ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: «ΤΕΧΝΗΤΗ ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΑΚΤΩΝ - ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ» ΕΠΙΜΕΛΗΤΡΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ : ΤΟΥΝΟΥΣΙΔΟΥ ΒΑΡΒΑΡΑ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΚΑΡΑΜΠΑΣ ΘΕΟΦΑΝΗΣ ΜΥΤΙΛΗΝΗ, 009

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ.σελ.1. ΓΕΝΙΚΗΣΥΖΗΤΗΣΗ σελ.3.1 ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗΣ ΑΚΤΩΝ...σελ.3. ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΑΚΤΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ..σελ.4.3 ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΑΠΟΔΟΣΗΣ...σελ.5.4 ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΑΚΤΩΝ ΚΑΙ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ σελ ΣΚΛΗΡΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ..σελ ΉΠΙΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ σελ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ...σελ.11 3.ΑΠΛΟΥΣΤΕΥΜΕΝΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ...σελ ΓΕΝΙΚΑ σελ13 3. ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ.σελ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΣΤΗΝ ΑΚΤΗ...σελ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ ΠΡΟΦΙΛ...σελ ΥΠΟΒΡΥΧΙΑ ΑΝΑΧΩΜΑΤΑ..σελ ΕΞΕΛΙΞΗ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ...σελ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ/ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ.σελ.19

3 3.4. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΛΥΣΕΩΝ PELNARD CONSIDERE...σελ ΕΞΕΛΙΞΗ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΤΟΙΧΩΝ σελ ΚΗΛΙΔΕΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ (EROSIONAL HOT SPOTS - EHS)..σελ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗΣ σελ.8 4. ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΟΓΕΝΟΥΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ.σελ ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ WAVE-L....σελ ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΥΜΑΤΟΓΕΝΟΥΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ WICIR (WAVE INDUCED CIRCULATION)..σελ ΜΟΝΤΕΛΟ ΣΤΕΡΕΟΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΑΙ ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΑΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑΣ ΠΥΘΜΕΝΑ SEDTR (SEDIMENT TRANSPORT)..σελ ΠΡΟΗΓΜΕΝΟ ΜΟΝΤΕΛΟ (ΤΥΠΟΥ BOUSSINESQ) ΒΡΑΧΥΧΡΟΝΙΑΣ ΕΓΚΑΡΣΙΑΣ ΣΤΕΡΕΟΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΔΙΑΤΟΜΗΣ.σελ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ..σελ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ......σελ ΚΥΜΑΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ..σελ ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΕΞΕΛΙΞΗ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑΣ ΒΡΑΧΥΧΡΟΝΙΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ.σελ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΟΜΟΙΩΜΑ (4.4) ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΔΙΑΤΟΜΗΣ σελ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΙΑΤΟΜΩΝ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ EBP (EQUILIBRIUM BEACH PROFILES).....σελ ΠΕΡΙΛΗΨΗ.σελ.71 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΟΝΤΕΛΩΝ..σελ.73 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

4 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ξεκινώντας αυτήν την πτυχιακή εργασία θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον καθηγητή μου κ. Καραμπά Θεοφάνη, χωρίς την καθοδήγηση και κατανόηση του οποίου δε θα ήταν δυνατή η ολοκλήρωση της. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τους καθηγητές κ. Χασιώτη και κ. Ζερβάκη που δέχτηκαν να είναι μέλη της επιτροπής. Υπάρχουν άνθρωποι των οποίων η συμβολή ήταν πολύ σημαντική για την εκπόνηση της εργασίας και θα ήθελα να αναφέρω. Θα ξεκινήσω από την οικογένειά μου που με στήριξε οικονομικά και ψυχολογικά όλον αυτό τον καιρό. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω το Δημήτρη, ο οποίος μου έδωσε την ιδέα για το θέμα της εργασίας και κουράγιο όποτε παρουσιάστηκαν δυσκολίες.

5 Η πτυχιακή εργασία αυτή είναι αφιερωμένη στον παππού μου που τόσο ανυπομονεί να πάρω το πτυχίο μου

6 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διάβρωση των ακτών αποτελεί ένα φυσικό φαινόμενο. Η αστικοποίηση, ωστόσο, και η συγκέντρωση κοινωνικοοικονομικών δραστηριοτήτων στις παράκτιες περιοχές οξύνουν το πρόβλημα με αποτέλεσμα να απαιτείται η έγκαιρη λήψη μέτρων για την προστασία τους. Στο παρελθόν η αντιμετώπιση της διάβρωσης των ακτών γινόταν μόνο με κατασκευή «σκληρών» κατασκευών όπως παράκτιοι τοίχοι, κυματοθραύστες, πρόβολοι κλπ. Αυτές οι κατασκευές, όμως, όπως αποδείχθηκε, επηρεάζουν το περιβάλλον της περιοχής χωρίς απαραίτητα να επιλύουν το πρόβλημα. Στην εποχή μας η ανάγκη σωστής διαχείρισης έχει προκαλέσει το ενδιαφέρον για την εξεύρεση ήπιων λύσεων για την προστασία των ακτών. Η τεχνητή αναπλήρωση (beach nourishment) αποτελεί τη σύγχρονη μέθοδο για την επίλυση του προβλήματος της διάβρωσης. Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει την τοποθέτηση μεγάλων ποσοτήτων ιζήματος καλής ποιότητας για να προωθηθεί η ακτή προς τη θάλασσα. «Καλή ποιότητα» σημαίνει μέγεθος κόκκου παρόμοιο ή μεγαλύτερο από το υφιστάμενο στην ακτή. Το ύψος που γίνεται η εναπόθεση του υλικού είναι της τάξης 1-3m πάνω από τη Μέση Στάθμη Θάλασσας. Μετά την εναπόθεση της άμμου οι κυματισμοί θα διαμορφώσουν μια νέα κατάσταση «ισορροπίας». Στις περισσότερες περιπτώσεις η τεχνητή αναπλήρωση εφαρμόζεται όταν μια παλαιότερη διάβρωση έχει προκαλέσει υποχώρηση της ακτής σε τέτοιο βαθμό ώστε να κρίνεται απαραίτητη η λήψη διορθωτικών μέτρων. Από τις τρεις εναλλακτικές λύσεις για την αντιμετώπιση του προβλήματος της διάβρωσης υποχώρηση, τοποθέτηση ογκολίθων και τεχνητή αναπλήρωση η τελευταία είναι η μόνη που έχει την ικανότητα της διατήρησης της θέσης της ακτής και των φυσικών χαρακτηριστικών της διαβρωμένης περιοχής. Η μέθοδος αυτή είναι, εύλογα, δαπανηρή και συνήθως μπορεί να δικαιολογηθεί μόνο σε περιοχές με σημαντικό οικονομικό υπόβαθρο. Παραδείγματα αποτελούν το Μαϊάμι, η Φλόριντα και το Ocean city. Παρόλα αυτά, λόγω των αυξανόμενων εμπορικών, ψυχαγωγικών, περιβαλλοντικών και για κατοικία αναγκών και επενδύσεων η τεχνητή αναπλήρωση είναι η επικρατέστερη. Η μέθοδος αυτή ξεκίνησε στις Ηνωμένες Πολιτείες στις αρχές του 1900 και τα περισσότερα έργα ήταν συνήθως σε περιορισμένα τμήματα ακτής. Άλλα έργα περιλάμβαναν περιοχές όπου η αναπλήρωση ήταν ένα υποπροϊόν της εκβάθυνσης για άλλους λόγους, όπως η εκσκαφή για ένα λιμάνι. Η διάρκεια ζωής

7 ενός έργου αναπλήρωσης μπορεί να αυξηθεί με τη χρήση κατασκευών, όπως κυματοθραύστες μακριά από την ακτή και προβόλους. Παρόλο που οι κατασκευές αυτές έχουν τη δυνατότητα να αυξάνουν τη διάρκεια ζωής ενός τέτοιου έργου, σε μερικές τοποθεσίες τα αποτελέσματά τους στην παρακείμενη ακτή δεν είναι τόσο προβλέψιμα όσο απαιτείται προκειμένου να δικαιολογηθεί η ενσωμάτωσή τους σ αυτό. Γενικά το μέγεθος της άμμου είναι ένα μέτρο κλειδί για την πιθανή εκτέλεση ενός τέτοιου έργου και ως ένα φυσικό μέτρο απόδοσης και ως περιβαλλοντικό μέτρο. Παρακάτω γίνεται αναλυτική προσέγγιση της μεθόδου της τεχνητής αναπλήρωσης ακτών βασισμένη σε μελέτη του Robert G. Dean καθώς και προσέγγιση της μεθόδου με παρουσίαση αριθμητικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή της.

