ερευνα πεδιου για τη μελετη της ΚυκλοφορΙασ των νερων και

Transcript

1 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι ερευνα πεδιου για τη μελετη της ΚυκλοφορΙασ των νερων και διακυμανσης της σταθμης στον ΛιμΕνα ΝΕΩΝ ΜΟΥΔΑΝΙΩΝ (ΒΔ ΑΙΓΑΙΟ ΠΕΛΑΓΟΣ) Γεωργιάδης Κ. 1, Ντάτση Ε. 1, Σαββίδης Ι. 2 1 ΠΜΣ Διαχείριση Παράκτιων Περιοχών, Τμήμα Επιστημών Θάλασσας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου 2 Τμήμα Τεχνολογίας Αλιείας και Υδατοκαλλιεργειών, Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλονίκης, Παράρτημα Ν. Μουδανιών, Ν. Μιλτιάδη 1, , Νέα Μουδανιά Χαλκιδικής, savvidis@aqua.teithe.gr Περίληψη Ο Λιμένας Νέων Μουδανιών βρίσκεται στις νοτιανατολικές ακτές του εξωτερικού Θερμαϊκού Κόλπου και αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα λιμάνια της Βόρειας Ελλάδας. Η ιδιαίτερη σημασία του λιμένα σε συνδυασμό με την επικείμενη επέκτασή του αναδεικνύουν την ανάγκη μιας εμπεριστατωμένης διερεύνησης της υδροδυναμικής του. Στόχος της εργασίας είναι η μελέτη της υδροδυναμικής και της διακύμανσης της στάθμης των νερών της εσωτερικής λεκάνης του λιμένα. Για το σκοπό αυτό οργανώθηκε έρευνα πεδίου με πόντιση οργάνων καταγραφής ρευμάτων και πίεσης-στάθμης της επιφάνειας της θάλασσας. Παράλληλα έγινε συλλογή ανεμολογικών δεδομένων. Η επεξεργασία και ανάλυση των μετρήσεων οδήγησε στην καλύτερη κατανόηση της κίνησης των υδάτινων μαζών στη λεκάνη του λιμένα. Πιο ειδικά οι παροχές ανανέωσης ήταν της τάξης των μερικών m 3 /sec με αντίστοιχους χρόνους ανανέωσης της τάξεως της ημέρας ενώ η διακύμανση της στάθμης ήταν περίπου 30 εκ. εύρος λόγω παλίρροιας και μερικά εκατοστά λόγω ανεμογενούς κυματισμού. Λέξεις κλειδιά: υδροδυναμική λιμένα, ανανέωση νερών, διακύμανση στάθμης. FIELD STUDY ON THE WATERS CIRCULATION AND THE SEA LEVEL VARIATIONS IN NEA MOUDANIA HARBOUR (NORTHERN GREECE) Georgiadis C. 1, Datsi E. 1, Savvidis Y. 2 1 Coastal Zone Management, Postgraduate Program of the Aegean University 2 Department of Fisheries and Aquaculture Technology, N. Moudania Chalkidiki Alexander Technological Educational Institute of Thessaloniki, Greece, Branch of Nea Moudanisa, N. Miltiadi 1, , Nea Moudania Chalkidik, savvidis@aqua.teithe.gr Abstract The harbour of Nea Moudania lies at the southeastern coasts of the external Thermaikos Gulf and constitutes one of the most important harbours of the Northern Greece. The significance of the harbour in combination with its imminent extension raises the need of a thorough investigation of its hydrodynamics. The study of the waters flushing between the innner and outer basin of the harbour constitutes the objective of this work. For this purpose, field research was realized, including four currentmeters submerged in the port entrance and pressure/water level data recordings. Meteorological data were also collected. The data processing and analysis led to the better understanding of the water circulation in the inner basin. More specifically the flushing flow rates were of the order of a few m 3 /sec, with corresponding flushing times of the order of one day The sea level variation due to the tide was approximately 30 cm and due to the wind a few cm. Keywords: harbour hydrodynamics, waters flushing, sea level variations. 