ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΚΤΩΝ ΑΠΟ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕΣΩ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ ΤΩΝ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΣΕ ΡΟΗ ΜΟΝΙΜΩΝ ΚΛΕΙΣΤΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΩΝ

Transcript

1 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΚΤΩΝ ΑΠΟ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕΣΩ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ ΤΩΝ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΣΕ ΡΟΗ ΜΟΝΙΜΩΝ ΚΛΕΙΣΤΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΩΝ Γούδας Κ. 1, Καπόπουλος Χ., Ψαρροπούλου Ε. 1 Ομότιμος Καθηγητής Πανεπιστήμιο Πατρών, goudasconstantine@hotmail.com AQUA TERRA Engineering FirmΠάτρα, info@aquaterra.gr Περίληψη Το φαινόμενο της διάβρωσης των ακτών οφείλεται, ως γνωστόν, στη στερεομεταφορά που προκαλούν κυρίως τα παράκτια ρεύματα (Davis, 003). Κατάλληλη επιλογή οριακών συνθηκών κίνησης του υδάτων πλησίον του πυθμένα οδηγεί σε τροποποίηση της ροής από παράκτια-γραμμική σε τοπικά μόνιμη στροβιλώδη, δηλαδή ροή ανίκανη να προκαλέσει στερεομεταφορά. Η διάταξη ΣΠΑΑ, που στοχεύει στην «απαλή» προστασία ακτών, είναι ομάδα πυθμενικών προβόλων μικρού ύψους, κατάλληλου μήκους, τοποθετούμενων κάθετα προς την ακτογραμμή, σε κατάλληλη απόσταση ο καθένας από τον προηγούμενο. Αποδεικνύεται μέσω απευθείας ολοκλήρωσης των εξισώσεων Navier-Stokes ότι με κατάλληλη διαστατοποίηση των προβόλων του, εξασφαλίζεται μετατροπή των παράκτιων διαβρωτικών ρευμάτων σε μόνιμους στροβίλους μεταξύ διαδοχικών προβόλων και συνεπώς προστασία της ακτής από διάβρωση. Οι 0 πειραματικές εφαρμογές της διάταξης αυτής όντως προκάλεσαν άμεση διακοπή της διάβρωσης ενώ σε πολλές περιπτώσεις εξασφάλισαν προσάμμωση και αύξηση του πλάτους των παραλιών. Λέξεις κλειδιά: διάβρωση ακτών, παράκτιο ρεύμα, ολοκλήρωση εξισώσεων Navier-Stokes, τοπικός μόνιμος στρόβιλος. SHORE PROTECTION AGAINST EROSION BY MODIFICATION OF ALONGSHORE CURRENT TO PERMANENT CLOSED LOCAL VORTICES Goudas C. 1, Kapopoulos Ch., Psarropoulou, E. 1 Professor Emeritus, University of Patras AQUA TERRA Engineering Firm, Patras Abstract The usual occurrence of shore erosion is known to be caused by sediment transfer driven mainly by alongshore currents (see e.g. Davis, 003). Suitable choice of the boundary conditions limiting the motion of seawater close to the nearshore seabed is found to be effective in modifying the flow lines of water molecules from rectilinear to permanent local vortices, i.e. to a type of flow unable to cause sediment transport and hence erosion to so protected seabed. The arrangement CPNS (Coastal Protection and Nourishment System), which aims at securing soft shore protection consists of an array of low-height seabed groin of suitable length, cross-section, and weight, placed normally to the shoreline and installed at suitable distance from one another, is shown by direct integration of the two-dimensional Navier-Stokes equations to secure proper dimensionlisation of the groins that affect modification of the eroding currents into permanent local vortices limited in the seabed area defined by successive groins. Twenty experimental applications of CPNS verified the predicted termination of shoreline recession and in some cases caused trapping of sufficient sediment to affect shoreline advancement. Keywords: beach erosion, alongshore current, integration of Navier-Stokes equations, local permanent vortex, sediment trapping. 1. Εισαγωγή Το ευρέως και παγκοσμίως παρατηρούμενο καταστροφικό φαινόμενο της διάβρωσης των ακτών έχει ανησυχήσει τις κοινότητες ειδικών και μη ειδικών, λόγω της δικαιολογημένης σύνδεσής του με τη ραγδαία μεταβολή του κλίματος και την επιταχυνόμενη αύξηση της συχνότητας των φυσικών καταστροφών στις παράκτιες ζώνες όλων σχεδόν των χωρών. Η ανησυχία αυτή μεταφέρθηκε στην -17-

