠΑ η παραλία Virginia είναι ένα παράδειγμα αποτελεσματικής μακροπρόθεσμης προστασίας της ακτής με θαλάσσιους τοίχους και διαφράγματα συνδυαστικά με περιοδική αναπλήρωση με άμμο. (Nicholas C. Kraus, 1988). Σχήμα 3.2: Στρατηγικές Διαχείρισης της Παράκτιας Διάβρωσης (Nicholas C.Kraus, 1988) 53

61 Σχήμα 3.3: Πιθανές επιπτώσεις Παράκτιων Τοίχων (Nicholas C. Kraus, 1988) Σκληρές Κατασκευές και Διάβρωση Σε αμμώδεις ακτές το απόθεμα της άμμου, η προσπίπτουσα κυματική ενέργεια και η στάθμη της θάλασσας είναι τρεις μεταβλητές που καθορίζουν τη θέση της ακτογραμμής. Η μεταβαλλόμενη ισορροπία ανάμεσα στις τρεις αυτές μεταβλητές είναι που προκαλεί τη διάβρωση ή την πρόσχωση. Για παράδειγμα η μακροχρόνια αύξηση της στάθμης της θάλασσας θα προκαλέσει διάβρωση της ακτής προς τη στεριά. Για το λόγο αυτό συμπεραίνουμε πως οποιαδήποτε δράση αναλαμβάνεται για να διευθετήσει το πρόβλημα της διάβρωσης πρέπει να περιλαμβάνει τον καθορισμό της σχέσης μεταξύ αυτών των τριών μεταβλητών και την παραλία. Μια κατασκευή που έχει ως σκοπό να θωρακίσει την ακτή καθορίζει το πως αυτές οι τρεις μεταβλητές αλληλεπιδρούν με την ακτή. Για παράδειγμα αποτρέπεται η προσπίπτουσα κυματική ενέργεια από το να φτάσει στις κατοικημένες περιοχές και η άμμος από το να διαβρωθεί και το επίπεδο της θάλασσας σταθεροποιείται με τη βοήθεια του θαλάσσιου τοίχου. Μια παράκτια κατασκευή είναι αποτελεσματική στο να προστατεύει την ακτή πίσω της μέχρι τη στιγμή που το κύμα θα ξεπεράσει το ύψος της 54

62 κατασκευής αυτής και οι περιοχές πίσω της θα πλημμυρίσουν. Τόσο εργαστηριακές όσο και δοκιμές πεδίου έχουν δείξει πως όταν μια σκληρή κατασκευή έρχεται σε επαφή με τα προσπίπτοντα κύματα η κατασκευή αυξάνει την κυματική ενέργεια και επομένως και τη διάβρωση μπροστά και δίπλα στον τοίχο. Επιπλέον αν μια κατασκευή εμποδίζει τη φυσική διάβρωση ή διακόπτει την φυσιολογική στερεομεταφορά θα μειωθεί το απόθεμα άμμου. Από αυτές τις παρατηρήσεις συμπεραίνεται πως μια σκληρή κατασκευή που έχει σκοπό να θωρακίσει την ακτή θα προστατέψει την ακτή πίσω της αλλά όχι την παραλία μπροστά και δίπλα της. Ενώ κάποιες κατασκευές έχουν προστατέψει επιτυχώς την ακτή πίσω τους με πολύ μικρό κόστος για την παραλία μπροστά τους και δίπλα, κάποιες άλλες είναι μόνο μερικώς αποτελεσματικές στην προστασία της ακτής με αρνητικές συνέπειες για την μπροστινή και τη διπλανή παραλία. Στην περίπτωση που μια αμμώδης ακτή υπόκειται σε μακροχρόνια διάβρωση κάτω από φυσικές συνθήκες η διάβρωση συνεχίζει αμείωτη και το σύστημα αναζητά πλέον μια νέα ισορροπία ανάμεσα στο απόθεμα άμμου, τη στάθμη της θάλασσας και την κυματική ενέργεια. Αυτό τυπικά σημαίνει πως το σύστημα αυτό θα διατηρήσει προσεγγιστικά το ίδιο πλάτος της παραλίας και η ακτή πίσω θα διαβρωθεί σταδιακά. Ωστόσο όταν η διάβρωση απειλεί την αστική ανάπτυξη πρέπει να ληφθεί μια αποτελεσματική δράση. Όταν ένας θαλάσσιος τοίχος κατασκευαστεί, η ακτή υποχωρεί, διαβρώνεται και τα προσπίπτοντα κύματα αλληλεπιδρούν με τον τοίχο. Αρχικά τα κύματα ανακλώνται από την κατασκευή και προκαλούν σκάμμα στη βάση της. Καθώς αυξάνονται τα προσπίπτοντα κύματα μπροστά στην κατασκευή, αυξάνεται η ανακλώμενη κυματική ενέργεια και κατ' επέκταση η διάβρωση μπροστά και δίπλα στην κατασκευή. Σ αυτή τη φάση το "στεγνό" κομμάτι περιορίζεται προς την ακτή λόγω της κατασκευής. Η διάβρωση στις πλευρές που δεν προστατεύονται από τον τοίχο θα αυξηθεί. Αν η κανονική διάβρωση συνεχιστεί μπροστά από την κατασκευή, ο τοίχος θα αλληλεπιδράσει με τα κύματα στα διάφορα στάδια της παλίρροιας και το μοναδικό κομμάτι ακτής που θα παραμείνει μπροστά από τον τοίχο είναι η υγρή άμμος ανάμεσα από την υψηλή και τη χαμηλή παλίρροια. Οι πλευρές της ακτής που δεν προστατεύονται από τον τοίχο θα υποστούν διάβρωση σε βαθμό μεγαλύτερο από το βαθμό που θα διαβρώνονταν πριν από την κατασκευή του τοίχου και ο τοίχος θα εμποδίσει την παράκτια στερεομεταφορά. Αν αυτή η διαδικασία συνεχιστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα ο τοίχος λειτουργεί σαν παγίδα φερτών υλικών από τη μία πλευρά και αυξάνει τη διάβρωση στα κατάντη. 3.3 Θαλάσσιοι τοίχοι είδη και τύποι Οι σκληρές κατασκευές όπως προαναφέρθηκε περιλαμβάνουν τη θωράκιση των παραλιών για να τις σταθεροποιήσουν και να εμποδίσουν την περεταίρω υποχώρηση τους. Μια ευρέως 55

63 διαδεδομένη πρακτική είναι ο θαλάσσιος τοίχος, μια τοιχοποιία ή ένας σωρός από πέτρες σχεδιασμένη έτσι ώστε να αποκρούει τα κύματα και να διατηρεί σταθερή την ακτή. Οι θαλάσσιοι τοίχοι χρησιμοποιούνται για την προστασία της ακτής είτε μόνοι τους είτε σε συνδυασμό με άλλα έργα ή δράσεις και είναι ο συνηθέστερος τρόπος αντιμετώπισης της διάβρωσης. Κατασκευάζονται κυρίως σε περιοχές που η περεταίρω διάβρωση της ακτής θα οδηγήσει σε μεγάλη καταστροφή. Υπάρχουν διάφορα είδη τοίχων όπως αυτοί με χαλύβδινες επιστρώσεις, κατασκευές από βράχο, συμπαγείς πέτρες, τοίχοι από τούβλα και συρματοκιβώτια. Άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους είναι το ξύλο, το πλαστικό και το τσιμέντο, το ατσάλι και το αλουμίνιο. Οι θαλάσσιοι τοίχοι μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες το θαλάσσιο τοίχο, το διάφραγμα και το ανάχωμα. Σε γενικές γραμμές είναι συμπαγείς κατασκευές που σχεδιάζονται για να αντέξουν τις δυνάμεις των προσπίπτοντων κυμάτων. Τα διαφράγματα είναι μικρότερα σε μέγεθος είναι σχετικά μικροί και χαμηλοί τοίχοι που χρησιμοποιούνται για να αντέξουν τους κυματισμούς να συγκρατήσουν τη γη και να την προστατέψουν από τη διάβρωση και όχι για να διαφυλάξουν τα κτίρια. Το ανάχωμα είναι ένας συνηθισμένος τύπος τοίχου που χτίζεται σε πλαγιές προς τη θάλασσα ή διαβρωμένες επιφάνειες και κατασκευάζεται από ογκόλιθους. Το πλεονέκτημα αυτής της κατασκευής είναι ότι έχει πολλές τρύπες και απορροφάει μέρος του νερού του θραυόμενου κυματισμού μειώνοντας έτσι τη μετακίνηση της άμμου και την ανάκλαση των κυμάτων. Είναι πιο ελαφρές κατασκευές από τις άλλες καθώς στοχεύουν στην προστασία της ακτής έναντι διάβρωσης από τα ρεύματα και τα μικρά κύματα. Οι τρεις αυτές κατηγοριές συχνά συνοψίζονται στον όρο θαλάσσιοι τοίχοι. Σχήμα 3.4: Είδη και Τύποι Θαλάσσιων Τοίχων ( Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί πως πρόκειται για κατασκευές αρκετά δαπανηρές που απαιτούν κατάλληλη κατασκευή και επίβλεψη. Η μπροστινή όψη των τοίχων είναι ιδιαίτερα σημαντική για την εκτροπή της κυματικής ενέργειας του προσπίπτοντος κύματος. Οι λείες 56

