ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ: ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ: ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΜΕΛΕΤΕΣ ΣΤΕΡΕΟΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΑΙ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΗΣ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΣ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΤΗΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ» ΑΝΝΕΤΑ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΔΙΠΛ. ΑΓΡ. ΤΟΠ/ΦΟΣ ΜΗΧ/ΚΟΣ ΜΥΤΙΛΗΝΗ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ, 007

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Περίληψη ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΦΥΣΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ...1 Περιγραφή της περιοχής μελέτης... 1 Γενικά...1 Φυσικό περιβάλλον... 1 Γεωγραφία...1 Κλιματικά χαρακτηριστικά...3 Κλιματολογικά Στοιχεία... 3 Ανεμολογικά Στοιχεία... 3 Βροχομετρικά στοιχεία... 3 Γεωλογικά χαρακτηριστικά... 3 Σεισμικά στοιχεία... 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ...7 ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ...7 Ανθρωπογενές περιβάλλον... 7 Χρήσεις γης...7 Δομημένο περιβάλλον...7 Κοινωνικοοικονομικό περιβάλλον...8 Τεχνικές υποδομές...9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΖΩΝΗΣ...10 Εισαγωγή - Η σπουδαιότητα της παράκτιας ζώνης Αειφόρος ανάπτυξη των παράκτιων περιοχών ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΚΤΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ 1 Εισαγωγή - κατηγοριοποίηση των ανθρώπινων δράσεων και οι επιπτώσεις στο τοπίο 1 Νομικός καθορισμός των ορίων αιγιαλού και παραλίας Διαχρονική παρακολούθηση της εξέλιξης της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης 14 Χρονική περίοδος μέχρι το Χρονική περίοδος από το 1946 μέχρι το Χρονική περίοδος από το 1961 μέχρι το Χρονική περίοδος από το 1980 μέχρι το Χρονική περίοδος από το 1985 μέχρι το Χρονική περίοδος από το 1990 μέχρι το Χρονική περίοδος από το 1998 μέχρι σήμερα....3 Συμπεράσματα... 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΦΕΡΤΩΝ ΥΛΩΝ ΣΤΙΣ ΑΚΤΕΣ...6 Εισαγωγικές έννοιες... 6 Φυσικές ιδιότητες των υλικών των ακτών... 7 Φυσική περιγραφή των μηχανισμών μεταφοράς φερτών υλών στις ακτές... 7 Μεταφορά φερτών υλών εγκάρσια στις ακτές... 8 Μεταφορά φερτών υλών παράλληλα προς στις ακτές Το ισοζύγιο μεταφοράς φερτών υλών στις ακτές... 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ...35 Τυπολογία κυματομηχανικής και ακτομηχανικής... 35

3 Γραμμικοί κυματισμοί (STOKES 1ης τάξης - AIRY)...35 Διαμόρφωση κυματισμών στον παράκτιο χώρο...38 Θραύση κυματισμών αναρρίχηση στην ακτή...43 Τυχαίοι κυματισμοί - πρόγνωση κυματισμών...46 Απλοποιημένη προσέγγιση παράκτιας στερεομεταφοράς...48 Πρόγνωση κυματισμών με την μέθοδο JONSWAP Υπολογισμός της συνολικής στερεοπαροχής στη ζώνη θραύσης Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ...61 Μορφολογία ακτών Εξέλιξη ακτογραμμής με συνεκτίμηση της εγκάρσιας στερεομεταφοράς...61 Λογισμικό...67 Μακροχρόνια πρόβλεψη της εξέλιξης της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης Λογισμικό Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΚΤΩΝ ΑΠΟ ΔΙΑΒΡΩΣΗ...83 Σκληρές και Ήπιες μέθοδοι προστασίας ακτών από διάβρωση και επιλογή λύσης βυθισμένων κυματοθραυστών Σκληρές μέθοδοι Κατασκευή προβόλων με στέψη πάνω από τη Μέση Στάθμη της Θάλασσας...84 Κατασκευή συστήματος παράλληλων κυματοθραυστών...84 Ήπιες μέθοδοι Τεχνική ανάπλαση της ακτής...85 Βυθισμένοι πρόβολοι...86 Πλωτοί κυματοθραύστες...87 Βυθισμένοι κυματοθραύστες...88 Επιλογή λύσης βυθισμένων κυματοθραυστών...88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΟΓΕΝΟΥΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ Μοντέλο μετάδοσης κυματισμών WAVE-L Μοντέλο κυματογενούς κυκλοφορίας WICIR (Wave Induced CIRculation Τραχύτητα αμμώδους πυθμένα...95 Διατμητικές τάσεις...96 Συντελεστής οριζόντιας διάχυσης Μοντέλο στερεομεταφοράς και εξέλιξης μορφολογίας πυθμένα SEDTR (SEDiment TRansport) Εφαρμογές και αναλύσεις Κυματικά χαρακτηριστικά Εφαρμογές - αναλύσεις α. Υφιστάμενη κατάσταση β. Απομάκρυνση προβόλων - Εφαρμογή ΑΠ γ. Εφαρμογή ΒΚ_ δ. Εφαρμογή ΒΚ_ ε. Εφαρμογή ΒΚ_ στ. Εφαρμογή ΒΚ_ ζ. Εφαρμογή ΒΚ_ η. Εφαρμογή ΒΚ_ θ. Εφαρμογή ΒΚ_ ι. Εφαρμογή ΒΚ_ κ. Τελική πρόταση - Εφαρμογή ΤΠ...13

4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...15 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...19 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΠΙΝΑΚΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ ΧΑΡΤΕΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΩΝ H sb,d b, φ b ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΨΗΦΙΑΚΑ ΑΡΧΕΙΑ Μ.Δ.Ε.

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αποτελεί μια μελέτη των διαχρονικών ανθρωπογενών επιδράσεων στην μορφολογία της ακτής και της στερεομεταφοράς στην Παραλία Κατερίνης, η οποία οφείλεται στο συνδυασμό των ανθρωπογενών επιδράσεων με τους φυσικούς παράγοντες. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η διαχρονική παρακολούθηση της εξέλιξης της μορφολογίας της ακτογραμμής από το έτος 1945 μέχρι και σήμερα και ο ρόλος που έπαιξαν σ αυτήν οι ανθρωπογενείς επιδράσεις και οι φυσικοί παράγοντες. Πρώτο βήμα ήταν ο ορισμός της περιοχής μελέτης που προσδιορίζεται ως η ζώνη πέριξ των χώρων όπου έχουν κατασκευασθεί οι βραχίονες και το αλιευτικό καταφύγιο στην παραλία Κατερίνης. Το εύρος της ζώνης αυτής υπολογίζεται ξεχωριστά για κάθε παράγοντα διαταραχής. Εφόσον ορίσθηκαν τα όρια της περιοχής μελέτης, μέσα από υπόβαθρα που μπόρεσαν να συλλεχθούν (χάρτες, πίνακες, φωτογραφίες κ.λ.π.), έγινε αξιολόγηση και επεξεργασία αυτών. Επίσης έγιναν υπολογισμοί της μεταβολής της δίαιτας των ιζημάτων και μελέτη των επιπτώσεων από τη μεταβολή αυτή στην ακτή και τον πυθμένα της παραλίας Κατερίνης. Αποτέλεσμα αυτής της εργασίας είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων από χάρτες, που δείχνουν την πορεία της αλλαγής της μορφής της ακτογραμμής της περιοχής μελέτης στην πάροδο του χρόνου, που οφείλεται στη μεταφορά φερτών υλικών - στερεομεταφορά και εμφανίζεται με μορφή αποθέσεων ή διαβρώσεων, καθώς επίσης και η επιλογή της βέλτιστης μεθόδου αντιμετώπισης του φαινομένου της διάβρωσης. Τελειώνοντας θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Θεοφάνη Καραμπά Δρ. Πολιτικό Μηχ/κό για τον όλο συντονισμό, την παρακολούθηση της εργασίας, την παραχώρηση λογισμικού του και σημειώσεών του, τον κ. Σταύρο Σάκκο, Αγρονόμο Τοπογράφο Μηχανικό, ο οποίος εκτός που με την ιδιότητα του συζύγου πάντα μου συμπαραστέκεται, με βοήθησε σημαντικά στην εκπόνηση της εργασίας αυτής. Επίσης, ευχαριστώ τους γονείς μου που με στηρίζουν με κάθε τρόπο μέχρι και σήμερα. Μυτιλήνη, Νοέμβριος 007 Αννέτα Τριανταφύλλου Διπλ. Αγρ. Τοπ/φος Μηχ/κός

6 Περίληψη Aντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των ανθρωπογενών επιδράσεων στην διαμόρφωση της μορφολογίας της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης και η στερεομεταφορά που σημειώνεται στην περιοχή. Η εργασία διαρθρώνεται στα κατωτέρω τρία μέρη. Το πρώτο μέρος αναφέρεται σε γενικές πληροφορίες που αφορούν την περιοχή μελέτης τόσο για το ανθρωπογενές όσο και για το φυσικό περιβάλλον. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται ο ρόλος που έπαιξαν οι ανθρωπογενείς επιδράσεις στη διαμόρφωση της μορφολογίας της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης από το έτος 1945 μέχρι και σήμερα. Το συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι οι άνθρωποι με τα τεχνικά έργα που έκαναν κατά μήκος της ακτογραμμής, αρχικά με το αλιευτικό καταφύγιο στην έξοδο του ρέματος νότια του οικισμού της Παραλίας Κατερίνης και κατόπιν με τους κάθετους στην ακτογραμμή βραχίονες με τους οποίους προσπάθησαν να εμποδίσουν την έντονη διάβρωση και μετακίνηση της ακτογραμμής η οποία απειλεί σοβαρά τα οικοδομικά συγκροτήματα επί της παραλίας, διατάραξαν ισοζύγιο φερτών υλών. Στο τρίτο μέρος μελετάται το ισοζύγιο φερτών υλών μέσα από δύο διαφορετικές προσεγγίσεις. Η πρώτη προσέγγιση της μελέτης του ισοζυγίου φερτών υλών επιχειρεί να κάνει ποσοτική ανάλυση του προβλήματος κατά την διάρκεια ενός έτους κατά μήκος της ακτής. Η διάγνωση της κυματικής κατάστασης έγινε από ανεμολογικά δεδομένα του φάρου Μεγάλου Εμβόλου του Νομού Θεσσαλονίκης και με την χρήση του εμπειρικού μοντέλου JONSWAP. Το συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι υπάρχει περίσσευμα φερτών υλών ίσο με μ 3 /έτος, το οποίο οφείλεται στους Νότιο - Ανατολικούς και Νότιους Ανέμους. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται στο εμπειρικό μοντέλο JONSWAP το οποίο προέκυψε από συστηματικές έρευνες στις ακτές των ΗΠΑ και της Δυτικής και Βόρειας Ευρώπης δηλαδή, αφορά θάλασσες στις οποίες επικρατούν διαφορετικές κυματικές συνθήκες σε σχέση μ αυτές της Μεσογείου και οδηγούν σε εκτιμήσεις της ολικής παροχής φερτών με ακρίβεια 50%.

7 Η δεύτερη προσέγγιση αφορά την μελέτη της εξέλιξης της μορφολογίας της ακτής με την χρήση μαθηματικού μοντέλου με Η/Υ. Σύμφωνα με αυτούς τους υπολογισμούς, φαίνεται ότι νότια του αλιευτικού καταφυγίου θα υπάρχει πρόσχωση και βόρεια αυτού διάβρωση, που οφείλονται στο εν λόγω τεχνικό έργο. Με τις δύο διαφορετικές προσεγγίσεις της μελέτης του ισοζυγίου φερτών υλών στην Παραλία Κατερίνης διαπιστώσαμε ότι το ισοζύγιο φερτών υλών δεν ισορροπεί, αλλά ότι υπάρχει έντονη πρόσχωση νότια του αλιευτικού καταφυγίου και έντονη διάβρωση βόρεια αυτού μεταξύ των κάθετων επί της ακτογραμμής βραχιόνων. Η διατάραξη του ισοζυγίου οφείλεται στα υδραυλικά έργα, καθώς και στα λιμενικά και άλλα έργα, τα οποία κατασκευάσθηκαν στις τελευταίες δύο δεκαετίες και που μεταβάλλουν την εναπόθεση της άμμου στις ακτές. Επίσης, τα έργα ή δραστηριότητες, η κατασκευή ή λειτουργία των οποίων συνεπάγεται την αποψίλωση της βλάστησης σε μεγάλες εκτάσεις καθώς και στα έργα που συντελούν στην αύξηση της ταχύτητας ροής των επιφανειακών υδάτων. Όπως φαίνεται από την μελέτη που εκπονήθηκε, το πρόβλημα της διάβρωσης δεν πρόκειται να σταματήσει, πιθανόν δε και να επιδεινωθεί. Για το λόγο αυτό κρίνεται σκόπιμο να ληφθούν σύντομα από την πολιτεία μέτρα για την ανατροπή της υπάρχουσας κατάστασης προκειμένου, να μπορέσουν να προστατευθούν οι οικίες και οι ξενοδοχειακές μονάδες που υπάρχουν κατά μήκος της ακτογραμμής του οικισμού της Παραλία Κατερίνης. Για το λόγο αυτό κρίθηκε σκόπιμο να γίνει μία περαιτέρω μελέτη αντιμετώπισης της διάβρωσης και να επιλεγεί η βέλτιστη μέθοδος αντιμετώπισής της και προστασίας των ακτών από αυτή. Ως καλύτερη μέθοδος επιλέγεται η μέθοδος κατασκευής 4 βυθισμένων κυματοθραυστών γιατί από τη μια μεριά δεν οδηγεί σε σημαντικές διαβρώσεις στα τμήματα της ακτής ανάμεσα στα ανοίγματα και από την άλλη παρατηρείται πρόσχωση στη «σκιά» των κυματοθραυστών. Από περιβαλλοντική άποψη κρίνεται επίσης ικανοποιητική εφόσον το νερό επιτρέπεται να κυκλοφορεί τόσο από πάνω από τις κατασκευές όσο και ανάμεσα από τα ανοίγματα.

8 Τέλος, στο τεύχος της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας περιέχονται κεφάλαια θεωρίας της ακτομηχανικής, γνώσεις οι οποίες κρίθηκαν χρήσιμες για την κατανόηση αυτής, από μελλοντικούς αναγνώστες της οι οποίοι πιθανόν δεν θα έχουν το κατάλληλο υπόβαθρο που απαιτείται για την κατανόηση των βημάτων που ακολουθήθηκαν σχετικά προς τούτο.

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΦΥΣΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Περιγραφή της περιοχής μελέτης Γενικά Η περιοχή μελέτης αφορά την Παραλία Κατερίνης, η οποία ανήκει στον Νομό Πιερίας και απέχει από την πόλη της Κατερίνης περίπου 10χλμ. και από την Θεσ/νίκη περίπου 85χλμ. Ο Νομός Πιερίας συνδυάζει φυσικές ομορφιές όπως ο Όλυμπος, η κοιλάδα του Ενιπέα, οι παραλίες του Θερμαϊκού, τα αρχαία μνημεία του Δίου, της Πύδνας και τους ορεινούς οικισμούς του Λιτοχώρου, της Πέτρας, του παλαιού Παντελεήμωνα κ.λ.π. Η Παραλία Κατερίνης συνδέεται με την πόλη της Κατερίνης με ικανοποιητικό οδικό δίκτυο, καθώς επίσης με άλλους παραλιακούς οικισμούς όπως την Ολυμπιακή Ακτή, τον Κορινό, κ.λ.π. Αρχικά στον οικισμό κατοικούσαν αλιείς, με την πάροδο όμως των ετών η περιοχή ραγδαία αναπτύχθηκε τουριστικά και εμπορικά. Σήμερα φιλοξενεί πολλά καταστήματα δερματίνων ειδών που διακινούν γούνες και τα οποία τροφοδοτούν βόρειες χώρες, όπως τη Ρωσία, τη Ρουμανία, τη Τσεχία κ.λ.π. Επίσης, έχουν δημιουργηθεί πολλές ξενοδοχειακές μονάδες (μικρού και μεσαίου μεγέθους), εστιατόρια και κέντρα διασκέδασης. Επιπλέον, στην παραλία Κατερίνης υπάρχει Ναυτικός Όμιλος, ο οποίος οργανώνει θαλάσσιες αθλητικές δραστηριότητες, όπως ιστιοπλοΐα, καγιάκ, κανό, κωπηλασία. Φυσικό περιβάλλον Γεωγραφία Στο Νομό Πιερίας δυτικά υψώνονται οι ορεινοί όγκοι των Πιερίων, του Τιτάρου και του Ολύμπου και ανατολικά υπάρχουν μεγάλες πεδινές εκτάσεις οι οποίες εκτείνονται μέχρι τα παράλια του Θερμαϊκού. Ο Νομός Πιερίας έχει ευρύ υδρογραφικό δίκτυο με δύο μεγάλα ποτάμια, όπως βόρεια στα όρια με τον Νομό Ημαθίας, τον Ποταμό Αλιάκμονα και στο κέντρο τον Ποταμό Μαυρονέρι (παλαιός Αίσωνα).

10 Η παραλία Κατερίνης είναι πεδινή με υψόμετρα 1-3μ. περίπου, από την επιφάνεια της θάλασσας και σ αυτή καταλήγουν μικρά και μεγάλα ρέματα, όπως στο κέντρο ο Μοσχοπόταμος και νοτιότερα ο Παλαιοπόταμος και ο Π. Μαυρονέρι. ΧΑΡΤΗΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Πηγή: Ε.Σ.Υ.Ε. Περιοχή Μελέτης

11 Κλιματικά χαρακτηριστικά Κλιματολογικά Στοιχεία Κατά τον Koppen το κλίμα είναι υγρό, μεσόθερμο, μεσογειακό. Για την περιοχή της παραλίας Κατερίνης το βιοκλίμα κατατάσσεται στην κατηγορία του ύφυδρου βιοκλιματικού ορόφου με ψυχρό χειμώνα. Το βιοκλίμα χαρακτηρίζεται σαν μεσογειακό με χαρακτήρα ασθενή ή μέσο μεσογειακό σύμφωνα με τα ομβροθερμικά διαγράμματα των Bangouls Gaussen. Ανεμολογικά Στοιχεία Στην περιοχή της Κατερίνης, σύμφωνα με στοιχεία του Καπνικού Σταθμού Κατερίνης γενικά πνέουν Βόρειοι άνεμοι τους μήνες Ιανουάριο, Φεβρουάριο, Νοέμβριο και Δεκέμβριο και Νοτιοανατολικοί του υπόλοιπους. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: (ΠΙΝΑΚΑΣ) 1 Βροχομετρικά στοιχεία Το ύψος των βροχοπτώσεων ποικίλοι από μήνα σε μήνα και από έτος σε έτος, αλλά ένας ετήσιος μέσος όρος είναι 635 mm και ένας μηνιαίος μέσος όρος είναι 53 mm, σύμφωνα με τα στοιχεία του Καπνικού σταθμού Κατερίνης. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: (ΠΙΝΑΚΑΣ) Γεωλογικά χαρακτηριστικά Η Παραλία Κατερίνης από την ενδοχώρα προς την παραλία έχει : α) προσχωματικά υλικά χειμάρρων (δηλ. ασύνδετα υλικά από άμμους, κροκάλες, λεπτομερή αργιλοαμμώδη και πηλοαμμώδη υλικά). Το πάχος των αποθέσεων αυτών υπερβαίνει τα 60μ. β) αποθέσεις από αργίλους, πηλούς και πηλούχους αργίλους χρώματος γκριζόμαυρου εξ αιτίας των περιεχομένων οργανικών ουσιών. Η περιοχή αυτή βρίσκεται στο τελικό στάδιο της αφαλμύρωσης, ανάλογα δε με την εποχή του χρόνου καλύπτεται από εφήμερα ή και μόνιμα τέλματα με ελώδη φυτά. γ) αποθέσεις τεναγών (δηλ. άργιλοι, αργιλούχοι άμμοι και πηλοί). Το χρώμα των αποθέσεων αυτών είναι μαύρο εξ αιτίας των οργανικών ουσιών των προερχόμενων από τα ελώδη φυτά. 3

12 δ) άμμοι και πηλοί που σχηματίζουν αναχώματα κατά μήκος των ακτών με αποτέλεσμα τη δημιουργία τεναγών προς το εσωτερικό τους. Γενικά ο υδροφόρος ορίζοντας είναι πολύ ψηλά, γι αυτό και σε πολλά σημεία ακόμη και σήμερα υπάρχουν έλη. ΑΠΟΣΠΑΣΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΥ ΧΑΡΤΗ. ΚΛΙΜΑΚΑ 1: Πηγή: Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών Περιοχή μελέτης 4

13 5

14 Σεισμικά στοιχεία Η ευρύτερη περιοχή δεν παρουσιάζει σεισμική δράση. Με βάση παλαιοσεισμικά στοιχεία δεν χαρακτηρίζεται ως αυτόσειστη και οι σεισμικές εστίες κατά τους ιστορικούς χρόνους κατανέμονται στον Νομό Χαλκιδικής, στο βύθισμα Λαγκαδά Βόλβης και στη είσοδο του Θερμαϊκού Κόλπου. Σύμφωνα με τις τέσσερις κατηγορίες ζωνών σεισμικής επικινδυνότητας στις οποίες χωρίζεται ο Ελληνικός Χώρος, η περιοχή μελέτης ανήκει στην ζώνη Ι που χαρακτηρίζεται από μικρή πιθανότητα εκδήλωσης σεισμικών φαινομένων. 6

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Ανθρωπογενές περιβάλλον Χρήσεις γης Σύμφωνα με την απογραφή πληθυσμού στις της Ε.Σ.Υ.Ε., η κατανομή της έκτασης σε βασικές κατηγορίες χρήσης έχουν ως εξής: Πίνακας 1: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΕΚΤΑΣΕΩΝ ΣΕ ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΧΡΗΣΗΣ (πηγή Ε.Σ.Υ.Ε., απογραφή πληθυσμού 1991) Δήμοι ή κοινότητες Μορφολογία του Σύνολο εκτάσεων Καλλιεργούμενες Βοσκότοποι Δάση Εκτάσεις καλυπτόμε- Εκτάσεις Οικισμών Άλλες εκτάσεις εδάφους Ή Αριθμός Κοινοτήτων Εκτάσεις Και αγραναπαύσεις Δημοτικοί ή κοινοτικοί Ιδιωτικοί και άλλοι νες από νερά (κτίρια, δρόμοι κ.λ.π.) Κ.ΠΑΡΑΛΙΑΣ Π 1,8 0,9 0, ,1 0,7 0,1 Ν.ΠΙΕΡΙΑΣ ,7 577,4 167,8 97,6 536,5 43,0 61,9 3,5 Σημείωση: οι εκτάσεις σε στρέμματα Δομημένο περιβάλλον Υπάρχουν θεσμοθετημένες χρήσεις γης, σύμφωνα με τον καθορισμό των Ζ.Ο.Ε. (Ζώνες Οικιστικού Ελέγχου) για την παραλία της Κατερίνης επιτρέπεται η χρήση για τουριστική εκμετάλλευση. (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ : ΧΑΡΤΗΣ 1) Επίσης, υπάρχει καθορισμός του αιγιαλού και της παραλίας από την Κτηματική Υπηρεσία του έτους Επιπλέον, για την περιοχή του Δ.Δ. Παραλίας υπάρχει εγκεκριμένο σχέδιο πόλης σύμφωνα με την Τ.Υ.6030/ Απόφαση του Νομάρχη Πιερίας ενώ με τις Τ.Υ.4007/ και Τ.Υ.10456/ Αποφάσεις του Νομάρχη Πιερίας έχει εγκριθεί η επέκταση του σχεδίου πόλεως. Εκτός από τους όρους και περιορισμούς δόμησης των παραπάνω αποφάσεων δεν ισχύουν άλλοι ειδικότεροι περιορισμοί δόμησης ούτε υπάρχουν παραδοσιακοί οικισμοί στο Δ.Δ. Παραλίας. 7

16 Κοινωνικοοικονομικό περιβάλλον Σύμφωνα με την Εθνική Στατιστική Υπηρεσία Ελλάδος η Κοινότητα Παραλίας προήλθε από την Κοινότητα Καλλιθέας σύμφωνα με το : Β.Δ.6/--66 Φ.Ε.Κ. 70/ Α. Πίνακας : ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ ΚΑΤ ΑΠΟΓΡΑΦΗ (πηγή Ε.Σ.Υ.Ε.) Α/Α ΕΤΟΣ ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ ΑΠΟΓΡΑΦΗΣ Από το 1991, ο Δήμος Παραλίας αποτελείται από τις Κοινότητες Περίστασης, Καλλιθέας και Παραλίας, έχει έκταση στρ. και πληθυσμό συνολικά κατοίκους. Επίσης, σύμφωνα με την απογραφή πληθυσμού στις της Ε.Σ.Υ.Ε. ο οικονομικά ενεργός πληθυσμός κατά φύλο και ομάδες ατομικών επαγγελμάτων έχει ως εξής: Πίνακας 3: ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΕΝΕΡΓΟΣ ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ ΚΑΤΑ ΦΥΛΟ, ΟΜΑΔΕΣ ΗΛΙΚΙΩΝ ΚΑΙ ΟΜΑΔΕΣ ΑΤΟΜΙΚΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΩΝ (πηγή Ε.Σ.Υ.Ε., απογραφή πληθυσμού 1991) Ομάδες Ατομικών Επαγγελμάτων Δήμοι- Κοινότητες / Φύλο Σύνολο Ασκούντες Επιστημονικά & ελεύθερα επαγγέλματα Διευθ/ντες & ανώτερα διοικητικά στελέχη Υπάλληλοι Γραφείου Κ.λ.π. Έμποροι & πωλητές Απασχολούμενοι Στην παροχή Υπηρεσιών Γεωργοί Κτηνοτρόφοι Υλοτόμοι Αλιείς κ.λ.π. Τεχνίτες Εργάτες & Χειριστές Μετ/κών μέσων Δήλωσαν Ανεπαρκώς Ή ασαφώς Το επάγ/μα Νέοι άνεργοι Δεν Δήλωσαν Επάγγελμα Κωδικός 0/ /8/9 Χ Χ1 Χ3 αριθμός ΠΑΡΑΛΙΑΣ Άρρενες Θήλεις

17 Τεχνικές υποδομές Οι τεχνικές υποδομές στη περιοχή μελέτης είναι οι ακόλουθες: Ένα αλιευτικό καταφύγιο νότια του οικισμού της Παραλίας της Κατερίνης. Ικανοποιητικό οδικό δίκτυο που συνδέει τον οικισμό με την πόλη της Κατερίνης, τον οικισμό Ολυμπιακή Ακτή, και τον Κορινό. Δίκτυο ύδρευσης Δίκτυο αποχέτευσης Δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας και τηλεπικοινωνιών Δίκτυο δημοσίων συγκοινωνιών Χώροι στάθμευσης αυτοκινήτων Πάρκα - πλατείες 9

