1. ΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 1. ΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ 1.1 Η ύναµις Coriolis Η Γη περιστρέφεται µε σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από άξονα που διέρχεται από τους πόλους. Λόγω της περιστροφικής αυτής κίνησης κάθε σηµείο της επιφάνειάς της έχει επιτάχυνση ως προς τον άξονα περιστροφής µε φορά κάθετη προς αυτόν. Εποµένως ένα σύστηµα αναφοράς ακλόνητο στην επιφάνεια της Γης θα έχει επιτάχυνση ως προς αντικείµενο που κινείται επάνω στη Γη µε σταθερή ταχύτητα. Με άλλα λόγια κάθε κινούµενο αντικείµενο επάνω στην επιφάνεια της Γης δέχεται τη δράση µιας επιτάχυνσης, επάνω στην επιφάνεια αυτή, µε διεύθυνση κάθετη στην ταχύτητά του. Η επιτάχυνση αυτή λέγεται επιτάχυνση Coriolis και έχει µέτρο 2Uwηµφ, όπου U η σταθερή ταχύτητα του αντικειµένου, w η γωνιακή ταχύτητα της Γης (7.29 x 10-5 ακτ/δλ) και φ το γεωγραφικό πλάτος της υπόψη θέσης. Η φορά της επιτάχυνσης είναι προς τα δεξιά στο βόρειο ηµισφαίριο και προς τα αριστερά στο νότιο. Η δύναµις Coriolis που προκύπτει έχει σχετικά µικρή τιµή : ένα κοινό γεµάτο 5θέσιο Ι.Χ. µε ταχύτητα 100 χλµ/ω στην περιοχή της Ελλάδας δέχεται δύναµη Coriolis περίπου 200 grf. Παρ όλα αυτά η δύναµη αυτή όταν δρα σε µεγάλες αποστάσεις, όπως στους ωκεανούς, µπορεί να εκτρέψει σηµαντικά κινούµενες θαλάσσιες µάζες. Η δύναµις Coriolis είναι εποµένως µια ουσιαστική παράµετρος στη διαµόρφωση και διαδροµή των ρευµάτων που συνιστούν τη γενική θαλάσσια κυκλοφορία σε κλίµακα ωκεανού. Τα ρεύµατα αυτά λόγω της Coriolis κινούνται ως επί το πλείστον δεξιόστροφα στο βόρειο ηµισφαίριο και αριστερόστροφα στο νότιο

2 1.2 Παλίρροιες Η αµοιβαία έλξη των ουρανίων σωµάτων και κατά κύριο λόγο της Σελήνης και του Ηλίου µε τη Γη προκαλούν βαθµιαία ανύψωση και ταπείνωση της στάθµης της θάλασσας µέσα στην ηµέρα, που ονοµάζεται παλίρροια. Η παλίρροια φθάνει ένα µέγιστο που ονοµάζεται πλήµµη και κατόπιν πέφτει σε ένα ελάχιστο που καλείται ρηχία. Λόγω των πολλών αστρονοµικών µεταβλητών, όπως απόσταση του Ηλίου και της Σελήνης από τη Γη, κλίση της επιβατικής ακτίνας του Ηλίου ως προς τον Ισηµερινό, που µεταβάλλεται µέσα σε ένα χρόνο µεταξύ των τροπικών του Καρκίνου και του Αιγόκερω, αντίστοιχη κλίση της Σελήνης που µεταβάλλεται σε κάπως ευρύτερα όρια µέσα σε ένα σεληνιακό µήνα (27.3 ηµέρες), διαφορά στην πλήρη περιστροφή γύρω από τη Γη µεταξύ του Ηλίου (24 ώρες) και της Σελήνης (24ω 50.5π), ο πλήρης κύκλος του φαινοµένου της παλίρροιας εκτείνεται σε µεγάλη χρονική περίοδο (κοντά χρόνια). Εν τούτοις µια µικρότερη περίοδος (σχεδόν 19 χρόνια) θεωρείται σαν αντιπροσωπευτική για τη µελέτη της διακύµανσης της παλίρροιας σε κάποια θέση, όπου πρόκειται να µελετηθούν λιµενικά έργα. Η µικρότερη περίοδος του συνοδικού µήνα (29.5 µέρες) δίνει τα «τοπικά» ακρότατα που οφείλονται στην ευνοϊκή (συζυγίες) ή όχι (τετραγωνισµοί) σχετική θέση της Σελήνης και του Ηλίου ως προς τη Γη. Γενικά κατά τη νέα σελήνη και την πανσέληνο έχουµε τις ακρότατες τιµές πλήµµης και ρηχίας, που βέβαια µεταβάλλονται από µήνα σε µήνα. Σε µια ορισµένη τοποθεσία µπορεί να έχουµε ηµερήσιο τύπο παλίρροιας, ηµι-ηµερήσιο ή µικτό. Στον πρώτο η πλήµµη συµβαίνει κάθε 24ω 50π, στον δεύτερο και τρίτο κάθε 12ω 25π. Στον µικτό τύπο τα δύο µέγιστα της ηµέρας δεν είναι ίσα µεταξύ τους, καθώς και τα δύο ελάχιστα