64 κάθετες κατασκευές είναι λιγότερο αποτελεσματικές στο να διαχέουν την κυματική ενέργεια προς τη θάλασσα και την ανακλούν ενώ οι ακανόνιστες επιφάνειες διασκορπίζουν την κατεύθυνση ανάκλασης των κυμάτων. Οι κεκλιμένες ενισχύουν τη θραύση των κυμάτων και επομένως τον διασκορπισμό της κυματικής ενέργειας. Τα κύματα ασκούν μεγάλες δυνάμεις και μεταφέρουν την άμμο προς και από την ακτή μακριά από την κατασκευή. Ιδανικότερες κλίσεις, 1:3 ελαχιστοποιούν το σκάμμα στον πόδα της κατασκευής εξαιτίας της κυματικής ανάκλασης. Η ποσότητα των ιζημάτων επηρεάζεται επίσης από την κατασκευή των παράκτιων τοίχων. Το πρόβλημα δημιουργείται καθώς η μικρή άμμος αντικαθίσταται από μεγαλύτερα ιζήματα που δεν διαβρώνονται. Η ανάκλαση προκαλεί αναταραχή εγκλωβίζοντας τα ιζήματα και καθιστά την περιοχή περισσότερο ευπαθή στη διάβρωση Σχήμα 3.5: Θαλάσσιοι Τοίχοι, Διάφραγμα και Ανάχωμα ( Λειτουργία των Θαλάσσιων Τοίχων Στόχος στο σημείο αυτό είναι να διασαφηνιστεί η λειτουργία των θαλάσσιων τοίχων να προωθηθεί η περεταίρω έρευνα σε κάθε περιοχή που αντιμετωπίζει διάβρωση για την 57

65 προστασία της ακτής και να παρέχονται πληροφορίες για την ορθότερη διαχείριση των πολύτιμων παράκτιων πόρων. Το σύνορο αυτό μεταξύ στεριάς- θάλασσας όπως προαναφέρθηκε στοχεύει στην προστασία της ακτής πίσω του και όχι στην προστασία της παραλίας με την οποία συνορεύει και της διπλανής παραλίας. Από τότε που ξεκίνησε η κατασκευή τους κατά μήκος των ακτών που έχουν υποστεί διάβρωση συνάγεται το συμπέρασμα πως συνεισφέρουνε στη διάβρωση και δεν την αντιμετωπίζουν. Όταν λοιπόν ο θαλάσσιος τοίχος κατασκευάζεται σε μια παραλία που έχει υποστεί διάβρωση οι υπάρχουσες διαδικασίες διάβρωσης θα συνεχίσουν να δρουν μειώνοντας το πλάτος της παραλίας μπροστά στον τοίχο και τελικά η παραλία θα εξαφανιστεί αν υπάρχει ανεπαρκές απόθεμα ιζήματος αφού ο τοίχος λειτουργεί σαν εμπόδιο στην φυσική αναπλήρωση του ιζήματος που διαβρώνεται. Η κατασκευή αυτή αποτρέπει περαιτέρω υποχώρηση της ακτογραμμής αλλά δεν σταματά τις φυσικές διεργασίες που προκαλούν διάβρωση. Ο βαθμός στον οποίο η διάβρωση επηρεάζεται από τον θαλάσσιο τοίχο εξαρτάται από την τοποθεσία του τοίχου σχετικά με το ενεργό μέρος της ακτής και τη δράση των κυμάτων στα οποία υπόκειται. Οι τοίχοι αυτοί αλλοιώνουν την παραλία με τρεις τρόπους: Η ίδια η κατασκευή του θαλάσσιου τοίχου στην παραλία μέσα στη ζώνη υψηλής και χαμηλής παλίρροιας οδηγεί αυτόματα σε άμεση απώλεια του χώρου αναψυχής της παραλίας. Παθητική διάβρωση: όταν μια σκληρή κατασκευή χτίζεται κατά μήκος μιας ακτής που υπόκειται σε μακροχρόνια διάβρωση, η ακτογραμμή θα μετακινηθεί προς την ακτή και πιθανόν πίσω από την κατασκευή. Αυτό θα οδηγήσει σε σταδιακή απώλεια της παραλίας μπροστά από τον τοίχο ή το ανάχωμα όσο αυξάνεται το βάθος του νερού μπροστά από τον τοίχο. Έτσι ενώ οι ανθρώπινες κατασκευές θα διαφυλαχτούν η κοινόχρηστη παραλία θα εξαφανιστεί. Αυτή η διαδικασία της παθητικής διάβρωσης είναι ανεξάρτητη του τύπου του θαλάσσιου τοίχου που κατασκευάστηκε. Τελικά η παθητική διάβρωση θα καταστρέψει το μέρος της παραλίας που διατίθεται για αναψυχή αν δεν ανεφοδιαστεί η παραλία. Η εκτεταμένη παθητική διάβρωση επίσης θα οδηγήσει στην εξαφάνιση των περιοχών θραύσης των κυμάτων που διατίθεται για σερφ. Ενεργητική διάβρωση: Αναφέρεται στη σχέση αλληλεπίδρασης μεταξύ τοίχου και παραλίας που οφείλεται στην ανάκλαση των κυμάτων, στο "σκάψιμο" που προκαλούν τα κύματα και άλλες παράκτιες διαδικασίες, η παρουσία του τοίχου στις οποίες θα αυξήσει το ποσοστό απώλειας της παραλίας. Η διαδικασία αυτή έχει σχέση με την τοποθεσία και εξαρτάται από την εισαγωγή της άμμου, το κυματικό κλίμα και άλλους τοπικούς παράγοντες. 58

66 3.3.2 Αλληλεπίδραση Τοίχου- Παραλίας ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ Όπως διατυπώθηκε παραπάνω η κατασκευή του θαλάσσιου τοίχου έχει στόχο την προστασία της ακτής πίσω του. Όταν λοιπόν κατασκευάζεται ο τοίχος όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.6 με σκοπό να θωρακίσει την ακτή, δεν συμβάλλει στη διαδικασία της διάβρωσης της παραλίας όταν η απόσταση από τη θάλασσα είναι αρκετά μεγάλη καθώς ο κυματισμός χάνει την ενέργειά του μέχρι να φτάσει στον τοίχο. Ωστόσο λόγω της κλιματικής αλλαγής, των έντονων καιρικών φαινομένων, των ανθρώπινων παρεμβάσεων στο παράκτιο οικοσύστημα που προκαλεί την παρεμπόδιση της φυσικής αναπλήρωσης των ακτών και των άλλων παραγόντων οι διαδικασίες της διάβρωσης θα συνεχίσουν να δρουν και το προφίλ της παραλίας θα αλλάξει όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.6. Αν η επίδραση της διάβρωσης συνεχιστεί από εδώ και πέρα ο τοίχος υπόκειται στη δράση των κυματισμών εντονότερα καθώς η μεταξύ τους απόσταση έχει μειωθεί σημαντικά και εντείνει τη διάβρωση τόσο στην παραλία που έχει απομείνει μπροστά του όσο και στη διπλανή παραλία. Σχήμα 3.6: Προφίλ της παραλίας α)κατά την κατασκευή του τοίχου και β)μετά από καιρό ( Η παραλία μπροστά από το θαλάσσιο τοίχο σταδιακά εξαφανίζεται και η άμμος διαβρώνεται φτάνοντας κάτω από το επίπεδο του νερού. Το ίζημα που διαβρώνεται 59

67 μεταφέρεται στα ανοιχτά και σχηματίζεται μια οριζόντια επιφάνεια από το θαλάσσιο τοίχο ως τη ζώνη θραύσης. Ο βαθμός μεταφοράς ιζήματος μειώνεται όσο πιο πολύ διαβρώνεται η ακτή επειδή ο διασκορπισμός της ενέργειας μειώνεται όσο περνάει η ώρα. Επίσης όσο αυξάνεται το βάθος έχουμε περισσότερο ανάκλαση των κυμάτων και λιγότερο θραύση. Στο Σχήμα 3.7 παρουσιάζεται η διαδικασία της διάβρωσης σε μια παραλία με έναν θαλάσσιο τοίχο. Στο α φαίνεται η παραλία σε ισορροπία με το προσπίπτον κυματικό κλίμα. Αν ανέβει η στάθμη της θάλασσας θα αλλάξει η ισορροπία και θα ανέβει σε νέο επίπεδο. Για να επιτευχθεί αυτό απαιτείται επιπρόσθετη άμμος η οποία πρέπει κανονικά να παρέχεται από την ίδια την παραλία καταλήγοντας σε μια υποχώρηση όπως φαίνεται στο σχήμα c. Η περιοχή Ε που έχει υποστεί διάβρωση πρέπει να ισορροπήσει την περιοχή απόθεσης D. Αν κατασκευαστεί ένας τοίχος (Σχήμα d) ένα κομμάτι της ζώνης που έχει υποστεί διάβρωση Χ δεν μπορεί πλέον να τροφοδοτήσει την ζώνη απόθεσης με φυσικές διαδικασίες με αποτέλεσμα το πάχος του στρώματος της απόθεσης να μειώνεται και το βάθος του νερού να αυξάνεται. Επίσης η ανάκλαση των κυμάτων από τον τοίχο προκαλεί αύξηση του βάθους κοντά στην κατασκευή προσθέτοντας μια επιπλέον ποσότητα άμμου στην άμμο που έχει διαβρωθεί. Επομένως στην περίπτωση που έχει κατασκευαστεί ο θαλάσσιος τοίχος η συνολική ποσότητα που διαβρώνεται είναι Ε+Υ-Χ(J.W.Kamphuis, 1992). 60