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΖΩΝΗΣ Εισαγωγή - Η σπουδαιότητα της παράκτιας ζώνης Από ιστορική άποψη, η παράκτια ζώνη υπήρξε μια κύρια εστία ανάπτυξης της κοινωνίας των ανθρώπων. Η χρήση της θάλασσας για τις μεταφορές και το εμπόριο και η διαθεσιμότητα άφθονων τροφίμων από εξαιρετικά παραγωγικά παράκτια ύδατα ενθάρρυνε την εγκατάσταση των ανθρώπων. Οι παράκτιες ζώνες εξακολουθούν να αποτελούν περιοχές μεγάλων δυνατοτήτων για τη σύγχρονη κοινωνία μας. Η παραγωγικότητα των παράκτιων λιμνοθαλασσών, των θέσεων εισροής που υφίστανται την επίδραση της παλίρροιας, των αλυκών και των εκβολών ποταμών παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή τροφίμων μέσω της διατήρησης της αλιείας και της υδατοκαλλιέργειας και στην προστασία της φύσης και της βιοποικιλότητας. Ωστόσο, ο ρόλος των παράκτιων ζωνών είναι πολύ πιο ευρύς και ποικίλος. Οι παράκτιες ζώνες επιτελούν επίσης ένα μεγάλο φάσμα λειτουργιών που σχετίζονται με τη δημιουργία θέσεων εργασίας, την οικονομική ανάπτυξη και την ποιότητα ζωής, όπως είναι: Η γεωργική παραγωγή στις παράκτιες πεδιάδες, που χρησιμοποιεί παράκτιους υδάτινους πόρους (από υδροφόρα στρώματα ή από την αφαλάτωση). Η διαφοροποίηση των αλιευτικών δραστηριοτήτων. Η παραγωγή ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων τόσο παραδοσιακών πηγών όπως το πετρέλαιο και το αέριο όσο και ανανεώσιμων μορφών ενέργειας με βάση τον άνεμο και τα κύματα. Η κινητικότητα και το εμπόριο. Οι λιμένες και οι παράκτιοι δρόμοι μεταφοράς αποτελούν βασικά στοιχεία των παγκόσμιων συνδέσεων των μεταφορών. Ο ρόλος τους ως μνημεία πολιτισμικής κληρονομιάς τόσο σε σύγχρονες κοινότητες όσο και σε αρχαιολογικούς τόπους. Ο τουρισμός, η ψυχαγωγία, η αναψυχή και ο αισθητικός χαρακτήρας τους δηλ. παραλίες, θαλάσσια αθλήματα και ευχάριστα τοπία. Οι οικισμοί για συνταξιούχους. Η άμυνα κατά των καταστροφικών δυνάμεων της θάλασσας. 10

19 Η διάσπαση και η εξουδετέρωση των ρύπων. Οι παράκτιες περιοχές και οι φυσικοί πόροι τους (θαλάσσιοι και χερσαίοι) διαδραματίζουν ένα στρατηγικό ρόλο για την κάλυψη των αναγκών και των επιδιώξεων των σημερινών και των μελλοντικών πληθυσμών της Ευρώπης Αειφόρος ανάπτυξη των παράκτιων περιοχών. Η έννοια της αειφόρου ανάπτυξης αναγνωρίζει την αρχή ότι οι στόχοι της οικονομικής ευημερίας και της κοινωνικής δικαιοσύνης και οι περιβαλλοντικοί στόχοι δεν μπορούν να αποσυνδεθούν μεταξύ τους, αλλά είναι από τη φύση τους μακροπρόθεσμα αλληλοεξαρτώμενοι. Η αειφόρος ανάπτυξη των παράκτιων περιοχών επιδιώκει το μέγιστο μακροπρόθεσμο κοινωνικό όφελος, συμπεριλαμβανομένων περιβαλλοντικών, οικονομικών, κοινωνικών και πολιτισμικών θεμάτων. Επιδιώκει την προώθηση της κοινωνικής ισότητας μέσω της δικαιότερης κατανομής ευκαιριών τόσο εντός του σημερινού πληθυσμού όσο και μεταξύ της σημερινής και μελλοντικής γενιάς. Παρόλο που τα μακροπρόθεσμα οικονομικά, περιβαλλοντικά και κοινωνικά θέματα είναι πάντοτε αδιαχώριστα, μπορεί να είναι αναπόφευκτες οι βραχυπρόθεσμες ανταλλαγές μεταξύ αυτών των στόχων, λόγω της περιορισμένης φύσης των παράκτιων πόρων. Εντός ενός πλαισίου βιωσιμότητας, είναι σημαντικό, σε ελάχιστο βαθμό, να εξασφαλίζεται ότι η διαδικασία των ανταλλαγών είναι ελεγχόμενη κατά τρόπον ώστε όλοι οι οικονομικοί, περιβαλλοντικοί και κοινωνικοί στόχοι να επιτυγχάνονται σε κάποιο «κατώφλι επίπεδο» ακόμη και βραχυπρόθεσμα. Το τι αντιπροσωπεύουν τα αποδεκτά επίπεδα θα εξαρτάται από τις αξίες που επικρατούν σε μια δεδομένη κοινωνία και σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Επιπλέον, επειδή οι παράκτιοι πόροι είναι περιορισμένοι από φυσική και χωρική άποψη, ορισμένες βραχυπρόθεσμες αποφάσεις μπορεί να καταστρέψουν μόνιμα πόρους για το μέλλον. Ένας από τους στόχους της αειφόρου ανάπτυξης πρέπει συνεπώς να είναι η διασφάλιση ότι οι αποφάσεις που λαμβάνονται σήμερα δεν θα αποκλείουν μελλοντικές επιλογές. Ωστόσο, η έννοια της «βιωσιμότητας» πρέπει επίσης να περιλαμβάνει την ιδέα ότι πολλές από τις αρνητικές καταστάσεις που δημιουργούνται στην παράκτια ζώνη από την παρέμβαση του ανθρώπου είναι αναστρέψιμες ή μπορούν να τροποποιηθούν ριζικά, έστω και με κάποιο κόστος ή σε πολύ μεγάλες χρονικές περιόδους. 11

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΚΤΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ Εισαγωγή - κατηγοριοποίηση των ανθρώπινων δράσεων και οι επιπτώσεις στο τοπίο Δυστυχώς, η διαχρονική επίδραση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στο τοπίο και ευρύτερα στο περιβάλλον δεν υπήρξε πάντοτε μια θετική εμπειρία. Αντίθετα μάλιστα, με μικρές μόνο εξαιρέσεις, η αρνητική εικόνα της ανθρώπινης παρουσίας επιβεβαιώνεται συνεχώς, ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια, καθώς η πληθυσμιακή αύξηση, η υπερεκμετάλλευση και η συνακόλουθη εξάντληση των φυσικών πόρων, σε συνδυασμό με το καταναλωτικό πρότυπο, την παρατηρούμενη επιδείνωση του δείκτη της ανισοκατανομής του πλούτου και των περιφερειακών ανισοτήτων, επιτείνουν την πιεστική κακοδιαχείριση (μη βιώσιμη ανάπτυξη) των φυσικών αποθεμάτων, τα οποία φτάνουν στα όρια του κινδύνου. Ακολουθεί μια ενδεικτική καταγραφή των σημαντικών ανθρώπινων δραστηριοτήτων που έχουν αποτέλεσμα την επιβάρυνση ή και την καταστροφή του τοπίου: Τραυματισμός φυσικών περιοχών για την εκμετάλλευση των πόρων και την παραγωγή προϊόντων που χρησιμοποιούνται στις οικοδομικές δραστηριότητες, στα έργα υποδομής και στις εγκαταστάσεις διαμονής, εργασίας, θεραπείας, τουρισμού, αναψυχής, αθλητισμού κ.ά., όπως λατομεία, ορυχεία, μεταλλεία, δίκτυα και σταθμοί μεταφοράς (δρόμοι, λιμάνια, αεροδρόμια), παραγωγής και διακίνησης ενέργειας ενεργειακά πάρκα κ.ά. Κατασκευές ειδικών έργων, όπως φραγμάτων, λιμνοδεξαμενών και άλλων τεχνικών κατασκευών, στο πλαίσιο συλλογής, εκμετάλλευσης και μεταφοράς υδάτινων πόρων, προστασίας, διευθέτησης και διαχείρισης ποταμών, χειμάρρων και ρεμάτων, συχνά με τρόπο που προσβάλλει το τοπίο και επιτείνει τη διάβρωση ή την αλλαγή του μικροκλίματος διαφόρων γεωγραφικών περιοχών. Διευθέτηση φυσικών ποτάμιων συστημάτων για την προστασία, την αξιοποίηση, καθώς και για την εκμετάλλευση των υδάτινων πόρων. 1

21 Αποθέσεις υλικών, είτε από τις κατασκευές διάφορων έργων και δικτύων μεταφοράς ενέργειας, καθώς και από τη χάραξη οδικών αξόνων σε ορεινές και παράκτιες περιοχές, όπου συνήθως εγκαταλείπονται τα προϊόντα εκσκαφής, είτε από την κατασκευή αεροδρομίων, λιμενικών και άλλων ειδικών έργων, με τη διαδικασία επιχώσεων προσχώσεων. Πυρκαγιές και αλλαγή χρήσης γης στο πλαίσιο εκτεταμένης αστικοποίησης περιοχών στις οποίες εντάσσονται ευαίσθητα οικοσυστήματα (παράκτιες, δασικές, παραποτάμιες και παραλίμνιες περιοχές) ή παρουσιάζουν δυνατότητες οικονομικής εκμετάλλευσης (π.χ. για αγροτική καλλιέργεια, τουρισμό κ.ά). Αποξήρανση υγροτόπων για σκοπούς αγροτικής καλλιέργειας ή άλλης ανθρώπινης χρήσης και εκμετάλλευσης. Ρήγματα καθιζήσεις ή άλλες γεωλογικές διεργασίες. Συγκρούσεις χρήσεων γης και εγκαταστάσεων σε περιοχές όπου διαχρονικά έχουν διαμορφωθεί τοπία ιδιαιτέρου κάλλους (νέες εγκαταστάσεις που δημιουργούνται κοντά στα τοπία αυτά με στόχο την εκμετάλλευση της πολιτιστικής αξίας και των άλλων πλεονεκτημάτων τους). Νομικός καθορισμός των ορίων αιγιαλού και παραλίας Μια ζώνη της στεριάς γύρω από τις ακτές ορίζεται από πολλά κράτη και την Ελλάδα σαν ιδιοκτησία του Δημοσίου. Η ζώνη αυτή ονομάζεται αιγιαλός και ορίζεται ως η ζώνη της ξηράς που βρέχεται από τη θάλασσα από τις μεγαλύτερες και συνήθεις αναβάσεις των κυμάτων της (Ν.971/01). Ο ορισμός αυτός βέβαια είναι αρκετά ασαφής. Τη διαδικασία καθορισμού του αιγιαλού σε μία παράκτια περιοχή στην Ελλάδα μπορεί να κινήσει είτε ένας ιδιώτης, είτε μία Τεχνική Υπηρεσία της χώρας. Σε πρώτη φάση απαιτείται κτηματογραφικό υψομετρικό διάγραμμα, με κλίμακα τουλάχιστον 1:1000. Το διάγραμμα αυτό είναι εξαρτημένο από το τριγωνομετρικό δίκτυο της χώρας, αναφέρεται σε μήκος ακτής τουλάχιστον πεντακοσίων (500) μέτρων ή περισσότερων, εφόσον το τμήμα που απομένει μέχρι το επόμενο καθορισμένο τμήμα δεν υπερβαίνει τα διακόσια (00) μέτρα. Μετά την υποβολή της τοπογραφικής μελέτης στην αρμόδια Κτηματική Υπηρεσία, συγκαλείται μία επιτροπή. Η επιτροπή για τη χάραξη της οριογραμμής του αιγιαλού και της παραλίας λαμβάνει υπόψη της ύστερα από αυτοψία τις φυσικές και λοιπές ενδείξεις, που επηρεάζουν το πλάτος του αιγιαλού και της παραλίας και ενδεικτικά: 13

22 τη γεωμορφολογία του εδάφους, αναφορικά με κατηγορίες υψηλών και χαμηλών ακτών, τη σύστασή του, καθώς και το φυσικό όριο βλάστησης, την ύπαρξη, τα όρια και το είδος των παράκτιων φυσικών πόρων, τα πορίσματα από την εκτίμηση των μετεωρολογικών στοιχείων της περιοχής, τη μορφολογία του πυθμένα, τον τομέα ανάπτυξης κυματισμού σε σχέση με το μέτωπο της ακτής, την ύπαρξη τεχνικών έργων στην περιοχή, που νομίμως υφίστανται, τις τυχόν εγκεκριμένες χωροταξικές κατευθύνσεις και χρήσεις γης που επηρεάζουν την παράκτια ζώνη, την ύπαρξη δημόσιων κτημάτων κάθε κατηγορίας που βρίσκονται σε άμεση γειτνίαση με την παράκτια ζώνη, τυχόν υφιστάμενο Κτηματολόγιο και την ύπαρξη ευπαθών οικοσυστημάτων και προστατευόμενων περιοχών. Στην περίπτωση που ο αιγιαλός είναι στενός και δεν εξυπηρετεί την κοινωνία ή άλλες κοινωφελείς δραστηριότητες αυξάνεται με μία ζώνη παραλίας πλάτους μέχρι και 50μ., από την οριογραμμή του αιγιαλού. Διαχρονική παρακολούθηση της εξέλιξης της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης Παράγοντες που συμβάλανε στην διαχρονική αλλαγή ήταν τόσο οι φυσικοί, όσο και οι ανθρωπογενείς, οι οποίοι είναι και οι πιο δυναμικοί. Η περιοχή μελέτης στην Παραλία Κατερίνης αφορά ως επί το πλείστον το τμήμα μεταξύ των παλιών διοικητικών ορίων Κοινότητα Κατερίνης Κοινότητα Καλλιθέας με Κοινότητα Κατερίνης Κοινότητας Ν. Περίστασης σε μήκος περίπου 1.800μ. Χρονική περίοδος μέχρι το Σύμφωνα με την αεροφωτογραφία της Γ.Υ.Σ. του 1945 η παραλία Κατερίνης συνεδέετο με οδικό δίκτυο με την πόλη της Κατερίνης (όπως και σήμερα) και με την Καλλιθέα. Δεν υπήρχε οδική σύνδεση προς βορρά με τον Κορινό, όσο και προς Νότο με την Ολυμπιακή Ακτή. Στην παραλία της Κατερίνης φαίνεται να υπήρχαν ελάχιστες καλύβες που τις χρησιμοποιούσαν κυρίως οι αλιείς της περιοχής. Επίσης, υπήρχαν πολλά βαλτοτόπια, τα οποία δεν επέτρεπαν την γεωργική εκμετάλλευση τους. 14

23 Ι.Ν.Αγ. Φωτεινή ΘΕΡΜΑΪΚΟΣ ΚΟΛΠΟΣ Αλιευτικό καταφύγιο ΠΑΡΑΛΙΑ Προς Κατερίνη (Πηγή: Γ.Υ.Σ., - Αεροφωτογραφία του έτους 1945, στην οποία φαίνεται η κατάσταση της ακτογραμμής το έτος 1997, με την μπλε γραμμή.) Χρονική περίοδος από το 1946 μέχρι το Σύμφωνα με την αεροφωτογραφία της Γ.Υ.Σ. του 1960 η παραλία της Κατερίνης συνέχισε να συνδέεται οδικά μόνο με την πόλη της Κατερίνης και με την Καλλιθέα. Στην χρονική αυτή περίοδο των δεκαπέντε ετών, στην παραλία χτίστηκαν περισσότερα σπίτια (φαίνονται οι κεραμοσκεπές των μονοκατοικιών) σε μεγαλύτερη έκταση τόσο κατά μήκος της ακτογραμμής όσο και σε βάθος από αυτή (περίπου δύο οικοδομικά τετράγωνα), κατασκευάστηκε πρόβολος για την πρόσδεση των αλιευτικών σκαφών στην θέση όπου βρίσκεται σήμερα ο Ι. Ναός Αγ. Φωτεινής και που σήμερα υπάρχει μικρότερος τσιμεντένιος πρόβολος. Επίσης, στην ευρύτερη περιοχή φαίνεται να επεκτείνεται η κατάληψη της γης για γεωργική χρήση και κατασκευάζονται τα πρώτα αρδευτικά αποστραγγιστικά δίκτυα. Η αλλαγή στη μορφολογία της ακτογραμμής σύμφωνα με τις αεροφωτογραφίες των ετών 1945 και 1960 ήταν ασήμαντη. Έντονη αλλαγή παρουσιάστηκε το 1960 σε δύο σημεία της παραλίας. Μια πρόσχωση πλάτους περίπου 10μ. με μέγιστο στη θέση όπου έγινε ο πρόβολος για την πρόσδεση των αλιευτικών σκαφών στη θέση του σημερινού Ι. Ναού Αγ. Φωτεινής Νότια αυτού σε μήκος περίπου 85μ. Μια δεύτερη πρόσχωση νότια του σημερινού αλιευτικού καταφύγιου, που παλιά το 1945 υπήρχε μόνο η εκβολή ενός χειμάρρου, του οποίου η έξοδος αποφράχθηκε το 1960, 15

24 σημειώθηκε πρόσχωση περίπου 1μ. και σε μήκος 50μ. της ακτογραμμής εκατέρωθεν της παλιάς εξόδου του χειμάρρου. ΘΕΡΜΑΪΚΟΣ ΚΟΛΠΟΣ Ι.Ν.Αγ. Φωτεινή Αλιευτικό καταφύγιο ΠΑΡΑΛΙΑ Προς Κατερίνη (Πηγή: Γ.Υ.Σ., - Αεροφωτογραφία του έτους 1960, στην οποία φαίνεται η κατάσταση της ακτογραμμής το έτος 1997, με την μπλε γραμμή.) Χρονική περίοδος από το 1961 μέχρι το Σύμφωνα με την αεροφωτογραφία της Γ.Υ.Σ. του 1979 η παραλία της Κατερίνης συνέχισε να συνδέεται οδικά μόνο με την πόλη της Κατερίνης και με την Καλλιθέα και φαίνεται να υπήρχε κάποιος αγροτικός δρόμος κοντά στην παραλία που πρέπει να οδηγούσε προς την Ολυμπιακή Ακτή. Στην ευρύτερη περιοχή εμφανίζονται περισσότεροι αγροτικοί δρόμοι που εξυπηρετούν τις μετακινήσεις στις καλλιέργειες. Στην χρονική περίοδο των δεκαοκτώ ετών που έχει αφετηρία το έτος 1961 που σήμανε πανελλαδικά την έναρξη της έντονης αστικοποίησης και την κατασκευή πολυκατοικιών, εμφανίζει η παραλία Κατερίνης έντονη ανοικοδόμηση σε οργανωμένα οικοδομικά τετράγωνα σε μεγαλύτερη έκταση τόσο κατά μήκος της ακτογραμμής όσο και σε βάθος από αυτή (περίπου τρία και παραπάνω οικοδομικά τετράγωνα). Κατασκευάστηκε ο σημερινός πρόβολος που υπάρχει κοντά στον Ι. Ναός Αγ. Φωτεινής και ο ένας δεύτερος νοτιότερα κοντά στον σημερινό Ναυτικό όμιλο, που και αυτός υπάρχει μέχρι και σήμερα. Η χρήση της γης για αγροτική εκμετάλλευση επεκτείνεται προς την παραλία. Συγκρίνοντας τις αεροφωτογραφίες του έτους 1960 με αυτές του έτους 1979 παρατηρούμε αλλαγή της ακτογραμμής νότια από τη θέση όπου βρίσκεται το σημερινό 16

25 αλιευτικό καταφύγιο μέχρι βόρεια περίπου στο τέλος της κατοικημένης περιοχή της παραλίας Κατερίνης με προσχώσεις ή διαβρώσεις της τάξης περίπου των 10μ. Η αλλαγή στην μορφολογία της ακτογραμμής μπορεί να αποδοθεί στους ακόλουθους τρεις παράγοντες: α)στην «εξαφάνιση» των χειμάρρων π.χ. στη θέση του σημερινού αλιευτικού καταφύγιου, ο οποίος τροφοδοτούσε την παραλία με φερτά υλικά, β) στην ανοικοδόμηση της παραλίας που επεκτάθηκε από την ακτογραμμή από 100μ. περίπου που ήταν το 1960 σε 450μ. (το μέγιστο) το Το γεγονός αυτό λειτούργησε ως φράγμα στην μεταφορά από τους ανέμους φερτού υλικού από την ενδοχώρα προς την ακτογραμμή και γ) στους δύο προβόλους που κατασκευάστηκαν ένας μεν στη θέση του σημερινού Ι. Ναού Αγ. Φωτεινής ο άλλος δε στο ναυτικό όμιλο. Τέλος, έντονη αλλαγή εμφανίζει γενικά το επιφανειακό υδρογραφικό δίκτυο της ευρύτερης περιοχής. ΘΕΡΜΑΪΚΟΣ ΚΟΛΠΟΣ Ι.Ν.Αγ. Φωτεινή ιχθυολιμάνι Αλιευτικό καταφύγιο ΠΑΡΑΛΙΑ Προς Κατερίνη (Πηγή: Γ.Υ.Σ., - Αεροφωτογραφία του έτους 1979, στην οποία φαίνεται η κατάσταση της ακτογραμμής το έτος 1997, με την μπλε γραμμή.) Χρονική περίοδος από το 1980 μέχρι το Οι πληροφορίες για την κατάσταση της ακτογραμμής αντλούνται από το χάρτη αιγιαλού παραλίας της Κτηματικής Υπηρεσίας του έτους (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ : ΧΑΡΤΗΣ ) 17

26 Στον συγκεκριμένο χάρτη φαίνεται ότι από το 1980 μέχρι το 1984 ήτοι στην διάρκεια των τεσσάρων ετών κατασκευάσθηκε το αλιευτικό καταφύγιο στην σημερινή θέση που υπάρχει και σήμερα, στο νότιο τμήμα παραλίας Κατερίνης. To αλιευτικό καταφύγιο αποτελείται από μια προστατευόμενη λιμενολεκάνη για τα αλιευτικά, αποβάθρες για την εκφόρτωση των ψαριών, πρατήριο υγρών καυσίμων και άλλες διευκολύνσεις. Έχει εμβαδόν περίπου 39 στρέμματα, έχει μια κοινή είσοδο και έξοδο προς και από το λιμάνι πλάτους περίπου 39 μ. Επίσης έχει και μια εσωτερική αποβάθρα μήκους 13μ. και μέσου πλάτους περίπου 0μ., που χρησιμεύει για τους ελιγμούς των αλιευτικών σκαφών. Επίσης, από τον χάρτη αυτό σύμφωνα με τον ορισμό του αιγιαλού αντλούνται πληροφορίες για το μέχρι που βρεχότανε η ξηρά από τη θάλασσα. Σε πολλές θέσεις, σύμφωνα με τον χάρτη του αιγιαλού παραλίας, φαίνεται να έφθανε το χειμέριο κύμα σε απόσταση περίπου τα 50μ. από την ακτογραμμή. Χρονική περίοδος από το 1985 μέχρι το Οι πληροφορίες για την κατάσταση της παραλίας Κατερίνης αντλούνται από το χάρτη αιγιαλού παραλίας της Κτηματικής Υπηρεσίας, ο οποίος εγκρίθηκε το έτος Το υπόβαθρο του χάρτη έγινε με επίγεια τοπογραφική αποτύπωση και μας δίνει πληροφορίες για την επέκταση της ανοικοδόμησης κατά μήκος της ακτογραμμής σε οργανωμένα οικοδομικά τετράγωνα. Εμφανίζεται στην αποτύπωση, η εκκλησία, το σχολείο, ξενοδοχεία, ο ναυτικός όμιλος, πάρκα κ.τ.λ. που δηλώνουν την αύξηση του αριθμού των μόνιμων κατοίκων της παραλίας Κατερίνης και την αύξηση της εισροής τουριστών που προκάλεσαν και την ανάγκη κατασκευής ξενοδοχειακών εγκαταστάσεων. Αυτό που κάνει εντύπωση είναι ότι μέσα σε μία τετραετία από το 1984 έως το 1989, δηλαδή από τότε που περίπου κατασκευάσθηκε το αλιευτικό καταφύγιο παρατηρείται έντονη αλλοίωση στην ακτογραμμή από το λιμάνι και βόρεια αυτού σε απόσταση περίπου 600 μ. και σε μέγιστο πλάτος 0μ. κοντά στον Ναυτικό όμιλο. Αντίθετα παρατηρείται νότια του αλιευτικού καταφυγίου μέγιστο πρόσχωσης 0μ. μετά την κατασκευή αυτού. Αυτό το φαινόμενο εξηγείται ως ακολούθως. Σύμφωνα με το ανεμολογικό καθεστώς της περιοχής η επικρατούσα κατεύθυνση παράκτιας μεταφοράς του υλικού είναι κυρίως από νότο προς βορρά. Έτσι λοιπόν, αμέσως μετά την 18

27 κατασκευή του λιμανιού, εμφανίζονται οι πρώτες συνέπειες της διατάραξης της πιο πάνω ισορροπίας. Ο νότιος βραχίονας δρα ως εμπόδιο στην παράκτια μεταφορά και παρατηρείται έτσι συσσώρευση του αμμώδους υλικού στον χώρο νότια του ως άνω βραχίονα. Στην περιοχή αμέσως βόρεια του λιμανιού και μπροστά από τα κτίσματα του οικισμού της Παραλίας Κατερίνης λαμβάνει χώρα η παράκτια μετακίνηση του υλικού από νότο προς βορρά. Το υλικό αυτό δεν αναπληρώνεται λόγω του ότι έχει διακοπεί η συνέχεια της παραλίας εξ αιτίας της κατασκευής του λιμανιού και συνεπώς έχει διακοπεί η τροφοδοσία της περιοχής. Έτσι ελάμβανε χώρα διάβρωση και σταδιακή μείωση του εύρους της παραλίας στο χώρο αυτό. Η διάβρωση αυτή έτεινε να εξαφανίσει πλήρως την παραλία και η ελεύθερη δράση των κυμάτων απειλούσε τα κτίρια της ακτής. Πιθανόν, αυτές οι έντονες αλλοιώσεις στην μορφολογία της ακτογραμμής να προβλημάτισαν τους αρμοδίους και να οδήγησαν το έτος 1988 στην εκπόνηση της «Προμελέτης προστασίας αλλοιούμενων ακτών Ν. Πιερίας» από το Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ. Στην συγκεκριμένη προμελέτη προτεινόταν η κατασκευή 10 βραχιόνων υπό γωνία 15 ο από την ακτογραμμή με τα ακόλουθα τεχνικά χαρακτηριστικά: ο πρώτος βραχίονας θα είχε μήκος 65μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από τον υπάρχοντα κάθετο στην ακτογραμμή βραχίονα 93μ., ο δεύτερος βραχίονας θα είχε μήκος 7μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το πρώτο 100μ., ο τρίτος βραχίονας θα είχε μήκος 71μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το δεύτερο 100μ., ο τέταρτος βραχίονας θα είχε μήκος 75μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το τρίτο 100μ., ο πέμπτος βραχίονας θα είχε μήκος 70μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το τέταρτο 100μ., ο έκτος βραχίονας θα είχε μήκος 65μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το πέμπτο 100μ., ο έβδομος βραχίονας θα είχε μήκος 65μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το έκτο 95μ., ο όγδοος βραχίονας θα είχε μήκος 55μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το έβδομο 9μ., ο ένατος βραχίονας θα είχε μήκος 47μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το όγδοο 77μ., 19