3 Το φαινόµενο της παλίρροιας προκαλεί ρεύµατα µεταβλητής ταχύτητας που επηρεάζονται από τη δύναµη Coriolis. Μια τυπική τιµή ταχύτητας είναι γύρω στο 1 ν.µ./ώρα 0.5 µ/δλ. Το εύρος και η δίαιτα της παλίρροιας εξαρτάται όπως είναι φανερό από τη γεωγραφική θέση της υπόψη θέσης. Ενας άλλος πολύ σπουδαίος παράγοντας που επηρεάζει τις παλιρροιακές µεταβολές είναι η µορφή και ο προσανατολισµός της ακτογραµµής. Η Μεσόγειος είναι από τις τοποθεσίες της υφηλίου µε πολύ µικρά εύρη παλίρροιας. 1.3 Ανεµογενή Κύµατα Γενικά ο άνεµος που πνέει πάνω από µια υδάτινη επιφάνεια δηµιουργεί ανεµογενή ρεύµατα και κύµατα. Οι κυµατισµοί στη θάλασσα παρουσιάζονται σαν διαδοχικές εξάρσεις και ταπεινώσεις της στάθµης ηρεµίας, που παρουσιάζουν περιοδικότητα και εποµένως µήκος κύµατος και χρονική περίοδο. Στο ανοικτό πέλαγος τα κύµατα δηµιουργούνται σε σχέση µε την ένταση του ανέµου, τη διάρκειά του και το αντίστοιχο ανάπτυγµα πελάγους. Υπάρχουν µέθοδοι προσεγγιστικού υπολογισµού του χαρακτηριστικού ύψους κύµατος και της αντίστοιχης περιόδου στα βαθειά νερά. Το ύψος αυτό αναφέρεται στο µέσο όρο του άνω 1/3 των υψών κύµατος που δηµιουργούνται από τα δεδοµένα της πνοής του ανέµου. Στην πραγµατικότητα υπάρχει πάντοτε ένα φάσµα περιόδων σε κάθε θαλάσσιο κυµατισµό. Καθώς τα κύµατα ταξιδεύουν από τα βαθειά προς την ακτή υφίστανται ένα πλήθος µεταβολών, οι κυριότερες από τις οποίες είναι οι εξής : α) µεταβολές των χαρακτηριστικών του κυµατισµού λόγω ρήχωσης. Πρακτικά αυτές λαµβάνονται υπόψη για βάθη θάλασσας - 3 -

4 µικρότερα του µισού µήκους κύµατος. Εν γένει το ύψος κύµατος τείνει να αυξηθεί µε τη µείωση του βάθους. β) διάθλαση, κατά την οποία τα κατ αρχήν ευθέα µέτωπα του κυµατισµού στα βαθειά νερά καµπυλούνται στην περιοχή µικροτέρων, όπως πριν, βαθών και τείνουν να γίνουν παράλληλα µε τις ισοβαθείς του πυθµένα. Παράλληλα επηρεάζεται και το ύψος κύµατος. γ) περίθλαση, στην οποία γίνεται µεταφορά ενέργειας κατά µήκος του µετώπου του κύµατος κατά την «πρόσκρουση» του κυµατισµού σε εµπόδιο, όπως π.χ. σε νησίδα ή κυµατοθραύστη. Ετσι στη «σκιά» του εµποδίου παρουσιάζεται κυµατισµός, µικρότερου φυσικά ύψους από τον προσπίπτοντα. δ) ανάκλαση από τον κεκλιµένο πυθµένα της ακτής, όπου µε τη συµβολή του ανακλώµενου κυµατισµού µεταβάλλεται η φάση και το ύψος κύµατος του επερχόµενου. Στις περισσότερες περιπτώσεις δεν λαµβάνεται υπόψη γιατί λόγω της σχετικά ήπιας κλίσης του πυθµένα συµβαίνει θραύση των κυµατισµών παρά ανάκλασή τους. ε) Η θραύση των κυµάτων, που συνεπάγεται ριζική αλλαγή της µορφής τους µε ταυτόχρονη έκλυση ενέργειας. Θεωρητικά συµβαίνει σε βάθη γύρω στο 1.3 ύψος κύµατος στη θέση της θραύσης για ήπια κλίση πυθµένα. Λόγω του ότι η έκλυση ενέργειας λόγω θραύσεως είναι σηµαντική αλλά και λόγω του ότι στη ζώνη θραύσεως δηµιουργούνται και άλλα έντονα φαινόµενα (ρεύµατα κατά µήκος της ακτής, µεταφορά ιζηµάτων) θα πρέπει η διαδροµή του αγωγού εκβολής µέσα από τη ζώνη αυτή να τύχει ιδιαίτερης προσοχής και προστασίας. Εποµένως ο καθορισµός της ζώνης θραύσεως αποκτά ιδιαίτερη σηµασία και θα πρέπει - 4 -

5 πάντοτε να συναρτάται µε την περίοδο επαναφοράς της αντίστοιχης κυµατικής κατάστασης. Οσο πιο µεγάλη είναι αυτή η περίοδος τόσο διευρύνεται προς τα βαθειά η ζώνη θραύσεως λόγω αύξησης των υψών κύµατος (δες επόµενο διάγραµµα). Η θαλάσσια ζώνη µετά τη θραύση χαρακτηρίζεται από έντονη δραστηριότητα ρευµάτων και µεταφοράς ιζηµάτων. Τα ρεύµατα κατά µήκος της ακτής προκαλούνται από το γεγονός της µη παραλληλίας ακτογραµµής µετώπων κυµατισµών, γεγονός που συνεπάγεται εµφάνιση µετά τη θραύση κάποιας συνιστώσας της ποσότητας κίνησης των κυµάτων που είναι παράλληλη στην ακτή. Στην περιοχή πριν τη θραύση των κυµάτων παρατηρούνται και εκεί µετακινήσεις ιζηµάτων που κυρίως οφείλονται στα ανεµογενή ρεύµατα καθώς και στις κινήσεις των υγρών µορίων κοντά στον πυθµένα που προκαλούνται από τους κυµατισµούς