8 . ΓΕΝΙΚΗ ΣΥΖΗΤΗΣΗ.1 ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗΣ ΑΚΤΩΝ Συνήθως υπάρχει ένας συνδυασμός παραμέτρων που θα καθορίσει αν ένα έργο αναπλήρωσης μπορεί να δικαιολογηθεί οικονομικά. Αυτές οι παράμετροι περιλαμβάνουν το ποσοστό της διάβρωσης, τις αξίες (π.χ. εμπορικές, κατοικίας κ.α.) που προστατεύονται καθώς και την αξία της ακτής ως ψυχαγωγικό ή/και περιβαλλοντικό πόρο. Σε σπάνιες περιπτώσεις, η αναπλήρωση πραγματοποιείται για την προστασία μιας ιστορικής περιοχής ή απλά για τη διατήρηση μιας ακτής ως φυσικό σύστημα. Σχήμα.1. Ποιοτική απεικόνιση της αλληλεξάρτησης μεταξύ αξίας της παραλιακής ζώνης και του ποσοστού της διάβρωσης για την αιτιολόγηση της τροφοδότησης. Το σχήμα.1 επεξηγεί την πιο απλή κατάσταση που απαιτεί οικονομική αιτιολόγηση ενός έργου, την ποιοτική σχέση μεταξύ του ποσοστού διάβρωσης και της αξίας της παραλιακής ζώνης. Από το διάγραμμα προκύπτει ότι η αξία του πόρου περιλαμβάνει τις κατασκευές πάνω στην ξηρά καθώς και την ψυχαγωγική και περιβαλλοντική αξία των ακτών. Όπως θα γίνει εμφανής αργότερα, μια σημαντική παράμετρος, μη εμφανής στο σχήμα.1, είναι το μήκος της ακτής που προστατεύεται. Η αναπλήρωση είναι αποτελεσματικότερη όταν πραγματοποιείται σε μεγάλου μήκους ακτές.

9 . ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΑΚΤΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ Γενικά, η αναπλήρωση μπορεί να εμφανιστεί είτε ως τοποθέτηση του υλικού στην παραλία είτε ως υποβρύχιο (κοντά στην ακτή) ανάχωμα (σχήμα.). Τα πλεονεκτήματα της τοποθέτησης στην ακτή είναι ότι τα ευεργετικά αποτελέσματα μπορούν να φανούν και να χρησιμοποιηθούν για ψυχαγωγικούς λόγους άμεσα ενώ αν το υλικό τοποθετείται ως υποβρύχιο ανάχωμα, τα οφέλη δεν είναι τόσο εμφανή ούτε γίνονται νωρίς αντιληπτά. Εντούτοις, σε μερικές περιπτώσεις, αν η ποιότητα του υλικού θεωρείται οριακά κατάλληλη, η τοποθέτηση αναχωμάτων μπορεί να επιτρέψει τη χρήση του ενώ θα κρινόταν ακατάλληλο για την άμεση τοποθέτησή του στην ακτή. Τα υλικά που τοποθετούνται ως υποβρύχια αναχώματα έχουν χρησιμοποιηθεί σε διάφορα έργα τεχνητής αναπλήρωσης με ποικίλους βαθμούς επιτυχίας. Τα πιθανά οφέλη της τοποθέτησής τους περιλαμβάνουν τη βαθμιαία «μετανάστευση» υλικού καλύτερης ποιότητας (πιο χονδρόκοκκα) προς την ακτή ή αν το ανάχωμα είναι σταθερό τη μείωση της ενέργειας των κυμάτων έτσι ώστε η προς την ακτή πλευρά του αναχώματος να είναι πιο σταθερή ενάντια στη διάβρωση. Σχήμα.. Παράδειγμα της αναπλήρωσης ακτής και του επιμήκους αναχώματος. (Browder and Dean, 1997) Το υλικό τροφοδότησης τοποθετείται συνήθως έτσι ώστε η ακτή να επεκτείνεται προς τη θάλασσα και η κλίση να είναι πιο απότομη από ότι του ισορροπημένου προφίλ. Είναι λογικό να θεωρηθεί ως ανώτερο όριο του έργου κατά τη σχεδίασή του το φυσικό ύψος αναβαθμού, που αντιπροσωπεύει το ανώτερο όριο αναρρίχησης του κύματος. Η ανύψωση αυτή εξαρτάται από το εύρος της παλίρροιας και το ύψος των κυμάτων. Σε πολλές τοποθεσίες είναι της τάξεως -3m πάνω από τη

10 Μέση Στάθμη της Θάλασσας. Μια προσέγγιση είναι να σχεδιαστεί η τοποθετημένη ανύψωση αναβαθμού ελαφρώς χαμηλότερη από ότι αναμένεται κάτω από φυσικές συνθήκες έτσι ώστε η ίδια η φυσική διαδικασία αναρρίχησης να αυξήσει το ύψος αναβαθμού στο φυσικό του ύψος. Στην περιοχή που εφαρμόζεται η τεχνική της τεχνητής αναπλήρωσης το προφίλ θα αρχίσει να εξισορροπείται και επιπλέον υλικό από τη νέα ακτογραμμή, η οποία τώρα αντιπροσωπεύει μια διαταραχή στο σύστημα, θα αρχίσει να διαδίδεται πλευρικά στις παρακείμενες ακτές (σχήμα.3). Οι κυματισμοί που προσπίπτουν κάθετα θα διαμορφώσουν το προφίλ ισορροπίας (σχήμα.4)..3 ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΑΠΟΔΟΣΗΣ Δύο σημαντικοί τύποι μέτρων απόδοσης ενός έργου είναι τα φυσικά και τα περιβαλλοντικά. Δύο φυσικά μέτρα είναι η διάρκεια ζωής του και το μη διαβρεχόμενο πλάτος της ακτής. Το πρώτο είναι μέτρο του χρόνου μέσα στον οποίο πρέπει να πραγματοποιηθούν οι διαδοχικές τροφοδοτήσεις της ακτής για να διατηρηθούν κάποιοι επιθυμητοί ελάχιστοι όροι του έργου. Επειδή τα κύματα είναι ο παράγοντας που προκαλεί το διασκορπισμό του υλικού τροφοδότησης, θα αποδειχθεί ότι η διάρκεια ζωής του έργου είναι ευαίσθητη στο ενεργειακό επίπεδο των κυμάτων και ότι το μήκος της ακτής φιγουράρει κεντρικά στη διάρκεια ζωής του. Ακτή Προσθήκη άμμου Πλευρικές απώλειες Τελική κατάσταση Εγκάρσιες απώλειες Σχήμα.3. Απώλειες άμμου στην περίπτωση τεχνητής αναπλήρωσης ακτής (εγκάρσιοι κυματισμοί).

11 Α. Αρχική διατομή αναπλήρωσης dy l d 50 * Αρχικό προφίλ d 50 Προσθήκη άμμου d 1 Β. Εξέλιξη διατομής όταν d 50 *<d 50 dy d 50 *<d 50 d 50 * Αρχικό προφίλ d 50 d 1 Γ. Εξέλιξη διατομής όταν d 50 *=>d 50 dy d 50 *=>d 50 d 50 d 50 * Αρχικό προφίλ d 1 Σχήμα.4. Α.: Αρχική διατομή αναπλήρωσης. Β και Γ: Εγκάρσιες απώλειες άμμου μετά την τεχνητή αναπλήρωση της ακτής. Β: όταν αρχική μέση διάμετρος κόκκων d 50 * είναι μικρότερη από τη μέση διάμετρο κόκκων της άμμου που προστίθεται d 50, και Γ: όταν αρχική μέση διάμετρος κόκκων d 50 * είναι ίση ή μεγαλύτερη από τη μέση διάμετρο κόκκων της άμμου που προστίθεται d 50 Το μη διαβρεχόμενο πλάτος της ακτής και οι πρόσθετες περιοχές μη διαβρεχόμενης παραλίας του σχεδίου αποτελούν επίσης σχετικά μέτρα της

12 απόδοσης του έργου. Το μέγεθος του κόκκου του υλικού τροφοδότησης σε σχέση με το εγγενές είναι ένας σημαντικός καθοριστικός παράγοντας σε αυτά τα δύο μέτρα. Συγκεκριμένα, επειδή η άμμος με χονδρό κόκκο συνδέεται φυσικά με τις πιο απότομες κλίσεις, αν η άμμος τροφοδότησης είναι πιο χονδρή από την υπάρχουσα, το πρόσθετο πλάτος της ακτής μετά από την ισορροπία του συστήματος θα είναι ουσιαστικά μεγαλύτερο από ότι θα ήταν αν η άμμος τροφοδότησης ήταν λεπτότερη από την υπάρχουσα. Κατά συνέπεια, το πλάτος της μη διαβρεχόμενης παραλίας και η πρόσθετη περιοχή μη διαβρεχόμενης παραλίας του έργου, που αποτελούν επίσης μέτρα της απόδοσής του, είναι ευαίσθητα στο μέγεθος του ιζήματος τροφοδότησης. Βασικό περιβαλλοντικό ζήτημα είναι τα χαρακτηριστικά της άμμου τροφοδότησης σε σχέση με την υπάρχουσα, όπως προαναφέρθηκε. Η πρώτη δεν είναι συνήθως καλά ταξινομημένη σε σχέση με τη δεύτερη και μπορεί έτσι να περιέχει ένα μεγαλύτερο ποσοστό λεπτού υλικού που μπορεί να έχει δύο δυσμενή περιβαλλοντικά αποτελέσματα. Το πρώτο εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της τοποθέτησης όταν τα μόρια ιλύος και αργίλου δεν έχουν ενσωματωθεί ακόμα στο νέο τους περιβάλλον και μπορεί να μειώσουν τη διείσδυση του φωτός, να παρεμποδίσουν την αναπνοή των ψαριών και να επηρεάσουν τη βενθική χλωρίδα και πανίδα. Το δεύτερο είναι ένα μερικό αδύναμο τσιμεντάρισμα μεταξύ των κόκκων της άμμου, με οικολογικές συνέπειες, όπως μια παραλία που είναι λιγότερο κατάλληλη για να εκκολαφθούν οι θαλάσσιες χελώνες. Τα τελευταία, συνήθως, μπορούν να βελτιωθούν με το όργωμα της επιφάνειας της ακτής με συνηθισμένο γεωργικό εξοπλισμό (Trindell et al, 1998). Αν και η τροφοδότηση παραλιών με μεγάλες ποσότητες συμβατής άμμου μπορεί να πνίξει μέρος από τις τοπικές βιοκοινωνίες, έχει διαπιστωθεί ότι γίνεται «επαναπατρισμός» τους συνήθως μέσα σε ένα ή δύο έτη χάρη στην ικανότητά του βιοκόσμου να αντιμετωπίζει τις μεγάλες φυσικές αλλαγές. Η τροφοδότηση των παραλιών μπορεί επίσης να είναι ουσιαστικού περιβαλλοντικού οφέλους μέσω της δημιουργίας μεγάλων παραλιών κατάλληλων για την εκκόλαψη θαλάσσιων χελωνών και πουλιών..4 ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΑΚΤΩΝ ΚΑΙ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Οι κατασκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με την τεχνητή αναπλήρωση, για να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής του έργου μεταβάλλοντας το πεδίο της κυματογενούς κυκλοφορίας, μετατρέποντάς την σε πιο ήπια,