28 ο δέκατος βραχίονας θα είχε μήκος 40μ., πλάτος 6μ. και θα απείχε από το ένατο 65μ., και τέλος, ένας παράλληλος βραχίονας στην ακτογραμμή και κάθετος στον υπάρχοντα, βραχίονα κοντά στο ναυτικό όμιλο μήκους 66μ. και πλάτους 6μ. Η δράση των προβόλων αυτών συνίσταται στο ότι στο μεταξύ αυτών εγκλωβίζεται αμμώδες υλικό και έτσι προστατεύεται η περιοχή από την διάβρωση. Στην πράξη όμως, η κατασκευή των προβόλων δεν είχε τα επιθυμητά αποτελέσματα. (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ : ΧΑΡΤΗΣ 3) Το αποτέλεσμα που περιμένανε φαίνεται στο χάρτη. Χρονική περίοδος από το 1990 μέχρι το Στο σημείο αυτό πρέπει να τονίσουμε ότι η «Προμελέτη προστασίας αλλοιούμενων ακτών Ν. Πιερίας» του Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ. του έτους 1988 δεν υλοποιήθηκε επακριβώς, αλλά περιγράφεται παρακάτω ο τρόπος κατασκευής των βραχιόνων, με αποτελέσματα (όπως φαίνεται στα σχέδια που ακολουθούν) μη προβλέψιμα από τη μελέτη. Τα επτά χρόνια που ακολούθησαν από το έτος 1990 έφεραν επιπρόσθετη ανοικοδόμηση στην παραλία Κατερίνης και πολλές αλλαγές στην μορφολογία της ακτογραμμής οι οποίες ακολούθησαν την επέμβαση που έγινε σε αυτή περίπου το έτος Επιπλέον, από το 1990 και μέχρι και σήμερα κατασκευάσθηκαν φράγματα στις ακόλουθες θέσεις: Αλώνια, Εξοχή, Μοσχοπόταμος, Λόφος, Μόρνα τα οποία περιόρισαν σημαντικά την τροφοδοσία της θάλασσας με φερτά υλικά (Ακολουθεί σχετικός χάρτης). Η κατάσταση της ακτογραμμής σύμφωνα με τον ορθοφωτοχάρτη του 1997 και τον χάρτη του αιγιαλού παραλίας της Κτηματικής Υπηρεσίας του έτους 1989 ήταν η ακόλουθη (η περιοχή μελέτης χωρίστηκε σε υπό περιοχές και ονομάσθηκαν οι βραχίονες για να είναι δυνατή η περιγραφή τους ): περιοχή Α: Στο βορειότερο άκρο της παραλίας Κατερίνης σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 30μ. η μέγιστη. περιοχή Β: Μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου μ. η μέγιστη. περιοχή Γ: Μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 1μ. η μέγιστη. 0

29 περιοχή Δ: Μεταξύ του τρίτου και του τέταρτου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 11μ. η μέγιστη. περιοχή Ε: Μεταξύ του τέταρτου και του πέμπτου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 9μ. η μέγιστη. περιοχή Ζ: Μεταξύ του πέμπτου και του έκτου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 4μ. η μέγιστη. περιοχή Η: Μεταξύ του έκτου και του έβδομου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 17μ. η μέγιστη. περιοχή Θ: Μεταξύ του έβδομου και του όγδοου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 10μ. η μέγιστη. περιοχή Ι: Μεταξύ του όγδοου και του ένατου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 7μ. η μέγιστη. περιοχή Κ: Μεταξύ του ένατου και του δέκατου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση της παραλίας περίπου 6,5μ. η μέγιστη. περιοχή Λ: Μεταξύ του δέκατου και του ενδέκατου βραχίονα σημειώθηκε αμελητέα διάβρωση της παραλίας περίπου 1μ. η μέγιστη. περιοχή Μ: Μεταξύ του ενδέκατου και του δωδέκατου βραχίονα σημειώθηκε διάβρωση προς την πλευρά της παραλίας περίπου 9,5μ. η μέγιστη και πρόσχωση νότια στον κάθετο βραχίονα περίπου 1,5μ. η μέγιστη. Στην περιοχή αυτή εμφανίζεται και το φαινόμενο της περίθλασης, δηλαδή τα κύματα που περνούν από το άνοιγμα των βραχιόνων εξαπλώνονται σε ολόκληρη την επιφάνεια του λιμανιού σε μέτωπα κύματος, που έχουν κέντρο τους στο άνοιγμα. Καθώς τα μέτωπα των κυμάτων εκτείνονται όλο και περισσότερο καθώς απομακρύνονται απ το άνοιγμα, μειώνεται η ενέργειας τους. περιοχή Ο: Στην αποβάθρα σημειώθηκε ανατολικά διάβρωση περίπου 7μ. το μέγιστη. περιοχή Π: Νότια του δεύτερου βραχίονα του αλιευτικού καταφυγίου σημειώθηκε πρόσχωση περίπου 8μ. η μέγιστη. (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ : ΧΑΡΤΗΣ 4) Διαχρονική παρακολούθηση της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης Από τα προηγούμενα παρατηρούμε ότι το φαινόμενο της διάβρωσης της ακτογραμμής γίνεται εντονότερο σε απόσταση 480μ. από τον βορειότερο βραχίονα του αλιευτικού καταφυγίου. Ακολουθεί η περιγραφή των βραχιόνων κατά το έτος 1997: 1

30 ο πρώτος βραχίονας έχει μήκος 8μ., πλάτος 4μ., ο δεύτερος βραχίονας έχει μήκος 16μ., πλάτος 4μ. και απέχει από τον πρώτο 49,50μ., ο τρίτος βραχίονας έχει μήκος 38,50μ., πλάτος 4,5μ. και απέχει από τον πρώτο 49μ., ο τέταρτος βραχίονας έχει μήκος 45μ., πλάτος 4,5μ. και απέχει από τον πρώτο 61μ., ο πέμπτος βραχίονας έχει μήκος 46μ., πλάτος 5μ. και απέχει από τον πρώτο 78μ., ο έκτος βραχίονας έχει μήκος 48μ., πλάτος 4μ. και απέχει από τον πέμπτο 78μ., ο έβδομος βραχίονας έχει μήκος 6,5μ., πλάτος 4μ. και απέχει από τον έκτο 194μ., ο όγδοος βραχίονας έχει μήκος 6μ., πλάτος 4,5μ. και απέχει από τον έβδομο 94,5μ., ο ένατος βραχίονας έχει μήκος 6μ., πλάτος 5,5μ. και απέχει από τον όγδοο 101μ., ο δέκατος βραχίονας έχει μήκος 58μ., πλάτος 4μ. και απέχει από τον ένατο 8,5μ., ο ενδέκατος βραχίονας έχει μήκος 56μ., πλάτος 5,5μ. και απέχει από τον δέκατο 86,9μ. και από τον κάθετο βραχίονα 87μ.. (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ : ΧΑΡΤΗΣ 5) Οι βραχίονες που κατασκευάσθηκαν για την προστασία της ακτογραμμής από την δράση των θαλάσσιων κυμάτων, έχουν πρανή από λιθορριπή. Η τυπική διατομή που εφαρμόσθηκε φαίνεται στο Χάρτη. ΘΕΡΜΑΪΚΟΣ ΚΟΛΠΟΣ Ι.Ν.Αγ. Φωτεινή Αλιευτικό καταφύγιο ΠΑΡΑΛΙΑ Προς Ολυμπιακή Ακτή Προς Κορινό Προς Κατερίνη (Πηγή: Γ.Υ.Σ., - Αεροφωτογραφία του έτους 1997, στην οποία φαίνεται η κατάσταση της ακτογραμμής το έτος 1997, με την μπλε γραμμή.)

31 ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΝΟΜΟΥ ΠΙΕΡΙΑΣ (στη δεκαετία 90) Κολινδρός Αλώνια Μοσχοπόταμος Εξοχή Μόρνα Λόφος Περιοχή Μελέτης Χρονική περίοδος από το 1998 μέχρι σήμερα. Σήμερα υπάρχουν κατά μήκος της ακτογραμμής 1 βραχίονες με πρανή από βραχώδες υλικό, κάθετοι σε αυτή, 1 παράλληλος σε αυτή, ένα μικρό αλιευτικό καταφύγιο που αποτελείται από κάθετους βραχίονες και ένα εσωτερικό «νησί». Η παρουσία λοιπόν των παράκτιων έργων στο φυσικό χώρο προκαλούν σημαντικές διαβρώσεις ή προσαμμώσεις και αναστατώνουν το φυσικό περιβάλλον, καθώς αναμορφώνουν τα κυματολογικά δεδομένα με την προκαλούμενη ανάκλαση, περίθλαση ή και θραύση, σε περιοχές όπου δεν συνέβαινε πριν, αλλά και καθώς 3

32 παρεμβαίνουν μέσα στη ζώνη θραύσης στην παράκτια στερεομεταφορά. Στην ακτή όπου το ισοζύγιο φερτών υλών δεν είναι κλεισμένο, προκαλείται προσάμμωση προς την ανάντη πλευρά επικρατούσας προέλευσης στερεοπαροχής και διάβρωση προς την κατάντη. Μεταξύ των παράλληλων κυματοθραυστών και της ακτής συμβαίνει αλλαγή της κατευθύνσεως και του ύψους των κυματισμών λόγω περιθλάσεως, 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. Στρόβιλοι λόγω αδρανειακής αποκόλλησης από το άκρο των μόλων που αναμορφώνουν το παράκτιο ρεύμα, είναι επίσης περιοχές παγιδεύσεως φερτών υλών και προσαμμώσεων. Στην είσοδο της λιμενολεκάνης που είναι προσανατολισμένη προς τους κυματισμούς παγιδεύονται φερτές ύλες, που μπαίνουν από το κυματικά διαταραγμένο περιβάλλον και αποθέτονται στο αδιατάρακτο χώρο της λιμενολεκάνης. Συμπεράσματα Σύμφωνα με τα παραπάνω οι διαδικασίες διάβρωσης (βόρεια του αλιευτικού καταφύγιου) και πρόσχωσης (νότια του αλιευτικού καταφύγιου) συνεχίζουν όπως φαίνονται και σε φωτογραφίες με αποτέλεσμα να συνεχίζει ο προβληματισμός των κατοίκων του οικισμού της Παραλίας Κατερίνης για το τι πρόκειται να ακολουθήσει. Για την αποφυγή των ανεπιθύμητων μεταβολών της μορφής των ακτών απαιτείται κατά πρώτο, σωστή πρόβλεψη των γεωμορφολογικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων που συνεπάγονται τα παράκτια τεχνικά έργα, που γίνονται με την βοήθεια φυσικών και υπολογιστικών μοντέλων, και σε συνέχεια λήψη τεχνικών μέτρων, όπως: Παράκαμψη των εγκάρσιων έργων που παγιδεύουν τα φερτά, με αποτέλεσμα ανάντη εναπόθεση και κατάντη διάβρωση. Η παράκαμψη γίνεται είτε με χερσαία μεταφορικά μέσα, είτε με υδραυλικές μεθόδους με πλωτές βυθοκόρους που αναρροφούν μίγμα νερού και άμμου (1:10 αναλογίες όγκων) και το μεταφέρουν με αντλίες και αγωγούς. Κατασκευή των παράλληλων κυματοθραυστών, σε απόσταση από την ακτή μεγαλύτερη του μήκους τους ή την τμηματική κατασκευή τους με μεταξύ τους κενά (ημιδιαφανή στο κύμα), ώστε να μειωθούν οι αποθέσεις tombolo. 4

33 Ορθή χωροθέτηση και προσανατολισμό της εισόδου των λιμενολεκανών, ώστε να ελαχιστοποιείται η παγίδευση φετών υλών. Περιοδικό εμπλουτισμό τμημάτων της ακτής, που διαβρώνονται λόγω της υπάρξεως τεχνικών έργων ανάντη ή λόγω γενικότερης έλλειψης φερτών υλών, με υλικό κατάλληλης κοκκομετρικής διαβάθμισης και σε ποσοστό υπερπλήρωσης (λόγω αναμενόμενων απωλειών υλικών από τους κυματισμούς) που μπορεί να εκτιμηθεί με τη βοήθεια παραμέτρων. 5

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΦΕΡΤΩΝ ΥΛΩΝ ΣΤΙΣ ΑΚΤΕΣ Εισαγωγικές έννοιες Από μορφολογική άποψη οι ακτές διακρίνονται σε δύο κατηγορίες. Τις απόκρημνες γαιώδεις ή βραχώδεις ακτές και τις αμμώδεις. Οι βραχώδεις χαρακτηρίζονται από σχετική σταθερότητα μορφής. Οι μεταβολές της μορφής τους συμβαίνουν σε γεωλογικές κλίμακες χρόνου. Ειδικά θα διερευνηθεί η επίδραση της θάλασσας και των παράκτιων τεχνικών έργων στις αμμώδες ακτές στην κατηγορία που ανήκει και η περιοχή μελέτης. Το λεπτόκοκκο υλικό της κατηγορίας αυτής των ακτών που ποικίλλει από την ιλύ και την άργιλο (τάξη μεγέθους κόκκων 10-4 m) ως τις κροκάλες (10-1 m) ανταποκρίνεται στις δυναμικές επιδράσεις των κυματισμών και των παράκτιων ρευμάτων. Η μεταβολή της μορφής των ακτών συμβαίνει πολλές φορές σε χρόνο τάξης μεγέθους μερικών ημερών. Τεράστιοι όγκοι κοκκώδους υλικού κινούνται σε κατευθύνσεις παράλληλες ή εγκάρσιες προς την ακτή. Εκτός από τις απότομες μεταβολές λόγω εξαιρετικών φυσικών φαινομένων, συμβαίνουν και εποχιακές ομαλές συνεχείς μεταβολές βραδύτερου ρυθμού. Τελικά στη φυσική μορφή τους οι αμμώδεις ακτές φτάνουν σε μία κατάσταση «δυναμικής ισορροπίας». Κάτω από συνθήκες δυναμικής ισορροπίας συμβαίνουν βραχυχρόνιες μεταβολές αλλά μακροπρόθεσμα η μορφή της ακτής διατηρείται σταθερή. Την δυναμική ισορροπία των ακτών συνήθως διαταράζουν τα παράκτια τεχνικά έργα διαμορφώσεως ακτών και κατασκευής λιμένων. Οι μορφές της επιδράσεως αυτής είναι πολλές. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι τα τεχνικά έργα μπορεί να προκαλέσουν μεταβολή του ρυθμού της παροχής και των χαρακτηριστικών των φερτών υλών που μεταφέρονται στις ακτές η μεταβολή της ενεργειακής στάθμης των κυματισμών και των ρευμάτων στις ακτές που αποτελούν και τον βασικό παράγοντα μεταφοράς φερτών υλών ή τελικά μπορεί να παρεμβληθούν άμεσα στη μεταφορά φερτών υλών στις ακτές αποβαίνοντας με το σχήμα τους ανασταλτικοί ή επιταχυντικοί παράγοντες μεταφοράς φερτών υλών. Η συνέπεια σε δεύτερο στάδιο, της επιδράσεων των τεχνικών έργων στις ακτές είναι η αχρήστευση τους και η διακοπή της λειτουργικότητας τους λόγω ραγδαίας μεταβολής της μορφής της ακτής πάνω στην οποία και βάσει της μορφής της οποίας κατασκευάστηκαν. 6

35 Φυσικές ιδιότητες των υλικών των ακτών Η ανταπόκριση των υλικών των ακτών στην επίδραση του ανέμου των κυματισμών και των ρευμάτων με τις συνεπαγόμενες μεταφορές τους στον παράκτιο χώρο συσχετίζεται στενά με τις διάφορες φυσικές ιδιότητες των υλικών. Χαρακτηριστικές ιδιότητες τους είναι : το μέγεθος των κόκκων τους και η κοκκομετρική σύνθεση τους το ειδικό βάρος και το σχήμα των κόκκων η διαπερατότητα του πορώδους μέσου που συνθέτουν και η ταχύτητα καθιζήσεώς τους. Η προσεκτική και σωστή δειγματοληψία στον παράκτιο χώρο επιτρέπει τη μελέτη και εξαγωγή σωστών συμπερασμάτων πάνω στις φυσικές ιδιότητες του υλικού των ακτών. Τα υλικά που συνθέτουν τις ακτές συνήθως είναι χαλαζιακά πετρώματα (ειδικό βάρος,65) με μικρά ποσοστά ασβεστίτη (ε.β.,7) και βαρέων μετάλλων (ε.β. >,87). Η κοκκομετρική ανάλυση των υλικών των ακτών που γίνεται είτε με κόσκινα είτε με σωλήνες καθιζήσεως δείχνει ότι οι ακτές συνθέτονται από λεπτόκοκκα συνεκτικά υλικά (ιλύς, άργιλος) και χονδρόκοκκα μη συνεκτικά υλικά ( άμμος, κροκάλες). Συνήθως η διάμετρος των κόκκων ποικίλει από 0,01 ως 1mm. Φυσική περιγραφή των μηχανισμών μεταφοράς φερτών υλών στις ακτές Σύμφωνα με τους συμβολισμούς του σχήματος ο κόκκος που βρίσκεται ακριβώς στην επιφάνεια του πυθμένα βρίσκεται σαν ελεύθερο σώμα κάτω από την επίδραση των εξής δυνάμεων: του βυθισμένου βάρους του (βάρος μείον άνωση) της συρτικής δυνάμεως του νερού που αποτελεί τη συνισταμένη των δυνάμεων ιξώδους και των διαφορών πιέσεως στις διάφορες επιφάνειες του της δυνάμεως διηθήσεως λόγω της ροής του νερού μέσα στο πυθμένα κρουστικών δυνάμεων λόγω συγκρούσεων με άλλους κινούμενους κόκκους της αντιδράσεως στα σημεία στηρίξεως του πάνω στους κόκκους του πυθμένα. Κάτω από ορισμένους συνδυασμούς των πιο πάνω δυνάμεων ο κόκκος αυτός αποσπάται από την αρχική του θέση και μπαίνει σε κίνηση. Η κίνηση αυτή μπορεί να είναι μια κύλιση πάνω στους υπόλοιπους κόκκους ή να είναι μια σειρά αλμάτων (διαδοχικές είσοδοι στο χώρο του κινούμενου ρευστού και καθιζήσεις στο βυθό) ή μια 7

36 αιώρηση στο εσωτερικό του κινούμενου ρευστού και συμπαράσυρση του. Οι δύο πρώτες μορφές κινήσεως γίνονται σε μικρή απόσταση από το βυθό και το σύνολο των φερτών υλών που μεταφέρεται κατ αυτό τον τρόπο αποτελεί το φορτίο πυθμένα. Το υπόλοιπο μέρος των φερτών υλών αποτελεί το φορτίο σε αιώρηση. Η διάκριση μεταξύ των δύο μορφών μεταφοράς δεν έχει φυσική έννοια γιατί ανάλογα με τη σχέση της ταχύτητας καθιζήσεως των κόκκων προς την τυρβώδη κινητική ενέργεια της ροής (ουσιαστικά προς το μέτρο των τυρβωδών διακυμάνσεων της ταχύτητας) η μεταφορά των φερτών μπορεί να γίνει σε μικρότερη ή μεγαλύτερη απόσταση από τον πυθμένα. Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη Μεταφορά φερτών υλών εγκάρσια στις ακτές Η εγκάρσια μεταφορά φερτών αποτελεί τη μια συνιστώσα που συμβάλλει στη διαμόρφωση του προφίλ της ακτής. Εγκάρσια προς την ακτή, σύμφωνα με τη σχηματοποίηση του σχήματος. Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΚΤΩΝ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη

37 Διακρίνεται το όριο της επιδράσεως των κυματισμών προς την ανοιχτή θάλασσα, μια ζώνη (offsore) μεταξύ αυτού του ορίου και της γραμμής θραύσεως και μια ζώνη (inshore surf zone) μεταξύ της γραμμής θραύσεως και του ορίου αναρριχήσεως των κυματισμών. Στη δεύτερη ζώνη, το τμήμα μεταξύ ακτογραμμής και ορίου αναρριχήσεως κυματισμών είναι το μέτωπο της ακτής (foreshore). Πίσω από τις ζώνες αυτές είναι η ράχη της ακτής (backshore), που φτάνει ως το μέγιστο όριο αναρριχήσεως των χειμερινών κυματισμών, και ακολουθούν είτε ζώνη θινών είτε γαιώδη πρανή. Η διαμόρφωση του βάθους του νερού ή του έξαλλου υψομέτρου των ζωνών αυτών επηρεάζεται από τις εγκάρσιες διαδικασίες μεταφοράς φερτών υλών. Οι μεταβολές της μορφής των εγκάρσιων διατομών των ακτών οφείλονται στην μεταφορά φερτών εγκάρσια στις ακτές, στη μεταφορά φερτών παράλληλα προς τις ακτές, τους ανέμους και την παλίρροια. Κάτω από εξαιρετικές κλιματολογικές συνθήκες μπορεί να εξελιχθούν ραγδαία. Μια ακτή κάτω από την ολιγόωρη επίδραση μεγάλων κυματισμών μπορεί να υποχωρήσει κατά δεκάδες μέτρα. Κάτω από συνθήκες περιοδικών κυματισμών μικρού πλάτους και μικρού λόγου Ho/Lo πετυχαίνεται η επαναπρόσχωση της ακτής. Αποτέλεσμα της δράσης κυματισμών και κυματογενών ρευμάτων εγκάρσια στην ακτή, είναι η διαμόρφωση δύο διακεκριμένων προφίλ, του χειμερινού και του θερινού, σχήματος. Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΚΤΩΝ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη

38 Ho α. Χειμερινό προφίλ. Οι κυματισμοί μεγάλης καμπυλότητας διαβρώνουν Lo μέρος του υλικού του «μετώπου» της ακτής και του τμήματος του βυθού μεταξύ γραμμής θραύσεως και ακτογραμμής και το μεταφέρουν στην περιοχή θραύσεως, δημιουργώντας έναν επιμήκη ύφαλο (longshore bar) παράλληλο προς την ακτή που έχει αποστολή τη θραύση των κυματισμών και τη μείωση του ύψους των διαδιδομένων, πίσω από αυτόν κυμάτων, αποτελώντας μια προφυλακή της ακτής. β. Θερινό προφίλ. Οι θερινοί κυματισμοί μικρής καμπυλότητας επαναφέρουν υλικό στο έξαλο μέτωπο της ακτής, μειώνοντας το ύψος του υφάλου και εμπλουτίζοντας σε κοκκώδες υλικό την ακτή. Μεταφορά φερτών υλών παράλληλα προς στις ακτές Η μεταφορά φερτών υλών παράλληλα προς τις ακτές αποτελεί τον κυριότερο παράγοντα μεταβολής της οριζοντιογραφίας των ακτών. Η πρόσχωση και η διάβρωση των ακτών οφείλονται στα εκατομμύρια κυβικά μέτρα άμμου που μεταφέρονται παράλληλα προς τις ακτές και εναποτίθενται σε θέσεις αποθέσως «παγίδες» φερτών υλών. Η κυριότερη μεταφορά συμβαίνει μέσα στη ζώνη θραύσεως των κυματισμών και οφείλεται στην παράκτια, παράλληλη προς την ακτή μεταφορά που συνεπάγονται οι κυματισμοί που θραύονται υπό γωνία ως προς την ακτή. Η παράλληλη προς την ακτή μεταφορά διακόπτεται σε θέσεις όπου τα εγκάρσια ρεύματα rip currents προκαλούν την απαγωγή άμμου προς τα ανοιχτά, και στις θέσεις όπου φυσικά ή τεχνητά μορφώματα εγκάρσια προς την ακτή διακόπτουν την κυκλοφορία. Σύμφωνα με το ενεργειακό μοντέλο του Bagnold, η τύρβη στην ζώνη θραύσεως των κυματισμών και οι παλινδρομικές ταχύτητες λόγω κυματισμών θέτουν σε κίνηση το υλικό του πυθμένα. Στην θέση θραύσεως μεγάλο μέρος των κόκκων μπαίνει σε αιώρηση λόγω της έντονης κατακόρυφης αναμίξεως και μεταφέρεται από το παράκτιο ρεύμα σαν αιωρούμενο φορτίο. Ένα μέρος μεγαλύτερων κόκκων στη θέση αυτή καθώς και στην υπόλοιπη ζώνη θραύσεως μεταφέρεται σαν φορτίο πυθμένα. Χαρακτηριστική είναι η κίνηση των κόκκων στην επιφάνεια του πυθμένα στο ανάντη τμήμα της ζώνης θραύσεως. Η τεθλασμένη τροχιά των κόκκων που συνεπάγεται τελικά μία παράλληλη μεταφορά δίνεται στο σχήμα. 30

39 Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΚΤΩΝ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη Κατά τη διάρκεια των χειμερινών έντονων κυματισμών η μεγαλύτερη μεταφορά γίνεται στην ζώνη θραύσεως κυρίως σαν φορτίο σε αιώρηση. Αντίθετα κατά τη διάρκεια του θέρους η μεταφορά λόγω των μικρού λόγου Ho/Lo κανονικών κυματισμών γίνεται στο ανάντη τμήμα της ζώνης θραύσεως υπό μορφή φορτίου πυθμένα. Σχηματικά η κατανομή του φορτίου φερτών υλών εγκάρσια προς την ακτή δίνεται στο σχήμα. Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΚΤΩΝ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη Το μέγιστο παρατηρείται μεταξύ της θέσεως θραύσεως και της θέσης μέγιστης ταχύτητας του παράκτιου ρεύματος. Η παράλληλη μεταφορά φερτών εκδηλώνεται σε φυσικές και διαμορφωμένες με τεχνητά έργα ακτές με πολλούς τρόπους. Στο σχήμα δίνονται χαρακτηριστικά οι 31

40 μεταβολές της οριζοντιογραφία σε διάφορες θέσεις της ακτής λόγω της μεταφοράς φερτών υλών κατά την κατεύθυνση που δίνεται στο σχήμα. Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη Καθώς η κατεύθυνση κινήσεως και η γωνία προσπτώσεως των κυματισμών πάνω στην ακτή μεταβάλλονται με τις εποχές (λόγω της μεταβολής της κατευθύνσεως και της έντασης ανέμων κατά τη διάρκεια του χρόνου) μεταβάλλονται αντίστοιχα και οι παροχές και η κατεύθυνση μεταφοράς φερτών υλών παράλληλα προς μια ακτή. Συνήθως δίνονται κατά τη διάρκεια ενός έτους οι ολικοί όγκοι μεταφερόμενου υλικού κατά τη μία και την αντίθετη κατεύθυνση παράλληλα προς μία ακτή. Οι όγκοι αυτοί αποτελούν τις ολικές μεταφορές φερτών (gross transport). Η αλγεβρική άθροιση τους δίνει την κατεύθυνση και το μέγεθος της καθαρής μεταφοράς (net transport) παράλληλα προς μία ακτή. Είναι φανερό ότι μια ακτή διατηρεί μακροπρόθεσμα την μορφή της (ελλείψει άλλων εισόδων και εξόδων φερτών) μόνον όταν η καθαρή μεταφορά παράλληλα προς αυτή είναι μηδέν. Το ισοζύγιο μεταφοράς φερτών υλών στις ακτές Η παράκτια και η εγκάρσια μεταφορά φερτών υλών σε μικρό πλάτος της παράκτιας θαλάσσιας ζώνης, είναι σημαντική με σοβαρά μορφολογικά επακόλουθα για τις ακτές. Αποτελεί σοβαρό τεχνικό πρόβλημα η εκτίμηση του ετησίου ισοζυγίου φερτών 3

