ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΑΚΤΗΣ ΚΟΚΚΙΝΟΥ ΠΥΡΓΟΥ, ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ ΚΡΗΤΗΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΑΚΤΗΣ ΚΟΚΚΙΝΟΥ ΠΥΡΓΟΥ, ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ ΚΡΗΤΗΣ Επιμέλεια : Ρούσσος Ευάγγελος ΑΜ : 191/01087 Επιβλέπων καθηγητής : Δρ. Καραμπάς Β. Θεοφάνης

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θερμές ευχαριστίες στον καθηγητή μου Δρ. Καραμπά Θεοφάνη, για την υπομονή που επέδειξε, για την παροχή υλικού και πολύτιμων γνώσεων καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της παρούσας εργασίας. Ευχαριστώ επίσης τους Δρ. Αλεξόπουλο και Δρ. Χασιώτη που δέχτηκαν να συμμετάσχουν στην εξεταστική επιτροπή. Ακόμα, ευχαριστώ την οικογένειά μου για την υποστήριξή τους όλα αυτά τα χρόνια, τη Μαρία και την Έλενα

3 - - Στην αδερφή μου, Ελεάνα Ζωή

4 Ευχαριστίες Περίληψη Περιεχόμενα 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ακτομηχανικές μελέτες 6 1. Παράκτια διάβρωση Τεχνικά έργα Παράγοντες θαλάσσιας δράσης Παράκτια στερεομεταφορά 16. ΜΟΝΤΕΛΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΟΓΕΝΟΥΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ Μοντέλο μετάδοσης κυματισμών WAVE-L.17. Μοντέλο κυματογενούς κυκλοφορίας WICIR (Wave Induced CIRculation)..1 Τραχύτητα αμμώδους πυθμένα Διατμητικές τάσεις 5..3 Συντελεστές οριζόντιας διάχυσης 7.3 Μοντέλο στερεομεταφοράς και εξέλιξης μορφολογίας πυθμένα SEDTR (SEDiment TRansport).7 3. ΣΚΛΗΡΕΣ ΚΑΙ ΗΠΙΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΚΤΩΝ ΑΠΟ ΔΙΑΒΡΩΣΗ Σκληρές μέθοδοι Ήπιες μέθοδοι Τεχνητή ανάπλαση ακτής Βυθισμένοι πρόβολοι Πλωτοί κυματοθραύστες Βυθισμένοι κυματοθραύστες

5 4. ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΑΚΤΗΣ ΚΟΚΚΙΝΟΥ ΠΥΡΓΟΥ Εισαγωγή Στοιχεία περιοχής Παράκτια μεταφορά άμμου ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ Κυματικά χαρακτηριστικά Εφαρμογές αναλύσεις Υφιστάμενη κατάσταση ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Προτεινόμενη λύση Προτεινόμενη λύση Προτεινόμενη λύση Συντελεστής διάδοσης ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκαν οι μέθοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαχείριση της ακτής του Κόκκινου Πύργου, Ηρακλείου Κρήτης. Για την περάτωση της εργασίας έγινε χρήση των μοντέλων WAVE-L, WICIR και SEDTR λαμβάνοντας υπ όψιν ανεμολογικά στοιχεία της περιοχής. Σαν αποτέλεσμα δόθηκαν τρεις λύσεις ήπιας διαχείρισης ώστε η ακτή να αποκατασταθεί. Η καταλληλότερη λύση θεωρείται αυτή των βυθισμένων κυματοθραυστών. SUMMARY The present research has been carried out in order to explore the methods that can be used to manage the coast of Kokkinos Pirgos, in Heraklion, Crete. For the completion of this essay the models WAVE-L, WICIR and SEDTR were used, taking under consideration the wind data of the particular area. As a result, three solutions of mild management were found, so that the coast can be restored. According to the research, the third solution of the sunken breakwaters is considered to be the most appropriate

7 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ Οι ακτομηχανικές μελέτες (ή ακτοτεχνικές μελέτες) είναι οι μελέτες που αναφέρονται σε θέματα τεχνικής των ακτών, δηλαδή στο σύγχρονο γνωστικό κλάδο που αναφέρεται στην αναγνώριση και την ποσοτική περιγραφή της διαμόρφωσης των κυματισμών, των ρευμάτων, της κίνησης και της απόθεσης των φερτών υλών και της ποιότητας του νερού στον παράκτιο χώρο. Ειδικότερα αναφέρονται στη ζώνη που περιλαμβάνει στη στεριά την παράλια ζώνη και στη θάλασσα τη ζώνη επίδρασης των κυματισμών έως ένα βάθος της τάξης των δέκα μέτρων. Η σημασία τους αναφέρεται στην περιβαλλοντική προστασία του παράκτιου χώρου από την κατασκευή των έργων, αλλά και στην τεκμηρίωση της αποτελεσματικότητας και λειτουργικότητας των ιδίων των έργων. Για το λόγο αυτό πρέπει να εκπονούνται κατά την προκαταρκτική φάση σχεδιασμού και πριν την τεχνική προμελέτη και οριστική μελέτη των έργων, γιατί αποτελούν παράγοντα βελτιστοποίησης του έργου. Στόχος τους είναι η διαπίστωση της διαχρονικής εξέλιξης των παραπάνω διεργασιών στην ακτή ενδιαφέροντος είτε από φυσικές διεργασίες είτε από την επίδραση τεχνικών έργων και ανθρωπίνων παρεμβάσεων. Οι παρεμβάσεις αναφέρονται συνήθως στην κατασκευή: λιμενικών έργων έργων προστασίας της ακτής (παράκτιοι τοίχοι, εγκάρσιοι μώλοι, βραχίονες και κυματοθραύστες) έργα υποβρύχιων αγωγών και προσαιγιάλωσης καλωδίων. Η επίδραση στις ακτές περιλαμβάνει την αλλοίωση της μορφολογίας της ακτής και την αλλοίωση της ποιότητας και της οικολογικής κατάστασης της. Οι αλλοιώσεις εξετάζονται ως προς την ακτή αλλά και ως την αποτελεσματικότητα του έργου. Οι ακτομηχανικές μελέτες περιλαμβάνουν την περιγραφή: της δίαιτας των κυματισμών στον παράκτιο χώρο, λόγω της σημαντικής αναμόρφωσης τους σε σχέση με την ανοιχτή θάλασσα (διάθλαση, περίθλαση, ρήχωση, θραύση) - 6 -

8 της δίαιτας των ρευμάτων, με προεξέχοντα τα κυματογενή ρεύματα, λόγω της θραύσης των κυματισμών και της παρεμβολής των έργων της συνεπαγόμενης κίνησης και εναπόθεσης των φερτών υλών που είτε είναι διαθέσιμες στην ακτή είτε παροχετεύονται από γειτονικά υδατορρεύματα, με αποτέλεσμα τη διάβρωση ή την πρόσχωση του πυθμένα και την αντίστοιχη αλλοίωση της ακτογραμμής της αλλοίωσης της ποιότητας του νερού, συνήθως λόγω της δημιουργίας στάσιμων μαζών νερού όπου ευνοείται η συσσώρευση ρύπανσης ή η ανάπτυξη ευτροφισμού κλπ. Αντίστοιχα με την περιγραφή συντίθενται και τα ανάλογα τεύχη της μελέτης (κυματικό, ρευματικό, ιζηματολογικό και ποιοτικό). Το διαχρονικό βεληνεκές των ακτοτεχνικών μελετών πρέπει να καλύπτει το σύνολο της οικονομικής ζωής του έργου στο οποίο αναφέρονται. Επειδή αυτό είναι πολύ δύσκολο, επαρκεί η ανάδειξη των αρχικών τάσεων μορφολογικών και ποιοτικών μεταβολών που συνεπάγονται τα έργα και η επιδίωξη της ελαχιστοποίησης τους. Για την εκπόνηση τους είναι διαθέσιμοι: αναλυτικές μέθοδοι και μαθηματικοί τύποι που είναι επαρκείς μόνο σε πολύ απλές περιπτώσεις μορφής ακτών και φαινομενολογιών, ή σε επίπεδο προκαταρκτικής θεώρησης. Υπολογιστικά και φυσικά ομοιώματα (μοντέλα) Τα υπολογιστικά ομοιώματα εφαρμόζονται σε μεγάλη κλίμακα διότι έχει τεκμηριωθεί η επιστημονική επάρκεια και η οικονομικότητα τους. Πρόκειται για υπολογιστικούς κώδικες που αναφέρονται στην επίλυση διαφορικών εξισώσεων διατήρησης της μάζας, της ισορροπίας των δυνάμεων για το νερό και τις φερτές ύλες και της εξέλιξης βασικών βιολογικών διεργασιών, για την προσομοίωση της ποιότητας των νερών. Απαιτείται να έχουν επιτυχία, πράγμα που πιστώνεται από την παρουσία τους σε διεθνή συνέδρια και περιοδικά, αλλά και η λεπτομερής ανάλυση των δυνατοτήτων τους από τους προτείνοντες. Τα φυσικά ή εργαστηριακά ομοιώματα ήταν τα μόνα διαθέσιμα στο παρελθόν. Σήμερα εφαρμόζονται σε μεγάλης κλίμακας εργαστήρια και - 7 -