6 Η θαλάσσια ζώνη που παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη µελέτη των αγωγών εκβολής είναι η παράκτια ζώνη µετά τη θραύση. Εκεί γίνεται το µεγαλύτερο ποσοστό της διεργασίας διάβρωσης απόθεσης υλικού της ακτής. Η διεργασία αυτή µπορεί να είναι περιοδική ή όχι. Στην πρώτη περίπτωση η περίοδος µπορεί να εκτείνεται. σε αρκετά χρόνια. Συνήθως εµφανίζεται µια λανθάνουσα ετήσια περιοδικότητα του φαινοµένου µε διάβρωση της ακτής κατά τη χειµερινή περίοδο και απόθεση κατά το καλοκαίρι. Το χειµώνα, κατά τις ηµέρες καταιγίδας, µεγάλες ποσότητες ιζηµάτων παρασύρονται από την ακτή προς τη θάλασσα από την υδάτινη µάζα µεγάλης ορµής που κατευθύνεται προς τη θάλασσα µετά τη διαδικασία της θραύσης των κυµάτων. Εκεί τα ιζήµατα, παραλαµβάνονται από τα ρεύµατα κατά µήκος της ακτής και µεταφέρονται σε µεγάλες αποστάσεις µέχρι π.χ. τη θέση ενός βελοειδούς ρεύµατος που ευνοεί την απόθεση των φερτών στην κεφαλή του προς τα ανοιχτά. Ποσότητες άµµου της τάξης των εκατοντάδων χιλιάδων κυβικών µέτρων µπορεί να µεταφερθούν σε ένα χειµώνα από µια διατοµή κάθετη σε ακτή που διαβρώνεται. 1.4 Παράκτια Ρεύµατα Τα ρεύµατα που συνιστούν τη γενική κυκλοφορία των ωκεανών σπανίως διεισδύουν στην παράκτια ζώνη, η οποία χαρακτηρίζεται από νερά µικρού ή ενδιάµεσου βάθους. Εδώ κάνουν έντονη την παρουσία τους τα ρεύµατα παλίρροιας και τα ανεµογενή σε συνδυασµό πάντα µε τα κυµατογενή ρεύµατα για τα οποία έγινε λόγος προηγούµενα. Τα παλιρροιακά ρεύµατα οφείλονται στην παλίρροια καθώς εξελίσσεται στο χρόνο. Στα ανοιχτά έχουν γενικά ελλειπτική τροχιά, ενώ σε περιορισµένες θαλάσσιες περιοχές η τροχιά του ρεύµατος υπαγορεύεται από τη µορφή της ακτογραµµής (δες επόµενο διάγραµµα)

7 Η οριζόντια δοµή του ρεύµατος που προκύπει από την παλίρροια κοντά στην ακτή µπορεί να προσοµοιασθεί µε κύµα Kelvin, όπως στο επόµενο σχήµα

8 Η καθ ύψος κατανοµή της ταχύτητας του εν λόγω ρεύµατος έχει µορφή που τυπικά παρουσιάζεται στο ακόλουθο σχήµα, για τις διαδοχικές φάσεις της παλίρροιας. Τα ανεµογενή ρεύµατα προκαλούνται από την πνοή του ανέµου πάνω στην επιφάνεια της θάλασσας και έχουν εν γένει ταχύτητες στην επιφάνεια της τάξης του 2% της ταχύτητας του ανέµου. Στα βαθειά η φορά του επιφανειακού ρεύµατος διαφέρει σηµαντικά από αυτήν του ανέµου ενώ στα ρηχά η επίδραση του πυθµένα µειώνει τη διαφορά αυτή και έτσι άνεµος και ρεύµα µπορεί να θεωρηθούν οµόφορα. Ως κυµατογενή ρεύµατα µπορεί να χαρακτηριστούν δύο διαφορετικές διεργασίες. Η πρώτη συναντάται στα ανοιχτά της γραµµής θραύσης των κυµατισµών και είναι αυτή που οφείλεται στη συνολική κίνηση των υγρών µορίων λόγω της ύπαρξης των κυµατισµών πεπερασµένου ύψους. Το ρεύµα αυτό µε φορά αυτή των κυµατισµών έχει µέτρο κάπως µικρότερο από το επιφανειακό καθαρά ανεµογενές ρεύµα. Σύµφωνα µε τη θεωρία των κυµάτων Stokes η ταχύτητα αυτή στην επιφάνεια µπορεί να εκφρασθεί ως us=2π³η²s/gt³s - 8 -