41 υλών σε ένα τμήμα της ακτής, που είτε είναι εκ φύσεως προβληματικό είτε κινδυνεύει από τις αναδράσεις της φύσεως πάνω σε σχεδιαζόμενο τεχνικό έργο. Ορίζεται σαν παράκτια φυσιογραφική μονάδα ένα τμήμα της ακτής, το οποίο εξελίσσεται λόγω στερεομεταφορών ανεξάρτητα από την υπόλοιπη ακτή. Στο τμήμα αυτό είναι δυνατό να περιέχονται πολλές πηγές (sources) και πολλές παγίδες (sinks) φερτών υλών. Οι κυριότερες πηγές και παγίδες φερτών υλών είναι οι εξής: α. Πηγές. Τα υδατορρεύματα αποτελούν την κυριότερη πηγή φερτών, καθώς παγκοσμίως μεταφέρουν περί τα 14 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα φερτών υλών ετησίως. Το υλικό αυτό προέρχεται από τη διάβρωση χερσαίων εκτάσεων της γης, και ένα μεγάλο μέρος του είναι αργιλώδες και ιλυώδες, ενώ ένα ποσοστό <5% είναι άμμος. Τα πλέον χονδρόκοκκα παραμένουν στις ακτές, ενώ τα υπόλοιπα καθιζάνουν σε μεγαλύτερα βάθη. Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί, ότι όλα τα έργα που γίνονται διεθνώς και στη χώρα μας για την αντιδιαβρωτική προστασία, όπως τα έργα ορεινής υδρονομίας, οι φυτοκαλύψεις, τα αντιπλημμυρικά έργα και κατά κύριο λόγο τα φράγματα (ενεργειακά και αρδευτικά) στερούν τις ακτές από μεγάλες παροχές φερτών υλών, που άλλοτε τις εμπλούτιζαν, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται προβλήματα συστηματικών διαβρώσεων σε πολλές ακτές της χώρας μας. Η διάβρωση γαιώδων όγκων σε ακτές αποτελεί μια δεύτερη πηγή φερτών υλών. Τέλος, η μεταφορά κόκκων από τους ανέμους, η βιογενής απόθεση από κελύφη νεκρών θαλάσσιων οργανισμών (κοράλια τροπικών θαλασσών), και η τεχνητή τροφοδοσία ακτών είναι συμπληρωματικές πηγές φερτών υλών. β. Παγίδες φερτών υλών. Οι κυριότερες παγίδες φερτών υλών είναι διεθνώς τα παλιρροιακά στόμια, στα οποία οι προς τα έσω στερεοπαροχές κατά την πλημμυρίδα είναι μεγαλύτερες από αυτές προς τα έξω κατά την αμπώτιδα και τα υφαλοπρανή και τα υποβρύχια φαράγγια, στα οποία παγιδεύονται, οδηγούμενα προς τα ανοιχτά μεγάλες ποσότητες φερτών υλών. Η ανεμογενής ή κυματογενής μεταφορά προς την εσωτερική ζώνη των αμμοθινών, η λείανση από τριβή ανθρακικών υλικών της ακτής (όχι χαλαζιακών) και τέλος οι αμμοληψίες είναι επίσης περιοχές αφαιρέσεως φερτών υλών σε φυσικές συνθήκες. Σημαντικές παγίδες φερτών υλών αποτελούν και τα παράκτια τεχνικά έργα, τα οποία προβάλλουν μέσα στη ζώνη θραύσεως της κυρίαρχης στρεομεταφοράς, με αποτέλεσμα την κατακράτηση μέρους των κατά μήκος της ακτής κινούμενων μαζών 33

42 ιζημάτων. Εάν, βέβαια η αποστολή των έργω είναι να εμπλουτίσουν μία διαβρούμενη ακτή, έχει καλώς. Σε άλλες περιπτώσεις όμως, τέτοιες παγίδες είναι άχρηστες (π.χ. παγίδευση φερτών και ρήχωση λιμενολεκάνης) ή επιβλαβείς για άλλες περιοχές. 34

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Τυπολογία κυματομηχανικής και ακτομηχανικής Γραμμικοί κυματισμοί (STOKES 1ης τάξης - AIRY) Η γραμμική θεωρία κυματισμών βασίζεται στην παραδοχή ότι το ύψος του κύματος Η είναι πολύ μικρότερο του βάθους d και του μήκους L καθώς και στην παραδοχή αστρόβιλης ροής. z c w u η H x L d Σχήμα 6.1. Ορισμός παραμέτρων συστήματος γραμμικών κυματισμών. 35

44 Ορίζοντας τον άξονα x στη στάθμη ηρεμίας 1 (Σχήμα 6.1.) η στιγμιαία ανύψωση της στάθμης της ελεύθερης επιφάνειας της θάλασσας η δίνεται από: H η= cos (kx-σt) (6.1) όπου k: αριθμός κύματος, k=π/l L: το μήκος κύματος σ: η κυκλική συχνότητα, σ=π/τ Τ: η περίοδος του κύματος Η: το ύψος του κύματος Η παρακάτω σχέση διασποράς συσχετίζει τη συχνότητα σ με το βάθος d και το μήκος κύματος L: σ =gk tanh(kd) (6.) Ορίζοντας τη φασική ταχύτητα (ή ταχύτητα διάδοσης) του κυματισμού c: η σχέση (1.) γράφεται: L c= T (6.3) gt c= tanh(kd) π (6.4) ή gt L= tanh(kd) π (6.5) 1 Η στάθμη ηρεμίας ταυτίζεται με τη Μέση Στάθμη Θάλασσας μόνο στη γραμμική θεωρία κυματισμών. 36

45 Η τελευταία σχέση (6.5) χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του μήκους κύματος L όταν είναι γνωστό το βάθος d και η περίοδος Τ (σχεδόν όλα τα προβλήματα της Ακτομηχανικής και της Κυματομηχανικής απαιτούν πρώτα τη λύση της (6.5) πριν οποιαδήποτε άλλο υπολογισμό). Στα βαθιά νερά (όταν d/l>0.5), tanh(kd) 1 και άρα η (6.5) γράφεται: gt L= (6.6) π o όπου ο δείκτης ο δηλώνει μεταβλητή στα βαθιά νερά. Στα ρηχά νερά (όταν d/l<0.05) η σχέση (6.4) γίνεται: c= gd (ρηχά νερά) (6.7) Οι ταχύτητες των μορίων του νερού u και w, κατά την οριζόντια και κατά την κατακόρυφο διεύθυνση αντίστοιχα, δίνονται: πh cosh ( k(d+z) ) u= cos (kx-σt) T sinh (kd) (6.8) πh sinh ( k(d+z) ) w= sin (kx-σt) T sinh (kd) (6.9) Η κατανομή της πίεσης ως προς το βάθος δίνεται από: ( ) ρgh cosh k(d+z) p= ρ gz + cos (kx-σt) (6.10) cosh (kd) Είναι φανερό ότι η πίεση συντίθεται από δύο συνιστώσες, την υδροστατική και την υδροδυναμική. 37

46 Το μηχανικό ενεργειακό περιεχόμενο Ε της στήλης νερού πλάτους 1 m και μήκους L, δίνεται από τη σχέση: HL E=ρg (6.11) 8 Σαν πυκνότητα της ενέργειας E ορίζεται: E H E= =ρg L 8 (6.1) Η ισχύς του κύματος (μέσος ρυθμός ροής ενέργειας από κατακόρυφη διατομή μοναδιαίου πλάτους) δίνεται από τη σχέση: όπου En P= T (6.13) 1 kd n = 1+ sinh(kd) (6.14) Η ταχύτητα ομάδας κυματισμών c g δίνεται από: c g = c n (6.15) Διαμόρφωση κυματισμών στον παράκτιο χώρο Επίδραση της ρηχότητας και Διάθλαση Για τον υπολογισμό του ύψους κύματος σε ένα συγκεκριμένο βάθος d, κάτω από την επίδραση των φαινομένων της ρηχότητας, διάθλασης και θραύσης, στην περίπτωση πλάγιας πρόσπτωσης των κυματισμών σε ένα πεδίο με παράλληλες ισοβαθείς (Σχήμα 6.), ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία. 38

47 Υπολογίζεται καταρχάς το μήκος κύματος L i στο συγκεκριμένο βάθος d i επιλύνοντας την εξίσωση διασποράς (6.5): Li = Lotanh(kid i) (6.16) όπου L o το μήκος κύματος στα βαθιά νερά (σχέση 6.6). Η εξίσωση (9.16) επιλύεται απλά με μία προσεγγιστική μέθοδο. Η πρώτη προσέγγιση είναι συνήθως το L o, ενώ η επόμενες το αποτέλεσμα της επίλυσης της εξίσωσης. Η λύση συγκλίνει όταν δύο συνεχείς προσεγγίσεις διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους (π.χ μέτρα). Στη συνέχεια υπολογίζεται η γωνία πρόσπτωσης φ i στο βάθος d i από τη σχέση: L sinφ i = L i o sinφ o (6.17) όπου φ ο η γωνία πρόσπτωσης των κυματισμών στα βαθειά νερά. Κορυφές κυματισμών φ ο Γωνία πρόσπτωσης στα βαθειά νερά φ i Ισοβαθείς d i Ακτογραμμή Σχήμα 6.. Διάθλαση κυματισμών (παράλληλες ισοβαθείς) 39

48 Το ύψος κύματος H i στο βάθος d υπολογίζεται, από τη σχέση: nl cosφ H = k k H = H o o o i s R o o nl i i cosφi (6.18) με Η ο το ύψος του κύματος στα βαθιά νερά και n ο =0.5. Μετά τον υπολογισμό του ύψους κύματος H i γίνεται ο έλεγχος θραύσης. Ελέγχεται δηλ. σε κάθε σημείο i αν Η i >γd (ο δείκτης θραύσης γ υπολογίζεται από τη σχέση 6.6). Αν ισχύει η ανισότητα τότε τίθεται H i =γd, αν όχι τότε η τιμή του H i παραμένει η ίδια, όπως υπολογίστηκε από την (6.18). Λόγω της μη γραμμικής φύσης των κυματισμών μπορούμε να διορθώσουμε τον γραμμικό συντελεστή k s ώστε να συμπεριληφθεί η επίδραση της μη-γραμμικής θεωρίας: k s-nonlinear = k s d L o.8 H L o o 1. (6.19) ο οποίος αντικαθιστά τον k s στην σχέση Η νέα τιμή του H i είναι κατά κανόνα μεγαλύτερη από αυτή της γραμμικής θεωρίας αλλά είναι πιο κοντά στην μη γραμμική θεωρία αλλά και στην πραγματικότητα. Για οποιοδήποτε άλλα πεδία της παράκτιας περιοχής όπου οι ισοβαθείς δεν είναι παράλληλοι (πολύπλοκη βυθομετρία με υφάλους, περίθλαση ανακλάσεις από κατασκευές κλπ) χρησιμοποιείται το μοντέλο WAVE-L. 40

49 y Θ r Β A Ημιάπειρος βραχίονας x Κυματισμοί Σχήμα 6.3. Περίθλαση κύματος και συμβολισμοί. Περίθλαση Για την περίπτωση ημιαπείρου κυματοθραύστη η θεωρητική λύση του φαινομένου της περίθλασης των κυματισμών πίσω από τον κυματοθραύστη δίνεται στην εργασία των Penny και Price (1944) (Παρθενιάδης, 1985). Θεωρώντας γραμμικούς κυματισμούς απειροστού πλάτους που μεταδίδονται σε σταθερό βάθος d, η αναλυτική λύση για την συνάρτηση δυναμικού Φ δίνεται από: g coshk(d+z) Φ= η (x,y,t) i σ coshkd όπου (6.0) $ iσt η= η (x,y)e (6.1) και $ η το εύρος της ανύψωσης της ελεύθερης επιφάνειας η (συνάρτηση των x και y), σ=γωνιακή συχνότητα, σ=π/τ και k ο αριθμός κύματος, k=π/l (L το μήκος του κύματος και Τ η περίοδός του). Η αντικατάσταση των (6.0) και (6.1) στην εξίσωση Laplace ( Φ= 0 ) οδηγεί στην εξίσωση Helmholtz: 41

50 $ η+ k η= $ 0 (6.) Η επίλυση της (6.) οδηγεί στην παρακάτω τιμή του συντελεστή περίθλασης K d (που ορίζεται ως ο λόγος του ύψους του κύματος που περιθλάται προς το προσπίπτον): 4kr Θ Β 4kr Θ+ Β K d = I - sin e +I - sin e π π -ikrcos( Θ- Β) -ikrcos( Θ+ Β) (6.3) όπου Θ η γωνία πρόσπτωσης, Β η γωνία που σχηματίζεται από τον κυματοθραύστη και την ακτίνα από το άκρο του έως το σημείο Α στο οποίο υπολογίζεται το ύψος του κύματος από περίθλαση, r η απόσταση του σημείου Α από το άκρο του κυματοθραύστη (Σχήμα 6.3.) και: λ πλ 1+ i I( λ ) = e d λ (6.4) Η συνάρτηση Ι(λ) γράφεται με τη χρήση των ολοκληρωμάτων Fresnel C(λ) και S(λ): 1+ C( λ ) + S( λ) C( λ) S( λ) I( λ ) = + i (6.5) όπου: λ λ πλ πλ C( λ ) = cos dλ S( λ ) = sin dλ 0 0 4

51 Θραύση κυματισμών αναρρίχηση στην ακτή Κριτήριο Θραύσης Στα ρηχά νερά, κατά τη μετάδοσή του προς την ακτή, ο κυματισμός αυξάνει το ύψος του λόγω της επίδρασης της ρηχότητας (η μείωση του μήκους του οδηγεί στην αύξηση του ύψους του ώστε να διατηρηθεί η ισχύς σταθερή). Όταν όμως ο λόγος του ύψους Η προς το βάθος d ξεπεράσει μία οριακή τιμή ο κυματισμός θραύεται. Το κριτήριο θραύσης γράφεται: H b =ξ γ= (6.6) d b όπου Η b είναι το ύψος του κύματος στο σημείο θραύσης (που αποτελεί και τη μέγιστη δυνατή τιμή του) d b το βάθος του νερού στο σημείο θραύσης και ξ η παράμετρος Irribaren: tanθ ξ= (6.7) H L o o όπου tanθ η κλίση του πυθμένα και Η ο και L o το ύψος και το μήκος κύματος στα βαθιά νερά. 43

52 Σημείο θραύσης H b R d ζ (ΜΣΘ) Ζώνη θραύσης και αναρρίχησης Σχήμα 6.4. Επίδραση της ρηχότητας, θραύση κυματισμών και αναρρίχηση στην ακτή Το ύψος του κύματος στο σημείο θραύσης Η b υπολογίζεται από τη σχέση: όπου H o =H o k R. Hb 1 = H o Ho 3.3 L o 1/3 (6.8) Μετά τη θραύση ο κυματισμός μεταδίδεται ακολουθώντας προσεγγιστικά τη σχέση Η=γ(d+ζ), όπου ζ η ανύψωση της μέσης στάθμης θάλασσας που υπολογίζεται από τη σχέση (6.30). Η χρήση της εμπειρικής σχέσης (6.8) για την εκτίμηση του ύψους θραύσης H b απαιτεί τον υπολογισμό του ύψους κύματος H o =H o k R. O συντελεστής διάθλασης k R όμως, δεν μπορεί να υπολογιστεί αν δεν είναι γνωστό το βάθος θραύσης d b. Για το σκοπό αυτό 44

53 ακολουθούμε την παρακάτω προσεγγιστική διαδικασία: Υποθέσουμε ότι H o =H o (δηλαδή k R =1). Κατόπιν υπολογίζουμε το ύψος θραύσης H b από τη σχέση (6.8) και το βάθος θραύσης d b, από τη σχέση d b =H b /γ (όπου γ ο δείκτης θραύσης). Σε αυτό το βάθος υπολογίζουμε το νέο συντελεστή διάθλασης k R που οδηγεί σε νέο ύψος θραύσης H b. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου να συμπέσουν οι τιμές δύο διαδοχικών συντελεστών k R. Στο βάθος αυτό εύκολα υπολογίζεται και η γωνία πρόσπτωσης φ b από την (6.17). Αναρρίχηση στην ακτή Το μέγιστο ύψος R (Σχήμα 6.4) πάνω από τη στάθμη ηρεμίας της θάλασσας που αναρριχάται ένας κυματισμός δίνεται από την απλή σχέση του Hunt: R= Η b ξ για ξ<.3 R=.3 Η b για ξ.3 (6.9) Στην παραπάνω τιμή συμπεριλαμβάνεται και η μέγιστη ανύψωση της Μέσης Στάθμης Θάλασσας ζ max στη ζώνη αναρρίχησης (Σχήμα 6.4). Η Μέση Στάθμη Θάλασσας ζ μεταβάλλεται σύμφωνα με: 5 3 γhb ζ= γ 8 γ d (6.30) με ελάχιστη τιμή ζ min = (γh b ) κοντά στο σημείο θραύσης και μέγιστη ζ max =0.315 (γh b )στη ζώνη αναρρίχησης. 45

54 Τυχαίοι κυματισμοί - πρόγνωση κυματισμών Τυχαίοι κυματισμοί Αν κατά τη διάρκεια μιας θαλασσοταραχής καταγραφούν Ν κυματισμοί ύψους Η i τότε το μέσο τετραγωνικό ύψος H rms ορίζεται: H = rms N i=1 H N i (6.31) Το σημαντικό ύψος ορίζεται ως η μέση τιμή του ανωτέρω 33% των υψών κύματος που καταγράφονται και σχετίζεται με το H rms : H= H (6.3) s rms Αν παραδεχθούμε ότι η κατανομή που ακολουθούν τα Η i είναι κατανομή Rayleigh, τότε η πιθανότητα υπερβάσεως μιας τιμή Η είναι: H Hrms P( H)=e (6.33) Η μέση τιμή ύψους Η 1/10 του ανωτέρου 10% των Η i και η μέση τιμή ύψους Η % του ανωτέρου % δίνεται από: Η 1/10 =1.7 Η 1/3 Η % = 1.4 H s (6.34) 46

55 Μέθοδος JONSWAP πρόγνωσης κυματισμών Με τη μέθοδο αυτή και με δεδομένα το μήκος αναπτύγματος F και την ρυθμισμένη ταχύτητα του ανέμου U A μπορούμε να υπολογίσουμε το σημαντικό ύψος του ανεμογενούς κυματισμού H s στα βαθιά νερά. Κατά την εφαρμογή της μεθόδου JONSWAP ελέγχουμε καταρχάς εάν ισχύει η ανισότητα: gf U A (6.35) Εάν ισχύει η (9.35) τότε οι κυματισμοί έχουν πλήρη ανάπτυξη και εφαρμόζονται οι σχέσεις: H U g s = A 0.43 T g U p A = 8.13 (6.36) όπου H s το σημαντικό ύψος κύματος και T p η περίοδος κορυφής του φάσματος. Στην περίπτωση που δεν ισχύει η (6.35) ελέγχουμε εάν ισχύει η ανισότητα: gt U D A gf >68.8 UA Αν ισχύει η (6.37) έχουμε περιορισμό μήκους και θέτουμε: 0.66 (6.37) x=f Κατόπιν εφαρμόζονται οι παρακάτω σχέσεις για τον υπολογισμό του Η s T p : 47

56 H gx g = U s A UA 0.5 Tp gx g =0.86 UA U A 0.33 (6.38) Εάν δεν ισχύει η (6.37) (περιορισμός διάρκειας) τότε επιλύεται η (6.37) σαν ισότητα για τον υπολογισμό νέου F: U gt A D F= g 68.8U A 1.5 (6.39) κατόπιν θέτουμε x=f (από την 6.39) και εφαρμόζουμε πάλι τις σχέσεις (6.38). Απλοποιημένη προσέγγιση παράκτιας στερεομεταφοράς Για την εκτίμηση της στερεοπαροχής των φερτών υλών κατά μήκος των ακτών λόγω της ύπαρξης των κυματογενών ρευμάτων στη ζώνη θραύσης των κυματισμών χρησιμοποιείται πολύ συχνά η ημιεμπειρική σχέση που προτείνεται από το Shore Protection Manual (US Army Corps of Engineers, CERC): ρg 3 Qt = 190 Hsb cgb sinφb m /yr 16 ( ) (6.43) όπου Q t η συνολική στερεοπαροχή στη ζώνη θραύσης, H sb το σημαντικό ύψος, c gb η ταχύτητα ομάδας και φ b η γωνία πρόσπτωσης στο σημείο θραύσης. Η εφαρμογή της (6.43) είναι μία απλή αντικατάσταση των κυματικών χαρακτηριστικών στο σημείο θραύσης. Ωστόσο, συνήθως, είναι γνωστές μόνο οι τιμές του σημαντικού ύψους H s στα βαθιά νερά (H s =H o ) και της περιόδου κορυφής του φάσματος T p. Με αυτά 48

57 τα στοιχεία θα πρέπει να υπολογιστεί το ύψος H sb στο σημείο θραύσης, το βάθος θραύσης d b και η γωνία πρόσπτωσης φ b. Η μεθοδολογία περιγράφεται στην παράγραφο (6.1.3) θέτοντας H b = H sb. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Το κεφ.6.1 αποτελεί αυτούσιο μέρος των σημειώσεων «ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΚΥΜΑΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ & ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ», του Θεοφάνη Β. Καραμπά, Δρ. Πολιτικό Μηχ/κό. Πρόγνωση κυματισμών με την μέθοδο JONSWAP. Με την μέθοδο JONSWAP και με δεδομένα το μήκος αναπτύγματος F και την ρυθμισμένη ταχύτητα του ανέμου U A μπορούμε να υπολογίσουμε το σημαντικό ύψος του ανεμογενούς κυματισμού H S στα βαθιά νερά. Έχοντας στοιχεία που αφορούν την ένταση και την συχνότητα των ανέμων από το φάρο του Μεγάλου Εμβόλου που βρίσκεται στον Νομό Θεσσαλονίκης, υπολογίζουμε αρχικά την ρυθμισμένη ταχύτητα του ανέμου U A από τον τύπο: 1,3 U A = 0,71 U (m/sec) για τους Μέτριους, Ισχυρούς και Ορμητικούς ανέμους. Πίνακας 4: ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΑΡΟΥ Μ. ΕΜΒΟΛΟΥ (ΠΟΣΟΣΤΑ % ΑΝΕΜΩΝ) N NE E SE S SW W NW C Ασθενείς (A) 6,64 4, 0,88 6,11 7,18 1,88 3,40 10,77 1,74 Μέτριοι (M) 9,91 1,58 0,90 5,30 6,10 1,55,84 6,6 Ισχυροί (I) 3,66 0,15 0,16 0,44 0,55 0,8 0,54 1,17 Ορμητικοί (O),76 0,04 0,06 0,1 0,19 0,44 0,55 0,67 Άθροισμα,97 5,97,00 11,97 14,0 4,15 7,33 18,87 Πίνακας 5: ΕΝΤΑΣΗ ΑΝΕΜΟΥ U (m/s) ΡΥΘΜΙΣΜΕΝΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ U A (m/s) Ένταση Ανέμου BF U (m/s) U A (m/s) Μέτριος (M) ,78 Ισχυρός (I) ,85 Ορμητικός (O) >8 31,80 49

58 ΡΟΔΟ ΑΝΕΜΟΥ (Στοιχεία φάρου Μ. Εμβόλου) N 1 NW 10 8 NE 6 W 4 0 E Ασθενείς (A) Μέτριοι (M) Ισχυροί (I) Ορμητικοί (O) SW SE S Έπειτα, θεωρώντας ότι οι άνεμοι που συμμετέχουν στην αλλαγή της μορφολογίας της Παραλίας Κατερίνης σύμφωνα με την μορφολογία της ευρύτερης περιοχής είναι οι άνεμοι που πνέουν από την πλευρά της θάλασσας, δηλαδή, οι Βόρειοι - Ανατολικοί, οι Νότιοι-Ανατολικοί και οι Νότιοι, υπολογίσαμε για τον κάθε άνεμο το μήκος αναπτύγματος F. Στους υπολογισμούς δεν συμμετείχε ο Ανατολικός άνεμος γιατί είναι μόλις το % όλων των ανέμων που πνέουν στην περιοχή και μάλιστα αυτό το ποσοστό αφορά και τις τέσσερις κατηγορίες έντασης του, σύμφωνα με τον πίνακα 5 που το μεγαλύτερο ποσοστό (0,88%) αφορά ασθενή ένταση άνεμο και γι αυτό η συμμετοχή του στην αλλαγή της μορφολογίας της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης κρίθηκε αμελητέα. Το πλάτος της περιοχής ανάπτυξης επιδρά γενικά στο εύρος του κυματισμού. Στα ανοιχτά όπου το πλάτος είναι απεριόριστο το εύρος εξαρτάται μόνο από το μήκος F. Σε μια παράκτια όμως περιοχή περιοριζόμενη από όρια ακτών το περιορισμένο πλάτος επιδρά στο μήκος F έτσι ώστε στους υπολογισμούς να λαμβάνεται υπ όψη τροποποιημένη τιμή F που υπολογίζεται ως εξής: Δεδομένου ότι η επίδραση του ανέμου στην επιφάνεια γίνεται μέσα σε ένα τομέα γωνίας 90 ο συμμετρικά στην κατεύθυνση διαδόσεώς του, χαράζεται μια δέσμη ακτίνων 50

59 με κέντρο το σημείο μελέτης και γωνία μεταβαλλόμενη από 45 ο ως 45 ο όπως φαίνεται στα σχήματα που ακολουθούν. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΗΚΟΥΣ ΑΝΑΠΤΥΓΜΑΤΟΣ=F ΓΙΑ ΤΟΝ ΒΟΡΕΙΟ ΑΝΑΤΟΛΙΚΟ ΑΝΕΜΟ 51

60 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΗΚΟΥΣ ΑΝΑΠΤΥΓΜΑΤΟΣ=F ΓΙΑ ΤΟΝ ΝΟΤΙΟ ΑΝΑΤΟΛΙΚΟ ΑΝΕΜΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΗΚΟΥΣ ΑΝΑΠΤΥΓΜΑΤΟΣ=F ΓΙΑ ΤΟΝ ΝΟΤΙΟ ΑΝΕΜΟ 5

61 Με την προϋπόθεση ότι η ενέργεια που μεταφέρεται από τον άνεμο στο νερό είναι ανάλογη του συνημιτόνου της γωνίας ως προς την κατεύθυνση του ανέμου υπολογίζεται ο λόγος: F = Fi i i (cosa ) cosa που αποτελεί και το αποτελεσματικό μήκος αναπτύξεως. Η διάρκεια πνοής του ανέμου t D θεωρήθηκε ότι ήταν ίση με 6h. Έχοντας υπολογίσει τα μήκη ανάπτυξης, σύμφωνα με την μεθοδολογία που περιγράφεται στη παράγραφο 6.1.4, υπολογίστηκαν το H s (το σημαντικό ύψος κύματος) και το T p (η περίοδος κορυφής του φάσματος). i i 53

62

63 Πίνακας 7: ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ F, H S, T P ΓΙΑ ΒΟΡΕΙΟ-ΑΝΑΤΟΛΙΚΟ ΑΝΕΜΟ (ΝΕ) Βόρειο Ανατολικός Άνεμος (ΝΕ) Ένταση Ανέμου g F D UA F 800 x=f U 68,8 A U A 0, 66 g t g F U A 0,5 H S g x Tp g x g = 0, 0016 Hs U A U g = 0,86 T p A U A U A 0,33 M 7, ,9 < 7.35, ,01 > ,71 3,80 I 19, ,6 < , ,69 > ,80 5, O 31, ,58 < 6.663, ,49 > ,88 6,13 Όπου F: φ cosφ F (km) F*cosφ 0 0,94 7,05 6, ,98 5,96 5, ,99 8, ,98 33,4 3,75 0 0,94 54,34 51, ,87 140, 11, ,77 16,41 15,06 Άθροισμα 6,48 37,3 άρα F'=04,8/6,48=>F'=31,50km=31.500m όπου:td=6h=1600sec

64 Πίνακας 8: ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ F, H S, T P ΓΙΑ ΝΟΤΙΟ-ΑΝΑΤΟΛΙΚΟ ΑΝΕΜΟ (SΕ) Νότιος Ανατολικός Άνεμος (SE) Ένταση Ανέμου g F UA F 800 D x=f U A g t U A g F 68,8 U A 0,66 H S g x Tp g x g = 0, 0016 Hs U A U g = 0,86 T p A U A U A M 7, ,41 < 7.35, ,67 < ,9 4,51 I 19, ,99 < , ,78 > 8.700,9 7,18 O 31, ,7 < 6.663, ,0 > ,67 8,4 0,5 0,33 Όπου F: φ cosφ F (km) F*cosφ 40 0,77 30,96 3, ,87 46,8 40,6 0 0,94 93,4 87, ,98 14,55 14, ,31 159, ,98 179,03 175,45 0 0,94 73,17 68, ,87 63,41 55, ,77 60,81 46,8 Άθροισμα 8,1 671,71 άρα F'=671,71/8,1=>F'=8,70km=8.700m όπου:td=6h=1600sec 56

65 Πίνακας 9: ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ F, H S, T P ΓΙΑ ΝΟΤΙΟ ΑΝΕΜΟ (S) Νότιος Άνεμος (S) Ένταση Ανέμου g F UA F 800 D x=f U A g t U A g F 68,8 U A 0,66 0,5 H S g x Tp g = Hs U A U g x 0, 0016 g = 0,86 Tp A U A U A 0,33 M 7, ,80 < 7.35, ,56 < ,9 4,51 I 19, ,1 < , ,96 > ,61 6,66 O 31, ,6 < 6.663, ,37 > ,17 7,8 Όπου F: φ cosφ F (km) F*cosφ 10 0,98 5,96 5, ,99 8, ,98 33,4 3,75 0 0,94 54,34 51, ,87 140, 11, ,77 16,41 15,06 Άθροισμα 5,54 365,69 άρα F'=365,69/5,54=>F'=66km=66.000m όπου:td=6h=1600sec 57