9 πανεπιστήμια. Η αποτελεσματικότητά τους βασίζεται στην ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων κλίμακας, δηλαδή την αλλοίωση των πραγματικών διεργασιών, λόγω της σμίκρυνσης του ομοιώματος σχετικά με το πρωτότυπο. Η παρουσίαση και αιτιολόγηση των μεθόδων και των μοντέλων που εφαρμόστηκαν και των παραδοχών που έγιναν είναι απαραίτητη (Κουτίτας 006). 1. ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΔΙΑΒΡΩΣΗ Τα τεχνικά έργα έχουν ως κύριο στόχο τη διαμόρφωση συνθηκών ασφαλούς σταθμεύσεως και φορτοεκφόρτωσης πλοίων, έργων γνωστών και ως λιμενικών. Όμως η οικιστική και τουριστική ανάπτυξη που πήρε μέρος κοντά στις ακτές δημιούργησε την ανάγκη για μια δεύτερη κατηγορία έργων, των έργων διευθετήσεως και προστασίας των ακτών. Τα έργα αυτά γίνονται κυρίως για την σμίκρυνση του φαινομένου της διάβρωσης. Η παράκτια διάβρωση είναι ένα φυσικό φαινόμενο, το οποίο υπήρχε πάντοτε και έχει συμβάλλει κατά τη διάρκεια της Ιστορίας στο σχηματισμό των ακτών της Γης. Ως παράκτια διάβρωση έχει προσδιοριστεί η μακροχρόνια απώλεια του υλικού της ακτής (όγκος) σε σχέση με κάποια σταθερή ευθεία αναφοράς (baseline) και έναν αρχικό όγκο αναφοράς ο οποίος υπήρχε σε οριζόντια διεύθυνση πέρα από αυτή την ευθεία και προς τη θάλασσα και σε κατακόρυφη διεύθυνση από κάποια αυθαίρετη αφετηρία και πάνω (Özhan, 00). Η παράκτια διάβρωση σε συνδυασμό με την διάβρωση του εδάφους των λεκανών απορροής, είναι οι βασικές διεργασίες οι οποίες παρέχουν χερσαία ιζήματα στα παράκτια οικοσυστήματα στα οποία περιλαμβάνονται και οι παραλίες. Οι περιπτώσεις εκείνες στις οποίες η παράκτια διάβρωση χαρακτηρίζεται κρίσιμη και θεωρείται απαραίτητο να ληφθούν μέτρα για την αντιμετώπιση της είναι όταν παρουσιάζεται ότι υπάρχει σοβαρό πρόβλημα από τη μελέτη του ρυθμού διάβρωσης σε συνδυασμό με οικονομικούς, βιομηχανικούς, γεωργικούς, ναυτιλιακούς, δημογραφικούς, οικολογικούς, παραθεριστικούς και άλλους σχετικούς παράγοντες. Κατά την διάρκεια των τελευταίων 50 ετών ο πληθυσμός των Ευρωπαϊκών παράκτιων περιοχών έχει υπερδιπλασιαστεί φτάνοντας τα 70 εκατομμύρια κατοίκους το 001 και η συνολική αξία των οικονομικών παραγόντων οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι - 8 -

10 μέσα σε μια ζώνη 500 μέτρων από την ακτογραμμή έχει πολλαπλασιαστεί και έφτασε περίπου τα δισεκατομμύρια ευρώ το 000 (Eurosion, 004). Ουσιαστικά λοιπόν οι παράκτιες περιοχές διαμορφώνονται σταδιακά σε μια ζώνη ιδιαίτερα πυκνοκατοικημένη και με μεγάλη οικονομική αξία. Η τάση όμως αυτή που παρουσιάζεται τις τελευταίες δεκαετίες από τον ανθρώπινο πληθυσμό για μετακίνηση και εγκατάσταση στις ακτές και οι επακόλουθες πιέσεις που δημιουργούνται στις περιοχές αυτές έχουν μετατρέψει την παράκτια διάβρωση σε ένα πρόβλημα με ταχέως αυξανόμενη ένταση το οποίο χρήζει άμεσης αντιμετώπισης. Όπως είναι φυσικό το ενδιαφέρον της επιστημονικής έρευνας έχει στραφεί στον χώρο αυτό για την εξεύρεση λύσεων (Ατσικπάση 006). 1.3 ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ Τα λιμενικά έργα και τα έργα προστασίας ακτών χωρίζονται σε δυο βασικές κατηγορίες: Εγκάρσια έργα είναι οι βραχίονες, οι μώλοι, οι γέφυρες και οι υποβρύχιοι αγωγοί Παράλληλα έργα είναι οι κυματοθραύστες και οι τοίχοι (κρηπιδότοιχοι και τοίχοι προστασίας ακτών). Τα υλικά κατασκευής ποικίλλουν ανάλογα με τις ανάγκες του έργου, τις υπάρχουσες οικονομικές συνθήκες καθώς και τη γεωγραφία του έργου (δηλαδή αν υπάρχουν σε κοντινές αποστάσεις λατομεία για προμήθεια υλικών ή χώροι απόθεσης άχρηστων υλικών). Τα συνηθισμένα υλικά είναι φυσικοί λίθοι κατάλληλης κοκκομετρίας και βάρους, άοπλο ή οπλισμένο σκυρόδεμα (του οποίου όμως η έγχυση χρειάζεται ιδιαίτερες προφυλάξεις), υλικό που η συμπεριφορά του κρίνεται πολύ ικανοποιητική, μεταλλικές πασαλοσανίδες (ευρύτατα διαδεδομένο σε χώρες με υψηλή παραγωγή χάλυβα, που όμως χρειάζονται επεξεργασία ώστε να μην διαβρώνονται από τους ηλεκτρολύτες της θάλασσας) και τέλος γεωυφάσματα και γεωμεμβράνες που χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση στα εδάφη θεμελιώσεων και την προστασία πρανών από τη δράση κυματισμών. Για την κατασκευή πλωτών στοιχείων λιμενικών έργων χρησιμοποιούνται επιτυχώς διογκωμένη πολυστερίνη (GRP) και άλλα πλαστικά υλικά

11 Οι μώλοι (Σχ. 1.1) είναι εγκάρσια έργα, επιμήκη τα όποια έχουν αφετηρία την ακτή. Αποτελούν την κύρια μορφή έργων για την προστασία από κυματισμούς και τη δημιουργία λιμενολεκανών. Ανάλογα με τη διεύθυνση του ανέμου που επικρατεί σε μια περιοχή και ανάλογα με την θέση τους διακρίνονται σε υπήνεμους και προσήνεμους. Οι πρώτοι έχουν ως στόχο την προστασία από τις δευτερογενείς κατευθύνσεις του ανέμου και τη μορφοποίηση εισόδου λιμανιού και λεκάνης. Η κατασκευή τους γίνεται ανάλογα με τις απαιτήσεις που υπάρχουν. αν δηλαδή το εσωτερικό τους μέτωπο προορίζεται για ελλιμενισμό σκαφών έχουν κατακόρυφο μέτωπο αλλιώς μπορούν αν κατασκευαστούν με κεκλισμένο πρανές. Το σύνηθες υλικό που χρησιμοποιείται για κατακόρυφα μέτωπα είναι σκυρόδεμα με συμπαγείς ή κυψελωτούς ογκόλιθους ενώ για κεκλισμένα πρανή χρησιμοποιούνται λίθοι με αυξανόμενη διάμετρο και βάρος από τον πυρήνα προς την επιφάνεια (Σχ. 1.). Η επιφάνεια διαμορφώνεται από ογκόλιθους φυσικούς ή τεχνητούς ενώ η στέψη διαμορφώνεται είτε από μια επίπεδη πλάκα ή από πλάκα σε σχήμα L. Τα ακρομώλια συνήθως διαπλατύνονται για διευκόλυνση ελιγμών ή τοποθέτηση φάρων ενώ θωρακίζονται καλύτερα από τον κορμό για προστασία από τους κυματισμούς που περιθλώνται. Σχ. 1.1 Διάταξη μώλου και εγκάρσια τομή του Σχ. 1. Εγκάρσια τομή μώλου με εμφανή τη διαμόρφωσή του