9 όπου Ηs, Ts το ύψος και η περίοδος του χαρακτηριστικού κύµατος. Η επιφανειακή αυτή ταχύτητα αποµειώνεται καθ ύψος σύµφωνα µε ένα συντελεστή, ο οποίος στα βαθειά είναι exp(-4πz/lo), Lo το µήκος κύµατος. Εξ άλλου µέσα στη ζώνη θραύσης συναντώνται τα έντονα ρεύµατα κατά µήκος της ακτής που προκαλούνται, όπως αναφέρθηκε, από την αντίστοιχη συνιστώσα της ποσότητας κίνησης των θραυοµένων κυµάτων. 1.5 Στρωµατώσεις και µέτωπα πυκνότητας, αλατότητας, θερµοκρασίας. Οι σχετικά απότοµες χωρικές µεταβολές πυκνότητας του υδάτινου αποδέκτη, και οι αντίστοιχες µεταβολές της αλατότητας και της θερµοκρασίας, επηρεάζουν δραστικά την κινητικότητα των εκροών που διατίθενται µέσω αγωγού εκβολής. Η καθ ύψος στρωµάτωση της πυκνότητας είναι συνήθως ευσταθής. Στην εύκρατη ζώνη η στρωµάτωση αυτή είναι εποχική, εφόσον προκύπτει από την προσφορά θερµότητας στα άνω στρώµατα του νερού, ενώ στη ζώνη του ισηµερινού µπορεί να είναι µόνιµη. Η ένταση της καθ ύψος στρωµάτωσης εκφράζεται συχνά µε βάση τη συχνότητα Brunt Väsälä N(z), όπου N²(z) = (g/ρο) * θρ/θz ιαφορές πυκνότητας µπορούν να προκύψουν κοντά σε θαλάσσιες εκβολές ποταµών. Για σηµαντικές παροχές ποταµού µπορεί να σχηµατισθεί επιφανειακό πλούµιο, και αντίστοιχο µέτωπο που να περιορίζει την αλµυρή σφήνα, µε κατεύθυνση παράλληλη και σε επαφή µε την ακτή (προς τα δεξιά στο βόρειο ηµισφαίριο, σχήµα)

10 Το πλάτος του πλουµίου µπορεί να είναι 2-5 ακτίνες Rossby, Ri = ci/f, f παράµετρος Coriolis (=2Ωηµφ), ci² = g Hu*H1/(Hu+H1), g = g ρ/ρο, ρο η πυκνότητα του άνω στρώµατος, Hu και H1 τα πάχη του άνω και κάτω στρώµατος αντίστοιχα. Τυπικές ταχύτητες στο πλούµιο είναι της τάξεως του (g Hu)½, συγκρίσιµες µε άλλα παράκτια ρεύµατα. Στις παράκτιες περιοχές µπορούν να σχηµατισθούν και άλλα µέτωπα που επηρεάζουν άµεσα το σχεδιασµό των αγωγών εκβολής, όπως π.χ. σε θερµικά στρωµατωµένους αποδέκτες µε έντονη παλίρροια. Εκεί στα ρηχά η παλίρροια, µέσω ενός µηχανισµού µετατροπής της ενέργειας σε τυρβώδη κινητική λόγω της τριβής στο ρηχό πυθµένα και διάθεσής της για µείξη κατά την κατακόρυφο, κατορθώνει και οµογενοποιεί την πυκνότητα ενώ στα ανοιχτά η στρωµάτωση εξακολουθεί να ισχύει. Η µετάβαση µεταξύ των περιοχών αυτών και το αντίστοιχο µέτωπο έχει βρεθεί πως συντελείται για λόγους H/Us³ ~ 70, όπου Η το βάθος νερού, Us η επιφανειακή (µέγιστη) ταχύτητα του παλιρροιακού ρεύµατος. Τα παρακάτω σκίτσα δίνουν µια εικονογράφηση της πιο πάνω περίπτωσης ανάπτυξης παράκτιου µετώπου

11 1.6 Εξαιρετικά Φυσικά Φαινόµενα Η ακτή δέχεται µερικές φορές τις συνήθως καταστροφικές συνέπειες εξαιρετικών φυσικών φαινοµένων όπως υποθαλάσσια σεισµική δράση ή κυκλωνική αναταραχή. Στην πρώτη περίπτωση έχουµε δηµιουργία επιφανειακών θαλασσίων κυµάτων πολύ µεγάλου µήκους, πράγµα που σηµαίνει πως η επίδραση του πυθµένα στην αύξηση του ύψους κύµατος αρχίζει ήδη στα ανοιχτά µε αποτέλεσµα να φθάνουν στην ακτή κύµατα µεταφοράς µάζας και εξαιρετικού ύψους µε καταστροφικά επακόλουθα. Οι κυκλώνες, ευτυχώς πολύ σπάνιοι στη χώρα µας, δηµιουργούν επίσης κύµατα και ρεύµατα εξαιρετικού µεγέθους, λόγω των ισχυρών ανέµων και των µεγάλων διαφορών πίεσης, που προκαλούν παράλληλα µεγάλη υπερύψωση της µέσης στάθµης της θάλασσας σε ισχυρούς κυκλώνες η υπερύψωση αυτή µπορεί να φθάσει τα 5µ