2 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι αίθουσα συνεδριάσεων του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου, το οποίο εφαρμόζοντας την Απόφαση του Συμβουλίου των Υπουργών και με σύμβουλο το Group of Specialists on Coastal Protection (PE-S- CO) και σε συνεργασία με την European Union for Coastal Conservation (EUCC) and την UNEP, εξέδωσε το 1999 τον European Code of Conduct for Coastal Zones (Ευρωπαϊκό Κώδικα Συμπεριφοράς για τις Παράκτιες Ζώνες), αλλά και έναν Model Law on Sustainable Management of Coastal Zones, αντίγραφο των οποίων είναι χρήσιμο να αποκτήσει και να μελετήσει ο καθένας μας. Παράλληλα, η Διακυβερνητική Επιτροπή για τη Μεταβολή του Κλίματος (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) του ΟΗΕ εξέδωσε το 001 το Summary for Policymakers, το οποίο είχε προηγουμένως εγκριθεί από τις Κυβερνήσεις-Μέλη της εν λόγω Διακυβερνητικής Επιτροπής, αλλά και το Συμβούλιο της Ευρώπης. Ταυτοχρόνως δημοσίευσαν σειρά εργασιών των Ομάδων Εργασίας (Working Groups I, II, III) στις οποίες εκθέτουν τα ευρήματα και προβλέψεις για την επιδεινούμενη κατάσταση του πλανήτη σε διάφορες περιβαλλοντικές παραμέτρους, μέσα στις οποίες ιδιαίτερα τονίζεται η διάβρωση των ακτών και η υποχώρηση των ακτογραμμών. Η Διακυβερνητική Επιτροπή για τη Μεταβολή του Κλίματος για το έργο της αυτό βραβεύτηκε με το Nobel Ειρήνης 007. Κοινή διαπίστωση των πιο πάνω δύο Εκθέσεων του Συμβουλίου της Ευρώπης και του ΟΗΕ είναι ότι τα «σκληρά» έργα προστασίας ακτών από διαβρώσεις προκαλούν μεγαλύτερη βλάβη απ ό,τι καλό, ότι η εφαρμογή των «απαλών» μεθόδων πλεονεκτεί ως προς τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, την αποτελεσματικότητα και το μικρό κόστος τους και συνιστούν την απομάκρυνση από τον πρώτο τύπο έργων και προσέγγιση και εφαρμογή του δεύτερου τύπου παρεμβάσεων. Το «Σύστημα Προστασίας και Ανάπλασης Ακτών» (ΣΠΑΑ, CPNS) είναι μια απαλή διάταξη που αιτιολογημένα κατατάσσεται στις «απαλές» μεθόδους με κριτήριο την ικανοποίηση του ορισμού των μεθόδων της κατηγορίας αυτής. Πράγματι, ο Ευρωπαϊκός Κώδικας Συμπεριφοράς για τις Παράκτιες Ζώνες ορίζει τις «απαλές» μεθόδους προστασίας ακτών εκείνες τις παρεμβάσεις, οι οποίες απομονώνουν μία θαλάσσια διεργασία και την αξιοποιούν ευνοϊκά για να προστατεύσουν την ακτή. Ο ίδιος Κώδικας τονίζει ότι η κατηγορία των «απαλών» μεθόδων συνεργάζεται με τη θάλασσα και δε στρέφεται κατά των διεργασιών της. Το ΣΠΑΑ, απόλυτα ελληνική μέθοδος, προηγήθηκε χρονικά από το δημιουργικό έργο των πιο πάνω διεθνών Οργανισμών, μάλιστα δε βοήθησε στη δημιουργία θετικού κλίματος προς την κατεύθυνση της σωστής αντιμετώπισης του παγκόσμιου αυτού προβλήματος με τη σύγκλιση αμιγώς διεθνούς Συνεδρίου, στην Πάτρα, το 000 με αντικείμενο το SOFT SHORE PROTECTION, τα Πρακτικά του οποίου ζήτησε και δημοσίευσε ο εκδοτικός οίκος Kluwer Academic Publishers to 003. Το ΣΠΑΑ μελετήθηκε κατά την περίοδο και μετά τη διαπίστωση ότι η διάταξη που προτείνει και η λειτουργία της δεν ήταν γνωστή, οπότε καταχωρήθηκε στις Ελληνικές και τις Διεθνείς Ευρεσιτεχνίες. Όταν οι προαναφερθέντες δύο Διεθνείς Οργανισμοί επεξεργάζονταν τις προτάσεις των Επιτροπών από Ειδικούς, των οποίων τα μέλη υπερβαίνουν τα 600, είχαν εκτελεστεί πάνω από 17 πειραματικές παρεμβάσεις, στην Ελλάδα, την Ιταλία και την Ερυθρά θάλασσα.. Η Υδροδυναμική του Συστήματος ΣΠΑΑ και Εφαρμογές Το ΣΠΑΑ είναι διάταξη παράλληλων ευθύγραμμων πυθμενικών προβόλων που έχουν το χερσαίο άκρο τους τοποθετημένο προ της ισάλου γραμμής ηρεμίας κατά τη φάση μέγιστης πλήμμης, ενώ το άλλο άκρο εδράζεται στον πυθμένα σε απόσταση όση το μήκος τους. Η διεύθυνση των προβόλων είναι κάθετη προς την ακτογραμμή και τις ισοβαθείς του παράκτιου πυθμένα. Η διαστατοποίηση των προβόλων γίνεται βάσει της πρόβλεψης ειδικού για την κάθε ακτή υδροδυναμικού προτύπου (model). Η εικόνα του ΣΠΑΑ αμέσως μετά την τοποθέτησή του παρουσιάζεται στην Εικόνα