12 Οι βραχίονες (Σχ. 1.3) είναι εγκάρσια έργα με σκοπό την προστασία ακτών ή εκβολών ποταμών από προσαμμώσεις και φράξιμο λόγω φερτών υλικών. Δεν έχουν στέψεις ενώ σε γενικές γραμμές είναι λιγότερο πλατιοί από τους μώλους. Τα υλικά κατασκευής τους μπορεί να είναι κατασκευές πολυαιθυλενίου γεμισμένα με άμμο ή πασαλοφράγματα ξύλινα ή και μεταλλικά. Είναι κάθετα στην ακτή ή με μικρή κλίση και η απόσταση μεταξύ τους είναι -3 φορές το μήκος τους, το οποίο μπορεί να εκταθεί σε όλη τη ζώνη θραύσης προκαλώντας μερική ή ολική διακοπή της παράκτιας στερεομεταφοράς (Σχ. 1.4). Η μορφή της ακτογραμμής θα αλλάξει με τη χρήση τους ανάλογα με τις επικρατούσες διευθύνσεις του ανέμου. Σχ 1.3 Διάταξη βραχιόνων και εγκάρσια τομή τους Σχ. 1.4 Τελική μορφή ακτογραμμής μετά τη χρήση βραχιόνων με επικρατούντες ΝΑ ανέμους Οι κυματοθραύστες (Σχ. 1.5) είναι παράλληλα έργα, τα οποία δεν έχουν σημείο επαφής με την ακτή. Σκοπός τους είναι η προστασία ακτών από ισχυρούς κυματισμούς, ενώ σε μερικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται και για αποφυγή διάβρωσης. Η

13 κατασκευή του γίνεται ανάλογα με το υλικό του πυθμένα και την ανάγκη ή μη διαμορφώσεως κατακόρυφου μετώπου. Αν είναι να διέρχεται ένα μέρος κυματικής ενέργειας ώστε να μην υπάρχει προσάμμωση αλλά καλή κυκλοφορία νερού, τότε ο κυματοθραύστης κατασκευάζεται βυθισμένος και υδραυλικά διαπερατός και κατά τμήματα, με αποστάσεις μεταξύ τους μεγαλύτερες από δύο φορές το μήκος των κυμάτων. Σχ. 1.5 Διάταξη κυματοθραύστη και εγκάρσια τομή ενός μη βυθισμένου Οι γέφυρες είναι εγκάρσια έργα κατασκευασμένα πάνω σε πασσάλους και έχουν στέψη τέτοια ώστε να διευκολύνει την κυκλοφορία πεζών και οχημάτων, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις κατασκευάζονται για να περάσουν αγωγοί. Κατασκευάζονται σε προστατευμένες περιοχές όπου το βάθος επαρκεί για την προσέγγιση πλοίων. Είναι κατασκευές μικρού βάρους από χάλυβα ή οπλισμένο σκυρόδεμα. Για να μπορούν να λειτουργήσουν ως προσκρουστήρες ή ως μέρη δέσεως πλοίων πρέπει να εφαρμοστούν προστατευτικές διατάξεις απορρόφησης της κινητικής ενέργειας των πλοίων, γνωστές ως δελφύες. Τέλος οι κρηπιδότοιχοι είναι παράλληλα έργα που επιτρέπουν σε πλοία να δένουν με σκοπό τη φορτοεκφόρτωση. Δημιουργούν κατακόρυφα μέτωπα σε βάθη επαρκή για την προσέγγιση του πλοίου. Οι δυνάμεις που ασκούνται στο έργο από τους διάφορους παράγοντες του περιβάλλοντός τους ισορροπούν. Ανάλογα με την ποιότητα θεμελίωσης του εδάφους, τα οριζόντια φορτία πάνω τους και τα διαθέσιμα υλικά τους χωρίζονται σε κλειστού τύπου και ανοιχτού τύπου (Πίνακας 1.1). Οι κλειστού τύπου κατασκευάζονται από ογκόλιθους αόπλου σκυροδέματος, κιβώτια οπλισμένου σκυροδέματος ή και πασαλοσανίδες. Η στέψη τους αγκυλώνεται με τις γαιώδεις μάζες πίσω από τον τοίχο. Οι - 1 -

14 ανοιχτού τύπου (ή αλλιώς δανέζικου τύπου) κατασκευάζονται πάνω σε πασσάλους χωρίς σταθερό τοίχο στο μέτωπο. Η κατασκευή των κρηπιδότοιχων γίνεται με χρήση πλωτών ή χερσαίων μηχανημάτων. Η χρήση των πλωτών γίνεται σε βάθη μεγαλύτερα από δύο μέτρα αλλά απαιτεί ειδικό εξοπλισμό. Με τη χρήση χερσαίων μηχανισμών η κατασκευή γίνεται από την ακτή προς την πλευρά της θάλασσας με μεταφορά των μηχανημάτων επάνω στα ήδη κατασκευασμένα τμήματα του έργου. Σε κάποιες περιπτώσεις ενδέχεται κατασκευή αναχωμάτων στη θάλασσα για γίνει πρόσβαση των μηχανημάτων και κατασκευή των έργων και στη συνέχεια καθαίρεση αυτών. Πίνακας 1.1 Χαρακτηριστικοί τύποι κρηπιδότοιχων

15 Ανάλογα τη φύση και τις ανάγκες του έργου υπάρχει περίπτωση οι τυπικές αυτές μορφές έργων να εξειδικευτούν και να πάρουν άλλες μορφές. Υπάρχουν για παράδειγμα μη συμβατικοί τύποι κυματοθραυστών, όπως οι σύνθετοι κυματοθραύστες ιαπωνικού τύπου, οι πλωτοί, οι κυματοθραύστες σε πασσάλους, οι διάτρητοι, οι αέριοι, οι υδραυλικοί και οι τύπου Considère. Επίσης υπάρχουν διαφόρων τύπων κρηπιδώματα που χαρακτηρίζονται ανάλογα με τη χρήση τους. Οι ογκόλιθοι που χρησιμοποιούνται πολλές φορές είναι τεχνητοί. Από το 1950 που εμφανίστηκαν τετράποδοι ογκόλιθοι και έπειτα, έχουν μελετηθεί πολλά σχήματα αυτών με σκοπό να εξασφαλιστεί όλο και καλύτερη αλληλοεμπλοκή, μεγάλο πωρώδες, που συνεπάγεται οικονομία υλικού και τέλος δημιουργία σωλήνων ροής που σημαίνει και μεγαλύτερη απορρόφηση κυματικής ενέργειας. Ογκόλιθοι ειδικής μορφής εμφανίζονται στο σχ Σχ. 1.6 Ειδικές μορφές τεχνητών ογκόλιθων

16 Για να σχεδιαστεί ένα έργο πρέπει να ληφθούν υπ όψιν πολλοί παράγοντες. Σημαντικότεροι από αυτούς είναι η μορφολογία του εδάφους, οι μετεωρολογικές συνθήκες, τα θαλάσσια ρεύματα, η θαλάσσια στάθμη και η κυματική δράση, η μεταφορά ιζημάτων, η σεισμογένεια της περιοχής και η περίοδος ζωής του έργου. 1.4 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΘΑΛΑΣΣΙΑΣ ΔΡΑΣΗΣ Όπως έχει διευκρινιστεί, σκοπός των έργων είναι η προστασία ακτών και άλλων έργων από τη δράση της θάλασσας, είτε αυτή εκφράζεται από κυματισμούς, είτε από θαλάσσια ρεύματα. Κυματισμός ορίζεται κάθε περιοδική ή μη διαταραχή της επιφάνειας της θάλασσας. Χαρακτηρίζεται από το ύψος (Η, απόσταση μεταξύ κορυφής και κοιλιάς), την περίοδο (Τ, χρονική κλίμακα μεταβολής της στάθμης), την ταχύτητα διάδοσης (c), το μήκος (L, απόσταση μεταξύ δύο κορυφών) και τη συχνότητα (f, αριθμός κυμάτων στη μονάδα του χρόνου). Οι γενεσιουργές αιτίες των κυματισμών είναι κυρίως η ατμόσφαιρα (ανεμογενή κύματα). Η εξέλιξη των κυματισμών γίνεται με διάφορες διεργασίες οι οποίες συνυπάρχουν και λαμβάνουν χώρα ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες. Η διάθλαση συμβαίνει σε βάθη μικρότερα από το μισό του μήκους κύματος και οφείλεται στην αλλαγή ταχύτητας των κυμάτων που προσπίπτουν πλάγια σε ακτή και αλληλεπιδρούν με τη διαφορά βάθους. Η περίθλαση είναι η διαδικασία που επιτρέπει τη διάδοση των κυματισμών πίσω από έργα με μειωμένο όμως ύψος και αλλαγή κατεύθυνσης. Τέλος η ανάκλαση οφείλεται σε πρόσκρουση κυματισμών σε επιφάνειες και επιστροφή τους. Επειδή κατά την ανάκλαση συναντούν άλλους κυματισμούς υπάρχει μια ιδιόμορφη ταλάντωση μεταξύ αυτών. Τα θαλάσσια ρεύματα έχουν ιδιαίτερη σημασία καθώς με τη δράση τους προκαλούν υδροδυναμικές φορτίσεις των έργων, συντελούν στη μεταφορά μαζών και διαλυμένων ρύπων ρυθμίζοντας έτσι την ποιότητα των υδάτων, μεταφέρουν ιζήματα και φερτές ύλες επιδρώντας στη γεωμορφολογία των ακτών και προκαλούν αλλαγή στη μέση στάθμη της θάλασσας και στα βάθη. Τα επιφανειακά ρεύματα προκαλούνται από τους ανέμους και την ατμοσφαιρική πίεση. Ρεύματα σε βάθη προκαλούνται από τις διαβαθμίσεις της