12 2. ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 2.1 Εισαγωγή Σύµφωνα µε τις επισηµάνσεις που έγιναν στο προηγούµενο κεφάλαιο είναι φανερό πως για την εκπόνηση πλήρους µελέτης αγωγού εκβολής απαιτούνται ορισµένα στοιχεία του θαλάσσιου περιβάλλοντος που θα βοηθήσουν τόσο στον καθορισµό των τεχνικών στοιχείων του αγωγού εκβολής (µήκος, προστασία, αγκύρωση, προσανατολισµός διαχύτη), όσο και στην εκτίµηση της διασποράς των ρύπων στον υδάτινο αποδέκτη. Συνολικά τα απαιτούµενα στοιχεία από πλευράς µηχανικού θαλασσίων έργων είναι : α) βυθοµετρική αποτύπωση του πυθµένα β) πληροφορίες για την ποιότητα του εδάφους γ) στοιχεία κυµατισµών δ) στοιχεία ρευµάτων ε) πληροφορίες για την πυκνότητα του αποδέκτη στ) πληροφορίες ναυσιπλοΐας 2.2 Βυθοµετρική αποτύπωση του πυθµένα Η χρησιµότητα των βυθοµετρικών διαγραµµάτων είναι προφανής. Συνήθως απαιτείται αρκετά λεπτοµερής αποτύπωση της επιφάνειας του πυθµένα, ώστε να εµφανισθούν τυχόν εξάρσεις ή ταπεινώσεις-του που θα επηρεάσουν τη χάραξη της διαδροµής του αγωγού εκβολής. Καλό είναι η αποτύπωση αυτή να καλύπτει µια ευρύτερη περιοχή γύρω από την πιθανή διαδροµή, ώστε να χαραχθεί µε ευχέρεια η οριστική διαδροµή του αγωγού. Βεβαίως, η κατ αρχήν θέση του υποβρύχιου αγωγού ορίζεται επί τη βάσει

13 ποικίλων στοιχείων, πρωτεύουσα θέση στα οποία έχουν τα δεδοµένα της στεριάς (γενική διάταξη αποχετευτικού δικτύου, χώρος εγκαταστάσεων, χρήσεις γης, κλπ.). εν θα πρέπει εδώ να υποβαθµίζεται ο ρόλος των δεδοµένων της θαλάσσιας πλευράς του όλου προβλήµατος. Στοιχεία όπως η διαµόρφωση του πυθµένα ή τα επικρατούντα ρεύµατα πρέπει να λαµβάνονται σοβαρά υπόψη κατά τον αρχικό καθορισµό της θέσης του αγωγού εκβολής. Τέτοιου είδους πληροφορίες µπορούν να βρεθούν στους συνήθεις ναυτικούς χάρτες, που καλύπτουν την περιοχή µελέτης. Η λεπτοµερής τοπογράφηση του πυθµένα µπορεί να γίνει µε συνδυασµό µιας µεθόδου βυθοµέτρησης µε µια µέθοδο εύρεσης του στίγµατος του σκάφους. Η µέτρηση του βάθους της θάλασσας µπορεί να γίνει είτε µε απλό βόλισµα (σκαντάγιο) είτε µε ηχοβολιστική µέθοδο. Στην πρώτη µέθοδο έχουµε το µειονέκτηµα της κάποιας ανακρίβειας λόγω µη κατακορύφωσης της αλυσίδας, λόγω µη εύκολης εκτίµησης της ανάγνωσης σε συνθήκες κυµατισµού κλπ. Τα ηχοβολιστικά συστήµατα (sonars) βασίζονται στη µέτρηση της χρονικής διάρκειας που χρειάζεται το εκπεµπόµενο ηχητικό κύµα για να διανύσει κατά την κατακόρυφο την απόσταση σκάφους-πυθµένα µε επιστροφή. Ο χρόνος αυτός µεταφράζεται αυτοµάτως σε βάθος θάλασσας. Το εύρος της δέσµης εκποµπής κυµαίνεται από 3 ο -45 ο µε προτίµηση στις συνεκτικές δέσµες για µετρήσεις ακριβείας σε βαθειά νερά. Για συνήθεις συνθήκες η συχνότητα εκποµπής είναι 25-50kHz, ενώ υψηλότερες συχνότητες χρησιµοποιούνται σε βραχώδη πυθµένα. Τα συστήµατα αυτά µειονεκτούν επίσης σε περίπτωση ισχυρών κυµατισµών, µε συνεπαγόµενο σφάλµα που µπορεί να απαλειφθεί µε διπλές καταγραφές, καθώς και σε περιπτώσεις έντονου αερισµού του νερού και ασάφειας στην άνω επιφάνεια του πυθµένα. Ενα άλλο πρόβληµα που παρουσιάζεται στη χρήση των ηχοβολιστικών συστηµάτων είναι ο καθορισµός της ταχύτητας του ήχου στο νερό, πράγµα που εξαρτάται από τη θερµοκρασία, την

14 αλατότητα και την πίεση κατά τη διαδροµή του ηχητικού κύµατος. Κάτω από τυπικές συνθήκες η ταχύτητα του ήχου στη θάλασσα είναι περίπου µ/δλ. Ο συσχετισµός µε τη φάση της παλίρροιας κατά τη διεξαγωγή των µετρήσεων είναι απαραίτητος. Η µορφολογία του πυθµένα µπορεί να αποτυπωθεί επίσης µε ένα εύχρηστο σύστηµα πλευρικής σάρωσης (side-scanning) που βασίζεται στην ίδια αρχή των κλασσικών ηχοβολιστικών µεθόδων (echo-sounding). Οι συνηθέστερες µέθοδοι εύρεσης του στίγµατος του σκάφους που διεξάγει τις βυθοµετρήσεις είναι συνοπτικά οι παρακάτω : α) µε δύο θεοδολίχους σε σταθερά σηµεία της ακτής. Απαραίτητη εδώ η ραδιοεπικοινωνία του σκάφους µε τους δύο σταθµούς β) µε δύο σταθµούς στην ακτή εξοπλισµένους µε ηλεκτρονικά συστήµατα µέτρησης της απόστασης του σκάφους γ) από ένα σταθµό µε ταχύµετρο και ηλεκτρονική συσκευή µέτρησης απόστασης δ) µε εξάντα που µετράει από το σκάφος τις γωνίες µεταξύ τριών σταθερών σηµείων στην ακτή. Αλλες µέθοδοι µπορεί να περιλαµβάνουν χρήση ακτίνων λέηζερ µε σταθµό εκποµπής στην ακτή προκειµένου να τοποθετείται το σκάφος σε µια ευθεία γραµµή, χρήση του ραντάρ του σκάφους, χρήση συσκευών GPS, κλπ

