Βύρων Μωραΐτης, Φυσικός MSc.

Transcript

1 Μελέτη της επίδρασης των δυναμικών θαλάσσιων συνθηκών στους παράκτιους οικότοπους. Εφαρμογή στην Αφάντου Ρόδου. ~ Study on the impact of dynamic sea conditions on coastal marine habitats. Application in Afantou in Rhodes island. Βύρων Μωραΐτης, Φυσικός MSc bymwr@hotmail.com 1

2 ΚΥΡΙΟΙ ΑΞΟΝΕΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Χρήση αριθμητικού κυματικού μοντέλου για τον προσδιορισμό των θαλάσσιων δυναμικών συνθηκών της περιοχής μελέτης Ερμηνεία των αποτελεσμάτων και μελέτη της επίδρασης στους παράκτιους οικότοπους Περιοχή εφαρμογής: Αφάντου Ρόδου Αφάντου ( 2

3 Διεργασίες στην παράκτια ζώνη Σταδιακή μείωση βάθους Αλληλεπίδραση διαδιδόμενων κυματισμών με τον πυθμένα Φαινόμενα μη γραμμικότητας και διασποράς (-ανάκλαση, διάθλαση, περίθλαση, διασπορά των κυματισμών κ.ά. -τριβή στον πυθμένα, θραύση των κυματισμών κ.ά.) Συστήματα κυκλοφορίας Επιρροή στην ανάπτυξη των παράκτιων οικοτόπων Προγράμματα χαρτογράφησης οικοτόπων - Πχ. Σύστημα κατάταξης Eunis - (χαρτογράφηση βιολογικών ειδών και παραγόντων επίδρασης στην ανάπτυξη και επιβίωσή τους) Θαλάσσιοι οικότοποι : κύριος παράγοντας κατηγοριοποίησης οι υδροδυναμικοί μηχανισμοί (μέσω της κινητικής ενέργειας στον πυθμένα ως συνδυασμό δράσης κυμάτων και ρευμάτων) 3

4 Poseidonia Oceanica Μεγαλύτερο βάθος ανάπτυξης ποσοστό του φωτός που φτάνει στον πυθμένα Μικρότερο βάθος ανάπτυξης δυναμικές θαλάσσιες συνθήκες Βάθη: 1-50m (sublittoral zone-1-35m) Τα λιβάδια ποσειδωνίας αναπτύσσονται με αργούς ρυθμούς Η ανάπτυξή τους απαιτεί ήπιες συνθήκες Η κύρια αιτία έλλειψης του είδους είναι οι ακραίες κυματικές συνθήκες Μεσογειακά είδη (publicwiki.deltares.nl) 4

5 Πρόσφατη έρευνα στην Αφάντου: , στα πλαίσια του προγράμματος: ΘΑΛΗΣ- ΕΚΠΑ Υποθαλάσσια κοιτάσματα αδρανών υλικών: Μέθοδοι εντοπισμού και εξόρυξης, περιβαλλοντικές επιπτώσεις και δυνατότητες εκμετάλλευσης MARE Υπέυθυνος δράσης: Dr. K. Καψιμάλης (Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, ΕΛΚΕΘΕ) Μικρή βιολογική δραστηριότητα Έλλειψη λιβαδιών ποσειδωνίας Αφάντου (Google Earth) Σημαντικές υδροδυναμικές διεργασίες σε βάθη 10-25m 5

6 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Μεθοδολογία Ορισμός του προβλήματος Συλλογή δεδομένων Ρύθμιση του μοντέλου Βαθμονόμηση και επικύρωση του μοντέλου Εκτέλεση της σύνθεσης Παρουσίαση των αποτελεσμάτων Σημαντικοί παράγοντες Διαθέσιμα κυματικά δεδομένα Διαθέσιμα στοιχεία από έρευνες πεδίου Διαθέσιμη υπολογιστική ισχύς Παραδοχές/απλοποιήσεις MIKE 21 BW model (σύνθεση, επεξεργασία αποτελεσμάτων, παρουσίαση) 6