68 Σχήμα 3.7: Διαδικασία Διάβρωσης της ακτής (J.W.Kamphuis, 1992) Ειδικότερες Επιδράσεις του Θαλάσσιου Τοίχου στο Δυναμικό της Παραλίας Η μορφολογία και η υδροδυναμική συμπεριφορά των ακτών μετά την κατασκευή του θαλάσσιου τοίχου εξαρτάται από την τοποθεσία, τη θέση του τοίχου στην παραλία τον μακροχρόνιο ρυθμό διάβρωσης και τον τύπο της κατασκευής. Μια σειρά από έρευνες και παρατηρήσεις υποδεικνύουν πως ο θαλάσσιος τοίχος επηρεάζει τον ανασχηματισμό της ακτής μετά από καταιγίδα αν ανακλά την κυματική ενέργεια, κατευθύνει τα ρεύματα κοντά στην ακτή και μεταποιεί τη στάθμη των υπόγειων υδάτων. ανάκλαση κυματισμών από τον τοίχο: Η ανάκλαση κυμάτων από έναν θαλάσσιο τοίχο μπορεί να προκαλέσει σκάμμα στον πόδα τις κατασκευής και τις άκρες της και είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό ενός υφάλλου που δημιουργείται από την εναπόθεση φερτών και άμμου μακριά από την ακτή (Σχήμα 3.9). 61

69 Σχήμα 3.9: Πλαταγίσματα- Απόνερα ( Σχήμα 3.10: Σχηματισμός Ύφαλου μακριά από την ακτή (offshorebarformation) ( Σύμφωνα με μελέτες του KRAUS (1988) το βάθος της υποσκαφής αυξάνεται όσο αυξάνεται η ανάκλαση των κυμάτων από τον θαλάσσιο τοίχο ενώ τα μοντέλα προβλέπουν και υποσκαφή μπροστά από τον τοίχο και εναπόθεση υλικών DEAN (1986). Η ανάκλαση εντατικοποιεί τις υδροδυναμικές διαδικασίες μπροστά από τον τοίχο και επηρεάζει τους τύπους των ρευμάτων. 62

70 Επιρροή στον Υδροφόρο ορίζοντα της παραλίας: Σύμφωνα με τον Walton και Sensabauch (1979) μια αδιαπέρατη κατασκευή αυξάνει τη στάθμη του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα γεγονός που οδηγεί στη αύξηση της κινητικότητας της μπροστινής παραλίας. Οι υδροφόροι ορίζοντες υψηλής στάθμης μειώνουν τη διείσδυση κατά το πλατάγισμα και αυξάνουν τις ταχύτητες του πλαταγίσματος αλλά και των απόνερων. Επιπλέον αυξάνουν την υδροστατική πίεση. Η απόρριψη του υπόγειου νερού από την παραλία οδηγεί στην άσκηση μιας επιπλέον δύναμης στο ίζημα προκαλώντας τη διάβρωση ενώ η επαναφόρτιση έχει τα αντίθετα αποτελέσματα. Σχήμα 3.11: Α)Ο υδροφόρος ορίζοντας η στάθμη του οποίου αυξάνεται από τα νερά της παραλίας και τη διείσδυση του πλαταγίσματος Β) Ο υδροφόρος ορίζοντας η στάθμη του οποίου μειώνεται καθώς απορρίπτει το νερό στην παραλία(nathanielg. PlantandGaryB. Griggs, 1992). 63

71 Η στάθμη του υπόγειου νερού της παραλίας παρουσιάζει διακυμάνσεις εποχιακά και σε μικρή χρονική κλίμακα. H στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα ανεβαίνει λόγω των κατακρημνίσεων, ενώ η στάθμη της θάλασσας εξαιτίας των ισχυρών ανέμων και των μεγάλων κυμάτων που θραύονται. Οι καταιγίδες λόγω της χαμηλής παλίρροιας και η ημερήσια παλίρροια προκαλεί μικρές χρονικά διακυμάνσεις της στάθμης του υπόγειου νερού. επιδράσεις στα κάθετα στην ακτή ρεύματα: Οι θαλάσσιοι τοίχοι που εξέχουν στη ζώνη θραύσης μπορούνε να επηρεάσουν τα ρεύματα, να παγιδεύσουνε άμμο στην προσήνεμη πλευρά του τοίχου και είναι πιθανό να προκληθεί υποσκαφή στην μπροστινή και κάτω όψη του (Dean 1976). Η μεταβλητότητα που παρουσιάζει η διασπορά της κυματικής ενέργειας προκαλεί τη δημιουργία ισχυρών ρευμάτων παράλληλα στην ακτή τα οποία παρουσιάζουν τη μέγιστη ταχύτητά περίπου στη μισή απόσταση που μεσολαβεί από την ακτή ως το σημείο θραύσης των κυμάτων (Dean 1976). Η ταχύτητα αυτών των ρευμάτων είναι πολύ υψηλή όταν περιορίζεται από βυθίσματα κοντά στην ακτή υπό συνθήκες δράσης μεγάλων κυμάτων. Οι θαλάσσιοι τοίχοι που έχουν αντίκτυπο στα ρεύματα προκαλούν αύξηση της ταχύτητάς τους με συνέπεια την αύξηση της στερεομεταφοράς.(nathaniel G. Plant and Gary B. Griggs,1992). ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΠΟΔΑ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Η διάβρωση στον πόδα της κατασκευής είναι ένα κοινό πρόβλημα στις κάθετες κατασκευές. Το φαινόμενο αυτό προκαλείται από τη διαδικασία όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.8. Σχήμα 3.8: Υποσκαφή του Θαλάσσιου Τοίχου ( 64

72 Τα προσπίπτοντα κύματα καταπονούν την κατασκευή προκαλώντας την ανύψωση του νερού προς τα πάνω. Η καταπόνηση αυτή αυξάνεται όσο αυξάνεται το βάθος του νερού μπροστά από την κατασκευή επειδή στην περίπτωση αυτή τα κύματα είναι μεγαλύτερα κοντά στην ακτή. Όταν το νερό πέφτει κάτω η δύναμη που ασκεί δημιουργεί ένα σκάμμα στον πόδα της κατασκευής γεγονός που προκαλεί κατασκευαστική αστάθεια στον τοίχο και πολλές φορές οδηγεί σε αστοχία του τοίχου. Παρόμοιο πρόβλημα ενδέχεται να δημιουργηθεί και στην περίπτωση των κεκλιμένων παράκτιων τοίχων με τη μόνη διαφορά ότι στην περίπτωση αυτή το σκάμμα δημιουργείται μακριά από τον πόδα της κατασκευής Τι συμβαίνει κατά τη διαδικασία της διάβρωσης-έρευνες και Αποτελέσματα Η μακροχρόνια παρακολούθηση της αλληλεπίδρασης ακτών και παράκτιων τοίχων σε δύο περιοχές στις Ηνωμένες Πολιτείες, η μία στην Virginia Beach και Sand bridge, στη Βιρτζίνια και η άλλη στο Monteray Bay στην Καλιφόρνια και οι μελέτες ετών έχουν οδηγήσει στα παρακάτω συμπεράσματα. Οριακή συνθήκη προς τη θάλασσα Αυτό που ο BASCO (1990) ονομάζει οριακή συνθήκη προς τη θάλασσα είναι η βαθυμετρία στα ανοιχτά και οι μεταβολές στην ακτή όσον αφορά το ύψος κύματος και την κατεύθυνσή του που μπορούν να επιδράσουν αρνητικά στη στερεομεταφορά καθώς και παρόμοιοι παράγοντες που συνεισφέρουν στην παθητική ή την παρελθοντική διάβρωση και δεν σχετίζονται με την απουσία η την παρουσία του θαλάσσιου τοίχου. Η πολυετής παρακολούθηση της εξέλιξης μιας αμμώδους παραλίας κοντά σε γκρεμούς με την παρουσία του θαλάσσιου τοίχου οδήγησε στα παρακάτω συμπεράσματα: Δημιουργία επίπεδης επιφάνειας μπροστά στον τοίχο και παλιρροιακό εύρος Κατά τη μετάβαση από το καλοκαίρι στο χειμώνα το ανάχωμα δίπλα στους τοίχους άρχισε σιγά σιγά να εξαφανίζεται όσον αφορά τις γειτονικές παραλίες. Η ποσότητα αυτή της άμμου εξαφανίστηκε γρηγορότερα στις περιπτώσεις των τοίχων που βρίσκονται πιο κοντά στην ακτογραμμή. Στις παραλίες που συνορεύουν με τον τοίχο κυριάρχησε ένα πιο επίπεδο προφίλ. Ο Griggsetall (1991) τόνισε ότι η ταχύτατη απομάκρυνση τις άμμου κοντά στους 65