15 2.3 Ποιότητα εδάφους και ιζήµατα Η προκαταρκτική ποιοτική εξέταση του πυθµένα στην περιοχή του έργου µπορεί να γίνει µε τη σεισµική µέθοδο. Κατ αυτήν εκπέµπεται σήµα χαµηλότερης συχνότητας (π.χ. 5kHz) από των προαναφερθέντων ηχητικών µεθόδων (π.χ. 100kHz), που εισχωρεί σε κάποιο βάθος κάτω από την επιφάνεια του πυθµένα της τάξης των ολίγων δεκάδων µέτρων. Το σήµα ανακλάται από τις διεπιφάνειες των διαφόρων εδαφικών υλικών και αναλύεται µε βάση τις ταχύτητες διάδοσής του στα διάφορα υλικά, που κυµαίνονται από µ/δλ για χαλαρή άµµο µέχρι µ/δλ για βράχο. Το ενδιαφέρον µας βέβαια για τη µελέτη αγωγού εκβολής ικανοποιείται µε την παραπάνω µέθοδο από άποψη βάθους, αλλά η πληροφορία ως προς την ποιότητα των διαφόρων εδαφικών στρώσεων είναι αρκετά ασαφής, ώστε οι σεισµικές µέθοδοι να χρησιµοποιούνται µόνο για προκαταρκτικές εκτιµήσεις στην ευρύτερη περιοχή του έργου. Αφού οριστεί η διαδροµή του αγωγού θα πρέπει να εφαρµοσθεί µια άλλη κατηγορία µετρήσεων κατά µήκος αυτής της διαδροµής. Οι έρευνες αυτές συνεπάγονται είτε γεωτρήσεις, είτε δειγµατοληψίες χωρίς γεώτρηση, όπου χρησιµοποιούνται δειγµατολήπτες ποικίλων τύπων (βαρύτητος, δονητικοί κλπ.). Σε όλες τις περιπτώσεις στόχος είναι εκτός από τις επί τόπου µετρήσεις και η ανάλυση δειγµάτων στο εργαστήριο για τον καθορισµό των ιδιοτήτων των διαφόρων εδαφικών στρώσεων του πυθµένα. Οι παραπάνω γεωτεχνικές έρευνες µπορεί να συµπληρωθούν ή και να αντικατασταθούν εν µέρει µε εργασίες δύτου που καλύπτουν εργασίες από απλή παρατήρηση µέχρι εκτεταµένο πρόγραµµα δειγµατοληψίας και επί τόπου δοκιµές (jetting). Για βάθη πάνω από 40 µ. συνιστάται η χρήση σκάφανδρου. Οταν το έργο πρόκειται να κατασκευασθεί σε περιοχή που παρατηρείται έντονη µεταφορά ιζηµάτων, συνιστάται η µέτρηση της

16 στερεοπαροχής για να ληφθεί υπόψη, τόσο στη µελέτη του αγωγού, όσο και κατά την κατασκευή για εκτίµηση του ποσοστού της επανεπίχωσης της τάφρου που ενδεχοµένως προβλέπεται. Οι µετρήσεις αυτές γίνονται µε χρήση φυσικών ή τεχνητών ιχνηλατών ραδιοενεργών ή µη. Σε περιπτώσεις που τέτοιες µετρήσεις δεν είναι δυνατόν να γίνουν µπορεί να γίνει µια εκτίµηση γραφείου του ισοζυγίου των ιζηµάτων τα αποτελέσµατα της οποίας θα πρέπει όµως να εφαρµόζονται µε περίσκεψη. Πολύ καλή πηγή πληροφοριών στη συγκεκριµένη περίπτωση είναι οι κατά καιρούς χαρτογραφήσεις, βυθοµετρήσεις, αεροφωτογραφίες κλπ., µε την ανάλυση των οποίων αποκτάται ιστορικό υλικό ως προς τη συµπεριφορά της ακτογραµµής, των βαθών, κλπ. 2.4 Στοιχεία κυµατισµών Συνήθως τα στοιχεία των κυµατισµών που ενδιαφέρουν ένα έργο αγωγού εκβολής µπορεί να εκτιµηθούν µε ικανοποιητική ακρίβεια µε µια από τις υπάρχουσες µεθόδους υπολογισµού γραφείου. Οι µέθοδοι αυτές βασίζονται στη γεωγραφική διαµόρφωση των ακτών, και σε ανεµολογικά στοιχεία. Τα τελευταία είναι δυνατόν να συλλεγούν µε αρκετή αξιοπιστία από την αρµόδια µετεωρολογική υπηρεσία. Το νοµογράφηµα (CERC) που δίνεται στην επόµενη σελίδα µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό του χαρακτηριστικού ύψους κύµατος στα βαθειά µε βάση το ενεργό ανάπτυγµα κυµατισµού (fetch) και την ταχύτητα του ανέµου. Το fetch µπορεί να υπολογιστεί για κάθε κρίσιµη 2 κατεύθυνση ανέµου σύµφωνα µε τη σχέση: ΣXi cos αi / Σ cos αi, όπου X i η απόσταση µέχρι την απέναντι ακτή των ακτίνων µε τις οποίες έχει διαιρεθεί ο τοµέας πελάγους εύρους 90 ο, και α i η αντίστοιχη γωνία της X i ως προς την κρίσιµη κατεύθυνση