3 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Η ανάπτυξη του κάθε προτύπου για συγκεκριμένη ακτή γίνεται μέσω απευθείας ολοκλήρωσης των διδιάστατων διαφορικών εξισώσεων Navier-Stokes της υδροδυναμικής, διατυπωμένες σε διαστατικές και αδιάστατες μονάδες (Goudas et al., 003). Το πάχος του οριακού στρώματος του νερού που μεταφέρει ενέργεια στον θαλάσσιο πυθμένα είναι περίπου 5εκ. Οι κόκκοι άμμου που γίνονται αποδέκτες ενέργειας από το κινούμενο νερό εκτοξεύονται ή σύρονται επί του πυθμένα και συνεπώς μετατοπίζονται κατά τη διεύθυνση του παράκτιου ρεύματος. Το σύστημα των πυθμενικών προβόλων λόγω του μικρού μεγέθους του και της θέσης του δεν είναι ικανό να απορροφήσει την ενέργεια των κυμάτων και κατά συνέπεια ο μοναδικός λόγος για τον οποίο γίνεται έρευνα του κυματικού κλίματος της ακτής παρέμβασης είναι η εξασφάλιση της ακεραιότητας των προβόλων σε περιπτώσεις ακραίων φορτίσεων. Εικ. 1: Το ΣΠΑΑ 13 προβόλων της ακτής των Θέρμων του Δήμου Μυτιλήνης φωτογραφισμένο αμέσως μετά την τοποθέτησή του το Οι εξισώσεις ορμής της κίνησης των μορίων του θαλάσσιου νερού είναι: u u p 1 u u u v + = + ν +, x y ρ x x y v v 1 p v v + v = + ν, x y y + x y ρ u ενώ η εξίσωση της συνέχειας της ροής είναι: με x, y, u, v ρ, p και ν, είναι οι συντεταγμένες θέσης και ταχύτητας, ρ και p η πυκνότητα και η πίεση και τέλος ν ο συντελεστής κινηματικού ιξώδους του θαλάσσιου νερού. Λεπτομέρειες της μεθόδου ολοκλήρωσης των εξισώσεων της ροής του θαλάσσιου νερού παρουσιάζονται στην αναφορά C. Goudas et al., 003.Τελικό χρησιμοποιήσιμο αποτέλεσμα είναι η αριθμητική και γραφική παρουσίαση των συνιστωσών της ταχύτητας των μορίων του νερού στο σύνολο των κόμβων του πεδίου. Η Εικόνα παρουσιάζει ένα πλήρες αποτέλεσμα ολοκλήρωσης των πιο πάνω εξισώσεων για ταχύτητα παράκτιου ρεύματος u 0 =0.50μ/δ και για προβόλους μήκους 60μ τοποθετημένων ανά 30μ. Στην ίδια Εικ. παρατηρούμε ότι η γραμμές ροής ανάμεσα στους προβόλους ορίζουν μόνιμους κλειστούς στροβίλους. Το πρότυπο της Εικόνας υλοποιήθηκε στην ακτή του Δήμου Πεταλούδων της Ρόδου και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στις Εικόνες 4-9. Οι Εικ. 10, 11, αντιστοιχούν στο ΣΠΑΑ της ακτής -174-