13 ελαχιστοποιώντας έτσι τις πλευρικές και εγκάρσιες απώλειες και εγκλωβίζοντας τις ποσότητες άμμου που μεταφέρθηκαν. Έτσι μπορεί να κατασκευαστούν πλευρικά πρόβολοι ή παράλληλα στην ακτή κυματοθραύστες. Τα έργα αυτά μπορεί να ανήκουν στη κατηγορία των «σκληρών» ή «ήπιων» μεθόδων «ΣΚΛΗΡΕΣ» ΜΕΘΟΔΟΙ «Σκληρές» μέθοδοι θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν οι μεγάλες έξαλες κατασκευές από σκυρόδεμα ή ογκολίθους παρόμοιες με αυτές των λιμενικών έργων. Στις περιπτώσεις αυτές η προστασία της ακτής που αναπληρώθηκε μπορεί να γίνει με τους παρακάτω τρόπους: Α. Κατασκευή προβόλων με στέψη πάνω από τη Μέση Στάθμη Θάλασσας. Οι κατασκευές αυτές σταθεροποιούν την ακτή (ανάμεσα στους προβόλους) εφόσον εμποδίζουν με την παρουσία τους τη στερεομεταφορά παράλληλα στην ακτή. Κατάντη όμως των κατασκευών η διάβρωση της ακτής συνεχίζεται, ενώ τα ρεύματα επαναφοράς (rip-currents) που δημιουργούνται μεταφέρουν σημαντικές ποσότητες άμμου προς τα ανοιχτά (Silvester & Hsu, 1997, σελ. 85). Ταυτόχρονα σε περιοχές επιβαρημένες περιβαλλοντικά μπορεί να προκληθεί σημαντική υποβάθμιση της ποιότητας των νερών ανάμεσα στους προβόλους ιδιαίτερα κατά τους θερινούς μήνες λόγω της μη ικανοποιητικής ανανέωσής τους. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα της Παραλίας της Κατερίνης όπου η κατασκευή προβόλων οδήγησε σε σημαντικά προβλήματα ποιότητας νερού, λόγω της διακοπής της παράκτιας κυκλοφορίας και της απομόνωσης ευτροφικών μαζών. Το αποτέλεσμα είναι εμφανή με έντονη δυσοσμία, θολότητα, ευτροφισμό κλπ. Ακόμη και μικρότερες παρεμβάσεις όπως π.χ. στη ακτή του Αγγελοχωρίου Θεσσαλονίκης, όπου κατασκευάστηκε ένας μόνο πρόβολος Βόρεια του λιμενικού έργου, οι επιπτώσεις στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι σημαντικές. Β. Κατασκευή συστήματος παραλλήλων κυματοθραυστών. Κατασκευάζονται σε βάθη - 5 m (σε απόσταση από την ακτή μεγαλύτερη του μήκους τους) με κενά ανάμεσά τους που κυμαίνονται από ½ έως 5 φορές το μήκος τους. Μπορεί να κατασκευαστούν και με κλίση ως προς την ακτογραμμή με προσανατολισμό κάθετα στην κύρια διεύθυνση των κυματισμών (Silvester & Hsu, 1997, σελ. 360). Μεταξύ των παράλληλων κυματοθραυστών και της ακτής συμβαίνει αλλαγή της κατεύθυνσης

14 και του ύψους των κυματισμών λόγω περίθλασης και ποσότητες φερτών οδηγούνται και παγιδεύονται στο τμήμα της ζώνης θραύσης πίσω από το έργο, προκαλώντας προσάμμωση και την εμφάνιση «tombolo» που τείνει να ενώσει το έργο με την ακτή ή απλά μια προεξοχή της ξηράς. Η δημιουργία της προσάμμωσης αυτής συνοδεύεται και από μικρή ή μεγάλη διάβρωση του τμήματος της ακτής που βρίσκεται πίσω από τα άκρα του μεμονωμένου κυματοθραύστη ή πίσω από τα κενά της σειράς κυματοθραυστών. Κατάντη του έργου όμως, όπως και στην περίπτωση των προβόλων, η διάβρωση είναι αναπόφευκτη. Επιπλέον οπτική όχληση αλλά και η παρεμπόδιση της ελεύθερης κυκλοφορίας των νερών προκαλεί αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις..4.. «ΉΠΙΕΣ» ΜΕΘΟΔΟΙ Η ευαισθητοποίηση για την προστασία του περιβάλλοντος γενικότερα και ειδικότερα στην περίπτωση του θαλάσσιου και του χερσαίου τμήματος των παράκτιων ζωνών δημιούργησε την ανάγκη για αναζήτηση ηπιότερων μορφών έργων προστασίας ακτών (από άποψη λειτουργίας και κατασκευής) με γνώμονα τον περιορισμό των αρνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων (διάβρωση των γειτονικών ακτών, ποιότητα νερού, αισθητική). Έτσι αντίθετα με τις παραπάνω κατασκευές έχουν εφαρμοστεί, ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια, περιβαλλοντικά φιλικές τεχνικές που χαρακτηρίζονται «ήπιες» μέθοδοι προστασίας ακτών. Οι μέθοδοι αυτές είναι περιβαλλοντικά αποδεκτές εφόσον δεν εμποδίζουν με την παρουσία τους (τουλάχιστον σε μεγάλο βαθμό) τις μετακινήσεις των υδάτων και του θαλάσσιου πληθυσμού. Εκτός της τεχνητής αναπλήρωσης, οι κυριότερες «ήπιες» μέθοδοι είναι: οι βυθισμένοι πρόβολοι, οι βυθισμένοι και οι πλωτοί κυματοθραύστες σε θάλασσες με μικρό πλάτος παλίρροιας και η αποστράγγιση της ακτής. Α. Βυθισμένοι πρόβολοι Η κατασκευή υφάλων προβόλων μέσα στη ζώνη θραύσης επιβάλει επιπλέον θραύση πάνω στους υφάλους. Σαν συνέπεια έχουμε τη μείωση της τυρβώδους κινητικής ενέργειας στα φατνώματα ανάμεσα στους προβόλους εφόσον μέρος της ενέργειας έχει αποσβεσθεί με τη θραύση πάνω τους. Επιπλέον δημιουργείται μία νέα κατάσταση κυματογενούς κυκλοφορίας με κύριο

15 χαρακτηριστικό τους στροβίλους στα φατνώματα. Η μείωση της έντασης του κυματογενούς ρεύματος και άρα της στερεοπαροχής έχει σαν αποτέλεσμα την παγίδευση μέρους των φερτών και την αποφυγή της διάβρωσης. Η σταθεροποίηση της ακτής ενισχύεται με την ίδια την παρουσία των προβόλων που αποτελούν ένα εμπόδιο για την απομάκρυνση της άμμου. Β. Πλωτοί κυματοθραύστες Οι πλωτοί κυματοθραύστες αποτελούν βιομηχανικά παραγόμενες κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα υπό μορφή λεπτότοιχου κιβωτίου, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την κυματική προστασία ημιπροστατευόμενων παράκτιων ζωνών. Η κυματική προστασία την οποία προσφέρουν ποικίλλει ανάλογα με τα κυματικά χαρακτηριστικά και το βάθος. Κάτω από κυματικά επεισόδια περιόδου 3-5 δευτερολέπτων και ύψους 1- m απορροφούν 50-80% της κυματικής ενέργειας. Έτσι η παρουσία τους παράλληλα στην ακτή μειώνει την διαβρωτική εγκάρσια δράση των κυματισμών και, σε πεπερασμένα μήκη, οδηγεί στη δημιουργία κυματογενούς ρεύματος και εξέλιξης βυθομετρίας και ακτογραμμής παρόμοιας μορφής με εκείνη που προκύπτει στην περίπτωση συμβατικού κυματοθραύστη, που χαρακτηρίζεται όμως από μειωμένους ρυθμούς προσάμμωσης λόγω της μειωμένης περίθλασης (Κουτάντος κ. α.., 00). Τα κύρια πλεονεκτήματα των πλωτών κυματοθραυστών είναι: Χαμηλό κόστος τοποθέτησης, ιδιαίτερα σε περιοχές με πολύ κακής ποιότητας πυθμένα (εφόσον δεν απαιτείται θεμελίωση) ή σε δυσπροσπέλαστες ακτές που η κατασκευή έργων από την ξηρά είναι δυσχερής. Ταχύτητα τοποθέτησης, εφόσον οι κυματοθραύστες είναι προκατασκευασμένοι, με αποτέλεσμα η περιοχή να ταλαιπωρείται ελάχιστα από τις εργοταξιακές διαταράξεις και την οδική μεταφορά των δομικών υλικών. Ελάχιστες αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις εφόσον λόγω του μικρού τους βυθίσματος (της τάξης του 1m) δεν παρεμποδίζεται η κυκλοφορία και η ανανέωση των νερών. Δυνατότητα μετακίνησης ώστε να είναι πιο αποτελεσματικοί ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν. Επομένως θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια αποδοτική και περιβαλλοντικά πιο αποδεκτή μέθοδο προστασίας και αναπλήρωσης ημιπροστατευόμενων παράκτιων ζωνών.