1. Εισαγωγή Οι υδροδυναμικές συνθήκες που αφορούν την κίνηση του νερού σε μία παράκτια λεκάνη είναι ο βασικός παράγοντας που καθορίζει την ανανέωση των νερών στη λεκάνη αλλά και την κίνηση των ρυπαντικών ουσιών ή των λεπτόκοκκων φερτών υλών στο υδάτινο περιβάλλον. Η γνώση του μηχανισμού ανανέωσης των νερών αλλά και της κίνησης των φερτών υλών έχει μεγάλη σημασία, -484-

2 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι αφού οι μηχανισμοί αυτοί συνδέονται άμεσα με τη διαχείριση και το σχεδιασμό πρακτικών θεμάτων, όπως της πιθανής υποβάθμισης της ποιότητας των νερών, της μεταφοράς ρυπαντικών φορτίων και της μεταβολής της μορφολογίας του πυθμένα. Η παρουσία ρευμάτων μπορεί να προκαλεί καλή ανανέωση των νερών, μπορεί όμως και να επιδρά αρνητικά όταν προξενεί μεταφορά και εναπόθεση ιζημάτων και δύσκολη πλοήγηση των σκαφών εντός του λιμένα. Γενικά, ως ανεκτές τιμές ρευμάτων σε λιμενολεκάνη θεωρούνται αυτές που είναι μικρότερες από 0,3 m/s (Μέμος, 2002). Όσον αφορά τη διακύμανση της επιφάνειας της θάλασσας, επισημαίνεται η ιδιαίτερη σημασία της μεταβολής της στάθμης, αφού αυτή συνδέεται με θέματα ναυσιπλοΐας, αλιείας, αλλά και ασφάλειας και προστασίας των σκαφών στο εσωτερικό μίας λιμενολεκάνης. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται η μέθοδος και τα αποτελέσματα από έρευνα πεδίου στο λιμένα Νέων Μουδανιών Χαλκιδικής με στόχο τη μελέτη της κυκλοφορίας και της διακύμανσης της στάθμης των υδάτων στην εσωτερική λεκάνη του λιμένα. Ο Λιμένας των Νέων Μουδανιών είναι ένα από τα σημαντικότερα λιμάνια του Βορειοδυτικού Αιγαίου Πελάγους αποτελώντας σημαντικό κόμβο εμπορικών και αλιευτικών δραστηριοτήτων στη Βόρεια Ελλάδα. Πρόσφατα, μετά από σχετικές μελέτες, έχουν ξεκινήσει εργασίες για την εκβάθυνση και αναμόρφωση του λιμένα. Η ιδιαίτερη σημασία του λιμένα σε συνδυασμό με την επικείμενη επέκτασή του αναδεικνύουν την ανάγκη μιας εμπεριστατωμένης μελέτης της υδροδυναμικής του. 2. Υλικά και Μέθοδοι 2.1 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΝΑΝΕΩΣΗΣ ΤΩΝ ΝΕΡΩΝ Για τη μελέτη της κυκλοφορίας τοποθετήθηκαν τρία όργανα στους σταθμούς που δίνονται στην Εικόνα 1 (σταθμοί 1, 2 και 3) για την όσο το δυνατό ευρύτερη κάλυψη της εσωτερικής λιμενολεκάνης, ενώ για τη διερεύνηση της ανανέωσης τοποθετήθηκαν δύο ζεύγη ρευματογράφων στα άκρα της εισόδου (σταθμοί 4 και 5). Εικ. 1: (1α) Το λιμάνι Νέων Μουδανιών με τις θέσεις πόντισης (1β) η διάταξη των ρευματογράφων κατά την πόντισή τους στην είσοδο της λιμενολεκάνης και (1γ) σκαρίφημα του ρευματογράφου που χρησιμοποιήθηκε στις μετρήσεις. Τα όργανα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στην έρευνα είναι τέσσερις ρευματογράφοι της εταιρίας Valeport. Κάθε ζεύγος οργάνων που ποντίστηκε στην είσοδο της εσωτερικής λιμενολεκάνης και στο ίδιο άκρο, αποτελούνταν από έναν ρευματογράφο επιφανειακά κι έναν κοντά στον πυθμένα. Οι ρευματογράφοι αυτοί χρησιμοποιήθηκαν