17 πυκνότητας ή τις βαρυτικές διαφοροποιήσεις στις θαλάσσιες μάζες από την επίδραση των πλανητών (κυρίως της Σελήνης). 1.5 ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΣΤΕΡΕΟΜΕΤΑΦΟΡΑ Οι ακτές που δέχονται δράση κυματισμών και ρευμάτων γεωλογικά μπορεί να είναι βραχώδεις και να έχουν σταθερή μορφή, εξελισσόμενες μακροπρόθεσμα, ή αμμώδεις. Οι αμμώδεις αποτελούνται από κοκκώδη υλικά που η διάμετρός τους κυμαίνεται από 10-4 μέτρα έως 10-1 μέτρα (Πίνακας 1.) και υφίστανται εντονότερη επίδραση κυμάτων και ρευμάτων με αποτέλεσμα να έχουν αλλοιώσεις μορφολογίας σε κάθε κλίμακα χρόνου. Πίνακας 1. Ταξινόμηση εδαφών ακτών ανάλογα με το μέγεθος κόκκων Ονομασία Διάμετρος (mm) Κροκάλες Χάλικες 3-4 Άμμος -0,1 Ιλύς 0,03-0,004 Άργιλος 0,00-0,000 Τεράστιες ποσότητες μεταφέρονται κάτω από την αποσταθεροποιητική δράση των κυμάτων και τη μεταφορική δράση των ρευμάτων. Έτσι η κατασκευή ενός τεχνικού έργου σε ένα δυναμικό περιβάλλον αλλάζει τις υδροδυναμικές συνθήκες της περιοχής, που ως συνέπεια έχει να αλλάξουν και οι ρυθμοί στερεομεταφοράς. Αποτελέσματα που μπορεί να προκύψουν πολλές φορές χαρακτηρίζονται ως ανεπιθύμητα, όπως προσάμμωση και αχρήστευση ενός λιμενικού έργου ή διάβρωση μιας ακτής. Οι δυνάμεις που επιδρούν σε επίπεδο κόκκου ώστε να διαφανούν οι αιτίες μεταφορές μπορεί να είναι ορθές και διατμητικές τάσεις, που οφείλονται στο κινούμενο νερό, αντίδραση στηρίξεως σε άλλους κόκκους, υδροδυναμικές υποπιέσεις λόγω διηθήσεως και δυνάμεις προσκρούσεων με άλλους κόκκους. Όμως σε λεπτόκοκκα ιζήματα που οι δυνάμεις συνοχής είναι μεγαλύτερες, η έναρξη διαβρωτικής δράσης είναι πιο δύσκολη

18 Από τις θεωρίες σχετικά με τη στερεομεταφορά υπερέχει αυτή του Bagnold - που διατυπώθηκε το 1964 ο οποίος τεκμηρίωσε το γεγονός ότι στον παράκτιο χώρο, οι κυματισμοί είναι ο συνηθέστερος παράγοντας αποσταθεροποίησης ιζημάτων και στη συνέχεια τα θαλάσσια ρεύματα μεταφέρουν τους κόκκους σε μεγάλες οριζόντιες αποστάσεις. Η τυρβώδης ροή του ρεύματος συμβάλλει στην κατακόρυφη διάχυση των φερτών σε αιώρηση, σε συνεργασία με τις περιοδικές τροχιές των κυματισμών που επαυξάνουν την κατακόρυφη διάχυση. Η δράση τους παραμετροποιείται σαν επιπλέον ισοδύναμος συντελεστής κατακόρυφης διάχυσης. Επίσης η διαφορά της μορφής του πυθμένα μεταξύ περιβάλλοντος όπου επικρατούν μέτριας εντάσεως ρεύματα, από το περιβάλλον όπου επικρατούν οι κυματισμοί, συνεπάγεται και διαφορετικές συνθήκες ροής κοντά στον πυθμένα και ανασήκωσης κόκκων προς την υδάτινη στήλη. Ένα ποσοστό της κυματικής ενέργειας καταναλώνεται στην αποκόλληση και κατακόρυφη διάχυση των κόκκων και το ρεύμα με την τυρβώδη κινητική ενέργειά του συμπληρώνει τη διάχυση, αναλαμβάνοντας την οριζόντια μεταφορά του. Η αναλογία των δύο συνιστωσών διαφοροποιείται στις δύο κύριες κατευθύνσεις μεταφοράς φερτών υλών, την παράλληλη και την εγκάρσια στις ακτές. 1. ΜΟΝΤΕΛΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΟΓΕΝΟΥΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ.1 Μοντέλο μετάδοσης κυματισμών WAVE-L Οι υπερβολικής μορφής εξισώσεις ήπιας κλίσης γράφονται (Copeland, 1985 α, Watanabe & Maruyama, 1986, Καραμπάς 00 κεφάλαιο 3): n ( Ud w ) ( Vd w ) + + = 0 t x y U w 1 ( c n) 1 gn d + = 0 t d x d cosh( kd) x Vw 1 ( c n) 1 gn d + = 0 t d y d cosh( kd) y (.1)

19 όπου n είναι η ανύψωση της ελεύθερης επιφάνειας της θάλασσας λόγω του κυματισμού, d το βάθος της θάλασσας, U w και V w είναι οι μέσες ως προς το βάθος οριζόντιες ταχύτητες κατά x και y, k ο αριθμός κύματος και c η ταχύτητα διάδοσης του κυματισμού, (με c=l/t). Η πρώτη εξίσωση περιγράφει εξίσωση συνέχειας και οι δυο επόμενες εξισώσεις ορμής. Η απώλεια της ενέργειας λόγω θραύσης των κυματισμών στην ακτή ή πάνω στους κυματοθραύστες εισάγεται στο μοντέλο μέσω της προσομοίωσης των τάσεων Reynolds με τη θεώρηση τυρβώδους συντελεστή ιξώδους. Στο β μέρος των εξισώσεων της ορμής προστίθενται οι όροι: Uw Uw... = Vh + V h x y Vw Vw... = Vh + V h x y (.) όπου V h ένας τεχνητός τυρβώδης συντελεστής ιξώδους (Καραμπάς, 00, κεφ. 3). Ο συντελεστής τυρβώδους ιξώδους υπολογίζεται από (Battjes, 1975): D Vh = h ρ 1/3 (.3) όπου h το βάθος, D η απώλεια ενέργειας λόγω τυχαίων κυματισμών και ρ η πυκνότητα. 1 D = Q f γ gh (.4) 4 b s m με f s τη μέση συχνότητα φάσματος, H m το μέγιστο δυνατό ύψος κύματος (γh, με γ μια σταθερά) και Q b συντελεστή που σχετίζεται με την πιθανότητα θραύσης του κυματισμού. Μετά την παραδοχή κατανομής Rayleigh, ο συντελεστής Q b δίνεται από τη λύση της παρακάτω εξίσωσης:

20 1 Q ln Q b b H rms = Hm (.5) όπου H rms είναι το μέσο τετραγωνικό ύψος. Είναι φανερό ότι όταν H rms << H m, τότε Q b <<1 (μη θραυόμενοι κυματισμοί). Η παραπάνω εξίσωση της απώλειας D μπορεί να περιγράψει την απώλεια τυχαίων κυματισμών σε πολύπλοκη βαθυμετρία. Η απώλεια της ενέργειας λόγω τριβής πυθμένα προσομοιώνεται με τους γραμμικοποιημένους όρους στο β μέρος των εξισώσεων της ορμής:... = fbσuw... = fbσvw (.6) όπου σ η γωνιακή συχνότητα και f b ο γραμμικοποιημένος συντελεστής τριβής που συνδέεται με τον συντελεστή τριβής (κύματος) f w με τη σχέση: 1 f U + V f w w w bσ = (.7) d Οι τελικές εξισώσεις που προκύπτουν από το μοντέλο κυματισμών είναι οι εξής: n ( Ud w ) ( Vd w ) + + = 0 t x y Uw 1 ( c n) 1 gn d U + = V f U t d x d cosh( kd) x y w h bσ w Vw Vw V V h h Vw 1 ( c n) 1 gn d x y + = + t d y d cosh( kd) y x y f σv b w (.8) Οι παραπάνω εξισώσεις προκύπτουν από την αντικατάσταση της κατανομής της πίεσης και των ταχυτήτων, από τη γραμμική θεωρία (κυματισμοί μικρού εύρους), στις γραμμικοποιημένες εξισώσεις Navier-Stokes και έτσι έχουν τη δυνατότητα περιγραφής της μετάδοσης των απλών αρμονικών γραμμικών κυματισμών σε οποιοδήποτε βάθος