73 τοίχους προκαλείται από την ανάκλαση κυμάτων σε υψηλή παλίρροια, από την αυξημένη απώλεια ιζήματος λόγω της αναταραχής (που δημιουργείται από την ανάκλαση στον τοίχο) και από την ανυψωμένη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα στην παραλία (είτε λόγω της παρουσίας του τοίχου είτε λόγω φυσικών διεργασιών). Αυτό που παρατηρήθηκε είναι ότι δεν υπάρχει εμφανής διαφορά στο προφίλ της παραλίας τόσο στην περίπτωση του κατακόρυφου αδιαπέρατου τοίχου όσο και στην περίπτωση του διαπερατού επικλινούς τοίχου. (Nicholas C. Kraus and William G. McDougal, 1996) Ανάπλαση της παραλίας το καλοκαίρι Σύμφωνα με τις έρευνες ενώ οι ρυθμοί διάβρωσης ήταν πολύ υψηλοί κατά τους χειμερινούς μήνες στις παραλίες στις οποίες υπήρχε ο τοίχος, οι παραλίες αυτές κατάφεραν να ανακάμψουν πιο γρήγορα κατά τη διάρκεια της άνοιξης και του καλοκαιριού. Το τέλος της άνοιξης και τις πρώτες μέρες του καλοκαιριού παρατηρήθηκε πως το ύψος του αναχώματος και το πλάτος της αμμουδιάς είναι τα ίδια στις παραλίες με θαλάσσιο τοίχο και σ' αυτές χωρίς. Ο Moody θεώρησε πως η ανάπλαση και η αποκατάσταση της παραλίας κρίνεται απαραίτητη τόσο στις παραλίες με τοίχο όσο και τις υπόλοιπες. Ωστόσο δεν είναι σαφής η απάντηση στο ερώτημα αν μια παραλία μπορεί να αποκατασταθεί και σε ποιο βαθμό. Αυτό εξαρτάται από το που έχει κατασκευαστεί ο τοίχος στην παραλία, το επικρατούν κυματικό κλίμα, την ανύψωση των κυμάτων πάνω από τη στάθμη της θάλασσας και το βαθμό έκθεσης του τοίχου στα κύματα.(nicholas C. Kraus and William G. McDougal, 1996). Σκάμμα- Υποσκαφή του πόδα της κατασκευής Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας που πραγματοποιήθηκε για εφτά χρόνια από τον Griggsetall (1990) εκ των οποίων το ένα έτος οι μετρήσεις λήφθηκαν πριν και μετά από καταιγίδα, αυτό που παρατηρήθηκε ήταν ότι σε καμία από τις κατασκευές δεν παρατηρήθηκε υποσκαφή του πόδα του τοίχου. Η εξήγηση που δόθηκε ήταν πως τα κύματα και οι καταιγίδες ήταν ηπιότερα συγκριτικά με σοβαρότερες κλιματικές συνθήκες παρόλο που η συχνότητα αλληλεπίδρασης κυμάτων και τοίχου ήταν μεγάλη. Ωστόσο η υποσκαφή του πόδα μιας τέτοιας κατασκευής είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται στην πλειοψηφία των περιπτώσεων.(nicholas C. Kraus and WilliamG. McDougal, 1996). Επιδράσεις στις άκρες του τοίχου Η ανάκλαση των κυμάτων στις άκρες του τοίχου προκάλεσε τοπικά διάβρωση και τοξοειδή εσοχή που επεκτάθηκε μέτρα, ένα αναμενόμενο αποτέλεσμα. (efc Walton and Sensabauch 1979 Mcdougal, Sturtvant and Komar 1987, Toue and Wang 1990). Σε μια σχετική έρευνα έγινε προσπάθεια να μελετηθούν ταυτόχρονα οι διαδικασίες (αλληλεπίδραση τοίχου-παραλίας) και τα αποτελέσματα (απόκριση της παραλίας στη διαδικασία αυτή). 66

74 Αξιοσημείωτη είναι η μειωμένη διαπερατότητα του τοίχου στην παραλία μπροστά στον τοίχο για το νερό που έχει εισέλθει πίσω από αυτόν. Το νερό που προσωρινά εγκλωβίζεται πίσω από το ανάχωμα πάνω από τη στάθμη της θάλασσας προστίθεται στα απόνερα. Αποδεικνύεται πως ένας θαλάσσιος τοίχος μεταβάλει το πλατάγισμα και το εύρος που έχουν τα απόνερα, την ταχύτητα και τη διάρκεια.(nicholas C. Kraus and William G. McDougal, 1996). Καταιγίδες Τα αποτελέσματα από την επίδραση ενός ισχυρού τυφώνα σε μια παραλία περιγράφονται παρακάτω περιλαμβάνοντας θωρακισμένες παραλίες τόσο από θαλάσσιους τοίχους όσο και από αναχώματα. Πολλοί από τους τοίχους βυθίστηκαν κατά τη διάρκεια του τυφώνα οδηγώντας σε απώλεια μεγάλης ποσότητας άμμου πίσω τους. To προφίλ μπροστά από τους τοίχους μετατέθηκε σε χαμηλότερο ύψος. Την περίοδο μετά την καταιγίδα το προφίλ μπροστά από τον τοίχο έδειξε μια τάση σχηματισμού ενός αναχώματος ανάπλασης. Αξίζει να αναφερθεί εδώ πως τα κύματα πριν από την καταιγίδα οδήγησαν σε συσσώρευση της παραλίας. Εν ολίγοις και σε αυτή την περίπτωση η διάβρωση των ανώτερων διαπαλιρροιακών και υπερπαλιρροιακών ακτών είναι εντονότερη στην περίπτωση που η ακτή θωρακίζεται με έναν θαλάσσιο τοίχο απ' ότι στην περίπτωση των περιοχών που δεν προστατεύονται από σκληρές κατασκευές. Στο διαπαλιρροιακό εύρος της ακτής αποδείχτηκε πως η παρουσία ή η απουσία των ψηλών κτιρίων και των κενών στους θαλάσσιους τοίχους δεν είχε επίδραση στο προφίλ της παραλίας. Παρόλα αυτά υποσκαφές από τη διάβρωση παρουσιάστηκαν σε πολλές θωρακισμένες παραλίες. Οι Mossa και Makashina πραγματοποίησαν μία έρευνα σε μια παραλία προστατευμένη από έναν συμπαγή θαλάσσιο τοίχο και τις διπλανές απροστάτευτες παραλίες στη Louisiana που υπέστησαν έναν ισχυρό τυφώνα, ξεκινώντας από την τοποθέτηση του θαλάσσιου τοίχου το 1985 έως το Τα αποτελέσματα ποικίλουν από την εδραίωση της καθίζησης ως την παρεμπόδιση της στερεομεταφοράς κατά μήκος του τοίχου. Σε γενικές γραμμές η διάβρωση που παρατηρήθηκε λόγω της καταιγίδας και η επακόλουθη αποκατάσταση του τοίχου δύο μήνες μετά τον τυφώνα ήταν πολύ μικρή σε σχέση με τη διάβρωση την οποία υπέστησαν οι διπλανές παραλίες. Σύμφωνα με την έρευνα του UDA(1989) για το σκάμμα στους τοίχους και το ανάχωμα, η υποσκαφή και η αστοχία των κατασκευών δεν οφείλονται μόνο σε διαδικασίες που δρουν κάθετα στην ακτή. Παρατηρήθηκε πως η άμμος μπροστά από την κατασκευή απομακρύνθηκε εξαιτίας της κατά μήκος στην ακτή στερεομεταφοράς. Συνεπώς οι παράλληλες και οι κάθετες στην ακτή διαδικασίες στερεομεταφοράς δρουν ταυτόχρονα και σε συνδυασμό με την υπερπήδηση των κυμάτων και την υποσκαφή που προκαλούν οδηγούν σε αστοχία της κατασκευής. Σύμφωνα με το άρθρο Johnson(1992) για τις διαδικασίες παράλληλα στην ακτή και πως αυτές αλληλεπιδρούν με τους θαλάσσιους τοίχους με σκοπό 67