17 Η τιµή εφαρµογής της ταχύτητας του ανέµου προκύπτει αφού γίνουν οι απαραίτητες διορθώσεις των µετρηµένων τιµών, λόγω υψοµέτρου, θερµοκρασίας, σηµείου µέτρησης, κλπ

18 Σε περιπτώσεις σοβαρών έργων ή ανυπαρξίας ανεµολογικών στοιχείων είναι δυνατόν να γίνουν µετρήσεις πεδίου των κυµάτων στην περιοχή. Τέτοιες µετρήσεις γίνονται είτε µε επιπλέοντα όργανα κυµατογράφους (waveriders) είτε µε αισθητήρια πίεσης που τοποθετούνται κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας ή ακόµη µε ηλεκτρόδια που διαπερνούν τη θαλάσσια επιφάνεια. Οι καταγραφές των υψών κύµατος αναλύονται, συνηθέστατα µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή µε µια παραδεκτή µέθοδο (π.χ. zero-up-crossing). Μια χρήσιµη πληροφορία σχετική µε τους κυµατισµούς είναι η διεύθυνσή τους. Τέτοια στοιχεία µπορεί να συλλεγούν µε κατευθυντικούς κυµατογράφους ή µε χρήση ραντάρ και συσκευών υπερύθρων ακτινοβολιών που συνήθως τοποθετούνται σε θαλάσσιες πλατφόρµες. Εχοντας στοιχεία κατεύθυνσης µπορούµε να παρουσιάσουµε τα χαρακτηριστικά των κυµατισµών σε µορφή διαγραµµάτων κατανοµής συχνότητας ή περιόδου για διάφορους τοµείς κατευθύνσεων. 2.5 Στοιχεία ρευµάτων και διάχυσης Τα ρεύµατα παίζουν πρωταρχικό ρόλο στη µελέτη της διασποράς των ρυπαντικών ουσιών. Μετρήσεις ρευµάτων είναι πολύ πιο πιθανό να απαιτηθούν για ένα έργο εκβολής παρά µετρήσεις κυµάτων. Στοιχεία ρευµάτων δεν υπάρχουν εν γένει στην Ελλάδα παρά σε ορισµένες µόνο περιοχές. Από την άλλη µεριά είναι πολύ δύσκολο να γίνουν αξιόπιστες εκτιµήσεις των ρευµάτων (ταχύτητα, κατεύθυνση) από ανεµολογικά ή άλλα στοιχεία όπως µπορεί να γίνει για τους κυµατισµούς. Ετσι πολύ συχνά καταφεύγουµε σε ένα πρόγραµµα ρευµατοµετρήσεων στη θαλάσσια περιοχή του έργου. Τα ρεύµατα στην παράκτια ζώνη χαρακτηρίζονται από µεταβλητότητα τόσο ως προς το βάθος όσο και ως προς το χρόνο. Μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν για την περίπτωσή

19 µας τα επιφανειακά ρεύµατα καθ όλη τη διάρκεια του έτους και ιδιαίτερα κατά το καλοκαίρι. Οι µετρήσεις των ρευµάτων µπορεί να διαχωριστούν σε δύο µεγάλες κατηγορίες : Τις τύπου Lagrange και τις τύπου Euler. Στην πρώτη κατηγορία χρησιµοποιούµε απλές συσκευές που ποντίζονται σε γνωστά σηµεία της θαλάσσιας περιοχής και παρασύρονται από τα ρεύµατα που επικρατούν στο βάθος που τοποθετείται η συσκευή. ιακρίνονται οι συσκευές που παρακολουθούνται κατά τη διάρκεια του ταξιδιού τους (drogues) και απλούστερες συσκευές που ανασύρονται εκ των υστέρων στη γύρω περιοχή γνωρίζοντας µόνο την τελική τους θέση (απλοί ιχνηλάτες, drifters). Η παρακολούθηση στην πρώτη περίπτωση γίνεται είτε µε κατάλληλη σήµανση της σηµαδούρας που παρακολουθεί τον ιχνηλάτη (σχήµα) ή µε φανό ή µε αντανακλαστή ραντάρ κλπ. Τα στοιχεία από αυτή την παρακολούθηση δίνουν την ταχύτητα κατά µέτρο και φορά της συσκευής άρα και του συµπαρασύροντος ρεύµατος. Στην κατηγορία τύπου Euler κατατάσσονται οι συνήθεις ρευµατογράφοι που συλλέγουν τις σχετικές πληροφορίες σε ορισµένο σηµείο. Τέτοιες συσκευές υπάρχουν µε κινητά περιστροφικά µέρη, χωρίς