66 Υπολογισμός της συνολικής στερεοπαροχής στη ζώνη θραύσης. Σύμφωνα με την παράγραφο η εφαρμογή της (6.43) είναι μια απλή αντικατάσταση των κυματικών χαρακτηριστικών στο σημείο θραύσης. Έχοντας γνωστές μόνο τις τιμές του σημαντικού ύψους H s στα βαθιά νερά (H s = H ο ) και της περιόδου κορυφής του φάσματος T p, πρέπει να υπολογίσουμε το ύψος H sb στο σημείο θραύσης, το βάθος θραύσης d b και την γωνία πρόσπτωσης φ b. Η μεθοδολογία περιγράφεται στην παράγραφο (9.1.3) θέτοντας H b = H sb. Πίνακας 10: ΤΙΜΕΣ H S KAI T P ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΑΝΕΜΟ ΑΝΑ ΕΝΤΑΣΗ ΑΝΕΜΟΥ. Ηs/Tp NE SE S Μ (Μέτριος) 0,71/3,80 0,75/4,51 0,99/4,51 Ι (Ισχυρός) 1,80/5,,8/7,18,66/6,66 Ο (Ορμητικός),81/6,13 3,53/8,4 4,17/7,8 Οι αναλυτικοί υπολογισμοί του ύψους H sb στο σημείο θραύσης, του βάθους θραύσης d b και της γωνίας πρόσπτωσης φ b για κάθε άνεμο ανάλογα με την ένταση του, βρίσκονται στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: H sb, d b, φ b. Στον Πίνακα 11 φαίνονται οι τιμές H sb, d b, φb όπως προέκυψαν από τους υπολογισμούς. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΑΝΕΜΩΝ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΠΡΟΣΗΜΟΥ ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑΣ

67 Πίνακας 11: ΣΥΝΟΠΤΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΦΕΡΤΩΝ ΥΛΩΝ ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ ΣΤΗΝ ΑΚΤΗ. Α/A ΑΝΕΜΟΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ (f) Η sb d b (m) (m) C gb θ b= Φ b Q Πρόσημο (m3/έτος) 1 Βόρειοι 1,58% 0,7 0,84,87 13 ο (-) Ανατολικοί Μέτριοι Βόρειοι 0,15% 1,8,18 4,6 15 ο (-) Ανατολικοί Ισχυροί 3 Βόρειοι 0,04%,81 3,9 5,68 13 ο (-) Ανατολικοί Ορμητικοί 4 Νότιοι 5,30% 0,75 1 3,13 3 ο (+) Ανατολικοί Μέτριοι 5 Νότιοι 0,44%,8,64 5,09 4 ο (+) Ανατολικοί Ισχυροί 6 Νότιοι 0,1% 3,53 4,16 6,39 4 ο (+) Ανατολικοί Ορμητικοί 7 Νότιοι 6,10% 0,99 1,17 3,39 8 ο (+) Μέτριοι 8 Νότιοι 0,55%,66 3,17 5,58 9 ο (+) Ισχυροί 9 Νότιοι Ορμητικοί 0,19% 4,17 5,05 7,04 9 ο (+) συνεισφοράς Όπου Q t : ρ g Q t =f*190* 16 * H sb *C gb *sinθ b (m 3 /έτος) Συνολική στερεοπαροχή στη ζώνη θραύσης: Q t =30.06 (m 3 /έτος) 59

68 Συμπεράσματα Από τα παραπάνω διαπιστώσαμε ότι η συνολική στερεοπαροχή στη ζώνη θραύσης στην Παραλία Κατερίνης είναι μ 3 /έτος. Το θετικό πρόσημο σημαίνει ότι έχουμε περίσσευμα, δηλαδή, προβλέπεται πρόσχωση της ακτής, η οποία οφείλεται στους Νότιο - Ανατολικούς και Νότιους Ανέμους, δηλαδή σε καθαρά φυσικούς παράγοντες. Αυτό που δεν έχουμε λάβει υπόψη στους υπολογισμούς είναι οι κατασκευές που υπάρχουν κατά μήκος της ακτογραμμής (οι βραχίονες και το αλιευτικό καταφύγιο), οι οποίες συμμετέχουν ενεργά στην διαμόρφωση της στερεομεταφοράς στην παραλία, δηλαδή, δεν λάβαμε υπόψη τις ανθρωπογενείς επιδράσεις στην εκτίμηση της στερεοπαροχής των φερτών υλικών κατά μήκος των ακτών λόγω της ύπαρξης των κυματογενών ρευμάτων στη ζώνη θραύσης των κυματισμών. Επίσης, ο υπολογισμός της συνολικής στερεοπαροχής στη ζώνη θραύσης Q t έγινε από την ημιεμπειρική σχέση (6.43), η οποία προέκυψε από συστηματικές έρευνες στις ακτές των ΗΠΑ και της Δυτικής και Βόρειας Ευρώπης (Β. Θάλασσα και Βαλτική), δηλαδή, αφορά θάλασσες στις οποίες επικρατούν διαφορετικές κυματικές συνθήκες σε σχέση με αυτές της Μεσογείου και οδηγούν σε εκτιμήσεις της ολικής παροχής φερτών με ακρίβεια 50%. 60

69 Μορφολογία ακτών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ Εξέλιξη ακτογραμμής με συνεκτίμηση της εγκάρσιας στερεομεταφοράς Εξισώσεις Οι δισδιάστατη εξίσωση μπορεί, κάτω από παροδοχές, να μετατραπεί σε μονοδιάστατη μορφή. Η νέα αυτή μορφή, που είναι γνωστή σαν μοντέλο μίας γραμμής, είναι πολύ πιο απλή στη εφαρμογή της και χρησιμοποιείται σε πολλά προβλήματα της πράξης για την εκτίμηση της εξέλιξης της ακτογραμμής μετά την κατασκευή παράκτιων τεχνικών έργων. Ας ορίσουμε τη συνολική στερεοπαροχή της παράκτιας ζώνης Q t (παράλληλα στην ακτή) και το μέσο βάθος d από: x s x 1 s Q t = q tydx d = d dx x 0 s 0 (7.1) όπου ο άξονας x θεωρείται κάθετα στην ακτή και ο y παράλληλα σε αυτή (Σχήμα 10.1), x s είναι το πλάτος της παράκτιας ζώνης (βαθύτερα της οποίας δεν πραγματοποιείται μεταφορά φερτών τόσο εγκάρσια όσο και παράλληλα στην ακτή) και q ty η στερεοπαροχή παράλληλα στην ακτή. Ολοκληρώνοντας τη σχέση (7.1) ως προς το πλάτος της παράκτιας ζώνης από το εξωτερικό της όριο (x=0) έως την ακτογραμμή (x=x s ), χρησιμοποιώντας τον κανόνα του Leibnitz καταλήγουμε στην: ( x d) s t 1 Q t = q (1 p) y x s (x s ) y Ο τελευταίος όρος της (7.) αντιπροσωπεύει την εγκάρσια στην ακτή στερεομεταφορά, στο σημείο της ακτογραμμής. Ωστόσο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την προσομοίωση της επίδρασης της στερεομεταφοράς που εισέρχεται στην ακτή από ποτάμια και χείμαρρους, αλλά και την προσομοίωση του όγκου της άμμου που προστίθεται σε μία ακτή, π.χ. όταν γίνεται η τεχνητή ανάπλασή της. 61 ty + q tx (x s ) (7.) όπου υποθέσαμε ότι ισχύουν οι παρακάτω συνθήκες: d=0 στην ακτογραμμή (x=x s ) και οι στερεοπαροχές στο εξωτερικό όριο είναι μηδενικές, q tx (x=0)=0, q ty (x=0)=0. Η πλέον εύχρηστη μορφή της σχέσης (7.) προκύπτει από την περαιτέρω απλοποίηση ότι και οι στερεοπαροχές στην ακτογραμμή είναι μηδενικές, q tx (x=x s )=0, q ty (x=x s )=0.

70 Περιλαμβάνοντας μόνο αυτόν το όρο η σχέση (10.) μπορεί να απλοποιηθεί σε: ( x s d) 1 Q t = + q tx (x s ) t (1 p) y (7.3) Το μέσο βάθος d λαμβάνεται συνήθως σταθερό, της τάξεως του.5d b, όπου d b το βάθος του νερού στο σημείο θραύσης. Η σχέση (7.3) μπορεί να εξαχθεί και πιο απλά, θεωρώντας το Σχήμα 7.1: η διαφορά των στερεοπαροχών Q t ανάμεσα σε δύο τομές κάθετες στην ακτή, συνεπάγεται τη χρονική μεταβολή της ακτογραμμής. Αν δηλαδή, στον όγκο ελέγχου (ανάμεσα στις τομές i και i+1) εισέρχεται μεγαλύτερη ποσότητα φερτών υλών από ότι εξέρχεται (Q ti >Q ti+1 ), τότε η ποσότητα ΔQ=Q ti -Q ti+1 (διαφορά των στερεοπαροχών) θα παραμείνει στον όγκο ελέγχου αυξάνοντας το πλάτος της ακτής. Επιπλέον θα πρέπει να προστεθεί και η ποσότητα q tx που δηλώνει την εγκάρσια είσοδο/έξοδο στερεοπαροχής. Η συνολική στερεοπαροχή στη ζώνη θραύσης Q t δίνεται από: Q t =Q tmax sin(φ b - dx s dy ) (7.4) όπου φ b είναι η γωνία στο σημείο θραύσης και Q tmax είναι η μέγιστη τιμή της συνολικής στερεοπαροχής που υπολογίζεται από την σχέση : ρg 3 Qtmax = 190 Hb cgb m /yr 16 ( ) (7.5) όπου H b το σημαντικό ύψος και c gb η ταχύτητα ομάδας στο σημείο θραύσης. x ακτή q ty (x s ) x s Q ti Q t i+1 i i+1 Δx y Σχήμα 7.1. Συνολική στερεοπαροχή παράλληλα στην ακτή και εξέλιξη ακτογραμμής. 6

71 Είναι φανερό ότι όταν η κλίση της ακτογραμμής πλησιάζει την τιμή της γωνίας θραύσης φ b τότε η στερεοπαροχή Q t τείνει στο μηδέν και η ακτή βρίσκεται σε μία κατάσταση ισορροπίας, έχοντας προσανατολιστεί κάθετα στην κατεύθυνση μετάδοσης των κυματισμών. Βραχυχρόνιες προβλέψεις και εγκάρσια στερεομεταφορά Στην περίπτωση που επιθυμούμε βραχυχρόνιες προβλέψεις για την προσομοίωση της μεταβολής της ακτογραμμής στη διάρκεια ενός έτους όπου το χειμώνα στις έντονες κυματικές συνθήκες παρατηρείται διάβρωση και στις ήπιες καλοκαιρινές πρόσχωση, εφαρμόζεται η σχέση (7.3). Ο τελευταίος όρος της σχέσης, q tx (x=x s ), προσομοιώνει τις μικρής κλίμακας μεταβολές εγκάρσια στην ακτή. Η εγκάρσια στην ακτή στερεομεταφορά στο σημείο της ακτογραμμής q tx (x=x s ) υπολογίζεται από την σχέση του Sunamura: q tx (x s )=K U r 0. Φ(Φ-0.13 U r ) w f d 50 (7.6) όπου U r είναι η παράμετρος Ursell, U r =g H sl T /h sl, όπου H sl είναι το ύψος του κύματος και h sl το συνολικό βάθος κοντά στην ακτογραμμή, Φ =H sl /(Δ h sl d 50 ), όπου Δ η σχετική πυκνότητα των φερτών, Δ=(ρ s -ρ)/ρ, d 50 είναι η μέση διάμετρος των κόκκων και w f η ταχύτητα καθίζησης. Το συνολικό βάθος h sl και το ύψος του κύματος H sl κοντά στην ακτογραμμή δίνονται από: h sl =(1.63 tanθ+0.048) H b όπου tanθ η κλίση του πυθμένα. H sl =.4(tanθ) 0. h sl (7.7) Ο συντελεστής Κ υπολογίζεται από την εμπειρική σχέση: -B t/t K=A e A= (d 50 /H o ) B= (tanθ) 1.57 (7.8) όπου t είναι ο χρόνος, Τ η περίοδος του κυματισμού, H o το ύψος κύματος στα βαθειά νερά και tanθ η κλίση του πυθμένα. Η παράμετρος Φ αντιπροσωπεύει την ένταση της κυματικής κίνησης που σχετίζεται άμεσα με τον τρόπο μεταφοράς φερτών (φορτίο πυθμένα, φορτίο σε αιώρηση). Η παράμετρος Ursell (U r ) αποτελεί ένδειξη της μη γραμμικότητας των κυματισμών που σχετίζεται με την ασυμμετρία τους. Οι δύο αυτοί παράμετροι καθορίζουν και τη φορά της εγκάρσιας στερεομεταφοράς στην ακτογραμμή ενώ βρίσκονται και σε συμφωνία με τη σχέση Sunamura-Horikawa (Κουτίτας 1994, σχέση 7.9). Όταν Φ<0.13U r η στερεομεταφορά έχει κατεύθυνση προς την ακτή και συνεπάγεται πρόσχωση ακτής κατά dx s (Σχήμα 7.) ενώ όταν Φ>0.13U r η χρονικά μέση εγκάρσια στερεομεταφορά q tx (x=x s ) έχει κατεύθυνση προς τα ανοιχτά και συνεπάγεται διάβρωση της ακτής κατά 63

72 dx s (Σχήμα 7.3). Στην πραγματικότητα η εγκάρσια στερεομεταφορά κατά τη διάρκεια ενός κυματικού επεισοδίου μεταβάλει την βυθομετρία, άρα και την υφιστάμενη κλίση πυθμένα tanθ, ώστε η τελευταία να τείνει σε μία κλίση ισορροπίας tanθ eq που εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του υλικού του πυθμένα και του κυματισμού και είναι χαρακτηριστική κάθε κυματικού επεισοδίου. Για να επέλθει αυτή η ισορροπία συντελείται ανάλογα με την περίπτωση διάβρωση ή πρόσχωση έως ότου tanθ =tanθ eq (Σχήματα 7. και 7.3). dx s Προφίλ ισορροπίας κλίση=tanθ eq Αρχικό προφίλ Τελικό προφίλ Σχήμα 7.. Θερινό προφίλ πρόσχωση (κυματισμοί μικρής καμπυλότητας). dx s Προφίλ ισορροπίας κλίση=tanθ eq Αρχικό προφίλ Τελικό προφίλ Σχήμα 7.3. Χειμερινό προφίλ διάβρωση (κυματισμοί μεγάλης καμπυλότητας). Τα παραπάνω σχετίζονται γενικά με τις μεταβολές της θέσης της ακτογραμμής στη διάρκεια ενός έτους ως εξής: στη διάρκεια του χειμώνα επικρατούν έντονοι κυματισμοί με μεγάλα ύψη κύματος και μικρές περιόδους που διαβρώνουν την ακτή, ενώ αντίθετα κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού οι ήπιες κυματικές συνθήκες οδηγούν σε πρόσχωση της ακτής (Σχήμα 7.4.). Το μέσο αποτέλεσμα στη διάρκεια ενός έτους είναι η επαλληλία των δύο αυτών καταστάσεων. Ωστόσο η παραπάνω προσομοίωση της εξέλιξης της 64

73 ακτογραμμής απαιτεί τη γνώση της χρονοσειράς των υψών Η b κατά τη διάρκεια ενός έτους. x s t ένα έτος Διάβρωση (χειμώνας) Μέση ετήσια μεταβολή ακτογραμμής dx s Βραχυχρόνια μεταβολή ακτογραμμής x s Πρόσχωση (καλοκαίρι) Σχήμα 7.4. Βραχυχρόνια και μέση ετήσια μεταβολή ακτογραμμής. t Μακροχρόνιες προβλέψεις Σε πολλές περιπτώσεις η μέση ετήσια μεταβολή (δηλ. η επαλληλία της πρόσχωσης και της διάβρωσης) λόγω της εγκάρσιας στερεομεταφοράς είναι αμελητέα και για αυτό μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για μακροχρόνιες προβλέψεις την εξίσωση (7.3) χωρίς τον όρο της εγκάρσιας στερεομεταφοράς. Εξαίρεση αποτελούν δύο περιπτώσεις: 1. Η περίπτωση επέμβασης του ανθρώπου με την τεχνητή τροφοδότηση της ακτής, διαμορφώνοντας μία κλίση πυθμένα tanθ που μπορεί να είναι διαφορετική από την κλίση ισορροπίας tanθ eq οπότε οι κυματισμοί επαναφέρουν την ισορροπία διαβρώνοντας ή προσχώνοντας ανάλογα.. Η περίπτωση να καταλήγει κάποιο υδατόρεμα που μεταφέρει ιζήματα που επηρεάζουν την εξέλιξη της ακτογραμμής. Η μεθοδολογία που ακολουθείται για την μακροχρόνια πρόβλεψη της εξέλιξης της ακτογραμμής (της τάξεως του έτους και μεγαλύτερη) είναι η ακόλουθη: Για κάθε γωνία πρόσπτωσης των διαφόρων κυματικών καταστάσεων (για μέτριους, ισχυρούς και ορμητικούς ανέμους) που επικρατούν στην περιοχή υπολογίζεται η ισοδύναμη τιμή του ύψους H e στα βαθειά νερά από τη σχέση: H T = e ΣH i Ti f Σf i i (7.9) 65

74 όπου ο δείκτης i δηλώνει την κυματική κατάσταση (μέτριος, ισχυρός και ορμητικός άνεμος), Τ είναι η ισοδύναμη περίοδος που επιλέχθηκε και H i, f i είναι το ύψος θραύσης και η συχνότητα εμφάνισης κάθε κατάστασης. Για παράδειγμα έστω ότι σε μία ακτή με προσανατολισμό Ανατολή-Δύση επικρατούν Νότιοι (Ν), Νοτιο-Ανατολικοί (ΝΑ) και Νοτιο-Δυτικοί (ΝΔ) άνεμοι. Κατά τη διεύθυνση Ν οι μέτριοι άνεμοι είναι συχνότητας 15%, οι ισχυροί 8% και οι ορμητικοί 5% με αντίστοιχα ύψη κύματος H i, 0.3, 0.6 και 1.0 m και περιόδους T i,., 3, 3.3 sec. Εφαρμόζοντας τη σχέση (7.9) και υιοθετόντας σαν ισοδύναμη περίοδο την Τ=3 sec, καταλήγουμε στο ισοδύναμο ύψος κύματος H e =για τη Νότια διεύθυνση, H e Τ=( )/( ) και H e = 0.58 m. Η ίδια διαδικασία συνεχίζεται και για τις δύο άλλες διευθύνσεις, τη ΝΑ και τη ΝΔ. Κατόπιν υπολογίζονται τα ύψη κύματος στο σημείο θραύσης H b καθώς και οι γωνίες πρόσπτωσης a b για τις τρεις διευθύνσεις και εφαρμόζεται η εξίσωση (7.3) και για τις τρεις διευθύνσεις για χρονική διάρκεια ανάλογη με τη συχνότητα εμφάνισής τους (π.χ 8% του έτους για τη Νότια διεύθυνση). Η τελική ακτογραμμή θα είναι η επαλληλία των ακτογραμμών των τριών καταστάσεων. Αριθμητικό σχήμα και οριακές συνθήκες Στο σημείο iδx και στο χρόνο nδt (όπου Δx και Δt το χρονικό και χωρικό βήμα διακριτοποίησης) οι μερικές παράγωγοι της εξίσωσης (7.3) προσεγγίζονται ως εξής (Σχήμα 7.1): n+1 n n n xs x i si 1 Qt Q i+1 ti n = + q tx (x s ) i Δt (1 p)d i Δy (7.10) Για την προσομοίωση της επίδρασης των παράκτιων τεχνικών έργων στην εξέλιξη της ακτογραμμής αλλά και των γειτονικών ακτών, συνήθως εισάγουμε τις παρακάτω τρεις οριακές συνθήκες: α. Ύπαρξη αδιαπέραστου προβόλου (groin ή βραχίονας λιμένα). Στην περίπτωση αυτή θεωρούμε ότι η κατασκευή κάθετα σε μια ακτή δεν επιτρέπει την μεταφορά άμμου κατάντι αυτής και άρα: Q t =0 (7.11) β. Διαπερατός πρόβολος (βυθισμένος ή μικρού μήκος) Όταν ένα μόνο μέρος της στερεομεταφοράς διέρχεται κατάντι του προβόλου τότε: Q t =γ α Q t0 (7.1) 66

75 όπου Q t0 η στερεομεταφορά που υπολογίστηκε αγνοώντας την παρουσία του προβόλου και γ α ένας συντελεστής (0<γ α <1) που ορίζει το ποσοστό της στερεομεταφοράς που διέρχεται. γ. Ακτή σε ισορροπία Εάν διαπιστωθεί ότι η ακτογραμμή της περιοχής που μελετάται δεν μεταβάλλεται σημαντικά σε ένα σχετικά μακρύ χρονικό διάστημα, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, δηλαδή από τα όρια του υπολογιστικού πεδίου εισέρχεται (ή/και εξέρχεται) συγκεκριμένη στερεοπαροχή: Q bt = Q b±1 (7.13) όπου Q bt και Q bt±1 είναι οι στερεοπαροχές στο όριο και στο γειτονικό του σημείο του υπολογιστικού σημείου. Λογισμικό Το πρόγραμμα 1LINE.FOR υπολογίζει την εξέλιξη της ακτογραμμής βασιζόμενο στην αριθμητική επίλυση της εξίσωσης (7.3) με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Η συνολική στερεοπαροχή εκτιμάται από την σχέση (7.5). Πρόγραμμα εξέλιξης ακτογραμμής 1LINE.FOR Δεδομένα: Χωρικό και χρονικό βήμα διακριτοποίησης, dx,dt Πλήθος κόμβων διακριτοποίησης πεδίου, im Συνολικός χρόνος tend Συντελεστής a (σταθερά της σχέσης 1.5) Μέσο βάθος hh ( d ) Δείκτης θραύσης gamma (γ) (αρχείο ILDATA.DAT) Το αρχείο ILDATA.DAT είναι ένα μητρώο με διαστάσεις 5xΙΜ. ΙΜ=πλήθος κόμβων διακριτοποίησης του πεδίου Σε κάθε σειρά γράφονται για κάθε σημείο του πεδίου: Η αρχική θέση ακτογραμμής x s, το ύψος θραύσης H b, η γωνία θραύσης a b και η εγκάρσια στην ακτή στερεομεταφορά στο σημείο της ακτογραμμής q tx (x s ) Αποτελέσματα: (στο αρχείο LINE.DAT) Απόσταση y, τελική θέση ακτογραμμής x s Ένα παράδειγμα εφαρμογής του μοντέλου αποτελούν τα δεδομένα που ήδη υπάρχουν στο πρόγραμμα 1LINE.FOR: 67

76 dt=1000 sec, dx=00m im=38, tend= secs, a=0.05, hh= d = 4m, gamma= γ=0.8, istr=11 Τα κυματικά χαρακτηριστικά βρίσκονται στο αρχείο ΙLDATA.DAT. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Σχήμα 7.5. Σχήμα 7.5. Εξέλιξη ακτογραμμής μετά από επίδραση των κυματισμών για χρονικό διάστημα tend= secs. 0 Αρχική ακτογραμ μ ή Τελική ακτογραμ μ ή X(m) Κατεύθυνση κυματισμών y (m) 0 68

77 Αρχείο δεδομένων ILDATA.DAT x s H b φ b q(x s ) ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Το κεφ.7.1 αποτελεί αυτούσιο μέρος των σημειώσεων «ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΚΥΜΑΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ & ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ», του Θεοφάνη Β. Καραμπά, Δρ. Πολιτικό Μηχ/κό. 69

78 Μακροχρόνια πρόβλεψη της εξέλιξης της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την μακροχρόνια πρόβλεψη της εξέλιξης της ακτογραμμής (της τάξεως του έτους) είναι η ακόλουθη: Για κάθε γωνία πρόσπτωσης των διαφόρων κυματικών καταστάσεων (για μέτριους, ισχυρούς και ορμητικούς ανέμους) που επικρατούν στην περιοχή υπολογίζεται η ισοδύναμη τιμή του ύψους H e στα βαθιά νερά από τη σχέση: H T = e ΣH i Ti f Σf i i (7.9) όπου ο δείκτης i δηλώνει την κυματική κατάσταση (μέτριος, ισχυρός και ορμητικός άνεμος), Τ είναι η ισοδύναμη περίοδος που επιλέχθηκε και H i, f i είναι το ύψος θραύσης και η συχνότητα εμφάνισης κάθε κατάστασης. Αναλυτικά έχουμε : H T = e H mtmf f m m + H otof f o o H I TIf + f I I 1)Για τους Βόρειο Ανατολικούς Ανέμους: Α/A ΑΝΕΜΟΙ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Η ΠΕΡΙΟΔΟΣ Τ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ (f) (m) (sec) 1 Βόρειοι Ανατολικοί 0,7 3,80 1,58% Μέτριοι Βόρειοι Ανατολικοί 1,80 5, 0,15% Ισχυροί 3 Βόρειοι Ανατολικοί Ορμητικοί,81 6,13 0,04% Εφαρμόζοντας τη σχέση (7.9) και υιοθετώντας σαν ισοδύναμη περίοδο την Τ=5 sec, καταλήγουμε στο ισοδύναμο ύψος κύματος H e, 0,7 3,80 0,0158 1,80 5, 0,0015,81 6,13 0,0004 He 5 = + + 0,0158 0,0015 0,0004 και H e = 0.93 m. 70

79 Υπολογισμός του ύψους κύματος στο σημείο θραύσης H b. Οι Βόρειοι Ανατολικοί Άνεμοι προκαλούν κυματισμούς με χαρακτηριστικές τιμές (στα βαθιά νερά) Ηe=,88m και Τ=5sec. Για να βρούμε το εύρος H b και το βάθος d b θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τα νομογραφήματα σχ. (3.16) και (3.17) του βιβλίου «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη Η χρήση τους όμως απαιτεί την γνώση της τιμής Ηο άρα και του συντελεστή διάθλασης k R αφού Ηο =Ηο k R. Βέβαια, για την εύρεση του k R θα πρέπει να γνωρίζουμε το βάθος θραύσης d b (το οποίο και ζητάμε). Έτσι, υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται σε κάποιο βάθος d b και κατόπιν με τη χρήση των νομογραφημάτων της θραύσης βρίσκουμε ένα νέο βάθος θραύσης d b. Αν τα d b και d b δεν συμπίπτουν δεχόμαστε σαν βάθος θραύσης το d b και επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία μέχρις ότου το βάθος που υποθέσαμε συμπέσει με το βάθος που θα βρούμε. Ho Ho Από τη σχέση =0,78 (ισχύει στη θραύση) υπολογίζεται το do, δηλαδή =0,78 do do, 88 do= do=3,7 m, επομένως υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται στο βάθος των 3m g T 9,81 5 Το μήκος κύματος στα ανοιχτά είναι Lo= = π π Lo=39m Το μήκος κύματος στο βάθος των 3m ( με τη χρήση του σχ..4 του βιβλίου «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, d 3 π π 3 Θεσ/νίκη 1998) έχοντας γνωστό το = =0,08 εκτιμούμε το = =0,76 Lo 39 Ld L L=4,8m Η γωνία διάδοσης των κυματισμών στην ισοβαθή των 3 m υπολογίζεται από το νόμο του Snell: L sin φ b= sinφο =( 4, 8 )sin13 ο,69 φ b = 8 o,66 Lo 39 όπου: φ ο =(13 o 46 1,58+15 o 93 0,15+13 o 8 0,04)/(1,58+0,15+0,04) φ ο =13 ο 68 71