16 Ωστόσο λόγω κυρίως του γεγονότος ότι όταν προσπίπτουν ύψη κύματος πάνω από m παρασύρονται και αστοχούν, δεν χρησιμοποιούνται ευρέως κυρίως σε μη ημιπροστατευόμενες περιοχές. Γ. Βυθισμένοι κυματοθραύστες Οι βυθισμένοι κυματοθραύστες κατασκευάζονται συνήθως από λιθορριπή και ογκολίθους 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 μέσω της θραύσης πάνω στην κατασκευή ή/και μέσω των τυρβωδών ροών στην επιφάνεια και στο εσωτερικό τους. Ο συντελεστής ανάκλασης είναι της τάξεως του 0% ενώ ο συντελεστής μετάδοσης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες που σχετίζονται με την απώλεια ενέργειας. Η παρουσία τους παράλληλα στην ακτή μειώνει την διαβρωτική εγκάρσια δράση των κυματισμών και ενισχύει την πρόσχωση (Καραθανάση, 004). Η χρήση βυθισμένων κυματοθραυστών αποτελεί μια σύγχρονη και περιβαλλοντικά αποδεκτή λύση, η οποία διερευνάται συστηματικά τα τελευταία χρόνια ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ Η τεχνητή αναπλήρωση μπορεί να συνοδεύεται και από άλλα ήπια τεχνικά έργα προστασίας που βοηθούν στον εγκλωβισμό των ποσοτήτων άμμου που μεταφέρθηκαν και ελαχιστοποιούν τις πλευρικές και τις εγκάρσιες απώλειες. Έτσι μπορεί να κατασκευαστούν πλευρικά βυθισμένοι πρόβολοι ή παράλληλα στην ακτή βυθισμένοι κυματοθραύστες (σχήμα.5). Οι κατασκευές αυτές θα μεταβάλουν το πεδίο της κυματογενούς κυκλοφορίας μετατρέποντάς το σε πιο ήπιο. Οι βυθισμένοι κυματοθραύστες θα μειώσουν και την εγκάρσια διαβρωτική δυναμική των κυματισμών (γιατί μειώνουν την ενέργεια του κύματος που προσπίπτει). Όπως, όμως, φαίνεται ενδεικτικά και στο σχήμα.5 οι πλευρικές απώλειες δεν

17 αποφεύγονται αν και μειώνονται σημαντικά. Το συμπέρασμα αυτό εξάγεται από την εφαρμογή των παραπάνω μοντέλων όπως παρουσιάστηκε στην εργασία των Koutsouvela, Karambas, Avgeris and Karathanassi, (007). Περαιτέρω περιορισμός των πλευρικών απωλειών άμμου μπορεί να επιτευχθεί με την κατασκευή βυθισμένων προβόλων που θα εγκλωβίσουν στη άμμο που προστίθεται (σχήμα.6). Αρχική Ακτογραμμή Προσθήκη Άμμου Τελική Ακτογραμμή Κυματοθραύστες Σχήμα.5. Εξέλιξη της ακτογραμμής σε ακτή που εφαρμόστηκε η τεχνητή αναπλήρωση σε συνδυασμό με βυθισμένους κυματοθραύστες παράλληλα στην ακτή Αρχική Ακτογραμμή Προσθήκη Άμμου Τελική Ακτογραμμή Βυθισμένος κυματοθραύστης Βυθισμένος πρόβολος Σχήμα.6. Τεχνητή αναπλήρωση ακτής σε συνδυασμό βυθισμένους προβόλους και κυματοθραύστες παράλληλα στην ακτή

18 3.ΑΠΛΟΥΣΤΕΥΜΕΝΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Στο σχήμα.3 φαίνεται ότι με την κατασκευή ενός έργου αναπλήρωσης ακτής επηρεάζεται η μεταφορά ιζήματος παράλληλα και κάθετα προς την ακτή. Οι χρονικές κλίμακες που συνδέονται με αυτά τα δύο είδη μεταφοράς αποτελούν τη βάση για την απόφαση να χρηματοδοτηθεί ένα τέτοιο έργο και οι μεθοδολογίες τη βάση για να αναπτυχθούν οι εκτιμήσεις της διάρκειας ζωής του. Αν και η παράλληλη και κάθετη μεταφορά είναι διαδικασίες που εμφανίζονται ταυτόχρονα, για ένα έργο λογικής διάρκειας, τα χρονικά διαστήματα που χρειάζονται για να έρθει σε ισορροπία κάθετα είναι αρκετά πιο σύντομα από τα χρονικά διαστήματα ισορροπίας παράλληλα στην ακτή, παρέχοντας κατά συνέπεια μια εύλογη βάση για τη χωριστή εκτίμηση αυτών των δύο χαρακτηριστικών της εξέλιξης. 3.. ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ Για τον υπολογισμό του κυματικού κλίματος στα ανοικτά της περιοχής που ενδιαφέρει γίνεται εκτίμηση του σημαντικού ύψους κύματος H s, της περιόδου T p της μέγιστης ενεργειακής πυκνότητας και της μέσης περιόδου Τ z από τις σχέσεις JONSWAP: gh U gt U gx = 0, 0016 U s p = gx 0, 86 U (3..1) (3..) gt U z = gx 0, U (3..3)

19 Αν F είναι το γραμμικό μήκος αναπτύγματος, ελέγχεται αν ισχύει η ανισότητα: gt U D > gf 68, 8 U (3..4) με t D τη διάρκεια. Εφόσον ισχύει η ανισότητα τότε στη θέση του x εφαρμόζεται το F. Αν δεν ισχύει τότε από την παραπάνω σχέση, σαν ισότητα, υπολογίζεται το F στη θέση του x. Ο υπολογισμός του ενεργού μήκους ανάπτυξης των κυματισμών γίνεται σε ένα τομέα ±45 ο ως προς την κύρια κατεύθυνση, με βάση τις ακτίνες ανά 10 ο από τον τύπο (Κουτίτας, 1994): F = eff i i F cosa i cosa i i (3..5) όπου ο ακέραιος i περιγράφει την κατεύθυνση ακτινών ανά 10 ο εκατέρωθεν της κατευθύνσεως του ανέμου, F i το γραμμικό μήκος αναπτύγματος της κατεύθυνσης i και a i η γωνία που σχηματίζει η ακτίνα i με την κατεύθυνση του ανέμου. Τα μήκη αναπτύγματος F i υπολογίστηκαν από τους χάρτες της κάθε περιοχής. 3.3 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΣΤΗΝ ΑΚΤΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ ΠΡΟΦΙΛ Η εξέλιξη του προφίλ μιας παραλίας θα οδηγήσει σε πιο απότομη κλίση από το φυσικό της και έχει ενδιαφέρον επειδή θα υπάρξει μια ευρύτερη παραλία για κάποιο αόριστο χρονικό διάστημα καθώς το προφίλ θα πλησιάζει σε ισορροπία. Τα διαθέσιμα αποτελέσματα από παρατηρήσεις δείχνουν ότι το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την εξισορρόπηση του 50% του προφίλ κυμαίνεται από 3 έως 7 χρόνια.

20 y Σχήμα Αλλαγές της αδιάστατης εξέλιξης της ακτογραμμής W, με Α και. B = Τα αποτελέσματα αυτά είναι για Β h =0.5 (Dean, 1991) Σχήμα Αλλαγές της αδιάστατης εξέλιξης της ακτογραμμής B = Τα αποτελέσματα αυτά είναι για Β h =0.5 (Dean, 1991) y W, με Α και. Δεν υπάρχει κανένα γνωστό αριθμητικό ή αναλυτικό μοντέλο που να μπορεί να προβλέψει τα χρονικά διαστήματα της εξισορρόπησης. Υπάρχουν πολλά αριθμητικά μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί για να αναπαριστούν τη μεταφορά