πρόσφατα και σε άλλες σε ρευματομετρήσεις στο Θερμαϊκό Κόλπο (Savvidis et al., 2005; Savvidis et al., 2007). Η καταγραφή της κυκλοφορίας του νερού στην υπό μελέτη λιμενολεκάνη αφορούσε στη συλλογή κι επεξεργασία δεδομένων ταχύτητας του ρεύματος, ενώ ο υπολογισμός της ανανέωσης αφορούσε στην καταγραφή της συνιστώσας της ταχύτητας κάθετα στο άνοιγμα της εισόδου της λιμενολεκάνης και στη συνέχεια τον υπολογισμό των παροχών εισόδου κι εξόδου και τον υπολογισμό των χρόνων και παροχών ανανέωσης (Σαββίδης, κ.ά. 2008)

3 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι 2.2 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ ΤΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ των νερων του λιμενα Οι μετρήσεις της διακύμανσης της στάθμης της θάλασσας στο λιμένα των Νέων Μουδανιών έγιναν με τη βοήθεια ενός συστήματος δύο οργάνων (σταθμηγράφων) η χρήση των οποίων βασίζεται στην αναγωγή δεδομένων πίεσης σε δεδομένα βάθους: ενός CTD-Diver, που μετρά την πίεση του νερού και ενός Baro-Diver που μετρά την ατμοσφαιρική πίεση. Οι θέσεις-σταθμοί όπου τοποθετήθηκαν τα όργανα αυτά δίνονται στην παρακάτω Εικόνα 2 (θέσεις 1, 4 και 5). Εικ. 2: (2α) Το λιμάνι Ν.Μουδανιών με τις θέσεις πόντισης του σταθμηγράφου (2β) το CTD Diver, (2γ) και το Baro Diver. Το όργανο Baro - Diver μετρά την ατμοσφαιρική πίεση και δε βυθίζεται στο νερό αλλά αναρτάται εκτός της υδάτινης στήλης, κοντά στο σημείο όπου βρίσκεται βυθισμένο το CTD-Diver. Ο υπολογισμός της στάθμης γίνεται αφαιρώντας από τις μετρήσεις του CTD-Diver τις μετρήσεις του Baro-Diver οπότε βρίσκεται το ύψος της στάθμης επιφάνειας της θάλασσας από το επίπεδο του CTD-Diver. Αν το CTD-Diver τοποθετείται στον πυθμένα, τότε η παραπάνω αφαίρεση οδηγεί στον υπολογισμό του βάθους της υδάτινης στήλης. Για τη μελέτη της παλιρροιακής διακύμανσης έγιναν δεκατέσσερις 12ώρες μετρήσεις, ενώ για τον υπολογισμό του ύψους του ανεμογενούς κυματισμού έγιναν άλλες έξι μετρήσεις διάρκειας λεπτών κάτω από διαφορετικές μετεωρολογικές συνθήκες. Η καταγραφή των δεδομένων έγινε από ειδικό πρόγραμμα (LDM), ενώ η επεξεργασία των μετρήσεων διακύμανσης της στάθμης έγινε στο Excel. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε ώστε να ικανοποιείται η σχέση d<l/2, όπου d το βάθος πόντισης του οργάνου και L το μήκος κύματος, για να καταγραφεί και η συνιστώσα της δυναμικής πίεσης που προκαλείται από το ανεμογενές κύμα. 3. Αποτελέσματα Οι τιμές ρευμάτων που καταγράφηκαν από τους ρευματογράφους αποδόθηκαν σε διαγράμματα οδογράφων ταχύτητας και διασποράς. Παρακάτω παρουσιάζονται οι οδογράφοι ταχύτητας και τα διαγράμματα διασποράς της ταχύτητας των ρευμάτων των τριών θέσεων 1, 2, και 3 κατά τη διάρκεια 12ώρης μέτρησης στην εσωτερική λιμενολεκάνη στις 01/09/07 (Εικόνες 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2) Στη θέση 1 προκύπτει πως οι υδάτινες μάζες κινήθηκαν αρχικά προς βορειοδυτικά και μετά Εικ. 3.1: Οδογράφος ταχύτητας ρεύματος. Εικ. 3.2: Διάγραμμα διασποράς