7 Το σύστημα προσομοίωσης ΜΙΚΕ 21 BW by DHI Το MIKE 21 Bouissinesq Waves είναι ένα μοντέλο του MIKE 21 της εταιρίας Danish Hydraulic Institute (DHI). Είναι ικανό να προσομοιώνει πολλά φαινόμενα της παράκτιας ζώνης και χρησιμοποιείται σε πλήθος εφαρμογών Επιλύονται οι εξισώσεις τύπου Boussinesq, χρησιμοποιώντας μια έκφραση ροής με βελτιωμένα χαρακτηριστικά διασποράς Βασικά στοιχεία σύνθεσης του μοντέλου - Δημιουργία πλέγματος βαθυμετρίας - Τοποθέτηση στρώματος απορρόφησης - Τοποθέτηση γραμμής διάδοσης (+είδος/ θεωρία κυματισμών) - Επιλογή αριθμητικών παραμέτρων επίλυσης και λοιπών προαιρετικών επιλογών Η εισαγωγή δεδομένων, παραγωγή input αρχείων της τελικής σύνθεσης και η επεξεργασία και παρουσίαση των αποτελεσμάτων γίνεται με τη χρήση εργαλείων του ΜΙΚΕ 7

8 Βαθυμετρία της Αφάντου (MIKE tools) - Βάθος: 0.7m d 52.3m - Ομογενής ζώνη κοινού βάθους 0.7m κατά μήκος της ακτογραμμής - Πλέγμα μοντέλου: dx=dy=2.5m 8

9 9

10 Κυματικά Δεδομένα Χρονοσειρές ( ): σημαντικό ύψος κύματος, μέγιστη περίοδος, διεύθυνση διάδοσης Hs (m) Tp (s) Μέση τιμή Πιο πιθανή τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Τυπική απόκλιση Εκατοστημόριο

11 4 εξεταζόμενες περιπτώσεις ακραίων συνθηκών για την εξαγωγή συμπερασμάτων Hs (m) Tp (s) Θ ( 0 ) Προσομοίωση κατευθυντικών κυματισμών με το MIKE21 Boussinesq waves module- Αποτελέσματα: χάρτες των: Σημαντικό ύψος κύματος, μέση ροή και χρονικά μέση και ολοκληρωμένη στην υδάτινη στήλη ταχύτητα μορίων νερού 11

12 Διάρκεια προσομοιώσεων: 1h (πραγματικής διάδοσης) Εύρεση χρονικού διαστήματος επικράτησης ισορροπίας μέσω των χρονοσειρών του σημαντικού ύψους κύματος Για όλα τα σενάρια κατευθυντικών κυματισμών η ισορροπία επικράτησε προσεγγιστικά κατά το 30 o -60 o λεπτό Υπολογισμός των μέσων τιμών των αποτελεσμάτων των μεγεθών για το παραπάνω χρονικό διάστημα -νέοι χάρτες-αποτελέσματα- Παρουσίαση και σχολιασμός των τελικών αποτελεσμάτων για αυτή τη χρονική διάρκεια Παράδειγμα σεναρίου: Hs=4.2m, Τ=7s, Θ=100 12

13 Σενάριο ακραίων κυματικών συνθηκών 3 (Hs=4.2m, T=7s, Θ=100 0, κατευθυντικοί κυματισμοί). α) Χρονοσειρές σημαντικού ύψους κύματος 5 σημείων του πλέγματος για όλη τη χρονική διάρκεια, β) Χάρτης σημαντικού ύψους κύματος για το χρονικό διάστημα προσομοίωσης 30-60min γ) Χάρτης μέσων ταχυτήτων των σωματιδίων νερού δ) Χάρτης μέσης ροής, για το χρονικό διάστημα προσομοίωσης 30-60min 13

14 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Περιοχές με τη μεγαλύτερη κινητική ενέργεια στον πυθμένα Η επίδραση στους οικότοπους θα είναι μεγαλύτερη Κατανομή της ενέργειας στην περιοχή χαρτογράφηση της επίδρασης στους παράκτιους οικότοπους Παρουσίαση αποτελεσμάτων: χάρτες του πεδίου μέσων ταχυτήτων μορίων νερού για την χρονική περίοδο ισορροπίας στην περιοχή μελέτης 14