20 κινητά µέρη (υπερήχων και ηλεκτροµαγνητικοί) ή µε δυνατότητα κλίσης (tilting current meters). Η παρουσίαση των στοιχείων των ρευµάτων µπορεί να γίνει µε πολλούς τρόπους : ένας από τους πιο συνήθεις είναι το ροδόγραµµα όπως ακριβώς και για τα στοιχεία ανέµων. Στη συνέχεια δίδονται τρόποι απεικόνισης της δίαιτας των ρευµάτων από µετρήσεις τύπου Euler σε µια συγκεκριµένη θαλάσσια περιοχή. Τυπικά διαγράµµατα µετρήσεων τύπου Lagrange δίδονται πιο κάτω. Πολλές φορές κατασκευάζονται διαγράµµατα τύπου Lagrange από µετρήσεις σε σταθερά σηµεία. Η εικόνα που λαµβάνεται όµως δεν είναι απόλυτα αληθής λόγω της εν γένει χωρικής µεταβλητότητας της ροής (σχήµα πιο κάτω)

21 - 21 -

22 Μια εικόνα της µορφής που θα πάρει το πεδίο λυµάτων µπορεί να ληφθεί µε µετρήσεις διάχυσης που γίνονται συνήθως µε φωσφορίζουσες χρωστικές και µε τα αντίστοιχα όργανα µέτρησης της συγκέντρωσης σε

23 διάφορες θέσεις και χρόνους. Πρέπει να σηµειωθεί πως οι µετρήσεις αυτές εξαρτώνται καίρια από τις συνθήκες που επικρατούν ως προς τα ρεύµατα, κύµατα και κατανοµή πυκνότητας στον αποδέκτη. Εποµένως µετρήσεις των τελευταίων αυτών παραµέτρων πρέπει να λαµβάνονται ταυτόχρονα µε τις µετρήσεις διάχυσης. Ο συσχετισµός µεταξύ του συντελεστή διάχυσης Ε και των συγκεντρώσεων εγκάρσια στο ρεύµα µπορεί να γίνει µε βάση π.χ. το µοντέλο του Brooks (κατανοµή συγκεντρώσεων κατά Gauss), όπου για µόνιµη κατάσταση ροής έχουµε: µ. µ / δλ E = w 2 w Cz 2 1 ( t t ), όπου w 1, w 2 τα πλάτη στις διατοµές Α, Β αντίστοιχα του πεδίου λυµάτων εγκάρσια στο ρεύµα, C z σταθερά που εξαρτάται από τον τρόπο ορισµού του ορίου του πεδίου (στην πράξη C z =24 ή 32), και t 2 -t 1 ορίζεται από την απόσταση ΑΒ και την ταχύτητα του επιφανειακού ρεύµατος. 2.6 Μετρήσεις πυκνότητας αποδέκτη Υπάρχουν πολλές συσκευές για µέτρηση της αλατότητας (και της θερµοκρασίας) σε διάφορα σηµεία του αποδέκτη. Οι συσκευές είναι είτε αυτογραφικές µε επί τόπου µέτρηση των παραµέτρων είτε δειγµατοληπτικές για µέτρηση στο εργαστήριο. Η πυκνότητα του αποδέκτη υπολογίζεται µε βάση τις µετρήσεις θερµοκρασίας και αλατότητας και σχεδιάζεται η

24 µεταβολή της µε το βάθος, ώστε να εντοπισθεί τυχόν σχηµατισµός πυκνοκλινούς σε κάποια εποχή του έτους (επόµενο σχήµα). Η προσεγγιστική σχέση σ t =ρ t =0,75 S (kg/m 3 ) δίδει για ελληνικές θάλασσες µε S=38-39% κατά το καλοκαίρι σ t 29 kg/m 3, όπου σ t συνάρτηση πυκνότητας και S αλατότητα µετρούµενη κατά βάρος. 2.7 Πληροφορίες ναυσιπλοΐας Είναι πολύ σηµαντικό για τη χάραξη του αγωγού εκβολής αλλά και για τη θωράκισή του να είναι γνωστή η συνήθης κυκλοφορία σκαφών στην περιοχή. Τυχόν αγκυροβόλια ή απαγορευµένες περιοχές πρέπει να εντοπισθούν από τους ναυτικούς χάρτες, ώστε να αποφευχθεί οποιαδήποτε εµπλοκή µε το έργο εκβολής. Οι υποβρύχιοι αγωγοί είναι εύκολο να καταστραφούν από άγκυρες που σύρονται στον πυθµένα. Πολλές φορές δεν είναι αρκετό να εγκιβωτιστεί ο αγωγός σε τάφρο επειδή οι άγκυρες έχουν τη δυνατότητα να εισχωρούν στον πυθµένα ιδίως όταν είναι µαλακός. Πρέπει εποµένως να εξαντληθούν πρώτα

25 όλα τα δυνατά περιθώρια ώστε να αποφεύγεται τέτοια εµπλοκή λειτουργιών όσο είναι δυνατό. Είναι γεγονός πως τα παραπάνω αναφερθέντα στοιχεία και µετρήσεις δεν καλύπτουν τον πλήρη κύκλο των απαιτουµένων δεδοµένων για τη µελέτη έργων αγωγών εκβολής. Συλλογή στοιχείων για την κατάσταση του θαλάσσιου οικοσυστήµατος (πλαγκτόν, βένθος κλπ.) δεν αναφέρθηκαν επειδή αφορούν άλλες επιστηµονικές περιοχές