4 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι Ν. Οιτύλου, Μάνης. Έλεγχος και επαλήθευση των αποτελεσμάτων της μεθόδου σε in situ παρέμβαση έγινε με ηχοβόληση (Εικ. 3) στην παράκτια ζώνη του ξενοδοχείου Oasis στο Al Hegaz της Ερ. Θάλασσας. Εικ. : Πρότυπο με προβόλους μήκους 60μ τοποθετημένων ανά 30μ που παρουσιάζει επίσης κλειστούς στροβίλους μεταξύ διαδοχικών προβόλων αποδεικνύει ότι η διάταξη αυτή δεν επιτρέπει την αφαίρεση ιζημάτων. Εικ. 3: Αποτύπωση μέσω ηχοβολίσεων της περιοχής του πυθμένα της παρέμβασης στο ξενοδοχείο OASIS στο Al Hegaz της Αιγύπτου. Η προσθήκες άμμου πάνω από την αρχική στάθμη του πυθμένα δείχνουν διάταξη ομοιόμορφη με αυτή της Εικ.. Εικ. 4 & 5: Η ανάπλαση της ακτής του Ξενοδοχείου Doreta του Δήμου Πεταλούδων Ρόδου. Λόγω του προβόλου από ογκολίθους που κατασκευάστηκε προ της παραλίας του ξενοδοχείου προκλήθηκε έντονη διάβρωση την οποία αντιμετώπισε ζεύγος πυθμενικών προβόλων, οι οποίοι ούτε καν διακρίνονται

5 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Εικ. 6 & 7: Η ανάπλαση της ακτής του Δ.Δ. Θεολόγος του Δήμου Πεταλούδων Ρόδου μέσω διάταξης ΣΠΑΑ 7 πυθμενικών προβόλων που τοποθετήθηκε το Σεπτέμβρη Η φωτογραφία 5 ελήφθη την άνοιξη του Η διάταξη αυτή προστατεύει και σήμερα την ακτή αυτή. Εικ. 8 & 9: Οι φωτογραφίες αυτές είναι από το έργο της ανάπλασης της ακτής του Ξενοδοχείου «Οίτυλο». Η πρώτη (αριστερά) ελήφθη στις 3 Ιουλίου 004 (προ της παρέμβασης) και η δεύτερη τον Αύγουστο 006. Εικ. 10 & 11: Η «απαλή» παρέμβαση στην ακτή του ξενοδοχειακού συγκροτήματος OASIS στο Al Hegaz της Αιγύπτου στην Ερυθρά Θάλασσα. Η «σκληρή» κατασκευή (αριστερά) που προστάτευε την ακτή αφαιρέθηκε με προφανή συνέπεια. 3. Συζήτηση, Αξιολόγηση και Συμπεράσματα Τα εκτεθέντα πρότυπα (μοντέλα) οδηγούν αφενός σε ακριβή διαστατοποίηση των παρεμβάσεων ΣΠΑΑ και αφετέρου παρέχουν ένα ισχυρό, αλλά «απαλό» κατά τον Ευρωπϊκό Κώδικα, μέσο προστασίας ακτών. Ιδιαίτερα σημαντικό είναι το γεγονός ότι για διαβρωμένες ακτές με μέσες εγκάρσιες κλίσεις μέχρι και 0 0, ανεξάρτητα από το κυματικό κλίμα τους, μπορούν να προστατευτούν από -176-

6 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι διαβρώσεις μέσω της δημιουργίας μόνιμων τοπικών στροβίλων. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η παρέμβαση αυτή διακόπτει αμέσως τη διάβρωση της ακτής στην οποία εφαρμόζεται με βάση τα μέχρι σήμερα πειραματικά αποτελέσματα. Ακόμη μεγαλύτερης σημασίας είναι η παρατήρηση ότι το ΣΠΑΑ σε καμιά περίπτωση δεν προξένησε διάβρωση σε κατάντη ακτή. Τέλος, σημαντικό είναι και το γεγονός ότι η παρέμβαση αυτή είναι ιδιαίτερα χαμηλού κόστους. Συγκεκριμένα, το κόστος προστασίας ακτής μήκους 1km με «σκληρή» μέθοδο αρκεί για την προστασία 10km με την «απαλή» μέθοδο ΣΠΑΑ. 4. Βιβλιογραφικές Αναφορές Council of Europe, European Code of Conduct for Coastal Zones, Document established by the Secretariat General, Direction of Environment and Local Authorities, CO-DBP (99) 11, Geneva [s:\strategy\co-dbp\docs\cdp11e.99]. Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, 001. Summary for Policymakers, Report of Working Group, Geneva Switzerland. Goudas C. et al (eds), 003. /Soft Shore Protection, An Environmental Innovation in Coastal Engineering/, Coastal Systems and Continental Margins, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Holland. Davis, Richard Jr., 003. Nourishing Eroding Beaches: Examples from the West-Central Coast of Florida, in. /Soft Shore Protection, An Environmental Innovation in Coastal Engineering/, Coastal Systems and Continental Margins, Goudas C. et al (eds), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Holland. Goudas et al, 003. Micro-scale dynamics of sand transport in the presence of low-height submerged groin arrangements, in / Soft Shore Protection, An Environmental Innovation in Coastal Engineering/, Coastal Systems and Continental Margins, Goudas C. et al (eds), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Holland