15 Συνδυαστικά αποτελέσματα για τις ακραίες περιπτώσεις Συνδυαστικό πεδίο ταχυτήτων Περιοχές μέγιστων τιμών ταχυτήτων (u= m/s) 15

16 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συνθήκες που ευνοούν την εγκατάσταση και ανάπτυξη της ποσειδωνίας (βιβλιογραφία, Αποστολή ΕΛΚΕΘΕ) Αποτελέσματα για το πεδίο ταχυτήτων των ακραίων κυματικών συνθηκών (Χάρτες από το ΜΙΚΕ) Οι υδροδυναμικές διεργασίες λόγω των κυμάτων, είναι παράγοντας με σημαντική επίδραση στους τοπικούς θαλάσσιους οικοτόπους και ειδικότερα στην ποσειδωνία Οι ακραίες θαλάσσιες δυναμικές συνθήκες είναι υπεύθυνες για την επιβίωση των οικοτόπων της παράκτιας ζώνης της Αφάντου Η περιοχή χαρακτηρίζεται συνολικά ως ζώνη υψηλού κινδύνου ανάπτυξης ποσειδωνίας, με πιθανή δράση rip currents Τα τελικά αποτελέσματα των χαρτών του πεδίου της μέσης ταχύτητας μορίων νερού, υποδεικνύουν τις συγκεκριμένες περιοχές όπου οι επιδράσεις θα είναι εντονότερες Από τις τιμές ταχυτήτων που βρέθηκαν στα αριθμητικά αποτελέσματα, μπορούν να οριστούν 16 τιμές κατωφλίου

17 Επικύρωση αριθμητικών αποτελεσμάτων Έλλειψη από τη βιβλιογραφία μελετών με στοιχεία για: Αριθμητικά αποτελέσματα τιμών ταχύτητας μορίων νερού ως τιμών κατωφλίου άνω των οποίων η επίδραση στους οικοτόπους καθίσταται ισχυρή Γενικοί κανόνες κατηγοριοποίησης του βαθμού επίδρασης στους οικοτόπους (βάσει αριθμητικών ή μη δεδομένων) για μεγάλο εύρος περιοχών Διαθέσιμα στοιχεία: - Infante E. et. al. (2009) : u= m/s - Rattray A. et. al. (2015): u= m/s Αποτελέσματα εργασίας για τις μέγιστες ταχύτητες μορίων νερού με άμεση αρνητική- επίδραση στην επιβίωση των οικοτόπων: Σε βάθη 1-6m u= m/s 17

18 Προβλήματα: Εφαρμογή της κατάταξης Eunis και η ένταξη σε πρόγραμμα habitat mapping Έλλειψη τιμών κατωφλίου ταχυτήτων που υποδηλώνουν επικίνδυνες για τους οικότοπους συνθήκες διαβίωσης Διαφοροποίηση παραγόντων γεωλογίας, βιολογίας και κυματικών συνθηκών μεταξύ διαφόρων περιοχών Προοπτική εφαρμογής: Υπολογισμός των ακριβών μεγεθών που ορίζει το EUNIS για την κατάταξη με βάση τον υδροδυναμικό παράγοντα Προσαρμογή του συστήματος και των παραμέτρων που εισάγει στην περιοχή μελέτης (Μεσόγειος- Αιγαίο - Ρόδος) Εφαρμογή συστήματος για μεγαλύτερο εύρος εφαρμογών που πιθανώς να δημιουργηθεί μελλοντικά 18

19 Προτάσεις βελτίωσης, αξιοποίησης και επέκτασης των αποτελεσμάτων της εργασίας Έρευνα πεδίου στην Αφάντου για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και σε διαφορετικές εποχές Αεροφωτογραφίες Βελτίωση της ακρίβειας των αριθμητικών αποτελεσμάτων Συλλογή δεδομένων ρευματογράφων Συλλογή δεδομένων για τα ιζήματα και τις μετακινήσεις τους στην περιοχή Προοπτική εφαρμογής συστήματος κατάταξης, ταξινόμησης και χαρτογράφησης οικοτόπων 19

20 Σας ευχαριστώ! 20