80 Ο συντελεστής διάθλασης θα είναι: k R= cosφο cosφb = cos13,68 =0,99 cos8,66 Έτσι Ηο =Ηο k R =,88 0,99=,85m Από το νομογράφημα σχ. (3.16) του βιβλίου «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη 1998, για κλίση πυθμένα Ho',0%=0,0 και g T Hb =0,96 Η b =,74m H ' o,85 9,81 5 = =0,01 έχουμε: Hb Από το νομογράφημα σχ. (3.17) για κλίση πυθμένα m=0,0 και g T έχουμε: d H b b =1,5 db =1,5,74 d b =3,43 m,74 9,81 5 = =0,011 Παρατηρούμε ότι το d b που βρήκαμε (d b ) δεν είναι το ίδιο με αυτό που υποθέσαμε και γι αυτό επαναλαμβάνουμε την διαδικασία: Έστω η θραύση γίνεται σε βάθος d b =3,43m Το μήκος κύματος στο βάθος των 3,43m ( με τη χρήση του σχ..4 του βιβλίου «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη 1998) πd π 3.43 = =0,93 L=3,17m L L έχοντας γνωστό το d 3, 43 = =0,088 εκτιμούμε το Lo 39 Η γωνία διάδοσης των κυματισμών στην ισοβαθή των 3,43m υπολογίζεται από το νόμο του Snell: sin φ L b= sinφο =( 3,17 )sin13 ο,68 φ b =8 ο,08 Lo 39 7

81 Ο συντελεστής διάθλασης θα είναι: k R= cosφο cosφb = cos13,69 =0,99 cos8,08 Βλέπουμε ότι ο συντελεστής διάθλασης της δεύτερης προσέγγισης συμπίπτει με αυτόν της πρώτης. Προφανώς από τα νομογραφήματα της θραύσης θα πάρουμε τιμές για τα H b =,74 m και d b =3,43m, ίδιο με αυτό που υποθέσαμε. Έτσι, H be =,74m, d be =3,43m, φ be =8 ο,08=0,14rad Άρα, d _ =,5 d be d _ =8,58 m )Για τους Νότιο Ανατολικούς Ανέμους: Α/A ΑΝΕΜΟΙ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Η ΠΕΡΙΟΔΟΣ Τ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ (f) (m) (sec) 1 Νότιο Ανατολικοί 0,75 4,51 5,30% Μέτριοι Νότιο Ανατολικοί,8 7,18 0,44% Ισχυροί 3 Νότιο Ανατολικοί Ορμητικοί 3,53 8,4 0,1% Εφαρμόζοντας τη σχέση (10.9) και υιοθετώντας σαν ισοδύναμη περίοδο την Τ=7sec, καταλήγουμε στο ισοδύναμο ύψος κύματος H e, 0,75 4,51 0,053 He 7 = + 0,053 και H e = 1.0 m.,8 7,18 0, ,0044 3,53 8,4 0,001 0,001 Υπολογισμός του ύψους κύματος στο σημείο θραύσης H b. Οι Νότιοι Ανατολικοί Άνεμοι προκαλούν κυματισμούς με χαρακτηριστικές τιμές (στα βαθιά νερά) Ηe=1,0m και Τ=7sec. Για να βρούμε το εύρος H b και το βάθος d b θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τα νομογραφήματα σχ. (3.16) και (3.17). Η χρήση τους όμως απαιτεί την γνώση της τιμής 73

82 Ηο άρα και του συντελεστή διάθλασης k R αφού Ηο =Ηο k R. Βέβαια, για την εύρεση του k R θα πρέπει να γνωρίζουμε το βάθος θραύσης d b (το οποίο και ζητάμε). Έτσι, υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται σε κάποιο βάθος d b και κατόπιν με τη χρήση των νομογραφημάτων της θραύσης βρίσκουμε ένα νέο βάθος θραύσης d b. Αν τα d b και d b δεν συμπίπτουν δεχόμαστε σαν βάθος θραύσης το d b και επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία μέχρις ότου το βάθος που υποθέσαμε συμπέσει με το βάθος που θα βρούμε. Ho Ho Από τη σχέση =0,78 (ισχύει στη θραύση) υπολογίζεται το do, δηλαδή =0,78 do do 1, 0 do= do=1,31 m, επομένως υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται στο βάθος του 1m g T 9,81 7 Το μήκος κύματος στα ανοιχτά είναι Lo= = π π Lo=76,5m Το μήκος κύματος στο βάθος του 1m ( με τη χρήση του σχ..4) έχοντας γνωστό το d 1 π π 1 = =0,013 εκτιμούμε το = =0,9 L=1,7m Lo 76, 5 Ld L Η γωνία διάδοσης των κυματισμών στην ισοβαθή του 1 m υπολογίζεται από το νόμο του Snell: sin φ L b= sinφο =( 1,7 )sin3 ο,75 φ b = 6 o,56 Lo 76,5 όπου: φ ο =3 o 69 5,30+4 o 18 0,44+4 o 99 0,1/(5,30+0,44+0,1) φ ο =3 ο 75 Ο συντελεστής διάθλασης θα είναι: k R= cosφο cosφb = cos 3,75 =0,96 cos 6,56 Έτσι Ηο =Ηο k R =1,0 0,96=0,98m Από το νομογράφημα σχ. (3.16) για κλίση πυθμένα,0%=0,0 και Ho' g T 0,98 =0,00 έχουμε: 9,81 7 = 74

83 H H ' b o =1,5 Η b =1,3m Hb Από το νομογράφημα σχ. (3.17) για κλίση πυθμένα m=0,0 και g T έχουμε: d H b b =1,13 db =1,13 1,3 d b =1,39 m 1,3 9,81 7 = =0,006 Παρατηρούμε ότι το d b που βρήκαμε (d b ) δεν είναι το ίδιο με αυτό που υποθέσαμε και γι αυτό επαναλαμβάνουμε την διαδικασία: Έστω η θραύση γίνεται σε βάθος d b =1,39m Το μήκος κύματος στο βάθος των 1,39m ( με τη χρήση του σχ..4) έχοντας γνωστό το d 1,39 = =0,018 εκτιμούμε το Lo 76, 5 πd = L π 1,39 =0,3 L=9,1m L Η γωνία διάδοσης των κυματισμών στην ισοβαθή των 1,39m υπολογίζεται από το νόμο του Snell: sin φ L b= sinφο =( 9,1 )sin3 ο,75 φ b =8 ο,81 Lo 76,5 Ο συντελεστής διάθλασης θα είναι: k R= cosφο cosφb = cos 3,75 =0,96 cos8,81 Βλέπουμε ότι ο συντελεστής διάθλασης της δεύτερης προσέγγισης συμπίπτει με αυτόν της πρώτης. Προφανώς από τα νομογραφήματα της θραύσης θα πάρουμε τιμές για τα H b =1,3 m και d b =1,39m, ίδιο με αυτό που υποθέσαμε. Έτσι, H be =1,3m, d be =1,39m, φ be =8 ο,81=0,15rad Άρα, d _ =,5 d be d _ =3,48 m 75

84 3)Για τους Νότιους Ανέμους: Α/A ΑΝΕΜΟΙ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Η ΠΕΡΙΟΔΟΣ Τ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ (f) (m) (sec) 1 Νότιοι Μέτριοι 0,99 4,51 6,10% Νότιοι Ισχυροί,66 6,66 0,55% 3 Νότιοι Ορμητικοί 4,17 7,8 0,19% Εφαρμόζοντας τη σχέση (7.9) και υιοθετόντας σαν ισοδύναμη περίοδο την Τ=6sec, καταλήγουμε στο ισοδύναμο ύψος κύματος H e, 0,99 4,51 0,061 He 7 = + 0,061 και H e = 1.38 m.,66 6,66 0, ,0055 4,17 7,8 0,0019 0,0019 Υπολογισμός του ύψους κύματος στο σημείο θραύσης H b. Οι Νότιοι Άνεμοι προκαλούν κυματισμούς με χαρακτηριστικές τιμές (στα βαθιά νερά) Ηe=1,38m και Τ=6sec. Για να βρούμε το εύρος H b και το βάθος d b θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τα νομογραφήματα σχ. (3.16) και (3.17). Η χρήση τους όμως απαιτεί την γνώση της τιμής Ηο άρα και του συντελεστή διάθλασης k R αφού Ηο =Ηο k R. Βέβαια, για την εύρεση του k R θα πρέπει να γνωρίζουμε το βάθος θραύσης d b (το οποίο και ζητάμε). Έτσι, υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται σε κάποιο βάθος d b και κατόπιν με τη χρήση των νομογραφημάτων της θραύσης βρίσκουμε ένα νέο βάθος θραύσης d b. Αν τα d b και d b δεν συμπίπτουν δεχόμαστε σαν βάθος θραύσης το d b και επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία μέχρις ότου το βάθος που υποθέσαμε συμπέσει με το βάθος που θα βρούμε. Ho Ho Από τη σχέση =0,78 (ισχύει στη θραύση) υπολογίζεται το do, δηλαδή =0,78 do do 1, 38 do= do=1,77 m, επομένως υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται στο βάθος των m

85 g T 9,81 6 Το μήκος κύματος στα ανοιχτά είναι Lo= = π π Lo=56,m Το μήκος κύματος στο βάθος των m ( με τη χρήση του σχ..4) έχοντας γνωστό το d π π = =0,036 εκτιμούμε το = =0,47 L=6,7m Lo 56, Ld L Η γωνία διάδοσης των κυματισμών στην ισοβαθή των m υπολογίζεται από το νόμο του Snell: sin φ L b= sinφο =( 6,7 )sin8 ο,66 φ b = 4 o,1 Lo 56, όπου: φ ο =8 o 57 6,10+9 o 34 0,55+9 o 75 0,19/(6,10+0,55+0,9 φ ο =8 ο 66 Ο συντελεστής διάθλασης θα είναι: k R= cosφο cosφb = cos8,66 =1 cos 4,1 Έτσι Ηο =Ηο k R =1,38 1=1,38m Από το νομογράφημα σχ. (3.16) για κλίση πυθμένα,0%=0,0 και Ho' g T H H ' b o 1,38 9,81 6 = =0,004 έχουμε: =1,13 Η b =1,56m Hb Από το νομογράφημα σχ. (3.17) για κλίση πυθμένα m=0,0 και g T έχουμε: d H b b =1,16 db =1,16 1,56 d b =1,81 m 1,56 9,81 6 = =0,0044 Παρατηρούμε ότι το d b που βρήκαμε (d b ) δεν είναι το ίδιο με αυτό που υποθέσαμε και γι αυτό επαναλαμβάνουμε την διαδικασία: Έστω η θραύση γίνεται σε βάθος d b =1,81m 77

86 Το μήκος κύματος στο βάθος των 1,81m ( με τη χρήση του σχ..4) έχοντας γνωστό το d 1,81 = =0,03 εκτιμούμε το Lo 56, πd = L π 1,81 =0,44 L=5,85m L Η γωνία διάδοσης των κυματισμών στην ισοβαθή των 1,81m υπολογίζεται από το νόμο του Snell: sin φ L b= sinφο =( 5,85 )sin8 ο,66 φ b =3 ο,97 Lo 56,0 Ο συντελεστής διάθλασης θα είναι: k R= cosφο cosφb = cos8,66 =1 cos3,97 Βλέπουμε ότι ο συντελεστής διάθλασης της δεύτερης προσέγγισης συμπίπτει με αυτόν της πρώτης. Προφανώς από τα νομογραφήματα της θραύσης θα πάρουμε τιμές για τα H b =1,56 m και d b =1,81m, ίδιο με αυτό που υποθέσαμε. Έτσι, H be =1,56m, d be =1,81m, φ be =3 ο,97=0,07rad Άρα, _ d =,5 d be _ d =4,53 m Επομένως, έχουμε τα ακόλουθα στοιχεία για τους ανέμους: Α/A ΑΝΕΜΟΙ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΣΗΜΕΙΟ ΘΡΑΥΣΗΣ H be (m) 1 Βόρειοι- Ανατολικοί Νότιοι- Ανατολικοί ΙΣΟΔΥΝΑΜΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ Τ (sec) d be ΓΩΝΙΑ ΠΡΟΣΠΤΩΣΗΣ φ be (rad) _ d (m),74 5 3,43 0,14 8,58 1,3 7 1,39 0,15 3,48 3 Νότιοι 1,56 6 1,81 0,07 4,53 78

87 Λογισμικό Το πρόγραμμα 1LINE.FOR υπολογίζει την εξέλιξη της ακτογραμμής βασιζόμενο στην αριθμητική επίλυση της εξίσωσης (10.3) με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Η συνολική στερεοπαροχή εκτιμάται από την σχέση (10.5). Η μελέτη αφορά περιοχή μήκους 3km κατά μήκος της Παραλίας Κατερίνης και συγκεκριμένα 1.700m βόρεια του αλιευτικού καταφυγίου και 1.000m αυτού. Στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ : ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ υπάρχουν αναλυτικά οι υπολογισμοί που έγιναν μέσω της FORTRAN και τα αποτελέσματα που προέκυψαν για κάθε άνεμο ξεχωριστά. Παράμετροι για το Πρόγραμμα εξέλιξης ακτογραμμής 1LINE.FOR Α/A ΑΝΕΜΟΙ dx dt im tend a hh= d _ γ 1 Βόρειοι ,05 8,58 0,6 Ανατολικοί Νότιοι- Ανατολικοί ,6 0,05 3,48 0,6 3 Νότιοι ,5 0,05 4,53 0,6 Στο αρχείο HB.DAT χρησιμοποιήθηκαν τα ακόλουθα δεδομένα: η εγκάρσια στην ακτή Α/A ΑΝΕΜΟΙ Η αρχική θέση ακτογραμμής x s (m) το ύψος θραύσης H b (m) η γωνία θραύσης a b (rad) στερεομεταφορά στο σημείο της ακτογραμμής q tx (x s ) 1 Βόρειοι- 500,74 0,14 0 Ανατολικοί Νότιοι ,3-0,15 0 Ανατολικοί 3 Νότιοι 500 1,56-0,

88 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: όπου το αρχείο έχει H b (m)=0 σημαίνει ότι η διατομή βρίσκεται στην περιοχή του αλιευτικού καταφυγίου. Τα αποτελέσματα φαίνονται στα αρχεία LINEDATA.DAT. Απόσταση y, τελική θέση ακτογραμμής x s Η τελική ακτογραμμή είναι η επαλληλία των ακτογραμμών των τριών καταστάσεων. Διατομές X (m) Bόρειο - Ανατολικός Άνεμος Nότιος Άνεμος Nότιο - Aνατολικός Άνεμος Αρχική θέση ακτογραμμής Τελική θέση ακτογραμμής ,00 500,00 500,00 500,00 500, ,00 500,00 500,00 500,00 500, ,31 500,10 500,00 500,00 500, ,53 500,05 500,00 500,00 500, ,0 498,47 500,00 500,00 499, ,99 495,45 500,00 500,00 497, ,44 49,48 500,00 500,00 495, ,80 494,70 499,91 500,00 500, ,3 503,50 500,78 500,00 513, ,57 509,81 501,34 500,00 55, ,81 503,4 498,66 500,00 53, ,97 484,00 489,73 500,00 505, ,45 456,09 473,51 500,00 474, ,61 4,30 450,47 500,00 435, ,5 383,36 41,97 500,00 383, ,4 350,07 396,84 500,00 361, ,99 376,51 414,49 500,00 398, ,54 456,77 470,54 500,00 461, ,10 539, 57,7 500,00 531, ,94 60,0 583,4 500,00 594, ,09 645,8 600,05 500,00 630, ,04 61,63 574,4 500,00 608, ,68 574,15 545,93 500,00 556, ,88 540,4 53,11 500,00 518, ,5 51,69 507,00 500,00 487, ,89 493,94 498,10 500,00 469, ,68 487,34 495,7 500,00 468, ,49 490,97 496,07 500,00 478, ,1 496,45 498,05 500,00 490, ,00 500,00 500,00 500,00 500,00 80

89 Συμπεράσματα Η εξέλιξη της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Το γράφημα δηλώνει ότι νότια του αλιευτικού καταφυγίου (που δρα ως εμπόδιο στην ακτή) έχουμε πρόσχωση η οποία οφείλεται στους Νότιους και Νότιο - Ανατολικούς ανέμους και βόρεια αυτού έχουμε διάβρωση η οποία οφείλεται στο τεχνικό έργο. Δηλαδή, το αλιευτικό καταφύγιο εμποδίζει την τροφοδοσία της ακτής με φερτά υλικά από τα γειτονικά υδατορρέματα και για το λόγω αυτό θα υπάρχει διάβρωση βόρεια αυτού. 81

90 ΕΞΕΛΙΞΗ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ ΠΑΡΑΛΙΑΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗΣ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ 700,00 600,00 500,00 θέση αλιευτικού καταφύγιου Πρόσχωση νότια του αλιευτικού καταφύγιου x (m) 400,00 300,00 Διάβρωση βόρεια του αλιευτικού καταφύγιου 00,00 100,00 0, y (m) Αρχική θέση ακτογραμμής Τελική θέση ακτογραμμής

91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΚΤΩΝ ΑΠΟ ΔΙΑΒΡΩΣΗ «Σκληρές» και Ήπιες μέθοδοι προστασίας ακτών από διάβρωση και επιλογή λύσης βυθισμένων κυματοθραυστών 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 (έργων προστασίας) ή και στη χρήση μεθόδων όπως η τεχνητή ανάπλαση ακτής (beach nourishment). Οι μέθοδοι προστασίας ακτών χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τις «σκληρές» και τις «ήπιες» μεθόδους. «Σκληρές» μέθοδοι «Σκληρές» μέθοδοι θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν οι μεγάλες κατασκευές από σκυρόδεμα ή ογκολίθους παρόμοιες με αυτές των λιμενικών έργων. Στις περιπτώσεις αυτές η προστασία της ακτής μπορεί να γίνει με τους παρακάτω τρόπους: Α. 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 π.χ. οδοποιίας, κατοικίες κλπ. Επίσης προστατεύουν την παράκτια ζώνη από τις πλημμύρες λόγω της μετεωρολογικής παλίρροιας (storm surges). Συνήθως κατασκευάζονται με περιορισμένο πλάτος παραλίας ή ακόμη και χωρίς παραλία, ώστε να μπορούν να δέχονται στο μέτωπό τους απ ευθείας την δράση των κυματισμών όταν επικρατούν ισχυροί άνεμοι και κυρίως θυελλώδεις καταστάσεις (Silvester & Hsu, 1997, σελ. 79). 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 κατάντη (Silvester & Hsu, 1997, σελ. 8). Ταυτόχρονα σημαντικά είναι και τα προβλήματα υποσκαφής που απαιτούν επιπλέον κατασκευές προστασίας του ποδός.

92 Β. 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 (π.χ. Θερμαϊκός Κόλπος) 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 παρόν παράδειγμα όπου η κατασκευή προβόλων οδήγησε σε σημαντικά προβλήματα ποιότητας νερού, λόγω της διακοπής της παράκτιας κυκλοφορίας και της απομόνωσης ευτροφικών μαζών. Το αποτέλεσμα είναι εμφανές με έντονη δυσοσμία, θολότητα, ευτροφισμό κλπ. Ακόμη και μικρότερες παρεμβάσεις όπως π.χ. στη ακτή του Αγγελοχωρίου όπου κατασκευάστηκε ένας μόνο πρόβολος Βόρεια του Λιμενικού Έργου, οι επιπτώσεις στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι σημαντικές. Γ. Κατασκευή συστήματος παραλλήλων κυματοθραυστών. Κατασκευάζονται σε βάθη έως 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 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 μιας προεξοχής της ξηράς. 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. 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. 84

93 «Ήπιες» μέθοδοι Η ευαισθητοποίηση για την προστασία του περιβάλλοντος γενικότερα και στη συγκεκριμένη περίπτωση του θαλάσσιου 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. Οι κυριότερες «ήπιες» μέθοδοι είναι: η τεχνητή ανάπλαση της ακτής, η εγκατάσταση πυθμενικών προβόλων, σε μικρές αποστάσεις μεταξύ τους που 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 (CUR, 1987, Dean, 003). 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 m πάνω από τη Μ.Σ.Θ. Μετά την εναπόθεση της άμμου οι κυματισμοί θα 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 κόκκων της υφιστάμενης ακτής, θα διαμορφωθούν ανάλογα προφίλ. Τα προφίλ αυτά θα έχουν πιο ήπια, ίση ή μεγαλύτερη κλίση από την υφιστάμενη αντίστοιχα, με αποτέλεσμα τη 85

94 διατήρηση του πλάτους της νέας παραλίας που διαμορφώθηκε, ή την μερική ή και ολική απώλειά της. Η τεχνητή ανάπλαση μπορεί να συνοδεύεται και από άλλα 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 πρόβολοι ή παράλληλα στην ακτή βυθισμένοι κυματοθραύστες. Η μέθοδος της τεχνητής ανάπλασης θεωρείται μία σχετικά περιβαλλοντικά 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 τεχνική άποψη, είναι ότι δεν 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. Βυθισμένοι πρόβολοι Στη μέθοδο αυτή εγκαθίστανται πυθμενικοί πρόβολοι, που κατασκευάζονται από έγχυτο σκυρόδεμα μέσα σε ελλειψοειδείς διατομές από γεωύφασμα και καλύπτουν το μήκος της προστατευόμενης ζώνης. Η εγκατάσταση των παραπάνω υφάλων προβόλων μέσα στη ζώνη θραύσης επιβάλει επιπλέον θραύση πάνω στους υφάλους και δημιουργία στάσιμων κυματισμών. Σαν συνέπεια έχουμε τη μείωση της τυρβώδους κινητικής ενέργειας στα φατνώματα ανάμεσα στους προβόλους εφόσον μέρος της ενέργειας έχει αποσβεσθεί με τη θραύση πάνω στους προβόλους. Επιπλέον δημιουργείται μία νέα κατάσταση 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 και άρα 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 (undertow) που μεταφέρει τα φερτά κυρίως σε αιώρηση προς τα ανοιχτά 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 86

95 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 δεν θα πρέπει να θεωρηθούν 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 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 κατασκευής, ιδιαίτερα σε περιοχές με πολύ κακής ποιότητα 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 1 m) 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 ανάπλασης ημιπροστατευμένων παράκτιων ζωνών. 87

96 Ωστόσο λόγω κυρίως του γεγονότος ότι όταν προσπίπτουν ύψη κύματος πάνω από m παρασύρονται και αστοχούν, δεν χρησιμοποιούνται ευρέως κυρίως σε μη ημιπροστατευόμενες περιοχές. 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. Στην Ελλάδα η παρούσα ερευνητική ομάδα συμμετείχε στο Ερευνητικό Πρόγραμμα της Ε.Ε. DELOS (Αυγέρης, 00) συνεισφέροντας με μαθηματικά μοντέλα που προσομοιώνουν την αλληλεπίδραση κυματισμών και κατασκευών. Επιλογή λύσης βυθισμένων κυματοθραυστών Οι αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις της «σκληρής» μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε (πρόβολοι με στέψη) οδήγησαν, τους μελετητές της παρούσης διερεύνησης, στη επιλογή μιας ήπιας μεθόδου. Από τα παραπάνω φαίνεται ότι στην συγκεκριμένη περίπτωση οι πλωτοί κυματοθραύστες δεν μπορούν να εφαρμοστούν λόγω των κυμάτων μεγάλου ύψους που προσπίπτουν στην περιοχή, ενώ όσον αφορά στους βυθισμένους προβόλους δεν έχει πιστοποιηθεί η αποτελεσματικότητά τους. Οι βυθισμένοι κυματοθραύστες σε συνδυασμό με την τεχνητή ανάπλαση της ακτής αποτελούν την πρόταση της παρούσης μελέτης γιατί φαίνεται να υπερέχουν συγκριτικά με τις άλλες ήπιες μεθόδους. 88

97 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΟΓΕΝΟΥΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ 9.1. Μοντέλο μετάδοσης κυματισμών WAVE-L Οι υπερβολικής μορφής εξισώσεις ήπιας κλίσης γράφονται (Copeland, 1985α, Watanabe & Maruyama, 1986, Καραμπάς, 00-κεφάλαιο 3): (U d) (V d) η + w + w = t x y Uw 1 (c η) 1 gη d + = 0 t d x d cosh(kd) x 0 Vw 1 (c ) 1 g d η η + = 0 t d y d cosh(kd) y (9.1) όπου η 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, c=l/t. 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 τυρβώδη συντελεστή ιξώδους. Στο β μέρος των εξισώσεων της ορμής προστίθενται οι όροι: U... = vh + v x V... = vh + v x U w w h V w w h y y (9.) όπου ν h ένας τεχνητός τυρβώδης συντελεστής ιξώδους (Καραμπάς, 00, κεφ. 3). Ο συντελεστής τυρβώδους ιξώδους υπολογίζεται από (Battjes, 1975): 89

98 ν h = h D ρ 13 / (9.3) όπου D η απώλεια της ενέργειας λόγω της θραύσης τυχαίων κυματισμών D= 1 4 Q f γ gh (9.4) b s m με f s τη μέση συχνότητα φάσματος, H m το μέγιστο δυνατό ύψος κύματος (γh, με γ μία σταθερά) και Q b συντελεστή που σχετίζεται με τη πιθανότητα θραύσης του κυματισμού. Μετά την παραδοχή κατανομής Rayleigh, ο συντελεστής Q b δίνεται από τη λύση της παρακάτω εξίσωσης: 1 Q lnq b b = H rms H m (9.5) όπου H rms είναι το μέσο τετραγωνικό ύψος (στο πρόγραμμα υπολογίζεται από τη σχέση H rms = (<ζ >) 1/ όπου οι αγκύλες <> δηλώνουν μέση χρονική τιμή. 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 βυθομετρία. Η απώλεια της ενέργειας λόγω τριβής πυθμένα προσομοιώνεται με τους γραμμικοποιημένους όρους στο β μέρος των εξισώσεων της ορμής:...= f b σ U w...= f b σ V w (9.6) όπου σ η γωνιακή συχνότητα, f b είναι ο γραμμικοποιημένος συντελεστής τριβής που συνδέεται με τον συντελεστή τριβής (κύματος) f w με τη σχέση: f σ = b 1 f U +V w w w d (9.7) Ανακεφαλαιώνοντας, οι τελικές εξισώσεις του μοντέλου κυματισμών είναι οι εξής: (U d) (V d) η + w + w = t x y 0 90

99 U 1 (c η) 1 gη d U U t d x d cosh(kd) x x y w w w + = vh + v h f b σ Uw Vw Vw v v h h V y w 1 (c η) 1 gη d x + = + fb σv t d y d cosh(kd) y x y w (9.8) 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 (συνδυασμός των φαινομένων της διάθλασης, περίθλασης, ανάκλασης και ρηχότητας). Για την ολοκλήρωση τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν γνωστά ρητά σχήματα πεπερασμένων διαφορών που εφαρμόζονται στην αριθμητική ολοκλήρωση των εξισώσεων μακρών κυματισμών (Κουτίτας, 1985). y j U w i,j V w i,j+1 η i-1,j η i,j U w i+1,j t - U w n+1, V w n+1 Δt/ V w i,j η n+1 j-1 η i,j-1 Δt/ i-1 i i+1 x - U w n, V w n Δt/ Σχήμα 9.1. Διακριτοποίηση των μεταβλητών. Στο σημείο iδx και στο χρόνο nδt (όπου Δx και Δt το χρονικό και χωρικό βήμα διακριτοποίησης) οι μερικές παράγωγοι των εξισώσεων (4.8) προσεγγίζονται, σε έναν έκκεντρο κάναβο (όπου, σύμφωνα με το Σχήμα 9.1, στο κέντρο του κανάβου υπολογίζεται η ανύψωση η ενώ οι ταχύτητες U w και V w στην άκρη), ως εξής (Κουτίτας, 1985, Copeland, 1985): 91