75 να ανιχνευθεί η κίνηση μεγάλων ποσοτήτων άμμου και χαλικιών παράλληλα στην ακτή. Διαπιστώθηκε πως η κίνηση των κόκκων της άμμου είναι ταχύτερη από αυτή των χαλικιών τα οποία χρησιμοποιούνται για τον σχηματισμό παραλιών κοντά σε θαλάσσιους τοίχους γι αυτό και μετακινούνται τόσο αργά. Η διαφορά αυτή κατά τη διαδικασία της στερεομεταφοράς μεταξύ της λεπτής άμμου και των χαλικιών οφείλεται στο γεγονός πως η λεπτή άμμος αποβάλλεται και δεν καταλήγει απαραίτητα στην ακτή όπου η κίνησή της θα ήταν πιο αργή ενώ το χαλίκι συσσωρεύεται στην ακτή μπροστά στους θαλάσσιους τοίχους.(nicholas C. Kraus and William G. McDougal, 1996). Στερεομεταφορά παράλληλα στην ακτή Ο KAMPHUIS διαπίστωσε πως ο ρυθμός στερεομεταφοράς της άμμου παράλληλα στην ακτή, μπροστά από τον τοίχο μειώθηκε καθώς η παραλία διαβρωνόταν. Αυτό συνέβη καθώς ο διασκορπισμός της ενέργειας κατά τη θραύση των κυμάτων μειωνόταν προς το τέλος του πειράματος. Διατυπώνεται επίσης ότι καθώς αυξάνεται το βάθος αυξάνεται ο αριθμός των ανακλώμενων κυμάτων και μειώνεται αυτός των θραυόμενων. Επισημαίνεται επίσης πως ο ρυθμός στερεομεταφοράς παράλληλα στην ακτή τείνει σε κατάσταση ισορροπίας. Οι RAKHA και KAMPHUIS 1996 χρησιμοποιώντας τα ίδια εργαστηριακά δεδομένα συμπέραναν πως τα αποτελέσματα τόσο του αριθμητικού όσο και του φυσικού μοντέλου έδειξαν ότι ο συντελεστής ανάκλασης είχε μικρή επίδραση στα ρεύματα παράλληλα στην ακτή και στην αύξηση του επιπέδου της θάλασσας λόγω της θραύσης των κυμάτων (wavesetup). (Nicholas C. Kraus and William G. McDougal, 1996). Στερεομεταφορά κάθετα στην ακτή Σύμφωνα με τον Κamphuis, Rachet και Jui 1992 η άμμος που αποσπάστηκε από την παραλία μπροστά από τον τοίχο, μετακινήθηκε στα ανοιχτά και σχηματίστηκε μια επίπεδη επιφάνεια ως τη ζώνη θραύσης. Μία υποσκαφή κοντά στον τοίχο παρατηρήθηκε σε όλα τα τεστ αλλά το βάθος της δεν μπόρεσε να συσχετιστεί με το ύψος του προσπίπτοντος κύματος. Ο Κamphuis διεξήγαγε την ανάλυση του προφίλ ισορροπίας διατυπώνοντας πως το πάχος του στρώματος της απόθεσης στα ανοιχτά είναι μικρότερο στην παραλία που υπάρχει ο τοίχος εξαιτίας της απουσίας της άμμου που υπό άλλες συνθήκες θα ήταν διαθέσιμη για απόσπαση από την παραλία από τα κύματα που θα προκαλούσε η καταιγίδα. (Nicholas C. Kraus and William G. McDougal, 1996). 68

76 Σχήμα 3.12: Στερεομεταφορά κάθετα στην ακτή ( Συμπεράσματα 1. Η ανάκλαση δεν συνεισφέρει σημαντικά στον ανασχηματισμό του προφίλ της παραλίας και το σκάμμα μπροστά στους τοίχους, τουλάχιστον κατά τη φάση των βροχοπτώσεων. Το συμπέρασμα αυτό αντιτίθεται στην έρευνα του Kraus (1988) σύμφωνα με την οποία, πρέπει να γίνει περεταίρω έρευνα και πειράματα για να απαντηθεί πλήρως η διφορούμενη αυτή ερώτηση. 2. Αν σε μια παραλία έχει επιτευχθεί το προφίλ ισορροπίας τότε η καταιγίδα δεν θα αλλάξει σημαντικά το σχήμα της παραλίας ούτε θα προκαλέσει σημαντική διάβρωση. Η αναδιαμόρφωση της παραλίας θα ήταν αναμενόμενη στην περίπτωση που η παραλία δεν βρισκόταν σε ισορροπία καθώς επίσης και στην περίπτωση που αυξανόταν η μέση στάθμη της θάλασσας. Ο Dean (1986) αναφέρει πως το σκάμμα της άμμου μπροστά από τον τοίχο λόγω της κάθετης στην ακτή στερεομεταφοράς είναι ίσο σε ποσότητα με αυτό που απορρίπτει ο τοίχος. Ωστόσο στην περίπτωση που έχει επιτευχθεί ισορροπία δεν αναμένεται να συγκεντρωθεί σημαντική ποσότητα άμμου μπροστά από τον τοίχο καθώς δεν υπάρχει ζήτηση. 3. Το σκάμμα μπροστά στους τοίχους δεν είναι κάτι που θα συμβεί απαραίτητα ή τουλάχιστον δεν μπορεί να προβλεφθεί αφού δεν σχετίζεται με το προσπίπτον ύψος κύματος. (Kamphuis 1992). Το μεγαλύτερο σκάμμα συμβαίνει όταν το ύψος του νερού είναι το μέγιστο καθώς όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος μπροστά στον τοίχο τόσο μεγαλύτερα κύματα μπορούν να δημιουργηθούν. 69

77 4. Κατά τη διάρκεια των καταιγίδων η παραλία μπροστά από τον τοίχο συγκρατεί την ίδια ποσότητα άμμου με μία παραλία χωρίς τοίχο επειδή η ανάκλαση των κυμάτων από μόνη της δεν επηρεάζει ιδιαίτερα το προφίλ της παραλίας (Moody 1996). Η κύρια διαφορά είναι η γενική καθοδική εκτόπιση των αμμολόφων μπροστά από τον τοίχο. Οι παρατηρήσεις των παραλιών μετά την καταιγίδα έδειξαν πως ο μεγάλος τυφώνας Halloween 1991 προκάλεσε τη μείωση των παραλιών μπροστά από θαλάσσιους τοίχους περισσότερο από τις διπλανές παραλίες χωρίς τοίχο. 5. Το ίζημα μπορεί να μεταφερθεί κατά μήκος της ακτής και πέρα από έναν θαλάσσιο τοίχο και μια μάζα ιζήματος μπροστά από τον τοίχο μπορεί να διατηρήσει τη μορφή της. Ωστόσο έχει παρατηρηθεί πως ο ρυθμός μεταφοράς ιζήματος κατά μήκος της ακτής ή θα παραμείνει ο ίδιος (HANSON and KRAUS 1985, 1986; DEAN and YOO 1994)ή θα μειωθεί (Kamphuis 1992). Στο σημείο αυτό πρέπει να σημειωθεί πως χρειάζονται επιπλέον εργασίες τόσο στο πεδίο όσο και εργαστηριακές για την κατά μήκος της ακτής κίνηση της άμμου και του χαλικιού πέρα από τον θαλάσσιο τοίχο. (Nicholas C. Kraus and William G. McDougal, 1996) Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα των Θαλάσσιων Τοίχων Η λειτουργία όλων των τύπων των έργων προστασίας της ακτής πρέπει να είναι γνωστή όπως επίσης και όλα τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους για να επιτευχθεί η αποτελεσματική και λογική διαχείριση της ακτής. Πλεονεκτήματα Στο σημείο αυτό πρέπει να επισημανθεί πως τα παρακάτω πλεονεκτήματα αφορούν κατάλληλα σχεδιασμένους και συντηρημένους τοίχους που μπορούν να διασφαλίσουν επιτυχώς την ακτή έναντι διάβρωσης. Το βασικό πλεονέκτημα ενός θαλάσσιου τοίχου είναι ότι προστατεύει την ακτή πίσω του από την πλημμύρα και τη διάβρωση. Ένας καλά συντηρημένος και κατάλληλα σχεδιασμένος τοίχος αποτελεί ένα σύνορο μεταξύ στεριάς και θάλασσας διασφαλίζοντας πως δεν πρόκειται να υπάρξει περεταίρω διάβρωση της ακτής. Ένα άλλο πλεονέκτημα των θαλάσσιων τοίχων είναι ότι προστατεύουν την ακτή από πλημμύρες ιδιαίτερα κατά τις περιόδους των χειμερινών μηνών που η θάλασσα φουσκώνει και τα κύματα γίνονται απειλητικά με την προϋπόθεση ότι έχουν σχεδιαστεί σωστά. Συν τοις άλλοις η κατασκευή των παράκτιων τοίχων απαιτεί μικρότερο χώρο από τα υπόλοιπα έργα προστασίας ακτών ιδιαίτερα στην περίπτωση που επιλέγεται η κατασκευή ενός κάθετου παράκτιου τοίχου. Η παράκτια ζώνη είναι ιδιαίτερα επιθυμητή και η αυξημένη προστασία που παρέχουν οι θαλάσσιοι τοίχοι οδηγεί στην ανάπτυξη και προωθεί τις επενδύσεις στην 70