21 ιζημάτων κάθετα στην ακτή. Εντούτοις τα περισσότερα από αυτά ισχύουν για την περίπτωση διάβρωσης που συνδέεται με κάποια συνθήκη που είναι ουσιαστικά άσχετη με την ισορροπία, όπως μια υψηλή στάθμη της θάλασσας κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας καθώς και τα μεγάλου ύψους κύματα που τη συνοδεύουν. Για την αναπαράσταση της εξέλιξης ενός πολύ απότομου προφίλ είναι απαραίτητο η κλίση να παίζει ρόλο στην κατεύθυνση της μεταφοράς κάθετα στην ακτή. Αυτό είναι χαρακτηριστικό σε μερικά από τα διαθέσιμα μοντέλα εξέλιξης προφίλ, π.χ. στο μοντέλο EDUNE του Kriebel (198) και Kriebel και Dean (1985), αλλά δεν είναι στο μοντέλο SBEACH των Larson και Kraus (1989), στο οποίο η κατεύθυνση της μεταφοράς των ιζημάτων ελέγχεται εξ ολοκλήρου από τα χαρακτηριστικά της καθίζησης του και της ταχύτητας των κυμάτων. Η μεταβλητότητα του ύψους των κυμάτων καθώς και της περιόδου, επειδή μεγαλύτερα κύματα μικρότερης περιόδου είναι κυρίως υπεύθυνα για τη μεταφορά προς τη θάλασσα, είναι απαραίτητα στην εφαρμογή ενός τέτοιου μοντέλου ΥΠΟΒΡΥΧΙΑ ΑΝΑΧΩΜΑΤΑ Η τοποθέτηση υλικού ως υποβρύχιο ανάχωμα είναι ενδιαφέρουσα λόγω του χαμηλότερου κόστους τοποθέτησης και της δυνατότητας χρήσης υλικού το οποίο δεν θα ήταν αποδεκτό για άμεση τοποθέτηση στην παραλία (σχήμα.). Μια από τις σημαντικότερες ερωτήσεις που προκύπτει σχετικά με την τοποθέτησή του είναι αν θα είναι σταθερό ή ασταθές, και εφόσον είναι ασταθές, αν κινηθεί προς τη στεριά ή προς τη θάλασσα. Έτσι, υπάρχουν δύο θετικές επιδράσεις από την παρουσία ενός υποβρύχιου αναχώματος στο σύστημα της παραλίας. Η πρώτη είναι ότι αν αυτό είναι ασταθές και κινηθεί σταδιακά προς την ακτή θα ενεργήσει ως τροφοδότης άμμου. Η δεύτερη επίδραση είναι ότι αν το ανάχωμα είναι σταθερό και προκαλεί ικανοποιητικό σκεδασμό της ενέργειας των κυμάτων, έτσι ώστε τα κύματα να είναι μικρότερα όταν φθάνουν στην ακτή, λειτουργεί ως κυματοθραύστης μακριά από αυτήν, συμβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο στη σταθερότητά της. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, όμως, οι παλίρροιες θα αυξήσουν τα βάθη πέρα από το ανάχωμα, μειώνοντας έτσι την αποτελεσματικότητά του ως απορροφητή κυμάτων. Αν ένα προφίλ ήταν, αρχικά, κατά προσέγγιση σε ισορροπία, θα φαινόταν ότι η τοποθέτηση ενός υποβρύχιου αναχώματος σ αυτό το προφίλ θα οδηγούσε είτε σε ένα ανάχωμα που είναι σταθερό είτε σε ένα που θα κινούνταν μόνο προς τη στεριά. Η λογική γι αυτό είναι ότι μετά από την τοποθέτηση του υποβρύχιου αναχώματος, το

22 προφίλ θα είχε περίσσεια ιζήματος σε σχέση με εκείνο της ισορροπίας και αυτή η περίσσεια μπορεί να μειωθεί μόνο μέσω της μεταφοράς του ιζήματος προς τη στεριά. Ο Andrassy (1991) έχει κάνει αναφορά στην παρακολούθηση ενός υποβρύχιου αναχώματος που τοποθετήθηκε στην Imperial Beach στην Καλιφόρνια. Το ανάχωμα τοποθετήθηκε σε βάθος 6m και αναμενόταν να μεταφερθεί προς τη στεριά σε μία περίοδο περίπου ενός έτους. Το σχήμα παρουσιάζει μια σειρά από προφίλ από το κέντρο αυτού του έργου. Φαίνεται ότι το τοποθετημένο ίζημα μεταφέρεται προς την ακτή από τους κυματισμούς. Ένα δεύτερο έργο είναι αυτό της δυτικής ακτής της Δανίας κοντά στο Torsminde (Laustrup et al, 1996). Γι αυτό το έργο υπάρχουν στοιχεία από περίπου 17 έρευνες για μία περίοδο ετών. Δεν αναφέρουν επιπτώσεις των αναχωμάτων στην παράκτια μεταφορά μετά από την τοποθέτησή τους (Ahrens & Hands, 1998). Ο Hands et al., (1980, 1988, 1991, 1994) και οι Ahrens και Ηands (1998) έχουν κάνει αναλύσεις για να αναπτύξουν μεθόδους εξετάζοντας το θέμα της σταθερότητας ή της αστάθειας των υποβρύχιων αναχωμάτων. Ο Hallermeier (1978) αναφέρει δύο όρια βαθών (ένα πάνω στην ακτή και ένα πέρα από την ακτή) για την κίνηση του ιζήματος. Ο Hands ανακάλυψε ότι αν η κορυφή του αναχώματος ήταν στο βάθος του εσωτερικού ορίου, όπως καθορίστηκε από τον Hallermeier, το ανάχωμα πάντα θα κινούνταν προς την ακτή, ενώ αν η κορυφή του ήταν σε βάθος μεγαλύτερο από το εξωτερικό όριο, το ανάχωμα θα ήταν πάντα σταθερό. Για βάθη που ήταν μεταξύ του εσωτερικού και εξωτερικού ορίου το ανάχωμα θα μπορούσε να είναι είτε σταθερό είτε ασταθές (Hands & Allison, 1991). Πιο πρόσφατα, οι Ahrens και Ηands (1998) μελέτησαν τις ταχύτητες των μορίων του νερού (όπως προκύπτουν από τα κύματα) για το συσχετισμό τους με τη μετακίνηση του αναχώματος. Αυτές οι ταχύτητες βασίστηκαν στη μη γραμμική εξίσωση της θεωρίας κυματισμών (Dean, Dalrymple, 1974). Οι Ahrens και Hands διαπίστωσαν ότι ο καλύτερος συσχετισμός με τη μετακίνηση του αναχώματος ήταν με τις ταχύτητες κοιλίας του κύματος όπως προέβλεπε η εξίσωση της θεωρίας κυματισμών. Ο Otay (1994) εφάρμοσε τη μεθοδολογία των Hands και Allison (1991) για την παρακολούθηση ενός υποβρύχιου αναχώματος που τοποθετήθηκε στον κόλπο του Μεξικού (σχήμα.). Με τη μεθοδολογία αυτή προέβλεψε ότι το ανάχωμα θα μετακινηθεί αλλά από λεπτομερείς ελέγχους που έγιναν 7 χρόνια μετά την τοποθέτηση προέκυψε ότι, αν και η ανώμαλη επιφάνεια του αναχώματος έτεινε να εξομαλυνθεί, δεν υπήρξε καμία αξιοσημείωτη μετακίνηση του κέντρου του υποβρύχιου αναχώματος.

23 Σχήμα Εξέλιξη του αναχώματος στην Imperial Beach της Καλιφόρνια (Andrassy, 1991) Οι McClellan και Kraus (1991) εφάρμοσαν ένα κριτήριο για το σχηματισμό παράκτιου ύφαλου από τη μετακίνηση ενός υποβρύχιου αναχώματος. Μια λεπτομερής μελέτη της μετακίνησης αυτών των υφάλων στο Corp s Field Research Facility στο Duck της βόρειας Καρολίνα από τους Larson και Kraus (199), ανέπτυξε επιπλέον κριτήρια για τη μετακίνησή τους. Αυτά τα κριτήρια αποδέχονταν και τη χερσαία και την παράκτια μετακίνηση των αναχωμάτων. Δεν είναι σαφές ότι αυτά τα αποτελέσματα ισχύουν πλήρως, επειδή συνήθως το υποβρύχιο ανάχωμα βρίσκεται αρκετά έξω από τα όρια της ζώνης θραύσης και η κίνηση ενός παράκτιου υφάλου, για τον οποίο αναπτύχθηκε η μεθοδολογία, συνδέεται με τη μηχανική των θραυόμενων κυμάτων. Η νεότερη μελέτη των Larson και Kraus σημειώνει τη μεγαλύτερη πιθανότητα μετακίνησης των τοποθετημένων αναχωμάτων προς την ακτή. Ο Douglass (1995) ανέπτύξε μια μέθοδο για τη πρόβλεψη των χαρακτηριστικών της μετακίνησης των τοποθετημένων υποθαλάσσιων αναχωμάτων. Η μέθοδος υιοθετεί τη θεωρία των κυμάτων δεύτερης τάξης του Stoke s και τη μέθοδο Bagnold για τη μεταφορά άμμου (Bailard & Inman, 1981) και οδηγεί σε μια εξίσωση μεταφοράς-διάχυσης, προβλέποντας με αυτόν τον τρόπο, την ταχύτητα της μετακίνησης προς τη στεριά και τη διασπορά του αναχώματος, τα οποία βρέθηκαν να εξαρτώνται έντονα από το βάθος του νερού. 3.4 ΕΞΕΛΙΞΗ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ Παρακάτω παρουσιάζονται μεθοδολογίες για την εκτίμηση της εξέλιξης ακτογραμμής για έναν αριθμό διαφορετικών αρχικών μορφών ακτογραμμής