21 (συνδυασμός των φαινομένων της διάθλασης, περίθλασης, ανάκλασης και ρηχότητας). Για την ολοκλήρωσή τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν γνωστά ρητά σχήματα πεπερασμένων διαφορών που εφαρμόζονται στην αριθμητική ολοκλήρωση των εξισώσεων μακρών κυματισμών (Κουτίτας, 1985). Σχ..1 Διακριτοποίηση μεταβλητών Στο σημείο iδx και στο χρόνο nδt (όπου Δx και Δt το χρονικό και χωρικό βήμα διακριτοποίησης) οι μερικές παράγωγοι των εξισώσεων (.8) προσεγγίζονται, σε έναν έκκεντρο κάναβο (όπου σύμφωνα με το σχ..1, στο κέντρο υπολογίζεται η ανύψωση n ενώ οι ταχύτητες U w και V w στην άκρη), ως εξής (Κουτίτας, 1985, Copeland, 1985): n+ 1 n n n n n n ( w ) i 1, j ( w ) i, j ( w ) i, j 1 ( w ) i n Ud Ud Vd Vd i + + i, j + + = 0 t x y n+ 1 n n+ 1 n+ 1 n Uwi, j Uwi, j 1 ( cn) i, j ( cn) i 1, j 1 gni, j di, j di 1, j + = t d x d cosh( k d ) x i i, j i, j i, j U U + U U U + U V V f U x x n n n n n n wi+ 1, j wi, j wi 1, j wi, j+ 1 wi, j wi, j 1 n h + h bσ wi, j - 0 -

22 n+ 1 n n+ 1 n+ 1 n Vwi, j Vwi, j 1 ( cn) i, j ( cn) i 1, j 1 gni, j di, j di 1, j + = t d x d cosh( k d ) x i i, j i, j i, j V V + V V V + V V V f V x x n n n n n n wi+ 1, j wi, j wi 1, j wi, j+ 1 wi, j wi, j 1 n h + h bσ wi, j (.9) Οι οριακές συνθήκες που εφαρμόστηκαν πλευρικά ήταν συνθήκες σπογγώδους ζώνης (τεχνική απορρόφησης των κυματισμών sponge layer- των Larsen and Dancy, 1983). Η τεχνική αυτή εφαρμόζεται σε ένα διάστημα μήκους xs από το όριο και προς την ανοικτή θάλασσα. Στο εσωτερικό του διαστήματος αυτού, οι μεταβλητές n, U w, V w διαιρούνται, σε κάθε χρονικό βήμα, με έναν συντελεστή μ(x) που ορίζεται : x xs [( x x)ln β ] µ ( x) = e (.10) όπου β είναι μία σταθερά η οποία εξαρτάται από τον αριθμό των σημείων του διαστήματος xs δηλαδή το xs/δx. Ο αριθμός αυτός μπορεί να καθορίσει και τον συντελεστή της (μερικής) ανάκλασης. Το σύστημα διεγείρεται από μια χρονοσειρά n i (t) ανύψωσης της ελεύθερης επιφάνειας που εφαρμόζεται σε μία γραμμή του εσωτερικού της λιμενολεκάνης παράλληλα σε ένα όριο και σε απόσταση 0dx από αυτό (Larsen and Darcy, 1983, Lee and Suh, 1998). Η χρονοσειρά είναι ημιτονοειδής: H t = sin( σ ( ))cos ϕ * ni t tf c x (.11) με t f x = sin( ϕ) c όπου Η είναι το ύψος κύματος στην είσοδο του πεδίου, c η ταχύτητα μετάδοσης, Δt και Δx το χρονικό και το χωρικό βήμα, σ η συχνότητα και φ η γωνία πρόσπτωσης. Η ανύψωση n * i (t) προστίθεται στην υπολογισμένη ανύψωση στο εσωτερικό του πεδίου, δηλαδή η τελική τιμή του n είναι το άθροισμα του προσπίπτοντος κυματισμού - 1 -

23 n * i (t) και του αποτελέσματος από το εσωτερικό του πεδίου. Στα πρώτα 0 (xs/δx=0) σημεία επιβάλλεται η συνθήκη ορίου απορρόφησης (sponge layer) ώστε να απορροφώνται οι ανακλώμενοι κυματισμοί από το εσωτερικό του υπολογιστικού πεδίου. Στα όρια πλήρους ανάκλασης εφαρμόζονται οι οριακές συνθήκες: U w =0 ή V w =0 (και n/ s = 0, όπου s ο άξονας κάθετα στο όριο). Η ανάκλαση περιγράφεται αυτόματα στο πρόγραμμα, ορίζοντας το κατακόρυφο μέτωπο με το χαρακτηριστικό βάθος -1.. Μοντέλο κυματογενούς κυκλοφορίας WICIR (Wave Induced CIRculation) Η απώλεια της ενέργειας των κυματισμών, κυρίως λόγω της θραύσης τους, σε συνδυασμό με την επίδραση των φαινομένων της διάθλασης και περίθλασης, οδηγεί στη δημιουργία παράκτιων κυματογενών ρευμάτων. Ολοκληρώνοντας τις εξισώσεις ισορροπίας ως προς το βάθος και ως προς την περίοδο του κύματος, προκύπτουν από τους μη γραμμικούς όρους και από τους όρους βαθμίδος της πίεσης επιπλέον όροι, γνωστοί ως τάσεις ακτινοβολίας. Οι εξισώσεις συνέχειας (η πρώτη) και ισορροπίας (οι επόμενες δυο), για τον υπολογισμό του κυματογενούς ρεύματος, γράφονται (Καραμπάς, 00): ζ ( Uh) ( Vh) + + = 0 t x y U U U + U + V + g ζ = t x y x 1 S S xx xy 1 U 1 U τsx τbx + + vh h + vh h + ρh x y h x x h y y ρh ρh V V V + U + V + g ζ = t x y y 1 S xy S yy 1 V 1 V τsy τby + + vh h + vh h + ρh x y h x x h y y ρh ρh (.1) όπου ζ η ανύψωση της μέσης στάθμης θάλασσας και U και V είναι οι μέσες ως προς το βάθος οριζόντιες ταχύτητες του ρεύματος κατά x και y, h το συνολικό βάθος, h=d+ζ. Οι - -

24 τάσεις ακτινοβολίας που είναι συναρτήσεις των αποτελεσμάτων του κυματικού μοντέλου, U w, V w και n, υπολογίζονται από την εργασία του Copeland (1985β): Sxx Uw Vw Uw Vw Uw Vw 1 = d < Uw > Ar d < + > Br + < Uw + > Dr + < Vw + > Dr + g < n > ρ x y x x y y x y Syy Uw Vw Uw Vw Uw Vw 1 = d < Vw > Ar d < + > Br + d < Vw + > Dr + d < Uw + > Dr + g < n > ρ x y x x y y x y S xy d UV w w Ar ρ = < > (.13) όπου τα σύμβολα <,> δηλώνουν ολοκλήρωση ως προς την περίοδο του κύματος, δηλαδή T 1 <Α>= A() t dt T και: 0 k Ar = (sinh kd + kd) 4sinh kd 1 Br = (sinh kd kd) 4k sinh kd d 1 Dr = sinh kd cosh kd 4sinh kd kd Στο μοντέλο WAVE-L οι τάσεις ακτινοβολίας υπολογίζονται με τη χρήση των εξισώσεων (.13). Οι εκφράσεις αυτές βασίζονται στη γραμμική θεωρία κυματισμών και είναι γενικές, χωρίς την παραδοχή απλά προωθούμενων κυματισμών (μια παραδοχή που γίνεται πολύ συχνά). Έτσι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολύπλοκα πεδία του παράκτιου χώρου όπου συνυπάρχουν τα φαινόμενα της διάθλασης, θραύσης, περίθλασης και (μερικής ή ολικής) ανάκλασης των κυματισμών. Οι διατμητικές τάσεις τ bx και τ by στις εξισώσεις ορμής των σχέσεων (.1) προσομοιώνουν την απώλεια της ενέργειας λόγω τριβής στον πυθμένα. Ο ρόλος τους είναι σημαντικός στην εκτίμηση των κυματογενών ρευμάτων και γι αυτό απαιτείται μια όσο το δυνατόν ορθότερη προσομοίωσή τους