100 (U d) (U d) (V d) (V d) i i Δt Δx Δy n+1 n n n n n η η w i+ 1,j w i,j w i,j+ 1 w i,j + + = 0 n+ 1 n n+ 1 n+ 1 n Uw i,j U w i,j 1 (c η) i,j (c η) i 1,j 1 gηi,j di,j di-1,j + = Δt d Δx d cosh(k d ) Δx i i,j i,j i,j U U + U U U + U ν +ν σ Δx Δx n n n n n n w i+1,j w i,j w i-1,j w i,j+1 w i,j w i,j-1 n h h f b Uwi,j n+ 1 n n+ 1 n+ 1 n Vw i,j V w i,j 1 (c η) i,j (c η) i,j-1 1 gηi,j di,j di,j-1 + = Δt d Δx d cosh(k d ) Δx i i,j i,j i,j V V + V V V + V ν +ν σ Δx Δx n n n n n n w i+1,j w i,j w i-1,j w i,j+1 w i,j w i,j-1 n h h f b Vwi,j (9.9) 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 η, U w και V w διαιρούνται, σε κάθε χρονικό βήμα, με έναν συντελεστή μ(x) που ορίζεται: x/δx xs/δx ( ) μ(x) = exp lnβ (9.10) 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 μία χρονοσειρά η * 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 Dancy, 1983, Lee and Suh, 1998). 9

101 Η χρονοσειρά διέγερσης είναι ημιτονοειδής: * H Δt ηi = sin ( σ(t-t f )) cos φ c Δx (9.11) με t f =sin(φ) x/c όπου Η είναι το ύψος του κύματος στην είσοδο του λιμενικού έργου, c η ταχύτητα μετάδοσης, Δt και Δx το χρονικό και το χωρικό βήμα, σ συχνότητα και φ η γωνία πρόσπτωσης. Η ανύψωση η * i (t) προστίθεται στην υπολογισμένη ανύψωση στο εσωτερικό του πεδίου, δηλ. η τελική τιμή του η είναι το άθροισμα του προσπίπτοντος κυματισμού η * 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 η/ s=0, όπου s ο άξονας κάθετα στο όριο). Η ανάκλαση περιγράφεται αυτόματα στο πρόγραμμα ορίζοντας το κατακόρυφο μέτωπο με το χαρακτηριστικό βάθος 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 και ισορροπίας, για το υπολογισμό του κυματογενούς ρεύματος, γράφονται (Καραμπάς, 00): ζ + t x ( Uh) ( Vh) + y = 0 93

102 U U U ζ + U + V + g t x y x = 1 S S 1 U 1 U τ τ ρh x y h x x h y y ρh ρh xx xy sx bx + + νhh + νhh + V V V ζ + U + V + g = t x y y 1 Sxy Syy 1 V 1 V τsy τby + + νhh + νhh + ρh x y h x x h y y ρh ρh (9.1) 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 τάσεις ακτινοβολίας που είναι συναρτήσεις των αποτελεσμάτων του κυματικού μοντέλου, Uw, Vw και η, υπολογίζονται από την εργασία του Copeland (1985β): < w w V w + > D r + g <η > Sxx Uw Vw Uw Vw = d < Uw > Ar-d < + >B r + < U w + > D r + ρ x y x x y U V 1 y x y yy w w w w = < w > r r < w > r S U V U V d V A -d < + >B +d V + D + ρ x y y x y Uw Vw 1 d < U w + > D r + g <η > x x y S xy ρ = d < U V > A w w r (9.13) όπου τα σύμβολα < > δηλώνουν ολοκλήρωση ως προς τη περίοδο του κύματος (δηλ. A = 1 T T 0 A(t) dt ) και: k 1 A r= sinhkd + kd B r= sinhkd -kd 4sinh kd 4k sinh kd ( ) ( ) 94

103 d 1 D r = sinh kd -coshkd 4sinh kd kd Στο μοντέλο WAVE-L οι τάσεις ακτινοβολίας υπολογίζονται με τη χρήση των (9.13). 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 (9.1) 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. 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 επηρεάζουν την κατανομή του κυματογενούς ρεύματος αλλά και τη μεταφορά φερτών στον πυθμένα. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους, το ύψος η r και το μήκος λ, συνδέονται με τα χαρακτηριστικά του κυματισμού και της άμμου. Το ύψος η r των αμμοκυματίων σε περιβάλλον τυχαίων κυματισμών δίνεται ως συνάρτηση του αριθμού κινητικότητας Ψ (Καραμπάς, 00, κεφάλαιο 4): η r 1.85 = 1 Ψ για Ψ>10 με Ξ U o Ψ = (s 1)gd 50 (9.14) 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 U o =πh/(tsinh(kh)), s=ρ 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 95

104 T κοντά στον πυθμένα λόγω του κυματισμού, Ξ = U o. Η ταχύτητα U π o και η περίοδος Τ σχετίζονται με το σημαντικό ύψος κύματος. Η σχέση που συνδέει το η r με το μήκος των αμμοκυματίων λ είναι: ηr θ λ = (9.15) όπου θ.5 η παράμετρος Shields που αντιστοιχεί σε επίπεδο πυθμένα με τραχύτητα.5d 50 : θ.5 1 f.5v = (s 1)gd με f.5 τον συντελεστή τριβής για τραχύτητα.5d 50 : o 50.5 (9.16) f d 50 = exp Ξ (9.17) 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 δεν σχηματίζονται αμμοκυμάτια. Μετά τον υπολογισμό του ύψους η r και του μήκους λ των αμμοκυματίων, η τραχύτητα του αμμώδους πυθμένα k s υπολογίζεται από: k 8 η 170 θ 0.05 d λ r s = (9.18) Διατμητικές τάσεις Για τον υπολογισμό των διατμητικών τάσεων των σχέσεων (4.1) 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 b δίνονται από (Καραμπάς, 00, κεφάλαιο 4): u b (t)=u+u w-b (t) 96

105 f cw =a cw f c +(1-a cw )f w (9.1) ΤΙΤΛΟΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΣΠΟΥΔΩΝ: ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ v b (t)=v+v w-b (t) (9.19) όπου u w-b, v w-b οι ταχύτητες του κύματος κοντά στον πυθμένα. Οι διατμητικές τάσεις δίνονται από τις σχέσεις: τ bx 1 = ρf cw < u b u b + v 1 τby = ρfcw < vb ub + vb > b > (9.0) 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 : όπου ο συντελεστής a cw κατά x δίνεται από τη σχέση: a cw-x =U/(U+U o ), ενώ κατά y από: a cw-y =V/(V+U o ). Ο συντελεστής τριβής λόγω ρεύματος f c είναι συνάρτηση του συντελεστή τριβής Chezy c c : g f c = c c c c = 18log 10 1h k s Ο συντελεστής τριβής λόγω κυματισμών δίνεται από τη σχέση: f w 0.19 k s = exp Ξ (9.) (9.3) 97

106 Συντελεστής οριζόντιας διάχυσης Ο συντελεστής οριζόντιας διάχυσης ν h υπολογίζεται από τη σχέση (Καραμπάς, 00): ν h = 0.5 U o H (9.4) O συντελεστής οριζόντιας διάχυσης δεν εισάγεται μόνο για την προσομοίωση της τύρβης αλλά κυρίως εισάγεται να προσομοιώσει την ανάμιξη στη ζώνη θραύσης όπου η επίδραση της οριζόντιας διασποράς είναι ιδιαίτερα σημαντική σε σχέση με την τυρβώδη διάχυση Μοντέλο στερεομεταφοράς και εξέλιξης μορφολογίας πυθμένα SEDTR (SEDiment TRansport) Στο κεφάλαιο αυτό υπολογίζεται η στερεομεταφορά στην περιοχή σε δισδιάστατο πεδίο ώστε να οδηγηθούμε σε μια ορθή κατανόηση των φαινομένων με βάση τα αποτελέσματα ενός προηγμένου μαθηματικού μοντέλου. Για την ανάλυση αυτή χρησιμοποιείται ένα δισδιάστατο μοντέλο προσομοίωσης. Τέτοια μοντέλα βρίσκονται στην παρούσα φάση διεθνώς σε προχωρημένο ερευνητικό επίπεδο. 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 : q t =q b +q s (9.5) 98

107 Ταχύτητα ρεύματος, Ταχύτητα κύματος, u w q b Σχήμα 9.. Φορτίο πυθμένα (q b ). Μη θραυόμενος κυματισμός κυματισμός Θραυόμενος Συνολική ταχύτητα U+u w Φορτίο σε αιώρηση πάνω από τα αμμοκυμάτια Κατανομή συγκέντρωση ς c(z) Φορτίο σε αιώρηση λόγω της τύρβης της θραύσης Σχήμα 9.3. Φορτίο σε αιώρηση(q s ). Όταν η κίνηση των κόκκων γίνεται με κύλιση στον πυθμένα ή διαδοχικά άλματα που συνεπάγονται περιοδική επαφή με τον πυθμένα τότε η μεταφορά φερτών χαρακτηρίζεται ως φορτίο πυθμένα (Σχήμα 9.). Όταν οι κόκκοι των ιζημάτων βρίσκονται σχεδόν συνέχεια σε αιώρηση στη στήλη του νερού λόγω της τύρβης τότε η μεταφορά φερτών χαρακτηρίζεται ως φορτίο σε αιώρηση (Σχήμα 9.3). Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των κόκκων, των κυματισμών και των κυματογενών ρευμάτων 99

108 κυριαρχεί το ένα ή το άλλο φορτίο. Προφανώς όσο πιο μεγάλη είναι η διάμετρος των κόκκων τόσο πιο σημαντικό είναι το φορτίο πυθμένα. Για την εκτίμηση φορτίου πυθμένα και φορτίου σε αιώρηση γίνεται η παραδοχή της ενεργητικής προσέγγισης. Η ενεργητική προσέγγιση βασίζεται στην ιδέα του Bagnold που συνέδεσε τη 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): q xt = q bx +q sx q yt = q by +q sy 1 ε u d = < + > b b x qbx ω b (ρs ρ)g tanφ ubt tanφ 1 u bt u b u bt q sx = < ε s ε s d x ω t > (ρ s ρ)g w + f u bt w f 1 ε v d = < + > b b y qby ω b (ρs ρ)g tanφ ubt tanφ 1 u bt v b u bt q sy = < ε s ε s d y ω t > (ρs ρ)g w + f u bt w f (9.6) 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 ω t η συνολική bt b b απώλεια της ενέργειας λόγω της τριβής πυθμένα και της θραύσης των κυματισμών: 1 3 ωb =< fcwρu bt > ω = ω + De t b 3/(1 h/h) (9.7) 100

109 όπου H είναι το μέσο τετραγωνικό ύψος του κύματος (H=H rms ) και D η απώλεια της ενέργειας λόγω της θραύσης των κυματισμών (σχέση 9.4). Στις παραπάνω σχέσεις (9.6) και (9.7) οι παράμετροι που σχετίζονται με τον κυματισμό (π.χ. D, f w, που αντιπροσωπεύουν την τύρβη λόγω θραύσης και τριβής πυθμένα) 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, σύμφωνα με (Ahrens, 000): ( ) f 1 50 t 50 με C 1 =0.055 tanh[1a -059 exp( a)] C t =1.06 tanh[0.016a 0.5 exp(-10/a)] 3 50 A=Δgd /ν w=cδgd /ν +C Δgd (9.8) όπου ν το κινηματικό ιξώδες, Δ η σχετική πυκνότητα της άμμου, Δ=(ρ s -ρ)/ρ, (ρ s είναι η πυκνότητα της άμμου και ρ η πυκνότητα του νερού). O Leont yev (1990) απλοποίησε τις παραπάνω εκφράσεις (9.6) και (9.7) 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 την μέγιστη ταχύτητα του κύματος U o. Έτσι οι σχέσεις (9.6) και (9.7) τροποποιούνται στις: q xt = q bx +q sx q yt = q by +q sy 9π 1 ε b U 1 U q bx = ωb qsx = εs ω t 8 ( ρs- ρ)g tanφ Uo (ρs ρ)g w f 9π 1 ε V q by = ω 8 ( - )g tan U ω 1 V q = ε ω b b sy s t ρs ρ Φ o (ρs ρ)g w f 3/(1 h/h) = ωt = 4ωb + De 3 π 3 b fwρuo (9.9) 101

110 όπου q xt, q yt οι συνολικές στερεοπαροχές, q xt =q bx +q sx, q yt =q by +q sy, U και V οι ταχύτητες του κυματογενούς ρεύματος και U o το πλάτος της οριζόντιας ταχύτητας στον πυθμένα από τη σχέση: U o =πh/(tsinh(kd)). Οι ταχύτητες U και V λαμβάνονται απευθείας από τα αποτελέσματα του μοντέλου κυματογενούς κυκλοφορίας (9.1) (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 (Σχήμα 9.4), στον παράκτιο χώρο υπολογίζονται επιλύνοντας την εξίσωση διατήρησης του όγκου των φερτών: d 1 q = t (1 p) x xt q yt + y (9.30) όπου d είναι το βάθος του νερού, p το πορώδες της άμμου (p 0.4) και q tx, q ty είναι οι συνολικές στερεοπαροχές παράλληλα (άξονας x) και κάθετα (άξονας y) στην ακτή. z x d q tx q tx + x q tx dx dx Σχήμα 9.4. Μεταβολή στάθμης πυθμένα Η παραπάνω εξίσωση (9.30) προσομοιώνει τις μεταβολές του πυθμένα σε τρισδιάστατο πεδίο. Χρησιμοποιείται τόσο για την εκτίμηση βραχυχρόνιων μεταβολών 10

111 (της τάξεως μερικών ωρών έως μερικών ημερών) όσο και των μακροχρόνιων (της τάξεως μερικών ετών) Εφαρμογές και αναλύσεις Κυματικά χαρακτηριστικά Στην ακτομηχανική μελέτη σημασία έχουν οι χαρακτηριστικοί κυματισμοί που ορίσθηκαν ως οι ισοδύναμοι κυματισμοί που είναι αντιπροσωπευτικοί της κυματικής κατάστασης σε ετήσια βάση. Αφού επιλεγεί μια αντιπροσωπευτική περίοδος Τ του ισοδύναμου κυματισμού για κάθε διεύθυνση πνοής υπολογίζεται το ύψος του ισοδύναμου κυματισμού από τη μέση τετραγωνική τιμή των Borah and Balloffet, (1985): ΣHiTf i i HT= (9.4.1) Σf i όπου Η i, T i, f i τα ύψη, οι περίοδοι και οι συχνότητες εμφάνισης των κυμάτων που αντιστοιχούν στα διάφορα επίπεδα έντασης του ανέμου από την σχετική διεύθυνση. Όπως θα φανεί παρακάτω, ο ισοδύναμος κυματισμός είναι ουσιαστικά ο κυματισμός που εμφανίζεται με συχνότητα f = fi και έχει το ίδιο ενεργειακό περιεχόμενο με το σύνολο των κυματισμών των διαφόρων εντάσεων του σχετικού τομέα. Με βάση τα παραπάνω υπολογίστηκαν το σημαντικό ύψος κύματος H os, η περίοδος Τ και η συχνότητα εμφάνισης f των ισοδύναμων κυματισμών ανοιχτού πελάγους που συνοψίζονται στον παρακάτω Πίνακα 1. Στη συνέχεια υπολογίστηκαν με τα μαθηματικά μοντέλα WAVE-L, WICΙR και SEDTR η κυματική διαταραχή, το κυματογενές ρεύμα, η παράκτια στερεομεταφορά και η τάση εξέλιξης της μορφολογίας πυθμένα για διαφορετικά σενάρια έργων. 103

112 Πίνακας 1: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΙΣΟΔΥΝΑΜΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ ΒΑ κυματισμοί Α κυματισμοί NΑ & N κυματισμοί Σημαντικό ύψος κύματος στα βαθιά νερά Η os (m) Περίοδος T (sec) Συχνότητα εμφάνισης f(%) 0,94 1,69 1, ,77 1,1 1, Εφαρμογές - αναλύσεις Στην παράγραφο αυτή θα γίνουν οι εφαρμογές των παραπάνω μοντέλων (WAVE_L, WICIR, SEDTR). Οι εφαρμογές έγιναν έχοντας σαν μεταβλητές τις τιμές των παρακάτω παραμέτρων: Αριθμός και μήκος βυθισμένων κυματοθραυστών Απόσταση μεταξύ τους Απόσταση από την ακτή Συντελεστής διάδοσης K t (λόγος του ύψους του κύματος που προσπίπτει προς το ύψος του κύματος που διαδίδεται προς την ακτή) Στον Πίνακα 13 καταγράφονται τα χαρακτηριστικά των εφαρμογών αυτών. 104

113 Πίνακας 13: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΒΥΘΙΣΜΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΟΘΡΑΥΣΤΩΝ Εφαρμογή Συντελεστής διάδοσης Κ t Απόσταση από την ακτή (m) Απόσταση μεταξύ Βυθισμένων Κυμα/τών (m) Μήκος Βυθισμένου Κυματοθραύστη (m) Αριθμός Βυθισμένων Κυμα/τών ΥΚ (Υφισταμένη κατάσταση) ΑΠ (Απομάκρυν ση προβόλων) ΒΚ_ ΒK_ ΒK_ ΒK_ ΒK_ ΒK_ ΒK_ ΒK_ ΤΠ Τελική Πρόταση (Τεχνητή Ανάπλαση και K04_1) Για την επιλογή των παραπάνω χαρακτηριστικών ακολουθήθηκαν, σε γενικές γραμμές, οι κλασσικοί κανόνες κυματοθραυστών παράλληλα στην ακτή προσαρμοσμένοι για τους βυθισμένους κυματοθραύστες (Pilarczyk, 003, DELOS, 004, Καραθανάση, 004). Σύμφωνα με τον Pilarczyk (003): Η απόσταση μεταξύ των βυθισμένων κυματοθραυστών θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το μήκος του κύματος που προσπίπτει και μικρότερη από το 80% του μήκους των κατασκευών. Η απόσταση από την ακτή θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το μήκος τους πολλαπλασιασμένο με (1-K t ), εάν επιθυμείται η δημιουργία προεξοχής και όχι tombolo. 105

114 Με σκοπό τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης των βυθισμένων κυματοθραυστών έγιναν και ορισμένες εφαρμογές που παραβιάζουν τους παραπάνω κανόνες. Η αρχική διερεύνηση περιελάμβανε και άλλες ενδιάμεσες εφαρμογές που όμως δεν παρουσιάζονται γιατί δεν διαφέρουν σημαντικά από τις παραπάνω. Παρουσιάζονται τα εξής αποτελέσματα: Ισοϋψείς σημαντικού ύψους κύματος H s (μοντέλο WAVE_L) Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων (μοντέλο WICIR) Τάση εξέλιξης ακτογραμμής (μοντέλο SEDTR) Οι ισοϋψείς H s και το πεδίο κυματογενών ταχυτήτων παρουσιάζονται μόνο για τους ΝΑ-Α κυματισμούς, οι οποίοι επικρατούν με συχνότητα εμφάνισης 1.7 %, και ουσιαστικά καθορίζουν τις κυματογενής διεργασίες του παράκτιου χώρου. Η τάση εξέλιξης ακτογραμμής προκύπτει από την επαλληλία και των τριών κυματικών καταστάσεων (Α, ΒΑ, ΝΑ-Ν). Στην τελευταία εφαρμογή ΤΠ, η οποία αποτελεί και την Τελική Πρόταση, παρουσιάζονται όλα τα αποτελέσματα α. Υφιστάμενη Κατάσταση Εφαρμογή ΥΚ Στο Σχήμα 9.1 παρουσιάζονται οι ισοϋψείς H s για τους επικρατούντες ΝΑ-Ν ανέμους (H os =1.34 m, T=5 s). Είναι φανερή η διάδοση των κυματισμών κάτω από τις επιδράσεις των φαινομένων της διάθλασης, της περίθλασης από τους βραχίονες του Αλιευτικού Καταφυγίου και της θραύσης στην ακτή. 106

115 Σχήμα 9.1. Εφαρμογή ΥK: Ισουψείς Η s (m) για ΝΑ-Ν ανέμους. 0 Στο Σχήμα 9.. παρουσιάζεται το πεδίο κυματογενών ταχυτήτων όπου φαίνεται η δημιουργία του κυματογενούς ρεύματος παράλληλα στην ακτή. Είναι φανερή η επίδραση των προβόλων που οδηγεί στη μείωση του ρεύματος κοντά στην ακτή και τη δημιουργία στροβίλων στα φατνώματα m/s Σχήμα 9.. Εφαρμογή ΥΚ: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους 107

116 Στο Σχήμα 9.3. παρουσιάζεται η τάση η αναμενόμενη εξέλιξης της ακτογραμμής. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του δισδιάστατου μοντέλου SEDTR προβλέπεται στο νότιο τμήμα της ακτής μια τάση σταθεροποίησης της ακτογραμμής, ενώ στο βόρειο συνέχιση της διάβρωσης. Στο κεντρικό τμήμα της και ανάμεσα στους προβόλους με τη μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους (ακριβώς Νότια του Ι.Ν. Αγ. Φωτεινής) προβλέπεται ότι θα συνεχιστεί η εξέλιξη της ακτογραμμής λόγω ακριβώς της μεγάλης απόστασης μεταξύ των προβόλων. Οι παραπάνω προβλέψεις συμφωνούν με τις παρατηρήσεις των τελευταίων ετών, μετά την κατασκευή των προβόλων Σχήμα 9.3. Εφαρμογή ΥΚ: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής. τασης: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους.

117 9.4..β. Απομάκρυνση προβόλων Εφαρμογή ΑΠ Στα Σχήματα 9.4., 9.5. και 9.6. παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής των μοντέλων για την περίπτωση απομάκρυνσης των προβόλων. Το κυματογενές ρεύμα είναι πιο ισχυρό κοντά στην ακτή, σε σχέση με την προηγούμενη Εφαρμογή ΥΚ. Η αναμενόμενη τάση εξέλιξης της ακτογραμμή θα είναι διαβρωτική γιατί οι κυματισμοί και τα κυματογενή ρεύματα θα συνεχίζουν να μεταφέρουν προς το Βορρά την άμμο χωρίς αυτή να αντικαθίσταται από την περιοχή Νότια του Αλιευτικού Καταφυγίου Σχήμα 9.4. Εφαρμογή ΑΠ: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους m/s Σχήμα 9.5. Εφαρμογή ΑΠ: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους

118 Σχήμα 9.6. Εφαρμογή ΑΠ: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής γ. Εφαρμογή ΒΚ_1 Μετά την απομάκρυνση των προβόλων διερευνάται η συμπεριφορά της ακτογραμμής μετά την κατασκευή 4 βυθισμένων κυματοθραυστών. Το μήκος τους είναι 00 m, απόσταση από την ακτή 00 m και η απόσταση μεταξύ τους 110 m. Ο πρώτος κυματοθραύστης σχηματίζει γωνία 10 ο σε σχέση με την ακτογραμμή, ο δεύτερος 5 ο, ενώ οι άλλοι δύο είναι παράλληλοι. Ο συντελεστής διάδοσης επιλέχθηκε να είναι K t =0.4. Η τιμή αυτή είναι σχετικά μικρή αλλά ταυτόχρονα και αντιπροσωπευτική (Καραθανάση, 004). Για μικρότερες τιμές του K t τα αποτελέσματα είναι παρόμοια με εκείνα των συμβατικών έξαλλων κυματοθραυστών, αλλά απαιτούνται κατασκευές με στέψη πολύ κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας ή/και μεγάλο πλάτος. Το πρώτο χαρακτηριστικό δεν συνεισφέρει πολύ στην βελτίωση της ποιότητας των νερών, εφόσον το νερό δεν μπορεί να κυκλοφορεί ελεύθερα πάνω από αυτούς. Το δεύτερο χαρακτηριστικό καθιστά πιο αντιοικονομική τη προτεινόμενη λύση. Για μεγαλύτερες τιμές του K t η λύση γίνεται λιγότερο αποτελεσματική (όπως φαίνεται στην αμέσως επόμενη Εφαρμογή ΒΚ_). Στο Σχήμα 9.7 παρουσιάζονται οι ισοϋψείς H s για τους επικρατούντες ΝΑ-Ν ανέμους (H os =1.34 m, T=5 s). Είναι φανερή η ανάκλαση των κυματισμών από τους βυθισμένους κυματοθραύστες, η διάδοσή τους πάνω από αυτούς, η θραύση τους καθώς και οι επιδράσεις των φαινομένων της διάθλασης και της περίθλασης. Στο Σχήμα 9.8. παρουσιάζεται το πεδίο κυματογενών ταχυτήτων όπου φαίνεται η επίδραση των βυθισμένων κυματοθραυστών. Τα ρεύματα επαναφοράς ανάμεσα στα ανοίγματα αλλά και οι στρόβιλοι ανάμεσα στις κατασκευές και την ακτή είναι τα κύρια χαρακτηριστικά του πεδίου. Οι στρόβιλοι αυτοί οδηγούν στη δημιουργία των προεξοχών που παρατηρούνται στο Σχήμα 9.9. Η λύση αυτή φαίνεται να είναι αρκετά ικανοποιητική γιατί από τη μια μεριά δεν οδηγεί σε σημαντικές διαβρώσεις στα τμήματα της ακτής ανάμεσα στα ανοίγματα και από την άλλη παρατηρείται πρόσχωση στη σκιά των 110

119 κυματοθραυστών. Από περιβαλλοντική άποψη κρίνεται επίσης ικανοποιητική εφόσον το νερό επιτρέπεται να κυκλοφορεί τόσο από πάνω από τις κατασκευές όσο και ανάμεσα από τα ανοίγματα. 111

120 Σχήμα 9.7. Εφαρμογή ΒΚ_1: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους Σχήμα 9.8. Εφαρμογή ΒΚ_1: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους Σχήμα 9.9. Εφαρμογή ΒΚ_1: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής.