4 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι Εικ. 4.1: Οδογράφος ταχύτητας ρεύματος. Εικ. 4.2: Διάγραμμα διασποράς. (Θέση 2) 01/09/ Άξονας Ν-Β (m) Άξονας Δ-Α (m) Εικ. 5.1: Οδογράφος ταχύτητας ρεύματος. Εικ. 5.2: Διάγραμμα διασποράς. νοτιοανατολικά ενώ στη συνέχεια κυρίως πάνω στον άξονα Α-Δ. Από το διάγραμμα διασποράς ταχύτητας και διεύθυνσης των ρευμάτων στη θέση 1 δε φαίνεται κάποια επικρατούσα διεύθυνση της κίνησης των νερών, ενώ, όσον αφορά το μέτρο της ταχύτητας, η μέγιστη ένταση ήταν 0,161 m/s, ενώ η μέση τιμή ήταν 0,053 m/s. (Εικ. 3.1, 3.2). Στη θέση 2 παρατηρούμε τη διαμόρφωση ρεύματος σε νοτιοδυτική κατεύθυνση (Εικ. 4.1). Στο διάγραμμα διασποράς στη θέση 2 (Εικόνα 4.2) φαίνεται καθαρά πως η υδάτινη μάζα κινήθηκε νοτιοδυτικά με μέγιστη ένταση 0,114 m/s ενώ η μέση τιμή ήταν 0,046 m/s. Από τον οδογράφο ταχύτητας στη θέση 3 (Εικ. 5.1) προκύπτει πως το ρεύμα είχε επικρατέστερη διεύθυνση από τα δυτικά προς τα νοτιοανατολικά. Από το διάγραμμα διασποράς ταχύτητας και διεύθυνσης των ρευμάτων στη θέση 3 (Εικ. 5.2) φαίνεται πως η υδάτινη μάζα κινήθηκε σε έναν άξονα ΒΔ-ΝΑ με μέγιστη ταχύτητα 0,065 m/s και μέση 0,027 m/s. Κατά τη διάρκεια μέτρησης επικρατούσε ΝΑ άνεμος. Όσον αφορά την ανανέωση των νερών στην εσωτερική λιμενολεκάνη, δίνονται παρακάτω αντιπροσωπευτικά διαγράμματα (Εικ. 6.1 και 6.2), που αφορούν τη μεταβολή της παροχής εισερχόμενων και εξερχόμενων υδάτινων μαζών κατά την περίοδο μέτρησης στις 21/9/07. Από τα διαγράμματα προκύπτει πως σε όλο το 12ωρο έχουμε είσοδο και έξοδο νερών στην εσω- Εικ. 6.1: Παροχή Εισόδου. Εικ. 6.2: Παροχή Εξόδου

5 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι τερική λεκάνη. Κατά την είσοδο έχουμε παροχές που αγγίζουν τα 12 m 3 /s ενώ κατά την έξοδο τα 14 m 3 /s. Οι παροχές αυτές υπολογίσθηκαν από τα δεδομένα ρεύματος, ως γινόμενο της ταχύτητας ρεύματος επί το εμβαδόν της διατομής από την οποία διέρχεται το ρεύμα. Πιο ειδικά, η διατομή εισόδου της εσωτερικής λιμενολεκάνης χωρίστηκε σε τέσσερα μέρη, σε κάθε ένα από τα οποία αντιστοιχούσε το ρεύμα που καταγραφόταν από ένα όργανο (εικόνα 1β). Η κίνηση στο άνοιγμα της λιμενολεκάνης είναι γενικά μεταβαλλόμενη. Ειδικότερα στην περίοδο μέτρησης στις 21/9/07, η είσοδος των νερών γινόταν κυρίως κοντά στον πυθμένα ενώ η έξοδος επιφανειακά (δεν φαίνεται στην εικόνα 6). Κατά τη διερεύνηση της κυκλοφορίας του νερού με την πόντιση των 3 ρευματογράφων επιφανειακά σε τρεις διαφορετικές θέσεις της εσωτερικής λεκάνης παρατηρήθηκαν τιμές ρευμάτων ως 20 cm/s. Κατά τη διερεύνηση της ανανέωσης των νερών, με την πόντιση 4 ρευματογράφων στην είσοδο της λεκάνης παρατηρήθηκαν ίδιας τάξης ταχύτητες ρεύματος με εξαίρεση την εμφάνιση έντονων μετεωρολογικών φαινόμενων στις 17/11/08, όπου το ρεύμα έφτασε τα 46 cm/s ενώ καταγραφήκαν παροχές εισόδου και εξόδου πολύ μεγαλύτερες από αυτές των υπόλοιπων μετρήσεων, στις οποίες οι μέσες παροχές ανανέωσης ήταν 2 ως 9 m 3 /s. Στην Εικόνα 7 δίνεται η διακύμανση στάθμης της επιφάνειας της θάλασσας στη θέση 1 κατά τη διάρκεια 12ωρης μέτρησης στις 1/9/07. Φαίνεται χαρακτηριστικά το παλιρροιακό εύρος, της τάξης των 30 cm, και ο ημιημερήσιος τύπος παλίρροιας. Όσον αφορά το σύνολο