25 ..1 Τραχύτητα αμμώδους πυθμένα Πριν υπολογιστούν οι διατμητικές τάσεις θα πρέπει πρώτα να εκτιμηθεί η τραχύτητα του θαλάσσιου αμμώδους πυθμένα k s στον παράκτιο χώρο κάτω από τη δράση των κυματισμών, όπου θα λαμβάνεται υπόψη και η ύπαρξη αμμοκυματίων. Τα αμμοκυμάτια δεν επιδρούν άμεσα στη μετάδοση των κυματισμών αλλά όμως επιδρούν σημαντικά στο σχηματισμό της οριακής στοιβάδας και την ένταση της τύρβης κοντά στον πυθμένα. Συνεπώς επηρρεάζουν την κατανομή του κυματογενούς ρεύματος αλλά και τη μεταφορά φερτών στον πυθμένα. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους, το ύψος n r και το μήκος λ, συνδέονται με τα χαρακτηριστικά του κυματισμού και της άμμου. Το ύψος n r των αμμοκυματίων σε περιβάλλον τυχαίων κυματισμών δίνεται ως συνάρτηση του αριθμού κινητικότητας Ψ (Καραμπάς, 00, κεφ. 4): nr Ξ = 1Ψ 1.85 για Ψ>10 με U o Ψ= ( s 1) gd 50 (.14) όπου U o είναι το πλάτος (μέγιστη τιμή) της οριζόντιας κυματικής ταχύτητας στον πυθμένα (για z=-d) που υπολογίζεται από τη σχέση της γραμμικής θεωρίας κυματισμών πη U o = T sinh( kh) ρs, s= ρ (όπου ρ s η πυκνότητα του ιζήματος και ρ η πυκνότητα του νερού, s=,65), d 50 η μέση διάμετρος των κόκκων και Ξ το πλάτος τροχιάς των μορίων κοντά στον πυθμένα λόγω του κυματισμού, Ξ= σχετίζονται με το σημαντικό ύψος κύματος. U o T. Η ταχύτητα U o και η περίοδος Τ π Η σχέση που συνδέει το n r με το μήκος των αμμοκυματίων λ είναι: n r θ.5 λ = (.15) όπου θ.5 η παράμετρος Shields που αντιστοιχεί σε επίπεδο πυθμένα με τραχύτητα,5d 50 : - 4 -

26 1 f V θ.5 = ( s 1) gd (.16) με f.5 τον συντελεστή τριβής για τραχύτητα,5d 50 : f d Ξ = e (.17) Όταν επικρατούν έντονες κυματικές συνθήκες και η τιμή της παραμέτρου Ψ πάρει μεγάλες τιμές, Ψ>40, τότε τα αμμοκυμάτια εξαφανίζονται και ο πυθμένας είναι πλέον επίπεδος. Σε ιδιαίτερα ήπιες συνθήκες για Ψ<10 δε σχηματίζονται αμμοκυμάτια. Μετά τον υπολογισμό του ύψους n r και του μήκους λ των αμμοκυματίων, η τραχύτητα του αμμώδους πυθμένα k s υπολογίζεται από: k s nr = θ d50 (.18) λ.. Διατμητικές τάσεις Για τον υπολογισμό των διατμητικών τάσεων των σχέσεων (.1) θεωρούνται οι συνολικές ταχύτητες στον πυθμένα και όχι μόνο οι ταχύτητες του ρεύματος ή του κύματος. Όπως αναφέρθηκε στην κυματογενή κυκλοφορία, ένα υλικό σημείο εκτελεί συνδυασμένη κίνηση: κυματική παλινδρομική και κίνηση ρεύματος. Οι συνολικές ταχύτητες κοντά στον πυθμένα u b και v d δίνονται από (Καραμπάς, 00, κεφάλαιο 4): u () t = U + u () t b w b v () t = V + v () t (.19) b w b - 5 -

27 όπου u w-b, v w-b οι ταχύτητες του κύματος κοντά στον πυθμένα. Οι διατμητικές τάσεις δίνονται από τις σχέσεις: 1 τbx = ρ fcw < ub ub + vb > 1 τby = ρ fcw < vb ub + vb > (.0) όπου f cw είναι ο συνολικός συντελεστής τριβής λόγω κύματος-ρεύματος. Η ύπαρξη των κυματισμών στη συνδυασμένη αυτή κίνηση κύματος-ρεύματος επιδρά στην κατακόρυφη κατανομή της οριζόντιας ταχύτητας του ρεύματος αυξάνοντας την τύρβη κοντά στον πυθμένα. Άρα ο συντελεστής f cw θα πρέπει να είναι συνάρτηση των συντελεστών τριβής ρεύματος f c και κύματος f w.μία απλοποιημένη έκφραση είναι ένας γραμμικός συνδυασμός των f c και f w : f = a f + (1 a ) f (.1) cw cw c cw w όπου ο συντελεστής a cw κατά x δίνεται από τη σχέση a cw x V σχέση a cw y =. V + U o = U U + U o, ενώ κατά y από τη Ο συντελεστής τριβής λόγω ρεύματος f c είναι συνάρτηση του συντελεστή τριβής Chezy c c : f c g = c c c c 1h = 18log10 ks (.) Ο συντελεστής τριβής λόγω κυματισμών δίνεται από τη σχέση: - 6 -

28 fw 0.19 k 5.13 s Ξ = e (.3)..3 Συντελεστής οριζόντιας διάχυσης Ο συντελεστής οριζόντιας διάχυσης v h υπολογίζεται από τη σχέση (Καραμπάς, 00): v h = 0.5UH (.4) o Ο συντελεστής οριζόντιας διάχυσης δεν εισάγεται μόνο για την προσομοίωση της τύρβης αλλά κυρίως εισάγεται για να προσομοιώσει την ανάμειξη στη ζώνη θραύσης όπου η επίδραση της οριζόντιας διασποράς είναι ιδιαίτερα σημαντική σε σχέση με την τυρβώδη διάχυση..3 Μοντέλο στερεομεταφοράς και εξέλιξης μορφολογίας πυθμένα SEDTR (SEDiment TRansport) Στην ενότητα αυτή παρουσιάζεται ένα μοντέλο το οποίο χρησιμοποιείται για να υπολογιστεί η στερεομεταφορά σε κάποια περιοχή σε δισδιάστατο πεδίο. Η συνολική παροχή q t του φορτίου φερτών υλών είναι το άθροισμα της παροχής δύο επιμέρους φορτίων, του φορτίου πυθμένα q b και του φορτίου σε αιώρηση q s : qt = qb + qs (.5) Όταν η κίνηση των κόκκων γίνεται με κύλιση ή με αναπήδηση στον πυθμένα που συνεπάγεται διαδοχική επαφή με αυτόν, τότε η μεταφορά φερτών χαρακτηρίζεται ως φορτίο πυθμένα. Όταν οι κόκκοι των ιζημάτων βρίσκονται σχεδόν συνέχεια σε αιώρηση στην υδάτινη στήλη λόγω της τύρβης, τότε η μεταφορά φερτών χαρακτηρίζεται ως φορτίο σε αιώρηση. 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 του πυθμένα

29 Για την εκτίμηση του φορτίου πυθμένα και φορτίου σε αιώρηση γίνεται η παραδοχή της ενεργητικής προσέγγισης. Η ενεργητική προσέγγιση βασίζεται στην ιδέα του Bagnold που συνέδεσε την στερεοπαροχή με την απώλεια της ενέργειας των κυματισμών. Οι συνολικές στερεοπαροχές q xt, q yt, κατά τους οριζόντιους άξονες x και y δίνονται από το άθροισμα της στερεοπαροχής των δύο επιμέρους φορτίων, των φορτίων πυθμένα q bx, q by και των φορτίων σε αιώρηση q sx, q sy (Καραμπάς, 00): qxt = qbx + qsx qyt = qby + qsy q bx 1 ε b ub d x = < + ωb > ( ρs ρ) g tan Φ ubt tan Φ q 1 u bt ub u bt = < ε + ε d ω > ( ρs ρ) g w f ubt w f sx s s x t q bx 1 ε b v d b y = < + ωb > ( ρs ρ) g tan Φ ubt tan Φ q 1 u bt vb u bt = < ε + ε d ω > ( ρs ρ) g w f ubt w f sx s s y t (.6) όπου Φ είναι η γωνία εσωτερικής τριβής, tanφ=0.6, ε b, ε s συντελεστές απόδοσης φορτίου πυθμένα και αιώρησης (ε b =0.1, ε s =0.0), w f είναι η ταχύτητα καθίζησης των κόκκων, d x, d y οι κλίσεις του πυθμένα ως προς x και y, u b =u b (t), v b =v b (t) οι συνολικές οριζόντιες ταχύτητες κύματος και ρεύματος κοντά στον πυθμένα κατά x και y, u = u + v, ω b η απώλεια της ενέργειας λόγω της τριβής πυθμένα και της θραύσης bt b b των κυματισμών: 1 3 ωb =< fcwρubt > 3 h 1 H t ωb De ω = + (.7) - 8 -