78 περιοχή. Οι κατάλληλα σχεδιασμένοι τοίχοι εκτός από το ότι διασφαλίζουν την προστασία των ακτών παρέχουν και έναν παραλιακό πεζόδρομο για βόλτες ενισχύοντας έτσι τον τουρισμό στα μέρη αυτά. Τέλος οι παράκτιοι τοίχοι έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να ανακατασκευαστούν όποτε είναι απαραίτητο και με τον κατάλληλο σχεδιασμό και ενίσχυση να ανταπεξέλθουν στα νέα κλιματικά δεδομένα χωρίς να χρειάζεται να αποσυρθεί όλη η κατασκευή και να αντικατασταθεί με μια καινούρια. Επομένως με τον κατάλληλο σχεδιασμό και την απαραίτητη συντήρηση μια τέτοια κατασκευή μπορεί να διασφαλίσει την προστασία των ακτών για πολλά χρόνια και να αποτρέψει την περεταίρω διάβρωση. Μειονεκτήματα Οι θαλάσσιοι τοίχοι καταπονούνται από την επίδραση των κυμάτων. Η καταπόνηση αυτή αυξάνεται όσο αυξάνεται το βάθος του νερού μπροστά από την κατασκευή επειδή στην περίπτωση αυτή τα κύματα είναι μεγαλύτερα κοντά στην ακτή. Οι κατασκευές αυτές έχουν σχεδιαστεί για να διασκορπίζουν και να ανακλούν την κυματική ενέργεια και για αυτό πρέπει ο σχεδιασμός τους να προσδίδει την απαιτούμενη σταθερότητα για να αντέχει τις κυματικές καταπονήσεις. Υπ όψιν στο σχεδιασμό πρέπει να ληφθεί και η επίδραση της κλιματικής αλλαγής που ενδέχεται να προκαλέσει τυχόν αύξηση του ύψους του κύματος καθώς και αύξηση της στάθμης της θάλασσας λόγω βροχοπτώσεων. Υπάρχει επίσης και το ενδεχόμενο η ανακλώμενη ενέργεια να αντιδράσει με τα προσπίπτοντα κύματα και να δημιουργηθεί στάσιμο κύμα που προκαλεί έντονη διάβρωση της ακτής όπως περιγράφεται παραπάνω. Συμπεραίνουμε πως η κατασκευή του θαλάσσιου τοίχου ενδέχεται να χρειάζεται αναπροσαρμογή στις νέες κλιματικές συνθήκες. Ένα πολύ βασικό μειονέκτημα είναι η διάβρωση στον πόδα των κατασκευών αυτών που τις καθιστά ασταθείς όπως αναφέρθηκε πιο πάνω (Σχήμα 3.13). Συνάγεται επομένως το συμπέρασμα πως η συντήρηση μιας τέτοιας κατασκευής μπορεί να έχει πολύ υψηλό κόστος. Τα παραπάνω ζητήματα μπορούν να περιοριστούν σε κάποιο βαθμό με κεκλιμένες και τραχείες επιφάνειες. Ενώ οι τοίχοι προστατεύουν την ακτή από πίσω τους δεν διασφαλίζουν την παραλία μπροστά τους έναντι της διάβρωσης καθώς οι διαβρωτικές διαδικασίες θα συνεχίσουν να δρουν και το ίζημα που διαβρώνεται υπό την δράση της θάλασσας δεν αντικαθίσταται πλέον από την ακτή μέσω των φυσικών διεργασιών. Επομένως έχουμε μείωση του πλάτους της ακτής και μεγαλύτερη καταπόνηση του τοίχου καθώς έχουμε μεγαλύτερα κύματα λόγω της αύξησης του βάθους κοντά στον τοίχο. Υπό την απουσία του θαλάσσιου τοίχου το ίζημα που χάνεται αναπληρώνεται με φυσικό τρόπο από την ακτή. H κατασκευή του τοίχου εμποδίζει τη φυσική αναπλήρωση του ιζήματος γεγονός που ενισχύει τη διάβρωση στις περιοχές αυτές. Τέλος παρόλο που μια τέτοια κατασκευή προστατεύει την ακτή από τη διάβρωση εκεί που τελειώνει ο τοίχος η ακτή μένει εκτεθειμένη στις φυσικές συνθήκες. Αυτό σημαίνει ότι οι απροστάτευτες 71

79 περιοχές κοντά στον τοίχο υπόκεινται σε έντονη διάβρωση λόγω φυσικών διεργασιών (Σχήμα 3.14) Θαλάσσιος τοίχος Οδόστρωμα Κυματισμοί Προσπίπτων Ανακλώμενος Πυθμένας Υποσκαφή ποδός θάλασσας Σχήμα 3.14: Ενδεικτική αναπαράσταση διάβρωση ποδός λόγω κατασκευής θαλάσσιου τοίχου. Σχήμα 3.14: Επιδράσεις του Τοίχου στη Διπλανή Παραλία( Οι τοίχοι προκαλούν αλλαγές στις περιοχές που κατακλύζονται από παλίρροιες μειώνοντας το διαθέσιμο χώρο που μπορεί να καταλάβει το νερό σε μια μεγάλη παλίρροια. Με τον ίδιο όγκο του νερού σε μικρότερο διαθέσιμο χώρο η στάθμη της θάλασσας μετά την κατασκευή του τοίχου αυξάνεται γεγονός που συνεπάγεται ότι οι περιοχές μπροστά από τον τοίχο παραμένουν κάτω από το επίπεδο της θάλασσας για περισσότερο χρόνο και σε μεγαλύτερα βάθη γεγονός που μπορεί να επηρεάσει τη βλάστηση της περιοχής και να 72

80 αυξήσει το παλιρροιακό εύρος ανάντη του τοίχου. Ένα άλλο πρόβλημα που μπορεί να προκύψει είναι η πλημμύρα που ενδέχεται να προκληθεί όταν το επίπεδο της θάλασσας υπερβεί το ύψος του τοίχου. Τα μεμονομένα κύματα που χτυπούν την κατασκευή προκαλούν προσωρινή αύξηση της στάθμης της θάλασσας η οποία αν υπερβεί το ύψος του τοίχου κατακλύζει την περιοχή πίσω από τον τοίχο και μετακινεί το χώμα εξασθενώντας την κατασκευή και αυξάνοντας τις πιέσεις προς τη στεριά γεγονός που ίσως επιβαρύνει τον πόδα της κατασκευής και οδηγώντας σε αστοχία. Η μείωση του πλάτους της ακτής οδηγεί στη μείωση του τουρισμού και κατά συνέπεια των εσόδων από αυτόν καθώς η πρόσβαση στην παραλία είναι πλέον περιορισμένη. Συν τοις άλλοις επηρεάζεται η αισθητική του τοπίου καθώς δεν αποτελούν και τόσο ελκυστικές κατασκευές. Τέλος υπάρχουν και κάποιες οικολογικές επιδράσεις όπως η μείωση της ποικιλίας και του αριθμού της πανίδας που κατοικεί στην άμμο, η απώλεια μέρους της παραλίας που φωλιάζουν κάποια ψάρια καθώς και σοβαρές επιδράσεις στη χλωρίδα της παραλίας και στην πανίδα που κατοικεί στην άμμο ακριβώς μπροστά στον τοίχο καθώς και έλλειψη χώρου για μετανάστευση προς τη στεριά σε περίπτωση που ανέβει η στάθμη της θάλασσας. 73

81 Κεφάλαιο 4 ο : Γενικές περιπτώσεις αναφοράς Στο κεφάλαιο αυτό θα αναφερθούν κάποιες περιοχές του ελλαδικού χώρου που έχουν υποστεί σοβαρά προβλήματα διάβρωσης λόγω της κατασκευής θαλάσσιων τοίχων. 4.1 Ερεσός Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο Νοτιοανατολικό τμήμα της Λέσβου, στο Βόρειο-ανατολικό Αιγαίο (Σχήματα 4.1 και 4.2). Η ακτή έχει Ν ΝΔ προσανατολισμό και ορίζεται ανατολικά από το ύβωμα Μεροβίλι και δυτικά από το ύβωμα Κοφινάς. Στο ανατολικό τμήμα της παραλίας βρίσκεται το αλιευτικό καταφύγιο. Η παραλία είναι εκτεθειμένη σε ΝΑ, Ν, ΝΔ και Δ κυματισμούς. Νοτιο-Ανατολική ΛΕΣΒΟΣ Ερεσός Σκάλα Ερεσού Περιοχή μελέτης Σχήμα 4.1: Σκάλα Ερεσού, Λέσβος(GoogleEarth) 74

82 Σχήμα 4.2: Σκάλα Ερεσού 2006 (GoogleEarth) Σχήμα 4.3: Σκάλα Ερεσού 2014 (GoogleEarth) 75

83 Σχήμα 4.4: Εμφανής διάβρωση σε παραλία της Ερεσού ( Η περιοχή χαρακτηρίζεται από τις έντονες διαβρωτικές τάσεις ειδικά τα τελευταία χρόνια. Η κατάσταση αυτή οφείλεται σε πολλούς παράγοντες. Ένας από αυτούς είναι το φράγμα που κατασκευάστηκε στην περιοχή. Η κατασκευή των φραγμάτων εμποδίζει τη φυσική αναπλήρωση των ακτών αφού διαταράσσεται η μεταφορά φερτών υλών προς την ακτή και κατά συνέπεια η αναπλήρωσή της με φυσικούς μηχανισμούς. Η λεκάνη απορροής είναι της 76