των μετρήσεων βρέθηκε τελικά ότι το μέσο εύρος παλίρροιας ήταν ~30 cm τιμή που βρίσκεται πολύ κοντά σε αποτελέσματα ερευνών που αναφέρονται στη βιβλιογραφία (SOHELME, 2005). Εικ. 7: Διακύμανση της επιφάνειας της θάλασσας από τη ΜΣ λόγω παλίρροιας. Στην Εικόνα 8 δίνεται ενδεικτικά μία μέτρηση διάρκειας 30 λεπτών, για τη διερεύνηση της διακύμανσης της επιφάνειας της θάλασσας λόγω ανεμογενούς κυματισμού. Το ύψος κύματος δεν ξεπέρασε τα 5 cm, με περίοδο 5 sec ενώ παράλληλα παρατηρείται και σήμα κύματος περιόδου ~5 min. Εικ. 8: Διακύμανση της επιφάνειας της θάλασσας από τη ΜΣ λόγω ανεμογενούς κύματος (θέση 1)

6 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι 4. Συμπεράσματα Από τη διερεύνηση της κυκλοφορίας προέκυψε ότι οι τιμές ταχύτητας των ρευμάτων ήταν κάτω από 0,2 m/sec με εξαίρεση τις ταχύτητες που καταγράφηκαν σε έντονα καιρικά επεισόδια. Η μορφή της κυκλοφορίας δεν ήταν απόλυτα διακριτή. Η εφαρμογή μαθηματικού μοντέλου, βασισμένο στα στοιχεία πεδίου, μπορεί να συμβάλει στην ανάδειξη της εικόνας της κυκλοφορίας στο λιμένα. Κατά τη διερεύνηση της ανανέωσης με την πόντιση τεσσάρων ρευματογράφων στην είσοδο του λιμένα φάνηκε ότι ο χρόνος ανανέωσης κυμάνθηκε από μισή ημέρα ως και 6.5 ημέρες, ενώ οι παροχές ανανέωσης από 2.25 έως και 9 m 3 /s. Ο χρόνος ανανέωσης λόγω παλίρροιας υπολογίστηκε σε 6,5 ημέρες περίπου, ενώ ο μέσος χρόνος ανανέωσης λόγω ανέμου ήταν συνήθως μικρότερος της ημέρας. Φαίνεται συνεπώς η σημαντική επίδραση του ανέμου στην ανανέωση της λεκάνης που ξεπερνά αυτήν της παλίρροιας περίπου κατά μία τάξη μεγέθους. Καταγράφηκε παλιρροιακή διακύμανση εύρους ~30 cm και ημιημερήσιος τύπος παλίρροιας Από τις μετρήσεις διακύμανσης επιφάνειας της θάλασσας λόγω υψίσυχνων κυμάτων καταγράφηκαν (υπό διαφορετικές συνθήκες) ύψη κύματος που δεν ξεπέρασαν τα 5 cm, με περίοδο κύματος 5-7 sec. Επίσης, καταγράφηκαν κυματισμοί με περίοδο της τάξεως των 5 min ή και 6-7 min οι οποίοι πιθανόν να οφείλονται σε μετεωρολογικές παλίρροιες ή σε κύματα βαρύτητας από την ανοιχτή θάλασσα. Τα μικρά ύψη κύματος αναδεικνύουν την αποτελεσματικότητα των έργων του λιμένα. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Μέμος, Κ.,2002. Μαθήματα λιμενικών έργων, Εκδόσεις Συμμετρία, Αθήνα. Savvidis, Y.G., Krestenitis, Y. N. & Koutitas, C.G., Modeling the water mass exchange through navigational channels connecting adjacent coastal basins. Application to the Channel of Potidea (North Aegean Sea) Annales. Geophysicae. 23, (2): Savvidis, Y., Antoniou, A., Dimitriadis, X.,Moriki, A., Galinou-Mitsoudi, S., Alvanou, L., Petridis, D. & Koutitas, C., Hydrodynamics in a mussel culture area in Thermaikos Gulf. Proc.8th Int. Conf. on Mediterranean Coastal Environment, (E.Ozhan editor), Alexandria Egypt, 2007, Vol. 2, pp Σαββίδης, Γ., Γεωργιάδης, Κ. & Ντάτση, Ε., Διερεύνηση της ανανέωσης των νερών της εσωτερικής λεκάνης του λιμένα Νέων Μουδανιών (Βόρεια Ελλάδα). 3o Περιβαλλοντικό Συνέδριο Μακεδονίας, Θεσσαλονίκη. SOHELME, State of the Hellenic Marine Environment. E.Papathanassiou & A. Zenetos (Eds), HCMR Publ., 360 pp