30 όπου Η είναι το μέσο τετραγωνικό ύψος του κύματος (Η=Η rms ) και D η απώλεια της ενέργειας λόγω της θραύσης των κυματισμών (.4). Στις παραπάνω σχέσεις (.6) και (.7) οι παράμετροι σχετίζονται με τον κυματισμό είναι υπεύθυνοι για την αποσταθεροποίηση των κόκκων, οι οποίοι μεταφέρονται κυρίως από το ρεύμα (ταχύτητες U και V). Η μεταφορά λόγω της ασυμμετρίας του κυματισμού σχετίζεται με την ασύμμετρη κυματική ταχύτητα και την ολοκλήρωση ως προς την περίοδο του κύματος. Η ταχύτητα καθίζησης των κόκκων w f υπολογίζεται ως συνάρτηση της μέσης διαμέτρου των κόκκων d 50, από τη σχέση (Ahrens, 000): C1 gd50 wf = + Ct ( gd50) (.8) v με A ( ) C1 = tanh 1A e Ct A = 1.06 tanh 0.016A e gd A = v ρs ρ όπου ν το κινηματικό ιξώδες, Δ η σχετική πυκνότητα της άμμου, Δ=, ρs είναι η ρ πυκνότητα της άμμου και ρ η πυκνότητα του νερού). Ο Leontyev (1990) απλοποίησε τις παραπάνω εκφράσεις (.6) και (.7) αγνοώντας τους όρους κλίσης πυθμένα και κάνοντας τις παραδοχές ότι οι κυματισμοί είναι γραμμικοί και ότι οι ταχύτητες του ρεύματος U και V είναι μικρότερες από τη μέγιστη ταχύτητα του κύματος U o. Έτσι οι σχέσεις (.6) και (.7) τροποποιούνται στις: 3 50 qxt = qbx + qsx qyt = qby + qsy - 9 -

31 q q bx by 9π 1 ε b U = ωb 8 ( ρs ρ) g tan Φ Uo 9π 1 ε b V = ωb 8 ( ρs ρ) g tan Φ Uo q q 1 U = ε ω ( ρs ρ) g wf sx s t 1 V = ε ω ( ρs ρ) g wf sy s t ω = f ρu 3π 3 b w o 3 h 1 H t 4ωb De ω = + (.9) όπου q xt, q yt οι συνολικές στερεοπαροχές, qxt = qbx + qsx, qyt = qby + qsy, U και V οι ταχύτητες του κυματογενούς ρεύματος και U o το πλάτος της οριζόντιας ταχύτητας στον πυθμένα από τη σχέση: U o π H = T sinh( kd) Οι ταχύτητες U και V λαμβάνονται απευθείας από τα αποτελέσματα του μοντέλου κυματογενούς κυκλοφορίας (.1) (εφόσον για την εκτίμηση μακροχρόνιων μεταβολών σε δισδιάστατα προβλήματα οι ταχύτητες του δευτερογενούς ρεύματος συνήθως αγνοούνται). Οι μορφολογικές μεταβολές (ρυθμός μεταβολής της στάθμης του πυθμένα ), στον παράκτιο χώρο υπολογίζονται επιλύνοντας την εξίσωση διατήρησης του όγκου των φερτών: d 1 q xt q yt = + t 1 p x y (.30)

32 όπου d είναι το βάθος του νερού, p το πορώδες της άμμου (p 0.4) και q yt, q xt είναι οι συνολικές στερεοπαροχές παράλληλα (άξονας x) και κάθετα (άξονας y) στην ακτή. Η εξίσωση (.30) προσομοιώνει τις μεταβολές του πυθμένα σε τρισδιάστατο πεδίο. Χρησιμοποιείται τόσο για την εκτίμηση βραχυχρόνιων μεταβολών (της τάξεως μερικών ωρών έως και μερικών ημερών) όσο και μακροχρόνιων (της τάξεως μερικών ετών). 3. ΣΚΛΗΡΕΣ ΚΑΙ ΗΠΙΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΚΤΩΝ ΑΠΟ ΔΙΑΒΡΩΣΗ Η αντιμετώπιση του προβλήματος της διάβρωσης, απαιτεί σωστή πρόβλεψη των γεωμορφολογικών επιπτώσεων που συνεπάγονται τα παράκτια τεχνικά έργα και στη συνέχεια τη λήψη κατάλληλων μέτρων. Με τη μέχρι τώρα πρακτική, τα μέτρα αυτά αφορούσαν στην κατασκευή παράκτιων έργων προστασίας ή στη χρήση μεθόδων όπως η τεχνητή ανάπλαση ακτής (beach nourishment). Οι μέθοδοι προστασίας ακτών χωρίζεται σε δυο κύριες κατηγορίες: τις «σκληρές» και τις «ήπιες». 3.1 Σκληρές μέθοδοι Σκληρές μέθοδοι θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν οι μεγάλες κατασκευές από σκυρόδεμα ή ογκόλιθους παρόμοιες με αυτές των λιμενικών έργων. Στις περιπτώσεις αυτές η προστασία της ακτής μπορεί να γίνει με τους παρακάτω τρόπους: Κατασκευή παράκτιου τοίχου και διευθετήσεις πρανών παράλληλα με την ακτογραμμή. Οι κατασκευές αυτές εμποδίζουν τη διάβρωση της ακτής δεχόμενοι την επίδραση των κυματισμών και τη σταθεροποιούν. Έτσι η παράκτια ζώνη θωρακίζεται και προστατεύονται και άλλα τεχνικά έργα, όπως έργα οδοποιίας, κατοικίες κτλ. Επίσης προστατεύουν την παράκτια ζώνη από τις πλημμύρες λόγω της μετεωρολογικής παλίρροιας. Συνήθως κατασκευάζονται με περιορισμένο πλάτος παραλίας ή ακόμη και χωρίς παραλία, ώστε να μπορούν να δέχονται στο μέτωπό τους απευθείας τη δράση των κυματισμών όταν επικρατούν ισχυροί

33 άνεμοι και κυρίως θυελλώδεις καταστάσεις (Silvester & Hsu, 1997). Η μείωση του πλάτους της παραλίας συνεπάγεται και περιορισμένη δυνατότητα εκμετάλλευσής της για αναψυχή. Επιπλέον η κατασκευή ενός περιορισμένου μήκους κατασκευών οδηγεί σε διαβρώσεις και προσχώσεις (Silvester & Hsu, 1997). Ταυτόχρονα σημαντικά είναι και τα προβλήματα υποσκαφής που απαιτούν επιπλέον κατασκευές προστασίας του ποδός. Κατασκευή προβόλων με στέψη πάνω από τη μέση θαλάσσια στάθμη. Οι κατασκευές αυτές σταθεροποιούν την ακτή ανάμεσα στους προβόλους εφόσον εμποδίζουν με την παρουσία τους τη στερεομεταφορά παράλληλα με την ακτή. Απέναντι από τις κατασκευές, όμως, η διάβρωση των ακτών συνεχίζεται, ενώ τα ρεύματα επαναφοράς (rip currents) που δημιουργούνται μεταφέρουν σημαντικές ποσότητες άμμου προς τα ανοιχτά (Silvester & Hsu, 1997). Ταυτόχρονα σε περιοχές επιβαρυμένες περιβαλλοντικά μπορεί να προκληθεί σημαντική υποβάθμιση της ποιότητας των νερών ανάμεσα στους πρόβολους ιδιαίτερα κατά τους θερινούς μήνες, λόγω της μη ικανοποιητικής ανανέωσης τους. Το αποτέλεσμα είναι εμφανές με έντονη δυσοσμία, θολότητα, ευτροφισμό κτλ. Ακόμη και μικρότερες παρεμβάσεις μπορεί να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στο θαλάσσιο περιβάλλον. Κατασκευή συστήματος παράλληλων κυματοθραυστών. Κατασκευάζονται σε βάθη έως 5 μέτρων (σε απόσταση από την ακτή μεγαλύτερη του μήκους τους) με κενά ανάμεσά τους που κυμαίνονται από μισή έως πέντε φορές το μήκος τους. Μπορεί να κατασκευασθούν και με κλίση ως προς την ακτογραμμή με προσανατολισμό κάθετα στην κύρια διεύθυνση των κυματισμών (Silvester & Hsu, 1997). Μεταξύ των παραλλήλων κυματοθραυστών και της ακτής συμβαίνει αλλαγή της κατεύθυνσης 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 ακτής. Η δημιουργία της προσάμμωσης αυτής συνοδεύεται και από μικρή ή και μεγάλη διάβρωση του τμήματος της ακτής που βρίσκεται πίσω από τα άκρα του μεμονωμένου κυματοθραύστη ή πίσω από τα κενά της σειράς κυματοθραυστών