84 τάξης των 57 τ.χ. περίπου, τα 26 εκ των οποίων αποστραγγίζονται μέσω του χειμάρρου Χαλάνδρα στο φράγμα της Ερεσού. Δευτερεύοντες κλάδοι είναι ο χείμαρρος Μεθάλεια με λεκάνη απορροής 12 τ.χ., ο Καρασάρης με λεκάνη απορροής 7,4 τ.χ, ο Ελεούσας με λεκάνη απορροής 5 τ.χ. και ο Λιφωνάκας με λεκάνη απορροής 4,6 τ.χ., οι οποίοι καταλήγουν ως επί το πλείστον στην υπολεκάνη του Χαλάνδρα, κατάντη του φράγματος. Για τον υπολογισμό της παραγωγής ιζημάτων της περιοχής μελέτης χρησιμοποιήθηκε η εξίσωση RUSLE (Revised Universal SoilLoss Equation) η οποία αναφέρεται σε έναν αλγόριθμο υπολογισμού του ποσού των εδαφικών απωλειών (Α) που παράγονται από τις χερσαίες διαβρώσεις (τόνοι/ εκτάριο). Η εξίσωση γράφεται: (A) = (R) (Κ) (LS) (C) (P) όπου R (Rain erosivity) Διαβρωτικότητα της βροχόπτωσης K (Soil erodibility) Διαβρωσιμότητα εδάφους, LS (SlopeLength) Σχετίζεται με την κλίση του εδάφους και το μήκος που αυτή διατρέχει. C (LandCover/Use) Εδαφοκάλυψη/χρήση γης, είναι μια παράμετρος που εισέρχεται στον αλγόριθμο ως ποσοστό ούτως ώστε να συνεκτιμηθεί η επίδραση των διαφόρων χρήσεων και καλύψεων γης στη διάβρωση του εδάφους, P (Protectionpractices) Μια άλλη παράμετρος που επηρεάζει το τελικό ποσό της απώλειας εδάφους καθώς λαμβάνει υπόψη τις πρακτικές προστασίας κατά της διάβρωσης του εδάφους που επιστρατεύονται από τον άνθρωπο (αναβαθμίδες κλπ) με παρόμοιο τρόπο όπως κάλυψη της γης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ένα ποσοστό της τάξης του 50% κατακρατείται από το φράγμα. Μια άλλη αιτία διάβρωσης της ακτής είναι τα ακτομηχανικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα μέσα στη ζώνη θραύσης. Συγκεκριμένα, με τη θραύση των κυματισμών και τη μετακίνηση του μετώπου θραύσης προς την ακτή, δημιουργούνται έντονα τυρβώδη φαινόμενα στην υδάτινη μάζα που έχουν ως αποτέλεσμα την αιώρηση των λεπτόκοκκων κυρίως υλικών του πυθμένα (ιλύος και άμμου). Η πλάγια πρόσπτωση των κυματισμών στην ακτή δημιουργεί λοιπόν κατά μήκος της ακτής μια συνιστώσα μεταφοράς νερού που ισοδυναμεί με ένα ρεύμα (longshore current). Το ρεύμα αυτό αποτελεί και τον βασικό παράγοντα μεταφοράς των υλικών, σε αιώρηση και σαν φορτίο πυθμένα, κατά μήκος της ακτής. Τέλος η κατασκευή των θαλάσσιων τοίχων οδηγεί κατά κανόνα στη διάβρωση των ακτών. H κατασκευή τους συνοδεύεται γενικά από μείωση του εύρος της ακτής, με συνέπεια τη μείωση της ζώνης θραύσης και αναρρίχησης. Το γεγονός αυτό έχει σαν συνέπεια να 77

85 προσπίπτει σημαντική κυματική ενέργεια σε έναν θαλάσσιο τοίχο, ένα μέρος της οποίας ανακλάται από αυτόν, παρασέρνοντας προς τα ανοιχτά το ίζημα που βρίσκεται στην βάση του και έτσι προκύπτει και η υποσκαφή του πόδα της κατασκευής. Στην ακτής της Σκάλας Ερεσού, μετά τις πρώτες μειώσεις του εύρους της ακτής ή και όταν ανυψωνόταν σημαντικά η στάθμη της θάλασσας, οι κυματισμοί πλησίαζαν ολοένα και πιο κοντά στον θαλάσσιο τοίχο, και αλληλεπιδρούσαν με αυτόν, επιδεινώνοντας τη διάβρωση. Στην παρούσα κατάσταση, με εύρος παραλίας της τάξης μερικών μέτρων στο Ανατολικό τμήμα της ακτής, η αλληλεπίδραση θαλάσσιου τοίχου και κυματισμών είναι ιδιαίτερα σημαντική. Εφόσον ο κυματισμός θραύεται όταν το ύψος του πλησιάζει περίπου στο 80% του βάθους που μεταδίδεται, όταν αυξηθεί το βάθος της θάλασσας, η θραύση των κυματισμών συμβαίνει σε μικρότερη απόσταση από την ακτή. Το γεγονός αυτό έχει σαν συνέπεια να προσπίπτει μεγαλύτερη κυματική ενέργεια σε έναν θαλάσσιο τοίχο, ένα μέρος της οποίας ανακλάται από αυτόν, παρασέρνοντας προς τα ανοιχτά το ίζημα που βρίσκεται στην βάση του. Η επίδραση του λιμένα στη διάβρωση θα πρέπει να είναι περιορισμένη. Ανατολικά του λιμένα δεν υπάρχει σημαντική ποσότητα άμμου και συνεπώς ο λιμένας δεν θα πρέπει να στερεί σημαντικά το ίζημα από τη ακτή που βρίσκεται δυτικά του. Στο εσωτερικό του λιμένα κατακρατήθηκε ποσότητα άμμου, η οποία όμως δεν είναι τόσο μεγάλη ώστε να δικαιολογείται η πολύ σοβαρή διάβρωση του ανατολικού τμήματος της ακτής. Η μελέτη με μαθηματικά μοντέλα παρουσιάζεται στο 5 ο Κεφάλαιο. Σχήμα 4.5: α) Παραλία της Ερεσού πριν την έντονη Διάβρωση ( 78

86 Σχήμα 4.6: α) Η παραλία έπειτα από τις έντονες διαβρωτικές τάσεις ( Σχήμα 4.7: β) Πριν την έντονη Διάβρωση ( 79

87 Σχήμα 4.8: β) Μετά από μερικά χρόνια κάτω από την επίδραση της διάβρωσης ( 4.2 Σητεία Η Σητεία είναι παράλια κωμόπολη της ανατολικής Κρήτης του νομού Λασιθίου. Βρίσκεται στο βορειοανατολικό τμήμα του νομού 70 χλμ. ανατολικά του Αγίου Νικολάου Λασιθίου και αποτελεί έδρα του ομώνυμου δήμου. Η ακτή είναι εκτεθειμένη σε ΒΔ Β κυρίως ανέμους. Σχήμα 4.9: Η περιοχή της Σητείας, Κρήτη(Google Earth) 80

88 Με αφορμή τα γεγονότα των τελευταίων ημερών στο σημείο αυτό θα γίνει μια σύντομη αναφορά για το πρόβλημα της διάβρωσης που αντιμετωπίζει η περιοχή καθώς και στις λύσεις που προτάθηκαν για την διευθέτησή του. Το πρόβλημα αφορά την έντονη διάβρωση της παραλιακής οδού το οποίο φυσικά δεν είναι ένα πρόβλημα που εμφανίστηκε τα τελευταία χρόνια αλλά κάτι που απειλεί τη περιοχή τις τελευταίες δεκαετίας με την κατάσταση το καλοκαίρι που μας πέρασε να φτάνει στο απροχώρητο καθώς παρατηρήθηκε έντονη υποσκαφή του κρηπιδώματος. Σχήμα 4.10: Σητεία 2002 (Google Earth) Σχήμα 4.11:Σητεία 2016 (Google Earth) 81