24 και συνθηκών. Αργότερα, θα αναφερθούμε και στη χρήση των αριθμητικών μοντέλων. Βασικά, η χρήση των αριθμητικών μοντέλων επιτρέπει μια μεγαλύτερη ποικιλία αρχικών μορφών ακτογραμμής, πιο λεπτομερή μελέτη των συνθηκών κυματισμού, περισσότερη ευελιξία στις εσωτερικές και οριακές συνθήκες, μελέτη της απόκρισης της παραλίας στις κατασκευές και την δυνατότητα να συμπεριληφθούν οι σύνθετες λεπτομέρειες της αλληλεπίδρασης κυμάτων - ιζημάτων ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ/ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ Στα απλούστερα μοντέλα εξέλιξης της ακτογραμμής είναι απαραίτητο να υποθέσουμε ότι το προφίλ της απόκρισης σε μια αύξηση ή μείωση του όγκου είναι μια προς τη θάλασσα ή προς τη στεριά μετατόπιση σύμφωνα με μεταβολές στην κατά μήκος της ακτής μεταφορά ιζήματος. Αυτά τα μοντέλα καλούνται «μοντέλα μιας γραμμής» (one line models) δεδομένου ότι ακολουθούν μόνο περίγραμμα, συνήθως το περίγραμμα της Μέσης Στάθμης της Θάλασσας. Η απλούστερη αναλυτική βάση για την εξέλιξη του μοντέλου συνδυάζει τη γραμμικοποιημένη εξίσωση για την κατά μήκος της ακτής μεταφορά ιζήματος με την εξίσωση συνοχής, η οποία οδηγεί στην εξίσωση διάχυσης Pelnard Considere (1956) y t y = G x, (3.4.1) όπου y είναι η μετατόπιση της ακτογραμμής από μια βασική γραμμή αναφοράς, t είναι ο χρόνος και x είναι η κατά μήκος συντεταγμένη. Αυτή η εξίσωση είναι η γνωστή εξίσωση θερμότητας και η ποσότητα G αναφέρεται ως «κατά μήκος διάχυση» και μπορεί να καθοριστεί με όρους των συνθηκών του θραυόμενου κύματος (που συμβολίζονται με τον όρο «b») ως

25 G = 8 KH 5 / b g κ ( s 1)( 1 p)( h + B), (3.4.) ή με όρους των συνθηκών σε βαθιά νερά (που συμβολίζονται με τον όρο «O») ως G =.4 KH o CGog 8 κ 0.4 ( s 1)( 1 p) C ( h + B) 0.4 (3.4.3) όπου s είναι η αναλογία της πυκνότητας του ιζήματος προς του νερού στο οποίο βυθίζεται, p είναι το πορώδες του υπάρχοντος ιζήματος, C G είναι η ταχύτητα ομάδας, C είναι η ταχύτητα του κύματος, κ είναι η αναλογία του ύψους θραύσης του κύματος προς το βάθος θραύσης (>0.78) και το σύμβολο «*» δείχνει τις συνθήκες στο βάθος αναφοράς του σημείου θραύσης. Ο συντελεστής Κ στις παραπάνω εξισώσεις είναι αδιάστατος και είναι ο αποκαλούμενος «συντελεστής μεταφοράς ιζήματος» και λαμβάνεται συχνά ως 0,77, όπως καθορίστηκε από τους Komar και Inman (1970). Βασιζόμενος στα περιορισμένα δεδομένα πεδίου, ο Dean (1987) ανέπτυξε μια αντίστροφη σχέση μεταξύ του συντελεστή Κ και του μεγέθους του ιζήματος D. Ο Komar είχε εξετάσει (1977) μια τέτοια σχέση και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πέρα από ένα περιορισμένο εύρος μεγέθους άμμου που απαντάται στις περισσότερες ακτές, η σχέση μεταξύ του Κ και του D δεν μπορούσε να καθοριστεί. Αργότερα (1988), όμως, αναθεώρησε τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν από το Dean, επισήμανε τις αβεβαιότητες και πάλι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι καμία σχέση δεν υπήρξε πέρα από τον περιορισμό του εύρους του μεγέθους της άμμου για το οποίο υπήρχαν διαθέσιμα στοιχεία. Οι DelValle et al (1993) συνέταξαν έκθεση σχετικά με μια έρευνα πεδίου για τη διάβρωση στο δέλτα του ποταμού Adra (Ισπανία), στην οποία καθορίστηκαν οι συντελεστές μεταφοράς για διάφορα μεγέθη κόκκων κατά μήκος του δέλτα. Τα αποτελέσματά τους παρουσιάζονται στο σχήμα κάνοντας προσαρμογές στα δεδομένα που προτάθηκαν από τον Komar (1988). Οι συνεχόμενες και διακεκομμένες καμπύλες παριστάνουν τις σχέσεις που προτάθηκαν αρχικά από τον Dean (1987) και αυτές του DelValle et al (1993) αντίστοιχα, συμπεριλαμβανομένων των προσαρμοσμένων αρχικών και πρόσθετων δεδομένων. Εν περιλήψει, παρόλο που υπάρχει αξιοσημείωτη αβεβαιότητα στη σχέση μεταξύ Κ

26 και D, φαίνεται ότι το Κ συσχετίζεται αντίστροφα με το D. Λαμβάνοντας υπόψη τη σημασία του Κ στην εκτέλεση των έργων αναπλήρωσης ακτών, συνιστάται να υιοθετείται η διακεκομμένη γραμμή στο σχήμα Σχήμα Σχέση του συντελεστή μεταφοράς του ιζήματος με μεσαίο μέγεθος ιζήματος, D 50 (delvalle et al, 1993) Επιστρέφοντας στην εξίσωση Pelnard Considère (εξίσωση 3.4.1), τα δύο κύρια πλεονεκτήματά της είναι ότι: (1) είναι γραμμική (που επιτρέπει υπέρθεση των διάφορων λύσεων) και () είναι μια κλασσική εξίσωση, με συνέπεια διάφορες λύσεις που μπορούν να υιοθετηθούν άμεσα για να αντιπροσωπεύσουν διάφορες περιπτώσεις της ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΛΥΣΕΩΝ PELNARD CONSIDERE Η απλούστερη και ίσως πιο χρήσιμη λύση είναι αυτή μιας αρχικά ορθογώνιας περιοχής τροφοδότησης σε μια μακριά, ευθεία ακτή χωρίς να λάβουμε υπόψη πιθανή υφιστάμενη διάβρωση. Η εξέλιξη που προκύπτει περιγράφεται από την ακόλουθη γνωστή λύση Y l x l x y ( x, t) = erf + 1 erf 1, (3.4.4) 4 Gt l 4 Gt l

27 όπου «erf» είναι η αποκαλούμενη συνάρτηση σφάλματος (error function), Υ είναι το αρχικό πλάτος της ακτής και l είναι το μήκος της αρχικής ακτογραμμής. Μπορεί να φανεί, με την ενσωμάτωση της εξίσωσης (3.4.4), πέρα από το τμήμα της ακτής στο οποίο έγινε η ορθογώνια τροφοδότηση, ότι η αναλογία του υλικού που παραμένει, M(t), οποιαδήποτε στιγμή, t, δίνεται από M 4Gt ( ) ( l / 4 Gt t = e ) 1 + erf ( l / 4Gt ) l π, (3.4.5) Το σχήμα 3.4. είναι διάγραμμα της εξίσωσης (3.4.5) και φαίνεται ότι αρχικά το ίζημα χάθηκε αρκετά γρήγορα από τα όρια του έργου και αργότερα οι απώλειες γίνονται πολύ πιο αργά. Αναφερόμενοι είτε στην εξίσωση (3.4.4) είτε στη (3.4.5), αν η ομάδα των όρων (Gt) 1/ /l είναι ίδια για δύο έργα τότε τα έργα αυτά θα εξελιχθούν σε γεωμετρικά παρόμοια μορφή. Έτσι, η διάρκεια ζωής ενός έργου εξαρτάται μόνο από αυτήν την παράμετρο. Αναφερόμενοι στο σχήμα 3.4., μπορούμε να αναπτύξουμε μια απλή και χρήσιμη εξίσωση για το χρόνο στον οποίο το X% του υλικού που τοποθετείται θα παραμείνει μέσα στην περιοχή τοποθέτησης. Έτσι, αυτός ο χρόνος είναι ένα μέτρο της διάρκειας ζωής του έργου. Για παράδειγμα, επιλέγοντας μια τιμή 50%, δηλαδή την ημιζωή του έργου, βλέπουμε, παρατηρώντας το σχήμα 3.4., ότι η σχετική παράμετρος, (Gt) 1/ /l, είναι ίση με 0,46 που οδηγεί στην ακόλουθη εξίσωση t 50% ( 0.46) l =, (3.4.6) G Επιλέγοντας λογικές τιμές για τις περισσότερες από τις παραμέτρους, μπορεί να αποδειχθεί ότι η ημιζωή δίνεται από t 50% = K, (3.4.7) 5 / H b όπου Κ" είναι ίσο με 0,179 έτη -m 5/ /km για t 50% σε έτη, H b σε μέτρα και l σε χιλιόμετρα. Κατά συνέπεια, αν ένα αρχικά ορθογώνιο έργο τροφοδότησης ακτής