34 Κατάντι 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. 3. Ήπιες μέθοδοι Η ευαισθητοποίηση για την προστασία του περιβάλλοντος γενικότερα και στη συγκεκριμένη περίπτωση του θαλασσίου και χερσαίου περιβάλλοντος 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. Αυτό συμβαίνει γιατί κάθε παρέμβαση του ανθρώπου επηρεάζει σε κάποιο βαθμό το σύστημα στο οποίο εμπλέκεται. Οι κυριότερες ήπιες μέθοδοι είναι η τεχνητή ανάπλαση της ακτής, η εγκατάσταση πυθμενικών προβόλων σε μικρές αποστάσεις μεταξύ τους ώστε να καλύπτουν το μήκος της προστατευόμενης ζώνης, οι βυθισμένοι και οι πλωτοί κυματοθραύστες σε θάλασσες με μικρό πλάτος παλίρροιας και η αποστράγγιση της ακτής Τεχνητή ανάπλαση της ακτής Η τεχνητή ανάπλαση της ακτής (beach nourishment) είναι η πλέον διαδεδομένη ήπια μέθοδος προστασίας ακτών από διάβρωση. Στη μέθοδο αυτή τροφοδοτείται η ακτή με άμμο που λαμβάνεται από άλλες ακτές όπου υπάρχει περίσσεια υλικού αλλά και από τα ανοιχτά. Το υλικό τοποθετείται έτσι ώστε να επεκτείνεται η ακτή προς τη θάλασσα. Το ύψος που γίνεται η εναπόθεση του υλικού είναι της τάξης των -3 μέτρων πάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας (ΜΣΘ). Μετά την εναπόθεση της άμμου, οι κυματισμοί θα

35 διαμορφώσουν μια νέα κατάσταση ισορροπίας. Τα παράκτια κυματογενή ρεύματα θα οδηγήσουν σε πλευρικές απώλειες ενώ οι κυματισμοί που προσπίπτουν κάθετα θα διαμορφώσουν το προφίλ ισορροπίας. Ανάλογα με τη χαρακτηριστική διάμετρο των κόκκων, που μπορεί να είναι μεγαλύτερη, ίση ή μικρότερη από αυτή των ήδη υπαρχόντων κόκκων, θα διαμορφωθούν ανάλογα προφίλ. Τα προφίλ αυτά θα έχουν πιο ήπια, ίση ή μεγαλύτερη κλίση από την υφιστάμενη ακτή με αποτέλεσμα τη διατήρηση του πλάτους της νέας παραλίας που διαμορφώθηκε, ή την μερική ή και ολική απώλεια της. Η τεχνητή ανάπλαση μπορεί να συνοδεύεται και από άλλα τεχνητά έργα προστασίας που βοηθούν στον εγκλωβισμό των ποσοτήτων άμμου που μεταφέρθηκαν και ελαχιστοποιούν τις πιθανότητες να υπάρχουν πλευρικές και εγκάρσιες απώλειες. Έτσι μπορεί να κατασκευασθούν πλευρικοί πρόβολοι ή παράλληλα στην ακτή βυθισμένοι κυματοθραύστες. Η μέθοδος της τεχνητής ανάπλασης θεωρείται περιβαλλοντικά μία σχετικά φιλική λύση, εφόσον απλά αντικαθίσταται το υλικό που διαβρώνεται. Βέβαια, τόσο στην περιοχή αμμοληψίας όσο και στην περιοχή εναπόθεσης της άμμου, διαταράσσεται η πανίδα του βυθού. Ωστόσο η επίπτωση αυτή ίσως είναι αναστρέψιμη. Το βασικότερο πλεονέκτημά της, από τεχνητή άποψη, είναι ότι δε δημιουργούνται διαβρώσεις κατάντη της περιοχής που αναπλάθεται, όπως συμβαίνει στα περισσότερα έργα προστασίας. Επιπλέον το κόστος της είναι συγκριτικά μικρότερο από αυτό των συμβατικών μεθόδων, όταν η θέση αμμοληψίας βρίσκεται κοντά στην περιοχή ανάπλασης. 3.. Βυθισμένοι πρόβολοι Στη μέθοδο αυτή εγκαθίστανται πρόβολοι, που κατασκευάζονται από έγχυτο σκυρόδεμα μέσα σε ελλειψοειδείς διατομές από γεωύφασμα και καλύπτουν το μήκος της προστατευόμενης ζώνης. Η εγκατάσταση των παραπάνω υφάλων μέσα στη ζώνη θραύσης επιβάλει επιπλέον θραύση πάνω στους υφάλους και δημιουργία στάσιμων κυματισμών. Ως συνέπεια, υπάρχει μείωση της τυρβώδους κινητικής ενέργειας στα φατνώματα ανάμεσα στους προβόλους, εφόσον μέρος της ενέργειας έχει αποσβεστεί με τη θραύση πάνω στους προβόλους. Επιπλέον δημιουργείται μία νέα κατάσταση

36 κυματογενούς κυκλοφορίας με κύριο χαρακτηριστικό τους στροβίλους στα φατνώματα αλλά και τη μείωση του τρισδιάστατου ρεύματος επαναφοράς (undertow), η δημιουργία του οποίου προϋποθέτει την ύπαρξη 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 Πλωτοί κυματοθραύστες Οι πλωτοί κυματοθραύστες αποτελούν βιομηχανικά παραγόμενες κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα υπό μορφή λεπτότοιχου κιβωτίου, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την κυματική προστασία ημιπροστατευμένων 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- μέτρων απορροφούν 50-80% της κυματικής ενέργειας. Έτσι, η παρουσία τους παράλληλα στην ακτή μειώνει τη 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. Τα κύρια πλεονεκτήματα των πλωτών κυματοθραυστών είναι:

37 Χαμηλό κόστος κατασκευής, ιδιαίτερα σε περιοχές με πολύ κακής ποιότητας πυθμένα (εφόσον δεν απαιτείται θεμελίωση) ή σε δυσπροσπέλαστες ακτές που η κατασκευή έργων από την ξηρά είναι δύσκολη. 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 ενός μέτρου), δεν παρεμποδίζεται η κυκλοφορία και η ανανέωση των νερών. Δυνατότητα μετακίνησης ώστε να είναι πιο αποτελεσματικοί ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν, Ωστόσο λόγω, κυρίως, του γεγονότος ότι όταν προσπίπτουν ύψη κύματος πάνω από δύο μέτρα παρασύρονται και αστοχούν, δε χρησιμοποιούνται ευρέως, κυρίως σε μη ημιπροστατευόμενες περιοχές 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. Ο συντελεστής ανακλάσεως 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 τη 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

38 4. ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΑΚΤΗΣ ΚΟΚΚΙΝΟΥ ΠΥΡΓΟΥ 4.1 Εισαγωγή Το αντικείμενο της έρευνας είναι η αναγνώριση και η αντιμετώπιση των προβλημάτων της διάβρωσης στην περιοχή ανατολικά του αλιευτικού καταφυγίου του Κόκκινου Πύργου Ηρακλείου Κρήτης. Εικόνα 4.1 Χάρτης περιοχής Η περιοχή βρίσκεται σε στίγμα 35º04 Β, 4º44 Α και βρίσκεται στα νότια του νομού Ηρακλείου, στην Κρήτη. Η ακτή ανατολικά του αλιευτικού καταφυγίου έχει διεύθυνση ΒΔ-ΝΑ και δέχεται την πρόσπτωση κυματισμών από Ν, ΝΔ και Δ. Μετά την κατασκευή λιμενικού έργου (ιδιαίτερα ενός προσήνεμου μώλου), μεταβλήθηκε το κυματικό πεδίο της παράκτιας περιοχής, με αποτέλεσμα την αναμόρφωση των υδροδυναμικών συνθηκών και κατά συνέπεια των ρυθμών στερεομεταφοράς της άμμου. Η διατάραξη της μορφοδυναμικής ισορροπίας που συνεπάγεται η παραπάνω διαδικασία, είχε σαν

39 επίπτωση, την εμφάνιση διαβρωτικών φαινομένων στην παρακείμενη ακτή ανατολικά του έργου. 4. Στοιχεία περιοχής Για τον υπολογισμό των κυματισμών στα ανοικτά της περιοχής γίνεται η εκτίμηση του σημαντικού ύψους κύματος H s, της περιόδου Τ ρ, της μέγιστης ενεργειακής πυκνότητας και της μέσης περιόδου Τ z από τις σχέσεις JONSWAP: gh U gx = 0, 0016 U s 0,5 (4.1) gtp U gtz U 0,33 gx = 0,86 U gx 0, U = 0,33 (4.) (4.3) Αν F είναι το γραμμικό μήκος αναπτύγματος, ελέγχεται αν ισχύει η ισότητα: με t D τη διάρκεια. gtd U gf 68,8 U > 0,66 (4.3) Εφόσον ισχύει η ανισότητα τότε στη θέση του x εφαρμόζεται το F. Αν δεν ισχύει τότε για την παραπάνω σχέση, σαν ισότητα, υπολογίζεται το F στη θέση του x. Ο υπολογισμός στην περιοχή έγινε για τρεις κατευθύνσεις του ανέμου στο Δ, ΝΔ και Ν τομέα. Ο υπολογισμός του ενεργού μήκους ανάπτυξης των κυματισμών γίνεται σε ένα τομέα ± 45º ως προς την κύρια κατεύθυνση, με βάση τις ακτίνες ανά 10º. Οι μέσες ταχύτητες ανέμου για μέτριους και ισχυρούς/ορμητικούς ανέμους είναι U=10 και m/s αντίστοιχα