121 9.4..δ. Εφαρμογή ΒΚ_ Η εφαρμογή αυτή είναι ίδια με την προηγούμενη με μόνη διαφορά η τιμή του συντελεστή διάδοσης που επιλέχθηκε να είναι K t =0.7. Από περιβαλλοντική άποψη η λύση αυτή είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική εφόσον ο συντελεστής αυτός αντιστοιχεί σε ένα βάθος της στέψης των κατασκευών μεγαλύτερο από εκείνο της Εφαρμογής ΒΚ_1. Έτσι επιτυγχάνεται συγκριτικά μεγαλύτερη κυκλοφορία του νερού πάνω από τις κατασκευές και άρα μείωση του χρόνου ανανέωσης των υδάτων της λιμενολεκάνης που σχηματίζεται ανάμεσα στις κατασκευές και την ακτή. Στο Σχήμα 9.10 παρουσιάζονται οι ισοϋψείς H s για τους επικρατούντες ΝΑ-Ν ανέμους. Είναι φανερή η αυξημένη (σε σχέση με την Εφαρμογή ΒΚ_1) διάδοση των κυματισμών πάνω από τους βυθισμένους κυματοθραύστες. Στο Σχήμα το πεδίο κυματογενών ταχυτήτων φαίνεται να μην επηρεάζεται σημαντικά από την παρουσία των βυθισμένων κυματοθραυστών, γεγονός που αποτυπώνεται στο Σχήμα 9.1 όπου παρατηρείται μικρότερη πρόσχωση και μεγαλύτερη διάβρωση σε σχέση με την εφαρμογή ΒΚ_. Για το λόγο αυτό η λύση αυτή δεν κρίνεται ικανοποιητική Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους

122 Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους m/s Σχήμα 9.1. Εφαρμογή ΒΚ_: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής. Σε όλες τις υπόλοιπες εφαρμογές ο συντελεστής διάδοσης θα είναι K t = ε. Εφαρμογή ΒΚ_3 Η εφαρμογή αυτή είναι όμοια με την ΒΚ_1 με διαφορετική όμως απόσταση από την ακτή 140 m, και τους 4 κυματοθραύστες παράλληλους σε αυτήν. Τα αποτελέσματα (Σχήματα 9.13, 5.14 και 5.15) δείχνουν ότι η μείωση της απόσταση από την ακτή παίζει ένα σχετικά αρνητικό ρόλο αυξάνοντας την διάβρωση στην ακτή που βρίσκεται ανάμεσα στα ανοίγματα. Από περιβαλλοντική άποψη κρίνεται επίσης λιγότερο ικανοποιητική από την εφαρμογή ΒΚ_1 εφόσον ο υδάτινος όγκος της λιμενολεκάνης που σχηματίζεται ανάμεσα στις κατασκευές και την ακτή μειώνεται. 114

123 Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_3: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους m/s Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_3: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_3: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμή 115

124 9.4..στ. Εφαρμογή ΒΚ_4 Στην εφαρμογή αυτή μειώθηκε ακόμα περισσότερο η απόσταση από την ακτή (100 m). Τα αποτελέσματα (Σχήματα 9.16, 9.17 και 9.18) δείχνουν ότι το κυματογενές ρεύμα είναι κυρίως παράλληλο στην ακτή γιατί μειώθηκαν οι στρόβιλοι, με συνέπεια την περαιτέρω αύξηση της διάβρωσης και μείωση της πρόσχωσης σε σχέση με την Εφαρμογή ΒΚ_1. Από περιβαλλοντική άποψη κρίνεται επίσης μη ικανοποιητική γιατί ο υδάτινος όγκος της λιμενολεκάνης που σχηματίζεται ανάμεσα στις κατασκευές και την ακτή μειώνεται σημαντικά. Είναι φανερό ότι η λύση αυτή δεν ενδείκνυται να εφαρμοστεί Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_4: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους. 116

125 m/s Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_4: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_4: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής ζ. Εφαρμογή ΒΚ_5 Στην εφαρμογή αυτή διερευνάται η επίδραση από την κατασκευή 3 (και όχι 4) βυθισμένων κυματοθραυστών με μήκος 00 m (όπως και στις προηγούμενες εφαρμογές), με απόσταση από την ακτή 170 m και μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους 10 m. Από περιβαλλοντική άποψη η λύση αυτή είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική εφόσον η αύξηση των ανοιγμάτων ανάμεσα στις κατασκευές οδηγεί σε καλύτερη κυκλοφορία του νερού και μείωση του χρόνου ανανέωσης των υδάτων της λιμενολεκάνης. 117

126 Από Ακτομηχανική άποψη (διάβρωση-πρόσχωση ακτής) η λύση αυτή (Σχήματα 9.19, 9.0 και 9.1) δεν είναι καλύτερη από την Εφαρμογή ΒΚ_1 γιατί φαίνεται να οδηγεί σε μεγαλύτερες διαβρώσεις αλλά και μικρότερες προσχώσεις Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_5: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους m/s Σχήμα 9.0. Εφαρμογή ΒΚ_5: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους 118

127 Σχήμα 9.1. Εφαρμογή ΒΚ_5: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής η. Εφαρμογή ΒΚ_6 Στην εφαρμογή αυτή διερευνάται η επίδραση από την κατασκευή ενός μόνο βυθισμένου κυματοθραύστη μήκους 1100 m, με απόσταση από την ακτή 00 m. Από περιβαλλοντική άποψη η λύση αυτή δεν είναι ικανοποιητική εφόσον το νερό θα κυκλοφορεί κυρίως πάνω από την κατασκευή με αποτέλεσμα την αύξηση του χρόνου ανανέωσης των υδάτων της λιμενολεκάνης. Τα αποτελέσματα των μοντέλων παρουσιάζονται στα Σχήματα 9., 9.3 και 9.4. Η λύση αυτή προστατεύει ικανοποιητικά την ακτή εφόσον μειώνει σημαντικά την κυματική ενέργεια που προσπίπτει στην ακτή. Αυτό αποτυπώνεται όχι μόνο στο διάγραμμα των υψών H s και το πεδίο κυματογενών ταχυτήτων (Σχήματα 9. και 9.3 αντίστοιχα) αλλά και στο διάγραμμα εξέλιξης της ακτογραμμής όπου σταθεροποιείται το μεγαλύτερο τμήμα της Σχήμα 9.. Εφαρμογή ΒΚ_6: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους. 119

128 m/s Σχήμα 9.3. Εφαρμογή ΒΚ_6: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους Σχήμα 9.4. Εφαρμογή ΒΚ_6: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής θ. Εφαρμογή ΒΚ_7 Η εφαρμογή αυτή είναι παρόμοια με την προηγούμενη με τη διαφορά ότι διερευνάται η επίδραση μεγάλων βυθισμένων κυματοθραυστών, αντί ενός πολύ μεγάλου. Το μήκος τους είναι 460 m, η απόσταση από την ακτή 00 m και η απόσταση μεταξύ τους 170 m. Ο πρώτος κυματοθραύστης έχει κλίση 5 ο σχετικά με την ακτογραμμή. Περιβαλλοντικά κρίνεται καλύτερη από την προηγούμενη ΒΚ_6 εφόσον προβλέπεται ένα σχετικά μεγάλο άνοιγμα που επιτρέπει την κυκλοφορία του νερού ανάμεσα από τις κατασκευές. Τα αποτελέσματα των μοντέλων παρουσιάζονται στα Σχήματα 9.5, 9.6 και 9.7. Η λύση αυτή προστατεύει ικανοποιητικά την ακτή αλλά δεν θεωρείται αποτελεσματική όσο η Εφαρμογή ΒΚ_1, γιατί δημιουργούνται σχετικά μικρότερες προσχώσεις και μεγαλύτερες διαβρώσεις. 10

129 Σχήμα 9.5. Εφαρμογή ΒΚ_7: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους m/s Σχήμα 9.6. Εφαρμογή ΒΚ_7: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους Σχήμα 9.7. Εφαρμογή ΒΚ_7: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής. 11

130 9.4..ι. Εφαρμογή ΒΚ_8 Η εφαρμογή αυτή είναι παρόμοια με την Εφαρμογή ΒΚ_5, γιατί διερευνάται η κατασκευή 3 κυματοθραυστών. Το μήκος των κυματοθραυστών είναι μεγαλύτερο (300 m), η απόσταση μεταξύ τους μικρότερη (110 m), ενώ η απόσταση από την ακτή λίγο μεγαλύτερη (00 m). Ο πρώτος κυματοθραύστης έχει κλίση 5 ο σχετικά με την ακτογραμμή. Περιβαλλοντικά δεν είναι καλύτερη από την ΒΚ_5 εφόσον τα ανοίγματα είναι μικρότερα. Τα αποτελέσματα των μοντέλων παρουσιάζονται στα Σχήματα 9.8, 9.9 και Η λύση αυτή προστατεύει ικανοποιητικά την ακτή και συγκρίνεται με την αποτελεσματικότητα της λύσης ΒΚ_ Σχήμα 9.8. Εφαρμογή ΒΚ_8: Ισουψείς Ηs (m) για ΝΑ-Ν ανέμους. 1

131 Σχήμα 9.9. Εφαρμογή ΒΚ_8: Πεδίο κυματογενών ταχυτήτων για ΝΑ-Ν ανέμους m/s Σχήμα Εφαρμογή ΒΚ_8: Τάση εξέλιξης ακτογραμμής μορφολογίας πυθμένα. Συνεχής γραμμή: υφιστάμενη ακτογραμμή, διακεκομμένη γραμμή: τάση εξέλιξης ακτογραμμής κ. Τελική Πρόταση - Εφαρμογή ΤΠ Από τα παραπάνω φαίνεται ότι η λύση που συνδυάζει ικανοποιητικά έναν ορθό περιβαλλοντικό σχεδιασμό με ταυτόχρονη ικανοποιητική προστασία της ακτής είναι η Εφαρμογή ΒΚ_1. Η λύση αυτή επιλέγεται και για ένα άλλο λόγο: είναι η λύση που είναι περισσότερο συμβατή με τους κλασσικούς -και δοκιμασμένους- κανόνες σχεδιασμού κυματοθραυστών παράλληλα στην ακτή. Σύμφωνα με τους συμβατικούς κανόνες σχεδιασμού (Pilarczyk & Zeilder, 1996) για τη δημιουργία προεξοχής το μήκος των κυματοθραυστών θα πρέπει να είναι της τάξης της απόστασής τους από την ακτή, ενώ, για την αποφυγή διαβρώσεων ανάμεσα στα ανοίγματα, η απόσταση μεταξύ τους θα πρέπει να είναι μικρότερη του 80% της απόστασής τους από την ακτή. Οι κανόνες αυτοί 13

132 προσαρμόστηκαν για τους βυθισμένους κυματοθραύστες (Pilarczyk, 003, DELOS, 004, Καραθανάση, 004). Σύμφωνα με τον Pilarczyk (003) η απόσταση μεταξύ των βυθισμένων κυματοθραυστών θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το μήκος του κύματος που προσπίπτει και μικρότερη από το 80% του μήκους των κατασκευών, ενώ η απόσταση από την ακτή θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το μήκος τους πολλαπλασιασμένο με (1-K t ), εάν επιθυμείται η δημιουργία προεξοχής και όχι tombolo. Η Τελική Πρόταση συμφωνεί και με τους κανόνες αυτούς. Η λύση αυτή συνοδεύεται και από τεχνητή ανάπλαση της ακτής ώστε αυτή να επανέλθει όπως ήταν πριν την κατασκευή του Αλιευτικού Καταφυγίου. Το υλικό της ανάπλασης θα μπορούσε να είναι ίδιας μέσης διαμέτρου με το υλικό της ακτής αλλά και, εάν αυτό είναι δυνατό, μεγαλύτερο για καλύτερα αποτελέσματα (Dean, 003). 14

133 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη των ανθρωπογενών επιδράσεων στην διαμόρφωση της μορφολογίας της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης και η στερεομεταφορά που σημειώνεται στην περιοχή. Η εργασία διαρθρώθηκε σε τρία μέρη, τα οποία καλύπτουν τις ακόλουθες θεματικές ενότητες: Στο πρώτο μέρος αναφέρονται γενικές πληροφορίες που αφορούν την περιοχή μελέτης τόσο για το ανθρωπογενές όσο και για το φυσικό περιβάλλον όπως η γεωγραφία της περιοχής, τα κλιματικά χαρακτηριστικά της. Προκειμένου να μελετηθεί η αλλαγή της μορφολογίας της ακτογραμμής της εν λόγω περιοχής και το ισοζύγιο φερτών υλών, συλλέχθηκαν στοιχεία από δημόσιους φορείς όπως Ε.Σ.Υ.Ε., Γ.Υ.Σ., Νομαρχία Πιερίας, Α.Π.Θ., Καπνικός Σταθμός Κατερίνης και από σχετική βιβλιογραφία. Μετά την συλλογή των στοιχείων ακολούθησε η αξιολόγηση αυτών για την αξιοπιστία και την κατάστασή τους (π.χ. φθαρμένοι χάρτες, κακές φωτοτυπίες κ.ά), την κλίμακα τους, την χρονολογική περίοδο που αφορούσαν και το κατά πόσο μπορούσαν να συνδυαστούν με άλλα στοιχεία για την εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται ο ρόλος που έπαιξαν οι ανθρωπογενείς επιδράσεις στη διαμόρφωση της μορφολογίας της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης από το έτος 1945 μέχρι και σήμερα και περιγράφεται η διαχρονική εξέλιξη της ακτογραμμής σε διάφορες χρονικές περιόδους για τις οποίες υπάρχουν στοιχεία για μορφολογικές αλλαγές. Τα βασικά υπόβαθρα στα οποία στηρίχθηκε η μελέτη ήταν αεροφωτογραφίες της Γ.Υ.Σ. των ετών 1945, 1960, 1979, ορθοφωτοχάρτης του 1997 και ο χάρτης αιγιαλού παραλίας της Κτηματικής Υπηρεσίας, ο οποίος εγκρίθηκε το έτος Το συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι οι άνθρωποι με τα τεχνικά έργα που κατασκεύασαν κατά μήκος της ακτογραμμής, αρχικά με το αλιευτικό καταφύγιο στην έξοδο του ρέματος νότια του οικισμού της Παραλίας Κατερίνης διατάραξαν το ισοζύγιο φερτών υλών και κατόπιν με τους κάθετους στην ακτογραμμή βραχίονες προσπάθησαν

134 να εμποδίσουν την έντονη διάβρωση και μετακίνηση της ακτογραμμής που συνέχισαν να απειλούν σοβαρά τα οικοδομικά συγκροτήματα επί της παραλίας μέχρι και σήμερα. Στο τρίτο μέρος γίνεται μελέτη του ισοζύγιου φερτών υλών μέσα από δύο διαφορετικές προσεγγίσεις. Η πρώτη προσέγγιση της μελέτης του ισοζυγίου φερτών υλών επιχειρεί να κάνει ποσοτική ανάλυση του προβλήματος κατά την διάρκεια ενός έτους κατά μήκος της ακτής. Η διάγνωση της κυματικής κατάστάσης έγινε από ανεμολογικά δεδομένα του φάρου του Μεγάλου Εμβόλου του Νομού Θεσσαλονίκης και με την χρήση του εμπειρικού μοντέλου JONSWAP. Ξεκινώντας από ένα όριο της φυσιογραφικής μονάδας, χωρίστηκε η ακτή σε τμήματα και υπολογίσθηκε το αλγεβρικό άθροισμα των όγκων των φερτών υλών που μεταφέρονται προς την μια ή την άλλη κατεύθυνση. Στους υπολογισμούς οι άνεμοι που συμμετέχουν στην αλλαγή της ακτογραμμής της μορφολογίας της Παραλίας Κατερίνης σύμφωνα με την μορφολογία της ευρύτερης περιοχής, είναι οι άνεμοι που πνέουν από την πλευρά της θάλασσας, δηλαδή, οι Βόρειοι - Ανατολικοί, οι Νότιοι - Ανατολικοί και οι Νότιοι. Στους υπολογισμούς δεν συμμετείχε ο Ανατολικός άνεμος γιατί είναι μόλις το % όλων των ανέμων που πνέουν στην περιοχή και μάλιστα αυτό το ποσοστό αφορά και τις τέσσερις κατηγορίες εντάσεώς του, σύμφωνα με τον πίνακα 5 που το μεγαλύτερο ποσοστό του (0,88%) αφορά ασθενής έντασης άνεμο, και γι αυτό η συμμετοχή του στην αλλαγή της μορφολογίας της ακτογραμμής της Παραλίας Κατερίνης κρίθηκε αμελητέα. Το συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι υπάρχει περίσσευμα φερτών υλών ίσο με μ 3 /έτος, το οποίο οφείλεται στους Νότιο Ανατολικούς και Νότιους ανέμους. Οι αδυναμίες αυτής της προσέγγισης είναι οι εξής:α) τα ανεμολογικά στοιχεία αφορούν άγνωστη χρονική περίοδο για την οποία δεν υπάρχουν άλλα δεδομένα π.χ. βροχομετρικά στοιχεία της περιοχής, β) στους υπολογισμούς δεν λαμβάνονται υπόψη τα τεχνικά έργα κατά μήκος της ακτής, όπως οι βραχίονες και το αλιευτικό καταφύγιο τα οποία συμμετέχουν ενεργά στην διαμόρφωση της στερεομεταφοράς στην παραλία, δηλαδή, δεν λαμβάνονται υπόψη οι ανθρωπογενείς επιδράσεις στην εκτίμηση της στερεοπαροχής των φερτών υλών κατά μήκος των ακτών, λόγω της ύπαρξης των κυματογενών ρευμάτων στη ζώνη θραύσης των κυματισμών. Άρα, το ανωτέρω αποτέλεσμα δεν αφορά την υπάρχουσα ακτή, αλλά αυτή που υπήρχε πριν γίνουν τα έργα επ αυτής, τα οποία διατάραξαν την τροφοδοσία της με φερτά υλικά από τα γειτονικά υδατορρέματα. 16

135 Επίσης, ο υπολογισμός της συνολικής στερεοπαροχής στη ζώνη θραύσης Q t έγινε από την ημιεμπειρική σχέση (9.43), η οποία προέκυψε από συστηματικές έρευνες στις ακτές των ΗΠΑ και της Δυτικής και Βόρειας Ευρώπης (Β. Θάλασσα και Βαλτική), δηλαδή, αφορά θάλασσες στις οποίες επικρατούν διαφορετικές κυματικές συνθήκες σε σχέση μ αυτές της Μεσογείου και οδηγούν σε εκτιμήσεις της ολικής παροχής φερτών με ακρίβεια 50%. Η δεύτερη προσέγγιση αφορά την μελέτη της εξέλιξης της μορφολογίας της ακτής με την χρήση μαθηματικού μοντέλου με Η/Υ. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς, φαίνεται ότι νότια του αλιευτικού καταφυγίου θα υπάρχει πρόσχωση και βόρεια αυτού διάβρωση, η οποία οφείλεται στο εν λόγω τεχνικό έργο. Στους υπολογισμούς αυτούς δεν συμμετείχαν οι βραχίονες που βρίσκονται κατά μήκος κάθετα στην ακτογραμμή. Τέλος, σύμφωνα με τις δύο διαφορετικές προσεγγίσεις μελέτης του ισοζυγίου φερτών υλών στην ακτογραμμή της Παραλία Κατερίνης διαπιστώσαμε ότι το ισοζύγιο φερτών υλών δεν ισορροπεί, αλλά ότι υπάρχει έντονη πρόσχωση νότια του αλιευτικού καταφυγίου και έντονη διάβρωση βόρεια αυτού μεταξύ των κάθετων επί της ακτογραμμής βραχιόνων και κατά συνέπεια υπάρχει μεταβολή στην μορφολογία της. Η διατάραξη του ισοζυγίου οφείλεται τόσο σε ανθρωπογενείς, όσο και σε φυσικούς παράγοντες, όπως στα υδραυλικά, λιμενικά (λιμενοβραχίονες, προβλήτες, λιμενολεκάνες κ.λ.π.) και άλλα έργα, τα οποία κατασκευάσθηκαν τις τελευταίες δύο δεκαετίες και που μεταβάλουν την εναπόθεση της άμμου στις ακτές. Επίσης, από έργα ή δραστηριότητες, η κατασκευή ή η λειτουργία των οποίων συνεπάγεται την απομάκρυνση της βλάστησης από μεγάλες εκτάσεις (αποψιλώσεις για να αποδοθούν εδάφη στη γεωργία, αρόσεις παράλληλα προς τον άξονα της ροής των υδάτων κ.λ.π.) καθώς και από έργα που συντελούν στην αύξηση της ταχύτητας ροής των επιφανειακών υδάτων (δημιουργία οικισμών, αποχετεύσεις όμβριων κ.λ.π.) Όπως φαίνεται από την μελέτη που εκπονήθηκε, το πρόβλημα της διάβρωσης δεν πρόκειται να σταματήσει, πιθανόν δε και να επιδεινωθεί. Για το λόγο αυτό κρίνεται σκόπιμο να ληφθούν σύντομα από την πολιτεία μέτρα για την ανατροπή της υπάρχουσας κατάστασης προκειμένου, να μπορέσουν να προστατευθούν οι οικίες και οι ξενοδοχειακές μονάδες που υπάρχουν κατά μήκος της ακτογραμμής του οικισμού της Παραλία Κατερίνης. Στο τέταρτο μέρος γίνεται μελέτη προστασίας της ακτής από τη διάβρωση. Ως καλύτερη μέθοδος επιλέγεται η μέθοδος κατασκευής 4 βυθισμένων κυματοθραυστών γιατί από τη μια μεριά δεν οδηγεί σε σημαντικές διαβρώσεις στα τμήματα της ακτής 17

136 ανάμεσα στα ανοίγματα και από την άλλη παρατηρείται πρόσχωση στη «σκιά» των κυματοθραυστών. Από περιβαλλοντική άποψη κρίνεται επίσης ικανοποιητική εφόσον το νερό επιτρέπεται να κυκλοφορεί τόσο από πάνω από τις κατασκευές όσο και ανάμεσα από τα ανοίγματα. Η λύση αυτή συνοδεύεται και από τεχνητή ανάπλαση της ακτής ώστε αυτή να επανέλθει όπως ήταν πριν την κατασκευή του Αλιευτικού Καταφυγίου. Το υλικό της ανάπλασης θα μπορούσε να είναι ίδιας μέσης διαμέτρου με το υλικό της ακτής αλλά και, εάν αυτό είναι δυνατό, μεγαλύτερο για καλύτερα αποτελέσματα (Dean, 003). 18

137 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. «Τεχνολογία Αντιμετώπισης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων», Τόμος Β, - «Πολιτικές Μετασκευής της Συγκοινωνιακής Υποδομής με Στόχο την Αρμονική Ένταξη στο Περιβάλλον. Διαχείριση και Προστασία της Παράκτιας Ζώνης», Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, Πάτρα «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΚΤΩΝ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΩΝ», Χριστόφορος Κουτίτας, καθηγητής Λιμενικών Έργων Πολυτεχνικής Σχολής ΔΠΘ, Θεσ/νίκη «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ», Χριστόφορος Κουτίτας, εκδόσεις Ζήτη, Θεσ/νίκη «ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΚΥΜΑΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ & ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ», ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ, Θεοφάνης Β. Καραμπάς, Δρ. Πολιτικός Μηχ/κός, Μυτιλήνη «ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ (ΜΕΛΕΤΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ)», Γ. Βαβίζος και Αρ. Μερτζάνης, εκδόσεις Παπασωτηρίου, Αθήνα «Λιμενικά έργα Σχεδίαση υπολογισμός κατασκευή», Alonzo Def. Quinn, μετάφραση : Χρ. Καρόπουλος, Πολ. Μηχ/κός Ε.Μ.Π., εκδόσεις Φούντας. 7. «Υδρογραφία και Φυσική Ωκεανογραφία», Σημειώσεις 9 ου εξαμήνου, Ηλίας Ν. Τζιαβός, Α.Π.Θ. Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, Τομέας Γεωδαισίας και Τοπογραφίας, Θεσ/νίκη «ΠΡΟΣ ΜΙΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΖΩΝΩΝ: Γενικές αρχές και επιλογές πολιτικής», Ευρωπαϊκή Επιτροπή, «Ο ΠΑΡΑΚΤΙΟΣ ΧΩΡΟΣ ΤΗΣ ΠΙΕΡΙΑΣ ΟΙ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ Σ ΑΥΤΟΝ ΚΑΙ ΤΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΜΙΑ ΚΑΛΛΙΤΕΡΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥ ΠΑΡΑΚΤΙΟΥ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ», Δρ. Αναγνώστου & Δρ. Χρόνη, Ε.Κ.Θ.Ε., Άγιος Κοσμάς Ελληνικό, Φεβρουάριος «Ενημερωτικό Δελτίο», Τ.Ε.Ε

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162 ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Α/Α ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑΣ 1 Αλιευτικό καταφύγιο Παραλίας Κατερίνης-φαίνεται το ρέμα που συνδέεται με αυτό. Αλιευτικό καταφύγιο Παραλίας Κατερίνης. 3 «4 Παραλία Κατερίνης. Στο βάθος εμφανίζεται ο Ναυτικός Όμιλος. 5 Βραχίονες στην Παραλία Κατερίνης. 6 Περίθλαση κυματισμών. 7 Αλιευτικό καταφύγιο Παραλίας Κατερίνης. 8 Είσοδος στο αλιευτικό καταφύγιο Παραλίας Κατερίνης. 9 Άποψη της Παραλίας Κατερίνης. 10 Κάθετος βραχίονας. 11 Απειλή κτιρίων του οικισμού από τα κύματα. 1 Βραχίονες στην Παραλία Κατερίνης. 13 «14 «15 «16 Ιερός Ναός Αγ. Φωτεινής 17 Ζημίες από τους χειμερινούς κυματισμούς του 003 Ναυτικός Όμιλος. 18 Ζημίες από τους χειμερινούς κυματισμούς του 003 Βόρεια της Παραλίας Κατερίνης. 19 Ζημίες από τους χειμερινούς κυματισμούς του 003 Βόρεια της Παραλίας Κατερίνης. 0 Βραχίονες στην Παραλία Κατερίνης. 1 Στο βάθος ο Ναυτικός Όμιλος. Βραχίονες στην Παραλία Κατερίνης. 3 Βραχίονες στην Παραλία Κατερίνης. 4 Θίνες Βαλτοτόπια Βόρεια της Παραλίας Κατερίνης. 5 Θίνες Βαλτοτόπια Βόρεια της Παραλίας Κατερίνης.

163 Φωτ.1 Φωτ. Φωτ.3

164 Φωτ.4 Φωτ.5 Φωτ.6

165 Φωτ.7 Φωτ.8 Φωτ.9

166 Φωτ.10 Φωτ.11 Φωτ.1

167 Φωτ.13 Φωτ.14 Φωτ.15

168 Φωτ.16 Φωτ.17

169 Φωτ.18 Φωτ.19

170 Φωτ.0 Φωτ.1

171 Φωτ. Φωτ.3

172 Φωτ.4 Φωτ.5

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183 Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΔΗΜΟΣΙΩΝ ΕΡΓΩΝ «ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΛΛΟΙΟΥΜΕΝΩΝ ΑΚΤΩΝ ΠΙΕΡΙΑΣ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:

184 Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΔΗΜΟΣΙΩΝ ΕΡΓΩΝ «ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΛΛΟΙΟΥΜΕΝΩΝ ΑΚΤΩΝ ΠΙΕΡΙΑΣ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΩΝ H sb,d b, φ b ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΑΝΕΜΟ Αναλυτικοί υπολογισμοί του ύψους H sb στο σημείο θραύσης, του βάθους θραύσης d b και της γωνίας πρόσπτωσης φ b, για τους παρακάτω ανέμους: 1) Οι Βόρειοι Ανατολικοί Μέτριοι Άνεμοι προκαλούν κυματισμούς με χαρακτηριστικές τιμές (στα βαθιά νερά) Ηο=0,71m και Τ=3,80sec. Για να βρούμε το εύρος H b και το βάθος d b θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τα νομογραφήματα σχ. (3.16) και (3.17). Η χρήση τους όμως απαιτεί την γνώση της τιμής Ηο άρα και του συντελεστή διάθλασης k R αφού Ηο =Ηο k R. Βέβαια, για την εύρεση του k R θα πρέπει να γνωρίζουμε το βάθος θραύσης d b (το οποίο και ζητάμε). Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη 1998.

196 Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη Έτσι, υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται σε κάποιο βάθος d b και κατόπιν με τη χρήση των νομογραφημάτων της θραύσης βρίσκουμε ένα νέο βάθος θραύσης d b. Αν τα d b και d b δεν συμπίπτουν δεχόμαστε σαν βάθος θραύσης το d b και επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία μέχρις ότου το βάθος που υποθέσαμε συμπέσει με το βάθος που θα βρούμε. Από τη σχέση Ho Ho =0,78 (ισχύει στη θραύση) υπολογίζεται το do, δηλαδή =0,78 do do 0, 71 do= do=0,91m, επομένως υποθέτουμε ότι η θραύση γίνεται στο βάθος του 1m g T 9,81 3,80 Το μήκος κύματος στα ανοιχτά είναι Lo= = π π Lo=,55m

197 Πηγή: «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ» του Χριστόφορου Κουτίτα, Θεσ/νίκη Το μήκος κύματος στο βάθος του 1m ( με τη χρήση του σχ..4) έχοντας γνωστό το d 1 πd π 1 = =0,044 εκτιμούμε το = =0,43 L=14,61m Lo, 55 L L Η γωνία διάδοσης των κυματισμών στην ισοβαθή του 1m υπολογίζεται από το νόμο του Snell (εξ.3.4): L sin φ b= sinφο 14,61 =( )sin6 ο,58 φ b = 16 o,85 Lo,55 Ο συντελεστής διάθλασης θα είναι: cosφο cos 6,58 k R= = =0,97 cosφb cos16,85 Έτσι Ηο =Ηο k R =0,71 0,97=0,69m