28 τοποθετείται σε μια περιοχή όπου το σημαντικό ύψος κύματος είναι 1m και το μήκος του έργου, l, είναι 1km, η ημιζωή θα είναι 0,18 έτη, σε λίγο περισσότερο από μήνες. Αν το μήκος του έργου διπλασιαστεί, η ημιζωή τετραπλασιάζεται λόγω του τετραγώνου του μήκους που εμφανίζεται στην εξίσωση (3.4.7). Για ένα έργο μήκους 10km και με ύψος κύματος 1m, η προβλεπόμενη ημιζωή είναι σχεδόν 18 έτη! Με αυτό ως υπόβαθρο, μπορούμε τώρα να επιστρέψουμε στο σχήμα 3.4. και να δούμε γιατί οι απώλειες από την περιοχή του έργου εμφανίζονται γρήγορες αρχικά και έπειτα πολύ πιο αργές. Δεδομένου ότι εμφανίζονται απώλειες από την περιοχή του έργου, η άμμος που μεταφέρεται αποτίθεται δίπλα στην περιοχή αυτού και ουσιαστικά το έργο είναι πιο μακροχρόνιο από ότι ήταν αρχικά. Σχήμα Αναλογία του υλικού που παραμένει στην περιοχή που τοποθετήθηκε έναντι της παραμέτρου [ Gt] /l Η διαπίστωση ότι τα σύντομα έργα χάνουν την άμμο γρηγορότερα από τα μακροχρόνια μπορεί να εφαρμοστεί αμέσως στην περίπτωση επαναλαμβανόμενων τροφοδοτήσεων, ένα πρόβλημα που εξετάστηκε πρώτα από τον Dette et al (1994). Μπορεί να φανεί μέσω απλής λογικής αριθμητικής μοντελοποίησης, ότι για ένα έργο που τροφοδοτείται κι έπειτα αφήνεται να εξελιχθεί μέχρι ένα κατώτατο όριο της αναλογίας της αρχικής τροφοδότησης που παραμένει μέσα στην περιοχή του έργου και όταν φτάσει στο όριο αυτό ανατροφοδοτείται με τον αρχικό της όγκο, τα απαραίτητα χρονικά διαστήματα μεταξύ ανατροφοδοτήσεων αυξάνονται με τον αριθμό αυτών. Η εξήγηση γι αυτό προκύπτει από την ανωτέρω συζήτηση. Μετά από την πρώτη ανατροφοδότηση, υπάρχουν δύο τροφοδοτήσεις σε ισχύ που χάνουν άμμο (υπενθυμίζεται η γραμμικότητα της εξίσωσης Pe1nard Considère και η προκύπτουσα αδυναμία εύρεσης λύσεων). Η πρώτη τροφοδότηση, που τώρα λειτουργεί ως μακροχρόνιο έργο, χάνει την άμμο πιο αργά από ότι μετά την αρχική τροφοδότηση ενώ η δεύτερη τροφοδότηση (που είναι ουσιαστικά η πρώτη ανατροφοδότηση) χάνει την άμμο στο ίδιο αναλογικό ποσοστό με την αρχική τροφοδότηση. Κατά συνέπεια, οι σύνθετες απώλειες είναι πιο αργές από ότι ήταν για

29 την αρχική τροφοδότηση. Με τις συνεχείς ανατροφοδοτήσεις σε οποιοδήποτε χρόνο, το ποσοστό που αντιστοιχεί στην άμμο που χάνεται από την περιοχή τροφοδότησης είναι σύνθεση της αρχικής τροφοδότησης και όλων των ανατροφοδοτήσεων. Όσο περισσότερο παραμένει στη θέση του ένα έργο, τόσο πιο αργές οι σύνθετες απώλειες από την περιοχή. Εντούτοις, παρουσία διάβρωσης, τα διαστήματα ανατροφοδότησης αυξάνονται αρχικά με τον αριθμό των ανατροφοδοτήσεων και μειώνονται έπειτα για μεγαλύτερο αριθμό αυτών. Η ερμηνεία γι αυτό, αν και λογική, είναι κάπως περίπλοκη. Το σχήμα παρουσιάζει ένα παράδειγμα των πολλαπλών τροφοδοτήσεων για ένα μηδενικό ποσοστό διάβρωσης. Ένα δεύτερο συγκεκριμένο παράδειγμα μιας λύσης Pelnard Considère για την τροφοδότηση ακτών παρουσιάζει τη σημαντικότητα των οριακών συνθηκών, όπως αυτές μπορεί να εμφανιστούν σε μια πεπερασμένη ακτή. Εξετάζεται μια αρχικά ορθογώνια μορφή σε μια πεπερασμένη ακτή στην οποία η τροφοδότηση μπορεί να επεκταθεί στα όριά της. Τα αποτελέσματα για μια αρχική τροφοδότηση που επεκτείνεται κατά μήκος όλης της πεπερασμένης ακτής έναντι μιας ακτής άπειρου μήκους παρουσιάζονται στο σχήμα Τα πλεονεκτήματα της τροφοδότησης σε μια μακριά παραλία είναι σαφώς εμφανή. Το σχήμα παρουσιάζει την αναλογία που παραμένει για τα διαφορετικά μήκη της τροφοδότησης σε σχέση με το μήκος της πεπερασμένης ακτής. Σχήμα Χαρακτηριστικά της ανατροφοδότησης. Χωρίς υφιστάμενη διάβρωση. H b =0.5m. Μήκος έργου=6km, h * +B=9m, V max = m 3, V min = m 3 (Dean, 1995)

30 Οι Larson et al (1997) έχουν παρουσιάσει διάφορες λύσεις της εξίσωσης Pelnard Considère που είναι ενδιαφέρουσες για την παράκτια μηχανική. Ο WaIton (1994) έχει παρουσιάσει μια αναλυτική λύση στην περίπτωση μιας αρχικά τραπεζοειδούς μορφής μιας ακτής. Αναγνωρίζοντας ότι οι τραπεζοειδείς μορφές χάνουν το ίζημα πιο αργά από τις ορθογώνιες, οι Hanson και Kraus (1993), μετά από μια πρώτη μελέτη από το U.S. Army Corps of Engineers (198), ερεύνησαν τα πιθανά οφέλη να ξεκινήσουν με μια αρχικά τραπεζοειδή μορφή. Μπορεί να αποδειχθεί ότι τα προφανή οφέλη από τη χρήση μιας αρχικά τραπεζοειδούς μορφής παρά μιας ορθογώνιας είναι συνάρτηση του τρόπου με τον οποίο υπολογίζονται τα οφέλη. Παραδείγματος χάριν, αν υποτεθεί ένα συγκεκριμένο μήκος της ακτογραμμής, l, και τοποθετηθεί μια ποσότητα υλικού σε μια ορθογώνια μορφή από - l/ ως + l/ και συγκρίνουμε την εξέλιξη με αυτήν μιας αρχικά τραπεζοειδούς μορφής με τον ίδιο όγκο υλικού και με το ενδιάμεσο σημείο των πλευρών στο + l/ και - l/, μπορεί να φανεί ότι σε οποιοδήποτε χρονική στιγμή μελλοντικά η αρχικά ορθογώνια μορφή θα διατηρήσει ένα μεγαλύτερο ποσοστό του υλικού κατά μήκος των ορίων της αρχικής τραπεζοειδούς μορφής από ότι η αρχικά τραπεζοειδής μορφή. Αυτό διαισθητικά είναι σωστό δεδομένου ότι η αρχικά τραπεζοειδής μορφή θα είναι παρόμοια με την εξελιγμένη ορθογώνια μορφή σε κάποια χρονική στιγμή αργότερα. Σχήμα Αναλογία που παραμένει, Μ(t), για τροφοδότηση κατά μήκος όλου του μήκους μιας πεπερασμένης ακτής σε σύγκριση με την τροφοδότηση σε μια απείρως μακριά παραλία, «l» = μήκος του έργου τροφοδότησης (Dean, 1997)

31 Σχήμα Αναλογία που παραμένει, Μ(t), για τις άκρες της τροφοδότησης που βρίσκονται πίσω από μια πεπερασμένη ακτή.(dean, 1997) ΕΞΕΛΙΞΗ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΤΟΙΧΩΝ Αυτό το γενικό πρόβλημα αντιπροσωπεύει συνθήκες στις οποίες ένα έργο τροφοδότησης πραγματοποιείται σε μια περιοχή όπου δεν υπάρχει άλλο ίζημα διαθέσιμο για να μεταφερθεί. Αυτό μπορεί να προσεγγιστεί σε μια περίπτωση όπου έχει τοποθετηθεί ένας θαλάσσιος τοίχος και υπάρχει βραχώδης πυθμένας από το θαλάσσιο τοίχο προς τη θάλασσα. Αυτό το πρόβλημα έχει αξιολογηθεί αναλυτικά, αριθμητικά και εργαστηριακά από τους Dean και Yoo (1994) και από τον Yoo (1993). Διαπιστώθηκε ότι η κατεύθυνση των κυμάτων, γι αυτό το πρόβλημα, είναι μια βασική μεταβλητή. Δεδομένου ότι για τα πλάγια κύματα, δεν υπάρχει τροφοδότηση με ίζημα από την ανάντη κατεύθυνση, όπως υπάρχει για τα έργα σε αμμώδη ακτή, η ακτή «χάνεται» ανάντη του τέλους της τροφοδότησης και μεταφέρεται κατάντη όπου αποτίθεται. Αποτέλεσμα αυτού είναι η μετατόπιση κατάντη του κέντρου του περιγράμματος της ακτογραμμής. Για την επίπτωση κανονικών κυμάτων, μπορεί να αποδειχθεί από εξιδανικευμένες εκτιμήσεις ότι το έργο απλά εξαπλώνεται στο ίδιο ποσοστό σαν να βρισκόταν σε μια μακριά, ευθεία ακτή συμβατής άμμου. Για μια προσέγγιση πλάγιων κυμάτων, το κέντρο του έργου μεταναστεύει κατάντη, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, και το έργο γίνεται μεγαλύτερο και το ποσοστό του κέντρου μετανάστευσης αυξάνει με το χρόνο.

32 3.4.4 ΚΗΛΙΔΕΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ (EROSIONAL HOT SPOTS - EHS) Ως κηλίδες διάβρωσης (erosional hot spots - EHS) ορίζονται οι περιοχές που διαβρώνονται γρηγορότερα από το αναμενόμενο ή/και γρηγορότερα από παρακείμενα τμήματα της ακτογραμμής. Τα EHS μπορούν να εμφανιστούν σε φυσικές ή τροφοδοτημένες ακτές και μπορούν να είναι σταθερά ή να μετακινούνται. Η παρουσία τους στις τροφοδοτημένες ακτές είναι ανησυχητική καθώς ερμηνεύεται συνήθως ως ενδεικτικά μιας γενικής κακής απόδοσης ενός έργου και μπορεί να απαιτήσει την μετακίνηση εξοπλισμού και ανατροφοδότηση νωρίτερα από ότι θα απαιτούνταν σε διαφορετική περίπτωση. Δεν είναι ασυνήθιστο για μια περιοχή εναπόθεσης να εμφανιστεί δίπλα σε ένα EHS. Τέτοιες τοποθεσίες αναφέρονται και ως «erosional cold spots» (ECS). Ο Bridges (1995) προσδιόρισε οχτώ πιθανές αιτίες για τα EHS. Μερικές από αυτές συσχετίζονται με τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιήθηκε η τροφοδότηση και έτσι μπορεί να διορθωθεί, ενώ τα αποτελέσματα άλλων αιτιών είναι αναπόφευκτα. Εντούτοις, η πρόβλεψη των EHS μπορεί να επιτρέψει την ελαχιστοποίηση των συνεπειών τους, ενδεχομένως με την τοποθέτηση πρόσθετης άμμου κατά τη διάρκεια της τροφοδότησης ή της επιλεκτικής χρήσης κατασκευών. Σχήμα Κηλίδες διάβρωσης και εναπόθεσης στο Grand Isle, της Λουιζιάνα (Combe & Soileau, 1987) Οι αιτίες των EHS στην τροφοδότηση ακτών που μπορούν να αποφευχθούν, περιλαμβάνουν εκείνες που προήλθαν από το μετασχηματισμό των

33 κυμάτων πάνω από βαθυμετρικές ανωμαλίες που σχετίζονται με το έργο. Οι Combe και Soileau (1987) τεκμηρίωσαν δύο προεξοχές (ECS) που εμφανίστηκαν προς τη στεριά δύο περιοχών δανεισμού υλικού για αναπλήρωση έξω από το Grand Isla της Λουιζιάνα (σχήμα 3.4.6). Δίπλα σ αυτά τα ECS υπήρχαν στενές παραλίες, που θεωρήθηκαν ως EHS. Μια πιθανή ερμηνεία των αποτελεσμάτων σε αυτήν την περιοχή, που ενισχύθηκε από τους Gravens και Rosati (1994), είναι ότι η διάθλαση των κυμάτων πέρα από τις περιοχές δανεισμού υλικού για αναπλήρωση και η παρακείμενη βαθυμετρία οδήγησαν σε μείωση των κυματισμών προς τη στεριά, με μια όμως συγκέντρωση της ενέργειας παραπλεύρως. Τα κυματογενή ρεύματα που προέκυψαν λόγω των κλίσεων προκάλεσαν τη μεταφορά και απόθεση ιζημάτων. Μια δεύτερη εξήγηση είναι ότι οι παράκτιες περιοχές δανεισμού αντανακλούν και απελευθερώνουν ενέργεια κυμάτων, ενεργώντας έτσι σαν ένας απομονωμένος κυματοθραύστης που αναγκάζει τα κύματα από κάθε πλευρά να υποστούν περίθλαση με τις καμπυλωτές κορυφές να προκαλούν μεταφορά στα καταφύγια των εκβαθύνσεων ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗΣ Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το πλάτος ισορροπίας του τροφοδοτημένου προφίλ εξαρτάται ουσιαστικά από τη σχέση του μεγέθους του ιζήματος τροφοδότησης και του εγγενούς. Έτσι, εκτιμάται ότι για πιο χονδρόκοκκη άμμο η αρχική περιοχή θα εξελιχθεί ουσιαστικά σε μεγαλύτερη απ ότι για μικρότερου μεγέθους αν χρησιμοποιηθεί ο ίδιος όγκος άμμου τροφοδότησης. Ένα εκπληκτικό, όμως, αποτέλεσμα είναι ότι αν η άμμος τροφοδότησης είναι πιο χονδρόκοκκη από την εγγενή το πλάτος της εξισορροπημένης παραλίας αυξάνεται με το χρόνο ενώ αν είναι μικρότερη το πλάτος μειώνεται. Στο όριο για τον άπειρο χρόνο μπορεί να αποδειχθεί ότι για άμμο τροφοδότησης που είναι ομοιογενής και πιο χονδρόκοκκη από την εγγενή, το πλάτος της ξηρής παραλίας Δy σχετίζεται με την πυκνότητα όγκου, V, ως εξής: Δy(x)=V(x)/Β. Έτσι, η συνολική περιοχή του σχεδίου, στον άπειρο χρόνο, ΡΑ(t= ) είναι ( x) V PA( t = ) = B V dx = B TOT, (3.4.8)

34 όπου V ΤΟΤ είναι ο συνολικός όγκος που προστέθηκε. Ακολουθώντας το ίδιο επιχείρημα, μια τροφοδοτημένη παραλία που αποτελείται από άμμο ίδιου μεγέθους με την εγγενή θα οδηγήσει σε μια νέα που δεν αλλάζει με το χρόνο και δίνεται από (βλ. εξίσωση 5.4) ( ) PA t ( x) V VTOT = dx = (3.4.9) h + B ( h + B) Εξετάζοντας τώρα την κατάσταση στην οποία μια παραλία τροφοδοτείται με άμμο που είναι λεπτότερη από την εγγενή μπορεί να φανεί ότι για μικρότερες πυκνότητες όγκου, το αναμενόμενο πρόσθετο πλάτος μη διαβρεχόμενης παραλίας προσεγγίζει το μηδέν (σχήμα.4). Αυτά τα δύο όρια για τις άμμους τροφοδότησης που είναι λεπτότερες και πιο χονδρόκοκκες από τις εγγενείς είναι κάπως μη ρεαλιστικά δεδομένου ότι προβλέπουν περιορισμένες περιοχές έργου που είναι ανεξάρτητες από την ποσότητα από την οποία η τροφοδότηση και τα εγγενή μεγέθη άμμου διαφέρουν. Η μόνη συνθήκη που απαιτείται για να εμφανιστούν αυτά τα όρια είναι τα μεγέθη να είναι πιο χονδρόκοκκα ή λεπτότερα από τα εγγενή. Το σχήμα παρουσιάζει ένα παράδειγμα που απεικονίζει αυτά τα αποτελέσματα σε αδιάστατη μορφή για 3 διαφορετικά μεγέθη άμμου. Μια ρεαλιστικότερη αναπαράσταση είναι η άμμος τροφοδότησης να θεωρείται ότι αποτελείται από δύο κλάσματα διαφορετικών αναλογιών (σχήμα 3.4.8). Η μέθοδος απαιτεί ένα από τα κλάσματα να είναι του ίδιου μεγέθους κόκκου με το εγγενές και το δεύτερο να είναι είτε πιο χονδρόκοκκο είτε λεπτότερο. Θεωρείται, σύμφωνα με συμπεράσματα στη φύση, ότι τα πιο χονδρόκοκκα από τα κλάσματα βρίσκονται πιο κοντά στην ακτή. Στο σχήμα 3.4.8, εξαιτίας του ότι ο μέσος όρος του υλικού τροφοδότησης είναι μεγαλύτερος από τον εγγενή, η άμμος που έχει το ίδιο μέγεθος με την εγγενή τοποθετείται στο προφίλ προς τη μεριά της θάλασσας. Τα προφίλ για κάθε κλάσμα ακολουθούν τη εξίσωση 3/ h ( y) = Ay (3.4.10) όπου h(y) είναι το βάθος σε απόσταση y από τη Μέση Στάθμη Θάλασσας και Α η παράμετρος κλίμακας του προφίλ. Τα αποτελέσματα αυτής της αναπαράστασης για τα ιζήματα τροφοδότησης είναι ρεαλιστικότερα επειδή τώρα η περιοριστική περιοχή

35 έργου εξαρτάται από το ποσοστό και το μέγεθος του μέρους της άμμου που διαφέρει από την εγγενή. Σε αυτήν την περίπτωση, η εξέλιξη του έργου της τροφοδότησης μπορεί να καθοριστεί χρησιμοποιώντας ένα κάπως πιο περίπλοκο αριθμητικό μοντέλο. Διάφορα παραδείγματα θα παρουσιαστούν για να το επεξηγήσουν. Το σχήμα παρουσιάζει τα αποτελέσματα για την περίπτωση στην οποία η εγγενής άμμος είναι 0.0mm και ο μέσος όρος της άμμου τροφοδότησης είναι μεγαλύτερος, έτσι ώστε το τμήμα της με το λεπτότερο μέγεθος να έχει το ίδιο μέγεθος με το εγγενές (0.0mm) και με το χονδρόκοκκο να είναι της τάξης 0.3mm. Το ποσοστό των κόκκων 0.3mm κυμαίνεται από 0.0 ως 0.9 του συνολικού όγκου που τοποθετείται. Το σχήμα επεξηγεί την εξέλιξη του περιγράμματος της τροφοδότησης για περιπτώσεις στις οποίες ο μέσος όρος της άμμου τροφοδότησης είναι πιο χονδρόκοκκος από τον εγγενή. Σε αυτό το παράδειγμα το μέγεθος του πιο χονδροειδούς κλάσματος ποικίλει. Τα σχήματα και είναι τα αντίστοιχα των σχημάτων και , αντίστοιχα για την περίπτωση στην οποία ο μέσος όρος της άμμου τροφοδότησης είναι λεπτότερος από τον εγγενή. Σχήμα Αδιάστατη έκταση τεχνητής τροφοδότησης έναντι αδιάστατου χρόνου για ποικίλα μεγέθη υλικού πλήρωσης. Ενιαίο μέγεθος άμμου τροφοδότησης (Dean, 1998)