89 Σύμφωνα με την τελευταία μελέτη που πραγματοποιήθηκε στην περιοχή από τους κ. Θεοφάνης Καραμπά Καθηγητή Παράκτιας Μηχανικής και Τεχνικών Προστασίας Ακτών στο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, κ. Χρήστο Αναγνώστου Διευθυντή Ερευνών- Ινστιτούτου Ωκεανογραφίας του Ελληνικού Κέντρου Θαλάσσιων Ερευνών, και τον κ. Κωνσταντίνο Μπελιμπασάκη Ναυπηγό, Καθηγητή του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, η συμπεριφορά των ακτών καθορίζεται από δυο μηχανισμούς: αυτόν της τροφοδοσίας των ακτών με φερτές ύλες και τον μηχανισμό διευθέτησης της ακτής (όπως το κυματικό καθεστώς, τα ανεμολογικά στοιχεία και τα υλικά της παραλίας (αμμώδη, κροκαλώδη). Οι ακτές της Σητείας παρουσιάζουν εμφανή διάβρωση η οποία φτάνει σε μια περιοχή τα εννέα μέτρα, σε μία άλλη πλευρά η παραλία είναι ανύπαρκτη και τέλος στο ανατολικότερο τμήμα οι ψαμμιτικές πλάκες μαρτυρούν το μέγεθος της διάβρωσης καθώς οι πλάκες αυτές είχαν σχηματιστεί κάτω από την παραλία επομένως η ακτή ήταν πολύ πιο μπροστά από τις αυτές. Στην προκειμένη περίπτωση η ακτή υπολογίζεται πως υποχώρησε μέτρα. Από το 1945 διαπιστώνεται υποχώρηση ακτογραμμής της τάξης των 46 μέτρων ενώ την τελευταία εικοσαετία η διάβρωση αγγίζει τα δέκα μέτρα σύμφωνα με το ΙΤΕ. Οι αιτίες της διάβρωσης αφορούν κυρίως τις διαρκείς ανθρώπινες παρεμβάσεις στο σύστημα φερτών υλών. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η κατασκευή της λιμνοδεξαμενής της Ζου με υλικά από το ποτάμι εμποδίζοντας έτσι την φυσική αναπλήρωση των ακτών καθώς και οι διανοίξεις δεξιά και αριστερά του ποταμού που εμποδίζουν τη δράση των φυσικών μηχανισμών τροφοδοσίας. Μερίδιο ευθύνης για την σημερινή κατάσταση φέρει και η κατασκευή του μόλου, για τον οποίο χρησιμοποιήθηκε υλικό από τα βαθιά, το οποίο έπειτα αναπληρώθηκε από τα κύματα με υλικό από την ακτή. Τέλος η διαδικασία της διάβρωσης εντείνεται από την κατασκευή του παραλιακού δρόμου και του τοίχου αντιστήριξης ο οποίος κατασκευάστηκε πάνω στην παραλία πριν από πενήντα χρόνια. Οι λύσεις που προτάθηκαν για την επίλυση του ζητήματος είναι δύο ειδών. Η πρώτη αφορά τη θωράκιση των ακτών με σκληρά έργα: ογκόλιθους σε μήκος 400 μέτρων, τεσσάρων τόνων ο καθένας και ύψος δύο με δυόμιση μέτρα. Η δεύτερη λύση αφορά την κατασκευή τριών ύφαλων κυματοθραυστών στο κεντροδυτικό μήκος της ακτής με τη βοήθεια βυθοκόρησης με σκοπό τη χρήση των υλικών που θα αφαιρεθούν από τη θάλασσα να προστεθούν στην ακτή. Πρέπει να σημειωθεί στο σημείο αυτό πως τα υλικά αυτά δεν ταιριάζουν με τα υλικά της ακτής και θα αποβληθούν. Η λύση αυτή απαιτεί συνολικά κυβικά μέτρα υλικών. Η εναλλακτική λύση που αντιπροτάθηκε από την ερευνητική ομάδα που αναφέρθηκε παραπάνω αφορά τη χρήση ήπιων μεθόδων προστασίας ακτών με αναπλήρωση της παραλίας με άμμο. Εν ολίγοις αποφασίστηκε να προσομοιωθεί η επικρατούσα κατάσταση σε μια διατομή της παραλίας που προσφέρει επαρκή προστασία στην ακτή σε όλο το μήκος με τα κατάλληλα υλικά (κροκκάλες και λεπτή άμμος). Η λύση αυτή απαιτεί συνολικά κυβικά μέτρα υλικών τα οποία παρέχονται από μια περιοχή στο Πισκοκέφαλο, ένα χωριό της περιοχής. Η 82

90 αναπλήρωση προτείνεται να γίνει σε δύο φάσεις για να προηγηθεί παρακολούθηση της συμπεριφοράς των ακτών μετά την πρώτη τροφοδοσία. Σχήμα 4.12: α) Καταστροφή του κρηπιδότοιχου υποστήριξης του παράκτιου δρόμου στη Σητεία ( Σχήμα 4.13: β) Καταστροφή του κρηπιδότοιχου υποστήριξης του παράκτιου δρόμου στη Σητεία ( 83

91 Σχήμα 4.14: γ) Καταστροφή του κρηπιδότοιχου υποστήριξης του παράκτιου δρόμου στη 4.3 Tσούτσουρος Σητεία ( Ο παραθαλάσσιος οικισμός Τσούτσουρας ή Τσούτσουρος βρίσκεται στη Νότια Κρήτη στο νομό Ηρακλείου και απέχει 63 χλμ. περίπου από το Ηράκλειο. Διαθέτει ένα μικρό λιμάνι, στο οποίο προσαράζουν μικρά σκάφη. Οι κόλποι που σχηματίζονται στις δύο πλευρές του λιμανιού έχουν άμμο, βότσαλο και καθαρά νερά, ενώ το μήκος τους συνολικά φτάνει τα 2 χιλιόμετρα. Η περιοχή αυτή όπως φαίνεται και στην εικόνα είναι εκτεθειμένη σε Ν,Δ,Α, ΝΔ και ΝΑ ανέμους. 84

92 Σχήμα 4.15:Τσούτσουρος, Κρήτη (Google Earth) Για την εκτεταμένη διάβρωση που υφίστανται οι παραλίες νότια του Νομού Χανίων ευθύνεται κυρίως το κτίσιμο δίπλα στη θάλασσα καθώς και οι παράνομες αμμοληψίες. Στην προκειμένη περίπτωση η κατασκευή του θαλάσσιου τοίχου για την προστασία της παραλίας οδήγησε στην περεταίρω διάβρωση των ακτών της περιοχής αυτής. Η κατασκευή των προβόλων που ακολούθησε βελτίωσε αλλά δεν έλυσε το πρόβλημα. Σχήμα 4.16: Το πρόβλημα της Διάβρωσης στον Τσούτσουρος, Κρήτη (chaniareporter.blogspot.gr) 85

93 Σχήμα 4.17:Παραλιακός Δρόμος στον Τσούτσουρος, Κρήτη (chania-reporter.blogspot.gr) Στο σημείο αυτό παρουσιάζεται μέρος των αποτελεσμάτων από την επίλυση των μαθηματικών μοντέλων για την περιοχή αυτή. WAVE_L: Προσομοιώνει πολύπλοκα κυματικά πεδία στην παράκτια ζώνη, παρουσία τεχνικών έργων, όπου οι κυματισμοί υπόκεινται στις συνδυασμένες επιδράσεις των φαινομένων της περίθλασης, διάθλασης, ολικής και μερικής ανάκλασης, ρηχότητας, θραύσης. WAVECIR: Με δεδομένα (από το κυματικό μοντέλο) υπολογίζεται η κυματογενής κυκλοφορία SEDTR: Μεταφορά των ιζημάτων, λόγω κυματισμών και κυματογενούς κυκλοφορίας και εξέλιξη μορφολογίας πυθμένα. Από την επίλυση του μοντέλου WAVE_L προκύπτουν οι ισοϋψείς σημαντικού κύματος (Σχήματα 4.18, 4.20, 4.23). Από το μοντέλο των κυματογενών ταχυτήτων WAVECIR προκύπτουν αποτελέσματα για το πεδίο των κυματογενών ταχυτήτων ανάλογα με τους ανέμους που επικρατούν (Σχήματα 4.19, 4.22, 4.24). Από το SEDTR προκύπτουν τα αποτελέσματα που φαίνονται στα Σχήματα 4.26 και

94 Για Ν κυματισμούς: Ύψος κύματος Σχήμα 4.18: Ισοϋψείς Ύψους Κύματος στην περιοχή Τσούτσουρος (Θ. Καραμπάς Μ.Μ Τσούτσουρος). Κυματογενής κυκλοφορία Σχήμα 4.19: Κυματογενής Κυκλοφορία στην περιοχή Τσούτσουρος (Θ. Καραμπάς Μ.Μ Για ΝΔ κυματισμούς Ύψος κύματος Τσούτσουρος). 87

95 Σχήμα 4.20:Ύψος κύματος στην περιοχή Τσούτσουρος λόγω ΝΔ ανέμων (Θ. Καραμπάς Μ.Μ Τσούτσουρος). Στιγμιαία ανύψωση της στάθμης της θάλασσας Σχήμα 4.21:Στιγμιαία Ανύψωση της Στάθμης της θάλασσας στην περιοχή Τσούτσουρος λόγω ΝΔ ανέμων (Θ. Καραμπάς Μ.Μ Τσούτσουρος). Κυματογενής κυκλοφορία 88

96 Σχήμα 4.22: Κυματογενής Κυκλοφορία στην περιοχή Τσούτσουρος λόγω ΝΔ ανέμων (Θ. Καραμπάς Μ.Μ Τσούτσουρος). Για ΝΑ κυματισμούς: Ύψος κύματος Σχήμα 4.23:Ύψος κύματος στην περιοχή Τσούτσουρος λόγω ΝΑ ανέμων (Θ. Καραμπάς Μ.Μ Τσούτσουρος). Κυματογενής κυκλοφορία 89

97 Σχήμα 4.24:Κυματογενής Κυκλοφορία στην περιοχή Τσούτσουρος λόγω ΝΑ ανέμων (Θ. Καραμπάς Μ.Μ Τσούτσουρος). Η κατασκευή του λιμένα και παράκτιου τοίχου δημιούργησε προβλήματα διάβρωσης στην ακτή ανατολικά του λιμένα. Η κατασκευή των προβόλων βελτίωσε αλλά δεν έλυσε το πρόβλημα (ιδιαίτερα αμέσως κατάντι του λιμένα. Σχήμα 4.25: Περιοχή Τσούτσουρος Η επικράτηση ΝΔ κυματισμών προκαλεί διάβρωση κατάντι του λιμένα, ανατολικά. 90